KR102322309B1 - 스위칭 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원 효율을 향상시킬 수 있는 스위칭 전원 장치를 개시한다. 상기 스위칭 전원 장치는 입력 전압 단자와 연결된 인덕터; 상기 인덕터와 출력 전압 단자 사이에 전기적인 제1 경로를 형성하는 제1 스위치; 상기 인덕터와 접지 전압 단자 사이에 전기적인 제2 경로를 형성하는 제2 스위치; 상기 제1 경로에 흐르는 인덕터 전류를 감지하고, 상기 인덕터 전류가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호를 생성하는 네가티브 전류 감지부; 및 상기 과전류 보호 신호가 생성되면 불연속 전도 모드를 활성화하고, 상기 불연속 전도 모드의 활성화에 대응하여 상기 제1 스위치를 오프시키며, 상기 불연속 전도 모드의 활성화가 개시되는 제1 시점부터 상기 인덕터 전류가 영에 근접한 것으로 판단하는 제2 시점까지 상기 제2 스위치를 온 시키는 제어부;를 포함한다.

Description

스위칭 전원 장치{SWITCHING POWER SUPPLY}
본 발명은 스위칭 전원 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전원 효율을 향상시키는 스위칭 전원 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스위칭 전원 장치는 스위치 소자의 온오프 시간 비율을 제어하여 출력을 안정화시키는 전원 장치로, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하여 전자기기 및 장비 등에 널리 사용된다.
스위칭 전원 장치는 인덕터, 하이 사이드 스위치(high side switch), 로우 사이드 스위치(low side switch), 및 영 전류 감지부(zero current sensing)를 포함한다.
이러한 스위칭 전원 장치는 부스트 동작 중에 영 전류 감지부를 통해 인덕터에 흐르는 전류가 영(zero)으로 감지되면 하이 사이드 스위치를 오프시킴으로써 인덕터에 흐르는 네가티브 전류를 제어하는 불연속 전도 모드(DCM: Discontinuous Conduction Mode)로 동작한다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술의 스위칭 전원 장치는 불연속 전도 모드에서 하이 사이드 스위치가 오프되면 네가티브 전류가 하이 사이드 스위치의 정션 다이오드로 흐르게 되고, 이로 인해 스위치 소자들이 손상될 수 있고 전원 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그리고, 종래 기술의 스위칭 전원 장치는 불연속 전도 모드(DCM)에서 하이 사이드 스위치와 로우 사이드 스위치가 모두 오프될 경우 인덕터와 기생 캐패시터에 의해 발생하는 LC 공진으로 인해 EMI 특성이 떨어지는 단점이 있다.
한편, 최근에는 경부하(light load)에서도 최대화된 전원 효율이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 전원 효율을 향상시키고 소자를 보호할 수 있으며 EMI 특성을 개선할 수 있는 스위칭 전원 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는, 입력 전압 단자와 연결된 인덕터; 상기 인덕터와 출력 전압 단자 사이에 전기적인 제1 경로를 형성하는 제1 스위치; 상기 인덕터와 접지 전압 단자 사이에 전기적인 제2 경로를 형성하는 제2 스위치; 상기 제1 경로에 흐르는 인덕터 전류를 감지하고, 상기 인덕터 전류가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호를 생성하는 네가티브 전류 감지부; 및 상기 과전류 보호 신호가 생성되면 불연속 전도 모드를 활성화하고, 상기 불연속 전도 모드의 활성화에 대응하여 상기 제1 스위치를 오프시키며 상기 제2 스위치를 온 시키는 제어부;를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제어부는 상기 불연속 전도 모드의 활성화가 개시되는 제1 시점부터 상기 인덕터 전류가 영(zero)에 근접한 것으로 판단하는 제2 시점까지 상기 제2 스위치를 온 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는, 입력 전압 단자와 연결된 인덕터; 상기 인덕터와 출력 전압 단자 사이에 전기적인 제1 경로를 형성하는 제1 스위치; 상기 인덕터와 접지 전압 단자 사이에 전기적인 제2 경로를 형성하는 제2 스위치; 상기 인덕터의 양단을 전기적으로 연결하는 제3 스위치; 상기 제1 경로에 흐르는 인덕터 전류를 감지하고, 상기 인덕터 전류가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호를 생성하는 네가티브 전류 감지부; 및 상기 과전류 보호 신호가 생성되면 불연속 전도 모드를 활성화하고, 상기 불연속 전도 모드의 활성화에 대응하여 상기 제1 및 제2 스위치를 오프시키며, 상기 제3 스위치를 온 시키는 제어부;를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제어부는 상기 불연속 전도 모드의 활성화 구간 동안 상기 제3 스위치를 온 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스위칭 전원 장치에 따르면, 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류가 감지되면 하이 사이드 스위치(제1 스위치)를 오프시키고 인덕터 전류가 영(zero)에 근접할 때까지 로우 사이드 스위치(제2 스위치)를 온 시킴으로써 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하여 스위치 소자를 보호할 수 있고, 전원 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명은 불연속 전도 모드 활성화 상태에서 인덕터의 양단을 전기적으로 연결시킴으로써 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하여 스위치 소자를 보호할 수 있고 전원 효율을 향상시킬 수 있으며, 인덕터와 기생 캐패시터에 의해 발생하는 LC 공진을 방지하여 EMI 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 타이밍도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는 인덕터(L), 하이 사이드 스위치(high side switch, SW1), 로우 사이드 스위치(low side switch, SW2), 네가티브 전류 감지부(10), 포지티브 전류 감지부(20), 제어부(30), 저항 스트링(40), 연산 증폭기(50)를 포함한다.
인덕터(L)는 입력 전압 단자(VIN)와 전기적으로 연결된다.
하이 사이드 스위치(SW1)는 인덕터(L)와 출력 전압 단자(VOUT) 사이에 전기적인 경로를 형성하며, 로우 사이드 스위치(SW2)는 인덕터(L)와 접지전압 단자 사이에 전기적인 경로를 형성한다.
하이 사이드 스위치(SW1) 및 로우 사이드 스위치(SW2)는 N채널 전계 효과 트랜지스터, 또는 P채널 전계 효과 트랜지스터로 구성될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 출력 전압 단자(VOUT)와 접지전압 단자 사이에 출력 캐패시터가 전기적으로 연결된다. 출력 캐패시터는 하이 사이드 스위치(SW1)가 온 되는 경우 인덕터(L)와 출력 전압 단자(VOUT) 사이에 형성되는 전기적인 경로에 의해 충전되고, 하이 사이드 스위치(SW1)가 오프되는 경우 충전된 전하를 출력 전압 단자(VOUT)에 방전한다.
스위칭 전원 장치는 상기와 같은 로우 사이드 스위치(SW2)와 하이 사이드 스위치(SW1)의 온오프에 의해 형성되는 전류 경로에 의해 입력 전압(VIN)을 승압(boost)한 출력 전압(VOUT)을 생성한다.
인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)는 로우 사이드 스위치(SW2)와 하이 사이드 스위치(SW1)의 온, 오프에 의해 형성되는 전류 경로에 의해 선형적으로 증가되거나 감소된다.
일례로, 로우 사이드 스위치(SW2)가 온 되고 하이 사이드 스위치(SW1)가 오프 되는 경우, 입력 전압 단자(VIN)와 접지전압 단자 사이에 전기적인 경로가 형성되며, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 증가된다. 로우 사이드 스위치(SW2)가 오프 되고 하이 사이드 스위치(SW1)가 온 되는 경우, 입력 전압 단자(VIN)와 출력 전압 단자(VOUT) 사이에 전기적인 경로가 형성되며, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 감소된다.
상기와 같은 방식으로 로우 사이드 스위치(SW2)와 하이 사이드 스위치(SW1)는 교번으로 온오프되고, 로우 사이드 스위치(SW2)와 하이 사이드 스위치(SW1)의 온오프에 의해 형성되는 전류 경로에 의해 입력 전압(VIN)은 출력 전압(VOUT)으로 승압(boost)된다.
네가티브 전류 감지부(10)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 양단의 전압을 감지하고, 양단의 전압 차를 이용하여 네가티브 전류를 감지한다. 이러한 네가티브 전류 감지부(10)는 인덕터 전류(IL)가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성한다.
제어부(30)는 네가티브 전류 감지부(10)로부터 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 수신되면 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하며, 불연속 전도 모드(DCM)에 대응하여 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프시키고, 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킨다.
여기서, 제어부(30)는 불연속 전도 모드(DCM)가 활성화되는 개시 시점부터 인덕터 전류(IL)가 영(zero)에 근접하는 것으로 판단되는 시점까지 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시키는 것으로 구성할 수 있다. 일례로, 제어부(30)는 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성된 시점부터 미리 설정된 시간을 카운트하여 로우 사이드 스위치(SW2)의 오프 시간을 결정할 수 있고, 또는 인덕터 전류(IL)를 검출하여 영에 도달하는 시점에 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프시키는 것으로 구성할 수 있다.
제어부(30)는 제어 신호(CS1)를 드라이버(DR1)에 제공하여 하이 사이드 스위치(SW1)의 온오프를 제어하고, 제어 신호(CS2)를 드라이버(DR2)에 제공하여 로우 사이드 스위치(SW2)의 온오프를 제어한다.
상기와 같이 구성된 스위칭 전원 장치는 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류가 감지되면 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성하고, 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프시키고 인덕터 전류(IL)가 영에 근접하는 것으로 판단되는 시점까지 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킴으로써, 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하고, 스위치 소자를 보호할 수 있으며, 전원 효율을 향상시킬 수 있다.
포지티브 전류 감지부(20)는 로우 사이드 스위치(SW2)의 양단의 전압 차를 이용하여 포지티브 전류를 감지한다. 이러한 포지티브 전류 감지부(20)는 미리 설정된 값 이상의 포지티브 전류가 감지되면 포지티브 과전류 보호 신호(P_OCP)를 생성할 수 있다.
제어부(30)는 포지티브 과전류 보호 신호(P_OCP)가 수신되면, 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)를 제어하기 위한 제어 신호(CS1, CS2)를 생성할 수 있다. 일례로, 포지티브 과전류 보호 신호(P_OCP)가 생성되면, 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프하고, 하이 사이드 스위치(SW1)를 온 시키는 것으로 구성할 수 있다.
저항 스트링(40)은 출력 전압(VOUT)을 전압 분배한 피드백 전압(VFG)을 출력하고, 연산 증폭기(50)는 기준 전압(VREF)과 피드백 전압(VFB)의 차를 증폭하고 에러 전압(VER)을 출력한다.
제어부(30)는 에러 전압(VER)의 레벨에 따라 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)의 온오프를 제어한다. 일례로, 제어부(30)는 에러 전압(VER)이 미리 설정된 전압보다 낮으면 하이 사이드 스위치(SW1)를 온시키고 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프 시키며, 에러 전압(VER)이 미리 설정된 전압보다 높으면 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프시키고 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킨다.
제어부(30)는 연속 전도 모드(CCM: Continuous Conduction Mode)에서는 에러 전압(VER)의 레벨에 따라 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)의 온오프를 제어하고, 불연속 전도 모드(DCM)에서는 에러 전압(VER)과 무관하게 하이 사이드 스위치(SW1)가 오프되도록 제어하고 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 시점부터 인덕터 전류(IL)가 영에 근접되는 것으로 판단되는 시점까지 로우 사이드 스위치(SW2)가 온되도록 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 타이밍도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는 에러 전압(VER)의 레벨이 미리 설정된 전압보다 높아 로우 사이드 스위치(SW2)가 온 되고 하이 사이드 스위치(SW1)가 오프 되는 경우, 입력 전압 단자(VIN)와 접지전압 단자 사이에 전기적인 경로가 형성된다. 이때, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 증가된다.
그리고, 에러 전압(VER)의 레벨이 미리 설정된 전압보다 낮아 로우 사이드 스위치(SW2)가 오프 되고 하이 사이드 스위치(SW1)가 온 되는 경우, 입력 전압 단자(VIN)와 출력 전압 단자(VOUT) 사이에 전기적인 경로가 형성된다. 이때, 인덕터 전류(IL)는 선형적으로 감소되고, 노드(LX)의 전압은 승압된다.
그리고, 스위칭 전원 장치는 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류를 감지하면, 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성하고, 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)에 응답하여 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하며, 불연속 전도 모드(DCM)에 대응하여 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프시키고, 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 시점부터 인덕터 전류가 영에 근접하는 것으로 판단되는 시점까지 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킨다.
이와 같이 스위칭 전원 장치는 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면 에러 전압(VER)과 무관하게 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프시키고 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 시점부터 인덕터 전류가 영에 근접하는 것으로 판단되는 시점까지 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킴으로써, 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하고, 스위치 소자를 보호할 수 있으며, 전원 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 상태에서, 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)가 모두 오프되는 경우 노드(LX)의 전압이 인덕터(L)와 기생 캐패시터에 의해 LC 공진이 발생할 수 있다. 이에 본 발명은 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 노드(LX)의 전압이 공진하는 것을 방지하는 다른 실시예의 스위칭 전원 장치를 개시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 회로도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는, 인덕터, 하이 사이드 스위치(high side switch, SW1), 로우 사이드 스위치(low side switch, SW2), 프리휠링 스위치(freewheeling switch, SW3), 네가티브 전류 감지부(10), 포지티브 전류 감지부(20), 제어부(30), 저항 스트링(40), 연산 증폭기(50)를 포함한다.
인덕터(L)는 입력 전압 단자(VIN)와 전기적으로 연결된다.
하이 사이드 스위치(SW1)는 인덕터(L)와 출력 전압 단자(VOUT) 사이를 전기적으로 연결하며, 로우 사이드 스위치(SW2)는 인덕터(L)와 접지전압 단자 사이를 전기적으로 연결한다.
그리고, 출력 전압 단자(VOUT)와 접지전압 단자 사이에 출력 캐패시터가 전기적으로 연결된다. 출력 캐패시터는 하이 사이드 스위치(SW1)가 온 되는 경우 인덕터(L)와 출력 전압 단자(VOUT) 사이에 형성되는 전기적인 경로에 의해 충전되고, 하이 사이드 스위치(SW1)가 오프되는 경우 충전된 전하를 출력 전압 단자(VOUT)에 방전한다.
프리휠링 스위치(SW3)는 인덕터(L)의 양단을 전기적으로 연결한다.
네가티브 전류 감지부(10)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 양단의 전압 차를 이용하여 네가티브 전류를 감지하고, 인덕터 전류(IL)가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성한다.
제어부(30)는 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하고, 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프시키며, 프리휠링 스위치(SW3)를 온 시킨다. 여기서, 제어부(30)는 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되는 시점부터 로우 사이드 스위치(SW2)가 온되는 시점까지 프리휠링 스위치(SW3)가 온되도록 제어한다.
제어부(30)는 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면, 제어 신호(CS1)를 드라이버(DR1)에 제공하여 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프시키고, 제어 신호(CS2)를 드라이버(DR2)에 제공하여 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프시키며, 제어 신호(CS3)를 제공하여 프리휠링 스위치(SW3)를 온 시킨다.
상기와 같이 프리휠링 스위치(SW3)는 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 온 된다. 그런데, 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)가 모두 오프되므로, 노드(LX)의 전압은 인덕터(L)와 기생 캐패시터에 의해 LC 공진이 발생할 수 있다.
이때, 프리휠링 스위치(SW3)는 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 인덕터(L)의 양단을 전기적으로 연결시키므로, 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하여 스위치 소자를 보호할 수 있고, 전원 효율을 향상시킬 수 있으며, 인덕터(L)와 기생 캐패시터에 의해 노드(LX)의 전압이 공진하는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 타이밍도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는 인덕터 전류(IL)가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면, 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성하고, 네가티브 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화한다.
그리고, 스위칭 전원 장치는 불연속 전도 모드에 대응하여 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프시키고, 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 시점부터 로우 사이드 스위치(SW2)가 온되는 시점까지 프리휠링 스위치(SW3)를 온 시킨다.
도 4에 도시한 바와 같이, 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안, 인덕터(L)의 양단이 전기적으로 연결되므로, 노드(LX)의 전압이 공진하지 않는다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 인덕터(L)의 양단을 전기적으로 연결시키므로 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하여 스위치 소자를 보호할 수 있고, 전원 효율을 향상시킬 수 있으며, 인덕터와 기생 캐피시터에 의해 노드(LX)의 전압이 공진하는 것을 방지하여 EMI 특성을 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치의 타이밍도이다.
도 3 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는, 인덕터(L), 하이 사이드 스위치(high side switch, SW1), 로우 사이드 스위치(low side switch, SW2), 프리휠링 스위치(freewheeling switch, SW3), 네가티브 전류 감지부(10), 포지티브 전류 감지부(20), 제어부(30), 저항 스트링(40), 및 연산 증폭기(50)를 포함한다.
네가티브 전류 감지부(10)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 양단의 전압 차를 이용하여 네가티브 전류를 감지하고, 인덕터 전류(IL)가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성한다.
제어부(30)는 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프 시키고 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킨다. 그리고, 제어부(30)는 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달하면 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하고 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프 시키며 프리휠링 스위치(SW3)를 온 시킨다.
여기서, 제어부(30)는 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되는 시점부터 미리 설정된 시간을 카운트하여 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달하는 시점을 판단하고, 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달하는 시점에 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프시킨다.
그리고, 제어부(30)는 인덕터 전류(IL)가 영 전류를 유지하는 동안 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하고, 불연속 전도 모드(DCM) 구간 동안 프리휠링 스위치(SW3)를 온 시킨다.
이러한 제어부(30)는 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되고 로우 사이드 스위치(SW2)의 온에 의해 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달하면 프리휠링 스위치(SW3)를 통해서 인덕터(L)의 양단을 전기적으로 연결시킴으로써 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 인덕터와 기생 캐피시터에 의해 노드(LX)의 전압이 공진하는 것을 방지한다.
도 5를 참조하여 다시 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는 인덕터 전류(IL)가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호(N_OCP)를 생성한다.
그리고, 스위칭 전원 장치는 과전류 보호 신호(N_OCP)에 대응하여 하이 사이드 스위치(SW1)를 오프 시키고 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달할 때까지 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시킨다.
그리고, 스위칭 전원 장치는 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달하면 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하고 로우 사이드 스위치(SW2)를 오프 시키며 프리휠링 스위치(SW3)를 온 시킨다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 전원 장치는 과전류 보호 신호(N_OCP)가 생성되면 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달할 때까지 로우 사이드 스위치(SW2)를 온 시키므로, 네가티브 전류가 스위치의 정션 다이오드로 흐르는 것을 방지하여 스위치 소자를 보호할 수 있고 전원 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 인덕터 전류(IL)가 영 전류에 도달하면 불연속 전도 모드(DCM)를 활성화하고 프리휠링 스위치(SW3)를 통해서 인덕터(L)의 양단을 전기적으로 연결시키므로, 불연속 전도 모드(DCM)의 활성화 구간 동안 인덕터와 기생 캐피시터에 의해 노드(LX)의 전압이 공진하는 것을 방지하여 EMI 특성을 개선할 수 있다.
10: 네가티브 전류 감지부 20: 포지티브 전류 감지부
30: 제어부 40: 저항 스트링(40)
50: 연산 증폭기
SW1: 하이 사이드 스위치 SW2: 로우 사이드 스위치
SW3: 프리휠링 스위치

Claims (13)

  1. 입력 전압 단자와 연결된 인덕터;
    상기 인덕터와 출력 전압 단자 사이에 전기적인 제1 경로를 형성하는 제1 스위치;
    상기 인덕터와 접지 전압 단자 사이에 전기적인 제2 경로를 형성하는 제2 스위치;
    상기 제1 경로에 흐르는 인덕터 전류를 감지하고, 상기 인덕터 전류가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호를 생성하는 네가티브 전류 감지부; 및
    상기 과전류 보호 신호가 생성되면 불연속 전도 모드를 활성화하고, 상기 불연속 전도 모드의 활성화에 대응하여 상기 제1 스위치를 오프시키며 상기 제2 스위치를 온 시키는 제어부;를 포함하는 스위칭 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 불연속 전도 모드의 활성화가 개시되는 제1 시점부터 상기 인덕터 전류가 영(zero)에 근접한 것으로 판단하는 제2 시점까지 상기 제2 스위치를 온 시키는 스위칭 전원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 과전류 보호 신호가 생성되는 제1 시점부터 미리 설정된 시간을 카운트하여 상기 인덕터 전류가 영 전류에 도달하는 제2 시점을 판단하고, 상기 제2 시점에 상기 제2 스위치를 오프시키는 스위칭 전원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 네가티브 전류 감지부는
    상기 제1 스위치의 양단의 전압 차를 이용하여 상기 네가티브 전류를 감지하는 스위칭 전원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 전압을 분배한 피드백 전압을 출력하는 저항 스트링; 및
    미리 설정된 기준 전압과 상기 피드백 전압의 차를 증폭하고 에러 전압을 출력하는 연산 증폭기;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 에러 전압의 크기에 따라 상기 제1 및 제2 스위치의 온, 오프를 제어하는 스위칭 전원 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 과전류 보호 신호가 생성되면 상기 에러 전압과 무관하게 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 불연속 전도 모드의 활성화가 개시되는 제1 시점부터 상기 인덕터 전류가 영에 근접한 것으로 판단하는 제2 시점까지 상기 제2 스위치를 온 시키는 스위칭 전원 장치.
  7. 입력 전압 단자와 연결된 인덕터;
    상기 인덕터와 출력 전압 단자 사이에 전기적인 제1 경로를 형성하는 제1 스위치;
    상기 인덕터와 접지 전압 단자 사이에 전기적인 제2 경로를 형성하는 제2 스위치;
    상기 인덕터의 양단을 전기적으로 연결하는 제3 스위치;
    상기 제1 경로에 흐르는 인덕터 전류를 감지하고, 상기 인덕터 전류가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호를 생성하는 네가티브 전류 감지부; 및
    상기 과전류 보호 신호가 생성되면 불연속 전도 모드를 활성화하고, 상기 불연속 전도 모드의 활성화에 대응하여 상기 제1 및 제2 스위치를 오프시키며, 상기 제3 스위치를 온 시키는 제어부;를 포함하는 스위칭 전원 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 과전류 보호 신호가 생성되는 제1 시점부터 상기 제2 스위치가 온 되는 제2 시점까지 상기 제3 스위치를 온 시키는 스위칭 전원 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 불연속 전도 모드의 활성화 구간 동안 상기 제3 스위치를 온 시키는 스위칭 전원 장치.
  10. 입력 전압 단자와 연결된 인덕터;
    상기 인덕터와 출력 전압 단자 사이에 전기적인 제1 경로를 형성하는 제1 스위치;
    상기 인덕터와 접지 전압 단자 사이에 전기적인 제2 경로를 형성하는 제2 스위치;
    상기 인덕터의 양단을 전기적으로 연결하는 제3 스위치;
    상기 제1 경로에 흐르는 인덕터 전류를 감지하고, 상기 인덕터 전류가 미리 설정된 값 이상의 네가티브 전류로 감지되면 과전류 보호 신호를 생성하는 네가티브 전류 감지부; 및
    상기 과전류 보호 신호가 생성되면 상기 제1 스위치를 오프시키고 상기 인덕터 전류가 영 전류에 도달할 때까지 상기 제2 스위치를 온 시키며, 상기 인덕터 전류가 영 전류에 도달하면 상기 제2 스위치를 오프시키고 상기 제3 스위치를 온 시키는 제어부;를 포함하는 스위칭 전원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제2 스위치의 온에 의해 상기 인덕터 전류가 영 전류에 도달하면 불연속 전도 모드를 활성화하는 스위칭 전원 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 불연속 전도 모드의 활성화 구간 동안 상기 제3 스위치를 온 시키는 스위칭 전원 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 과전류 보호 신호가 생성되는 제1 시점부터 미리 설정된 시간을 카운트하여 상기 인덕터 전류가 영 전류에 도달하는 제2 시점을 판단하고, 상기 제2 시점에 상기 제2 스위치를 오프시키는 스위칭 전원 장치.
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