KR20070013242A - 전력 과부하 검출 방법 및 이를 위한 구조 - Google Patents

전력 과부하 검출 방법 및 이를 위한 구조 Download PDF

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세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
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Abstract

일 실시예에서, 벌크 입력 전압은 전력 과부하 검출 모드로 동작하도록 스위칭 전원 시스템을 제어하는데 이용되는 기준 신호를 형성하도록 이용된다.
벌크 입력 전압, 전력 과부하 검출 회로, 기준 신호, 스위칭 전원 제어기, 상호컨덕턴스 증폭기

Description

전력 과부하 검출 방법 및 이를 위한 구조{Power overload detection method and structure therefor}
도1은 본 발명을 따른 전원 제어 시스템의 실시예의 일부를 개요적으로 도시한 도면.
도2는 본 발명을 따른 도1의 전원 제어 시스템의 대안적인 실시예인 전원 제어 시스템의 실시예의 일부를 개요적으로 도시한 도면.
도3은 본 발명을 따른 도1 또는 도2의 전원 제어 시스템의 적어도 일부를 포함하는 반도체 장치를 개요적으로 도시한 확대된 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 스위칭 전원 제어 시스템
11: 브리지 정류기
21: 전원 입력 노드
22: 전원 리턴 노드
30: 스위칭 전원 제어기
본 발명은 일반적으로 전자장치들에 관한 것이며, 특히, 반도체 장치들을 형성하는 방법들 및 구조에 관한 것이다.
과거에, 반도체 산업은 펄스폭 변조(PWM) 시스템들과 같은 전원 시스템들을 스위칭시 스킵 사이클 검출(skip cycle detection) 및 출력 전력 과부하 검출을 수행하기 위하여 각종 방법들 및 구조들을 이용하였다. 종종 버스트-모드 검출이라 칭하는 스킵 사이클 검출은 종종, 광 출력 부하 상태들 동안 전원 시스템에서 전력 손실을 감소시키는데 이용된다. 전력 과부하 검출은 시스템에 의해 공급되는 출력 전력량이 전원 시스템의 특정 구현방식에 의해 허용될 수 있는 원하는 최대 전력 손실보다 큰 지를 결정하기 위하여 이용된다. 전력 과부하 검출 및 스킵 사이클 검출 둘 다를 갖는 스위칭 전원 제어기의 한 가지 예로서 애리조나 피닉스에 소재하는 ON Semiconductor사의 NCP1231를 들 수 있다.
출력 전력 과부하 검출 방법들은 일반적으로 전원 시스템에 의해 형성된 출력 전압을 표시하는 신호값을 전원 제어기 내의 고정된 기준값과 비교하는 것이다. 이 방법의 한 가지 문제는, 전원 시스템에 공급되는 벌크 입력 전압의 값이 변화되는 경우 부하로 전달되는 출력 전력이 또한 증가할 수 있다는 것이다. 이와 같은 상황에서, 전원 시스템의 전원 제어기는 전력 과부하 상태를 정확하게 검출할 수 없다.
스킵 사이클 검출 회로들은 또한, 일반적으로 출력 전압의 값을 표시하는 신호를 전원 제어기 내의 고정된 기준 전압과 비교한다. 전원 시스템에 공급되는 벌크 입력 전압의 값이 변화되면, 스킵 사이클 검출 방법은 부하에 의해 필요로 되는 전력이 원하는 값으로 감소되기 전에 전원 시스템이 스킵 사이클 모드로 들어가도록 할 수 있다. 결국, 전원 시스템은 부하에 충분한 전력을 공급하지 못한다.
따라서, 전원 제어 시스템에 의해 공급되는 전력을 더욱 정확하게 검출하며, 벌크 입력 전압이 변화될 때 전원 제어 시스템에 의해 공급되는 전력을 더욱 정확하게 검출하고, 스킵 사이클 모드로 진입할 때 부하 전력을 더욱 정확하게 검출하는 전원 제어 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
도시를 간결하고 명확하게 하기 위하여, 전체 도면들 내의 소자들은 반드시 원래 크기대로 도시되지 않았고, 각 도면들에서 동일한 소자들에는 동일한 참조 번호를 병기하였다. 게다가, 널리 알려져 있는 단계들 및 소자들의 설명들 및 상세사항들은 본 설명을 간결하게 하기 위하여 생략되었다. 본원에 사용된 바와 같이, 전류 운반 전극은 MOS 트랜지스터의 소스 또는 드레인 또는 바이폴라 트랜지스터의 에미터 또는 드레인 또는 다이오드의 캐소드 또는 애노드와 같은 장치를 통해서 전류를 운반하는 장치를 의미하며, 제어 전극은 MOS 트랜지스터의 게이트 또는 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 같은 장치를 통해서 전류를 제어하는 장치의 소자를 의미한다. 이 장치들이 특정 N-채널 또는 P-채널 장치들로서 본원에 설명되었지만, 당업자는 상보적인 장치들이 또한 본 발명에 따라서 가능하다는 것을 인지할 것이다. 당업자는 본원에 사용되는 바와 같은 단어 동안, 하면서 그리고 때가 어떤 작용이 초기 작용시에 그 순간에 정확히 발생하는 것을 의미하는 용어들이 아니라 초 기 작용에 의해 개시되는 반응 간에 어느 정도 작지만 적절한 지연이 있을 수 있다는 것을 인지할 것이다.
도1은 스위칭 전원 제어기(30)를 포함하는 스위칭 전원 제어 시스템(10)의 실시예의 일부를 개요적으로 도시한 것이다. 시스템(10)은 일반적으로 하우스홀드 메인들(household mains)과 같은 전원으로부터 전력을 수신한다. 브리지 정류기(11)는 전원으로부터 전압을 정류할 수 있고 전압 입력 노드(21) 및 전압 리턴 노드(22) 간에 벌크 전압을 공급할 수 있다. 시스템(10)은 전형적으로, 벌크 전압을 수신하고 전압 출력(16) 및 전압 리턴(17) 간의 출력 전압을 형성한다. 이하에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 시스템(10)의 제어기(30)는 벌크 전압의 값을 이용하도록 구성되어 시스템(10)에 의해 공급되는 전력량이 시스템(10)을 위한 원하는 최대 전력 손실보다 큰지를 더욱 정확하게 검출한다. 제어기(30)는 또한 벌크 전압의 값을 이용하도록 구성되어 시스템(10)에 접속된 부하(15)에 의해 필요로 되는 전력이 시스템(10)이 스킵 사이클 동작 모드에 진입하여야만 될 때 원하는 값보다 작은지를 더욱 정확하게 검출한다. 전력을 더욱 정확하게 검출하면 전력 손실을 최소화하고 효율을 증가시킬 수 있다.
시스템(10)은 전형적으로 1차 권선 및 2차 권선을 갖는 변압기(12) 및 1차 권선에 접속되는 전력 스위치 또는 전력 트랜지스터(20)를 포함한다. 트랜지스터(20)는 제어기(30)에 의해 스위칭되어 출력(16) 및 리턴(17) 간의 출력 전압 값을 조절한다. 정류 다이오드(13) 및 필터 커패시터(14)는 전형적으로 2차 권선에 접속되어 출력 전압 형성을 지원한다. 부하(15)는 일반적으로 출력(16) 및 리 턴(17) 간의 시스템(10)에 접속되어 시스템(10)으로부터의 전력 수신을 용이하게 한다. 저항기(26), 제너 다이오드(25) 및 커패시터(24)로 도시된 동작 전압 조절기(27)는 노드들(21 및 22) 간에 결합되어 동작 제어기(30)에 이용하기 위한 동작 전압을 형성한다. 일부 실시예들에서, 조절기(27)는 다른 구성들을 가질 수 있거나 생략될 수 있다. 시스템(10)의 피드백 네트워크는 출력(16) 및 리턴(17)간의 출력 전압 값을 표시하는 피드백(FB) 신호를 제공한다. 도1의 실시예에 도시된 피드백 네트워크의 전형적인 실시예는 출력(16) 및 리턴(17)과 FB 신호를 제공하기 위하여 접속되는 광 트랜지스터 간에 접속된 광 다이오드를 갖는 광 결합기(18)를 포함한다. 레지스터는 광 방출기에 접속되어 FB 신호 형성을 지원한다. 도1에 도시된 예의 실시예에 대해서, 제어기(30) 내의 저항기(55)는 FB 신호를 위한 풀-업으로서 이용된다. 전류 감지 저항기(19)는 전형적으로 트랜지스터(20)에 접속되어 트랜지스터(20) 및 변압기(12)를 통과한 전류를 나타내는 전류 감지(CS) 신호를 형성한다. 트랜지스터(20), 저항기(19) 및 피드백 네트워크는 전형적으로 제어기(30) 외부에 있지만, 일부 실시예들에서, 트랜지스터(20), 저항기(19) 및 피드백 네트워크의 전체 또는 일부는 제어기(30)의 일부분으로서 형성될 수 있다.
제어기(30)는 출력(16) 상의 출력 전압을 조절하기 위하여 전형적으로 트랜지스터(20)의 스위칭을 제어하도록 접속되는 스위칭 출력(38)상에서 스위칭 제어 신호를 발생시키도록 구성된다. 이 동작을 용이하게 하기 위하여, 제어기(30)는 일반적으로, 스위칭 제어기(43), 기준 전압 발생기 또는 기준(52), 내부 조절기(51), 스킵 비교기(58), 전력 과부하 검출 회로(69), 및 제어기(30)의 동작 상태와 트랜 지스터(20)를 구동하도록 이용되는 스위칭 제어 신호의 동작을 제어하는데 이용되는 논리 제어 회로와 같은 소자들을 포함한다. 도1에 도시된 실시예에서, 논리 제어 회로는 AND 게이트(75)로 도시되지만, 다른 실시예들에서는 각종 다른 논리 제어 소자들을 가질 수 있다. 제어기(43)는 출력(38) 상에 스위칭 제어 신호 형성을 지원하는 제어기(30), 비교기(46) 및 래치(47)의 동작을 제어하는 고정 주파수 클록을 발생시키는 클록 발생기 또는 클록(44)을 포함한다. 제어기(43)가 고정된 주파수 전류 모드 제어기로서 도시되었지만, 당업자는 전압 모드 PWM 제어기 또는 준-공진 제어기와 같은 다른 유형들의 제어기들이 이용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 대부분의 실시예들에서, 제어기(30)는 선택적 리딩 에지 블랭킹 회로(LEB)(53), 고장 검출 회로, 열 차단 회로, 램프 발생기, 브라운-아웃 비교기(brown-out comparator)(59)로 도시된 브라운-아웃 회로, 및 부족 전압 록-아웃 회로(UVLO)(54)와 같은 다른 널리 알려져 있는 스위칭 전원 제어 회로들을 포함할 수 있다. 제어기(30)는 또한 소프트-스타트 회로와 같은 도1에 도시되지 않은 다른 널리 알려져 있는 스위칭 전원 제어 회로들을 포함할 수 있다.
제어기(30)는 일반적으로, 전력 입력(31) 및 전력 리턴(32) 간의 외부 조절기(27)로부터 입력 전압을 수신한다. 전형적으로, 리턴(32)은 노드(22)에 접속된다. 내부 조절기(51)는 입력(31) 및 리턴(32) 간에 접속되어 입력(31)으로부터 입력 전압을 수신하고 비교기(58), 회로(69), 기준(52), 및 제어기(43)와 같은 제어기(30)의 소자들을 동작시키는 내부 동작 전압을 형성한다. 기준(52)은, 기준(52)의 제1 출력(56) 및 제2 출력(57) 상에 제어기(30)의 다른 부분들에 의해 이용하기 위한 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 포함한 기준 신호들을 발생시킨다. 제어기(3)는 또한 피드백 입력(33) 상에 피드백(FB) 신호를 수신하고 전류 감지 입력(34) 상에 전류 감지(CS) 신호를 수신한다.
정상 동작에서, 제어기(30)는 FB 신호 및 CS 신호를 수신하고 스위칭 제어 신호를 형성하여 출력(16) 상에 출력 전압을 조절한다. 본 기술 분야에서 널리 알려진 바와 같이, 클록(44)은 래치(47)를 설정하는 주기적 클록을 발생시켜 트랜지스터(20)를 인에이블하기 시작한다. 비교기(46)는 FB 신호 및 CS 신호를 수신하고 CS 신호의 값이 FB 신호의 값에 도달할 때 래치(47)를 리셋한다. 이 제어기(43)의 동작은 당업자에게 널리 알려져 있다.
부하(15)에 의해 소모되는 전력이 원하는 또는 정격 최대 출력 전력 손실 값보다 크다면, 시스템(10)에 의해 소모되는 전력은 과도하게 되고 시스템(10)의 손상 부분들을 방지하도록 감소되어야 한다. 전력 과부하 검출 회로(69)는 전력 과부하 상태를 검출하고 제어기(30)의 동작 상태를 변화시키도록 구성되어 부하(15)로 전달되는 출력 전력을 감소시킨다. 이 동작을 용이하게 하기 위하여, 회로(69)는 전력 과부하 비교기(61) 및 상호컨덕턴스 증폭기(70)를 포함한다. 부하(15)에 의해 필요로 되는 전력 값이 증가되면, 출력 전압의 값은 감소됨으로써 결합기(18)의 광 방출기를 통한 전류를 감소시키고, 입력(33) 상의 FB 신호는 증가된다. 따라서, FB 신호는 또한 시스템(10)에 의해 소모되는 전력에 관한 정보를 운반한다. FB 신호의 값이 원하는 값을 지나쳐서 증가되면, 회로(69)는 스위칭 제어 신호를 금지하는 전력 과부하 상태로 제어기(30)의 동작 상태를 변화시키는 제어 신호를 형성함으로써 트랜지스터(20)의 스위칭을 금지하고 시스템(10)의 전력 손실을 감소시킨다. 회로(69)가 전력 과부하 상태를 정확하게 검출하도록 하기 위하여, 제어기(30)는 노드(21) 상의 벌크 전압으로부터 도출되는 전력 과부하 기준 신호를 이용한다. 전력 과부하 기준 신호는 벌크 전압에 비례하고 벌크 전압의 변화들에 비례하여 가변한다. 바람직한 실시예에서, 전력 과부하 기준 신호는 노드들(21 및 22) 간에 접속되는 저항기 분주기(resistor divider)에 의해 형성된 기준 전압이다. 저항기 분주기는 노드들(21 및 22) 간에 직렬로 접속되는 저항기(80), 저항기(81), 저항기(82) 및 저항기(83)를 포함한다. 노드(86)는 저항기들(80 및 81) 간의 접속부에 형성되며, 노드(87)는 저항기들(81 및 82) 간의 접속부에 형성되고, 노드(88)는 저항기들(82 및 83) 간의 접속부에 형성된다. 노드(86)에 형성되는 전압은 브라운-아웃 비교기(59)에 의해 이용되어 벌크 전압 값을 감지하고 본 기술 분야에 널리 알려진 바와 같이 브라운-아웃 상태를 검출한다. 따라서, 노드(86)에서 전압은 기준 전압이 아니다. 노드(87)에서 형성되는 전압은 전력 과부하 검출을 위한 전력 과부하 기준 신호를 제공하고, 노드(87)에서 형성된 전압은 스킵 모드 검출을 위한 스킵 모드 기준 신호를 제공한다. 당업자는 저항기들(80 내지 83)이 3개의 개별적인 저항기 분주기들로서 형성될 수 있거나 도1에 도시된 하나의 저항기 분주기 대신에 2개의 저항기 분주기들로 형성될 수 있다. 게다가, 기준 전압들이 벌크 전압으로부터 도출되고 이 벌크 전압 변화들에 비례하여 가변하고 바람직하게는 역비례하여 가변되는 한, 기준 전압들은 다른 널리 알려져 있는 기술들에 의해 형성될 수 있다. 당업자는 저항기 분주기 상의 탭 포인트들이 재배열되고 브라운-아웃 및 전력 과부하와 같은 탭 포인트들 중 일부가 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
벌크 전압이 최저값에 있다라고 하면 시스템(10)은 일반적으로, 정격 전력량을 공급하고 이 전압 레벨에서 정격 전류량을 공급하도록 설계된다. 입력 전압이 증가되면, 정격 전류에서 시스템(10)에 의해 소모되는 전력량은 정격 전력보다 크다. 벌크 전압값의 변화는 여러가지 원인들로부터 야기될 수 있다. 예를 들어, 미국의 전원들용으로 설계된 장치를 유럽의 파워 아웃렛(power outlet)에 플러그하거나 그 반대의 경우를 들 수 있다. 전력 과부하 기준 신호의 값은 시스템(10)이 공급하여야 하는 원하는 전력량 보다 큰 전력량을 소모하는 시스템(10)에서 발생되는 벌크 전압값을 표시하도록 선택된다. 따라서, 제어기(30)는 벌크 전압의 변화들로부터 발생되는 전력 손실 검출을 용이하게 한다. 전력 손실을 검출하기 위하여 고정된 전압을 이용하는 종래 시스템들은 벌크 전압의 변화들로부터 발생되는 증가된 전력 손실을 검출할 수 없다.
제어기(30)는, 제어기(30)의 전력 과부하 기준 입력(36) 상에서 노드(87)의 전력 과부하 기준 신호를 수신한다. 증폭기(70)는 기준 신호를 반전시키며, 기준(52)의 출력으로부터 수신되는 기준 전압으로부터의 오프셋을 부가하고 증폭기(70)의 출력 상에서 증폭된 기준 신호를 형성한다. 이 오프셋은 증폭된 기준 신호의 공통 모드를 설정하여 증폭기(70)의 출력 값들의 범위가 FB 신호의 범위 내에 있도록 한다. 증폭기(70)의 출력 상에서 증폭된 기준 신호는 노드(21) 상의 벌크 전압의 변화들에 역비례하여 가변한다. 바람직한 실시예에서, 증폭된 기준 신호는 거의 다음과 같게 된다.
Vamp = K(Vref-Vblk), 여기서
K = 상수
Vref = 전력 과부하 기준 신호
Vblk = 노드(21) 상의 벌크 전압
따라서, 증폭기(70)는 벌크 전압의 변화들에 역비례하여 가변하는 기준 신호를 형성한다. 비교기(61)는 증폭된 기준 신호를 비교하고 이를 FB 신호와 비교한다. 시스템(10)이 설계되는 값과 거의 동일한 벌크 전압의 값과의 정상 동작시, FB 신호의 값은 증폭된 기준 신호의 값보다 작게 유지된다. 벌크 전압의 값이 증가되면, 증폭된 기준 신호의 값은 감소된다. 증폭된 기준 신호의 값이 FB 신호의 값보다 감소되면, 비교기(61)의 출력 상의 제어 신호는 낮게 된다. 저 제어 신호는 래치(47)의 출력을 차단하는 게이트(75)에 의해 수신되어 스위칭 제어 신호를 낮게 하고 트랜지스터(20)의 스위칭을 금지시킨다. 트랜지스터(20)의 스위칭을 금지시키면 변압기(12)를 통한 에너지 전달을 방지함으로써 시스템(10)의 전력 손실을 낮춘다. 따라서, 시스템(10)에 의해 공급되는 전력량을 결정하기 위하여 벌크 전압의 값을 이용하면, 벌크 전압의 변화에 따라서 공급되는 출력 전력을 포함한 원하는 최대 출력 전력보다 큰 전력을 공급하는 시스템(10)을 더욱 정확하게 검출한다. 당업자는 증폭기(70)로부터의 전력 과부하 기준 신호를 비교기(61)로부터의 FB 신호와 교환함으로써 FB 신호가 또한 입력 전압의 변화들에 역비례하여 가변되도록 형성될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
제어기(30)는 또한 제어기(30)를 스킵 동작 모드로 설정하기 위하여 벌크 전 압을 이용한다. 전형적으로, 시스템(10)은 스킵 모드로 진입시 발생되는 스킵 모드 기준 신호의 값을 설정하기 위하여 벌크 전압의 최고 예측값을 이용하도록 설계된다. 동작시, 벌크 전압의 값이 최대값보다 작다면, 스킵 모드로 진입시 발생되는 FB 신호 값이 더 낮게 된다. 따라서, 스킵 모드로 진입하기 위하여 부하(15)에 의해 필요로 되거나 이용되는 전력의 임계값이 벌크 전압의 값이 감소됨에 따라서 감소된다. 이 대응성은 제어기(30) 및 시스템(10)이 부하(15)가 부하(15)에 의해 필요로 되는 전력량을 감소시키기 전 스킵 모드로 진입하는 것을 방지한다. 제어기(30)는, 제어기(30)의 스킵 모드 기준 입력(37) 상의 노드(88)로부터 스킵 모드 기준 신호를 수신한다. 비교기(58)는 스킵 모드 기준 신호를 수신하여 이를 FB 신호와 비교한다. 스킵 모드 기준 신호의 값이 FB 신호보다 작다면, 비교기(58)의 출력은 제어기(30) 및 시스템(10)이 스킵 동작 모드로 배치되도록 낮게 된다. 비교기(58)로부터의 낮은 출력은 래치(47)의 출력을 차단하여 스위칭 제어 신호를 낮게하고 트랜지스터(20)의 스위칭을 금지시키는 게이트(75)에 의해 수신된다. 트랜지스터(20)의 스위칭을 금지시키면 변압기(12)를 통한 에너지 전달을 방지함으로써 시스템(10)의 전력 손실을 낮춘다. 따라서, 스킵 동작 모드로 진입할 때 전력 소모량을 결정하기 위하여 벌크 전압의 값을 이용하면, 시스템(10)이 벌크 전압의 값이 변화될 때 부하(15)로 공급되는 원하는 전력값을 위하여 스킵 모드로 정확하게 진입하도록 한다. 따라서, 시스템(10)은 부하(15)로의 전력을 덜 공급하는 시스템(10)을 더욱 정확하게 검출한다. 스킵 모드 기능을 포함하는 전원 제어기의 한 가지 예가 본원에 참조된 2003년 7월 22일에 Jefferson Hall 등에게 허여된 미국 특허 6,597,221호에 서술되어 있다.
이 동작 기능을 구현을 용이하게 하기 위하여, 저항기(80)의 제1 단자는 노드(21)에 접속되고, 제2 단자는 저항기(81)의 제1 단자 및 입력(35)에 접속된다. 저항기(81)의 제2 단자는 통상 입력(36) 및 저항기(82)의 제1 단자에 접속된다. 저항기(82)의 제2 단자는 통상적으로 입력(37), 및 노드(22)에 접속되는 제2 단자를 갖는 저항기(83)의 제1 단자에 접속된다. 조절기(51)의 전원 단자는 입력(31)에 접속되고 조절기(51)의 전력 리턴 단자는 리턴(32)에 접속된다. 조절기(51)의 전압 출력은 입력(33)에 접속되는 제2 단자를 갖는 저항기(55)의 제1 단자에 접속된다. 비교기(46)의 반전 입력은 입력(33), 비교기(61)의 비반전 입력 및 비교기(58)의 비반전 입력에 공통 접속된다. 비교기(46)의 비반전 입력은 입력(34)에 접속되는 입력을 갖는 선택적 LEB(53)의 출력에 접속된다. 비교기(46)의 출력은 래치(47)의 리셋 입력에 접속된다. 래치(47)의 설정 입력은 클록(44)의 출력에 접속된다. 래치(47)의 Q 바 출력은 게이트(75)의 제1 입력에 접속된다. 비교기(59)의 비반전 입력은 입력(35)에 접속되고, 비교기(59)의 반전 입력은 기준(52)의 출력(56)에 접속된다. 비교기(59)의 출력은 게이트(75)의 제2 입력에 접속된다. 증폭기(70)의 비반전 입력은 기준(52)의 출력에 접속된다. 증폭기(70)의 반전 입력은 통상적으로 저항기(71)의 제1 단자 및 저항기(72)의 제1 단자에 접속된다. 저항기(71)의 제2 단자는 입력(36)에 접속된다. 저항기(72)의 제2 단자는 증폭기(70)의 출력 및 비교기(61)의 반전 입력에 공통 접속된다. 비교기(61)의 출력은 게이트(75)의 제3 입력에 접속된다. 게이트(75)의 제4 입력은 비교기(58)의 출력에 접속된다. 게이트(75) 의 제5 입력은 입력(31)에 접속되는 입력을 갖는 UVLO(54)의 출력에 접속된다.
도2는 도1의 설명에서 설명되는 회로(69)의 대안 실시예인 전력 과부하 검출 회로(92)의 실시예의 부분을 개요적으로 도시한 것이다. 회로(92)는 차동 쌍 결합된 트랜지스터들(93 및 95), 전류원들(102 및 103), 레벨 시프팅 트랜지스터들(96 및 97), 저항기들(94 및 104) 및 전류 미러 결합된 트랜지스터들(98, 99, 100)을 포함한다. 트랜지스터(93)는 입력(36)으로부터 전력 과부하 기준 신호를 수신하고 트랜지스터(95)는 기준(52)의 출력으로부터 제2 기준 신호를 수신한다. 전류원들(102 및 103)은 전류를 제공하여 각 트랜지스터들(93 및 95)을 바이어스 시킨다. 트랜지스터(95)의 게이트 상의 전압은 트랜지스터(95)의 Vgs만큼 시프트 업되며, 트랜지스터(97)의 Vbe 만큼 다시 시프트 업되고, 트랜지스터(96)의 Vbe 만큼 그리고 트랜지스터(93)의 Vgs 만큼 시프트 다운된다. 따라서, 전력 과부하 기준 신호가 제2 기준 신호와 동일하면, 미러 트랜지스터들(98 및 100)을 통한 전류 흐름이 존재하지 않음으로, 저항기(104) 및 출력(73) 양단의 전압 강하는 실질적으로 리턴(32)의 전위에 있지 않는다. 전력 과부하 기준 신호가 감소되고 제2 기준 신호보다 작으면, 전류는 트랜지스터(93)를 통해서 흘러 저항기(94) 양단에서 전압 강하를 초래하고 동일한 전류가 트랜지스터(98)를 통해서 흐른다. 트랜지스터(98)를 통한 전류는 트랜지스터(100)에 의해 미러화되어 저항기(104)를 통한 전류 흐름을 초래하고 출력(73)상에 출력 전압을 형성한다. 따라서, 입력(36) 상의 전력 과부하 기준 신호가 감소됨에 따라서, 출력(73) 상의 출력 전압은 증가한다. 출력 전압의 절대값은 트랜지스터(98 및 100)간의 비에 좌우된다. 따라서, 회로(92)는 트랜지스 터(98)의 크기 대 트랜지스터(100)의 크기의 비에 의해 결정된 이득을 갖는 반전 증폭기로서 기능한다. 회로(92)의 구현방식은 입력에 반비례하는 출력을 형성하기 위하여 이용되는 소자들의 수를 최소화한다. 게다가, 회로(92)는 회로(92)의 크기를 더욱 감소시키는 커패시터를 이용하지 않는다.
회로(92)의 이 기능성을 구현하기 위하여, 소스(102)의 제1 단자는 출력(50)에 접속되고, 제2 단자는 트랜지스터(96)의 에미터 및 저항기(96)의 제1 단자에 공통으로 접속된다. 저항기(94)의 제2 단자는 트랜지스터(93)의 소스에 접속된다. 트랜지스터(93)의 게이트는 입력(36)에 접속되고 드레인은 리턴(32)에 접속된다. 틀내지스터(96)의 베이스는 트랜지스터(97)의 베이스 및 콜렉터에, 트랜스터(9)의 드레인에 그리고 소스(103)의 제1 단자에 공통 접속된다. 트랜지스터(96)의 콜렉터는 트랜지스터(98)의 드레인 및 게이트에 그리고 트랜지스터들(99 및 100)의 게이트에 공통 접속된다. 트랜지스터들(98, 99 및 100)의 소스는 소스(103)의 제2 단자 및 출력(50)에 접속된다. 트랜지스터(97)의 에미터는 트랜지스터(95)의 소스에 접속된다. 트랜지스터(95)의 게이트는 입력(57)에 접속되고 드레인은 리턴(32)에 접속된다. 트랜지스터(100)의 드레인은 출력(73) 및 저항기(104)의 제1 단자에 접속된다. 저항기(104)의 제2 단자는 리턴(32)에 접속된다.
도3은 반도체 다이(111) 상에 형성되는 반도체 장치의 실시예의 일부의 확대된 평면도를 개요적으로 도시한 것이다. 다이(111)는 또한 도시를 간결하게 하기 위하여 도3에 도시되지 않은 다른 회로들을 포함할 수 있다. 제어기(30) 및 장치(110)는 당업자에게 널리 알려져 있는 반도체 제조 기술에 의해 다이(111)상에 형성된다.
상술된 전체를 고려하면, 신규한 장치 및 방법이 개시되었다는 것을 알 수 있다. 여러 특징들 중에서, 전원 제어기의 전력 과부하 동작 모드를 제어하기 위하여 기준 신호를 형성하도록 벌크 전압값을 이용하는 것이 포함되어 있다. 게다가, 벌크 전압은 또한 전원 제어기의 스킵 모드를 제어하기 위하여 기준 신호를 형성하도록 이용된다. 기준 신호들을 형성하기 위하여 벌크 전압을 이용하면 전력 손실을 더욱 정확하게 결정함으로써 전원 제어기를 제어하여 전력 과부하 모드에서 동작하도록 그리고 스킵 모드에서 동작하게 한다.
본 발명이 특정 바람직한 실시예들과 관련하여 서술되었지만, 많은 대안들 및 변형들이 있을 수 있다는 것이 반도체 기술의 당업자는 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 입력(33) 상에 수신되는 FB 신호는 전력 과부하 기준 신호를 반전하는 대신에 가령 증폭기에 의해 반전될 수 있다. 단어 "접속된"은 설명을 명백하게 하기 위하여 전반적으로 사용되었지만, 이는 단어 "결합된"과 동일한 의미를 갖는다. 따라서, "접속된"은 직접 접속 또는 간접 접속 중 어느 하를 포함하는 것으로서 해석되어야 한다.
본 발명은 전원 제어 시스템에 의해 공급되는 전력을 더욱 정확하게 검출하며, 벌크 입력 전압이 변화될 때 전원 제어 시스템에 의해 공급되는 전력을 더욱 정확하게 검출하고, 스킵 사이클 모드로 진입할 때 부하 전력을 더욱 정확하게 검출하는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 스위칭 전원 시스템의 전력 과부하 검출 회로를 형성하는 방법에 있어서,
    벌크 전압으로부터 도출된 기준 신호(reference signal)를 이용하도록 전력 과부하 검출 회로를 구성하는 단계로서, 상기 벌크 전압은 상기 스위칭 전원 시스템의 출력 전압을 형성하도록 이용되는, 상기 전력 과부하 검출 회로를 구성하는 단계;
    출력 전압을 표시하는 피드백 신호를 수신하고 상기 피드백 신호를 이용하여 출력 전압 값을 조절하도록 스위칭 전원 시스템을 구성하는 단계; 및
    상기 피드백 신호를 상기 기준 신호에 비교하여 상기 스위칭 전원 시스템의 동작 상태를 설정하도록 상기 전력 과부하 검출 회로를 구성하는 단계를 포함하는, 스위칭 전원 시스템의 전력 과부하 검출 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벌크 전압으로부터 도출되는 상기 기준 신호를 이용하도록 상기 전력 과부하 검출 회로를 구성하는 단계는 상기 벌크 전압의 변화들에 역비례하여 가변하는 기준 신호를 형성하기 위하여 상기 전력 과부하 검출 회로를 구성하는 단계를 포함하는, 스위칭 전원 시스템의 전력 과부하 검출 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 벌크 전압으로부터 도출되는 상기 기준 신호를 이용하도록 상기 전력 과부하 검출 회로를 구성하는 단계는 상기 기준 신호를 수신하고 이에 응답하여 기준 신호에 역비례하여 가변하는 증폭된 기준 신호를 형성하기 위하여 상호컨덕턴스 증폭기를 구성하는 단계를 포함하는, 스위칭 전원 시스템의 전력 과부하 검출 형성 방법.
  4. 전원 시스템의 스킵 사이클 비교기를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 전원 시스템의 출력 전압을 형성하기 위하여 이용되는 벌크 전압으로부터 도출되는 기준 신호를 수신하도록 상기 스킵 사이클 비교기를 구성하는 단계;
    출력 전압을 표시하는 피드백 신호를 수신하고 상기 피드백 신호를 이용하여 출력 전압 값을 조절하도록 상기 전원 시스템의 스위칭 전원 시스템을 구성하는 단계; 및
    상기 피드백 신호를 상기 기준 신호에 비교하고 이에 응답하여 상기 스위칭 전원 제어기의 동작 상태를 설정하도록 상기 스킵 사이클 비교기를 구성하는 단계를 포함하는, 전원 시스템의 스킵 사이클 비교기를 형성하는 방법.
  5. 벌크 전압을 이용하고 조절된 출력 전압을 형성하기 위하여 전력 스위치를 제어하도록 동작될 수 있는 구동 신호를 형성하도록 형성되는 스위칭 전원 제어기에 있어서,
    상기 벌크 전압으로부터 도출되는 제1 기준 신호를 수신하고 상기 조절된 출력 전압을 표시하는 피드백 신호를 수신하고 이에 응답하여 상기 스위칭 전원 제어기의 동작 상태를 설정하도록 결합되는 스킵 사이클 비교기; 및
    상기 피드백 신호를 상기 벌크 전압으로부터 도출되는 제2 기준 신호에 비교하고 전력 과부하 상태 검출에 응답하여 상기 스위칭 전력 제어기의 동작 상태를 설정하도록 구성되는 전력 과부하 검출 회로를 구비하는, 스위칭 전원 제어기.
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