KR20070029693A - 스위칭 조정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정 전압 조정기로서 구성된 스위칭 조정기(1)에 관한 것으로, 전압 분배기(40)를 포함한다. 전압 분배기에는 제 1 접속부(V)를 통해서 조정기 출력단(2)에 인가된 전압 신호가 공급되고, 그럼으로써 기준 전압(Vref)으로서 해석되는 조정 변수로서 전압 분배기(40)의 출력 신호가 분배기 회로(35, 41)에 제공된다. 회로 장치(30)는 제 1 접속부(V)에 인가되는 전압 신호에 따라 새로운 조정 변수로서 기준 전압(Vref)을 초과하는 전압 신호를 구동기 회로(35, 41)에 제공하는 모니터링 수단(50)을 포함한다.

Description

스위칭 조정기{SWITCHING REGULATOR}
본 발명은 전압 분배기(40)를 구비한 고정 전압 조정기로서 구현되는 스위칭 조정기(1)에 관한 것으로서, 조정기 출력단(2)에서 제공되는 전압 신호가 기준 전압(Vref)과 비교되는 조정 변수로서 전압 분배기(40)의 출력 신호를 구동기 회로(35, 31)에 공급하기 위해서 제 1 단자(V)를 통해 상기 전압 분배기(40)에 제공될 수 있다.
스위칭 조정기들은 예컨대 에어백과 같은 승객 보호 시스템을 조정하고 동작시키기 위해서 자동차 분야에서 사용된다. 상기 스위칭 조정기들은 종종 소위 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같이 하우징이 제공되는 집적 회로의 형태로 구현되는데, 일반적으로 적어도 스위칭 조정기의 에너지 어큐뮬레이터 엘리먼트들이 비용 문제로 인해 외부 구성성분들로서 구현된다. 필요한 전기 접속들을 형성하기 위해서, 에너지 어큐뮬레이터 엘리먼트들 및 ASIC는 예컨대 적합하게 구현된 회로 보드 상에 배치될 것이다. 스위칭 조정기들은 승압 조정기들(step-up regulators)이나 또는 강압 조정기들(step down regulators)일 수 있다.
일반적인 스위칭 조정기(1)에 대한 레이아웃이 도 1을 참조하여 아래에서 설명된다.
도 1에 도시된 스위칭 조정기(1)는 회로 장치(30)를 구비하는데, 상기 회로 장치(30)의 구성성분들은 위에서 설명된 ASIC를 갖는 집적 회로에 배열되며, 스위칭 조정기(1)의 외부 구성성분들(참조부호 10)에 접속된다. 스위칭 조정기(1)는 승압 조정기로서 구현되며, 노드(3)와 기준 전위 사이에 접속되는 다이오드(11)를 특징으로 한다. 도 1에 도시된 레이아웃과는 달리, 다이오드(11)는 ASIC에 집적되는 구성성분으로서 구현될 수도 있다. 전하 어큐뮬레이터(13)가 조정기 출력단(2)과 기준 전위 사이에 접속된다. 코일(12)이 노드(3)와 조정기 출력단(2) 사이에 직렬로 접속된다.
노드 3이 회로 장치(30)의 출력 단자(Sout)에 접속된다. 출력 단자(Sout)와 공급 전위 단자(Vin) 사이에는 회로 장치의 출력 구동기(31)가 접속되는데, 가장 간단한 경우에는 제어가능 반도체 스위치를 수반한다. 출력 구동기(31)는 연산 증폭기 회로(35)에 의해서 제어되는데, 입력 측에서는 입력단(37)이 자신에게 입력되는 기준 신호를 수신하며, 입력단(38)은 조정 신호를 수신한다. 조정 신호가 조정 출력단(2)에서 제공되는 전압으로부터 획득되며, 제 1 단자(V)에 접속된 내부 전압 분배기(40)를 통해서 회로 장치(30)에 제공된다. 이를 위해서, 직렬로 접속된 두 개의 저항들(41, 42)로 이루어진 전압 분배기의 중앙 탭(43)이 입력단(38)에 링크된다.
전압 분배기에서의 고정 및 비가변적인 전압율로 인해, 조정기 출력단(2)에서 평가된 전압의 출력만을 허용하는 회로 장치가 생성된다. 조정기 출력단(2)에 접속될 수 있는 상이한 부하들이 상이한 평가된 전압에 따라 동작하기 때문에, 다 른 자유롭게 선택가능한 평가된 전압이 조정기 출력단에서 획득되도록 하는 옵션이 회로 장치(30)에 제공된다.
이를 위해서, 회로 장치(30)는 추가적인 외부 전압 분배기(20)에 접속될 수 있는 제 2 단자(FB)를 특징으로 한다. 전압 분배기(20)는 조정기 출력단(2)과 기준 전위 단자 사이에 접속된다. 이 경우에, 제 2 단자(FB)는 직렬로 접속된 두 개의 저항들(21, 22)로 통상 이루어진 전압 분배기(20)의 중앙 탭(23)에 접속된다.
단자(SEL)에 신호가 인가될 경우에 내부 전압 분배기(40)나 또는 외부 전압 분배기(20) 중 어느 하나가 연산 증폭기 회로(35)에 접속할 수 있게 하는 전환 수단(47)이 추가적으로 제공된다. 전환 수단(47)은 이를 위해서 두 개의 회로 엘리먼트들(44, 45)을 구비하는데, 그들의 한 단자는 각각 연산 증폭기 회로(35)의 입력단(38)에 접속되고, 그들의 다른 단자는 각각의 경우에 내부 또는 외부 전압 분배기(40 또는 20)의 중앙 탭(43 또는 23)에 접속된다. 스위치들은 신호를 단자(SEL)에 인가함으로써 제어되는데, 단자(SEL)에 존재하는 신호에 대해 반전된 신호(인버터(46))가 스위칭 엘리먼트(45)에 제공된다.
이에 더하여, 회로 장치(30)는 출력 구동기(31)의 제어 입력단(32)과 단자(V) 사이에 접속되는 전압 모니터링 회로(39)를 특징으로 한다. 전압 모니터링 회로(39)는 조정기 출력단(2)에 존재하는 전압을 모니터링하며 또한 조정기 출력 전압이 너무 높은 경우에는 출력 구동기를 스위칭 오프시킴으로써, 조정기 출력단에 접속되는 부하의 오동작을 방지한다. 이를 위해서, 전압 모니터링 회로(39)는 비교기 회로를 특징으로 하는데, 한편으로는 조정기 출력 전압 및 그리고 다른 한편 으로는 기준 전압(Vref)이 그 비교기에 제공된다.
이미 초반에 언급한 바와 같이, ASIC 회로 장치(30)는 하우징 내에 배치되는 집적 회로의 형태로 존재한다. 모듈이 회로 모드에 접속될 경우에는, 부정확한 접속들이 또한 발생할 수 있으며, 그로 인해서 스위칭 조정기(1)의 정확한 기능이 보장되지 않는다.
만약, 부정확한 접속으로 인해서, 조정기 출력단(2)에 존재하는 전압이 제 1 단자(V)에 인가되지 않는다면, 내부 전압 분배기와 함께 형성되는 조정 루프는 동작하지 않을 수 있다. 0 볼트의 전압이 연산 증폭기 회로의 입력단(38)에 실제 값으로서 존재할 것이고, 그로 인해서 연산 증폭기 회로(35)는 출력 구동기(31)를 조정하여 조정기 출력단(2)에서 더 높은 전압이 생성되도록 한다. 전압 모니터링 회로(39)는 또한 조정기 출력단(2)에 존재하는 전압을 입력 신호로서 필요로 하기 때문에, 이는 또한 부정확한 접속으로 인한 전압 증가를 방지할 수 없고, 그 경우에는 위에서 설명된 부하의 오동작이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 스위칭 조정기에 접속된 부하에서 예측가능하지 않은 효과를 갖는 스위칭 조정기의 오동작을 신뢰적으로 방지하는 상술된 타입의 스위칭 조정기를 제시하는데 있다.
이러한 목적은 청구항 제 1항의 특징들을 갖는 스위칭 조정기에 의해서 달성된다. 바람직한 실시예들이 종속항들에 의해서 구현된다.
본 발명에 따르면, 스위칭 조정기는 구동기 회로가 제 1 단자에 존재하는 전압 신호에 따라 기준 전압을 통해 이용가능한 전압 신호를 인가하는 모니터링 수단을 특징으로 한다. 즉, 이는, 모니터링 수단이 구동기 회로에 변경된 조정 신호를 인가하는 위치에 놓이는 동시에 내부 전압 분배기를 바이패싱시킴으로써 그것의 전압 값으로 인해 조정기를 직접 스위칭 오프시킨다는 것을 의미한다. 그러나, 이는 스위칭 조정기에 접속되는 부하의 기능을 더 이상 보장하지 않는다. 기능이 더 이상 이용가능하지 않다는 사실은 부하에 시그널링될 수 있다. 그러나, 부하의 제어되지 않은 동작, 예컨대 에어백의 우발적인 트리거링은 신뢰적으로 방지된다.
새로운 조정 변수로서 구동기 회로에 제공되는 조정기 출력단에 직접 제공되는 전압 신호에 의해서 특별히 간단한 방식으로 원하는 기능이 구현될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 내부 전압 분배기의 출력 신호나 또는 회로 장치의 제 2 단자에 존재하는 신호를 구동기 회로에 제공할 수 있도록 설정되는 제어가능 전환 수단이 제공된다. 바람직한 실시예에 따르면 제 2 단자는 조정기 출력단에 직접 접속되고, 그럼으로써 인터럽션이 발생한 경우에는 조정기 출력단에 존재하는 신호를 구동기 회로의 제 1 단자에 제공할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서는, 모니터링 수단은 제 1 및 제 2 단자들에 존재하는 전압들이 입력 변수들로서 제공될 수 있는 비교 수단을 특징으로 한다. 가장 간단한 경우에, 모니터링 수단은 비교기 회로일 수 있다.
비교 수단의 출력 신호가 전환 수단을 위한 제어 신호로서 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 이는 제 1 단자에서 전압 인터럽션이 발생한 경우에 자동적인 전환을 야기한다.
전환 수단이 조정기 출력단에 존재하는 독립 신호에 의해서 제어될 수 있음으로써 회로 장치의 제 2 단자에 존재하는 신호가 구동기 회로에 제공되는 것이 또한 바람직하다. 이는 바람직하게 본 발명의 회로 장치에 인가될 외부 전압 분배기가 더욱 유동적인 반응 요구조건들이 설정될 평가된 전압에 대해서 제공될 수 있도록 할 수 있다.
이 경우에는, 전압 모니터링 회로가 비교 수단에 의해 전달되는 출력 신호 및 제어 신호를 모두 논리적으로 링크시키는 논리 게이트를 특징으로 하는 경우에 바람직하다.
또한 유리한 실시예에서는, 구동기 회로는 강압 변환기를 제어하기 위한 출력 구동기 및 연산 증폭기 회로를 특징으로 하는데, 전압 모니터링 회로는 그것들의 노드 포인트와 제 1 단자 사이에 접속된다.
본 발명 및 그에 대한 장점들이 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 공지되어 있으면서 또한 도입부에서 이미 설명된 스위칭 조정기를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따라 구현되는 스위칭 회로를 나타내는 도면.
도면들에서는 동일한 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들로 표기되어 있다.
도 2는 종래 기술과 비교해서 변형된 본 발명의 스위칭 조정기(1)의 회로 장 치(30)를 도시한다. 스위칭 조정기(1) 및 특히 회로 장치(30)의 기능 및 레이아웃은 도 1과 관련하여 설명된 종래의 실시예에 상응한다. 따라서, 기능부들에 대한 더욱 상세한 묘사 및 설명은 생략된다.
일반적인 회로 장치에도 존재하는 구성요소들 이외에, 본 발명의 회로 장치(30)는 모니터링 수단(50)을 특징으로 한다. 모니터링 수단(50)은 출력단(54)을 통해서 전환 수단(47)에 접속된다. 모니터링 수단(50)은 두 개의 입력단들(52, 53)을 구비하는데, 그 중 입력단(52)은 제 1 단자(V) 및 제 2 단자(53)를 통해서 제 2 단자(FB)에 접속된다. 제 2 단자(FB)는 스위칭 조정기(1)의 조정기 출력단(2)에 직접 접속된다. 이용가능하면서 또한 도 1의 일반적인 회로 장치에도 존재하는 추가적인 단자(SEL)가 본 발명에서는 모니터링 수단(50)에 접속된다.
모니터링 수단(50)은 입력단들(52, 53)에 존재하는 신호들이 제공될 비교 수단을 특징으로 한다. 가장 간단한 경우에, 비교 수단(51)은 비교기 회로이다. 이 경우에는, 직렬로 접속된 MOS 다이오드를 구비한 윈도우 비교기 또는 전류 균형 시스템이 사용될 수 있다. 비교 수단(51)의 임무는 제 1 단자(V)에서보다 제 2 단자(FB)에서 더 높은 전압이 존재하는지 여부를 검사하는 것이다. 만약 그러한 상황이 검출된다면, 이는 제 1 단자(V)를 경유하여 통과하는 조정 루프에서의 인터럽션을 나타낸다. 조정기 출력단(2)에 존재하는 전압이 인가될 내부 전압 분배기(40)에 의해서 제 1 조정 루프가 형성된다.
전환 수단(47)의 스위치(45)는 정상 동작에서는 클로즈되고, 그럼으로써 조정 루프는 내부 전압 분배기에 의해서 형성될 것이다. 제 1 입력단(V)에서의 전압 인터럽션 검출은 OR 게이트(55)에 제공되는 비교 수단(51)의 출력 신호를 유도한다. OR 게이트(55)는 모니터링 수단의 출력단(54)에 자신의 출력측(출력단 58)에서 접속된다. 출력단(54)에 존재하는 신호는 전환 수단(47)으로 하여금 제 2 단자(FB)를 통해서 이루어진 추가적인 조정 루프로 상기 인터럽트된 내부 조정 루프를 (제 1 단자(V)를 통해서) 전환시키도록 한다. 즉, 전환 수단(47)의 스위치(44)가 클로즈되는 반면에 전환 수단(47)의 스위치(45)는 오픈된다. 이러한 방식에서는, 제 2 단자(FB)에 존재하는 조정기 출력단(2)의 전압 신호가 연산 증폭기 회로(35)의 입력단(38)에 새로운 조정 변수로서 직접 제공될 수 있다. 연산 증폭기 회로(35)의 제어되지 않은 조정 및 그로 인한 조정기 출력단(2)에서의 연속적인 전압 증가가 이러한 방식으로 방지될 수 있고, 이 경우에는 정해진 입력 신호, 즉, 조정기 출력단에서의 전압이 연산 증폭기 회로(35)의 입력단(38)에 인가된다. 이러한 전압 신호는 연산 증폭기 회로(35)에 제공되는 기준 전압(Vref)보다 더 크기 때문에, 스위칭 조정기의 즉각적인 전환이 실행된다.
또한, 도 1에서 설명된 방식으로 본 발명의 회로 장치(30)를 구동시키는 것이 가능하다. 외부 전압 분배기가 도 1에 도시된 방식으로 접속되고, 그럼으로써 그것의 중앙 탭은 제 2 단자에 접속된다. 제어 신호를 단자(SEL)에 인가함으로써, 전환 수단(47)은 스위치(45)를 오픈시켜 내부 전압 분배기(40)를 통해 내부 제어 회로를 불활성화시키고, 또한 스위치(44)를 클로징시켜 외부 전압 분배기를 통해 외부 제어 회로를 활성시키도록 제작된다.
따라서, 제 2 단자(FB)는 중복 피드백 신호를 접속시키기 위해 사용되는데, 이 경우에는 제 1 단자(V) 및 제 2 단자(FB)의 전압 비교를 통해, 내부 조정 루프의 인터럽션, 일반적으로 ASIC와 회로 기판의 접속 시의 핀 분열(pin fracture)을 판단하는 기준이 생성된다. 이러한 핀 분역이 검출되는 경우에는, 조정기 출력단의 출력 전압이 연산 증폭기 회로에 제공되고, 이 경우에, 상기 회로에는 비교적 높은 전압이 존재하며, 조정기는 자신을 스위칭 오프시킨다.
이는 예컨대 제어 발광체(control light)에 의해서 사용자에게 시그널링된다.
외부 분배기 또는 중복 제어 루프가 사용될 경우에 제 1 단자(V)에서의 핀 분열은 아무런 문제가 되지 않는데, 그 이유는 제 2 단자(FB)에 존재하는 전압을 통해서 연산 증폭기 회로에 전원이 공급되고, 이는 정확한 조정을 가능하게 하기 때문이다.
모니터링 수단에서 사용되는 비교기 회로는 예컨대 다이오드 임계치를 통해 센서로서 구현될 수 있다.

Claims (9)

  1. 전압 분배기(40)를 구비한 고정 전압 조정기로서 구현되는 스위칭 조정기(1)에 있어서,
    상기 조정기 출력단(2)에 존재하는 전압 신호가 제 1 단자(V)를 통해 상기 전압 분배기(40)에 제공됨으로써, 상기 전압 분배기(40)의 출력 신호가 조정 변수로서 구동기 회로(35, 41)에 공급되고, 상기 조정 변수는 기준 전압(Vref)을 통해 평가되는,
    스위칭 조정기(1)로서,
    회로 장치(30)는 제 1 단자(V)에 존재하는 전압 신호에 따라서, 기준 전압(Vref)을 초과하는 전압 신호를 새로운 조정 변수로서 구동기 회로(35, 41)에 인가하는 모니터링 수단(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조정기 출력단(2)에 존재하는 전압 신호는 새로운 조정 변수로서 구동기 회로(35, 41)에 직접 제공되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전압 분배기(40)의 출력 신호나 또는 상기 회로 장치(30)의 제 2 단자(FB)에 존재하는 신호를 구동기 회로(35, 41)에 공급할 수 있도록 구성되는 제어가능한 전환 수단(47)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정기 출력단(2)에 존재하는 신호는 제 2 단자(FB)에 존재하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 수단(50)은 제 1 및 제 2 단자(V, FB)에 존재하는 전압들이 입력 변수들로서 제공되는 비교 수단(51)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 비교 수단(51)의 출력 신호는 전환 수단(47)을 위한 제어 신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전환 수단(47)은 조정기 출력단(2)에 존재하는 독립 신호에 의해서 제어될 수 있고, 그럼으로써 회로 장치(30)의 제 2 단자(FB)에 존재하는 신호가 구동기 회로(35, 31)에 제공되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 모니터링 회로(50)는 비교 수단에 의해 제공된 출력 신호와 제어 신호를 논리적으로 결합하는 논리 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동기 회로는 강압 변환기(step-down converter)를 제어하기 위해서 연산 증폭기 회로(35) 및 출력 구동기(31)를 구비하고, 상기 연산 증폭기 회로(35)와 출력 구동기 회로(31)의 노드 포인트와 제 1 단자(V) 사이에는 전압 모니터링 회로가 접속되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 조정기.
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