KR102428097B1 - Nmos 스위치 구동 회로 및 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 NMOS 스위치 구동 회로를 개시하며, 전원 유닛, 스위치 유닛, 전원 변환 유닛 및 구동 유닛을 포함한다. 전원 유닛은 제 1 전압을 출력하는 데에 사용된다. 스위치 유닛은 전원 유닛과 제 1 인터페이스 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 전원 유닛과 제 1 인터페이스 사이의 전기적 연결을 확립하거나 또는 절단하는 데에 사용되며, 또한 스위치 유닛은 적어도 하나의 NMOS 스위치를 포함한다. 전원 변환 유닛의 일단은 전원 유닛에 연결되고, 전원 변환 유닛의 타단은 구동 유닛을 통해 스위치 유닛에 전기적으로 연결된다. 전원 변환 유닛은 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 구동 유닛을 통해 스위치 유닛에 출력하여 스위치 유닛을 구동하여 도통시킴으로써, 전원 유닛과 제 1 인터페이스 사이의 전기적 연결을 확립하는 데에 사용된다. 본 발명은 또한 전원 장치를 개시한다. 본 발명은 회로의 작동 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

NMOS 스위치 구동 회로 및 전원 장치{NMOS SWITCH DRIVING CIRCUIT AND POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은 회로 기술분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 NMOS 스위치 구동 회로 및 전원 장치에 관한 것이다.
마이크로 전자 기술의 발전에 따라, 고주파, 고전력, 고효율 스위칭 애플리케이션에서 N채널 MOSFET는 삼극관과 P채널 MOSFET에 비해 더욱 현저한 우세를 나타내고 있다. 장치 특성에 따르면, N채널 MOSFET의 게이트에 소스에 상대적인 고전압 신호를 인가하면, N채널 MOSFET의 드레인과 소스가 효과적으로 온 상태로 되도록 제어할 수 있다. N채널 MOSFET의 게이트 전압이 소스 전압을 따르도록 설정하면, N채널 MOSFET의 드레인과 소스가 효과적으로 오프 상태로 되도록 제어할 수 있다.
기존의 NMOS 스위치 구동 회로에 있어서, NMOS 스위치는 전원과 부하 사이에 연결되어 있다. 전원 전압이 상하로 변동하면, NMOS 스위치의 구동 전압도 하강 또는 상승하는 폭 넓은 전압 강하 변동을 겪기 때문에, 구동 전압이 NMOS 스위치의 도통 조건을 만족할 수 없는 가능성이 있고, NMOS 스위치가 반 도통 상태에 있는 경우(즉, 선형 영역에서 작동함), 내부 레지스터이 증가되고, NMOS 스위치의 발열이 심각하거나, 또는 구동 전압이 NMOS 스위치의 게이트-소스 내전압을 초과하여, NMOS 스위치가 절연 파괴되거나, 단락되거나 또는 소손되는 상황을 초래할 수 있다.
본 발명의 실시예는 NMOS 스위치 구동 회로 및 전원 장치를 개시하고, 안정된 구동 전압을 제공함으로써 NMOS 스위치의 정상적인 구동을 확보할 수 있고, 따라서 NMOS 스위치의 수명을 연장하고, NMOS 스위치 구동 회로의 작동 안정성을 향상시킨다.
제 1 양태에서, 본 발명의 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로는 제 1 인터페이스 및 제 2 인터페이스가 설치된 전원 장치에 적용되고, NMOS 스위치 구동 회로는 전원 유닛, 스위치 유닛, 전원 변환 유닛 및 구동 유닛을 포함하며,
전원 유닛은 제 1 전압을 출력하는 데에 사용되고,
스위치 유닛은 전원 유닛과 제 1 인터페이스 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 전원 유닛과 제 1 인터페이스 사이의 전기적 연결을 확립하거나 또는 절단하는 데에 사용되며, 또한 스위치 유닛은 적어도 하나의 NMOS 스위치를 포함하고,
전원 변환 유닛의 일단은 전원 유닛에 연결되고, 전원 변환 유닛의 타단은 구동 유닛을 통해 스위치 유닛에 전기적으로 연결되며,
전원 변환 유닛은 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 구동 유닛을 통해 스위치 유닛에 출력하여 스위치 유닛을 구동하여 도통시킴으로써, 전원 유닛과 제 1 인터페이스 사이의 전기적 연결을 확립하는 데에 사용된다.
제 2 양태에서, 본 발명의 실시예에 따른 전원 장치는 제 1 인터페이스 및 제 2 인터페이스를 포함하고, 제 1 양태에서 설명된 NMOS 스위치 구동 회로를 더 포함하며, NMOS 스위치 구동 회로는 제 1 인터페이스 및 제 2 인터페이스를 통해 부하에 연결된다.
본 발명의 NMOS 스위치 구동 회로 및 전원 장치는 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 스위치 유닛으로 출력하는 전원 변환 유닛을 포함하기 때문에, 제 1 전압이 상하 변동하더라도 NMOS 스위치는 여전히 안정된 구동 전압을 받을 수 있고, 프런트 엔드 전원 유닛에서 출력되는 제 1 전압의 변동 영향을 받지 않으며, 따라서 스위치 유닛의 효과적인 구동을 확보하고, 스위치 유닛의 사용 수명을 연장하며, NMOS 스위치 구동 회로의 작동 안정성을 향상시키고, 구동 전압이 너무 높아 스위치 유닛이 절연 파괴되거나 또는 구동 전압이 너무 낮아 스위치 유닛의 발열이 심각하게 되는 것을 방지한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 기술 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 발명의 실시예를 설명하는데 필요한 첨부 도면을 간략히 소개한다. 다음 설명에서의 첨부 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예를 도시할 뿐이고, 당업자는 또한 창조적인 노력 없이 이들 첨부 도면에 기초하여 다른 도면을 도출할 수도 있다는 점이 자명하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 장치의 원리 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로의 원리 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로의 원리 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로의 회로 원리도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로의 회로 원리도이다.
이하, 본 발명의 실시예들의 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기술적 해결책에 대하여 명확하고 완전하게 설명한다. 명백하게, 기술된 실시예들은 단지 본 발명의 모든 실시예가 아닌 일부 실시예이다. 창조적인 노력없이 본 발명의 실시예에 기초하여 본 기술분야의 당업자에 의해 획득되는 모든 다른 실시예들은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.
어느 소자가 다른 소자에 '연결'되어 있는 것으로 간주되는 경우, 다른 소자에 직접 연결되거나 또는 동시에 중간 소자가 존재할 수 있다. 특히 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명 기술 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 본 발명의 설명에 사용되는 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하는 것을 목적으로 할 뿐이며, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
본 출원은 전원 장치 및 전원 장치에 적용되는 NMOS 스위치 구동 회로를 제공한다. NMOS 스위치 구동 회로는 부하에 연결되어 NMOS 스위치가 온 상태로 될 때에 전원 장치는 부하에 전력을 공급할 수 있다. 본 출원의 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로는 NMOS 스위치 구동 회로의 작동 과정의 안정성을 향상시킬 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 출원의 실시예를 소개한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 전원 장치(300)를 제공한다. 전원 장치(300)는 부하(200)에 연결되어 부하(200)에 전력을 공급하는 데에 사용된다. 구체적으로, 전원 장치(300)는 NMOS 스위치 구동 회로(100)를 포함하고, 또한 제 1 인터페이스(N1)과 제 2 인터페이스(N2)가 설치되어 있다. NMOS 스위치 구동 회로(100)는 제 1 인터페이스(N1)와 제 2 인터페이스(N2)를 통해 부하(200)에 연결된다. 여기서 제 1 인터페이스(N1)와 제 2 인터페이스(N20는 배선 단자의 형태로 존재할 수 있으며, 구체적인 실현 방식은 한정되지 않는다.
본 출원의 실시예에 있어서, 전원 장치(300)는 비상 시동 전원이고, 부하(200)는 자동차의 배터리(축전지)일 수 있다. 자동차 배터리는 자동차의 엔진에 연결되어 있기 때문에, 비상 시동 전원이 자동차 배터리에 연결된 후에, 양자는 함께 자동차 엔진에 시동 전류를 제공하여 자동차를 긴급 시동할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 전원 장치(300)는 다른 유형의 전원(전동 공구 전원 등)일 수 있으며, 여기에 한정되지 않는다.
도 2를 참조하면, 본 출원의 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로(100)의 원리 블록도이다. NMOS 스위치 구동 회로(100)는 전원 유닛(10), 스위치 유닛(20), 전원 변환 유닛(30) 및 구동 유닛(40)을 포함한다.
전원 유닛(10)은 제 1 전압을 출력하는 데에 사용된다. 하나의 실시예에 있어서, 전원 유닛(10)은 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 배터리 팩은 서로 연결된 복수개의 배터리 모듈을 포함할 수 있으며, 각 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀(단일 배터리)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀은 가볍고, 에너지를 절약하며, 친환경 리튬 이온 배터리 셀일 수 있다. 구체적인 실시예에 있어서, 복수개의 배터리 모듈은 직렬 및 병렬의 조합을 통해 전원 유닛(10)의 출력 전압 및 출력 전류를 제공할 수 있다. 전원 유닛(10)을 사용하거나 또는 부하(200) 시동될 때 제 1 전압이 변화됨을 이해할 수 있다.
스위치 유닛(20)은 전원 유닛(10)과 제 1 인터페이스(N1) 사이에 전기적으로 연결되고, 또한 하나의 NMOS 스위치를 포함한다. 스위치 유닛(20)은 전원 유닛(10)과 제 1 인터페이스(N1) 사이의 전기적 연결을 확립하거나 또는 절단하는 데에 사용된다. 본 실시예에 있어서, 제 1 인터페이스(N1)는 포지티브 인터페이스이다. 스위치 유닛(20)은 전원 유닛(10)의 양극과 제 1 인터페이스(N1) 사이에 연결되어 있다. 제 2 인터페이스(N2)는 네거티브 인터페이스 인터페이스이며, 전원 유닛(10)의 음극은 제 2 인터페이스(N2)에 연결된다.
전원 변환 유닛(30)의 일단은 전원 유닛(10)에 연결되고, 전원 변환 장치(30)의 타단은 구동 유닛(40)을 통해 스위치 유닛(20)에 전기적으로 연결된다. 전원 변환 유닛(40)은 전원 유닛(10)으로부터 출력되는 제 1 전압을 받고, 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 구동 유닛(30)을 통해 스위치 유닛(20)에 출력하여 스위치 유닛(20)을 구동하여 도통시키는 데에 사용된다.
본 출원의 실시예에서 개시된 NMOS 스위치 구동 회로(100)는 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 스위치 유닛(20)으로 출력하는 전원 변환 유닛(30)을 포함하기 때문에, 제 1 전압이 상하 변동하더라도 NMOS 스위치는 여전히 안정된 구동 전압을 받을 수 있고, 프런트 엔드 전원 유닛(10)에서 출력되는 제 1 전압의 변동 영향을 받지 않으며, 따라서 스위치 유닛(20)의 효과적인 구동을 확보하고, 스위치 유닛(20)의 사용 수명을 연장하며, NMOS 스위치 구동 회로(100)의 작동 안정성을 향상시키고, 구동 전압이 너무 높아 스위치 유닛(20)이 절연 파괴되거나 또는 구동 전압이 너무 낮아 스위치 유닛(20)의 발열이 심각하게 되는 것을 방지한다.
본 출원의 실시예에 따른 전원 장치(300)는 상술한 NMOS 스위치 구동 회로(100)를 사용하기 때문에, 부하(200)에 안정된 작동 전압을 제공할 수 있고, 전원 장치(300)의 성능 및 품질을 향상시킨다.
하나의 실시예에 있어서, 스위치 유닛(20)에 대한 효과적인 제어를 실현하기 위하여, NMOS 스위치 구동 회로(100)는 제어 유닛(50)을 더 포함한다. 제어 유닛(50)은 전원 변환 유닛(30)과 구동 유닛(40)에 각각 전기적으로 연결된다. 제어 유닛(50)은 전원 변환 유닛(30)에 변환 신호를 출력하고, 또한 구동 유닛(40)에 구동 신호를 출력하는 데에 사용된다. 전원 변환 유닛(30)은 변환 신호에 따라 제 1 전압을 구동 전압으로 변환시킨다. 구동 유닛(40)은 구동 신호에 따라 구동 전압을 스위치 유닛(20)으로 출력하여 스위치 유닛(20)을 구동하여 도통시킨다. 그 중에서 변환 신호는 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호일 수 있고, 구동 신호는 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호일 수 있으며, 여기에 한정되지 않는다.
본 실시예에 있어서, 제어 유닛(50)은 단일 칩 마이크로 컴퓨터일 수 있다. 제어 유닛(50)은 여러 신호 획득 포트, 통신 포트, 여러 제어 포트 등을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 다른 실시예에 있어서, 상기 실시예(도 2)와 달리, NMOS 스위치 구동 회로(100)는 전류 감지 유닛(60)을 더 포함한다. 전류 감지 유닛(60)은 전원 유닛(10)의 음극과 제 2 인터페이스(N2) 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 전원 유닛(10)의 출력 전류를 감지하는 데에 사용된다. 제어 유닛(50)은 전류 감지 유닛(60)에 전기적으로 연결되어 전류 감지 유닛(60)에 의해 감지된 전류 신호를 수집한다. 제어 유닛(50)에 의해 수집된 전류 신호가 미리 설정된 임계 값보다 큰 경우, 제어 유닛(50)은 변환 신호 및/또는 구동 신호를 출력하는 것을 정지한다.
전류 감지 유닛(60)에 의해 감지된 전류 신호가 미리 설정된 임계 값보다 큰 경우, 시스템이 고장나거나 또는 단락되었다는 것을 나타낸다. 이 때, 전원 유닛(10)과 부하(200) 사이의 전기적 연결을 끊어야 하며, 따라서 스위치 유닛(20) 및 부하(200)를 보호할 수 있고, 스위치 유닛(20) 및 부하(200)의 사용 수명을 연장한다.
도 4를 참조하면, 본 출원의 실시예에 따른 NMOS 스위치 구동 회로(100)의 회로 원리도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치 유닛(20)은 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1), 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2) 및 제 1 레지스터(R1)~제 3 레지스터(R3)를 포함한다. 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)의 게이트는 제 1 레지스터(R1)를 통해 구동 유닛(40)에 연결되고, 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)의 드레인은 전원 유닛(10)의 양극에 연결되며, 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)의 소스는 기준 영점(DR-GND)에 연결됨과 동시에 제 2 레지스터(R2)를 통해 구동 유닛(40)에 연결된다. 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)의 게이트는 제 3 레지스터(R3)를 통해 구동 유닛(40)에 연결되고, 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)의 소스는 기준 영점 DR-GND에 연결됨과 동시에 제 2 레지스터(R2)를 통해 구동 유닛(40)에 연결되며, 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)의 드레인은 제 1 인터페이스(N1)에 연결된다.
기준 영점(DR-GND)은 NMOS 구동 스위치의 구동 전압을 상대적으로 말하는 것이며, 실제 '그라운드'가 아니다. 예를 들어, 기준 영점의 전압은 1V, 2V 또는 기타일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)가 온 상태에 있지 않으면, 기준 영점(DR-GND)의 전위는 0이고, 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)가 온 상태에 있는 경우, 기준 영점(DR-GND)의 전위는 전원 유닛(10)의 출력 전압이다.
다른 실시예에 있어서, 스위치 유닛(20)의 과전류 능력을 향상시키기 위하여, 스위치 유닛(20)은 여러 그룹의 병렬로 연결된 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1) 및 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 잇으며, 구체적인 수량은 한정되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 물론, 일부 실시예에 있어서, 스위치 유닛(20)은 단지 하나의 NMOS 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수도 있다.
전원 변환 유닛(30)은 제 1 전자 스위치(T1), 제 2 전자 스위치(T2), 변환 전원(U1), 제 4 레지스터(R4) 및 제 5 레지스터(R5)를 포함한다. 제 1 전자 스위치(T1)의 제어단은 제어 유닛(50)에 연결되고, 제 1 전자 스위치(T1)의 제 1 연결단은 전원 유닛(10)의 음극에 연결되며, 제 1 전자 스위치(T1)의 제 2 연결단은 제 4 레지스터(R4)를 통해 제 2 전자 스위치(T2)의 제어단에 연결된다. 제 2 전자 스위치(T2)의 제 1 연결단은 전원 유닛(10)의 양극에 연결되고, 제 2 전자 스위치(T2)의 제 2 연결단은 변환 전원(U1)의 제 1 입력단에 연결되며, 제 2 전자 스위치(T2)의 제어단은 또한 제 5 레지스터(R5)를 통해 제 2 전자 스위치(T2)의 제 1 연결단에 연결된다. 변환 전원(U1)의 제 2 입력단은 전원 유닛(10)의 음극에 연결되고, 변환 전원(U1)의 제 1 출력단은 구동 유닛(40)에 연결되며, 변환 전원(U1)의 제 2 출력단은 기준 영점(DR-GND)에 연결된다.
변환 전원(U1)은 넓은 입력 범위의 안정화 전원이며, 변동하는 입력 전압을 안정적인 출력 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 변환 전원(U1)은 DC-DC 컨버터일 수 있고, 부스트(Boost) 승압, 벅(Buck) 강압, 부스트 백(Boost-Buck) 승압 강압, 부트 스트랩 변환 등을 실현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제 1 전자 스위치(T1)는 NPN 트랜지스터이다. 제 1 전자 스위치(T1)의 제어단, 제 1 연결단 및 제 2 연결단은 각각 NPN 트랜지스터의 베이스, 에미터 및 콜렉터에 대응된다. 본 실시예에 있어서, 바이어스 레지스터는 NPN 트랜지스터에 통합된다.
제 2 전자 스위치(T2)는 PMOS 전계 효과 트랜지스터이다. 제 2 전자 스위치(T2)의 제어단, 제 1 연결단 및 제 2 연결단은 각각 PMOS 전계 효과 트랜지스터의의 게이트, 소스 및 드레인에 대응된다. 본 실시예에 있어서, PMOS 전계 효과 트랜지스터는 기생 다이오드를 갖고 있다.
구동 유닛(40)은 광 커플러(opticalcoupler)(U2), 제 3 전자 스위치(T3), 제 4 전자 스위치(T4), 제 6 레지스터(R6) 및 제 7 레지스터(R7)를 포함한다. 광 커플러(U2)의 제 1 입력단(I1)은 제 6 레지스터(R6)를 통해 제어 유닛(50)에 연결되고, 광 커플러(U2)의 제 2 입력단(I2)은 전원 유닛(10)의 음극에 연결되며, 광 커플러(U2)의 제 1 출력단(O1)은 제 3 전자 스위치(T3)의 제어단에 연결되고, 광 커플러(U2)의 제 2 출력단(O2)은 기준 영점(DR-GND)에 연결된다. 제 3 전자 스위치(T3)의 제 1 연결단은 기준 영점(DR-GND)에 연결되고, 제 3 전자 스위치(T3)의 제 2 연결단은 제 4 전자 스위치(T4)의 제 1 연결단에 연결된다. 제 4 전자 스위치(T4)의 제어단은 제 7 레지스터(R7)를 통해 전원 변환 유닛(30)에 연결되고, 제 4 전자 스위치(T4)의 제 2 연결단은 전원 변환 유닛(30)에 연결된다.
하나의 실시예에 있어서, 광 커플러(U2)는 발광 소자(D1) 및 수광 소자(Q3)를 포함한다. 발광 소자(D1)의 제 1 단은 광 커플러(U2)의 제 1 입력단(I1)이고, 발광 소자(D1)의 제 2 단은 광 커플러(U2)의 제 2 입력단(I2)이며, 수광 소자(Q3)의 제 1 단은 광 커플러(U2)의 제 1 출력단(O1)이고, 수광 소자(Q3)의 제 2 단은 광 커플러(U2)의 제 2 출력단이다.
본 실시예에 있어서, 발광 소자(D1)는 발광 다이오드이고, 발광 소자(D1)의 제 1 단 및 제 2 단은 각각 발광 다이오드의 양극과 음극에 대응된다. 수광 소자(Q3)는 감광성 트랜지스터이며, 수광 소자(Q3)의 제 1 단 및 제 2 단은 각각 감광성 트랜지스터의 콜렉터와 에미터에 대응된다.
본 실시예에 있어서, 제 3 전자 스위치(T3)는 PNP 트랜지스터이다. 제 3 전자 스위치(T3)의 제어단, 제 1 연결단 및 제 2 연결단은 각각 PNP 트랜지스터의 베이스, 콜렉터 및 에미터에 대응된다. 제 4 전자 스위치(T4)는 NPN 트랜지스터이다. 제 4 전자 스위치(T4)의 제어단, 제 1 연결단 및 제 2 연결단은 각각 NPN 트랜지스터의 베이스, 에미터 및 콜렉터에 대응된다. 다른 실시예에 있어서, 제 3 전자 스위치(T3)는 PMOS 전계 효과 트랜지스터 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등과 같은 유사한 기능을 갖는 다른 스위치일 수도 있다. 제 4 전자 스위치(T4)는 NMOS 전계 효과 트랜지스터 및 IGBT 등과 같은 유사한 기능을 갖는 다른 스위치일 수 있다.
전류 감지 유닛(60)은 전류 샘플링 레지스터(R1)를 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시예에 있어서, 전류 샘플링 레지스터(R1)의 양단을 연산 증폭기의 2개의 입력단에 연결할 수 있으며, 연산 증폭기에 의해 증폭된 다음에 출력되는 전압에 따라 회로 내의 전류가 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다. 이것은 선행 기술이기 때문에, 여기에서 더 상세하게 설명하지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 전류 감지 유닛(60)은 전류 센서(홀 센서 등)를 더 포함할 수 있으며, 전류 센서에 의해 회로의 전류를 채집한다.
이하, 도 4의 NMOS 스위치 구동 회로(100)의 작동 원리를 소개한다.
제어 유닛(50)이 부하(200)가 제 1 인터페이스(N1)와 제 2 인터페이스(N2)에 연결되고, 부하(200)를 시동해야 함을 감지하면, 제어 유닛(50)은 하이 레벨 신호 및 로우 레벨 신호를 각각 제 1 전자 스위치(T1) 및 광 커플러(U2)에 출력한다. 그 중에서, 제 1 전자 스위치(T1)에 출력된 하이 레벨 신호는 변환 신호이고, 광 커플러(U2)에 출력된 로우 레벨 신호는 구동 신호이다. 제 1 전자 스위치(T1)는 하이 레벨 신호를 수신하여 온 상태로 되기 때문에, 제 2 전자 스위치(T2)의 게이트는 로우 레벨이기 때문에 온 상태로 되고, 이 때, 전원 유닛(10)으로부터 출력되는 제 1 전압은 제 2 전자 스위치(T2)를 통해 변환 전원 전원(U1)에 출력될 수 있으며, 변환 전원(U1)은 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 출력한다.
광 커플러(U2)가 로우 레벨 신호를 수신하면, 발광 소자(D1)는 오프 상태로 되어 발광하지 않고, 수광 소자(Q3)는 수광하지 않기 때문에 오프 상태로 되며, 제 3 전자 스위치(T3)의 베이스는 하이 레벨이기 때문에 오프 상태로 되고, 제 4 전자 스위치(T4)는 온 상태로 된다. 이렇게 하여, 변환 전원(U1)에서 출력된 구동 전압은 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1) 및 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)에 출력될 수 있으며, 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1) 및 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)를 구동하여 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)과 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)는 온 상태로 되고, 전원 유닛(10)은 제 1 전압을 부하(200)에 출력하여 부하(200)에 전력을 공급할 수 있다.
도 5를 참조하면, 일부 실시예에 있어서, 전원 변환 유닛(30)은 제 1 다이오드(D2) 및 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함한다. 본 출원의 실시예에 있어서, 전원 변환 유닛(30)은 제 1 캐패시터(C1) 및 제 2 캐패시터(C2)를 포함한다. 제 1 다이오드(D2)의 양극은 제 2 전자 스위치(T2)의 제 2 연결단에 연결되고, 제 1 다이오드(D2)의 음극은 변환 전원(U1)의 제 1 입력단에 연결된다. 제 1 캐패시터(C1) 및 제 2 캐패시터(C2)는 변환 전원(U1)의 제 1 입력단과 전원 유닛(10)의 음극 사이에 병렬로 연결되어 있다. 이렇게 하여, 전원 유닛(10)이 순간적으로 전력을 잃어도, 제 1 캐패시터(C1) 및 제 2 캐패시터(C2)에 의해 부하(200)에 계속 전력을 공급할 수 있고, 부하(200)의 작동 안정성을 더욱 향상시킨다.
구동 유닛(40)은 제 2 다이오드(D3) 및 제 3 캐패시터(C3)를 더 포함한다. 제 2 다이오드(D3)의 양극은 변환 전원(U1)의 제 1 출력단에 전기적으로 연결되고, 제 2 다이오드(D3)의 음극은 제 4 전자 스위치(T4)의 제 2 연결단에 전기적으로 연결된다. 제 3 캐패시터(C3)의 일단은 제 2 다이오드(D3)의 음극에 연결되고, 제 3 캐패시터(C3)의 타단은 기준 영점(DR-GND)에 연결된다. 이렇게 하여, 변환 전원(U1)이 순간적으로 고장나면, 제 3 커패시터(C3)는 부하(200)에 계속 전력을 공급할 수 있고, 시스템의 작동 안정성 및 신뢰성이 더욱 향상된다.
또한, 광 커플러(U2)의 사용 수명을 연장하기 위하여, 구동 유닛(40)은 제 5 전자 스위치(T5), 제 6 전자 스위치(T6), 제 8 레지스터(R8)~제 10 레지스터(R10)를 더 포함한다. 제 5 전자 스위치(T5)의 제어단은 제 8 레지스터(R8)를 통해 기준 영점(DR-GND)에 연결되고, 제 5 전자 스위치(T5)의 제 1 연결단은 기준 영점(DR-GND)에 연결되며, 제 5 전자 스위치(T5)의 제 2 연결단은 제 3 전자 스위치(T3)의 제어단에 연결된다. 제 5 전자 스위치(T5)의 제어단은 또한 제 9 레지스터(R9)를 통해 제 6 전자 스위치(T6)의 제 1 연결단에 연결된다. 제 6 전자 스위치(T6)의 제어단은 광 커플러(U2)의 제 1 출력단(O1)에 연결되고, 제 6 전자 스위치(T6)의 제어단은 또한 제 10 레지스터(R10)를 통해 제 2 다이오드(D3)의 음극에 연결된다. 제 6 전자 스위치(T6)의 제 2 연결단은 제 2 다이오드(D3)의 음극에 연결된다.
이하, 도 5의 NMOS 스위치 구동 회로(100)의 작동 원리를 소개한다.
제어 유닛(50)이 부하(200)가 제 1 인터페이스(N1)와 제 2 인터페이스(N2)에 연결되고, 부하(200)를 시동해야 함을 감지하면, 제어 유닛(50)은 하이 레벨 신호를 제 1 전자 스위치(T1) 및 광 커플러(U2)에 각각 출력한다. 그 중에서, 그 중에서, 제 1 전자 스위치(T1)에 출력된 하이 레벨 신호는 변환 신호이고, 광 커플러(U2)에 출력된 하이 레벨 신호는 구동 신호이다. 제 1 전자 스위치(T1)는 하이 레벨 신호를 수신하여 온 상태로 되기 때문에, 제 2 전자 스위치(T2)의 게이트는 로우 레벨이기 때문에 온 상태로 되고, 이 때, 전원 유닛(10)으로부터 출력되는 제 1 전압은 제 2 전자 스위치(T2) 및 제 1 다이오드(D2)를 통해 변환 전원(U1)에 출력될 수 있으며, 변환 전원(U1)은 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 출력한다. 전원 유닛(10)이 순간적으로 전력을 잃어도, 제 1 캐패시터(C1) 및 제 2 캐패시터(C2) 저장된 전력은 부하(200)에 계속 전력을 공급할 수 있다.
광 커플러(U2)가 하이 레벨 신호를 수신하면, 발광 소자(D1)는 발광하고, 수광 소자(Q3)는 수광하여 온 상태로 되므로, 제 6 전자 스위치(T6)는 오프 상태로 되고, 제 5 전자 스위치(T5) 및 제 3 전자 스위치(T3)는 오프 상태로 되며, 제 4 전자 스위치(T4)는 온 상태로 된다. 이렇게 하여, 변환 전원(U1)에서 출력된 구동 전압은 제 2 다이오드(D3)를 통해 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1) 및 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)에 출력될 수 있으며, 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1) 및 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)를 구동하여 제 1 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q1)와 제 2 NMOS 전계 효과 트랜지스터(Q2)는 온 상태로 되고, 전원 유닛(10)은 제 1 전압을 부하(200)에 출력하여 부하(200)에 전력을 공급할 수 있다. 프론트 엔드가 갑자기 전력을 잃어도 제 3 캐패시터(C3) 축적된 전력은 부하(200)에 계속 전력을 공급할 수 있다.
본 출원의 실시예에 있어서, 부하(200)에 전력을 공급할 필요가 없는 경우, 광 커플러(U2)는 비작동 상태에 있고, 부하(200)에 전력을 공급하는 경우에만 광 커플러(U2)가 작동하기 때문에, 광 커플러(U2)의 사용 수명을 연장할 수 있다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예이고, 당업자라면 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 개량 및 수정을 할 수 있으며, 이러한 개량 및 수정도 본 발명의 보호 범위에 속한다는 것을 명심하기 바란다.

Claims (10)

  1. 제 1 인터페이스 및 제 2 인터페이스가 설치된 전원 장치에 적용되는 NMOS 스위치 구동 회로로서, 상기 NMOS 스위치 구동 회로는 전원 유닛, 스위치 유닛, 전원 변환 유닛, 구동 유닛 및 전류 감지 유닛을 포함하고,
    상기 전원 유닛은 제 1 전압을 출력하는 데에 사용되고,
    상기 스위치 유닛은 상기 전원 유닛과 상기 제 1 인터페이스 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전원 유닛과 상기 제 1 인터페이스 사이의 전기적 연결을 확립하거나 또는 절단하는 데에 사용되며, 또한 상기 스위치 유닛은 적어도 하나의 NMOS 스위치를 포함하고,
    상기 구동 유닛은 상기 제 1 전압에 기초하여 상기 스위치 유닛을 구동하여 도통시키는 데에 사용되고,
    상기 전류 감지 유닛은 상기 전원 유닛과 상기 제 2 인터페이스 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전원 유닛의 출력 전류를 감지하는 데에 사용되고,
    상기 스위치 유닛은 상기 출력 전류에 기초하여 도통되도록 구성되고,
    상기 전원 변환 유닛의 일단은 상기 전원 유닛에 연결되고, 상기 전원 변환 유닛의 타단은 상기 구동 유닛을 통해 상기 스위치 유닛에 전기적으로 연결되며,
    상기 전원 변환 유닛은 상기 제 1 전압을 일정한 구동 전압으로 변환시킨 다음에 상기 구동 유닛을 통해 상기 스위치 유닛에 출력하여 상기 스위치 유닛을 구동하여 도통시킴으로써, 상기 전원 유닛과 상기 제 1 인터페이스 사이의 전기적 연결을 확립하는 데에 사용되고,
    상기 전원 변환 유닛은 변환 전원을 포함하고,
    상기 변환 전원은 상기 제1 전압을 상기 구동 전압으로 변환시킨 다음에 출력하는 데에 사용되며,
    상기 변환 전원의 제 1 출력단은 상기 구동 유닛에 연결되며, 상기 변환 전원의 제 2 출력단은 기준 영점에 연결되며, 상기 NMOS 스위치의 소스는 상기 기준 영점에 연결되는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 NMOS 스위치 구동 회로는 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 전원 변환 유닛과 상기 구동 유닛에 각각 전기적으로 연결되며,
    상기 제어 유닛은 상기 전원 변환 유닛에 변환 신호를 출력하고, 또한 상기 구동 유닛에 구동 신호를 출력하는 데에 사용되고,
    상기 구동 유닛은 상기 구동 신호에 따라 상기 구동 전압을 상기 스위치 유닛으로 출력하여 상기 스위치 유닛을 구동하여 도통시키는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전류 감지 유닛에 전기적으로 연결되어 상기 전류 감지 유닛에 의해 감지된 전류 신호를 수집하며,
    상기 제어 유닛에 의해 수집된 전류 신호가 미리 설정된 임계 값보다 큰 경우, 상기 제어 유닛은 상기 변환 신호 및 상기 구동 신호 중 적어도 하나를 출력하는 것을 정지하는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 유닛은 상기 전원 유닛의 양극과 상기 제 1 인터페이스 사이에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전원 변환 유닛은 제 1 전자 스위치 및 제 2 전자 스위치를 포함하고,
    상기 제 1 전자 스위치의 제어단은 상기 제어 유닛에 연결되고, 상기 제 1 전자 스위치의 제 1 연결단은 상기 전원 유닛의 음극에 연결되며, 상기 제 1 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 제 2 전자 스위치의 제어단에 연결되고,
    상기 제 2 전자 스위치의 제 1 연결단은 상기 전원 유닛의 양극에 연결되고, 상기 제 2 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 변환 전원의 제 1 입력단에 연결되며,
    상기 변환 전원의 제 2 입력단은 상기 전원 유닛의 음극에 연결되는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변환 전원은 변동하는 입력 전압을 안정화하는 전원인 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 광 커플러, 제 3 전자 스위치 및 제 4 전자 스위치를 포함하고,
    상기 광 커플러의 제 1 입력단은 상기 제어 유닛에 연결되고, 상기 광 커플러의 제 2 입력단은 상기 전원 유닛의 음극에 연결되며, 상기 광 커플러의 제 1 출력단은 상기 제 3 전자 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 광 커플러의 제 2 출력단은 기준 영점에 연결되며,
    상기 제 3 전자 스위치의 제 1 연결단은 기준 영점에 연결되고, 상기 제 3 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 제 4 전자 스위치의 제 1 연결단에 연결되며,
    상기 제 4 전자 스위치의 제어단은 상기 전원 변환 유닛에 연결되고, 상기 제 4 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 전원 변환 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 커플러는 발광 소자 및 수광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자의 제 1 단은 상기 광 커플러의 제 1 입력단이고, 상기 발광 소자의 제 2 단은 상기 광 커플러의 제 2 입력단이며, 상기 수광 소자의 제 1 단은 상기 광 커플러의 제 1 출력단이고, 상기 수광 소자의 제 2 단은 상기 광 커플러의 제 2 출력단인 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 광 커플러, 제 3 전자 스위치, 제 4 전자 스위치, 제 5 전자 스위치 및 제 6 전자 스위치를 포함하고,
    상기 광 커플러는 발광 소자 및 수광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자의 제 1 단은 상기 광 커플러의 제 1 입력단이고, 상기 발광 소자의 제 2 단은 상기 광 커플러의 제 2 입력단이며, 상기 수광 소자의 제 1 단은 상기 광 커플러의 제 1 출력단이고, 상기 수광 소자의 제 2 단은 상기 광 커플러의 제 2 출력단이며,
    상기 광 커플러의 제 1 입력단은 상기 제어 유닛에 연결되고, 상기 광 커플러의 제 2 입력단은 상기 전원 유닛의 음극에 연결되며, 상기 광 커플러의 제 1 출력단은 상기 제 6 전자 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 광 커플러의 제 2 출력단은 기준 영점에 연결되며,
    상기 제 3 전자 스위치의 제 1 연결단은 기준 영점에 연결되고, 상기 제 3 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 제 4 전자 스위치의 제 1 연결단에 연결되며,
    상기 제 4 전자 스위치의 제어단은 상기 전원 변환 유닛에 연결되고, 상기 제 4 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 전원 변환 유닛에 연결되며,
    상기 제 5 전자 스위치의 제어단은 기준 영점에 연결되고, 상기 제 5 전자 스위치의 제 1 연결단은 기준 영점에 연결되며, 상기 제 5 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 제 3 전자 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 제 5 전자 스위치의 제어단은 또한 상기 제 6 전자 스위치의 제 1 연결단에 연결되며,
    상기 제 6 전자 스위치의 제어단은 상기 광 커플러의 제 1 출력단에 연결되고, 상기 제 6 전자 스위치의 제어단은 또한 상기 전원 변환 유닛에 연결되며, 상기 제 6 전자 스위치의 제 2 연결단은 상기 전원 변환 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 NMOS 스위치 구동 회로.
  10. 제 1 인터페이스 및 제 2 인터페이스를 포함하는 전원 장치로서,
    상기 전원 장치는 청구항 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 NMOS 스위치 구동 회로를 더 포함하고, 상기 NMOS 스위치 구동 회로는 상기 제 1 인터페이스 및 상기 제 2 인터페이스를 통해 부하에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
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