KR102600908B1 - 컨버터 및 파워 어댑터 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 파워 어댑터의 에너지 손실을 감소시키기 위한 컨버터 및 파워 어댑터를 개시한다. 컨버터는 DC 전원, 주 파워 트랜지스터, 보조 파워 트랜지스터, 제1 커패시터, 변압기 및 제어 회로를 포함한다. 제1 커패시터는 변압기에 직렬로 연결되어 직렬 회로를 형성하고, 직렬 회로는 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자 및 제2 단자에 병렬로 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 제1 단자는 보조 파워 트랜지스터의 제2 단자에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 DC 전원의 양극 또는 음극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 DC 전원의 다른 전극에 연결되고, 음극은 접지된다. 제어 회로는, 변압기의 여자(excitation) 전류가 연속 상태일 때, 목표 전압을 사전 설정된 전압 임계값으로 조절하고, 제1 데드 타임(dead time)이 종료될 때 주 파워 트랜지스터가 턴 온되게 제어하도록 구성되고, 목표 전압은 주 파워 트랜지스터의 제1 단자와 접지 사이의 전압이다.

Description

컨버터 및 파워 어댑터{CONVERTER AND POWER ADAPTER}
본 출원은 전력 기술 분야에 관한 것으로, 특히 컨버터 및 파워 어댑터에 관한 것이다.
소비자 전자 제품의 발전과 함께, 다양한 유형의 전자 제품이 등장하고 있다. 이러한 전자 제품은 일반적으로 충전 시 충전을 완료하기 위해 파워 어댑터와 매칭될 필요가 있다. 부피, 충전 속도 등의 관점에서 파워 어댑터에 대한 소비자의 요구가 높아짐에 따라, 파워 어댑터의 소형화 및 고속 충전은 피할 수 없는 추세가 되고 있다. 따라서, 파워 어댑터의 전력 밀도가 개선될 필요가 있다. 전력 밀도는 단위 부피 당 출력 전력의 크기이다.
전력 밀도가 개선되면, 전류 또는 전압이 증가한다. 이 경우, 더 많은 에너지가 열을 생성하는 데 사용된다. 그러나, 단위 부피 당 전력 밀도의 자연 방열 용량은 제한된다. 방열 요건을 충족시키기 위해, 전력 밀도의 에너지 손실을 감소시키는 방법이 해결해야 할 시급한 문제가 된다.
본 출원의 실시예는 파워 어댑터의 에너지 손실을 감소시키기 위한 컨버터 및 파워 어댑터를 제공한다.
본 출원의 제1 양태에 따르면, 컨버터가 제공된다. 컨버터는 DC 전원, 주 파워 트랜지스터, 보조 파워 트랜지스터, 제1 커패시터, 변압기 및 제어 회로를 포함한다. 제1 커패시터는 변압기에 직렬로 연결되어 직렬 회로를 형성하고, 직렬 회로는 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자 및 제2 단자에 병렬로 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 제1 단자는 보조 파워 트랜지스터의 제2 단자에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 DC 전원의 양극 또는 음극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 DC 전원의 다른 전극에 연결되고, 음극은 접지된다. 제어 회로는, 변압기의 여자(excitation) 전류가 연속 상태일 때, 목표 전압을 사전 설정된 전압 임계값으로 조절하고, 제1 데드 타임(dead time)이 종료될 때 주 파워 트랜지스터가 턴 온(turn on)되게 제어하도록 구성되고, 제1 데드 타임은 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프(turn off)된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전까지의 기간이고, 목표 전압은 주 파워 트랜지스터의 제1 단자와 접지 사이의 전압이다.
제1 양태에서, 컨버터는 파워 어댑터에 사용되거나, 차량용 전원 또는 DC/DC 컨버터와 관련된 다른 제품에 사용될 수 있다. DC 전원은 컨버터의 다른 전자 부품에 DC 전압을 제공하도록 구성된다. 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터는 모두 스위칭 트랜지스터이다. 예를 들어, 주 파워 트랜지스터 및 보조 파워 트랜지스터는 금속 산화물 반도체(metal-oxide-semiconductor, MOS) 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자와 주 파워 트랜지스터의 제1 단자는 모두 소스(source, S) 전극 또는 드레인(drain, D) 전극일 수 있다. 제1 단자가 소스 전극인 경우, 제2 단자는 드레인 전극이거나; 제1 단자가 드레인 전극인 경우 제2 단자는 소스 전극이다. DC 전원은 양극과 음극을 갖는다. 양극은 전원의 양극과 유사하고 음극은 전원의 음극과 유사하다. 하나의 전극이 양극이면 다른 전극은 음극이거나; 하나의 전극이 음극이면 다른 전극은 양극이다. 컨버터에서, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극이 음극에 연결될 수 있거나, 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극이 음극에 연결될 수 있다. 제1 커패시터의 기능은 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 변압기의 인덕터, 주 파워 트랜지스터의 기생 커패시터 및 보조 파워 트랜지스터의 기생 커패시터와 공진하는 것이다.
본 출원에서, 컨버터의 동작 프로세스에서, 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터는 동시에 턴 온되지 않지만, 동시에 턴 오프될 수 있다. 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터가 모두 턴 오프되거나 턴 온되지 않는 기간을 "데드 타임(dead time)"이라고 칭하며, 본 출원에서, 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전까지의 데드 타임을 "제1 데드 타임" 또는 "제2 데드 타임"이라고 칭한다. 본 출원에서, 주 파워 트랜지스터의 제1 단자와 접지 사이의 전압을 "목표 전압"이라 칭하며, 목표 전압은 시간에 따라 변한다. 목표 전압의 동작 파형은 컨버터의 동작 시간 시퀀스에 따라 변하는 전압에 의해 형성되는 파형을 지칭하며, 컨버터의 동작 시간 시퀀스는 컨버터가 동작하기 시작한 후의 시간 시퀀스를 지칭한다. 목표 전압은 컨버터의 동작 시간에 따라 지속적으로 변화하여 파형을 형성한다.
본 출원에서, 여자 전류가 연속적이라는 것은 목표 데드 타임 내에서 여자 전류가 중단되지 않는 것을 지칭한다.
본 출원에서, 사전 설정된 전압 임계값은 복수의 실험 결과에 기초하여 획득된 경험적 값일 수 있고, 사전 설정된 전압 임계값은 0일 수 있거나, 0에 가까운 값일 수 있거나, 다른 값일 수 있다. 사전 설정된 전압 임계값의 값은 컨버터의 특정 회로 구조와 관련이 있다. 본 출원에서, 가능한 회로 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 작은 값이며, 목표 전압의 파형에서 골(valley)의 값이거나, 골에 가까운 값일 수 있다. 다른 가능한 회로 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 대안적으로 DC 전원에 의해 출력되는 DC 전압 또는 DC 전압에 가까운 값일 수 있다.
본 출원에서, 사전 설정된 전압 임계값이 0인지 또는 DC 전원에 의해 출력되는 DC 전압인지에 관계없이, 본 출원의 목적은 주 파워 트랜지스터의 두 단자의 전압을 0 또는 0에 가깝게 만들고, 전압이 0에 가깝거나 0일 때 주 파워 트랜지스터를 턴 온시키는 것이다.
본 출원에서, 주 파워 트랜지스터의 턴 온 전압은 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실에 정비례하므로, 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값에 있을 때, 주 파워 트랜지스터가 턴 온되어, 주 파워 트랜지스터가 동작한다. 사전 설정된 전압 임계값이 0과 같거나 사전 설정된 전압 임계값이 매우 작기 때문에, 0의 전압 또는 매우 작은 전압에서 주 파워 트랜지스터가 턴 온되고, 에너지 손실이 가장 낮다. 제1 양태에 제공된 컨버터는 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실을 감소시킬 수 있고, 이에 의해 컨버터의 에너지 손실 및 파워 어댑터의 에너지 손실을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 제어 회로는 스위칭 사이클에서, 변압기의 여자 전류가 연속적인 경우, 제2 데드 타임이 종료될 때 목표 전압을 검출하고, 목표 전압에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 추가로 구성되며, 여기서 스위칭 사이클에서, 주 파워 트랜지스터 및 보조 파워 트랜지스터 각각은 적어도 1회 턴 온되고, 제2 데드 타임은 제1 데드 타임 이전 및 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 전원 트랜지스터가 턴 온되기 전의 기간이다.
이러한 가능한 구현에서, 제2 데드 타임은 제1 데드 타임 이전, 및 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 임의의 기간일 수 있다. 본 출원에서, "제2 데드 타임이 종료될 때"는 제2 데드 타임이 종료되려는 순간, 예를 들어, 제2 데드 타임의 마지막 마이크로초 또는 마지막 나노초를 지칭한다. 제2 데드 타임이 종료될 때 가장 최근의 목표 전압이 검출될 수 있다면, 특정 시점은 본 출원에서 제한되지 않는다. 본 출원에서, 여자 전류가 연속적이라는 것은 여자 전류가 스위칭 사이클 내에서 중단되지 않는다는 것을 지칭한다. 목표 전압을 검출하는 복수의 방식이 있을 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 주 파워 트랜지스터의 제1 단자에 직접 연결되고 접지되어 목표 전압을 측정한다. 대안적으로 목표 전압은 간접적인 방식으로 검출될 수 있으며, 예를 들어, 목표 전압은 변압기를 사용하여 검출될 수 있다. 이러한 가능한 구현에서, 목표 전압은 보조 스위칭 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절함으로써 사전 설정된 전압 임계값에 가능한 한 빨리 도달할 수 있고, 이에 의해 목표 전압의 조절 효율을 개선한다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 제어 회로는 목표 전압과 사전 설정된 전압 임계값 사이의 비교 결과를 결정하고, 비교 결과에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 추가로 구성된다.
이러한 가능한 구현에서, 컨버터에서, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극이 음극에 연결되고 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극이 음극에 연결될 때, 사전 설정된 전압 임계값은 상이하다. 목표 전압과 사전 설정된 전압 임계값 사이의 비교 결과는 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 크거나, 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 작은 것일 수 있다. 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간의 조절은 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 증가시키거나 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 감소시키는 것일 수 있다. 이러한 가능한 구현에서, 변압기에서 음의 방향으로의 여자 전류의 크기는 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절함으로써 변할 수 있다. 여자 전류는 주 파워 트랜지스터의 목표 전압에 영향을 미친다. 이러한 방식으로, 주 파워 트랜지스터는 더 낮은 전압에서 턴 온될 수 있고, 이에 의해 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실을 추가로 감소시킬 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 음극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 양극에 연결된다. 제어 회로는 구체적으로, 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 크다는 것을 나타낼 때, 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 연장하거나, 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 작다는 것을 나타낼 때, 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 단축하도록 구성된다.
이러한 가능한 구현에서, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 소스 전극이고, 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 드레인 전극이고, 주 파워 트랜지스터의 드레인 전극은 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극은 음극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 드레인 전극은 양극에 연결된다. 이러한 연결 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 일반적으로 0이다. 사전 설정된 전압 임계값이 Vth로 표시되고 목표 전압이 Vdssw로 표시되면, 비교 결과는 Vdssw > Vth 또는 Vdssw < Vth일 수 있다. Vdssw > Vth이면, 이는 목표 전압을 추가로 감소시켜야 할 필요가 있고, 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 증가시켜야 할 필요가 있음을 나타내므로, 변압기의 음의 방향으로의 여자 전류가 추가로 증가한다. 이러한 방식으로, 목표 전압이 대응하여 감소한다. 그렇지 않고, Vdssw < Vth이면, 이는 목표 전압을 증가시킬 필요가 있음을 나타내며, 즉, 변압기의 음의 방향으로의 여자 전류가 감소될 필요가 있다. 이러한 목적은 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 단축함으로써 달성될 수 있다. 비교 결과에 관계없이, 목표 전압은 대응하는 조절을 통해 가능한 한 사전 설정된 전압 임계값에 근접하여, 목표 전압이 가능한 한 빨리 사전 설정된 전압 임계값에 도달한다. 이러한 방식으로, 주 파워 트랜지스터는 더 낮은 전압에서 턴 온될 수 있고, 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실이 추가로 감소될 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 양극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 음극에 연결된다. 제어 회로는 구체적으로, 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 크다는 것을 나타낼 때, 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 단축하거나, 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 작다는 것을 나타낼 때, 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 연장하도록 구성된다.
이러한 가능한 구현에서, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 드레인 전극이고, 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 소스 전극이고, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극은 보조 파워 트랜지스터의 드레인 전극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극은 음극에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 드레인 전극은 양극에 연결된다. 이러한 연결 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 일반적으로 DC 전원의 두 단자 사이의 전압차 Vin이다. 사전 설정된 전압 임계값이 Vth로 표시되고 목표 전압이 Vdssw로 표시되면, 비교 결과는 Vdssw > Vth 또는 Vdssw < Vth일 수 있다. Vdssw < Vth이면, 이는 목표 전압이 증가될 필요가 있고, 음의 방향으로의 여자 전류가 증가될 필요가 있음을 나타낸다. 이러한 방식으로, 목표 전압은 대응하여 증가하고, 여자 전류는 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 따라서, Vdssw < Vth일 때, 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 시간이 증가될 필요가 있다. 그렇지 않고 Vdssw > Vth이면, 이는 목표 전압이 감소될 필요가 있고 음의 방향으로의 여자 전류가 감소될 필요가 있음을 나타낸다. 이러한 방식으로, 목표 전압이 대응하여 감소하고, 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 단축함으로써 여자 전류의 크기가 감소될 수 있다. 따라서, Vdssw > Vth일 때, 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간이 단축될 필요가 있다. 비교 결과와 관계없이, 대응하는 조절을 통해 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값에 가능한 근접할 수 있다. 이러한 방식으로, 주 파워 트랜지스터는 더 낮은 전압에서 턴 온될 수 있고, 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실이 추가로 감소될 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 제어 회로는 검출 회로, 파워 트랜지스터 제어 회로, 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로를 포함한다. 파워 트랜지스터 제어 회로는 검출 회로, 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로에 별도로 연결되고, 제1 구동 회로는 주 파워 트랜지스터에 연결되고, 제2 구동 회로는 보조 파워 트랜지스터에 연결된다. 검출 회로는 목표 전압을 검출하도록 구성된다. 파워 트랜지스터 제어 회로는 검출 회로의 검출 결과에 기초하여 제1 구동 회로 또는 제2 구동 회로에 대한 구동 신호를 송신하도록 구성된다. 제1 구동 회로는 구동 신호에 기초하여 주 파워 트랜지스터가 턴 온 또는 턴 오프되게 구동하도록 구성된다. 제2 구동 회로는 구동 신호에 기초하여 보조 파워 트랜지스터가 턴 온 또는 턴 오프되게 구동하도록 구성된다.
이러한 가능한 구현에서, 제어 회로는 복수의 회로를 포함할 수 있으며, 여기서 검출 회로는 주 파워 트랜지스터의 제1 단자와 제2 단자 사이의 목표 전압을 검출하도록 구성되고, 파워 트랜지스터 제어 회로는 검출 회로의 검출 결과에 기초하여 구동 신호를 생성할 수 있으며, 제1 구동 회로는 구동 신호에 기초하여 주 파워 트랜지스터를 구동할 수 있고, 제2 구동 회로는 구동 신호에 기초하여 보조 파워 트랜지스터를 구동할 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 컨버터는 제2 커패시터를 추가로 포함하고, 제2 커패시터의 2개의 단자는 DC 전원의 양극 및 음극에 각각 연결된다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 변압기는 1차측 권선 및 2차측 권선을 포함하고, 1차측 권선의 점이 있는 단자는 제1 커패시터에 연결되고, 2차측 권선의 점이 있는 단자는 접지된다.
이러한 가능한 구현에서 설명된 회로 구조는 비대칭 하프-브릿지 플라이백 토폴로지(half-bridge flyback topology)에 적용될 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현에서, 변압기는 1차측 권선 및 2차측 권선을 포함하고, 1차측 권선의 점이 있는 단자는 제1 커패시터에 연결되고, 2차측 권선의 점이 있는 단자는 2차측의 동기 정류기에 연결된다.
이러한 가능한 구현에서 설명된 회로 구조는 비대칭 하프-브릿지 순방향 토폴로지에 적용될 수 있다.
본 출원의 제2 양태에 따르면, 파워 어댑터가 제공된다. 파워 어댑터는 제1 양태 또는 제1 양태 또는 임의의 가능한 구현에서 설명된 컨버터, AC/DC 컨버터 및 필터 회로를 포함한다. 필터 회로는 AC/DC 컨버터 및 컨버터에 별도로 연결된다. AC/DC 컨버터는 전력 그리드(grid)의 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 구성된다. 컨버터는 부하에 DC 전압을 제공하도록 구성된다. 필터 회로는 AC/DC 컨버터와 컨버터에서 노이즈를 필터링하도록 구성된다.
본 출원에서, 파워 어댑터는 다양한 단말 디바이스, 예를 들어, 모바일 폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 전자 웨어러블 디바이스, 차량 내 디바이스 및 전자 홈 디바이스의 파워 어댑터일 수 있다. 파워 어댑터의 구조 및 외관은 상이할 수 있지만, 본 출원의 제1 양태 또는 제1 양태의 임의의 가능한 구현에서 설명된 컨버터 또는 본 출원의 제2 양태 또는 제2 양태의 임의의 가능한 구현에서 설명된 컨버터가 사용된다.
본 출원에서, 제1 양태 또는 제1 양태의 임의의 가능한 구현에 제공된 컨버터는 파워 어댑터 외에 다른 제품, 예를 들어, 차량 내 전원, 기지국 전원 또는 DC/DC 컨버터와 관련된 다른 제품과 같은 다른 제품에서 추가로 사용될 수 있다.
도 1은 파워 어댑터의 응용 시나리오의 개략도이다.
도 2는 파워 어댑터의 다른 응용 시나리오의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 파워 어댑터의 구조의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 구조의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따라 컨버터가 동작할 때의 시간 시퀀스도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 회로도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간의 조절 프로세스의 개략도이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따라 컨버터가 동작할 때의 다른 시간 시퀀스도이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따라 컨버터가 동작할 때의 다른 시간 시퀀스도이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 다른 회로도이다.
도 11은 본 출원의 일 실시예에 따른 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간의 다른 조절 프로세스의 개략도이다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 다른 구조의 개략도이다.
도 13은 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 다른 회로도이다.
도 14는 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 다른 회로도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 실시예를 설명한다. 설명된 실시예는 본 출원의 모든 실시예가 아니라 단지 일부에 불과하다는 것이 명백하다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 출원의 실시예에서 제공되는 기술적 해결책이 기술이 발전하고 새로운 시나리오가 출현함에 따라 유사한 기술적 문제에도 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 출원의 명세서, 청구항 및 첨부 도면에서, "제1", "제2" 등의 용어는 유사한 객체를 구별하기 위해 의도된 것으로, 반드시 특정한 순서 또는 시퀀스를 나타내는 것은 아니다. 이러한 방식으로 명명된 데이터는 적절한 상황에서 상호 교환 가능하므로, 본원에 설명된 실시예는 본원에 설명되거나 예시된 순서와 다른 순서로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, "포함하다", "포괄하다" 및 임의의 다른 변형의 용어는 비배타적인 포함을 커버하도록 의미한다. 예를 들어, 단계 또는 단위의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 시스템, 제품 또는 디바이스는 명시적으로 나열된 단계 또는 단위에 반드시 제한되지 않으며, 프로세스, 방법, 제품 또는 디바이스에 대해 명시적으로 나열되지 않거나 고유하지 않은 다른 단계 또는 단위를 포함할 수 있다.
본 출원의 실시예는 파워 어댑터의 에너지 손실을 감소시키기 위한 컨버터 및 파워 어댑터를 제공한다. 이하 별도로 상세한 설명을 제공한다.
기술의 발달과 함께, 다양한 유형의 전자 제품이 등장하여 사람들의 생활 전반에 침투하고 있다. 이러한 전자 제품은 주전원에 연결되거나 사용할 때 사전 충전할 필요가 있다. 많은 전자 제품의 전압이 주전원과 매칭되지 않기 때문에, 이러한 단말 디바이스는 충전용 파워 어댑터를 사용하여 주전원에 연결될 필요가 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 파워 어댑터의 하나의 단자는 전력 그리드에 연결되고, 파워 어댑터의 다른 단자는 부하에 연결된다. 전력 그리드는 일반적으로 거주자가 사용하는 주전원의 전원 네트워크이며, 부하는 임의의 유형의 단말 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 부하는 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 전자 웨어러블 디바이스, 전자 안경, 전동 칫솔, 청소기 또는 전기 자전거일 수 있다.
파워 어댑터가 부하를 충전하는 시나리오에 있어서, 도 2에 도시된 모바일 폰 충전 시나리오를 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 파워 어댑터의 하나의 단자는 소켓을 통해 전력 그리드에 연결되고, 파워 어댑터의 다른 단자는 모바일 폰에 연결되어, 전원 그리드로부터 모바일 폰으로의 충전 루프가 연결될 수 있으며, 이에 의해 모바일 폰의 충전 프로세스를 구현한다.
도 2에 도시된 파워 어댑터는 단지 가능한 형태일 뿐이다. 실제로, 복수의 유형의 파워 어댑터가 있을 수 있다. 상이한 유형의 단말 디바이스의 파워 어댑터가 다를 수 있고, 동일한 유형의 단말 디바이스의 파워 어댑터가 상이할 수 있다. 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
이하 파워 어댑터의 내부 구조를 설명한다. 도 3은 파워 어댑터의 가능한 구조의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 파워 어댑터는 AC/DC 컨버터(101), 컨버터(102) 및 필터 회로(103)를 포함한다. 필터 회로(103)는 컨버터(102) 및 AC/DC 컨버터(101)에 별도로 연결되며, 여기서 AC/DC 컨버터(101)는 전력 그리드의 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 구성되고, 컨버터(102)는 부하에 DC 전압을 제공하도록 구성되고; 필터 회로(103)는 AC/DC 컨버터(101) 및 컨버터(102)에서 노이즈를 필터링하도록 구성된다.
AC/DC 컨버터 및 필터 회로는 본 출원에서 과도하게 설명되지 않는다. 이하 도 4를 참조하여 본 출원의 실시예에서 제공되는 컨버터를 설명한다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 컨버터의 구조의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 컨버터는 DC 전원(1021), 주 파워 트랜지스터(1022), 보조 파워 트랜지스터(1023), 제1 커패시터(1024), 변압기(1025) 및 제어 회로(1026)를 포함한다. 제1 커패시터(1024)는 변압기(1025)에 직렬로 연결되어 직렬 회로를 형성하고, 직렬 회로는 보조 파워 트랜지스터(1023)의 제1 단자(10231) 및 제2 단자(10232)에 병렬로 연결되고, 주 파워 트랜지스터(1022)의 제1 단자(10221)는 보조 파워 트랜지스터(1023)의 제2 단자(10232)에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 제2 단자(10222)는 DC 전원(1021)의 양극 또는 음극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터(1023)의 제1 단자(10231)는 DC 전원(1021)의 다른 전극에 연결되고, DC 전원(1021)의 음극은 접지된다.
제어 회로(1026)는, 변압기의 여자 전류가 연속 상태에 있을 때, 목표 전압을 사전 설정된 전압 임계값으로 조절하고, 제1 데드 타임이 종료될 때 주 파워 트랜지스터를 턴 온되게 제어하도록 구성되며, 여기서 제1 데드 타임은 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 기간이고, 목표 전압은 주 파워 트랜지스터의 제1 단자와 접지 사이의 전압이다.
DC 전원은 컨버터의 다른 전자 부품에 DC 전압을 제공하도록 구성된다. 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터는 모두 스위칭 트랜지스터이다. 예를 들어, 주 파워 트랜지스터 및 보조 파워 트랜지스터는 금속-산화물-반도체(metal-oxide-semiconductor, MOS) 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 주 파워 트랜지스터가 턴 온되면, 제1 커패시터는 DC 전원, 주 파워 트랜지스터, 제1 커패시터 및 변압기에 의해 형성되는 경로의 단락을 피할 수 있다. 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자와 주 파워 트랜지스터의 제1 단자는 모두 소스(source, S) 전극 또는 드레인(drain, D) 전극일 수 있다. 제1 단자가 소스 전극인 경우, 제2 단자는 드레인 전극이거나; 제1 단자가 드레인 전극인 경우, 제2 단자는 소스 전극이다. DC 전원은 양극과 음극을 갖는다. 양극은 전원의 양극과 유사하고, 음극은 전원의 음극과 유사하다. 하나의 전극이 양극이면, 다른 전극은 음극이거나; 하나의 전극이 음극이면 다른 전극이 양극이다. 컨버터에서, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극은 음극에 연결될 수 있거나, 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극은 음극에 연결될 수 있다. 제1 커패시터의 기능은 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 변압기의 인덕터, 주 파워 트랜지스터의 기생 커패시터, 보조 파워 트랜지스터의 기생 커패시터와 공진하는 것이다.
본 출원에서, 컨버터의 동작 프로세스에서, 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터는 동시에 턴 온되지 않지만, 동시에 턴 오프될 수 있다. 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터가 모두 턴 오프되거나 턴 온되지 않는 기간을 "데드 타임"이라 칭하며, 본 출원에서, 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 데드 타임을 "제1 데드 타임" 또는 "제2 데드 타임"이라고 칭한다. 본 출원에서, 주 파워 트랜지스터의 제1 단자와 접지 사이의 전압을 "목표 전압"이라 칭하며, 목표 전압은 시간에 따라 변한다. 목표 전압의 동작 파형은 컨버터의 동작 시간 시퀀스에 따라 변화하는 전압에 의해 형성되는 파형을 지칭하며, 컨버터의 동작 시간 시퀀스는 컨버터가 동작하기 시작한 후의 시간 시퀀스를 지칭한다. 목표 전압은 컨버터의 동작 시간에 따라 지속적으로 변하여 파형을 형성한다.
본 출원에서, 여자 전류가 연속적이라는 것은 목표 데드 타임 내에서 여자 전류가 중단되지 않는 것을 지칭한다.
본 출원에서, 사전 설정된 전압 임계값은 복수의 실험 결과에 기초하여 획득된 경험적 값일 수 있고, 사전 설정된 전압 임계값은 0일 수 있거나, 0에 가까운 값일 수 있거나, 다른 값일 수 있다. 사전 설정된 전압 임계값의 값은 컨버터의 특정 회로 구조와 관련이 있다. 본 출원에서, 가능한 회로 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 작은 값이며, 목표 전압의 파형에서 골의 값일 수 있거나, 골에 가까운 값일 수 있다. 다른 가능한 회로 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 대안적으로 DC 전원에 의해 출력되는 DC 전압 또는 DC 전압에 가까운 값일 수 있다.
컨버터의 동작 시간 시퀀스 및 목표 전압의 동작 파형에 대해, 이해를 위해 도 5에 도시된 시간 시퀀스도를 참조한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 동작 시간 시퀀스에서, 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터는 상이한 기간에 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태이다. 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 또는 턴 오프는 변압기의 목표 전압과 여자 전류에 영향을 미치며, 목표 전압의 파형과 여자 전류의 파형이 대응하여 변한다. 도 5에서, 본 출원에서, 주 파워 트랜지스터가 1회 턴 온되고 보조 파워 트랜지스터가 1회 턴 온되는 기간을 1 사이클이며, 연속적인 파형의 복수의 사이클이 존재할 수 있다. 본 출원에서, 도면의 tD1 및 tD2는 각각 데드 타임을 표기하는 데 사용된다. 데드 타임은 주 파워 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터가 턴 온되지 않는 기간을 지칭한다. 차이점은 tD1은 주 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 보조 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 데드 타임을 나타내고, tD2는 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 데드 타임을 나타낸다는 것이다. 본 출원에서 제1 데드 타임과 제2 데드 타임은 모두 tD2로 표시되는 데드 타임이다.
본 출원에서, 사전 설정된 전압 임계값이 0이든 DC 전원에 의해 출력되는 DC 전압이든 관계없이, 본 출원의 목적은 주 파워 트랜지스터의 두 단자의 전압을 0 또는 0에 가깝게 만들고 전압이 0에 가깝거나 0일 때 주 파워 트랜지스터를 턴 온시키는 것이다.
본 출원에서, 주 파워 트랜지스터의 턴 온 전압은 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실에 정비례하므로, 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값에 있을 때, 주 파워 트랜지스터가 턴 온되어, 주 파워 트랜지스터가 동작한다. 사전 설정된 전압 임계값이 0과 같거나 사전 설정된 전압 임계값이 매우 작기 때문에, 0의 전압 또는 매우 작은 전압에서 주 파워 트랜지스터가 턴 온되고 에너지 손실이 가장 낮다. 제1 양태에 제공된 컨버터는 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실을 감소시킬 수 있고, 이에 의해 컨버터의 에너지 손실 및 파워 어댑터의 에너지 손실을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 4의 제어 회로는 스위칭 사이클에서, 변압기의 여자 전류가 연속적인 경우 제2 데드 타임이 종료될 때 목표 전압을 검출하고 목표 전압에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 추가로 구성되며, 여기서 스위칭 사이클에서, 주 파워 트랜지스터 및 보조 파워 트랜지스터는 각각 적어도 1회 턴 온되고, 제2 데드 타임은 제1 데드 타임 이전 및 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 기간이다.
본 출원에서, 제2 데드 타임은 제1 데드 타임 이전, 및 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전인 임의의 기간일 수 있다. 본 출원에서 "제2 데드 타임이 종료될 때"는 제2 데드 타임이 종료되려는 순간, 예를 들어, 제2 데드 타임의 마지막 마이크로초 또는 마지막 나노초를 지칭한다. 제2 데드 타임이 종료될 때 가장 최근의 목표 전압이 검출될 수 있다면, 본 출원에서 특정 시점은 제한되지 않는다. 여자 전류가 연속적이라는 것은 여자 전류가 스위칭 사이클 내에서 중단되지 않는다는 것을 지칭한다. 목표 전압을 검출하는 복수의 방식이 있을 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 주 파워 트랜지스터의 제1 단자에 직접 연결되고 접지되어 목표 전압을 측정한다. 대안적으로 목표 전압은 간접적인 방식으로 검출될 수 있으며, 예를 들어, 목표 전압은 변압기를 사용하여 검출될 수 있다. 이러한 가능한 구현에서, 목표 전압은 보조 스위칭 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절함으로써 사전 설정된 전압 임계값에 가능한 한 빨리 도달할 수 있으며, 이에 의해 목표 전압의 조절 효율을 개선한다.
상술한 내용에서, 제어 회로는 주 파워 트랜지스터의 턴 온 또는 턴 오프를 제어할 수 있다. 본 출원에서, 제어 회로는 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 또는 턴 오프를 추가로 제어할 수 있다. 제어 회로는 목표 전압과 사전 설정된 전압 임계값 간의 비교 결과를 결정할 수 있고, 비교 결과에 기초하여 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절할 수 있다. 컨버터에서, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극이 음극에 연결되고 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극이 음극에 연결되는 경우, 사전 설정된 전압 임계값이 상이하다. 목표 전압과 사전 설정된 전압 임계값의 비교 결과는 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 크거나, 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 작은 것일 수 있다. 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간의 조절은 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 증가시키거나 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 감소시키는 것일 수 있다. 이러한 가능한 구현에서, 변압기에서 음의 방향으로의 여자 전류의 크기는 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절함으로써 변할 수 있다. 여자 전류는 주 파워 트랜지스터의 목표 전압에 영향을 미친다. 이러한 방식으로, 주 파워 트랜지스터는 더 낮은 전압에서 턴 온될 수 있고, 이에 의해 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실을 추가로 감소시킬 수 있다.
주 전원 트랜지스터와 보조 파워 트랜지스터와 DC 전원 사이에 2개의 연결 관계가 있을 수 있으므로, 제어 회로가 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절할 때, 연결 관계는 상이한 조절 방식에 대해 상이하다. 이하 회로도를 참조하여 상이한 연결 관계에서 제어 회로의 2개의 상이한 연결 관계 및 실행 프로세스를 설명한다.
1. 주 파워 트랜지스터 및 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 드레인 전극이고, 그 제2 단자는 소스 전극이다. 주 파워 트랜지스터의 드레인 전극은 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극은 음극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 드레인 전극은 양극에 연결된다.
이 연결 관계의 회로도에 대해, 이해를 위해 도 6을 참조한다. 도 6에 도시된 바와 같이, Q1은 주 파워 트랜지스터이고, Q2는 보조 파워 트랜지스터이고, C1은 제1 커패시터이고, Vin은 DC 전원에 의해 출력되는 전압이다. "+"는 양극이고, "-"는 음극이고, Vdssw는 목표 전압이다. 도 6에 도시되지는 않았지만, 실제로, 제어 회로는 주 파워 트랜지스터의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하기 위해, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극 및 게이트 전극에 연결될 수 있다. 도 6은 변압기 및 정류기 회로를 추가로 도시한다. 정류기 회로는 변압기의 2차측에 연결되며, 정류기 회로는 변압기에 의해 출력되는 전류를 정류하도록 구성된다.
도 6에서, 변압기와 제1 커패시터(C1)에 의해 형성되는 직렬 회로가 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 소스 전극 및 드레인 전극에 병렬로 연결된다. 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 드레인 전극은 양극에 연결되고, 주 파워 트랜지스터(Q1)의 소스 전극은 음극에 연결되며, 주 파워 트랜지스터(Q1)의 드레인 전극은 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 소스 전극에 연결된다. 변압기는 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하며, 1차측 권선의 점이 있는 단자는 제1 커패시터(C1)에 연결되고, 2차측 권선의 점이 있는 단자는 접지된다.
도 6에 도시된 연결 관계 방식에서, 제어 회로는 목표 전압과 사전 설정된 전압 임계값 사이의 비교 결과를 결정한다. 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 큰 것으로 나타내는 경우, 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 연장되거나, 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 작은 것으로 나타내는 경우, 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 단축된다.
사전 설정된 전압 임계값이 Vth로 표시되는 경우, 비교 결과는 Vdssw > Vth 또는 Vdssw < Vth일 수 있다. 이러한 연결 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 일반적으로 0이다. 해당 프로세스는 도 7을 참조하여 이해될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 프로세스는 이하의 단계를 포함할 수 있다.
201: 제어 회로가 목표 전압을 검출한다.
제어 회로는 여자 전류가 연속 상태에 있는 목표 데드 타임에서 목표 전압 Vdssw을 검출한다.
202: 제어 회로는 Vdssw > Vth가 참인지 여부를 결정한다.
제어 회로에서, 전압들 간의 크기 관계는 비교기를 사용하여 본 출원에서 비교될 수 있다.
203: Vdssw > Vth가 참이면, 제어 회로는 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 최종 턴 온 지속 시간 T_Q2 + t0이 되도록 제어한다.
즉, Vdssw > Vth이면, T_Q2 = T_Q2 + t0이다.
Vdssw > Vth이면, 이는 목표 전압이 추가로 감소될 필요가 있고 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간이 증가될 필요가 있음을 나타내므로, 변압기의 음의 방향으로의 여자 전류가 추가로 증가한다. 이러한 방식으로, 목표 전압이 대응하여 감소한다.
t0가 가산될 때의 여자 전류와 목표 전압의 변화에 대해, 이해를 위해 도 8을 참조한다.
도 8은 t0이 가산될 때 컨버터의 여러 파라미터의 시간 시퀀스도이다. 도 8에 표기된 402에 t0이 가산된 후, 표기된 401과 403 사이의 비교에서 t0이 가산되면, 여자 전류 iLm이 음의 방향으로 증가하고 목표 전압 Vdssw도 또한 더욱 감소하여 사전 설정된 전압 임계값 Vth에 더 가깝거나 같게 된다는 것을 알 수 있다.
204: Vdssw > Vth가 참이 아니면, 제어 회로는 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 최종 턴 온 지속 시간 T_Q2 - t0이 되도록 제어한다.
즉, Vdssw < Vth이면, T_Q2 = T_Q2 - t0이다.
Vdssw < Vth이면, 이는 목표 전압이 증가될 필요가 있음을 나타내고, 즉, 변압기의 음의 방향으로의 여자 전류가 감소될 필요가 있음을 나타낸다. 이 목적은 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 단축하여 달성될 수 있다.
t0 감소에 따른 여자 전류 및 목표 전압의 변화에 대해, 이해를 위해 도 9를 참조한다.
도 9는 t0이 감소할 때 컨버터의 여러 파라미터의 시간 시퀀스도이다. t0이 도 9에 표기된 502로부터 감소된 후, 501과 503 사이의 비교를 통해 t0이 감소하면 음의 방향으로의 여자 전류 iLm의 증가하는 크기가 감소하고 목표 전압 Vdssw의 감소 크기도 감소하므로, 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값 Vth에 더 가깝거나 같다는 것을 알 수 있다.
도 8 및 도 9에서, 본 출원에서의 목표 데드 타임은 제1 데드 타임을 지칭한다.
이러한 방식으로, 비교 결과에 관계없이, 목표 전압은 대응하는 조절을 통해 사전 설정된 전압 임계값에 가능한 근접하여, 목표 전압이 가능한 빨리 골 지점 전압 전압에 도달할 수 있다. 이러한 방식으로, 주 파워 트랜지스터는 더 낮은 전압에서 턴 온될 수 있고, 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실이 추가로 감소될 수 있다.
2. 주 파워 트랜지스터 및 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자는 소스 전극이고, 그 제2 단자는 드레인 전극이다. 주 파워 트랜지스터의 소스 전극은 보조 파워 트랜지스터의 드레인 전극에 연결되고, 보조 파워 트랜지스터의 소스 전극은 DC 전원의 음극에 연결되고, 주 파워 트랜지스터의 드레인 전극은 DC 전원의 양극에 연결된다.
이러한 연결 관계의 회로도에 대해, 이해를 위해 도 10을 참조한다. 도 10에 도시된 바와 같이, Q1은 주 파워 트랜지스터이고, Q2는 보조 파워 트랜지스터이고, C1은 제1 커패시터이고, Vin은 DC 전원에 의해 출력되는 전압이다. "+"는 양극이고, "-"는 음극이고, Vdssw는 목표 전압이다. 도 10에 도시되지는 않았지만, 실제로, 제어 회로는 주 파워 트랜지스터의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하기 위해, 주 파워 트랜지스터의 소스 전극 및 게이트 전극에 연결될 수 있다. 도 10은 변압기 및 정류기 회로를 추가로 도시한다. 정류기 회로는 변압기의 2차측에 연결되며, 정류기 회로는 변압기에 의해 출력되는 전류를 정류하도록 구성된다.
도 10에서, 변압기와 제1 커패시터(C1)에 의해 형성되는 직렬 회로가 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 소스 전극 및 드레인 전극에 병렬로 연결된다. 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 소스 전극은 양극에 연결되고, 주 파워 트랜지스터(Q1)의 드레인 전극은 음극에 연결되며, 주 파워 트랜지스터(Q1)의 소스 전극은 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 드레인 전극에 연결된다. 변압기는 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하며, 1차측 권선의 점이 있는 단자는 제1 커패시터(C1)에 연결되고, 2차측 권선의 점이 있는 단자는 접지된다.
도 10에 도시된 연결 관계 방식에서, 제어 회로는 목표 전압과 사전 설정된 전압 임계값 사이의 비교 결과를 결정한다. 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 큰 것으로 나타내는 경우, 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 단축되거나, 비교 결과가 목표 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 작은 것으로 나타내는 경우, 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터의 최종 턴 온 지속 시간에 기초하여 연장된다.
사전 설정된 전압 임계값이 Vth로 표시되는 경우, 비교 결과는 Vdssw > Vth 또는 Vdssw < Vth일 수 있다. 이러한 연결 구조에서, 사전 설정된 전압 임계값은 일반적으로 DC 전원의 양 단자 사이의 전압차 Vin이다. 해당 프로세스는 도 11을 참조하여 이해될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 프로세스는 이하의 단계를 포함할 수 있다.
301: 제어 회로가 목표 전압을 검출한다.
302: Vdssw < Vth가 참인지 여부를 결정한다.
제어 회로에서, 전압들 간의 크기 관계는 비교기를 사용하여 본 출원에서 비교될 수 있다.
303: Vdssw < Vth가 참이면, 제어 회로는 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 최종 턴 온 지속 시간 T_Q2 + t0이 되도록 제어한다.
즉, Vdssw < Vth이면, T_Q2 = T_Q2 + t0이다.
Vdssw < Vth이면, 이는 목표 전압이 증가될 필요가 있고 음의 방향으로의 여자 전류가 증가될 필요가 있음을 나타낸다. 이러한 방식으로, 목표 전압이 대응하여 증가하고, 여자 전류가 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 따라서, Vdssw < Vth이면, 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간이 증가될 필요가 있다.
304: Vdssw < Vth가 참이 아니면, 제어 회로는 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 다음 턴 온 지속 시간이 보조 파워 트랜지스터(Q2)의 최종 턴 온 지속 시간 T_Q2 - t0이 되도록 제어한다.
즉, Vdssw > Vth이면, T_Q2 = T_Q2 - t0이다.
Vdssw > Vth이면, 이는 목표 전압이 감소될 필요가 있고, 음의 방향으로의 여자 전류가 감소될 필요가 있음을 나타낸다. 이러한 방식으로, 목표 전압이 대응하여 감소하고, 여자 전류의 크기는 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 단축함으로써 감소될 수 있다. 따라서, Vdssw > Vth이면, 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간이 단축될 필요가 있다.
이러한 방식으로, 비교 결과에 관계없이, 목표 전압은 대응하는 조절을 통해 사전 설정된 전압 임계값에 가능한 근접하여, 목표 전압이 가능한 빨리 골 지점 전압 전압에 도달할 수 있다. 이러한 방식으로, 주 파워 트랜지스터는 더 낮은 전압에서 턴 온될 수 있고, 주 파워 트랜지스터의 에너지 손실이 추가로 감소될 수 있다.
제어 회로는 적응적 정책을 사용하여 도 7 및 도 11의 프로세스를 반복적으로 수행할 수 있으며, 즉, 제어 회로는 적응적 정책을 사용하여 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 반복적으로 조절하여, Vdssw가 지속적으로 Vth에 근접하고 최종적으로 Vdssw = Vth가 되도록 조절된다.
본 출원에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 제어 회로는 검출 회로(10261), 파워 트랜지스터 제어 회로(10262), 제1 구동 회로(10263) 및 제2 구동 회로(10264)를 포함한다. 파워 트랜지스터 제어 회로(10262)는 검출 회로(10261), 제1 구동 회로(10263) 및 제2 구동 회로(10264)에 별도로 연결되고, 제1 구동 회로(10263)는 주 파워 트랜지스터(1022)에 연결되고, 제2 구동 회로(10264)는 보조 파워 트랜지스터(1023)에 연결된다. 검출 회로(10261)는 목표 전압을 검출하도록 구성된다. 파워 트랜지스터 제어 회로(10262)는 검출 회로의 검출 결과에 기초하여 제1 구동 회로 또는 제2 구동 회로에 대한 구동 신호를 송신하도록 구성된다. 제1 구동 회로(10263)는 구동 신호에 기초하여 주 파워 트랜지스터(1022)가 턴 온 또는 턴 오프되게 구동하도록 구성된다. 제2 구동 회로(10264)는 구동 신호에 기초하여 보조 파워 트랜지스터(1023)가 턴 온 또는 턴 오프되게 구동하도록 구성된다.
도 6 및 도 10에 도시된 회로도는 제2 커패시터를 추가로 포함할 수 있다. 제2 커패시터의 두 단자는 DC 전원의 양극과 음극에 각각 연결된다.
도 6 및 도 10에 도시된 회로는 비대칭 하프-브릿지 플라이백 토폴로지(half-bridge flyback topology)에서 사용될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 상술한 해결책의 컨버터는 도 6 또는 도 10에 도시된 비대칭 하프-브릿지 플라이백 토폴로지에서의 사용으로 제한되지 않으며, 도 13 및 도 14에 도시된 비대칭 하프-브릿지 순방향 토폴로지에서도 사용될 수 있다.
도 13에서, 명확하게 표기된 제2 커패시터(C2) 외에, 도 6과의 차이점은 변압기가 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하고, 1차측 권선의 점이 있는 단자는 제1 커패시터(C1)에 연결되고, 2차측 권선의 점이 있는 단자는 정류기 회로의 동기 정류기 SR에 연결된다는 것이다. 다른 부분은 도 6의 내용을 참조하여 이해될 수 있다.
도 14에서, 명확하게 표기된 제2 커패시터(C2) 외에 도 10과의 차이점은 변압기가 1차측 권선과 2차측 권선을 포함하고, 1차측 권선의 점이 있는 단자는 제1 커패시터(C1)에 연결되고, 2차측 권선의 점이 있는 단자는 2차측의 동기 정류기에 연결된다는 것이다.
본 출원에서, 상술한 실시예에서 제공되는 컨버터는 파워 어댑터 외에 예를 들어, 차량 내 전원, 기지국 전원 또는 DC/DC 컨버터와 관련된 다른 제품과 같은 다른 제품에서 추가로 사용될 수 있다.
상술한 내용은 단지 본 출원의 실시예의 특정 구현일 뿐이며, 본 출원의 실시예의 보호 범위는 이에 한정되지 않는다.

Claims (10)

  1. DC 전원, 주 파워 트랜지스터, 보조 파워 트랜지스터, 제1 커패시터, 변압기 및 제어 회로를 포함하는 컨버터로서,
    상기 제1 커패시터는 상기 변압기에 직렬로 연결되어 직렬 회로를 형성하고, 상기 직렬 회로는 상기 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자 및 제2 단자에 병렬로 연결되고, 상기 주 파워 트랜지스터의 제1 단자는 상기 보조 파워 트랜지스터의 상기 제2 단자에 연결되고, 상기 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 상기 DC 전원의 양극 또는 음극에 연결되고, 상기 보조 파워 트랜지스터의 상기 제1 단자는 상기 DC 전원의 다른 전극에 연결되고, 상기 음극은 접지되고;
    상기 제어 회로는, 상기 변압기의 여자(excitation) 전류가 연속 상태일 때, 목표 전압을 사전 설정된 전압 임계값으로 조절하고, 제1 데드 타임(dead time)이 종료될 때 상기 주 파워 트랜지스터가 턴 온되게 제어하도록 구성되고, 상기 제1 데드 타임은 상기 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 상기 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전까지의 기간이고, 상기 목표 전압은 상기 주 파워 트랜지스터의 상기 제1 단자와 상기 접지 사이의 전압이고,
    상기 제어 회로는 스위칭 사이클에서, 상기 변압기의 상기 여자 전류가 연속적인 경우, 제2 데드 타임이 종료될 때 상기 목표 전압을 검출하고, 상기 검출된 목표 전압에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 구성되고, 스위칭 사이클에서, 상기 주 파워 트랜지스터 및 상기 보조 파워 트랜지스터는 각각 적어도 1회 턴 온되고, 상기 제2 데드 타임은 상기 제1 데드 타임 이전 및 상기 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 상기 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 기간이고,
    상기 제어 회로는 상기 검출된 목표 전압과 상기 사전 설정된 전압 임계값 사이의 비교 결과를 결정하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 구성되고,
    상기 주 파워 트랜지스터의 상기 제2 단자는 상기 음극에 연결되고, 상기 보조 파워 트랜지스터의 상기 제1 단자는 상기 양극에 연결되고;
    상기 제어 회로는, 상기 비교 결과가 상기 검출된 목표 전압이 상기 사전 설정된 전압 임계값보다 크다는 것을 나타낼 때, 상기 보조 파워 트랜지스터의 마지막 턴 온 지속 시간에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 연장하고, 상기 비교 결과가 상기 검출된 목표 전압이 상기 사전 설정된 전압 임계값보다 작다는 것을 나타낼 때, 상기 보조 파워 트랜지스터의 마지막 턴 온 지속 시간에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 단축시키도록 구성되는, 컨버터.
  2. DC 전원, 주 파워 트랜지스터, 보조 파워 트랜지스터, 제1 커패시터, 변압기 및 제어 회로를 포함하는 컨버터로서,
    상기 제1 커패시터는 상기 변압기에 직렬로 연결되어 직렬 회로를 형성하고, 상기 직렬 회로는 상기 보조 파워 트랜지스터의 제1 단자 및 제2 단자에 병렬로 연결되고, 상기 주 파워 트랜지스터의 제1 단자는 상기 보조 파워 트랜지스터의 상기 제2 단자에 연결되고, 상기 주 파워 트랜지스터의 제2 단자는 상기 DC 전원의 양극 또는 음극에 연결되고, 상기 보조 파워 트랜지스터의 상기 제1 단자는 상기 DC 전원의 다른 전극에 연결되고, 상기 음극은 접지되고;
    상기 제어 회로는, 상기 변압기의 여자(excitation) 전류가 연속 상태일 때, 목표 전압을 사전 설정된 전압 임계값으로 조절하고, 제1 데드 타임(dead time)이 종료될 때 상기 주 파워 트랜지스터가 턴 온되게 제어하도록 구성되고, 상기 제1 데드 타임은 상기 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 상기 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전까지의 기간이고, 상기 목표 전압은 상기 주 파워 트랜지스터의 상기 제1 단자와 상기 접지 사이의 전압이고,
    상기 제어 회로는 스위칭 사이클에서, 상기 변압기의 상기 여자 전류가 연속적인 경우, 제2 데드 타임이 종료될 때 상기 목표 전압을 검출하고, 상기 검출된 목표 전압에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 구성되고, 스위칭 사이클에서, 상기 주 파워 트랜지스터 및 상기 보조 파워 트랜지스터는 각각 적어도 1회 턴 온되고, 상기 제2 데드 타임은 상기 제1 데드 타임 이전 및 상기 보조 파워 트랜지스터가 턴 오프된 후 그리고 상기 주 파워 트랜지스터가 턴 온되기 전의 기간이고,
    상기 제어 회로는 상기 검출된 목표 전압과 상기 사전 설정된 전압 임계값 사이의 비교 결과를 결정하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 턴 온 지속 시간을 조절하도록 구성되고,
    상기 주 파워 트랜지스터의 상기 제2 단자는 상기 양극에 연결되고, 상기 보조 파워 트랜지스터의 상기 제1 단자는 상기 음극에 연결되고;
    상기 제어 회로는, 상기 비교 결과가 상기 검출된 목표 전압이 상기 사전 설정된 전압 임계값보다 크다는 것을 나타낼 때, 상기 보조 파워 트랜지스터의 마지막 턴 온 지속 시간에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 단축하고, 상기 비교 결과가 상기 검출된 목표 전압이 상기 사전 설정된 전압 임계값보다 작다는 것을 나타낼 때, 상기 보조 파워 트랜지스터의 마지막 턴 온 지속 시간에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터의 다음 턴 온 지속 시간을 연장하도록 구성되는, 컨버터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로는 검출 회로, 파워 트랜지스터 제어 회로, 제1 구동 회로 및 제2 구동 회로를 포함하고, 상기 파워 트랜지스터 제어 회로는 상기 검출 회로, 상기 제1 구동 회로 및 상기 제2 구동 회로에 별도로 연결되고, 상기 제1 구동 회로는 상기 주 파워 트랜지스터에 연결되고, 상기 제2 구동 회로는 상기 보조 파워 트랜지스터에 연결되고;
    상기 검출 회로는 상기 목표 전압을 검출하도록 구성되고;
    상기 파워 트랜지스터 제어 회로는 상기 검출 회로의 검출 결과에 기초하여 상기 제1 구동 회로 또는 상기 제2 구동 회로에 대한 구동 신호를 송신하도록 구성되고;
    상기 제1 구동 회로는 상기 구동 신호에 기초하여 상기 주 파워 트랜지스터를 턴 온 또는 턴 오프되게 구동하도록 구성되고;
    상기 제2 구동 회로는 상기 구동 신호에 기초하여 상기 보조 파워 트랜지스터를 턴 온 또는 턴 오프되게 구동하도록 구성되는, 컨버터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는 제2 커패시터를 포함하고, 상기 제2 커패시터의 2개의 단자는 각각 상기 양극 및 상기 음극에 연결되는, 컨버터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변압기는 1차측 권선 및 2차측 권선을 포함하고, 상기 1차측 권선의 점이 있는 단자는 상기 제1 커패시터에 연결되고, 상기 2차측 권선의 점이 있는 단자는 접지되는, 컨버터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변압기는 1차측 권선 및 2차측 권선을 포함하고, 상기 1차측 권선의 점이 있는 단자는 상기 제1 커패시터에 연결되고, 상기 2차측 권선의 점이 있는 단자는 2차측의 동기 정류기에 연결되는, 컨버터.
  7. 제1항 또는 제2항에 따른 컨버터, AC/DC 컨버터 및 필터 회로를 포함하는 파워 어댑터로서, 상기 필터 회로는 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 컨버터에 별도로 연결되고;
    상기 AC/DC 컨버터는 전력 그리드(grid)의 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 구성되고;
    상기 컨버터는 부하에 대한 DC 전압을 제공하도록 구성되고;
    상기 필터 회로는 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 컨버터에서 노이즈를 필터링하도록 구성되는, 파워 어댑터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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