KR102624741B1 - 선형 및 스위칭 하이브리드 제어 방식의 강압형 전원 장치 - Google Patents

선형 및 스위칭 하이브리드 제어 방식의 강압형 전원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 제어 방식의 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 및 스위칭 하이브리드 제어 방식의 강압형 컨버터와 이를 포함한 전원 장치에 관한 것이다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 하이브리스 강압형 전원 장치는 하이브리드 메인 스위치를 포함하고, 인가된 입력 전압을 변환시켜 일정한 크기의 출력 전압을 출력하는 전압 변환부, 선형(Linear) 제어 신호 또는 스위칭(Switching) 제어 신호를 상기 하이브리드 메인 스위치에 전송하여 상기 전력 변환부의 출력 전압의 크기를 제어하는 제어부 및 제어부의 온, 오프 동작을 결정하기 위해 상기 입력 전압 또는 부하 전류에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부를 포함한다.

Description

선형 및 스위칭 하이브리드 제어 방식의 강압형 전원 장치{STEP DOWN POWER SUPPLY WITH LINEAR AND SWITCHING HYBRID CONTROL}
본 발명은 하이브리드 제어 방식의 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 및 스위칭 하이브리드 제어방식의 강압형 컨버터와 이를 포함한 전원 장치에 관한 것이다.
전력분야에서 벅 컨버터(Buck Converter)는 DC-DC 전압 변환 장치로 입력 전압보다 출력 전압이 낮은 강압형(step-down) 변환장치이다. 이러한 강압형 변환장치를 포함한 강압형 전원 장치는 선형(linear) 제어 방식 및 스위칭(switching) 제어 방식의 두가지 제어 방식에 의해 동작할 수 있다. 선형 제어 방식과 스위칭 제어 방식은 각각 서로 반대되는 장, 단점을 가지며, 사용자의 필요에 따라 선택적으로 사용된다.
도 1은 종래의 선형 제어 방식의 강압형 전원 장치를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 직류전압(Vin)이 회로에 인가되면 저항(R1)과 션트레귤레이터(U1)에 전류가 흐르고 바이어스 되며, 이때 저항(R2, R3, R4)에 의해 출력전압(Vout)은 분배되어 션트레귤레이터에 인가된다.
분배된 출력 전압은 션트레귤레이터의 내부 기준전압과 비교되어 메인 스위치(Q1)의 게이트 전압을 변화시키고, 출력전압을 일정하게 유지시킨다. 여기서, 입출력 커패시터(C1, C3)는 전압 리플 저감용이며, 커패시터(C2)는 출력제어 안정용이다. 또한, 저항(R3)은 출력전압을 미세하게 조정하기 위한 용도이며, 출력전압은 입력전압 변동이나 부하전류 변동에 관계 없이 안정적으로 유지된다.
도 2는 종래의 스위칭 제어 방식의 강압형 전원 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 직류전압(Vin)이 회로에 인가되면 펄스폭 변조(PWM) 제어 집적회로소자(TL494)에 제어 전압(Vcc)이 인가되어 동작이 시작된다. 이후, 내부 회로(CT, RT)에 의해 결정된 일정한 스위칭 주파수와 펄스폭이 메인 스위치(TIP32A)를 스위칭하여 안정된 출력 전압을 얻게 된다. 출력 전압은 저항(5.1K)를 거쳐 제어 소자에 인가되고, 출력 전압은 입력전압 변동이나 부하전류 변동에 관계 없이 일정 전압으로 유지된다.
도 3은 선형 제어 전원 장치와 스위칭 제어 전원 장치의 부하 전류와 전력변환 효율을 비교하여 나타낸 도면이고, 도 4는 선형 제어 방식과 스위칭 제어 방식의 회로 특성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 부하 전류를 나타내고, 세로축은 전력변환효율을 나타낸다. 선형 제어 방식은 입력과 출력 전압의 차이에 따라 효율이 달라 지므로 평균 60%대의 낮은 효율을 나타내지만, 스위칭 방식은 출력 전압에 따른 효율의 상관 관계가 낮아서 전반적인 효율이 높다.
도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이 선형 제어 방식은 출력 전압과 입력 전의 차이가 클수록 효율이 낮아지기 때문에 출력 전압의 범위가 제한되지만, 스위칭 제어방식은 출력 전압에 따라 효율이 크게 달라지지 않기 때문에 출력 전압의 가변이 쉽다.
또한, 선형 제어 방식은 도 1과 같이 회로구성이 비교적 간단하지만, 스위칭 제어 방식은 도 2와 같이 복잡하며, 선형 제어 방식은 출력 전압 리플이 저주파 리플인데 반해, 스위칭 제어 방식은 고주파 리플을 갖는다.
또한, 응답속도는 선형 제어 방식이 빠르고, 스위칭 제어 방식이 늦으며, 효율은 선형 제어 방식이 낮고, 스위칭 제어 방식이 상대적으로 높다는 특징이 있다.
이와 같이 스위칭 제어 방식 및 선형 제어 방식은 각각 서로 반대되는 장, 단점을 갖는다. 따라서, 어느 하나의 제어 방식만으로는 높은 효율 및 빠른 응답 속도의 장점을 모두 취할 수 없는 문제점이 있다.
본 명세서의 목적은 선형 제어 방식 및 스위칭 제어 방식을 선택적으로 구동함으로써 출력 전압을 안정적으로 유지시키고, 높은 효율 및 빠른 응답 속도를 갖는 하이브리드 강압형 전원 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 명세서의 목적은 선형 제어용 스위치 및 스위칭 제어용 스위치를 모두 포함하는 하나의 하이브리드 메인 스위치를 이용한 하이브리드 강압형 전원 장치를 제공하는 것이다.
본 명세서의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 하이브리스 강압형 전원 장치는 하이브리드 메인 스위치를 포함하고, 인가된 입력 전압을 변환시켜 일정한 크기의 출력 전압을 출력하는 전압 변환부, 선형(Linear) 제어 신호 또는 스위칭(Switching) 제어 신호를 상기 하이브리드 메인 스위치에 전송하여 상기 전력 변환부의 출력 전압의 크기를 제어하는 제어부 및 제어부의 온, 오프 동작을 결정하기 위해 상기 입력 전압 또는 부하 전류에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부를 포함한다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에서 하이브리드 메인 스위치는 선형 제어용 스위치 및 스위칭 제어용 스위치를 모두 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서 제어부는 선형 제어 신호를 생성하는 선형 제어부 및 스위칭 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어부를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서 구동 신호는 입력 전압의 분배 전압을 션트 레귤레이터의 내부 기준 전압과 비교하여 생성된다.
본 명세서의 일 실시예에서 내부 기준 전압은 제1 내부 기준 전압 및 제2 내부 기준 전압을 포함하고, 제1 내부 기준 전압은 상기 제2 내부 기준 전압보다 크다.
본 명세서의 일 실시예에서 구동 신호 생성부는 분배 전압이 상기 제1 내부 기준 전압 이상이면 상기 구동 신호를 1로 생성하고, 분배 전압이 상기 제2 내부 기준 전압 이하이면 상기 구동 신호를 0으로 생성한다.
본 명세서의 일 실시예에서 제어부는 구동 신호가 1이면 상기 선형 제어부가 동작하지 않고, 상기 스위칭 제어부가 동작하며, 구동 신호가 0이면 상기 선형 제어부가 동작하고, 상기 스위칭 제어부 동작하지 않는다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 하이브리드 강압형 전원 장치는 선형 제어 방식 및 스위칭 제어 방식을 선택적으로 구동함으로써 출력 전압을 안정적으로 유지시키고, 높은 효율 및 빠른 응답 속도를 가질 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시예에 따른 하이브리드 강압형 전원 장치는 선형 제어용 스위치 및 스위칭 제어용 스위치를 모두 포함하는 하나의 하이브리드 메인 스위치를 이용할 수 있다.
도 1은 종래의 선형 제어 방식의 강압형 전원 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 스위칭 제어 방식의 강압형 전원 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 선형 제어 전원 장치와 스위칭 제어 전원 장치의 부하전류와 전력변환 효율을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 선형 제어 방식과 스위칭 제어 방식의 회로 특성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 전압 변환부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제어부 및 구동 신호 생성부의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 전압 변환부에 제어부 및 구동 신호 생성부가 결합된 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 선형 제어부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 스위칭 제어부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에서 구동 신호 생성부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에서 입력 전압에 따른 구동 신호의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에서 구동 신호에 따른 제어 방식을 나타낸 표이다.
도 13은 본 발명의 실시예에서 구동 신호 생성부와 선형 제어부의 연결을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에서 구동 신호 생성부, 스위칭 제어부 및 전압 변환부의 연결을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에서 입력 전압에 따른 선형 제어와 스위칭 제어의 동작 구간을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에서 부하 전류에 따른 선형 제어와 스위칭 제어의 동작 구간을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에서 입력 전압의 변동에 따라 제어 방식이 변화하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 강압형 전원 장치의 전체 구성 회로도를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 전압 변환부를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제어부 및 구동 신호 생성부의 블록도를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 전압 변환부에 제어부 및 구동 신호 생성부가 결합된 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에서 선형 제어부의 회로 구성을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에서 스위칭 제어부의 회로 구성을 나타낸 도면이고, 도 10는 본 발명의 일 실시예에서 구동 신호 생성부의 회로 구성을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에서 입력 전압에 따른 구동 신호의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에서 구동 신호에 따른 제어 방식을 나타낸 표이다.
도면을 참조하면, 본 명세서의 하이브리드 강압형 전원 장치는 전압 변환부(100), 제어부(200, 300) 및 구동 신호 생성부(400)를 포함할 수 있다.
전압 변환부(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 하이브리드 메인 스위치(Q2)를 포함하고, 인가된 입력 전압을 변환시켜 일정한 크기의 출력 전압을 출력한다. 여기서, 하이브리드 메인 스위치는 선형 제어용 스위치 및 스위칭 제어용 스위치(예컨대, Tip 32A 트랜지스터) 모두를 포함하는 하나의 소자일 수 있으며, 후술할 선형 제어 신호 또는 스위칭 제어 신호를 선택적으로 입력 받아 전압 변환을 수행한다. 한편, 입력 전압 및 출력 전압은 직류(DC)일 수 있다.
전압 변환부(100)에는 직류의 입력 전압(V_INPUT)이 인가되고, 하이브리드 메인 스위치(Q2)가 직렬로 배치된다. 또한, 전압 변환부(100)에는 하이브리드 메인 스위치를 선형 방식으로 제어하기 위한 단자(LIN_GATE)와 저항(R31)이 구비되고, 하이브리드 메인 스위치를 스위칭 방식으로 제어하기 위한 단자(PWM_GATE)와 절연 구동 회로(DRIVER1)가 구비된다.
전압 변환부(100)에 인가된 입력 전압은 하이브리드 메인 스위치, 환류다이오드(D5)와 리플 저감 필터용 인덕터(L1) 및 커패시터(C4)를 거쳐 변환되고, 변환된 출력 전압(V_OUT)은 부하 저항(RLOAD)에 인가된다.
제어부(200, 300)는 선형 제어 신호 또는 스위칭 제어 신호를 상기 하이브리드 메인 스위치에 전송하여 상기 전압 변환부의 출력 전압의 크기를 제어한다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(200, 300)는 선형 제어 신호를 생성하는 선형 제어부(200) 및 스위칭 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어부(300)를 포함할 수 있다.
제어부(200, 300)는 생성된 선형 제어 신호 또는 스위칭 제어 신호를 하이브리드 메인 스위치에 선택적으로 전송함으로써 전압 변환부(100)가 선형 방식 또는 스위칭 방식으로 동작하도록 제어할 수 있다. 이때, 스위칭 제어 신호는 펄스폭 변조(PWM) 신호일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 구동 신호 생성부(400)에는 입력 전압 단자(110)가 연결되며, 선형 제어부(200)는 선형 제어 출력 전압 단자(115) 및 선형 제어 신호 단자(LIN_GATE)와 연결되고, 스위칭 제어부(300)는 하이브리드 강압형 전원 장치의 출력 전압 검출 단자(113) 및 스위칭 제어 신호 단자(PWM_GATE)와 연결된다.
도 8을 참조하면, 선형 제어부(200)에서 집적회로 소자인 션트레귤레이터(TL4311)는 입력 전압(V_INPUT)에서 저항(R16)을 경유하는 전류에 의해 바이어스되고, 선형 제어 출력 전압(VL)에서 분배 저항(R19, R17)에 의해 분배된 전압이 션트레귤레이터(TL4311)에 인가되면 선형 제어부(200)는 분배 전압을 내부 기준 전압과 비교하여 전압 변환부(100)가 선형 방식으로 제어되도록 선형 제어 신호(112)를 생성한다.
한편, 후술할 구동 신호 생성부(400)에 의해 생성된 선형 제어 구동 신호는 선형 제어 구동 신호 단자(LIN_OUT)를 통해 수신되고, 트랜지스터(npn2)는 선형 제어 구동 신호에 따라 션트레귤레이터를 조정함으로써 선형 제어부의 온, 오프 동작을 제어한다.
도 9를 참조하면, 스위칭 제어부(300)의 출력 전압(V_OUT)은 분배 저항(R33, R34)에 의해 분배 전압(301)으로 분배되고, 분배 전압(301)은 기준 전압(VREF) 및 소프트 스타트 시정수(R32, C36)에 따른 커페시터 전압(VC)과 함께 오차증폭기(OP_AMP5)의 입력으로 인가된다.
이후, 오차증폭기(OP_AMP5)의 출력 신호는 제어 전압을 제한하는 전압제한기(LIM4)를 거치게 되며, 스위칭 제어부(300)는 전압제한기(LIM4)를 거친 오차증폭기(OP_AMP5)의 출력 신호로부터 PWM 발생용 비교기(COMP7) 및 삼각파 발생기(VSAW1)를 통해 스위칭 제어 신호(310)를 생성한다.
구동 신호 생성부(400)는 제어부(200, 300)의 온, 오프 동작을 결정하기 위해 입력 전압 또는 부하 전류에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
구체적으로, 구동 신호 생성부(400)는 하이브리드 강압형 전원 장치에 인가된 입력 전압의 분배 전압을 션트 레귤레이터의 내부 기준 전압과 비교하여 구동 신호를 생성한다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이 입력 전압(V_INPUT)이 구동 신호 생성부(400)에 인가되면, 저항(R22)과 션트레귤레이터(TL431)에 의해 내부 기준 전압(VR)이 발생되고, 분배 저항(R21, R20, R18)에 의해 분배 전압(VD)이 발생된다. 여기서, 발생되는 내부 기준 전압은 2.5V일 수 있다.
발생된 분배 전압 및 기준 전압 각각은 비교기(COMP8)에 인가되고, 분배 전압 및 기준 전압의 비교를 통해 스위치(npn3)의 온, 오프 동작이 결정된다. 상세하게, 내부 기준 전압(VR)은 제1 내부 기준 전압 및 제2 내부 기준 전압을 포함하고, 제1 내부 기준 전압은 제2 내부 기준 전압보다 클 수 있다.
이후, 구동 신호 생성부(400)는 스위치(npn3)의 동작에 따라 구동 신호(410)를 생성한다.
도 11을 참조하면, 구동 신호 생성부(400)는 분배 전압(VD)이 제1 내부 기준 전압 이상이면 구동 신호를 1로 생성하고, 분배 전압(VD)이 제2 내부 기준 전압 이하이면 상기 구동 신호를 0으로 생성한다. 이때, 제1 내부 기준 전압은 35V이고, 제2 내부 기준 전압은 30V 일 수 있다.
즉, 입력 전압이 35V가 되면 스위치(npn3)가 턴온되어 구동 신호 1이 생성되고, 입력 전압이 다시 30V로 낮아질 때 스위치(npn3)가 턴오프되어 구동 신호 0이 생성된다. 이와 같이, 턴온 전압과 턴오프 전압을 5V 간격으로 만드는 경우 히스테리시스 특성을 통해 입력 전압의 노이즈, 리플로 인한 오동작을 방지할 수 있고, 안정적인 제어 동작을 수행할 수 있다.
제어부(200, 300)는 이와 같이 생성된 구동 신호에 따라 전압 변환부(100)를 선형 또는 스위칭 방식으로 제어한다. 도 12를 참조하면, 구동 신호는 선형 제어 구동 신호(LIN_SW)와 스위칭 제어 구동 신호(PWM_SW)를 포함한다.
구동 신호가 1인 경우 제어부(200, 300)는 스위칭 방식으로 전압 변환부(100)를 제어하고(LIN_SW:OFF, PWM_SW:ON), 구동 신호가 0인 경우 제어부(200, 300)는 선형 방식으로 전압 변환부(100)를 제어한다(LIN_SW:ON, PWM_SW:OFF).
즉, 구동 신호가 1이면 선형 제어부(200)가 동작하지 않고, 스위칭 제어부(300)가 동작하며, 구동 신호가 0이면 선형 제어부(200)가 동작하고, 스위칭 제어부(300)가 동작하지 않는다.
이와 같이, 제어부(200, 300)는 입력 전압이 높으면 스위칭 방식, 입력 전압이 낮으면 선형 방식으로 전압 변환부(100)를 제어함으로써 입력 전압에 따라 유연하게 제어 방식을 변경할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에서 구동 신호 생성부와 선형 제어부의 연결을 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시예에서 구동 신호 생성부, 스위칭 제어부 및 전압 변환부의 연결을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 구동 신호 생성부(400)는 선형 제어부(200)의 선형 제어 구동 신호 단자(LIN_OUT)와 연결되며, 구동 신호 생성부(400)에서 생성된 선형 제어 구동 신호(LIN_SW)가 선형 제어부(200)에 인가됨에 따라 선형 제어부(200)는 온, 오프 동작을 수행한다.
도 14를 참조하면, 구동 신호 생성부(400)는 스위칭 제어부(300) 및 전압 변환부(100)와 연결되며, 구동 신호 생성부(400)에서 생성된 스위칭 제어 구동 신호(PWM_SW)는 스위칭 제어 신호(310)와 함께 논리적으로 곱해지는 곱셈기(AND1)에 입력된다.
논리 곱에 의해 스위칭 제어 구동 신호(PWM_SW) 및 스위칭 제어 신호(310)가 모두 인가되는 경우 스위칭 제어 신호(310)는 곱셈기(AND1) 및 저항(R36)을 거쳐 스위칭 제어 신호 단자(PWM_GATE)에 제공된다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에서 입력 전압에 따른 선형 제어와 스위칭 제어의 동작 구간을 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에서 부하 전류에 따른 선형 제어와 스위칭 제어의 동작 구간을 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 강압형 전원 장치(10)는 허용되는 입력 전압 범위 내의 입력 전압에 따라 선형 제어 방식 또는 스위칭 제어 방식으로 동작한다.
구체적으로, 입력 전압에 따른 분배 전압이 최소 허용 전압(VIN min)보다 크고 제2 내부 기준 전압과 같거나 작은 경우 영역C, 분배 전압이 제2 내부 기준 전압보다 크고 제1 내부 기준 전압과 같거나 작은 경우 영역B, 분배 전압이 제1 내부 기준 전압보다 크고 최대 허용 전압(VIN max)과 같거나 작은 경우 영역A 라고 하면, 본 발명의 하이브리드 강압형 전원 장치(10)는 영역 B, C에서 선형 제어 방식으로 동작(LIN_SW: ON)하고, 영역 A, B에서 스위칭 제어 방식으로 동작(PWM_SW: ON)한다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 하이브리드 강압형 전원 장치(10)는 부하에 흐르는 전류의 크기에 따라 선형 제어 방식 또는 스위칭 제어 방식으로 동작한다.
구체적으로, 부하 전류(IRLOAD)의 크기가 0보다 크고 중부하전류 중부하전류(Io min)와 같거나 작은 경우 영역1, 부하 전류의 크기가 중부하전류(Io min)보다 크고 최대부하전류(Io max)와 같거나 작은 경우 영역 2라고 하면, 본 발명의 하이브리드 강압형 전원 장치(10)는 영역 1에서 선형 제어 방식으로 동작(LIN_SW: ON)하고, 영역2에서 스위칭 제어 방식(PWM_SW: ON)으로 동작한다.
이와 같이, 본 명세서의 하이브리드 강압형 전원 장치(10)는 입력 전압 또는 부하 전류의 크기에 따라 서로 다른 제어 방식으로 동작함으로써 출력 전압을 안정적으로 유지시키고, 선형 방식 및 스위칭 방식의 장점인 높은 효율 및 빠른 응답 속도를 모두 가질 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에서 입력 전압의 변동에 따라 제어 방식이 변화하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 강압형 전원 장치의 전체 구성 회로도를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 위로부터 입력 전압(V_INPUT), 출력 전압(V_OUT), 구동 신호(410), 스위칭 제어 신호(310), 스위칭 전압(VD5)을 각각 나타낸다.
입력 전압이 높아짐에 따라 스위치(npn3)가 턴온되면 구동 신호 1이 생성되고, 펄스폭 변조(PWM) 신호인 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 방식으로 제어된다. 스위칭 제어 방식으로 동작하는지 여부는 도 18의 소자 D5에 인가된 스위칭 전압 (VD5)을 측정함으로써 확인할 수 있다.
이와 반대로, 입력 전압이 낮아지면 구동 신호 0이 생성되며 하이브리드 강압형 전원 장치(10)는 선형 제어 신호에 따라 선형 방식으로 제어된다. 선형 제어 방식 및 스위칭 제어 방식 모두 출력 전압은 24V로 안정적으로 출력되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 낮은 입력 전압에서는 부하 응답 속도가 빠른 선형 제어 방식으로 전원 장치가 동작 되며, 높은 입력 전압에서는 효율 특성이 우수한 스위칭 제어 방식으로 전원 장치가 동작될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (7)

  1. 하이브리드 메인 스위치를 포함하고, 인가된 입력 전압을 변환시켜 일정한 크기의 출력 전압을 출력하는 전압 변환부;
    선형(Linear) 제어 신호 또는 스위칭(Switching) 제어 신호를 상기 하이브리드 메인 스위치에 전송하여 상기 전압 변환부의 출력 전압의 크기를 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 온, 오프 동작을 결정하기 위해 상기 입력 전압 또는 하이브리드 강압형 전원 장치의 부하 전류에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부를 포함하고,
    상기 제어부는
    선형 제어 신호를 생성하는 선형 제어부 및 스위칭 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어부를 포함하고,
    상기 구동 신호는
    상기 입력 전압의 분배 전압을 션트 레귤레이터의 내부 기준 전압과 비교하여 생성되는
    하이브리드 강압형 전원 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 기준 전압은
    제1 내부 기준 전압 및 제2 내부 기준 전압을 포함하고,
    상기 제1 내부 기준 전압은 상기 제2 내부 기준 전압보다 큰
    하이브리드 강압형 전원 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 신호 생성부는
    상기 분배 전압이 상기 제1 내부 기준 전압 이상이면 상기 구동 신호를 1로 생성하고,
    상기 분배 전압이 상기 제2 내부 기준 전압 이하이면 상기 구동 신호를 0으로 생성하는
    하이브리드 강압형 전원 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 구동 신호가 1이면 상기 선형 제어부가 동작하지 않고, 상기 스위칭 제어부가 동작하며,
    상기 구동 신호가 0이면 상기 선형 제어부가 동작하고, 상기 스위칭 제어부가 동작하지 않는
    하이브리드 강압형 전원 장치.


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