KR20080095567A

KR20080095567A - 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법 및 이를 이용하는컨버터 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20080095567A
Application number: KR1020070040242A
Authority: KR
Inventors: 김진태; 구관본; 최항석
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-10-29
Also published as: US20120188802A1; KR101370650B1; US8169802B2; US8670252B2; US20080266907A1

Abstract

본 발명은 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법은 입력단에 입력되는 전압을 이용하여 제1전압을 생성하고, 소프트 스타트 기간 동안, 제1 전압을 이용하여 소프트 스타트 신호를 생성한다. 그리고 소프트 스타트 신호를 이용하여 소프트 스타트 기간 동안 스위칭 동작을 제어한다.

소프트 스타트, MOSFET, 피드백 전압

Description

스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법 및 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법{SWITCH CONTOLLER, A CONTROL METHOD OF THE SWITCH, THE CONVERTER, AND THE DRIVING METHOD USING THE SWITCH CONTOLLER AND THE CONTROL METHOD OF THE SWITCH}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터에서 제1 전압(VCC)의 파형을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)를 간략히 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제1 전압(VCC), 전류(Ifb) 및 피드백 전압(Vfb)을 나타낸 파형도이다.

도 6은 소프트 스타트 설정 기간(Tss)안에 출력 전압(Vout)이 정상 레벨(Vn)까지 도달한 경우에, 출력 전압(Vout), 제1 전압(VCC), 전류(Ifb) 및 피드백 전압(Vfb)을 나타낸 파형도이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 감지 전압(Vsense) 및 피드백 신 호(VF)를 나타낸 파형도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어장치(400')를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400`)를 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 전압(VCC), 출력 전압(Vout), 피드백 신호(VF`), 감지 전압(Vsense) 및 소프트 스타트 전압(VSS1)을 나타낸 파형도이다.

도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400``)로서 음기울기 검출부(440`)를 포함하는 스위치 제어 장치(400``)를 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400``)의 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400``)의 제1 전압(VCC), 피드백 신호(VF`), 감지 전압(Vsense), 제2 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압(VSS1), 소프트 스타트 전압(VSS2) 및 컨버터의 출력 전압(Vout)을 나타낸 파형도이다.

도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 컨버터를 간단히 나타낸 도면이다.

본 발명은 소프트 스타트(soft start) 방식으로 동작하는 컨버터(converter)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 소프트 스타트 방식의 컨버터의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법 및 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 컨버터는 초기 동작시에 돌입 전류를 방지하고, 출력 과전압을 최소화하기 위해, 소프트 스타트 방식을 사용한다. 소프트 스타트 방식은 컨버터의 초기 동작시에 출력 전압이 서서히 증가되도록 컨버터의 메인 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 방식이다.

종래 소프트 스타트 방식을 사용하는 컨버터를 제어하기 위해 크기가 크고 복잡한 구조를 가지는 디지털 아날로그 변환기(digital-analog converter) 및 카운터 등을 사용하였다. 이에 따라, 컨버터의 구조 및 동작이 복잡하고, 컨버터에서 소프트 스타트에 필요한 부품이 차지하는 면적이 증가한다. 또한, 이와 같은 면적이 크고 복잡한 회로를 사용함으로써, 컨버터의 생산 단가가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 구조가 간단하고, 차지하는 면적을 줄일 수 있는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법 및 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 컨버터의 스위치 제어 장치에 있어서, 상기 출력 신호에 따라 변동하는 피드백 신호를 감지하여, 상기 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하는 음기울기 검출부 상기 입력 신호를 이용하여 제1 전압을 생성하고, 상기 컨버터의 초기 동작시부터 소정 기간 동안 증가하는 소프트 스타트 신호를 생성하는 소프트 스타트 신호 생성부 및 상기 피드백 신호 및 상기 소프트 스타트 신호 중 작은 값을 가지는 신호와 상기 스위치에 흐르는 전류를 이용하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함한다. 소프트 스타트 신호 생성부는, 상기 제1 전압의 레벨을 검출하고, 검출 결과 상기 제1 전압이 소정 레벨에 이를 때마다 상기 소프트 스타트 신호가 증가되도록 제어하는 전압 검출부 및 검출된 상기 제1 전압의 레벨에 따라 복수의 전류원 중 대응하는 제1 전류원의 제1 전류를 출력하여 상기 소프트 스타트 신호를 증가시키는 전류원 배열부를 포함한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 신호가 감소하는 것을 감지하면, 소프트 스타트 종료 신호를 출력한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 신호가 전달되는 애노드 전극을 포함하는 다이오드 상기 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결된 커패시터 상기 커패시터의 일단에 제1 전극이 연결되어 있고, 타단에 제2 전극이 연결되어 있으며, 동작 초기에 상기 커패시터를 초기화 시키는 스위칭 소자 상기 다이오드의 애노드 전극에 반전 단자가 연결되어 있고, 캐소드 전극에 비반전 단자가 연결되어 있는 비교기 및 상기 비교기의 출력단에 제1 단이 연결되어 있고, 상기 비교기의 출력에 응답하여 신호를 출력하는 제1 출력단을 포함하고, 동작 초기에 리셋 되는 플립플롭을 포함한다.

그리고 상기 전압 검출부는, 상기 제1 전압을 적어도 두 개의 스텝 전압과 각각 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 전류원 배열부의 복수의 전류원 중 상기 스텝 전압에 대응하는 전류원의 제1 전류를 상기 소프트 스타트 신호에 더한다. 상기 전압 검출부는, 상기 적어도 두 개의 스텝 전압 중 제1 스텝 전압과 상기 제1 전압을 비교하는 제1 비교기 및 상기 제1 비교기가 상기 비교 결과에 따라 출력하는 신호와 상기 소프트 스타트 종료 신호를 비교하는 논리 연산부를 포함한다. 상기 제1 비교기는 상기 제1 전압이 상기 제1 스텝 전압보다 크면 하이 레벨의 신호를 출력하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호는 하이 레벨이며, 상기 논리 연산부는 OR 연산을 수행한다.

또한, 상기 소프트 스타트 신호 생성부는, 상기 제1 전압을 검출하는 전압 검출부 및 상기 제1 전압의 레벨에 따라 인에이블 및 디스에이블 되며, 소프트 스타트 기간을 포함하는 제1 기간동안, 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 전압 시프터를 포함한다. 상기 전압 시프터는, 상기 제1 전압이 제1 레벨이 되면 동작을 시작하고, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨이 되면, 상기 제1 전압이 상기 제2 레벨이 되는 시점의 상기 소프트 스타트 신호를 유지하며 출력한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 신호가 감소하는 것을 감지하면, 소프트 스타트 종료 신호를 출력한다. 상기 전압 시프터는 상기 소프트 스타트 종료 신호가 입력되면, 상기 소프트 스타트 신호를 상기 피드백 신호보다 높은 레벨로 변경하여 출력한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 신호가 전달되는 애노드 전극을 포함하는 다이오드 상기 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결된 커패시터 상기 커패시터의 일단 에 제1 전극이 연결되어 있고, 타단에 제2 전극이 연결되어 있으며, 동작 초기에 상기 커패시터를 초기화 시키는 스위칭 소자 상기 다이오드의 애노드 전극에 반전 단자가 연결되어 있고, 캐소드 전극에 비반전 단자가 연결되어 있는 비교기 및 상기 비교기의 출력단에 제1 단이 연결되어 있고, 상기 비교기의 출력에 응답하여 신호를 출력하는 제1 출력단을 포함하고, 동작 초기에 리셋되는 플립플롭을 포함한다. 상기 스위치 및 상기 스위치 제어 장치는 하나의 칩으로 구성되거나, 상기 스위치 및 상기 스위치 제어 장치 각각은 하나의 패키지로 구성되어 있고, 하나의 칩을 형성한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 스위치 제어 장치로서, 초기 동작시 소프트 스타트 방식에 따라 동작하는 컨버터를 제어하기 위해 상기 컨버터의 출력 신호에 대응하는 피드백 신호를 이용하는 스위치 제어 장치에 있어서, 상기 피드백 신호가 전달되는 애노드 전극을 포함하는 다이오드 상기 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결된 커패시터 상기 커패시터의 일단에 제1 전극이 연결되어 있고, 타단에 제2 전극이 연결되어 있으며, 동작 초기에 상기 커패시터를 초기화 시키는 스위칭 소자 상기 다이오드의 애노드 전극에 반전 단자가 연결되어 있고, 캐소드 전극에 비반전 단자가 연결되어 있는 비교기 및 상기 비교기의 출력단에 제1 단이 연결되어 있고, 상기 비교기의 출력에 응답하여 신호를 출력하는 제1 출력단을 포함하고, 동작 초기에 리셋 되는 플립플롭을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 컨버터의 스위치 제어 방법에 있어서, 상기 입력 신호를 이 용하여 제1 전압을 생성하는 단계 상기 제1 전압의 레벨에 따라 소프트 스타트 신호를 생성하는 단계 상기 소프트 스타트 신호 및 상기 출력 신호에 대응하는 피드백 신호 중 작은 신호를 이용하여 스위치를 제어하는 단계 및 상기 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하여 소프트 스타트를 종료 시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 전압은 초기 동작시부터 소정 기간 동안 상승한다. 상기 소프트 스타트 신호는 상기 제1 전압의 레벨이 증가함에 따라 증가하고, 상기 제1 전압이 상기 제1 레벨에 이를 때, 상기 소프트 스타트 신호는 상기 피드백 신호의 최대 값보다 더 높은 제2 레벨이 된다. 상기 피드백 신호가 감소하여, 상기 피드백 신호의 음기울기가 감지되는 시점에 동기되어 상기 소프트 스타트 신호는 상기 제2 레벨이 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 컨버터로서, 스위치 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 에너지를 출력 에너지로 변환하는 에너지 전달 소자, 및 상기 입력 에너지를 이용하여 제1전압을 생성하고, 소프트 스타트 기간 동안 상기 제1 전압에 따라 소프트 스타트 신호를 생성하며, 상기 소프트 스타트 신호, 상기 출력 에너지에 대응하는 피드백 전압 및 상기 스위치에 흐르는 전류를 이용하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치를 포함한다. 상기 스위치 제어 장치는, 상기 제1 전압의 레벨을 검출하고, 검출 결과 상기 제1 전압이 소정 레벨에 이를 때마다 상기 소프트 스타트 신호가 증가되도록 제어하는 전압 검출부 검출된 상기 제1 전압의 레벨에 따라 복수의 전류원 중 대응하는 제1 전류원의 제1 전류를 출력하여 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 전류원 배열부 및 상기 피드백 전압의 파형의 음의 기울기가 감지되면, 상기 소프트 스타트를 종료시키는 음기울 기 검출부를 포함한다. 상기 피드백 전압 및 상기 소프트 스타트 신호를 전달받고, 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부 및 상기 소프트 스타트 기간 동안, 상기 피드백 신호와 상기 감지 전압을 이용하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함한다. 상기 피드백 신호 생성부는, 상기 피드백 전압을 생성하는 커패시터에 캐소드 전극이 연결된 제1 다이오드 상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 애노드 전극이 연결되어 있는 제2 다이오드 상기 제2 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결되 제1 저항 및 상기 제1 저항의 타단에 일단이 연결되어 있고, 타단은 접지되어 있는 제2 저항을 포함하며, 상기 소프트 스타트 신호는 상기 복수의 제1 전류원 중 적어도 하나에 의해 생성되는 제2 전류 및 상기 복수의 제1 전류원 중 다른 하나에 의해 생성되는 제3 전류를 포함하고, 상기 제3 전류는 상기 커패시터로 전달되고, 상기 제2 전류는 상기 제1 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 다이오드의 애노드 전극이 만나는 노드에 전달된다. 상기 입력 에너지의 입력 전압을 이용하여 상기 제1 전압을 생성하는 고전압 레귤레이터 및 상기 제1 전압의 레벨을 감지하여 소정 레벨 이하로 감지되면, 상기 스위치 제어 장치의 동작을 정지시키는 저전압 차단부를 포함한다. 상기 전압 검출부는, 상기 제1 전압을 적어도 두 개의 스텝 전압과 각각 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 전류원 배열부의 복수의 전류원 중 상기 스텝 전압에 대응하는 전류원의 제1 전류를 상기 피드백 신호 생성부에 출력하도록 제어한다. 상기 전압 검출부는, 상기 적어도 두 개의 스텝 전압 중 제1 스텝 전압과 상기 제1 전압을 비교하는 제1 비교기 및 상기 제1 비교기가 상기 비교 결과에 따라 출력하는 신호와 상기 음기울기 검출부가 상기 소프트 스타트를 종료시키기 위해 생성하는 소프트 스타트 종료 신호를 비교하는 논리 연산부를 포함한다. 이 때, 상기 제1 비교기는 상기 제1 전압이 상기 제1 스텝 전압보다 크면 하이 레벨의 신호를 출력하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호는 하이 레벨이며, 상기 논리 연산부는 OR 연산을 수행하다. 상기 전류원 배열부는, 상기 제1 전압이 상기 적어도 두 개의 스텝 전압 중 제1 스텝 전압 보다 크면 도통되어 상기 제1 전류가 흐르게 하는 전류원 스위치를 포함한다. 상기 복수의 전류원 스위치 중 하나는 상기 복수의 전류원 중 가장 낮은 전류를 발생시키는 전류원은 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극 사이에 연결되어 있고, 상기 복수의 전류원 스위치 중 다른 스위치 각각은 복수의 전류원 각각에 일단이 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 다이오드의 애노드 전극이 만나는 노드에 타단이 연결되어 있는 컨버터. 상기 복수의 전류원 중 하나는 상기 소프트 스타트 기간 시작 시점부터 상기 제1 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 다이오드의 애노드 전극이 만나는 노드에 연결된다.

그리고 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 전압이 상기 출력 에너지의 출력 전압 정상화에 따라 감소하면, 상기 감소된 피드백 전압과 감소하기 직전의 피드백 전압을 비교하여 상기 피드백 전압의 음기울기를 검출하고, 소프트 스타트 종료 신호를 생성하여, 상기 전압 검출부에 전달한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 전압이 애노드 전극에 인가되는 제1 다이오드 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결되어 있는 커패시터 상기 커패시터의 타단에 제1 전극이 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 제2 전극이 연결되어 있으며, 상기 스위치 제어 장치를 초기화 시키는 리셋 신호가 제어전극에 전달되는 스위칭 트랜지스터 상기 피드백 전압이 반전 단자에 입력되고, 상기 커패시터의 일단이 비반전 단자에 연결되어 있는 비교기 및 상기 리셋 신호가 리셋단에 입력되고, 상기 비교기의 출력 신호가 셋단에 입력되고, 상기 리셋 신호 및 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 소프트 스타트 종료 신호를 생성하는 플립플롭을 포함한다. 상기 전류원 배열부는, 복수의 전류원을 포함하고, 상기 제1 전압의 레벨에 따라 상기 복수의 전류원의 전류를 출력하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호에 대응하여 상기 복수의 전류원 모두의 전류를 출력한다.

또한, 상기 스위치 제어 장치는, 상기 제1 전압을 검출하는 전압 검출부 상기 전압 검출부의 검출 결과에 따라 인에이블 및 디스에이블 되며, 소프트 스타트 기간을 포함하는 제1 기간동안, 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 전압 시프터 및 상기 소프트 스타트 기간동안 상기 소프트 스타트 신호와 상기 스위치에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압을 비교하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함한다. 상기 전압 시프터는, 상기 제1 전압이 제1 레벨이 되면 동작을 시작하고, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨이 되면 동작을 멈추며, 상기 제1 전압에 대응하는 제2 전압과 스타트 전압의 전압차를 증폭하여 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 증폭기를 포함한다. 상기 전압 검출부는, 제1 레벨의 기준 전압과 상기 제1 전압을 비교하여, 상기 제1 전압이 상기 제1 레벨의 기준 전압 이상이면, 상기 전압 시프터를 동작시키고, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 기준 전압과 상기 제1 전압을 비교하여, 상기 제1 전압이 상기 제2 레벨의 기준 전압과 동일하면, 상 기 전압 시프터의 동작을 멈추게 한다. 상기 PWM 제어부는, 상기 소프트 스타트 신호와 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호 중 작은 값과 상기 감지 전압을 비교하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 소프트 스타트 신호는 상기 소프트 스타트 기간이 종료되면, 상기 피드백 신호의 최대 값보다 큰 값을 가진다. 상기 소프트 스타트 신호와 상기 피드백 신호 중 작은 값과 상기 감지 전압을 비교하는 제1 비교기 소정의 주기를 가지는 클록 신호를 생성하는 오실레이터 및 상기 제1 비교기의 비교 결과에 따른 신호와 상기 클록 신호를 입력받고, 상기 감지 전압이 상기 소프트 스타트 신호와 상기 피드백 신호 중 작은 값과 같으면, 상기 스위치를 차단시키기 위한 신호를 생성하는 플립플롭을 포함한다. 상기 피드백 전압의 파형의 음의 기울기가 감지되면, 상기 소프트 스타트를 종료시키는 음기울기 검출부를 더 포함한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 전압이 상기 출력 에너지의 출력 전압 정상화에 따라 감소하면, 상기 감소된 피드백 전압과 감소하기 직전의 피드백 전압을 비교하여 상기 피드백 전압의 음기울기를 검출하고, 소프트 스타트 종료 신호를 생성하여, 상기 전압 시프터에 전달한다. 상기 전압 시프터는 상기 소프트 스타트 종료 신호에 따라 상기 피드백 전압의 최대값 보다 큰 레벨의 소프트 스타트 신호를 생성한다. 상기 음기울기 검출부는, 상기 피드백 전압이 애노드 전극에 인가되는 제1 다이오드 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결되어 있는 커패시터 상기 커패시터의 타단에 제1 전극이 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 제2 전극이 연결되어 있으며, 상기 스위치 제어 장치를 초기화 시키는 리셋 신호가 제어전극에 전달되는 스위칭 트랜지스터 상기 피드백 전압이 반전 단자에 입력되고, 상기 커패시터의 일단이 비반전 단자에 연결되어 있는 비교기 및 상기 리셋 신호가 리셋단에 입력되고, 상기 비교기의 출력 신호가 셋단에 입력되고, 상기 리셋 신호 및 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 소프트 스타트 종료 신호를 생성하는 플립플롭을 포함한다.

그리고 상기 에너지 전달 소자는 트랜스 포머이고, 상기 스위치는 상기 트랜스 포머의 1차측 코일에 연결되거나, 상기 에너지 전달 소자는 인덕터이고, 상기 스위치의 일단은 상기 인덕터에 연결된다.

본 발명의 다른 특징에 따른 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 에너지를 출력 에너지로 변환하는 컨버터의 구동 방법에 있어서, 상기 입력 에너지를 이용하여 제1 전압을 생성하는 단계 상기 제1 전압과 적어도 하나의 기준 전압을 이용하여 소프트 스타트 신호를 생성하는 단계 상기 소프트 스타트 전압 및 피드백 전압 중 작은 전압을 이용하여 스위치를 제어하는 단계 및 상기 출력 에너지에 대응하는 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하여 소프트 스타트를 종료 시키는 단계를 포함한다. 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 전압의 레벨을 감지하는 단계 상기 감지 결과와 복수의 기준 전압 각각을 비교하는 단계 및 상기 비교 결과에 따라 상기 제1 전압이 상기 복수의 기준 전압 각각과 같아질 때마다, 상기 소프트 스타트 신호의 레벨을 증가시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 전압은 상기 컨버터의 초기 동작시부터 소정 기간 동안 상승한다. 상기 소프트 스타트 신호는 상기 제1 전압의 레벨이 증가함에 따라 증가하고, 상기 제1 전압이 상기 제1 레벨에 이를 때, 상기 소프트 스타트 전압은 상기 피드백 전압의 최대 값보다 더 높은 제2 레벨이 된다. 상기 출력 에너지에 대응하는 피드백 신호가 감소하는 시점에 동기되어 상기 소프트 스타트 신호는 상기 제2 레벨이 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 컨버터는, 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 컨버터의 입력 신호를 이용하여 시간에 따라 변하는 제1 신호를 생성하는 신호 발생부 및 상기 제1 신호를 복수의 스텝 전압과 각각 비교하여, 비교 결과에 따라 출력 신호를 생성하는 비교부를 포함한다. 상기 비교단은, 적어도 두 개의 스텝 전압 각각에 대응하는 적어도 두 개의 비교기를 포함한다. 그리고, 적어도 두 개의 비교기 각각은 비반전 단자에 상기 제1 신호가 인가되고, 반전 단자에 상기 적어도 두 개의 스텝 전압 각각이 입력된다. 상기 컨버터는 상기 출력 신호에 대응하는 피드백 전압의 음기울기를 검출하여 소프트 스타트 종료 신호를 생성하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호가 입력되고, 상기 비교기에 대응하는 적어도 두개의 논리 연산부를 더 포함하며, 상기 적어도 두 개의 논리 연산부 각각의 입력단에 상기 적어도 두 개의 비교기 각각의 출력단이 연결된다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 컨버터의 구조 및 스위치 제어 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 컨버터의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨버터는 전력 공급부(100), 출력부(200), 피드백 회로부(300) 및 스위치 제어 장치(400)를 포함한다.

전력 공급부(100)는 교류 입력(AC)을 정류하기 위한 전파 브리지 정류기(BD), 정류된 전압을 평활화하기 위한 커패시터(C1), 입력 전압(Vin)에 연결되는 트랜스 포머의 1차 코일(L1), 트랜스 포머의 1차 코일(L1)에 연결되는 스위치(M) 및 감지 저항(Rsense)을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 스위치(M)는 전계-효과 트랜지스터(metal-oxide semiconductor field-effect transistor : 이하 "MOSFET"라함.)로서, N 채널 타입이다. 스위치(M)는 제어 전극으로 게이트 전극, 두 전극으로 드레인 전극 및 소스 전극을 갖는다. 스위치(M)의 게이트 전극은 스위 치 제어 장치(400) 출력단(OUT)에 연결되어 있다. 스위치(M)의 드레인 전극은 1차 코일(L1)의 일단에 연결되어 있고, 소스 전극은 감지저항(Rsense)의 일단에 연결되어 있다. 그러나 스위치(M)는 다른 종류의 트랜지스터를 이용하여 구현할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 감지 저항(Rsense)은 스위치(M)의 소스 전극에 일단이 연결되어 있고, 타단은 접지되어 있다. 스위치(M)가 도통되었을 때, 스위치(M)에 흐르는 드레인 전류(Idrain)에 대응하는 감지 전압(Vsense)을 생성한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 감지 전압(Vsense)은 드레인 전류(Idrain)를 측정하기 위해, 저항을 이용하여 생성된 값으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 드레인 전류(Idrain)를 직접 감지하는 센서등을 사용할 수 있다. 전력 공급부(100)는 입력 전압(Vin)을 입력받아 스위치(M)의 듀티(duty)에 따라 트랜스 포머의 2차측에 전력을 공급함으로써, 출력부(200)에 소정의 출력 전압(Vout)이 출력되도록 한다. 여기서, 컨버터는 출력 전압(Vout)을 다시 피드백시키고, 이 피드백 값을 이용하여 전력 공급부(100)의 스위치(M)의 듀티를 제어함으로서 출력 전압(Vout)을 레귤레이션(regulation)시킨다.

출력부(200)는 다이오드(D1), 커패시터(C2), 포토 다이오드(photo-diode)(PD), 저항(Rpd), 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)(SR), 저항(Rsr1), 및 저항(Rsr2)을 포함한다. 다이오드(D1)은 트랜스 포머의 2차측(L2)에 애노드 전극이 연결되어 있고, 커패시터(C2)는 출력단(+)에 일단이 연결되어 있으며, 타단은 출력단(-)에 연결되어 있다. 저항(Rpd)는 출력단(+)에 일단이 연결되어 있고, 타단은 포토 다이오드(photo-diode)(PD)의 애노드 전극에 연결되어 있다. 션트 레귤레이 터(Shunt Regulator)(SR)는 포토 다이오드(PD)의 캐소드 전극에 캐소드 전극(c)이 연결되어 있고, 애노드 전극(a)은 접지되어 있다. 저항(Rsr1)은 출력단(+) 및 저항(Rpd)의 일단에 일단이 연결되어 있고, 션트 레귤레이터(SR)의 기준 단자(r)에 타단이 연결되어 있다. 저항(Rsr2)는 션트 레귤레이터(SR)의 기준 단자(r)에 일단이 연결되어 있고, 션트 레귤레이터(SR)의 애노드 전극(a)에 타단이 연결되어 있다. 저항(Rsr1) 및 저항(Rsr2)이 만나는 노드(Nsr)의 전압(Vsr)이 션트 레귤레이터(SR)에 기준 전압이다. 스위치(M)가 도통되어 있는 동안, 1차 코일(L1)에 전력이 축적되었다가, 스위치(M)가 차단되면, 1차 코일(L1)의 전력이 2차 코일(L2)에 전달된다. 이 때, 2차 코일(L2)에는 소정의 전압이 유기되고, 2차 코일(L2)에 병렬 연결되어 있는 커패시터(C2)는 출력 전압(Vout)이 충전된다. 출력 전압(Vout)에 따라 전압(Vsr)이 증가하여, 션트 레귤레이터(SR)가 도통된다. 그러면, 저항(Rpd), 포토 다이오드(PD) 및 션트 레귤레이터(SR)로 연결되는 경로에 전류가 흐르고, 포토 다이오드(PD)는 흐르는 전류에 대응하여 포톤(photons)을 방출한다. 그러면 피드백 회로부(300)의 포토 다이오드와 포토 커플러를 형성하는 포토 트랜지스터(PT)에 포톤이 감지되면, 포톤양에 대응하는 전류가 포토 트랜지스터(PT)에 흐른다. 이와 같이, 출력부(200)는 부하에 전력을 공급하고, 출력 전압을 레귤레이션하기 위해 피드백 회로부(300)로 출력 전압(Vout)에 대응하는 정보를 제공한다.

피드백 회로부(300)는 포토 다이오드(PD)와 포토커플러를 이루는 포토 트랜지스터(PT) 및 이 포토 트랜지스터(PT)에 병렬로 연결되는 커패시터(Cfb)를 포함한다. 포토 다이오드(PD)는 피드백 회로부(300)의 포토 트랜지스터(PT)와 함께 포토 커플러(photocoupler)를 구성하며 피드백 회로부(300)로 출력 전압(Vout)에 대응하는 정보를 제공한다. 이 때, 포토 다이오드(PD)로부터 전달받은 포톤양에 따라 전류가 흐르는 포토 트랜지스터(PT)는 등가적으로 종속 전류원으로 나타낼 수 있다. 즉, 피드백 회로부(300)의 포토 트랜지스터(PT)는 출력부(200)의 출력 전압(Vout)에 대응하는 전류가 흐르고, 출력 전압(Vout)이 높은 경우에는 포토 트랜지스터(PT)을 통해 상대적으로 많은 전류가 흘러 커패시터(Cfb)에 충전되는 피드백 전압(Vfb)이 낮아진다. 출력 전압(Vout)이 낮은 경우에는 포토 트랜지스터(PT)로 상대적으로 적은 전류가 흘러 커패시터(Cfb)에 충전되는 피드백 전압(Vfb)이 증가한다. 이를 통해, 출력 전압(Vout)에 대응하는 정보가 피드백 회로부(300)에 의해 감지되어 스위치 제어 장치(400)에 입력되며, 스위치(M)의 듀티(duty)를 조절하는데 이용된다.

스위치 제어 장치(400)는 피드백 전압 입력단(IN1), 감지 전압 입력단(IN2), 제1 전압 입력단(IN3), 제2 전압 입력단(IN4) 및 출력단(OUT)을 포함한다. 2개의 입력 단자(IN1, IN2) 각각에 피드백 전압(Vfb) 및 감지 전압(Vsense)을 입력받는다. 제1 전압 입력단(IN3)은 커패시터(Cc)에 연결되어 소정 레벨의 제1 전압(VCC)을 전달받는다. 제1 전압(VCC)의 발생에 대해서는 후술한다. 제2 전압 입력단(IN4)은 전력 공급부(100)에 연결되어, 제2 전압(Vin)을 전달받는다. 본 발명의 실시 예에 따른 제2 전압(Vin)은 전력 공급부(100)의 커패시터(C1)와 1차 코일(L1)이 전기적으로 만나는 노드(node)(A)의 전압으로 설정하였으나, 1차코일(L1)과 스위치(M)가만나는 노드의 전압으로 설정할 수 있다. 스위치 제어 장치(400)는 제2전압(Vin) 의 입력을 받아 바이어스(bias)되어 구동을 시작하고, 소프트 스타트를 제어한다. 이 때, 제1 전압(VCC)을 이용하여 소프트 스타트를 제어한다. 스위치 제어 장치(400)는 소프트 스타트 방식에 따라 구동되는 소프트 스타트 기간동안, 감지 전압(Vsense)과 제1 전압(VCC)을 이용하여 스위치(M)의 차단을 결정한다. 이에 대해서 간략히 도 2를 참조하여 간략히 설명한다.

일반적으로, 컨버터는 초기 동작시에 출력 전압(Vout)이 0에 가까운 값을 갖고, 스위치(M)가 도통되면, 출력전압(Vout)을 증가시키기 위해서 상당시간 도통 상태를 유지한다. 그러면, 스위치(M)에 과도한 전류가 흐르게 되고 신호 전달 지연 시간(Propagation delay time)과 스위치 턴오프 시간(Switch turn-off delay time)으로 인해 발생하는 최소 스위치 온 시간(Minimum turn-on time)동안 전류 제한(Current limit)이 이루어지지 않아 스위치(M)이 파손되는 등의 문제점이 발생한다.

이를 해결하기 위해 소프트 스타트 방식을 사용한다. 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터는 제1 전압(VCC)을 소프트 스타트 방식에서 필요한 기준 신호로 사용한다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 장치(400)는 제2 전압 입력단(IN4)에 연결되어 있는 전류 전원을 이용하여 커패시터(Cc)를 충전한다. 커패시터(Cc)가 충전되면서 제1 전압(VCC)은 소정의 기울기로 상승한다. 상승하던 제1 전압(VCC)이 초기 동작시 스위치 제어 장치(400)가 필요로 하는 스타트 전 압(Vstart)까지 도달하면, 전류전원의 일부 전류는 스위치 제어 장치(400)의 동작에 사용된다. 이 시점(Tss1)부터, 증가하던 제1 전압(VCC)의 기울기가 감소한다. 그리고 제1 전압(VCC)이 사용자가 설정한 임계 전압(Vccreg)에 시점(Tss2)일 때 도달하면, 그 임계 전압(Vccreg)으로 유지한다. 이 때, 제1 전압(VCC)이 스타트 전압(Vstart)부터 임계 전압(Vccreg)까지 상승하는 구간(Tss)이 소프트 스타트 설정 기간이며, 사용자는 필요한 소프트 스타트 설정 기간에 맞춰 스타트 전압 및 임계 전압을 설정할 수 있다. 이렇게 소정의 기울기로 상승하는 제1 전압은 소프트 스타트 방식에서, 스위치(M)가 출력 전압을 증가시키기 위해 상당한 시간동안 도통되어 있는 것을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 종래 소프트 스타트 방식은 계단식으로 증가하는 스텝전압을 사용하여 스위치의 차단을 결정한다. 계단식으로 증가하는 스텝전압의 각 스텝별 폭은 소프트 스타트 기간 중 각 스텝의 시간에 대응하고, 각 스텝별 높이는 감지 전압과 비교할 기준 전압 레벨을 제공한다. 그러나 이런 스텝 전압을 생성하기 위해서는 앞서 이야기한 바와 같이, 크기가 크고 복잡화 구조를 가지는 D/A 변환기, 카운터와 같은 부품을 구비해야 한다. 본 발명은 제1 전압(VCC)을 사용하므로, 카운터 및D/A 변환기가 필요없다.

그리고 스위치 제어 장치(400)는 피드백 전압(Vfb) 및 감지 전압(Vsense)을 전달받고, 소정의 주기를 가지는 클록 신호(CLK)를 생성하여, 스위치(M)의 도통 및 차단을 제어하는 게이트 제어 신호(Vg)를 생성한다.스위치 제어 장치(400)는 게이트 제어 신호(Vg)를 출력 단자(OUT)를 통해 스위치(M)의게이트 전극에 출력한다. 이하, 소프트 스타트 설정 기간과 소프트 스타트 기간을 구분한다. 소프트 스타트 기간은 초기 동작시부터 출력 전압이 정상화 되기 직전까지의 기간으로, 소프트 스타트 설정 기간보다 짧은 시간일 수 있다. 즉, 소프트 스타트 설정 기간은 제1 전압(VCC)의 레벨에 따라 구분하여 설정된 기간으로 사용자의 설정에 따라 설계되면, 변경되지 않는 기간이고, 소프트 스타트 기간은 컨버터가 동작하기 시작한 시점부터 출력 전압(Vout)이 정상화 되기 전까지의 기간을 의미한다.

이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)에 대해서 도 3 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 장치(400)는 전압 검출부(voltage level detecting unit)(410), 전류원 배열부(current source array unit)(420), 피드백 신호 생성부(430), 음기울기 검출부(negative slope detecting unit)(440), PWM 제어부(450), 고전압 레귤레이터(high voltage regulator, 이하 "HV/REG"라 함.)(460) 및 저전압 차단부(undervoltage lockout, 이하 "UVLO"라 함.)(470)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 전압 검출부(410)는 일종의 타이머 역할을 수행할 수 있다. 구체적인 설명은 후술한다.

UVLO(470)는 제1 전압(VCC)을 감지하여, 제1 전압(VCC)이 임계값 이하로 감소되면, 스위치 제어 장치(400)의 동작을 멈추게 한다. 제1 전압(VCC)은 스위치 제어 장치(400)를 바이어스 시키는데 사용되고, 정전압원으로서 임계값 이하로 감소되면, 스위치 제어 장치(400)의 오동작의 원인이 된다. 따라서 UVLO(470)는 제1 전압(VCC)이 임계값 이하로 감소되는 것을 감지하면, 스위치 제어 장치(400)의 동작 을 멈추게 하여, 오동작을 방지한다.

HV/REG(460)는 제2 전압(Vstr)을 전달받아, 커패시터(Cc)로 소정의 전류를 전달하여, 제1 전압(VCC)을 생성한다.

전압 검출부(410)는 소프트 스타트 시작 및 종료를 제어한다. 전압 검출부(410)는 제1 전압(VCC)을 이용하여 소프트 스타트 시작 및 종료를 제어한다. 제1 전압(VCC)을 전달받고, 제1 전압(VCC)의 레벨을 검출한다. 전압 검출부(410)는 검출 결과에 따른 신호(VD)를 전류원 배열부(420)로 전달한다. 구체적으로, 전압 검출부(410)는 각기 다른 레벨을 가지는 복수의 스텝 전압과 제1 전압(VCC)을 비교하고, 비교 결과에 따라 신호(VD)를 생성하여 전류원 배열부(420)에 전달한다. 이 때, 복수의 스텝 전압 각각은 다른 레벨이며, 제1 전압(VCC)이 각각의 스텝 전압에 도달하면, 전압 검출부(410)는 신호(VD)를 변경시켜 출력할 수 있다. 그러면 제1 전압이 각각의 스텝 전압에 도달하는 시간에 따라 신호(VD)가 달라지며, 전압 검출부(410)는 타이머 역할을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서, 전압 검출부(410)는 종래 소프트 스타트를 위해 필요한 타이머의 역할을 수행하는 구성으로서 동작할 수 있다.

전류원 배열부(420)는 복수의 전류원을 포함하며, 신호(VD)에 응답하여, 피드백 신호 생성부(430)로 복수의 전류원을 이용하여 생성한 신호(IA)를 전달한다.

피드백 신호 생성부(430)는 피드백 전압(Vfb) 및 신호(IA)를 이용하여 피드백 전압(Vfb)에 대응하는 피드백 신호(VF)를 생성한다. 피드백 신호 생성부(430)는 피드백 신호(VF)를 PWM 제어부(450)로 전달한다.

음기울기 검출부(450)는 피드백 전압(Vfb)을 전달받고, 피드백 전압(Vfb) 파형이 음(-)의 기울기를 가지는 시점을 감지하여, 소프트 스타트 종료 신호(SE)를 생성한다. 음기울기 검출부(450)는 종료 신호(SE)를 전류원 배열부(420)로 전달한다. 전류원 배열부(420)는 복수의 전류원 모두를 이용하여 생성된 신호(IA)를 피드백 신호 생성부(430)로 전달한다.

PWM 제어부(440)는 피드백 신호(VF) 및 감지 전압(Vsense)을 전달받고, 스위치(M)의듀티를 제어한다. PWM 제어부(440)는 피드백 신호(VF)와 감지 전압(Vsense)을 비교하여 비교 결과에 따라 스위치(M)의 차단을 제어한다. 또한, PWM 제어부(440)는 소정의 주기를 가지는 내부 클록 신호를 이용하여 스위치(M)을도통시킬 수 있다. 이와 달리, 스위치(M)가 차단되고, 스위치(M)의 양단간에 공진이 발생하면, 공진 파형의 최저점에서 스위치(M)을 도통시킬 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 공진 파형의 최저점 이외에 스위칭 손실을 줄이기 위한 적절한 시점에서 스위치(M)을도통시킬 수 있다. PWM 제어부(440)는 스위치(M)의 차단 또는 도통을 제어하기 위해 게이트 제어 신호(Vg)를 생성한다. 구체적으로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치(M)는 N 채널 타입의 MOSFET 소자이므로, 게이트 제어 신호(Vg)는 스위치(M)가도통되어야 할 때, 충분히 높은 전압을 갖고, 스위치(M)가차단되어야 할 때, 충분히 낮은 전압을 갖는다. 스위치(M)의채널 타입에 따라 게이트 제어 신호(Vg)는 다른 레벨의 전압 신호일 수 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)의 구체적인 구조에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)의 전압 검출부(410), 전류원 배열부(420), 피드백 신호 생성부(430), PWM 제어부(440) 및 음기울기 검출부(450)를 나타낸 도면이다. 도 3에서 도시된 신호(VD)는 전압 검출부(410)에서 출력되는 신호를 통칭한 것으로, 도 4에서는 3개의 신호(VD1, VD2, VD3)로 도시한다.

전압 검출부(410)는 제1 비교기(411), 제2 비교기(412), 제3 비교기(413), 제1 OR 게이트(414), 제2 OR 게이트(415) 및 제3 OR 게이트(416)를 포함한다. 제1 내지 제3 비교기(411-413)의 비반전 단자(+)에는 제1 전압(VCC)이 전달된다. 제1 비교기(411)의 반전 단자(-)에는 제1 스텝전압(Vstep1)이 전달된다. 제2 비교기(412)의 반전 단자(-)에는 제2 스텝전압(Vstep2)이 전달된다. 제3 비교기(413)의 반전 단자(-)에는 제3 스텝전압(Vstep2)이 전달된다. 제1 내지 제3 비교기(411-413)은 비반전 단자(+)에 전달되는 제1 전압(VCC)과 반전단자(-)에전달되는 각각의 스텝전압(Vstep1, 2, 3)을 비교한 결과에 따른 신호(VD1, VD2, VD3)를 제1 OR 게이트 내지 제3 OR 게이트(414-416)로 출력한다. 구체적으로, 제1 스텝 전압(Vstep1)부터 제3 스텝 전압(Vstep3) 순으로 전압값이 크다고 설정한다. 그리고 제1 전압(VCC)이 제1 스텝 전압(Vstep1)보다 작을 때는 제1 내지 제3 비교기(411-413)로부터 출력되는 신호(VD1, VD2, VD3)는 모두 로우 레벨이다. 제1 전압(VCC)이 제1 스텝 전압(Vstep1)보다 크고, 제2 스텝 전압(Vstep2)보다 작을 때는 제1 비교기(411)로부터 출력되는 신호(VD1)은 하이 레벨이고, 제2 및 제3 비교기(412, 413)으로부터 출력되는 신호(VD2, VD3)는 로우 레벨이다. 이와 같은 방식으로 제1 전 압(VCC)에 따라 신호(VD1, VD2, VD3)가 결정되어 전류원 배열부(420)로 전달된다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 검출부(410)는 제1 내지 제3 스텝 전압을 사용하여 제1 전압(VCC)의 레벨을 검출하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 적정한 수의 스텝전압을 설정하여 동일한 방식으로 레벨을 검출할 수 있다. 그리고 소프트 스타트 종료 신호(SE)가 하이 레벨로 입력되면, 전류 검출부(410)는 하이 레벨의 신호(VD1, VD2, VD3)를 전류원 배열부(420)로 전달한다. 본 발명의 실시 예에 따른 소프트 스타트 종료는 제1 전압(VCC)이 제3 스텝 전압(Vstep3)에 도달하는 것 또는 출력 전압이 정상 레벨까지 도달하여 안정화 된 것을 의미한다. 또한, 앞서 언급 했듯이, 전압 검출부(410)는 제1 전압(VCC)이 제1 스텝전압(Vstep1)에 도달하는 제1 기간, 제2 스텝전압(Vstep1)에 도달하는 제2 기간, 제3 스텝전압(Vstep1)에 도달하는 제3 기간을 이용하여 타이머 역할을 수행한다. 이 때, 제1 내지 제3 스텝 전압의 레벨을 조절하여, 제1 내지 제3 기간 각각을 조절할 수 있으며, 신호(VD1, VD2, VD3)는 각 기간에 따라 레벨이 다르므로, 전압 검출부(410)는 소정의 시간에 따라 신호를 출력하는 타이머 역할을 수행한다. 본 발명의 실시 예에서는 제1 내지 제3 스텝전압으로만 설명하였으나, 사용자의 필요에 따라 4개 이상의 스텝 전압을 설정하여 제1 전압과 비교할 수 있다. 이 때, 제1 전압(VCC)는 입력 전압(Vin)이 커패시터(Cc)에 충전되어 생성되는 전압으로서, 커패시터(Cc) 및 HV/REG(460)는 제1 전압(VCC)을 발생시키는 신호 발생기의 역할을 수행한다.

전류원 배열부(420)는 신호(VD1, VD2, VD3)에 따라 도통 또는 차단되는 3개의 전류원 스위치(S1, S2, S3) 및 4개의 전류원(IFB1, IFB2, IFB3, Idelay)을 포함 한다. 전류원 스위치(S1)는 전류원(IFB2)과 피드백 신호 생성부(430)사이에 위치하여, 신호(VD1)가 하이 레벨이면 도통되고, 신호(VD1)가 로우 레벨이면 차단된다. 전류원 스위치(S2)는 전류원(IFB3)과 피드백 신호 생성부(430)사이에 위치하여, 신호(VD2)가 하이 레벨이면 도통되고, 신호(VD2)가 로우 레벨이면 차단된다. 전류원 스위치(S3)은 전류원(Idelay)과 피드백 신호 생성부(430)사이에 위치하여, 신호(VD3)가 하이 레벨이면 도통되고, 신호(VD3)가 로우 레벨이면 차단된다. 4개의 전류원(IFB1, IFB2, IFB3, Idelay)의 일단에는 각각 복수의 전압(Vref1, Vref2, Vref3, Vdelay) 각각이 인가되어 있다. 전압(Vref1, Vref2, Vref3, Vdelay)은 바이어스 전압이다. 신호(VD1, VD2, VD3)에 따라 각 전류원(IFB2, IFB3, Idelay)의 전류가 피드백 신호 생성부(430)에 전달되면, 단계적으로 피드백 신호(VF)가 서서히 증가한다. 도 3에서 도시된 신호(IA)는 도 4에 도시된 전류(Idelay) 및 전류(Ifb)를 통칭한 것이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전류(Idelay) 및 전류(Ifb)는 소프트 스타트 신호에 대응하는 신호이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)는 전류(Idelay) 및 전류(Ifb)를 이용하여 소프트 스타트 전압을 PWM 제어부(450)로 전달한다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치는 소프트 스타트 신호의 한 예로서 소프트 스타트 전압을 생성하여 소프트 스타트 기간 동안 스위칭 동작을 제어토록 한다.

피드백 신호 생성부(430)는 두 개의 다이오드(D2, D3) 및 두 개의 저항(9R, R)을 포함한다. 다이오드(D2)의 캐소드 전극에는 피드백 전압(Vfb)이 인가되고, 전류원 배열부(420)의 전류원 스위치(S3)의 일단이 연결되어 있다. 다이오드(D2)의 애노드 전극은 전류원(IFB1)의 일단이 연결되어 있고, 전류원 스위치(S1, S2)의 일단이 연결되어 있으며, 다이오드(D3)의 애노드 전극이 연결되어 있다. 다이오드(D3)의 캐소드 전극은 저항(9R)의 일단이 연결되어 있다. 저항(9R)의 타단은 저항(R)의 일단에 연결되어 있고, 저항(9R)과 저항(R)이 만나는 노드(B)는PWM 제어부(450)의 PWM 비교기(451)의 비반전 단자에 연결되어 있다. 저항(R)의 타단은 접지되어 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 피드백 신호 생성부(430)의 출력 신호(VF)는 노드(B)에인가되는 전압이다. 저항(9R)은 저항(R)의 저항값에 9배이다. 노드(B)에 인가되는 전압은 피드백 전압(Vfb) 파형과 동일한 파형을 갖고, 크기는 1/9에 해당한다. 전류원 스위치(S1, S2, S3)가 도통되기 전에는 전류원(IFB1)의 전류는 다이오드(D2) 및 다이오드(D3)를 통해 양방향으로 흘러 피드백 신호(VF)를 생성한다. 전류원 스위치(S1)가 도통되면, 전류원(IFB1, IFB2)의 전류가 다이오드(D2) 및 다이오드(D3)를 통해 양방향으로 흘러 피드백 신호(VF)를 생성한다. 전류원 스위치(S2)가 도통되면, 전류원(IFB1, IFB2, IFB3)의 전류가 다이오드(D2) 및 다이오드(D3)를 통해 양방향으로 흘러 피드백 신호(VF)를 생성한다. 전류원 스위치(S3)가 도통되면, 전류원(Idelay)의 전류 중 일부가 커패시터(Cfb)에 전달되어, 피드백 전압(Vfb)이 상승하고, 이에 따라 피드백 신호(VF)의 전압 레벨이 상승한다.

음기울기 검출부(450)는 비교기(451), 제1 플립플롭(452), 스위칭 트랜지스터(Q), 커패시터(CN) 및 다이오드(D4)를 포함한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위칭 트랜지스터(Q)는 npn바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)를 사용한다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 동일하게 동작할 수 있는 다른 스위칭 소자를 사용할 수 있다. 피드백 전압(Vfb)는 비교기(451)의 반전 단자(-)에 전달되고, 다이오드(D4)의 애노드는 비교기(451)의 반전 단자(-)에 연결되어 있다. 다이오드(D4)의 캐소드는 비교기(451)의 비반전 단자(+), 커패시터(CN)의 일단 및 스위칭 트랜지스터(Q)의 콜렉터(collector)에 연결되어 잇다. 커패시터(CN)의 타단 및 스위칭 트랜지스터(Q)의 에미터(emitter)는 접지되어 있다. 제1 플립플롭(452)의 셋단(S)은비교기(451)의 출력단에 연결되어 있고, 리셋단(R)은 스위칭 트랜지스터(Q)의베이스(base)에 연결되어 있다. 리셋단(R) 및 스위칭 트랜지스터(Q)의 베이스에는 리셋 신호(RS)가 전달된다. 컨버터가 소프트 스타트 기간동안, 커패시터(CN)에 충전된 전압은 피드백 전압(Vfb)에 비해 다이오드(D4)의 문턱전압만큼 작은 전압이다. 이 때, 비교기(451)는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 출력 전압(Vout)이 소프트 스타트 설정 기간안에 정상 레벨까지 도달하면, 피드백 전압(Vfb)은 급격하게 감소한다. 그러면, 다이오드(D4)의 애노드 전극의 전압은 캐소드 전극의 전압보다 작아지고 비교기(451)의 출력단의 반전 단자(-)의전압보다 비반전 단자(+)의전압이 크다. 따라서 비교기(451)는 하이 레벨의 신호를 출력한다. 그러면, 제1 플립플롭(452)은 셋단(S)에 입력되는 하이 레벨의 신호에 동기되어 하이 레벨의 소프트 스타트 종료 신호(SE)를 출력한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨버터는 초기 동작시에 리셋 신호(RS)를 생성한다. 스위치 제어 장치(400)가 동작을 시작하기 전, 각 내부 회로가 가지고 있는 정보를 리셋 시킬 필요가 있다. 정확한 제어를 위해서 각 내부 구성 회로를 초기화 시키기 위해 리셋이 필요하다. 또한, 일반적으로 과부하 보호(Over Load Protection), 과전압 보호(over voltage protection) 및 과열차단보호(Thermal Shut Down protection)가 인에이블(enable)되면, 스위치 제어 장치(400)는 동작을 멈춘다. 스위치 제어 장치(400)가 동작을 멈춘 후 과부하 보호(Over Load Protection), 과전압 보호(over voltage protection) 및 열차단보호(Thermal Shut Down protection)가 디스에이블(disable)되면, 스위치 제어 장치(400) 내부의 모든 정보를 초기화 시키기 위해 리셋이 필요하다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 음기울기 검출부(450)에 리셋 신호(RS)가 전달된다. 구체적으로, 하이 레벨의 리셋 신호(RS)가 전달되면, 스위칭 트랜지스터(Q)는 도통되어, 커패시터(CN)에 충전된 전하는 방전된다. 그리고, 리셋단(R)에 하이 레벨의 신호가 입력되어 소프트 스타트 종료 신호(SE)는 로우 레벨이 된다.

PWM 제어부(440)는 PWM 비교기(441), 오실레이터(oscillator, 이하 "OSC"라 함.)(442), 제2 플립플롭(443), NOR 게이트(444), 게이트 드라이버(445) 및 인버터(446)를 포함한다.

PWM 비교기(441)는 피드백 신호(VF)를 비반전 단자(+)에 입력받고, 감지 전압(Vsense)을 반전 단자(-)에 입력 받는다. PWM 비교기(441)는 피드백 신호(VF)와 감지 전압(Vsense)을 비교한 결과에 따라 신호(U1)을 인버터(446)에 전달한다. 피드백 신호(VF)가 감지 전압(Vsense) 이상이면, 신호(U1)은 하이 레벨을 갖고, 피드백 신호(VF)가 감지 전압(Vsense)보다 작으면, 로우 레벨을 갖는다.

인버터(446)는 입력된 신호(U1)을 반전시켜 신호(U2)를 생성하고, 제2 플립플롭(443)의 리셋단(R)으로 전달한다.

오실레이터(442)는 소정의 주기를 가지는 클록 신호(CLK)를 생성하여 제2 플 립플롭(443)의 셋단(S) 및 NOR 게이트(444)로 전달한다.

제2 플립플롭(443)은 신호(U2) 및 클록 신호(CLK)에 따라 신호(U3)를 생성하여 출력단(/Q)로 신호(U3)를 NOR 게이트(444)로 전달한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제2 플립플롭(443)은 하이 레벨의 신호가 셋단(S)에 입력되면 출력단(/Q)으로 로우 레벨의 신호(U3)를 출력하고, 하이 레벨의 신호가 리셋단(S)에 입력되면, 출력단(/Q)으로 하이 레벨의 신호(U3)를 출력한다.

NOR 게이트(444)는 클록 신호(CLK) 및 신호(U3)를 NOR 연산하여, 신호(U4)를 생성하고 게이트 드라이버(445)로 전달한다. NOR 연산이란, 논리 연산의 일종으로, 입력 신호가 모두 로우 레벨일 때, 연산 결과가 하이 레벨의 출력 신호가 생성되는 것이다. 그리고 입력 신호 중 적어도 하나가 하이 레벨이면, 연산 결과가 로우 레벨의 출력 신호가 생성되는 것이다.

게이트 드라이버(445)는 하이 레벨의 신호(U4)에 따라 스위치(M)을 도통시킬 수 있는 전압 레벨을 가지는 게이트 제어 신호(Vg)를 생성하여 스위치(M)의 게이트 전극으로 출력한다. 그리고 로우 레벨의 신호(U4)에 따라 스위치(M)을 차단시킬 수 있는 전압 레벨을 가지는 게이트 제어 신호(Vg)를 생성하여 스위치(M)의 게이트 전극으로 출력한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신호(U4) 및 게이트 제어 신호(Vg)가 스위치(M)을 차단 또는 도통 시키기 위한 레벨은 하나의 예시이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이하 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 방법 및 컨버터의 구동 방법에 대해서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)의 제1 전압(VCC), 전류(Ifb) 및 컨버터의 피드백 전압(Vfb)을 나타낸 파형도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트가 시작되면, HV/REG(460)로부터 전달되는 전류에 의해 커패시터(Cc)가 충전되고, 제1 전압(VCC)은 서서히 증가한다. 전류원(IFB1)에 의해 전류(Ifb)가 발생하고, 전류(Ifb)에 의해 피드백 전압(Vfb)이 증가한다. 제1 전압(VCC)은 커패시터(Cc)의 시정수에 의해 서서히 선형적으로 증가한다. 그리고 피드백 전압(Vfb)이 충전되는 커패시터(Vfb)와 피드백 신호 생성부의 저항(9R, R)의 시정수에 따라 피드백 전압(Vfb)도 완만한 곡선을 그리면서 증가한다. 시점(T11)에, 제1 전압(VCC)이 제1 스텝전압(Vstep1) 레벨까지 도달하면, 신호(VD1)에 의해 전류원 스위치(S1)가 턴온되어, 전류원(IFB2)에 의해 전류(Ifb)가 증가한다. 그러면, 피드백 전압(Vfb)도 완만한 곡선을 그리면서 다시 증가한다. 시점(T12)에, 제1 전압(VCC)이 제2 스텝전압(Vstep1) 레벨까지 도달하면, 신호(VD2)에 의해 전류원 스위치(S2)가 턴온되어, 전류원(IFB3)에 의해 전류(Ifb)가 증가한다. 그러면, 피드백 전압(Vfb)도 완만한 곡선을 그리면서 다시 증가한다. 시점(T13)에, 제1 전압(VCC)이 제3 스텝전압(Vstep3) 레벨까지 도달하면, 신호(VD3)에 의해 전류원 스위치(S3)이 턴온되어, 전류원(Idelay)의 전류(Idelay)가 피드백 전압(Vfb)을 충전하는 커패시터(Vfb)에 전달된다. 그러면, 피드백 전압(Vfb)도 다시 증가한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전류(Idelay)는 전류원(IFB1, IFB2, IFB3)에 비해 낮은 값을 갖는다.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨버터의 스위치 제어 장치(400)가 설 정한 소프트 스타트 설정 기간(Tss)안에 출력 전압(Vout)이 정상 레벨(Vn)까지 도달한 경우에, 출력 전압(Vout), 제1 전압(VCC), 전류(Ifb) 및 피드백 전압(Vfb)을 나타낸 파형도이다.

시점(T22) 직전까지는 도 5에서 설명한 것과 동일한 방식으로 제1 전압(VCC), 전류(Ifb) 및 피드백 전압(Vfb)이 증가한다. 시점(T22)에 출력 전압(Vout)이 정상 레벨의 전압(Vn)에 도달하면, 피드백 전압(Vfb)은 급격히 감소한다. 음기울기 검출부(440)는 피드백 전압(Vfb)의 감소를 감지하여, 소프트 스타트 종료 신호(SE)를 생성하여, 전압 검출부(410)에 전달한다. 전압 검출부(410)의 출력 신호(VD1, VD2, VD3)는 소프트 스타트 종료 신호(SE)에 따라 모두 하이 레벨이 되고, 전류원(IFB3) 및 전류원(Idelay)의 전류가 피드백 신호 생성부(430)로 전달된다. 출력 전압(Vout)이 정상 레벨의 전압(Vn)에 도달하면, 피드백 전압(Vfb)이 급격히 감소하는 이유는 커패시터(Cfb)에 병렬 연결되어 있는 포토 트랜지스터(PT)에 흐르는 전류가 출력 전압(Vout)에 의해 증가하므로, 커패시터(Cfb)에 전달되는 전류가 감소하기 때문이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전류원(Idelay)의 전류(Idelay)는 소프트 스타트 종료 시점부터 피드백 신호 생성부(430)에 인가된다. 그러면 종래 소프트 스타트 시작 시점부터 전류(Idelay)가 인가되던 것에 비해, 소프트 스타트 기간 동안, 피드백 전압(Vfb)의 레벨이 종래에 비해 낮다. 결과적으로 출력 전압(Vout)이 정상화 될 때까지 충분한 시간적 이득을 얻을 수 있다. 구체적으로, 피드백 전압이 증가하여 전류원(IFB1,2,3)의 전류가 다이오드(D2)를 통과하지 못하고 저항으로만 흐르면, 전류(Idelay)가 피드백 전압(Vfb)을 유지하는 커패 시터(Cfb)에 전하를 충전시켜 피드백 전압을 서서히 증가시키고, 소프트 스타트의 구동 임계 전압(예를 들면, 도 2의 전압(Vccreg))까지 이르는 시간까지 소프트 스타트를 유지함으로써 출력 전압(Vout)이 안정화되는 시간적 마진을 얻을 수 있다

종래 컨버터는 소프트 스타트 기간 중 출력 전압이 정상화 된 다음 부하의 변동이 발생하면 피드백 전압이 증가하는 등, 변동이 발생한다. 이때 피드백 전압이 소프트 스타트 신호보다 낮으면, 로우 도미넌트 방식에 의해 피드백 전압이 아닌 소프트 스타트 신호에 따라 스위칭 동작의 듀티가 결정된다. 이렇게 되면 출력 전압이 레귤레이션 되지 못하고 변동이 발생한다. 구체적으로, 로우 도미넌트 방식에 따르면, 소프트 스타트 신호 또는 피드백 전압 중 작은 전압에 의해 스위치의 차단 시점이 결정된다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위칭 제어장치(400)는 음기울기 검출부(440)를 사용하여 이러한 문제를 방지하는 것이 음기울기 검출부의 한 역할 입니다. 즉, 음기울기 검출부(440)는 피드백 전압(Vfb)의 감소를 감지하여, 소프트 스타트 종료 신호(SE)를 생성한다. 소프트 스타트 종료 신호(SE)에 의해 모든 전류원(IFB1, IFB2, IFB3, Idelay)의 전류가 피드백 신호 생성부(430)로 전달되므로, 소프트 스타트가 다시 시작되는 일이 발생하지 않는다.

이하, 도 7을 참조하여 감지 전압(Vsense) 및 피드백 신호(VF)에 따라 제어되는 소프트 스타트를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 컨버터의 감지 전압(Vsense) 및 피드백 신호(VF)를 나타낸 파형도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트가 시작되면, 피드백 신호(VF)가 완만한 곡선의 형태로 상승하기 시작한다. 감지 전압(Vsense)는 스위치(M)가 도통되 었을 때, 드레인 전극에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 전압이다. PWM 제어부(440)의 PWM 비교기(441)는 감지 전압(Vsense)과 피드백 신호(VF)를 비교하여, 비교 결과에 따른 신호(U1)를 생성한다. 감지 전압(Vsense)이 증가하다가 피드백 신호(VF)과 같아지면, 신호(U1)는 로우 레벨이 되고, 인버터(446)에 의해 생성된 신호(U2)는 하이 레벨이 된다. 제2 플립플롭(443)의 리셋단(R)에 하이 레벨의 신호(U2)가 전달되면, 출력단(/Q)을 통해 하이 레벨의 신호(U3)가 NOR 게이트(444)로 전달된다. 그러면, NOR 게이트(444)는 로우 레벨의 신호(U4)를 생성하여, 게이트 드라이버(445)로 신호(U4)를 전달한다. 게이트 드라이버(445)는 신호(U4)에 따라 스위치(M)을 차단시키는 게이트 제어 신호(Vg)를 스위치(M)의 게이트 전극으로 전달한다. 스위치(M)가 차단되면, 스위치(M)에 전류는 흐르지 않으므로, 감지 전압(Vsense)은 발생하지 않는다. 감지 전압(Vsense)이 피드백 신호(VF)보다 낮아지므로, PWM 비교기(441)으로부터 출력되는 신호(U1)는 하이 레벨이 되고, 제2 플립플롭(443)의 리셋단(R)에 입력되는 신호(U2)는 로우 레벨이 된다. 그 이후 클록 신호(CLK)가 로우 레벨로 변경되는 시점에 제2 플립플롭(443)은 로우 레벨의 신호(U3)를 출력한다. 그러면, NOR 게이트(444)는 하이 레벨의 신호(U4)을 게이트 드라이버(445)로 전달한다. 게이트 드라이버(445)는 하이 레벨의 신호(U4)에 따라 스위치(M)를 도통시키는 게이트 제어 신호(Vg)를 스위치(M)의게이트 전극에 전달한다. 스위치(M)은 도통되고, 스위치(M)을 흐르는 드레인 전류는 다시 상승하여, 감지 전압(Vsense)은 증가한다. 이와 같은 방식으로, 감지 전압(Vsense)이 발생하고, 감지 전압(Vsense)의 피크 값은 피드백 신호(VF)에 의해 제어된다.

종래 컨버터 및 컨버터의 내부 온도가 상승하면, 스위칭 제어장치에 연결된 감지 저항(Rsense)이 증가하여, 동일한 드레인 전류(Idrain)가 흐르더라도, 온도 상승에 따라 감지 전압(Vsense)이 증가한다. 이 때, 감지 전압(Vsense)은 온도 상승에 따라 조기에 증가한다. 그러면, 스위치(M)가 온도 상승에 따라 조기에 턴오프 되어, 드레인 전류(Idrain)의 피크치가 감소하는 문제가 발생한다. 이를 보상하기 위해, 종래 컨버터는 정상 상태에서 피드백 전압을 생성하는 전류원을 보상한다. 기존 스위칭 제어장치는 피드백 전압을 생성하는 피드백 전류원만 온도보상을 하기 때문에 정상 상태에서는 외부 온도가 변하더라도 전류 피크치가 변하지 않는다. 그러나 소프트 스타트 기간에는 피드백 전압과 감지 전압을 비교하여 스위칭을 하는 것이 아니므로, 소프트 스타트 기간 동안 전류 피크치가 변하는 문제는 방지할 수 없다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위칭 제어장치는 소프트 스타트시에도 정상상태와 같은 피드백 전류를 사용하기 때문에 기존과 동일한 방식으로 피드백 전류의 온도 보상을 하면, 소프트 스타트 기간에도 전류의 피크치가 변하는 현상을 막을 수 있다. 즉, 종래 스위칭 제어장치는 피드백 및 소프트 스타트 기간에 사용하는 기준 전류원의 온도보상이 되어야만 두 상태 모두에서 일정한 전류 피크치를 기대할 수 있지만, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위칭 제어장치는 동일한 기준 전류원을 사용하므로, 항상 일정한 전류 피크치를 기대할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위칭 제어장치(400`) 및 이를 포함하는 컨버터를 도 8 내지 10을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위칭 제어장치(400`) 구성을 개략적 으로 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위칭 제어장치(400`)는 전압 검출부(410`), 전압 시프트(420`), 피드백 신호 생성부(430`), PWM 제어부(440`), HV/REG(450`) 및 UVLO(460`)를 포함한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위칭 제어장치(400`)는 본 발명의 제1 실시 예와 비교하여, 제1 전압(VCC)이 생성되는 원리는 동일하다. 그리고 HV/REG(450`) 및 UVLO(460`)의 동작 및 역할은 동일하다.

전압 검출부(410`)는 소프트 스타트 동작의 시작 및 종료를 제어한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전압 검출부(410`)는 제1 전압(VCC)을 이용하여 소프트 스타트 동작의 시작 및 종료를 제어한다

소프트 스타트 제1 전압(VCC)과 기준 전압을 비교하여 그 결과에 따라 전압 시프터(420`)를 제어한다. 구체적으로, 제1 전압(VCC)이 기준 전압 이상이면, 전압 시프터(420`)를 동작(enable)시키고, 제1 전압(VCC)이 기준 전압보다 작으면, 전압 시프터(420`)의 동작을 정지(disable) 시킨다. 전압 검출부(410`)는 전압 시프터(420`)의 동작을 제어하기 위해 신호(E/D)를 생성하여, 전압 시프터(420`)로 전달한다.

전압 시프터(420`)는 신호(E/D)에 따라 동작하거나, 동작을 멈춘다. 전압 시프터(420`)는 제1 전압(VCC)을 이용하여 소프트 스타트 전압(VSS1)을 생성하여 PWM 제어부(440`)로 전달한다. 전압 시프터(420`)는 스타트 전압(Vstart)과 제1 전압(VCC)의 차에 대응하는 전압을 사용하여 소프트 스타트 전압(VSS1)를 생성한다.

피드백 신호 생성부(430`)는 피드백 전압(Vfb)에 대응하는 피드백 신호(VF`) 를 생성하여 PWM 제어부(440`)로 전달한다. 피드백 신호(VF`)는 피드백 전압(Vfb)이 일정한 비율로 감소된 전압 신호일 수 있다.

PWM 제어부(440`)는 피드백 신호 생성부(430`)로부터 전달되는 피드백 신호(VF`), 소프트 스타트 전압(VSS1) 및 감지 전압(Vsense)을 이용하여 스위치(M)의 도통 및 차단을 제어한다. 소프트 스타트 기간동안, PWM 제어부(440`)에 입력되는 소프트 스타트 전압(VSS1)은 피드백 신호(VF`)의 전압보다 낮다. 소프트 스타트 기간이 종료되고, 출력 전압이 정상화 되면, 피드백 전압(Vfb)가 감소한다. 이에 따라, 피드백 신호(VF`)의 전압은 소프트 스타트 전압(VSS1)보다 낮아진다. PWM 제어부(440`)는 소프트 스타트 전압(VSS1)과 피드백 신호(VF`)의 전압 중 낮은 전압과 감지 전압(Vsense)을 비교하여, 비교 결과에 따라 게이트 제어 시호(Vg)를 생성한다. 생성된 게이트 제어 신호(Vg)는 스위치(M)의 게이트 전극에 전달된다.

이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400`)의 구성에 대해서 도 9를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400`)를 나타낸 도면이다.

전압 검출부(410`)는 비교기(411`) 및 기준 전압 생성부(412`)를 포함한다. 비교기(411`)의 비반전단자(+)에는 제1 전압(VCC)이 입력되고, 반전 단자(-)에는 기준 전압 생성부(412`)로부터 출력되는 기준 전압(VR)이 입력된다. 기준 전압(VR)은 초기 동작시 소프트 스타트 시작을 위해 설정된 제1 레벨부터 소프트 스타트를 종료 시키기 위해 설정된 제2 레벨 까지의 범위를 갖는다. 비교기(411`)는 비반전단자(+)의 제1 전압(VCC)이 제1 레벨의 기준 전압(VR)보다 크면, 하이 레벨의 신 호(E/D)를 생성하여 전압 시프터(420`)로 전달한다. 그리고 비교기(411`)는 제1 전압(VCC)가 상승하던 중 제2 레벨의 기준 전압(VR)보다 크면, 로우 레벨의 신호(E/D)를 생성하여 전압 시프터(420`)로 전달한다. 이 때, 신호(E/D)의 하이 레벨은 전압 시프트(420`)를 인에이블 시키는 레벨이고, 로우 레벨은 전압 시프트(420`)를 디스에이블 시키는 레벨이다.

전압 시프트(420`)는 복수의 저항(Rd1-Rd5) 및 증폭기(421`)를 포함한다. 증폭기(421`)은 신호(E/D)에 의해 제어된다. 구체적으로, 신호(E/D)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 변경되는 시점에 동기되어 동작을 시작하고, 하이 레벨에서 로우 레벨로 변경되는 시점에 동기되어 그 시점의 소프트 스타트 전압(VSS1)을 유지한다. 증폭기(421`)는 제1 전압(VCC)이 두 개의 저항(Rd5) 및 저항(Rd6)의 저항비에 의해 분배된 전압(VA)과 스타트 전압(Vstart)의 차를 증폭하여 소프트 스타트 전압(VSS1)을 생성한다. 이를 나타내면 수학식 1과 같다. 이렇게 생성된 소프트 스타트 전압(VSS)는 PWM 제어부(440`)에 전달된다. 증폭기(421`)는 신호(E/D)에 의해 동작을 멈추면, 그 시점의 소프트 스타트 전압(VSS1)을 유지한다.

피드백 신호 생성부(430`)는 두 개의 다이오드(D5, D6), 두 개의 저항(R1, R2), 전류원(Idelay`) 및 전류원(Ifb`)을 포함한다. 다이오드(D5)의 캐소드 전극은 커패시터(Cfb)(도 1 참조)의 일단에 연결되어, 다이오드(D5)의 캐소드 전극에는 피 드백 전압(Vfb)이 인가된다. 그리고 전류원(Idelay`)의 전류는 커패시터(Cfb)로 흐른다. 다이오드(D5)의 애노드 전극 및 다이오드(D6)의 애노드 전극은 서로 연결되어 있으며, 전류원(Ifb`)의 전류는 다이오드(D5) 및 다이오드(D6)를 통해 양쪽으로 나뉘어 흐른다. 저항(R1)의 일단은 다이오드(D6)의 캐소드 전극에 연결되어 있고, 저항(R1)의 타단은 저항(R2)의 일단 및 PWM 제어부(440`)의 비교기(441`)의 두 개의 비반전 단자(+) 중 하나에 연결되어 있다. 저항(R2)의 타단은 접지되어 있다. 전류원(Ifb`)의 전류 중 다이오드(D6)를 통해 흐르는 전류가 저항(R1) 및 저항(R2)을 흐르며 발생하는 전압이 피드백 신호(VF`)의 전압이 된다. 이렇게 생성된 전압(VF`)는 피드백 전압(Vfb)이 저항(R1) 및 저항(R2)의 저항비에 의해 분배된 전압과 같다.

PWM 제어부(440`)는 PWM 비교기(441`), 인버터(442`), OSC(443`), 제3 플립플롭(444`), NOR 게이트(445`) 및 게이트 드라이버(446`)를 포함한다.

PWM 비교기(441`)는 소프트 스타트 전압(VSS), 피드백 신호(VF`) 및 감지 전압(Vsense)을 입력받고, 소프트 스타트 전압(VSS1) 및 피드백 신호(VF`) 중 낮은 전압 레벨을 가지는 것과 감지 전압(Vsense)을 비교한다. PWM 비교기(441`)은 비교 결과에 따라 신호(U5)를 생성한다. 구체적으로, 소프트 스타트 전압(VSS1)이 피드백 신호(VF`)보다 낮은 기간에서, PWM 비교기(441`)는 소프트 스타트 전압(VSS)과 감지 전압(Vsense)을 비교한 결과에 따라 신호(U5)를 생성한다. 반대로, 피드백 신호(VF`)가 소프트 스타트 전압(VSS1)보다 낮은 기간에서, PWM 비교기(441`)는 피드백 신호(VF`)와 감지 전압(Vsense)을 비교한 결과에 따라 신호(U5)를 생성한다. 예를 들면, 피드백 신호(VF`)가 소프트 스타트 전압(VSS1)보다 낮은 기간동안, 신호(U5)는 피드백 신호(VF`)가 감지 전압(Vsense) 이상이면, 하이 레벨이 되고, 피드백 신호(VF`)가 감지 전압(Vsense)보다 작으면, 로우 레벨이 된다.

인버터(442`)는 입력된 신호(U5)를 반전시켜 신호(U6)을 생성하고, 제3 플립플롭(444`)의 리셋단(R)으로 전달한다.

오실레이터(443`)는 소정의 주기를 가지는 클록 신호(CLK)를 생성하여 제3 플립플롭(444`)의 셋단(S) 및 NOR 게이트(445`)로 전달한다.

제3 플립플롭(444`)은 신호(U6) 및 클록 신호(CLK)에 따라 신호(U7)를 생성하여 NOR 게이트(445`)로 전달한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제3 플립플롭(444`)은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제2 플립플롭(453)과 동일한 방식으로 동작한다. 제3 플립플롭(444`)는 셋단(S) 및 리셋단(R)에 입력되는 신호에 따라 신호(U7)을 생성하여 출력단(/Q)를 통해 NOR 게이트(445`)로 전달한다.

NOR 게이트(445`)는 클록 신호(CLK) 및 신호(U7)를 NOR 연산하여, 신호(U8)를 생성하고 게이트 드라이버(446`)로 전달한다.

게이트 드라이버(446`)는 하이 레벨의 신호(U8)에 따라 스위치(M)을 도통시킬 수 있는 전압 레벨을 가지는 게이트 제어 신호(Vg)를 생성하여 스위치(M)의 게이트 전극으로 출력한다. 그리고 로우 레벨의 신호(U8)에 따라 스위치(M)를 차단시킬 수 있는 전압 레벨을 가지는 게이트 제어 신호(Vg)를 생성하여 스위치(M)의게이트 전극으로 출력한다.

이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 방법 및 컨버터 구동 방법 에 대해서 도 10을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400`)의 제1 전압(VCC), 피드백 신호(VF`), 감지 전압(Vsense), 소프트 스타트 전압(VSS1), 및 컨버터의 출력 전압(Vout)을 나타낸 파형도이다.

제1 전압(VCC)이 제1 레벨의 기준 전압(VR)이 되는 시점(T21)에 소프트 스타트가 시작된다. 소프트 스타트가 시작되면, 소프트 스타트 전압(VSS1)이 증가하기 시작한다. 소프트 스타트 전압(VSS1)은 출력 전압(Vout)이 정상화 되는 시점(T22)까지는 피드백 신호(VF`)의 전압보다 낮은 레벨을 갖는다. 따라서 기간(T21-T22)동안, PWM 제어부(440`)의 비교기(441`)는 감지 전압(Vsense)과 소프트 스타트 전압(VSS1)을 비교하여, 비교 결과에 따른 신호(U5)를 생성한다. 감지 전압(Vsense)이 소프트 스타트 전압(VSS)과 같아지면, 신호(U5)는 로우 레벨이 되고, 인버터(442`)에 의해 생성된 신호(U6)는 하이 레벨이 된다. 제3 플립플롭(444`)의 리셋단(R)에 하이 레벨의 신호(U6)가 전달되면, 출력단(/Q)을 통해 하이 레벨의 신호(U7)가 NOR 게이트(445`)로 전달된다. 그러면, NOR 게이트(445`)는 로우 레벨의 신호(U8)를 생성하여, 게이트 드라이버(446`)로 신호(U8)를 전달한다. 게이트 드라이버(446`)는 신호(U8)에 따라 스위치(M)을 차단시키는 게이트 제어 신호(Vg)를 스위치(M)의 게이트 전극으로 전달한다. 스위치(M)가 차단되면, 스위치(M)에 전류는 흐르지 않으므로, 감지 전압(Vsense)은 발생하지 않는다. 감지 전압(Vsense)이 소프트 스타트 전압(VSS1)보다 낮아지므로, 비교기(441`)으로부터 출력되는 신호(U5)는 하이 레벨이 되고, 제3 플립플롭(444`)의 리셋단(R)에 입력되는 신호(U6)는 로 우 레벨이 된다. 그 이후 클록 신호가 하이 레벨로 변경되는 시점에 제3 플립플롭(444`)은 로우 레벨의 신호(U7)을 출력한다. 그러면, NOR 게이트(445`)는 하이 레벨의 신호(U8)을 게이트 드라이버(446`)로 전달한다. 게이트 드라이버(456`)는 하이 레벨의 신호(U8)에 따라 스위치(M)를도통시키는 게이트 제어 신호(Vg)를 스위치(M)의 게이트 전극에 전달한다. 스위치(M)은 도통되고, 스위치(M)를흐르는 전류는 다시 상승하여, 감지 전압(Vsense)은 증가한다. 이와 같은 방식으로, 감지 전압(Vsense)이 발생하고, 감지 전압(Vsense)의 피크치는 기간(T21-T22)동안 소프트 스타트 전압(VSS1)에 의해 제어된다.

시점(T22)에 출력 전압(Vout)이 정상화 되면, 피드백 전압(Vfb)은 급격히 감소하고, 피드백 신호(VF`)도 그에 따라 감소한다. 피드백 신호(VF`)는 시점(T22)이후, 소프트 스타트 전압(VSS1)보다 작아지며, 이 시점부터 감지 전압(Vsense)의 피크치는 피드백 신호(VF`)에 의해 제어된다. 즉, 피드백 전압(Vfb)에 따라 스위치(M)에 흐르는 전류의 피크값이 결정된다. 그리고 시점(T23)에 제1 전압(VCC)이 제2 레벨의 기준 전압(VR)과 동일해지면, 소프트 스타트 설정 기간이 종료한다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400`)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400)가 포함하는 음기울기 검출부(450)를 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400``)로서 음기울기 검출부(450`)를 포함하는 스위치 제어 장치(400``)를 나타낸 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 음기울기 검출부(450`)는 피드백 전압을 입력받 고, 소프트 스타트 종료 신호(SE1)를 전압 시프터(420``)로 전달한다.

전압 시프터(420``)는 소프트 스타트 종료 신호(SE1)에 응답하여 소프트 스타트 전압(VSS2)을 설정된 최대값으로 생성하여 출력한다. 이 때, 최대값은 피드백 신호(VF`)가 가질 수 있는 가장 높은 전압 레벨보다 높은 레벨이다. 그러면, PWM 제어부(440`)는 소프트 스타트가 종료된 시점으로부터, 소프트 스타트 전압(VSS2)보다 낮은 전압 신호인 피드백 신호(VF`)와 감지 전압(Vsense)을 이용하여 스위치(M)의 차단 시점을 결정한다. 이하, 다른 구성 및 그 연결관계는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위칭 제어장치(400`)와 동일하다.

도 12에 도시된 바와 같이, 음기울기 검출부(450`)의 소프트 스타트 종료 신호(SE1)가 전압 시프터(420``)로 전달된다. 구체적으로, 전압 시프터(420``)의 증폭기(421``)는 소프트 스타트 종료 신호(SE1)가 전달되면, 소프트 스타트 종료 신호(SE1)가 전달된 시점에 동기되어 설정된 소프트 스타트 전압(VSS2)의 최대값을 생성하여 PWM 제어부(440`)의 비교기(441`)의 비반전단자(+)로 출력한다. 그러면 비교기(451`)은 감지 전압(Vsense)과 피드백 신호(VF`)의 전압을 비교하여 신호(U5)를 생성한다. 이하, 나머지 구성, 그 연결관계 및 동작은 동일하다.

본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압(VSS1) 및 소프트 스타트 전압(VSS2)의 차이에 대해서 도 13을 참조하여 설명한다.

도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(400``)의 제1 전 압(VCC), 피드백 신호(VF`), 감지 전압(Vsense), 제2 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압(VSS1), 제3 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압(VSS2) 및 컨버터의 출력 전압(Vout)을 나타낸 파형도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 시점 T22에 출력 전압이 정상화 되어 피드백 전압(Vfb)이 감소하면, 피드백 신호(VF`)도 감소한다. 이 때, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압(VSS2)은 제2 실시 예의 소프트 스타트 전압(VSS1)과 달리 소프트 스타트 종료 신호(SE1)에 의해 설정된 최대 소프트 스타트 전압까지 증가한다.

이하, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 스위칭 제어장치 및 이를 포함하는 컨버터에 대해서 설명한다.

본 발명의 제4 실시 예에 따른 컨버터는 스위치(Qsw), 스위치 제어 장치(800), 피드백 신호 생성부(900), 커패시터(C11), 다이오드(D11) 및 인덕터(L11)를 포함한다. 본 발명의 제4 실시 예에 따른 스위치(Qsw)는 MOSFET(metal oxcide semiconductor field effect transistor) 소자로서, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, n-채널 타입이다.

커패시터(C11)의 양단은 출력단에 연결되어 출력 전압(Vout)의 리플 성분을 필터링한다. 인덕터(L11)는 커패시터(C11)의 일단 및 출력단의 (+)단에 연결되어 있다. 다이오드(D11)은 인덕터(L11)의 타단에 캐소드 전극이 연결되고, 애노드 전극은 출력단의 (-)단에 연결되어 있다. 커패시터(C11) 및 인덕터(L11)은 LC 필터를 형성하여 입력 전압의 교류 성분을 제거하고, 출력 전압(Vout)을 생성한다. 다이오드(D11)는 프리휠링 경로(Freewheeling Path)를 형성하기 위한 것으로, 스위치(Qsw)가 차단되더라도 커패시터(C11) 및 다이오드(D11)를 경유하는 경로를 통해 인덕터(L11)에 축적된 전류를 흘려주기 위한 것이다.

피드백 신호 생성부(900)는 인덕터(L11)의 양단에 인가되는 전압을 이용하여, 피드백 신호를 생성하여 스위치 제어 장치(800)로 전달하는 역할을 수행한다. 피드백 신호 생성부(900)는 스위치(Qsw)가 턴오프되어 있는 동안, 인덕터(L11)의 양단에는 출력 전압(Vout)과 같은 크기의 전압이 인가되며, 피드백 신호 생성부(900)는 이를 샘플 및 홀딩(sample and holding)한 뒤 소정의 전압 범위로 전압 분배하여, 피드백 신호(VFB)를 생성한다. 피드백 신호 생성부(900)는 피드백 신호(VFB)를 스위치 제어 장치(800)의 음기울기 검출부(820) 및 PWM 제어부(830)에 전달한다.

스위치 제어 장치(800)는 소프트 스타트 전압 생성부(810), 음기울기 검출부(820) 및 PWM 제어부(830)를 포함한다.

소프트 스타트 전압 생성부(810)는 입력 전압(Vin)을 이용하여 제1 전압(VCC)을 생성한다. 이 때, 제1 전압(VCC)을 생성하는 구성은 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 설명한 것과 동일하다. 이렇게 생성된 제1 전압(VCC)을 이용하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압 생성부(810)는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 기재한 방식에 따라 소프트 스타트 전압(VSS3)을 생성한다. 또한, 소프트 스타트 전압 생성부(810)가 소프트 스타트 전압(VSS3)을 생성하는 방식 역 시 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에서 설명한 구성과 동일한다. 구체적으로, 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 전류원 배열부(도 4의 420)에서 생성되는 전류(Ifb)가 소정의 저항값을 가지는 저항에 흐를 때 발생하는 전압 신호를 소프트 스타트 전압(VSS3)으로 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 및 제3 실시 예에 따른 소프트 스타트 전압(VSS1, VSS2)을 생성하는 방식을 그대로 사용할 수 있다. 소프트 스타트 전압 생성부(810)는 이렇게 생성한 소프트 스타트 전압(VSS3)을 PWM 제어부(830)로 전달한다.

음기울기 검출부(820)는 본 발명의 제1 및 제3 실시 예에서 설명한 것과 동일하게 피드백 신호(VFB)를 전달받고, 피드백 신호(VFB)가 감소하는 시점을 검출한다. 음기울기 검출부(820)는 그 시점에 소프트 스타트 종료 신호(SE2)를 생성하여, 소프트 스타트 전압 생성부(810)로 전달한다. 그러면, 소프트 스타트 전압 생성부(810)는 소프트 스타트 종료 신호(SE3)에 따라 피드백 신호(VFB)의 최대 레벨보다 높은 레벨로 소프트 스타트 전압(VSS3)을 증가시킨 후, 이 레벨로 소프트 스타트 전압(VSS3)을 유지한다.

PWM 제어부(830)는 소프트 스타트 전압(VSS3) 및 피드백 신호(VFB)의 전압 중 낮은 레벨의 전압과 소정 레벨의 기준 전압을 비교하여, 스위칭 동작을 제어한다. 초기 동작시 소프트 스타트 전압(VSS3)은 피드백 신호(VFB)보다 낮은 레벨이고, PWM 제어부(830)는 기준 전압이 소프트 스타트 전압(VSS3)에 도달하면, 스위치(Qsw)를 차단시킨다. 소프트 스타트 전압 생성부(810)는 소프트 스타트 종료 신호(SE2)를 전달받으면, 피드백 신호(VFB)의 최대 레벨보다 높은 레벨로 소프트 스 타트 전압(VSS3)을 유지한다. 따라서, PWM 제어부(830)는 소프트 스타트 전압(VSS3)보다 낮은 피드백 전압(VFB)을 이용하여 스위칭 동작을 제어한다. PWM 제어부(830)는 기준 전압이 피드백 신호(VFB)에 도달하면, 스위치(Qsw)를 차단시킨다. PWM 제어부(830)는 내부적으로 소정의 주기를 가지는 클록 신호를 생성하는 오실레이터(도시하지 않음)를 포함하여, 이렇게 차단된 시점 이후, 클록 신호의 라이징 에지등의 시점에 동기되어 차단된 스위치(Qsw)를 도통 시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치는 컨버터에 적용되어 소프트 스타트를 제어하는데 사용될 수 있다. 그러면, 종래 카운터, 디지털/아날로그 변환기와 같은 크기가 크고 복잡한 구조를 가지는 회로 없이 소프트 스타트 방식을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에서 설명한 스위치 및 스위치 제어 장치는 하나의 칩(IC)으로 구성될 수 있다. 또한, 스위치 및 스위치 제어 장치 각각이 별개의 패키지로 되어 있고, 이를 이용하여 하나의 칩으로 구성할 수 있다.

상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 간단한 구조를 갖고, 정확한 소프트 스타트 제어가 가능한 스위치 제어 장치 및 제어 방법, 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법을 제공한다.

또한, 소프트 스타트 설정 기간 동안에도, 온도 증가에 따른 스위치에 흐르는 전류의 피크 값이 감소하는 것을 방지할 수 있는 스위치 제어 장치 및 제어 방법, 이를 이용하는 컨버터 및 그 구동방법을 제공한다.

Claims

스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 컨버터의 스위치 제어 장치에 있어서,

상기 입력 신호를 이용하여 제1 전압을 생성하고, 상기 컨버터의 초기 동작시부터 소정 기간 동안 증가하는 소프트 스타트 신호를 생성하는 소프트 스타트 신호 생성부; 및

상기 피드백 신호 및 상기 소프트 스타트 신호 중 작은 값을 가지는 신호와 상기 스위치에 흐르는 전류를 이용하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,

소프트 스타트 신호 생성부는,

상기 제1 전압의 레벨을 검출하고, 검출 결과 상기 제1 전압이 소정 레벨에 이를 때마다 상기 소프트 스타트 신호가 증가되도록 제어하는 전압 검출부; 및

검출된 상기 제1 전압의 레벨에 따라 복수의 전류원 중 대응하는 제1 전류원의 제1 전류를 출력하여 상기 소프트 스타트 신호를 증가시키는 전류원 배열부

를 포함하는 스위치 제어 장치.
제2항에 있어서,

상기 출력 신호에 따라 변동하는 피드백 신호를 감지하여, 상기 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하는 음기울기 검출부를 더 포함하고,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 신호가 감소하는 것을 감지하면, 소프트 스타트 종료 신호를 출력하는 스위치 제어 장치.
제3항에 있어서,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 신호가 전달되는 애노드 전극을 포함하는 다이오드;

상기 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결된 커패시터;

상기 커패시터의 일단에 제1 전극이 연결되어 있고, 타단에 제2 전극이 연결되어 있으며, 동작 초기에 상기 커패시터를 초기화 시키는 스위칭 소자;

상기 다이오드의 애노드 전극에 반전 단자가 연결되어 있고, 캐소드 전극에 비반전 단자가 연결되어 있는 비교기; 및

상기 비교기의 출력단에 제1 단이 연결되어 있고, 상기 비교기의 출력에 응답하여 신호를 출력하는 제1 출력단을 포함하고, 동작 초기에 리셋 되는 플립플롭

을 포함하는 스위치 제어 장치.
제3항에 있어서,

상기 전압 검출부는,

상기 제1 전압을 적어도 두 개의 스텝 전압과 각각 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 전류원 배열부의 복수의 전류원 중 상기 스텝 전압에 대응하는 전류원의 제1 전류를 상기 소프트 스타트 신호에 더하는 스위치 제어 장치.
제5항에 있어서,

상기 전압 검출부는,

상기 적어도 두 개의 스텝 전압 중 제1 스텝 전압과 상기 제1 전압을 비교하는 제1 비교기; 및

상기 제1 비교기가 상기 비교 결과에 따라 출력하는 신호와 상기 소프트 스타트 종료 신호를 비교하는 논리 연산부를 포함하는 스위치 제어 장치.
제6항에 있어서,

상기 제1 비교기는 상기 제1 전압이 상기 제1 스텝 전압보다 크면 하이 레벨의 신호를 출력하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호는 하이 레벨이며, 상기 논리 연산부는 OR 연산을 수행하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 소프트 스타트 신호 생성부는,

상기 제1 전압을 검출하는 전압 검출부; 및

상기 제1 전압의 레벨에 따라 인에이블 및 디스에이블 되며, 소프트 스타트 기간을 포함하는 제1 기간동안, 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 전압 시프터

를 포함하는 스위치 제어 장치.
제8항에 있어서,

상기 전압 시프터는,

상기 제1 전압이 제1 레벨이 되면 동작을 시작하고, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨이 되면, 상기 제1 전압이 상기 제2 레벨이 되는 시점의 상기 소프트 스타트 신호를 유지하며 출력하는 스위치 제어 장치.
제9항에 있어서,

상기 출력 신호에 따라 변동하는 피드백 신호를 감지하여, 상기 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하는 음기울기 검출부를 더 포함하고,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 신호가 감소하는 것을 감지하면, 소프트 스타트 종료 신호를 출력하는 스위치 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 전압 시프터는 상기 소프트 스타트 종료 신호가 입력되면, 상기 소프트 스타트 신호를 상기 피드백 신호보다 높은 레벨로 변경하여 출력하는 스위치 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 신호가 전달되는 애노드 전극을 포함하는 다이오드;

상기 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결된 커패시터;

상기 커패시터의 일단에 제1 전극이 연결되어 있고, 타단에 제2 전극이 연결되어 있으며, 동작 초기에 상기 커패시터를 초기화 시키는 스위칭 소자;

상기 다이오드의 애노드 전극에 반전 단자가 연결되어 있고, 캐소드 전극에 비반전 단자가 연결되어 있는 비교기; 및

상기 비교기의 출력단에 제1 단이 연결되어 있고, 상기 비교기의 출력에 응답하여 신호를 출력하는 제1 출력단을 포함하고, 동작 초기에 리셋되는 플립플롭

을 포함하는 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 스위치 및 상기 스위치 제어 장치는 하나의 칩으로 구성된 스위치 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 스위치 및 상기 스위치 제어 장치 각각은 하나의 패키지로 구성되어 있고, 하나의 칩을 형성하는 스위치 제어 장치.
초기 동작시 소프트 스타트 방식에 따라 동작하는 컨버터를 제어하기 위해 상기 컨버터의 출력 신호에 대응하는 피드백 신호를 이용하는 스위치 제어 장치에 있어서,

상기 피드백 신호가 전달되는 애노드 전극을 포함하는 다이오드;

상기 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결된 커패시터;

상기 커패시터의 일단에 제1 전극이 연결되어 있고, 타단에 제2 전극이 연결되어 있으며, 동작 초기에 상기 커패시터를 초기화 시키는 스위칭 소자;

상기 다이오드의 애노드 전극에 반전 단자가 연결되어 있고, 캐소드 전극에 비반전 단자가 연결되어 있는 비교기; 및

상기 비교기의 출력단에 제1 단이 연결되어 있고, 상기 비교기의 출력에 응답하여 신호를 출력하는 제1 출력단을 포함하고, 동작 초기에 리셋 되는 플립플롭

을 포함하는 스위치 제어 장치.
스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 컨버터의 스위치 제어 방법에 있어서,

상기 입력 신호를 이용하여 제1 전압을 생성하는 단계;

상기 제1 전압의 레벨에 따라 소프트 스타트 신호를 생성하는 단계;

상기 소프트 스타트 신호 및 상기 출력 신호에 대응하는 피드백 신호 중 작은 신호를 이용하여 스위치를 제어하는 단계; 및

상기 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하여 소프트 스타트를 종료 시키는 단계

를 포함하는 스위치 제어 방법.
제16항에 있어서,

상기 제1 전압은 초기 동작시부터 소정 기간 동안 상승하는 스위치 제어 방법.
제17항에 있어서,

상기 소프트 스타트 신호는 상기 제1 전압의 레벨이 증가함에 따라 증가하고, 상기 제1 전압이 상기 제1 레벨에 이를 때, 상기 소프트 스타트 신호는 상기 피드백 신호의 최대 값보다 더 높은 제2 레벨이 되는 스위치 제어 방법.
제18항에 있어서,

상기 피드백 신호가 감소하여, 상기 피드백 신호의 음기울기가 감지되는 시점에 동기되어 상기 소프트 스타트 신호는 상기 제2 레벨이 되는 스위치 제어 방법.
스위치;

상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 에너지를 출력 에너지로 변환하는 에너지 전달 소자; 및

상기 입력 에너지를 이용하여 제1전압을 생성하고, 소프트 스타트 기간 동안 상기 제1 전압에 따라 소프트 스타트 신호를 생성하며, 상기 소프트 스타트 신호, 상기 출력 에너지에 대응하는 피드백 전압 및 상기 스위치에 흐르는 전류를 이용하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치

를 포함하는 컨버터.
제20항에 있어서,

상기 스위치 제어 장치는,

상기 제1 전압의 레벨을 검출하고, 검출 결과 상기 제1 전압이 소정 레벨에 이를 때마다 상기 소프트 스타트 신호가 증가되도록 제어하는 전압 검출부;

검출된 상기 제1 전압의 레벨에 따라 복수의 전류원 중 대응하는 제1 전류원의 제1 전류를 출력하여 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 전류원 배열부; 및

상기 피드백 전압의 파형의 음의 기울기가 감지되면, 상기 소프트 스타트를 종료시키는 음기울기 검출부

를 포함하는 컨버터.
제21항에 있어서,

상기 피드백 전압 및 상기 소프트 스타트 신호를 전달받고, 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부; 및

상기 소프트 스타트 기간 동안, 상기 피드백 신호와 상기 감지 전압을 이용하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부

를 포함하는 컨버터.
제22항에 있어서,

상기 피드백 신호 생성부는,

상기 피드백 전압을 생성하는 커패시터에 캐소드 전극이 연결된 제1 다이오드;

상기 제1 다이오드의 애노드 전극에 애노드 전극이 연결되어 있는 제2 다이오드;

상기 제2 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결되 제1 저항; 및

상기 제1 저항의 타단에 일단이 연결되어 있고, 타단은 접지되어 있는 제2 저항을 포함하며,

상기 소프트 스타트 신호는 상기 복수의 제1 전류원 중 적어도 하나에 의해 생성되는 제2 전류 및 상기 복수의 제1 전류원 중 다른 하나에 의해 생성되는 제3 전류를 포함하고, 상기 제3 전류는 상기 커패시터로 전달되고, 상기 제2 전류는 상기 제1 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 다이오드의 애노드 전극이 만나는 노드에 전달되는 컨버터.
제23항에 있어서,

상기 입력 에너지의 입력 전압을 이용하여 상기 제1 전압을 생성하는 고전압 레귤레이터; 및

상기 제1 전압의 레벨을 감지하여 소정 레벨 이하로 감지되면, 상기 스위치 제어 장치의 동작을 정지시키는 저전압 차단부

를 포함하는 컨버터.
제23항에 있어서,

상기 전압 검출부는,

상기 제1 전압을 적어도 두 개의 스텝 전압과 각각 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 전류원 배열부의 복수의 전류원 중 상기 스텝 전압에 대응하는 전류원의 제1 전류를 상기 피드백 신호 생성부에 출력하도록 제어하는 컨버터.
제25항에 있어서,

상기 전압 검출부는,

상기 적어도 두 개의 스텝 전압 중 제1 스텝 전압과 상기 제1 전압을 비교하는 제1 비교기; 및

상기 제1 비교기가 상기 비교 결과에 따라 출력하는 신호와 상기 음기울기 검출부가 상기 소프트 스타트를 종료시키기 위해 생성하는 소프트 스타트 종료 신호를 비교하는 논리 연산부를 포함하는 컨버터
제26항에 있어서,

상기 제1 비교기는 상기 제1 전압이 상기 제1 스텝 전압보다 크면 하이 레벨의 신호를 출력하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호는 하이 레벨이며, 상기 논리 연산부는 OR 연산을 수행하는 컨버터.
제25항에 있어서,

상기 전류원 배열부는,

상기 제1 전압이 상기 적어도 두 개의 스텝 전압 중 제1 스텝 전압 보다 크면 도통되어 상기 제1 전류가 흐르게 하는 전류원 스위치를 포함하는 컨버터.
제28항에 있어서,

상기 복수의 전류원 스위치 중 하나는 상기 복수의 전류원 중 가장 낮은 전류를 발생시키는 전류원과 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극 사이에 연결되어 있고,

상기 복수의 전류원 스위치 중 다른 스위치 각각은 복수의 전류원 각각에 일단이 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 다이오드의 애노드 전극이 만나는 노드에 타단이 연결되어 있는 컨버터.
제29항에 있어서,

상기 복수의 전류원 중 하나는 상기 소프트 스타트 기간 시작 시점부터 상기 제1 다이오드의 애노드 전극 및 상기 제2 다이오드의 애노드 전극이 만나는 노드에 연결되어 있는 컨버터.
제21항에 있어서,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 전압이 상기 출력 에너지의 출력 전압 정상화에 따라 감소하면, 상기 감소된 피드백 전압과 감소하기 직전의 피드백 전압을 비교하여 상기 피드백 전압의 음기울기를 검출하고, 소프트 스타트 종료 신호를 생성하여, 상기 전압 검출부에 전달하는 컨버터.
제31항에 있어서,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 전압이 애노드 전극에 인가되는 제1 다이오드;

상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결되어 있는 커패시터;

상기 커패시터의 타단에 제1 전극이 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 제2 전극이 연결되어 있으며, 상기 스위치 제어 장치를 초기화 시키는 리셋 신호가 제어전극에 전달되는 스위칭 트랜지스터;

상기 피드백 전압이 반전 단자에 입력되고, 상기 커패시터의 일단이 비반전 단자에 연결되어 있는 비교기; 및

상기 리셋 신호가 리셋단에 입력되고, 상기 비교기의 출력 신호가 셋단에 입 력되고, 상기 리셋 신호 및 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 소프트 스타트 종료 신호를 생성하는 플립플롭

을 포함하는 컨버터.
제32항에 있어서,

상기 전류원 배열부는,

복수의 전류원을 포함하고, 상기 제1 전압의 레벨에 따라 상기 복수의 전류원의 전류를 출력하고, 상기 소프트 스타트 종료 신호에 대응하여 상기 복수의 전류원 모두의 전류를 출력하는 컨버터.
제20항에 있어서,

상기 스위치 제어 장치는,

상기 제1 전압을 검출하는 전압 검출부;

상기 전압 검출부의 검출 결과에 따라 인에이블 및 디스에이블 되며, 소프트 스타트 기간을 포함하는 제1 기간동안, 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 전압 시프터; 및

상기 소프트 스타트 기간동안 상기 소프트 스타트 신호와 상기 스위치에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압을 비교하여 상기 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함하는 컨버터.
제34항에 있어서,

상기 전압 시프터는,

상기 제1 전압이 제1 레벨이 되면 동작을 시작하고, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨이 되면 동작을 멈추며,

상기 제1 전압에 대응하는 제2 전압과 스타트 전압의 전압차를 증폭하여 상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 증폭기를 포함하는 컨버터.
제35항에 있어서,

상기 전압 검출부는,

제1 레벨의 기준 전압과 상기 제1 전압을 비교하여, 상기 제1 전압이 상기 제1 레벨의 기준 전압 이상이면, 상기 전압 시프터를 동작시키고,

상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨의 기준 전압과 상기 제1 전압을 비교하여, 상기 제1 전압이 상기 제2 레벨의 기준 전압과 동일하면, 상기 전압 시프터의 동작을 멈추게 하는 컨버터.
제34항에 있어서,

상기 PWM 제어부는,

상기 소프트 스타트 신호와 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호 중 작은 값과 상기 감지 전압을 비교하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 소프트 스타트 신호는 상기 소프트 스타트 기간이 종료되면, 상기 피드백 신호의 최대 값보다 큰 값을 가지는 컨버터.
제37항에 있어서,

상기 소프트 스타트 신호와 상기 피드백 신호 중 작은 값과 상기 감지 전압을 비교하는 제1 비교기;

소정의 주기를 가지는 클록 신호를 생성하는 오실레이터; 및

상기 제1 비교기의 비교 결과에 따른 신호와 상기 클록 신호를 입력받고, 상기 감지 전압이 상기 소프트 스타트 신호와 상기 피드백 신호 중 작은 값과 같으면, 상기 스위치를 차단시키기 위한 신호를 생성하는 플립플롭을 포함하는 컨버터.
제34항에 있어서,

상기 피드백 전압의 파형의 음의 기울기가 감지되면, 상기 소프트 스타트를 종료시키는 음기울기 검출부를 더 포함하는 컨버터.
제39항에 있어서,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 전압이 상기 출력 에너지의 출력 전압 정상화에 따라 감소하면, 상기 감소된 피드백 전압과 감소하기 직전의 피드백 전압을 비교하여 상기 피드백 전압의 음기울기를 검출하고, 소프트 스타트 종료 신호를 생성하여, 상기 전압 시프터에 전달하는 컨버터.
제40항에 있어서,

상기 전압 시프터는 상기 소프트 스타트 종료 신호에 따라 상기 피드백 전압의 최대값 보다 큰 레벨의 소프트 스타트 신호를 생성하는 컨버터.
제40항에 있어서,

상기 음기울기 검출부는,

상기 피드백 전압이 애노드 전극에 인가되는 제1 다이오드;

상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 일단이 연결되어 있는 커패시터;

상기 커패시터의 타단에 제1 전극이 연결되어 있고, 상기 제1 다이오드의 캐소드 전극에 제2 전극이 연결되어 있으며, 상기 스위치 제어 장치를 초기화 시키는 리셋 신호가 제어전극에 전달되는 스위칭 트랜지스터;

상기 피드백 전압이 반전 단자에 입력되고, 상기 커패시터의 일단이 비반전 단자에 연결되어 있는 비교기; 및

상기 리셋 신호가 리셋단에 입력되고, 상기 비교기의 출력 신호가 셋단에 입력되고, 상기 리셋 신호 및 상기 비교기의 출력 신호에 따라 상기 소프트 스타트 종료 신호를 생성하는 플립플롭

을 포함하는 컨버터.
제20항에 있어서,

상기 에너지 전달 소자는 트랜스 포머이고, 상기 스위치는 상기 트랜스 포머의 1차측 코일에 연결되어 있는 컨버터.
제20항에 있어서,

상기 에너지 전달 소자는 인덕터이고, 상기 스위치의 일단은 상기 인덕터에 연결되어 있는 컨버터.
스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 에너지를 출력 에너지로 변환하는 컨버터의 구동 방법에 있어서,

상기 입력 에너지를 이용하여 제1 전압을 생성하는 단계;

상기 제1 전압과 적어도 하나의 기준 전압을 이용하여 소프트 스타트 신호를 생성하는 단계;

상기 소프트 스타트 전압 및 피드백 전압 중 작은 전압을 이용하여 스위치를 제어하는 단계; 및

상기 출력 에너지에 대응하는 피드백 신호가 감소하는 시점을 검출하여 소프트 스타트를 종료 시키는 단계

를 포함하는 컨버터의 구동 방법.
제45항에 있어서,

상기 소프트 스타트 신호를 생성하는 단계는,

상기 제1 전압의 레벨을 감지하는 단계;

상기 감지 결과와 복수의 기준 전압 각각을 비교하는 단계; 및

상기 비교 결과에 따라 상기 제1 전압이 상기 복수의 기준 전압 각각과 같아질 때마다, 상기 소프트 스타트 신호의 레벨을 증가시키는 단계

를 포함하는 컨버터의 구동 방법.
제45항에 있어서,

상기 제1 전압은 상기 컨버터의 초기 동작시부터 소정 기간 동안 상승하는 컨버터의 구동 방법.
제47항에 있어서,

상기 소프트 스타트 신호는 상기 제1 전압의 레벨이 증가함에 따라 증가하고, 상기 제1 전압이 상기 제1 레벨에 이를 때, 상기 소프트 스타트 전압은 상기 피드백 전압의 최대 값보다 더 높은 제2 레벨이 되는 컨버터의 구동 방법.
제48항에 있어서,

상기 출력 에너지에 대응하는 피드백 신호가 감소하는 시점에 동기되어 상기 소프트 스타트 신호는 상기 제2 레벨이 되는 컨버터의 구동 방법.
입력 신호를 출력 신호로 변환하는 컨버터의 입력 신호를 이용하여 시간에 따라 변하는 제1 신호를 생성하는 신호 발생부; 및

상기 제1 신호를 복수의 스텝 전압과 각각 비교하여, 비교 결과에 따라 출력 신호를 생성하는 비교부

를 포함하는 컨버터.
제50항에 있어서,

상기 비교단은,

적어도 두 개의 스텝 전압 각각에 대응하는 적어도 두 개의 비교기를 포함하는 컨버터.
제51항에 있어서,

적어도 두 개의 비교기 각각은 비반전 단자에 상기 제1 신호가 인가되고, 반전 단자에 상기 적어도 두 개의 스텝 전압 각각이 입력되는 컨버터.
제52항에 있어서,

상기 컨버터는 상기 출력 신호에 대응하는 피드백 전압의 음기울기를 검출하여 소프트 스타트 종료 신호를 생성하고,

상기 소프트 스타트 종료 신호가 입력되고, 상기 비교기에 대응하는 적어도 두개의 논리 연산부를 더 포함하고,

상기 적어도 두 개의 논리 연산부 각각의 입력단에 상기 적어도 두 개의 비 교기 각각의 출력단이 연결되는 컨버터.