KR20050015121A - 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법 - Google Patents

디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법

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KR20050015121A KR1020030053801A KR20030053801A KR20050015121A KR 20050015121 A KR20050015121 A KR 20050015121A KR 1020030053801 A KR1020030053801 A KR 1020030053801A KR 20030053801 A KR20030053801 A KR 20030053801A KR 20050015121 A KR20050015121 A KR 20050015121A
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Abstract

본 발명은, 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법에 관한 것으로, 디씨/디씨 컨버터 출력단의 부하값을 검출하여 검출신호를 출력하는 부하 측정수단; 상기 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 교번동작 수행에 동기되는 서로 다른 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 발생수단; 및 상기 검출신호를 참조하여, 상기 생성되는 복수의 스위칭 주파수 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 스위칭 주파수 세팅수단을 포함 구성하여, 디씨/디씨 컨버터의 저전압 출력시에 출력부하의 감소에 비례하여 주파수가 감소하는 스위칭 주파수를 가청 주파수보다 높은 범위에서의 최소 스위칭 주파수로 세팅함으로써, 저부하에서 스위칭주파수가 가청 주파수 영역까지 감소됨을 방지하여 스위칭으로 인한 가청 소음을 제거할 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법{Apparatus and method for setting switching frequence in DC/DC converter}
본 발명은, 충전 배터리 등으로부터 입력된 직류전압을 변환하여 소정의 직류전원을 출력하는 디씨/디씨 컨버터에 있어서, 특히, 스위칭 반전동작 수행시 디씨/디씨 컨버터의 저부하 출력에 발생되는 가청 소음을 제거하도록 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 주파수를 제어하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 통신기기나 정보 처리장치 등에 필요한 스위칭 전원회로는, 직류직접 변환회로, 또는 직류간접변환회로와, 출력전압 또는 출력전류를 안정화하기 위한 제어회로를 조합함으로써 단일 또는 복수의 안정된 직류출력을 발생하는 장치로서, 일반적으로 디씨/디씨 컨버터(디씨/디씨Converter)라고도 부른다.
도 1은 일반적인 디씨/디씨 컨버터의 구성을 도시한 회로도로, 예를 들어 충전 배터리 등에서 입력된 직류전원을 인가 받아 각 기기에 소정의 직류전원을 공급하는 스위칭 모드 전원변환장치로서의 일반적인 디씨/디씨 컨버터는, 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 의해 특정의 스위칭 주파수를 생성하는 오실레이터를 포함하여 구성되는 스위칭 주파수 발생부와, 상기 스위칭 주파수를 인가받아 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어부와, 상기 스위칭 제어부의 제어신호에 따라 스위칭 소자를 교번 동작시키는 스위칭 구동부를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 디씨/디씨 컨덕터는 출력단에 직렬로 연결된 저항(R0)에 흐르는 전류를 측정하기 의하여 부하 측정부를 포함하여 구성되며, 상기 부하 측정부에 들어오는 오는 신호는 출력단의 저항(R0)에 흐르는 전류값으로, 상기 부하 측정부는 이 값을 측정하여 검출신호를 스위칭 주파수 발생부에 출력하게 된다.
또한, 상기 디씨/디씨 컨버터는, 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)가 직렬 접속되어 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)의 게이트단은 각각 디씨/디씨 컨트롤러(100)에 접속되어 있으며, 상기 스위칭소자의 공통단은 코일과 접속되어, 입력된 전류는 스위칭을 통해 전력이 변화되어 코일(L)과 콘덴서(C0)에 의해 평활되어 소정의 전압이 출력된다.
그리고, 상기 디씨/디씨 컨트롤러(100)는, 스위칭 제어부의 제어로직을 통하여 각 스위칭소자(11,12)를 교대로 상보 턴온시켜 서로 반전 동작을 제어한다.
한편, 상기 디씨/디씨 컨버터의 반전 동작의 효율은 손실에 반비례하며, 상기 디씨/디씨 컨버터의 손실은 Conduction 손실과 Switching 손실이 있으며, 특히 고부하에서는 Conduction 손실이 지배적이며, 저부하에서는 Switching 손실이 지배적이다.
따라서, 그림 2에서와 같이, 저부하시 스위칭 주파수를 감소시키는 블록도를 구성한 것으로, 부하 측정부는 출력단의 부하를 측정하여 그 측정신호를 스위칭 주파수 발생부에 전송한다.
또한, 상기와 같은 DC/DC 컨버터는 저부하에서의 Switching 손실을 줄이고자 부하 측정부를 통하여 출력단의 부하량의 감소량을 측정하고, 검출신호에 근거하여 스위칭 주파수 발생부에서 생성되는 스위칭 주파수를 감소시킨다.
그리고, 상기 스위칭 주파수의 감소는 고부하를 기준으로 이미 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 설정된 스위칭 주파수를 부하 측정부에서 측정된 부하의 감소에 비례하여 감소하게 된다.
그러나, 상기와 같은 DC/DC 컨버터는 저부하에서의 Switching 손실을 줄이고자 고부하에서의 고정 주파수에 비해 스위칭 주파수를 점점 감소시키면, 이러한 스위칭 주파수는 부하의 감소량에 비례하여 감소하지만, 감소된 스위칭 주파수가 가청 영역(20 ~ 20,000Hz) 이내일 경우에는 이로 인해 가청 소음이 발생하게 되고 이러한 DC/DC 컨버터를 사용하는 제품은 소음이 절대적으로 수반되어 사용자에게 불편을 주는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 충전 배터리 등으로부터 입력된 직류전압을 변환하여 소정의 직류전원을 출력하는 디씨/디씨 컨버터에 있어서, 스위칭 반전동작 수행시, 저부하에서 Switching 손실손실을 줄이고자 스위칭 주파수를 감소시킬 경우, 외부 저항값을 설정을 통하여 최소 스위칭 주파수를 세팅할 수 있게 함으로써, 저부하에서 스위칭 주파수가 가청 수파수 영역까지 감소됨을 방지할 수 있게 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치는, 디씨/디씨 컨버터 출력단의 부하값을 검출하여 검출신호를 출력하는 부하 측정수단; 상기 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 교번동작 수행에 동기되는 서로 다른 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 발생수단; 및 상기 검출신호를 참조하여, 상기 생성되는 복수의 스위칭 주파수 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 스위칭 주파수 세팅수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅방법은, 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 교번동작 수행에 동기되는 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 제 1단계; 및 상기 디씨/디씨 컨버터의 출력단에 부하값의 레벨을 참조하여, 상기 생성 주파수 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 제 2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은, 본 발명에 따른 스위칭 주파수 세팅장치가 적용된 디씨/디씨 컨버터의 구성을 도시한 것으로, 예를 들어 충전 배터리 등에서 입력된 직류전원을 인가 받아 각 기기에 소정의 직류전원을 공급하는 스위칭 모드 전원변환장치로서의 일반적인 디씨/디씨 컨버터는, 하나 이상이 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 발생부와, 상기 스위칭 주파수를 인가받아 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어부와, 상기 스위칭 제어부의 제어신호에 따라 스위칭 소자를 교번동작시키는 스위칭 구동부를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 주파수 발생부는, 저항(R1)의 값에 의하여 스위칭 주파수를 설정함과 아울러 저항(R2)의 값에 의해 의하여 스위칭 주파수를 설정할 수 있으며, 각각의 저항값에 의하여 스위칭 주파수는 서로 다른 주파수를 가지게 된다.
그리고, 상기 디씨/디씨 컨덕터는, 출력단에 직렬로 연결된 저항(R0)에 흐르는 전류를 측정하기 의하여 부하측정부를 포함하여 구성되며, 상기 부하 측정부에 들어오는 오는 신호는 출력단의 저항(R0)에 흐르는 전류값으로, 상기 부하 측정부는 이 값을 측정하여 검출신호를 스위칭 주파수 발생부 및 스위칭 제어부에 출력하게 된다.
또한, 상기 디씨/디씨 컨버터는, 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)가 직렬 접속되어 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)의 게이트단은 각각 디씨/디씨 컨트롤러(100)에 접속되어 있으며, 상기 스위칭소자의 공통단은 코일과 접속되어, 입력된 전류는 스위칭을 통해 전력이 변화되어 코일(L)과 콘덴서(C0)에 의해 평활되어 소정의 전압이 출력된다.
그리고, 상기 디씨/디씨 컨트롤러(100)는, 스위칭 제어부의 제어로직을 통하여 각 스위칭소자(11,12)를 교대로 상보 턴온시켜 서로 반전 동작을 제어한다.
한편, 상기 디씨/디씨 컨버터의 반전 동작의 효율은 손실에 반비례하며, 상기 디씨/디씨 컨버터의 손실은 Conduction 손실과 Switching 손실이 있으며, 특히 고부하에서는 Conduction 손실이 지배적이며, 저부하에서는 Switching 손실이 지배적이다.
따라서, 그림 4는, 본 발명에 따른 스위칭 주파수 세팅장치가 적용된 디씨/디씨 컨버터에 있어서, 저부하시 스위칭 주파수를 감소시키는 블록도를 구성한 것으로, 상기 스위칭 주파수 발생부는, 저항(R1)과 콘덴서(C1)에 의해 특정의 스위칭 주파수를 생성하는 제1 오실레이터와 저항(R2)과 콘덴서(C2)에 의해 소정의 스위칭 주파수를 생성하는 제2 오실레이터를 포함하여 구성된다.
그리고, 저항(R1)에 의해서 설정된 스위칭 주파수는, 고부하시 고정 주파수로 설정되며, 부하 측정부는 출력단의 부하를 측정하여 그 측정신호를 스위칭 주파수 발생부에 전송한다. 상기 DC/DC 컨버터는 저부하에서의 Switching 손실을 줄이고자 부하 측정부를 통하여 출력부하의 감소량을 측정하여 상기 제1 오실레이터에서 생성되는 스위칭 주파수를 감소시킨다.
또한, 상기 스위칭 주파수의 감소는, 고부하를 기준으로 이미 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 설정된 스위칭 주파수를 부하 측정부에서 측정된 부하의 감소에 비례하여 감소하게 한다.
그리고, 저항(R2)에 의해서 설정된 스위칭 주파수는, 저부하시의 가변 주파수로 상기 콘덴서(C2)와의 설정에 의하여 제2 오실레이터에 의해 발생되며, 상기 제2 오실레이터는 가청 주파수인 20~20,000Hz의 범위보다 높은 최소 스위칭 주파수를 생성하게 한다.
또한, 상기 부하 측정부는, 출력단의 부하감소량의 측정과 아울러 출력단의 부하가 저부하인지 여부를 판별하여 저부하 판별결과 신호를 스위칭 제어부로 전송하게 한다.
그리고, 상기 스위칭 제어부는, 상기 부하 측정부를 통하여 출력단의 부하가 저부하로 판별이 된 경우, 상기 부하 측정부의 판별결과 신호에 받아 제1 오실레이터에서 출력되는 가청 주파수 범위의 스위칭 주파수를 차단하고 제2 오실레이터에서 출력되는 최소 스위칭 주파수로 선택하여 스위칭 구동부로 출력되게 한다.
따라서, 제1 오실레이터는, 스위칭 주파수를 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 의해 고부하시에서의 고정 주파수로 설정되어 부하의 감소량에 비례하며 주파수를 감소시킨다.
이에, 상기 스위칭 제어부는, DC/DC 컨버터의 출력단의 부하가 저부하로 되어, 부하 측정부를 통하여 출력단의 부하값이 저부하로 판별되는 경우, 제1 오실레이터에서 생성된 가청 주파수 영역범위의 스위칭 주파수대신에 저항(R2) 및 콘덴서(C2)에 의해 설정된 스위칭 주파수(즉, 제2 오실레이터에 의해 출력된 최소 스위칭 주파수)를 선택하여 상기 선택된 스위칭 주파수에 동기하여 스위칭 구동부를 통해 스위칭 반전동작을 수행하게 한다.
상기와 같은 DC/DC 컨버터는, 저부하에서의 Switching 손실을 줄이고자 고부하에서의 스위칭 주파수에 비해 부하 측정부의 측정된 값에 비례하여 스위칭 주파수를 감소시키면, 스위칭 주파수는 부하의 감소에 비례하여 감소하지만, 스위칭 제어부에 의해 최소 스위칭 주파수로 세팅하여 상기 스위칭 구동부로 인가되는 스위칭 주파수는 가청 영역(20 ~ 20,000Hz) 이내까지 감소되지 않는다.
도 5는 본 발명의 따른 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것으로, 먼저. DC/DC 컨버터를 온하면(S10), R1에 의해 설정된 스위칭 주파수에 동기하여 스위칭 제어부의 제어로직을 통하여 각 스위칭소자(11,12)를 교대로 상보 턴온시켜 서로 반전 동작을 수행하게 된다.(S11)
그리고, 상기 DC/DC 컨버터는 저부하에서의 Switching 손실을 줄이고자 디씨/디씨 컨버터 출력단의 부하 감소량을 측정하며, 상기 제1 오실레이터는 고부하 기준으로 이미 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 설정된 스위칭 주파수를 부하 측정부에서 측정된 부하의 감소에 비례하여 감소하게 된다.
또한, 상기와 같이 전력변화되어 DC/DC 컨버터에 출력단의 부하가 저부하인 경우(S20), 상기 스위칭 제어부는, 상기 감소하는 스위칭 주파수가 가청 주파수 영역에서 동작하기 이전에 저항(R2) 및 콘덴서(C2)에 의해 설정된 스위칭 주파수(즉, 제2 오실레이터에 의해 출력된 스위칭 주파수)를 선택하여 상기 스위칭 주파수에 동기하여 스위칭 구동부를 통해 각각의 스위칭 소자가 교대로 상보 터온시켜 서로 반전 동작을 수행하게 한다.(S21)
참고로, 본 발명은, 제2 오실레이터를 구성하여 최소 스위칭 주파수를 생성하도록 하여 저부하시 상기 최소 스위칭 주파수를 선택하도록 하였을 뿐만 아니라. 하나의 오실레이터로 하여금 R2에 의해서 설정된 주파수와 R1에 의해 설정된 고정 주파수까지의 범위내에서 다수의 스위칭 주파수를 생성하여 그중 하나의 스위칭 주파수를 선택하게 함으로써, 스위칭 주파수를 가변 설정하게 할 수도 있다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치 및 방법은, 디씨/디씨 컨버터 출력단의 부하값을 검출하여 검출신호를 출력하는 부하 측정수단; 상기 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 교번동작 수행에 동기되는 서로 다른 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 발생수단; 및 상기 검출신호를 참조하여, 상기 생성되는 복수의 스위칭 주파수 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 스위칭 주파수 세팅수단을 포함 구성하여, 디씨/디씨 컨버터의 저전압 출력시에 출력부하의 감소에 비례하여 주파수가 감소하는 스위칭 주파수를 가청 주파수보다 높은 범위에서의 최소 스위칭 주파수로 세팅함으로써, 저부하에서 스위칭주파수가 가청 주파수 영역까지 감소됨을 방지하여 스위칭으로 인한 가청 소음을 제거할 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 일반적인 디씨/디씨 컨버터의 구성을 도시한 회로도이고,
도 2는 일반적인 디씨/디씨 컨버터에 있어서, 저부하시 스위칭 주파수를 감소시키는 블록도를 구성한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 스위칭 주파수 세팅장치가 적용된 디씨/디씨 컨버터의 구성을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 주파수 세팅장치가 적용된 디씨/디씨 컨버터에 있어서, 저부하시 스위칭 주파수를 세팅시키는 블록도를 구성한 것이고,
도 5는 본 발명의 따른 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 스위칭 주파수 발생부 20: 스위칭 제어부
30: 스위칭 구동부 40: 부하 측정부

Claims (8)

  1. 디씨/디씨 컨버터 출력단의 부하값을 검출하여 검출신호를 출력하는 부하 측정수단;
    상기 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 교번동작 수행에 동기되는 서로 다른 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 스위칭 주파수 발생수단; 및
    상기 검출신호를 참조하여, 상기 생성되는 복수의 스위칭 주파수 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 스위칭 주파수 세팅수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 주파수 발생수단은, 스위칭 주파수를 생성하는 오실레이터와 상기 오실레이터의 생성 주파수를 설정하는 제1 설정부와 제2 설정부를 포함하여 구성되되, 각각의 설정부에 의해 서로 다른 고정 주파수를 설정하여 스위칭 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 설정부는, 디씨/디씨 컨버터의 출력단이 고부하로 측정된 경우, 출력단 전압이 출력하도록 하는 고정 주파수를 스위칭 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 설정부는, 가청 주파수보다 높은 고정 주파수를 스위칭 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 세팅수단은, 상기 검출신호를 참조한 결과 상기 출력단의 값이 저부하로 측정된 경우, 가청 주파수보다 높은 생성 주파수중 최소 스위칭 주파수를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅장치.
  6. 디씨/디씨 컨버터의 스위칭 교번동작 수행에 동기되는 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 제 1단계; 및
    상기 디씨/디씨 컨버터의 출력단에 부하값의 레벨을 참조하여, 상기 생성 주파수 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 제 2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1단계는, 상기 출력단에서 검출되는 신호레벨을 참조하여 상기 부하의 값에 비례하여 감소하는 스위칭 주파수를 생성함과 아울러, 가청 주파수보다 높은 스위칭 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2단계는, 상기 검출레벨을 참조한 결과 상기 출력단의 값이 저부하로 측정된 경우, 가청 주파수보다 높은 생성 주파수 중 최소 스위칭 주파수를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터에서의 스위칭 주파수 세팅방법.
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