KR20090087744A - 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨버터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 컨버터는, 출력단에 일단이 연결된 제1 스위치, 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 구동부, 및 게이트 구동부에 음 전압을 가지는 제1 제어 신호를 생성하여 전달하는 음 전압 바이어싱부를 포함하고, 게이트 구동부는, 제1 제어 신호에 따라 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 소정의 음 전압을 입력받으며, 제1 제어 신호는 음 전압과 동일한 전압 또는 소정 레벨 높은 전압을 가진다.
Figure P1020080013172
슈미트 트리거, 양극 접합 트랜지스터, 음 전압 바이어싱

Description

컨버터{CONVERTOR}
본 발명은 컨버터에 관한 것으로, 출력단에 음의 전압이 발생하는 경우 컨버터를 안정적으로 제어하기 위한 제어 회로에 관한 것이다.
컨버터에 연결된 부하의 양단 각각에 양의 전압과 음의 전압이 인가된다. 그러면, 컨버터의 출력단은 높은 양 전압부터 매우 낮은 음 전압까지 스윙(swing)한다. 일반적으로 컨버터의 제어 회로는 접지 전압(ground)을 기준으로 동작하도록 설계된다. 제어 회로는 컨버터에 포함되어 있는 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어한다. 스위칭 동작이란, 스위칭 소자의 온/오프를 의미한다. 그런데 컨버터의 출력단에 음 전압이 인가된 경우, 제어 회로에서 생성된 제어 신호가 스위칭 소자에 전달되지 않을 수 있다. 이는 제어 신호의 기준 레벨인 접지 전압보다 출력단의 음 전압이 낮은 전위이기 때문이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 출력단이 음전압이 되더라도 컨버터의 제어 회로가 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정확히 제어할 수 있는 컨버터 를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 컨버터는, 출력단에 일단이 연결된 제1 스위치, 상기 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 구동부, 및 상기 게이트 구동부에 음 전압을 가지는 제1 제어 신호를 생성하여 전달하는 음 전압 바이어싱부를 포함하고, 상기 게이트 구동부는, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 소정의 음 전압을 입력받으며, 상기 제1 제어 신호는 상기 음 전압과 동일한 전압 또는 소정 레벨 높은 전압을 가진다. 상기 음 전압 바이어싱부는, 제1 레벨 및 제2 레벨을 교대로 가지는 제1 제어 입력 신호를 생성하는 제1 오실레이터, 상기 제1 제어 입력신호의 제1 레벨에 응답하여 턴 온되는 스위칭 소자, 및 상기 스위칭 소자의 일단에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 전류가 흐르며, 상기 음 전압이 타단에 인가되는 제1 저항을 포함하며, 상기 제1 제어 신호는 상기 제1 저항의 일단의 전압 신호이다. 상기 음 전압 바이어싱부는, 상기 스위칭 소자의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함한다. 상기 게이트 구동부는, 상기 제1 저항의 일단에 입력단이 연결되어 있고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 음 전압보다 소정 전압 높은 제1 전압 이하이면 제3 레벨의 신호를 출력하고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압 이상이면 제4 레벨의 신호를 출력하는 제1 슈미트 트리거, 상기 제3 레벨 및 제4 레벨 각각에 대응하여 제5 레벨 및 제6 레벨의 신호를 출력하는제1 레벨 시프터, 및 상기 제5 레벨의 신호에 응답하여 상기 제1 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 제6 레벨의 신호에 응답하여 상기 제1 스위치를 턴 온 시키는 제1 구동 회로를 포함한다. 상기 제1 구동 회로는, 상기 출력단의 전압과 소정 레벨의 전원 전압 사이에서 동작하며, 상기 제5 레벨은 상기 출력단의 전압에 대응하고, 상기 제6 레벨은 상기 전원 전압에 대응한다. 상기 음 전압 바이어싱부는, 상기 스위칭 소자는 양극 접한 트랜지스터로 구현되고, 상기 양극 접한 트랜지스터의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 제2 저항을 더 포함한다. 상기 양극 접합 트랜지스터는 p 채널 타입이고, 상기 제1 레벨은 하이 레벨이며, 상기 제2 레벨은 로우 레벨이고, 상기 제2 저항은 상기 양극 접합 트랜지스터의에미터와 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 저항은 상기 양극 접한 트랜지스터의컬렉터에 일단이 연결되어 있다. 또한, 상기 음 전압 바이어싱부는, 상기 스위칭 소자는 MOSFET(metal oxcide field effection transistor)로 구현되고, 상기 MOSFET의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 제2 저항을 더 포함한다. 상기 MOSFET는 p 채널 타입이고, 상기 제1 레벨은 하이 레벨이며, 상기 제2 레벨은 로우 레벨이고, 상기 제2 저항은 상기 MOSFET의 소스전극과 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 저항은 상기 MOSFET의 드레인 전극에 일단이 연결되어 있다. 또한 상기 음 전압 바이어싱부는, 제1 레벨 및 제2 레벨을 교대로 가지는 제1 제어 입력 신호를 생성하는 제1 오실레이터, 상기 제1 제어 입력 신호의 제1 레벨에 응답하여 턴 온되고, 일단에 제1전원이 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자의 타단의 전압에 따라 온/오프되면, 일단에 제2 전원이 연결되어 있는 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되어있고, 타단 에 제2 전원이 연결되어 있는 제1 저항, 및 상기 제2 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되어 있고, 타단에 상기 음 전압이 발생하는 제2 저항을 포함하며, 상기 제1 제어 신호는 상기 제2 저항의 일단의 전압 신호이다. 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자는 다른 채널 타입이다. 상기 제1 전원은 접지 전압이며, 상기 제1 스위칭 소자는 n 채널 타입이고, 상기 제2 스위칭 소자는 p 채널 타입이다. 상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 양극 접합 트랜지스터이다. 상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 MOSFET이다.
또한, 본 발명의 한 특징에 따른 컨버터는 상기 출력단에 일단이 연결되어 있는 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 음 전압 바이어싱부는 상기 게이트 구동부에 음 전압을 가지는 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 게이트 구동부는 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 제2 제어 신호는 상기 음 전압과 동일한 전압 또는 소정 레벨 높은 전압을 가진다. 상기 음 전압 바이어싱부는, 제1 레벨 및 제2 레벨을 교대로 가지는 제1 제어 입력 신호를 생성하는 제1 오실레이터, 상기 제1 제어 입력 신호의 제1 레벨에 응답하여 턴 온되는 스위칭 소자, 및 상기 스위칭 소자의 일단에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 전류가 흐르며, 상기 음 전압이 타단에 인가되는 제1 저항을 포함하며, 상기 제2 제어 신호는 상기 제1 저항의 일단의 전압 신호이다. 상기 음 전압 바이어싱부는, 상기 스위칭 소자의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함한다. 상기 게이트 구동부는, 상기 제1 저항의 일단에 입력단이 연결되어 있고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 음 전압보다 소정 전압 높은 제1 전압 이하이면 제3 레벨의 신호를 출력하고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압 이상이면 제4 레벨의 신호를 출력하는 제1 슈미트 트리거, 및 상기 제3 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 제4 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 온 시키는 제1 구동 회로를 포함한다. 상기 제2 스위치의 타단에는 접지 전압이 인가되고, 상기 게이트 구동부는, 상기 제3 레벨 및 제4 레벨 각각에 대응하여 제5 레벨 및 제6 레벨의 신호를 출력하는 제1 레벨 시프터를 더 포함하며, 상기 제1 구동 회로는, 상기 제5 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 제6 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 온 시킨다. 상기 제1 구동 회로는, 제1 전압과 상기 접지 전압 사이에서 동작하며, 상기 제5 레벨은 상기 접지 전압에 대응하고, 상기 제6 레벨은 상기 전원 전압에 대응한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 특징에 따르면, 음 전압으로 바이어싱된 제어 신호를 게이트 구동부에 전달할 수 있는 컨버터를 제공한다.
그러면, 출력단에 발생하는 음 전압에 관계없이, 스위치의 스위칭 동작을 안정적으로 제어할 수 있는 컨버터를 제공한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 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 발명의 실시예에 따른 컨버터에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 이하 '스위칭 동작'이란, 스위치가 턴온 된후, 일정시간 온 상태를 유지하다가 턴오프되고, 다시 턴온되기 전까지 턴오프를 유지하는 동작을 의미한다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는 음 전압 바이어싱부(negative voltage biasing unit)(100), 게이트 구동부(200), 상측 스위치(310), 하측 스위치(320), 양 전원(330), 및 음 전원(340)을 포함한다. 게이트 구동부(200)는 9개의 연결단자(1-9)를 통해 다른 구성 요소들과 전기적으로 연결되어 있다. 연결단자 3과 9는 실질적으로 동일한 전위를 가지는 동일한 연결 단자이다. 설명의 편의를 위해 구분하여 도시하였다.
음 전압 바이어싱부(100)는 상측 스위치(310) 및 하측 스위치(320) 각각의 스위칭 동작시, 상측 스위치(310) 및 하측 스위치(320) 각각의 게이트 구동부 제어 신호(HIN, LIN)를 음 전압으로 바이어싱 한다. 음 전압 바이어싱부(100)는 제1 바이어싱부(120) 및 제2 바이어싱부(110)를 포함한다. 제1 바이어싱부(120)는 제1 제어 입력 신호(V1)를 생성하는 제1 오실레이터(121), 저항(122), 양극 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor : 이하 'BJT'라 함.)(123) 및 저항(124)을 포함한다. 제2 바이어싱부(110)는 제2 제어 입력 신호(V2)를 생성하는 제2 오실레이터(111), 저항(112), BJT(113) 및 저항(114)을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 BJT(113, 123)는 p-채널 타입의 pnp BJT이다. 제1 제어 입력신호(V1)이 하이 레벨이면, BJT(123)의 에미터의 전압과 베이스의 전압차가 문턱 전압 이상이 되어 BJT(123)는 턴 온 된다. 턴온 된 BJT(123)에 흐르는 전류가 저항(124)에 흘러 저항(124)의 양단에는 전압(VN1)이 발생한다. 그러면, 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)는 음 전원(-Vneg)의 전압에서 전압(VN1)만큼 상승한 전압 레벨을 가진다. 제1 제어 입력신호(V1)가 로우 레벨이면, BJT(123)는 턴 오프 된다. 그러면, 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)는 음 전원(-Vneg)의 전압과 동일한 레벨이 된다. 제2 제어 입력 신호(V2)가 하이 레벨이면, BJT(113)의 에미터의 전압과 베이스의 전압차가 문턱 전압 이상이 되어 BJT(113)는 턴 온 된다. 턴온 된 BJT(113)에 흐르는 전류가 저항(114)에 흘러 저항(114)의 양단에는 전압(VN2)이 발생한다. 그러면, 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)는 음 전원(-Vneg)의 전압에서 전압(VN2)만큼 상승한 전압 레벨을 가진다. 제2 제어 입력신호(V2)가 로우 레벨이면, BJT(113)는 턴 오프 된다. 그러면, 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)는 음 전원(-Vneg)의 전압과 동일한 레벨이 된다. 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)는 상측 스위치(310)의 온/오프를 제어하기 위한 신호이다. 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)는 하측 스위치(320)의 온/오프를 제어하기 위한 신호이다.
게이트 구동부(200)는 제1 및 제2 게이트 구동부 제어 신호(HIN, LIN) 각각에 따라 제1 및 제2 게이트 제어 신호(Vgs1, Vgs2) 각각을 생성한다. 게이트 구동부(200)는 슈미트 트리거(203, 204), 레벨 시프터(201), 제1 구동 회로(220), 제2 구동 회로(230), 기생 다이오드(201, 202) 및 저항(205, 206)을 포함한다. 기생 다이오드(201)는 연결단자(9)와 연결단자(4) 사이에 형성되어 있고, 기생 다이오드(202)는 연결단자(9)와 연결단자(7) 사이에 형성되어 있다. 컨버터가 정상 동작하기 위해서는 기생 다이오드(201,202)는 순방향 바이어스 되지 않는 것이 바람직하다. 접점(NOUT)의 전압이 음의 전압이 되더라도, 연결단자(9)를 통해 인가되는 공통 전압(COM)은 음의 전원(-Vneg)의 전압이므로, 기생 다이오드(201, 202)는 순방향 바이어스 되지 않는다.
슈미트 트리거(203)는 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)에 따라 하이 레벨 또는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 슈미트 트리거(203)는 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)가 공통 전압(COM)보다 높은 소정의 전압(이하, '저임계 전압'이라 함.)(LT1)보다 작을 때, 로우 레벨의 신호를 출력하고, 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)가 전압(Vcc)보다 낮은 소정의 전압(이하, '고임계 전압'이라 함.)(HT1)이상일 때는 하이 레벨의 신호를 출력한다. 슈미트 트리거(203)의 동작 범위는 공통 전압(COM) 및 전압(Vcc)에 의해 결정되고, 제1 구동 회로(220)의 동작 범위는 연결 단자(4, 6)를 통해 인가되는 전압(VS, VB)에 따라 결정된다. 이에 따라 슈미트 트리거(203)의 출력 신호가 제1 구동 회로(220)의 동작 범위를 벗어날 수 있다. 동작 범위란, 입력 신호에 따라 결정되는 출력 신호가 가지는 전압 범위를 의미한다. 이를 방지하기 위해, 레벨 시프터(210)는 슈미트 트리거(203)의 출력 신호를 제1 구동 회로(220)에 적절한 범위로 시프트시켜 출력한다.
제1 구동 회로(220)는 슈미트 트리거(203)의 하이 레벨 출력 신호가 시프트 된 신호에 따라 상측 스위치(310)를 턴 온 시키기 위한 제1 게이트 제어 신호(Vgs1)를 생성한다. 제1 구동 회로(220)는 슈미트 트리거(203)의 로우 레벨 출력 신호가 시프트 된 신호에 따라 상측 스위치(310)를 턴 오프 시키기 위한 제1 게이트 제어 신호(Vgs1)를 생성한다. 제1 게이트 제어 신호(Vgs1)는 연결단자(5)를 통해 상측 스위치(310)의 게이트 전극으로 전달된다.
슈미트 트리거(204)는 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)에 따라 하이 레벨 또는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 슈미트 트리거(204)는 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)가 슈미트 트리거(204)의 저임계 전압(LT2)보다 작을 때, 로우 레벨의 신호를 출력하고, 제3 게이트 구동부 제어 신호(LIN)가 슈미트 트리거(204)의 고임계 전압(HT2) 이상일 때는 하이 레벨의 신호를 출력한다. 슈미트 트리거(204) 및 제2 구동 회로(230)의 동작 범위는 전압(Vcc) 및 공통 전압(COM)이 따라 결정되는 바, 별도의 레베 시프터를 필요로 하지 않는다.
제2 구동 회로(230)는 하이 레벨의 슈미트 트리거(204)의 출력 신호에 따라 하측 스위치(320)를 턴 온 시키기 위한 제2 게이트 제어 신호(Vgs2)를 생성한다. 제2 구동 회로(230)는 로우 레벨의 슈미트 트리거(204)의 출력 신호에 따라 하측 스위치(320)를 턴 오프 시키기 위한 제2 게이트 제어 신호(Vgs2)를 생성한다. 제2 게이트 제어 신호(Vgs2)는 연결단자(8)를 통해 하측 스위치(320)의 게이트 전극으로 전달된다.
제1 구동 회로(220)의 전원(313)은 연결단자(4)와 연결단자(6) 사이에 연결되어 있고, 전압(VB)과전압(VS)간의 차를 유지한다. 제2 구동 회로(230)의 전원(312)은 연결단자(7)과 연결단자(9) 사이에 연결되어 있고, 전압(Vcc)과 공통 전압(COM)간의 차를 유지한다.
상측 스위치(310) 및 하측 스위치(320)는 MOSFET(metal oxcide semiconductor field effection transistor) 또는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 을 사용하여 구현되며, 바디 다이오드(311, 321)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 상측 스위치(310) 및 하측 스위치(320)은 n-channel 타입의 MOSFET 또는 IGBT 소자로 구현된다. 따라서 제1 및 제2 게이트 제어 신호(Vgs1, Vgs2)가 하이 레벨이면 턴 온 되고, 로우 레벨이면 턴 오프된다. 상측 스위치(310)의 소스 전극과 하측 스위치(320)의 드레인 전극이 만나는 접점이 출력단이되며, 부하는 출력단과 접지 사이에 연결되어 있다. 전원(+Vpos)은 상측 스위치(310)의 드레인 전극과 접지 사이에 연결되어 있고, 음 전원(-Vneg)은 하측 스위치(320)의 소스 전극과 접지 사이에 연결되어 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 한 실시 예에 따른 컨버터의 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터의 구동 파형을 나타낸 것이다.
기간(T1)동안, 신호(V1)가 하이 레벨이면, 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)는 전압(VN1)만큼 상승한 음의 전압(VH1)이 된다. 전압(VH1)은 고임계 전압(HT1)보다 크다. 그러면 슈미트 트리거(203)는 하이 레벨의 신호를 레벨 시프터(210)로 출력하고, 레벨 시프터(210)는 이를 적절한 레벨의 신호로 변환하여 제1 구동 회로(220)로 전달한다. 상측 스위치(310)는 하이 레벨의 제1 게이트 제어 신호(Vgs1)에 따라 턴 온이다. 기간(T1)동안, 신호(V2)는 로우 레벨이므로, 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)는 음 전원(-Vneg)의 전압이 되고, 슈미트 트리거(204)는 로우 레벨의 출력 신호를 제2 구동 회로(230)에 전달한다. 하측 스위치(320)는 로우 레벨의 제2 게이트 제어 신호(Vgs2)에 따란 턴 오프이다. 그러면 출력단(NOUT)의 전압은 전원(Vpos)의 전압이 된다.
기간(T2)동안, 신호(V2)가 하이 레벨이면, 제2 게이트 구동부 제어 신호(LIN)는 전압(VN2)만큼 상승한 음의 전압(VH2)이 된다. 전압(VH2)은 고임계 전압(HT2)보다 크다. 그러면 슈미트 트리거(204)는 하이 레벨의 신호를 제2 구동 회로(230)로 전달한다. 하측 스위치(320)는 하이 레벨의 제2 게이트 제어 신호(Vgs2)에 따라 턴 온이다. 기간(T2)동안, 신호(V1)는 하이 레벨이므로, 제1 게이트 구동부 제어 신호(HIN)는 음 전원(-Vneg)의 전압이 되고, 슈미트 트리거(203)는 로우 레벨의 출력 신호를 레벨 시프터(210)로 전달한다. 상측 스위치(310)는 로우 레벨의 제1 게이트 제어 신호(Vgs1)에 따라 턴 오프이다. 그러면 출력단(NOUT)의 전압은 음 전원(-Vneg)의 전압이 된다.
이와 같은 동작을 반복하면서, 상측 스위치(310) 및 하측 스위치(320)을 교 대로 온/오프 시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 음 전압 바이어싱 부(100)는 제1 및 제2 게이트 구동부 제어 신호를 음 전압으로 바이어싱 하여 게이트 구동부(200)에 입력한다. 그리고 게이트 구동부(200)에는 음 전원(-Vneg)의 전압이 기준 전위로 인가된다. 따라서 게이트 구동부(200)는 종전과 달리 음 전원(-Vneg)의 전압을 기준으로 게이트 구동부 제어 신호에 따라 상측 및 하측 스위치(310, 320)를 제어할 수 있다. 이에 따라 출력단(NOUT)의 전압이 음의 전압으로 변동하여도, 게이트 구동부(200)는 상측 및 하측 스위치(310, 320)를 정확히 제어할 수 있는 게이트 제어 신호(Vgs1, Vgs2)를 생성할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 제어 회로는 게이트 구동부(400)가 앞서 설명한 게이트 구동부(200)와 달리 공통 전압(COM)으로 접지 전압이 인가된다. 구체적으로, 연결 단자 (9)에전압(Vsub)와 전압(+Vsub)의 합인 접지 전압이 인가된다. 그리고 전압(Vsub)이 제2 구동 회로(230)에 추가적으로 인가되므로, 제2 구동 회로(230)와 슈미트 트리거(204)회로 간에 전압(Vsub)만큼의 동작 범위 차이가 발생한다. 따라서슈미 트리거(204)의 출력 신호를 제2 구동회로(230)에 전달하기 위해 레벨 시프터(240)가 더 필요하다. 레벨 시프터(240)는 레벨 시프터(210)와 동일한 기능을 수행한다.
또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 컨버터는 앞서 설명한 컨버터와 달리, 하나의 스위치만을 포함할 수 있으며, 이때 컨버터의 제어 회로는 한 스위치의 스위칭 동작을 제어한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 음 전압 바이어싱부(130)는 제3 제어 입력 신호를 생성하는 제3 오실레이터(131), 저항(132), BJT(133) 및 저항(134)을 포함한다. 저항(134) 양단에 발생하는전압은 게이트 구동부 제어신호(HIN2)로 게이트 구동부(410)에 입력된다. 전원(314)은 전압(VCC)와 공통 전압(COM)간의 전압차를 일정하게 유지한다. 공통 전압(COM)은 음 전원(-Vneg)의 전압이다. 도 1에서 설명한 실시 예와 비교하여, 하측 스위치(320)를 구동시키기 위한 구성만을 제외한 다른 구성은 동일하다. 게이트 구동부(410)는 저항(416), 슈미트 트리거(413), 기생 다이오드(411), 레벨 시프터(415) 및 구동 회로(417)를 포함한다. 슈미트 트리거(413)은 게이트 구동부 제어 신호(HIN2)에 따라 하이 레벨 또는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 레벨 시프터(415)는 슈미트 트리거(413)의 출력 신호를 구동 회로(417)의 동작 범위에 적합하도록 시프트 시켜, 구동 회로(417)로 출력한다. 구동 회로(417)는 스위치(510)를 온/오프 시키는 게이트 제어 신호를 스위치(510)의 게이트 전극으로 출력한다. 전압(513)은 전압(VB)과 전압(VS) 차를 유지한다.
지금까지 음 전압 바이어싱부(100, 130)에서 저항(112, 122, 132)을 포함하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 저항(112, 122, 132)를 포함하지 않고 동작할 수 있다. 또한, BJT소자 대신 동일한 채널 타입의 MOSFET 소자를 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 컨버터를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3 실시 예의 컨버터와 유사하다. 다만, 본 발명의 제3 실시 예의 컨버터와 달리 전원(513)을 포함하지 않고, 전원(314)이 전압(VB)을 제공한다. 그리고 스위치(510)의 드레인 전극이 부하(도시하지 않음)에 연결된다.
도 6은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제5 실시 예의 컨버터는 제4 실시 예와 달리 레벨 시프터를 포함하지 않는다. 전압(VS)은 음 전원(-Vneg)의 전압과 동일하고 전압(VCC)이 구동 회로(435)에 입력된다. 그러면, 슈미트 트리거(433)의 출력 신호가 구동 회로(435)의 동작을 제어하기 적절한 범위의 값을 가진다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로에서, 음 전압 바잉어싱부(130`)의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 음 전압 바이어싱부(130`)가 바이어스 전압원(Vbias)를 더 포함하고 있다. 바이어스 전압원(Vbias)이 스위칭 소자인 BJT(133)의 베이스에 인가되어 있고, 제3 오실레이터(131)의 제3 제어 입력 신호는 하이 레벨과 로우 레벨을 교대로 가진다. 제3 제어 입력 신호의 하이 레벨은 BJT(133)를 턴 온 시킬 수 있도록 바이어스 전압원(Vbias)에 비해 충분히 높은 레벨이다. 제3 제어 입력 신호의 로우 레벨은 BJT(133)를 턴 오프 시킬 수 있는 레벨로서, 바이어스 전압원(Vbias)와 동일한 레벨일 수 있다.
도 7에 도시된 음 전압 바이어싱부(130`)는 제1, 2, 4 및 5 실시 예에서도 적용 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 음 전압 바이어싱부의 또 다른 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 음 전압 바이어싱부(140)은 두 개의 스위칭 소자를 이용하여 구현할 수 있다.
음 전압 바이어싱부(140)는 제4 제어 입력 신호를 생성하는 제4 오실레이터 (141), 저항(143, 145), 스위칭 소자인 BJT(142, 144) 및 전원(146)을 포함한다.
전원(146)은 저항(143)의 일단에 전압(VDD)을 인가한다. 제4 오실레이터(141)는 제4 제어 입력 신호를 BJT(142)의 베이스에 출력한다. BJT(142)의 에미터에는 접지 전압이 인가되고, 컬렉터는 BJT(144)의 베이스 및 저항(143)의 타단에 연결되어 있다. BJT(144)의 에미터는 저항(143)의 일단에 연결되어 있고, 컬렉터는 저항(145)의 일단에 연결되어 있다. 저항(145)의 타단은 접지 전압이 인가되며, 접지 전압과 저항(145)의 타단 사이에는 전압(Vsub)차가 인가된다. 즉, 저항(145)의 타단에는 음 전압(-Vsub)이 인가된다. 저항(145)의 타단과 BJT(144)의 컬렉터 사이의 접점이 게이트 구동부 제어 신호가 발생하는 음 전압 바이어싱부(140)의 출력단이 된다. BJT(142) 및 BJT(144) 각각은 n-channel 및 p-channnel 타입이다. 제4 제어 입력신호가 하이 레벨이면, BJT(142)가 턴온되어, 접지 전압이 BJT(144)의 베이스 전극에 인가되고, BJT(144)가 턴 온된다. 그러면, 전압(VDD)과 접지 전압차에 대응하는전류가 BJT(144)에 흐르고, 이 전류가 저항(145)에 흐를 때, 저항(145)의 양단에 발생하는 전압만큼 음 전압(-Vsub)에서 상승한 전압이 게이트 구동부 제어 신호가 된다. 또한, BJT 소자 대신 동일 채널 타입의 MOSFET을 사용할 수 있다.
도 8에 도시된 음 전압 바이어싱부(140)는 본 발명의 제1 내지 5 실시 예에 모두 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컨버터의 구동 파형을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 컨버터의 제어 회로의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 음 전압 바이어싱부의 변형 예를 나타낸 도면이다.

Claims (20)

  1. 출력단에 일단이 연결된 제1 스위치,
    상기 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 구동부, 및
    상기 게이트 구동부에 음 전압을 가지는 제1 제어 신호를 생성하여 전달하는 음 전압 바이어싱부를 포함하고,
    상기 게이트 구동부는,
    상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 소정의 음 전압을 입력받으며, 상기 제1 제어 신호는 상기 음 전압과 동일한 전압 또는 소정 레벨 높은 전압을 가지는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    제1 레벨 및 제2 레벨을 교대로 가지는 제1 제어 입력 신호를 생성하는 제1 오실레이터,
    상기 제1 제어 입력신호의 제1 레벨에 응답하여 턴 온되는 스위칭 소자, 및
    상기 스위칭 소자의 일단에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 전류가 흐르며, 상기 음 전압이 타단에 인가되는 제1 저항
    을 포함하며,
    상기 제1 제어 신호는 상기 제1 저항의 일단의 전압 신호인 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    상기 스위칭 소자의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함하는 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 구동부는,
    상기 제1 저항의 일단에 입력단이 연결되어 있고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 음 전압보다 소정 전압 높은 제1 전압 이하이면 제3 레벨의 신호를 출력하고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압 이상이면 제4 레벨의 신호를 출력하는 제1 슈미트 트리거,
    상기 제3 레벨 및 제4 레벨 각각에 대응하여 제5 레벨 및 제6 레벨의 신호를 출력하는 제1 레벨 시프터, 및
    상기 제5 레벨의 신호에 응답하여 상기 제1 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 제6 레벨의 신호에 응답하여 상기 제1 스위치를 턴 온 시키는 제1 구동 회로를 포함하는 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동 회로는,
    상기 출력단의 전압과 소정 레벨의 전원 전압 사이에서 동작하며, 상기 제5 레벨은 상기 출력단의 전압에 대응하고, 상기 제6 레벨은 상기 전원 전압에 대응하는 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    상기 스위칭 소자는 양극 접한 트랜지스터로 구현되고, 상기 양극 접한 트랜지스터의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 제2 저항을 더 포함하는 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BJT는 p 채널 타입이고, 상기 제1 레벨은 하이 레벨이며, 상기 제2 레벨은 로우 레벨이고, 상기 제2 저항은 상기 BJT의 에미터와 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 저항은 상기 양극 접한 트랜지스터의 컬렉터에 일단이 연결되어 있는 컨버터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    상기 스위칭 소자는 MOSFET(metal oxcide field effection transistor)으로 구현되고, 상기 MOSFET의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 제2 저항을 더 포함하는 컨버터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 MOSFET은 p 채널 타입이고, 상기 제1 레벨은 하이 레벨이며, 상기 제2 레벨은 로우 레벨이고, 상기 제2 저항은 상기 MOSFET의 소스 전극과 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 저항은 상기 MOSFET의 드레인 전극에 일단이 연결되어 있는 컨버터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    제1 레벨 및 제2 레벨을 교대로 가지는 제1 제어 입력 신호를 생성하는 제1 오실레이터,
    상기 제1 제어 입력신호의 제1 레벨에 응답하여 턴 온되고, 일단에 제1전원이 연결되어 있는 제1 스위칭 소자,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단의 전압에 따라 온/오프되면, 일단에 제2 전원이 연결되어 있는 제2 스위칭 소자,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되어 있고, 타단에 제2 전원이 연결되어 있는 제1 저항, 및
    상기 제2 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되어 있고, 타단에 상기 음 전압이 발생하는 제2 저항을 포함하며,
    상기 제1 제어 신호는 상기 제2 저항의 일단의 전압 신호인 컨버터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자는 다른 채널 타입인 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전원은 접지 전압이며, 상기 제1 스위칭 소자는 n 채널 타입이고, 상기 제2 스위칭 소자는 p 채널 타입인 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 BJT인 컨버터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 MOSFET인 컨버터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 출력단에 일단이 연결되어 있는 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 음 전압 바이어싱부는 상기 게이트 구동부에 음 전압을 가지는 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 게이트 구동부는 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 제2 제어 신호는 상기 음 전압과 동일한 전압 또는 소정 레벨 높은 전압을 가지는 컨버터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    제1 레벨 및 제2 레벨을 교대로 가지는 제1 제어 입력 신호를 생성하는 제1 오실레이터,
    상기 제1 제어 입력신호의 제1 레벨에 응답하여 턴 온되는 스위칭 소자, 및
    상기 스위칭 소자의 일단에 연결되어 있고, 상기 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 전류가 흐르며, 상기 음 전압이 타단에 인가되는 제1 저항
    을 포함하며,
    상기 제2 제어 신호는 상기 제1 저항의 일단의 전압 신호인 컨버터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 음 전압 바이어싱부는,
    상기 스위칭 소자의 타단과 상기 제1 오실레이터 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 더 포함하는 컨버터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 게이트 구동부는,
    상기 제1 저항의 일단에 입력단이 연결되어 있고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 음 전압보다 소정 전압 높은 제1 전압 이하이면 제3 레벨의 신호를 출력 하고, 상기 입력단에 입력된 전압이 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압 이상이면 제4 레벨의 신호를 출력하는제1 슈미트 트리거, 및
    상기 제3 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 제4 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 온 시키는 제1 구동 회로를 포함하는 컨버터.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 스위치의 타단에는 접지 전압이 인가되고,
    상기 게이트 구동부는,
    상기 제3 레벨 및 제4 레벨 각각에 대응하여 제5 레벨 및 제6 레벨의 신호를 출력하는 제1 레벨 시프터를 더 포함하며,
    상기 제1 구동 회로는,
    상기 제5 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 오프 시키고, 상기 제6 레벨의 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 턴 온 시키는 컨버터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 구동 회로는,
    제1 전압과 상기 접지 전압 사이에서 동작하며, 상기 제5 레벨은 상기 접지 전압에 대응하고, 상기 제6 레벨은 상기 전원 전압에 대응하는 컨버터.
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