KR20100096175A - 전류 컨버터에서 보조 전류 회로들에 대한 스위칭 가능 전류 공급 - Google Patents

전류 컨버터에서 보조 전류 회로들에 대한 스위칭 가능 전류 공급 Download PDF

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KR20100096175A
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클라우스 피셔
요제프 크레이트마이르
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오스람 게젤샤프트 미트 베쉬랭크터 하프퉁
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Abstract

본 발명은 예를 들어 방전 램프의 보조 전류원에 관한 것이다. 제 1 캐패시터(C2)는 처음에 직류 전류 중간 회로 또는 직류 전류원 접속부(Uzw)에 의해 충전된다. 특정 전압 임계값에 도달될 때, 인버터의 제어 회로(HBD)는 처음으로 활성화된다. 인버터가 활성화될 때, 상기 캐패시터에는 인버터의 AC 접속부(HBM)에 의해 전류가 공급된다. 상이한 캐패시터 전류들이 도달될 때, 다른 회로들, 예를 들어 제어 장치(MC) 및 다른 컨슈머들(OP, DR)에는 전자 회로(T2, T4, T5) 및 제 1 캐패시터(C2)에 의해 전류가 공급된다. 제어 회로(HDB)는 특정 임계값에 도달되지 않을 때 비활성화된다.

Description

전류 컨버터에서 보조 전류 회로들에 대한 스위칭 가능 전류 공급{SWITCHABLE CURRENT SUPPLY FOR AUXILIARY CURRENT CIRCUITS IN A CURRENT CONVERTER}
본 발명은 제어 장치에 대한 스위칭 가능 전압부를 갖는 회로 어레인지먼트(arrangement)에 관한 것이고, 상기 회로 어레인지먼트는 DC 전압원에 접속하기 위한 DC 전압 공급 단자 및 AC 전압원에 접속하기 위한 AC 전압 공급 단자를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 회로 어레인지먼트 내 제어 장치에 대한 전압 공급을 스위칭 오버(switching over)하기 위한 방법에 관한 것이다.
회로 어레인지먼트들, 특히 자유롭게 발진하는 발진기로서 구성되지 않고 그러므로 전자 안정기를 제어하기 위한 컴포넌트 부품을 포함하는 방전 램프들을 동작시키기 위한 전자 안정기들에서, 이들 제어 컴포넌트 부품에 대해, 동작 상태에 적당한 이용 가능한 충분한 공급 전력을 형성하는 것이 필요하다.
일반적으로, 두 개의 상이한 동작 상태들이 있다: 첫째로 일단 공급 전압이 인가되었다면 소비되는(run through) 런 업(run up) 상태 및 둘째로 동작 동안 발생하는 정상 동작 모드.
런 업 상태는 공급 캐패시터가 가능한 한 높은 저항값을 가진 런 업 저항기를 통하여 간단한 방식으로 충전된다는 사실을 특징으로 하고, 상기 공급 캐패시터는 동시에 적어도 하나의 제어 컴포넌트 부품의 전력 공급을 위한 버퍼로서 동작한다. 만약 충전 전압이 제어 컴포넌트 부품에 대한 충분한 값에 도달하면, 상기 제어 컴포넌트 부품은 동작하기 시작하고 예를 들어 안정기의 트랜지스터들을 제어한다; 상기 정상 동작 모드는 도달되었다. 이런 런 업 상태에서, 제어 컴포넌트 부품은 정상 동작 모드에서 보다 상당히 작은 전류, 소위 런 업 전류를 요구한다.
정상 동작 모드에서, 버퍼 캐패시터는 일반적으로 정상 동작 모드에서 제어 컴포넌트 부품의 현저하게 높은 전류 요구 조건을 이용하게 하도록 전하 펌프를 통하여 충전된다. 이런 전하 펌프는 일반적으로 첫째로 높은 AC 전압 용량을 가진 전위, 예를 들어 하프 브리지 형태의 브리지 회로의 하프-브리지 중심점에 결합되고, 그리고 둘째로 두 개의 다이오드들에 결합된 두 개의 다이오드들 및 하나의 캐패시터를 포함한다.
비교적 복잡한 안정기들에서, 정상 동작 모드에서 전력이 공급될 필요가 있는 다수의 제어 컴포넌트 부품이 있지만, 전력 공급 캐패시터를 충전하기 위해 요구된 전류를 가능한 한 작게 유지하여 동작 동안 런 업 저항기의 손실들을 최소화하기 위해 런 업 상태 동안 상기 제어 컴포넌트 부품에 대한 전류 공급이 중단될 필요가 있다.
특정 경우들에서, 현재 안정기의 동작을 중단할 필요가 있을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 제어 회로의 적어도 개별 부품에 전류를 공급하는 것이 필요할 수 있다. 이것은 예를 들어 안정기의 동작이 과도하게 작은 공급 전압으로 인해 중단될 필요가 있고, 그리고 장치가 슬리핑 모드(sleep mode)로 설정될 필요가 있는 경우이지만, 다시 충분한 전압이 있을 때 다시 시동될 필요가 있는 경우일 수 있다. 다른 가능한 기준은 예를 들어 오퍼레이터 또는 자동 타이머에 의해 발생되는 스위칭-오프 동작이다. 오퍼레이터 또는 자동 타이머에 의해 원해지는 바와 같이 다시 공급 전압 또는 재시동 스타트업(startup)에 충분한 값의 결정은 예를 들어 이런 목적을 위해 이런 슬리핑 모드에서도 작은 전류가 공급될 필요가 있는 마이크로제어기 같은 제어 컴포넌트 부품에 의해 발생할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 처음에 언급된 타입의 회로 어레인지먼트 및 처음에 언급된 타입의 방법을 개발하는데 있고, 상기 회로 어레인지먼트는 여기에서부적절한 기준에 부합될 때 제어 장치에 의해 슬리핑 모드로 설정되고 이런 슬리핑 모드에서 유지될 수 있다. 상기 기준이 더 이상 부합되지 않자마자, 제어 장치는 회로 어레인지먼트의 동작을 재개하여야 한다.
이 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 가진 회로 어레인지먼트 및 청구항 제 14 항의 특징들을 가진 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 정상 동작을 중단하기 위해, 즉 슬리핑 모드를 달성하기 위해, 인버터의 스위치들을 구동하는데 사용된 구동 회로의 공급 전압이 스위치에 의해 임계값 아래로 인출되면 ― 그때 구동 회로는 비활성 상태, 즉 소위 부족전압 잠금(lockout)으로 이동함 ―, 상기 목적이 달성될 수 있다는 지식을 바탕으로 한다. 그러므로 인버터의 AC 전압원에 결합된 입력부를 가진 전하 펌프는 다른 제어 컴포넌트 부품에 공급하기 위하여 이용할 수 있는 전류를 더 이상 형성하지 않는다. 동시에, 공급 경로는 그 다음 이 스위치를 통하여 분리되고, 이를 통해 공급 경로 전류는 전력을 상기 제어 장치에 공급하기 위해 런 업 저항기를 통하여 제어 장치의 공급 전위로 도통된다.
이것은 일반적인 형태의 회로 어레인지먼트에 의해 달성되고, 상기 회로 어레인지먼트는 제 1 노드를 형성하기 위해 제 1 논리액티브 저항기, 소위 런 업 저항기를 통하여 DC 전압 공급 단자에 결합된 제 1 단자, 및 기준 전위에 결합된 제 2 단자를 가진 전력 공급 캐패시터로서 상기에 지칭된 제 1 캐패시터; 인버터의 스위치를 구동하기 위한 구동 회로 ― 상기 구동 회로는 제 1 노드에 결합된 공급 단자를 가짐 ―; AC 전압 공급 단자에 결합된 입력부, 및 제 1 노드에 결합된 출력부를 가진 전하 펌프 ― 상기 AC 전압 공급 단자는 인버터가 동작 중일 때만 AC 전압을 제공하는 AC 전압원에 결합됨 ―; 제어 장치 ― 상기 제어 장치는 적어도 하나의 입력부, 하나의 출력부 및 적어도 하나의 공급 단자를 포함함 ―; 제 1 전자 스위치; 제 2 전자 스위치; 및 제 3 전자 스위치 ― 각각의 스위치는 제어 전극, 기준 전극 및 작용(working) 전극을 가지며, 상기 제 1 전자 스위치 및 상기 제 2 전자 스위치의 기준 전극은 제 1 노드에 결합되고, 상기 제 1 전자 스위치의 작용 전극은 제어 장치의 공급 단자에 결합되고, 상기 제 1 전자 스위치의 제어 전극은 제 1 전압 제한 장치를 통하여 기준 전위에 결합되고, 상기 제 1 전자 스위치의 제어 전극은 제 3 전자 스위치의 작용 전극에 결합되고, 상기 제 3 전자 스위치의 제어 전극은 제어 장치의 출력부에 결합되고, 상기 제 3 전자 스위치의 기준 전극은 기준 전위에 결합되고, 상기 제 2 전자 스위치의 제어 전극은 제 2 전압 제한 장치를 통하여 기준 전위에 결합되고, 상기 제 2 전자 스위치의 작용 전극은 제 1 다이오드를 통하여 제어 장치의 공급 단자에 결합되고, 그리고 적어도 하나의 추가 부하, 특히 상기된 추가 제어 컴포넌트 부품은 제 2 전자 스위치의 작용 전극에 결합됨 ―을 더 포함한다.
바람직하게, 제 1 전압 제한 장치의 브레이크다운(breakdown) 전압은 제 2 전압 제한 장치의 브레이크다운 전압보다 작다. 이것은 제 1 전자 스위치가 온이면, 제 2 전자 장치가 오프인 것을 보장한다.
추가로 구동 회로가 런 업 전류를 가지는 것은 바람직하고, 여기서 제 1 논리액티브(nonreactive) 저항기는 DC 전압 공급 단자에 접속될 DC 전압원의 최소 전압 및 최대 런 업 전류의 비율(quotient)보다 작거나 같은 값을 가진다. 여기서 구동 회로가 구동 회로의 런 업을 아직 유도하지 않는(부족전압 잠금) 제 1 캐패시터 양단의 전압들에서도 전류를 소비하는 것은 고려되어야 한다. 이 단계에서, 추가로 전류는 제어 장치에 의해 소비된다. 이들 두 개의 전류들의 합이 작으면, 상기 구동 회로가 별개로 셧다운 되지 않고 제 1 논리액티브 저항기, 소위 런 업 저항기를 통하여 구동 회로에 전류를 공급할 가능성이 있다. 구동 회로 및/또는 제어 장치가 회로 어레인지먼트의 슬리핑 모드에서 너무 많은 전류를 요구하면, 이하에서 추가로 상세히 기술된 바와 같이 이런 목적을 위해 요구된 제 4 전자 스위치의 도입으로 구동 회로의 별개의 셧다운은 보다 유리하다.
바람직하게, 제 2 캐패시터는 제 2 전자 스위치의 작용 전극 - 기준 전위 경로와 병렬로 접속된다. 그 다음 상기 제 2 캐패시터는 정상 동작 모드에서 추가 부하들 및 또한 제어 장치에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.
상기에서 이미 짧게 언급된 바와 같이, 바람직한 개선은 회로 어레인지먼트가 제어 전극, 기준 전극 및 작용 전극을 가진 제 4 전자 스위치를 더 포함한다는 사실에 의해 특징지어지고, 여기서 제 4 전자 스위치의 기준 전극 - 전극 경로는 제 1 노드 및 구동 회로의 공급 단자 사이에 결합되고, 제 4 전자 스위치의 제어 전극은 제 3 전압 제한 장치 및 제 2 논리액티브 저항기를 포함하는 직렬 회로를 통하여 기준 전위에 결합된다. 이것은 상기에서 이미 짧게 언급되고 슬리핑 모드에서 과도하게 높은 전류가 구동 회로로 흐르는 것을 막고 그러므로 충분히 높은 전류가 더 이상 제어 장치에 이용되지 못하게 하는 변형을 가능하게 한다.
UD2가 제 1 전압 제한 장치의 브레이크다운 전압이고, UD4가 제 2 전압 제한 장치의 브레이크다운 전압이고 UD1가 제 3 전압 제한 장치의 브레이크다운 전압인 경우, 다음은 바람직하게 적용된다:
UD2 < UD1 < UD4.
이런 조치는 런 업 동안, 첫째 구동 회로에 에너지가 공급되고, 인버터의 에너지가 상승되면, 제어 장치 및 나머지 부하들에 에너지가 공급되는 것을 보장한다. 그러나, 슬리핑 모드에서, 이것은 구동 회로 및 나머지 부하들에 어떠한 에너지도 공급되지 않고, 대신 제어 장치에만 지금 새로운 전류 경로를 통하여 에너지가 공급되는 것을 보장한다.
바람직하게, 인버터는 하프-브리지 회로 형태이고, 하프-브리지 중심점은 AC 전압원을 나타낸다.
게다가 제 1 논리액티브 저항기 및 제 1 캐패시터 사이에 결합된 제 4 전압 제한 장치가 제공될 수 있고, 제 4 전자 스위치의 기준 전극은 제 1 논리액티브 저항기 및 제 4 전압 제한 장치 사이의 노드에 결합되고, 전하 펌프의 출력부, 제 1 전자 스위치의 기준 전극 및 제 2 전자 스위치의 기준 전극은 제 4 전압 제한 장치 및 제 1 캐패시터 사이의 노드에 결합된다. 이 실시예는 구동 회로가 동작을 시작하는 전압 및 구동 회로가 제 1 캐패시터 양단의 전압을 클램핑(clamp)하는 최대 전압 사이의 차가 너무 작아서, 그 결과 바람직하게 제 2 전압 제한 장치로서 사용되는 제너 다이오드의 제너 전압에 대한 적당한 값을 발견하는 것이 더 이상 가능하지 않은 것이 발생할 수 있는 환경을 고려한다. 제 2 전압 제한 장치로서 사용되는 제너 다이오드의 제너 전압, 및 그러므로 제 1 캐패시터 양단의 전압은 제 2 전자 스위치가 턴 온되는 것을 초과할 때 첫째로 구동 회로가 동작하는 임계 전압보다 매우 높아야 하고 둘째로 구동 회로의 클램핑 전압보다 매우 낮아야 한다. 이 실시예에 따라, 그러므로 제 4 전압 제한 장치, 특히 제 4 제너 다이오드는 구동 회로에 대한 공급 라인과 직렬로 접속된다. 이런 제너 다이오드에 의해 상기된 차는 증가될 수 있다. 문제없는 동작을 위해, 제 1 논리액티브 저항기가 제 1 캐패시터에 직접 접속되는 것이 아니고, 제 4 전압 제한 장치로서 동작하는 제너 다이오드의 애노드에 접속되는 것이 유리하다.
제어 장치에 공급 전압의 신뢰성 있는 공급을 위해, 전압 조절기는 바람직하게 제 1 전자 스위치의 작용 전극 및 제어 장치의 공급 단자 사이에 결합된다.
바람직하게, 적어도 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전압 제한 장치는 추가로 제너 다이오드 형태이다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전압 제한 장치가 트랜지스터들 또는 트랜지스터 회로들에 의해 구현되는 실시예들은 마찬가지로 가능하지만, 값비싸다.
바람직하게, 제 1 전압 제한 장치는 제 1 전자 스위치의 제어 전극 및 제 3 전자 스위치의 작용 전극 사이에 직렬로 결합된다. 이 경우, 제 3 전자 스위치는 바람직하게 바이폴라 트랜지스터 형태이다.
이에 대한 대안은 추가로 제 1 전자 스위치의 제어 전극 및 제 3 전자 스위치의 작용 전극 사이에 결합된 제 3 논리액티브 저항기를 제공하고, 제 3 전자 스위치는 MOSFET 형태이고, 제 1 전압 제한 장치는 첫째로 제 3 논리액티브 저항기 및 제 3 전자 스위치의 작용 전극 사이 노드에 결합되고 둘째로 제 1 노드에 결합된다. 바이폴라 트랜지스터 형태의 제 3 전자 스위치의 실시예에서, 상기 전자 스위치가 스위칭 온 된 것을 유지하도록, 제어 장치가 제 3 전자 스위치에 대한 이용가능한 베이스 전류를 형성하는 것이 필요한 반면, MOSFET 형태의 제 3 전자 스위치의 실시예에서, 상기 전자 스위치의 게이트만이 다시 충전될 필요가 있다. 이런 후자의 실시예는 그러므로 특히 낮은 전류 소비를 특징으로 한다.
제 3 전자 스위치가 바이폴라 트랜지스터 형태인 실시예에서, 제 4 논리액티브 저항기는 제 3 전자 스위치의 제어 전극 및 제어 장치의 출력부 사이에 결합될 수 있다. 상기 제 4 논리액티브 저항기는 제어 장치의 출력부가 제 3 전자 스위치의 베이스/이미터 전압에 클램핑되지 않는 것을 보장한다.
추가 유리한 실시예들은 종속항들에 제공된다.
본 발명에 따른 회로 어레인지먼트를 참조하여 제안된 바람직한 실시예들 및 이 실시예들의 장점들은 만약 응용 가능하다면 본 발명에 따른 방법에 대해 진실이다.
본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기에 보다 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 제 1 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 제 2 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 제 3 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 제 4 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 대한 몇몇 전기 변수들의 시간 프로파일을 도시한다.
동일한 참조 부호들은 다양한 예시적인 실시예들에서 동일하고 기능적으로 동일한 엘리먼트들에 사용되었다.
도 1은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 표시 OP는 유사한 부하들을 나타내고, 표시 DR은 디지털 부하들을 나타낸다. 이들은 처음에 언급된 제어 컴포넌트 부품을 포함한다.
첫째, 캐패시터(C2)는 특히 중간 회로 전압(UZW)을 나타낼 수 있는 DC 전압원으로부터 런 업 저항기(R4)를 통해 느리게 충전된다. 트랜지스터들(T1 및 T4)은 캐패시터(C2) 양단의 전압이 트랜지스터(T1)를 스위칭 온 하는 제너 다이오드(D1)의 제너 전압, 및 트랜지스터(T4)를 스위칭 온 하는 제너 다이오드(D4)의 제너 전압을 초과하지 않는 한 오프이다. 논리액티브 저항기(R1)는 트랜지스터(T1)의 이미터 전압이 강력하게 클램핑되지 않도록 제너 다이오드(D1)와 직렬로 배열된다.
실질적으로 제너 다이오드(D1)의 제너 전압에 대응하는 트랜지스터(T1)에 대한 스위칭-온 전압(개선된 이해를 위해 각각 연관된 트랜지스터의 베이스/이미터 변화로 인한 작은 용량이 하기 관측에서 무시되었다)은 하프-브리지 구동기(HBD)가 그의 동작을 시작하는 전압보다 낮도록 선택된다. 하프-브리지 구동기(HBD)에는 공급 단자(V2)를 통하여 전압이 공급된다. 실질적으로 제너 다이오드(D4)의 제너 전압에 대응하는 트랜지스터(T4)에 대한 스위칭-온 전압은 하프-브리지 구동기(HBD)가 그의 동작을 시작하는 전압보다 크도록 선택된다. 이것은 다이오드들(D5 및 D6) 및 캐패시터(C5)를 포함하는 전하 펌프가 전류원으로서 기능하고 그러므로 충분한 공급 전력이 이용 가능할 때만 부하들(OP, DR)에 전압이 공급되는 것을 보장한다. 이런 목적을 위해, 전하 펌프(D5, D6, C5)의 AC 전압 공급 단자(HBM)는 하프-브리지 회로의 하프-브리지 중심점에 접속된다.
트랜지스터(T2)는 트랜지스터(T5)가 스위칭 오프되는 한 오프이다.
제어 장치로서 동작하는 마이크로제어기(MC)는 회로 어레인지먼트의 정상 동작 모드에서 전하 펌프(D5, D6, C5)에 의해 제공된 공급 전압을 캐패시터(C2)로부터, 트랜지스터(T4), 다이오드(D7) 및 트랜지스터(T3)와 다이오드(D3)와 저항기(R3)와 캐패시터(C3)를 포함하는 전압 조절기를 통해 공급받는다. 마이크로제어기(MC)의 입력부들(E1, E2)에서 수신된 신호들을 기초로 회로 어레인지먼트를 슬리핑 모드로 설정하기 위해, 트랜지스터(T5)는 마이크로제어기(MC)에 의해 그의 출력부(A1)를 통하여 스위칭 온된다. 결과적으로, 제너 다이오드(D2)는 트랜지스터(T2)를 통하여 캐패시터(C2) 양단의 전압을 실질적으로 제너 다이오드(D2)의 제너 전압에 대응하는 값으로 클램핑한다.
제너 다이오드(D2)에 의해 정의된 이런 클램핑 전압은 제너 다이오드(D1) 및 제너 다이오드(D4)의 제너 전압들 아래이고, 그 결과 하프-브리지 구동기(HBD) 및 나머지 부하들(OP, DR)은 에너지 인가가 해제된다. 그 다음 전하 펌프(D5, D6, C5)는 C5가 접속된 전위가 더 이상 커플링 아웃(coupled out) 될 수 있는 AC 전압 용량을 가지지 않기 때문에 더 이상 기능하지 않는다.
논리액티브 저항기(R4)의 결과로서 이용 가능한 총 전류는 회로 어레인지먼트의 슬리핑 상태에서 트랜지스터(T2)를 통하여 상기 전류를 충분한 범위로 공급하는 마이크로제어기(MC)에 이용된다. 이런 프로세스에서, 다이오드(D7)는 상기 다이오드가 슬리핑 상태에서 역방향-바이어스되기 때문에, 논리액티브 저항기(R4)를 통하여 흐르는 전류의 일부들이 다른 부하들(OP, DR) 내로 흐를 수 있는 것을 방지한다. 마이크로제어기(MC)가 논리액티브 저항기(R4)를 통하여 전력을 공급받는 안정기의 이런 슬리핑 상태에서도, 트랜지스터(T3), 논리액티브 저항기(R3), 다이오드(D3) 및 캐패시터(C3)로부터 형성된 전압 조절기는 마이크로제어기(MC)에 대한 공급 전압을 조절하고, 상기 공급 전압은 공급 단자(V1)에서 상기 마이크로제어기(MC)에 공급된다.
논리액티브 저항기(R5)는 마이크로제어기(MC)의 출력부(A1) 및 트랜지스터(T5)의 제어 전극 사이에 배열되고 마이크로제어기(MC)의 출력부가 트랜지스터(T5)의 베이스/이미터 전압으로 클램핑되지 않는 것을 보장한다.
트랜지스터(T2)의 기준 전극 - 제어 전극 경로와 병렬로 배열된 논리액티브 저항기(R2)는 트랜지스터(T2)의 의도하지 않은 스위칭 온을 방지한다.
바람직한 예시적인 실시예에서, 다이오드(D1)의 제너 전압은 12 V이고, 다이오드(D4)의 제너 전압은 15 V이고 다이오드(D2)의 제너 전압은 8V이다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 실시예는 트랜지스터(T1), 다이오드(D1), 논리액티브 저항기(R1) 및 캐패시터(C1)가 생략된다는 사실에 의해 도 1에 도시된 실시예와 비교하여 단순화된다. 만약 하프-브리지 구동기(HBD)의 런 업 전류 및 마이크로제어기(MC)에 대한 슬리핑 모드에서 요구된 전류의 합이 런 업 저항기(R4)를 통하여 공급되기에 충분히 작으면, 하프-브리지 구동기(HBD)의 셧다운 활성화가 가능해지게 하는 상기 후자 컴포넌트들(트랜지스터(T1), 다이오드(D1), 논리액티브 저항기(R1) 및 캐패시터(C1))을 없애는 것은 가능하다. 이것은 하프-브리지 구동기(HBD)가 부족전압 록아웃(lockout) 동작 모드에 있도록 너무 낮은 전압이 상기 하프-브리지 구동기의 공급 단자(V2)에 있다면 하프-브리지 구동기(HBD)가 또한 그의 스위칭-오프 상태에서 전류를 소비한다는 사실을 고려한다. 만약 이런 전류 소비가 너무 높다면, 도 1에 도시된 실시예는 바람직하다.
만약 하프-브리지 구동기(HBD)가 그의 동작을 시작하는 전압 및 공급 전압, 즉 캐패시터(C2) 양단의 전압을 클램핑하는 최대 전압 사이의 차가 너무 작으면, 제너 다이오드(D4)의 제너 전압에 대해 적당한 값을 발견하는 것은 더 이상 가능하지 않다. 제너 다이오드(D4)의 제너 전압 및 그러므로 캐패시터(C2) 양단의 전압은 트랜지스터(T4)가 턴 온되는 것을 초과할 때, 첫째로 하프-브리지 구동기(HBD)가 동작하는 임계 전압, 소위 부족전압 록아웃 임계값보다 매우 높고, 둘째로 하프-브리지 구동기(HBD)의 클램핑 전압보다 매우 낮을 필요가 있다.
그러므로, 도 3에 도시된 실시예에서, 추가 제너 다이오드(D8)는 하프-브리지 구동기(HBD)에 대한 공급 라인과 직렬로 접속된다. 이런 제너 다이오드(D8)에 의해, 상기된 차는 증가될 수 있다. 문제없는 동작을 위해, 런 업 저항기(R4)가 캐패시터(C2)에 직접 접속하는 것이 아니고, 제너 다이오드(D8)의 애노드에 접속하는 것이 유리하다. 하프-브리지 구동기(HBD)의 클램핑 동작은 하프-브리지 구동기 내에 배열된 제너 다이오드(도시되지 않음)의 결과로서 형성된다. 상기 제너 다이오드는 만약 트랜지스터(T1)가 스위칭 온되면 동작한다. 그러므로 캐패시터(C2)로부터 보았을 때, 제너 다이오드(D8)의 클램핑 전압 및 하프-브리지 구동기(HBD)의 내부 제너 다이오드(도시되지 않음)의 클램핑 전압의 합은 클램핑 전압으로서 동작한다.
도 4에 도시된 실시예는 상기 3개의 다른 실시예들보다 런 업 저항기(R4)를 통하여 더 낮은 전류를 요구한다는 사실을 특징으로 한다. 이런 목적을 위해, 트랜지스터(T5)는 MOSFET 트랜지스터 형태이고, 여기서 논리액티브 저항기(R5)는 지금 마이크로제어기(MC)의 출력부(A1) 및 기준 전위 사이에 결합된다. 도 4에 도시된 저항기(R5)의 배열은 트랜지스터(T5)가 무심코 스위칭될 수 없다는 것을 보장한다. 저항기(R5)는 마이크로제어기(MC)의 출력부(A1)가 활성 하이(Active High) 일 때만 트랜지스터(T5)가 스위칭 온되는 것을 보장한다. 게다가, 논리액티브 저항기(R6)는 제공되고, 상기 논리액티브 저항기(R6)는 트랜지스터(T2)의 제어 전극 및 트랜지스터(T5)의 작용 전극 사이에 직렬로 결합된다. 제너 다이오드(D2)는 트랜지스터(T5)의 작용 전극에 결합되고, 그 결과 캐패시터(C2)는 제너 다이오드(D2)를 통하여 트랜지스터(T5)의 스위칭-온 상태에 클램핑된다. 이 경우, 논리액티브 저항기(R2) 양단에서 강하하는 전압 용량은 트랜지스터(T2)가 여전히 온이도록 너무 크다. 결과적으로, 트랜지스터(T2)의 베이스는 보다 낮은 값들로 감소될 수 있고, 여기서 트랜지스터(T2)는 항상 스위칭 온을 유지한다.
다른 실시예들과 비교하여, MOSFET 형태인 트랜지스터(T5)의 게이트는 다시 충전될 필요가 있다; 트랜지스터(T5)는 추가로 어떠한 전류도 소비하지 않는다. 이와 대조하여, 상기 3개의 다른 실시예들로부터 바이폴라 트랜지스터 형태의 트랜지스터(T5)는 스위칭 온을 유지하기 위하여 특정 베이스 전류를 소비한다. 이런 베이스 전류는 마이크로제어기(MC)에 의해 이용될 필요가 있고, 이것은 물론 이 전류가 마이크로제어기(MC)에 공급될 때만 가능하다.
본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 동작을 설명하기 위하여, 도 5가 참조된다. 상기 도면은 도 1에 도시된 예시적인 실시예에 대한 캐패시터들(C1, C2 및 C4) 양단의 전압들의 시간 프로파일을 개략적으로 도시한다.
하기 실시예들에 대해, 제너 다이오드(D1)의 제너 전압이 12 V이고, 제너 다이오드(D2)의 제너 전압이 8 V이고 제너 다이오드(D4)의 제너 전압이 15 V인 것이 추가로 가정된다.
첫째, 캐패시터(C2)는 논리액티브 저항기(R4)를 통하여 점진적으로 충전된다. 전압(UC2)은 느리게 증가한다.
전압(UC2)이 시간(t1)에서 12 V에 도달되자 마자, 트랜지스터(T1)는 온 상태로 이동한다. 마찬가지로 캐패시터(C1) 양단의 전압은 12 V로 증가하고 캐패시터(C2) 양단의 전압과 동기하여 계속 증가한다. 시간(t2)에서, 캐패시터(C1) 양단의 전압은 하프-브리지 구동기(HBD)의 부족전압 록아웃 전압보다 높은 값에 도달되었다. 결과적으로, 하프-브리지 구동기(HBD)는 동작으로 설정되고, 그 결과 전하 펌프는 그의 동작을 시작하고 캐패시터(C2) 양단의 전압 및 그러므로 캐패시터(C1) 양단의 전압은 계속 증가한다. 제너 다이오드(D4)의 결과로서, 캐패시터들(C1, C2) 양단의 전압은 제너 다이오드(D4)의 제너 전압으로 클램핑된다. 캐패시터(C2) 양단의 전압이 제너 다이오드(D4)의 제너 전압에 도달하자 마자, 트랜지스터(T4)는 스위칭 온되고, 그 결과 캐패시터(C4) 양단의 전압은 15 V로 증가한다.
시간(t3)에서, 마이크로제어기(MC)가 회로 어레인지먼트를 슬리핑 모드로 설정하게 하는 기준이 마이크로제어기(MC)의 입력부들(E1, E2)에 존재한다. 이런 목적을 위해, 상기 마이크로제어기는 트랜지스터(T5)를 스위칭 온하고, 그 결과 트랜지스터(T2)는 스위칭 온된다. 결과적으로, 캐패시터(C2) 양단의 전압은 제너 다이오드(D2)의 제너 전압으로 클램핑된다(도 5a 참조). 트랜지스터들(T1 및 T4)은 오프된다. 결과적으로, 캐패시터(C1) 양단의 전압 및 캐패시터(C4) 양단의 전압은 영으로 감소된다. 부하들(OP 및 DR)에는 하프-브리지 구동기(HBD)와 동일한 방식으로 더 이상 전류가 공급되지 않는다. 이와 대조하여, 마이크로제어기(MC)만이 논리액티브 저항기(R4) 및 트랜지스터(T2)를 통하여 에너지가 공급된다.

Claims (14)

  1. 제어 장치에 대한 스위칭 가능 전압 공급을 가진 회로 어레인지먼트(arrangement)로서, 상기 회로 어레인지먼트는,
    DC 전압원에 접속하기 위한 DC 전압 공급 단자(UZW); 및
    AC 전압원에 접속하기 위한 AC 전압 공급 단자(HBM)를 포함하고,
    상기 회로 어레인지먼트는,
    제 1 노드를 형성하기 위하여 제 1 논리액티브(nonreactive) 저항기(R4)를 통하여 상기 DC 전압 공급 단자(UZW)에 결합된 제 1 단자, 및 기준 전위에 결합된 제 2 단자를 가진 제 1 캐패시터(C2);
    인버터의 스위치를 구동하기 위한 구동 회로(HBD) ― 상기 구동 회로(HBD)는 상기 제 1 노드에 결합된 공급 단자(V2)를 가짐 ―;
    상기 AC 전압 공급 단자(HBM)에 결합된 입력부, 및 상기 제 1 노드에 결합된 출력부를 가진 전하 펌프(D5, D6, C5) ― 상기 AC 전압 공급 단자는 상기 인버터가 동작할 때만 AC 전압을 제공하는 AC 전압원에 결합됨 ―;
    제어 장치(MC) ― 상기 제어 장치(MC)는 적어도 하나의 입력부(E1; E2), 하나의 출력부(A1) 및 적어도 하나의 공급 단자(V1)를 포함함 ―; 및
    제 1 전자 스위치(T2), 제 2 전자 스위치(T4) 및 제 3 전자 스위치(T5) ― 각각의 전자 스위치는 제어 전극, 기준 전극 및 작용 전극을 가지며, 상기 제 1 전자 스위치(T2) 및 상기 제 2 전자 스위치(T4)의 기준 전극은 상기 제 1 노드에 결합됨 ― 를 더 포함하고,
    상기 제 1 전자 스위치(T2)의 작용 전극은 상기 제어 장치(MC)의 상기 공급 단자(V1)에 결합되고,
    상기 제 1 전자 스위치(T2)의 제어 전극은 제 1 전압 제한 장치(D2)를 통하여 상기 기준 전위에 결합되고,
    상기 제 1 전자 스위치(T2)의 상기 제어 전극은 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 작용 전극에 결합되고, 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 제어 전극은 상기 제어 장치(MC)의 상기 출력부(A1)에 결합되고, 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 기준 전극은 상기 기준 전위에 결합되고,
    상기 제 2 전자 스위치(T4)의 제어 전극은 제 2 전압 제한 장치(D4)를 통하여 상기 기준 전위에 결합되고,
    상기 제 2 전자 스위치(T4)의 작용 전극은 제 1 다이오드(D7)를 통하여 상기 제어 장치(MC)의 상기 공급 단자(V1)에 결합되고,
    적어도 하나의 추가 부하(OP; DR)는 상기 제 2 전자 스위치(T4)의 상기 작용 전극에 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전압 제한 장치(D2)의 브레이크다운 전압은 상기 제 2 전압 제한 장치(D4)의 브레이크다운 전압보다 작은,
    회로 어레인지먼트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동 회로(HBD)는 런 업(run up) 전류를 가지며, 상기 제 1 논리액티브 저항기(R4)는 상기 DC 전압 공급 단자(UZW)에 접속될 상기 DC 전압원의 최소 전압 및 최대 런 업 전류의 비율(quotient)보다 작거나 같은 값을 가지는,
    회로 어레인지먼트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 캐패시터(C4)는 상기 제 2 전자 스위치(T4)의 작용 전극 - 기준 전위 경로와 병렬로 접속되는,
    회로 어레인지먼트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 어레인지먼트는 제어 전극, 기준 전극 및 작용 전극을 가진 제 4 전자 스위치(T1)를 더 포함하고, 상기 제 4 전자 스위치의 기준 전극 - 작용 전극 경로는 상기 제 1 노드 및 상기 구동 회로(HBD)의 상기 공급 단자(V2) 사이에 결합되고, 상기 제 4 전자 스위치(T1)의 상기 제어 전극은 제 3 전압 제한 장치(D1) 및 제 2 논리액티브 저항기(R1)를 포함하는 직렬 회로를 통하여 상기 기준 전위에 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 전압 제한 장치(D2), 상기 제 2 전압 제한 장치(D4) 및 상기 제 3 전압 제한 장치(D1)의 브레이크다운 전압들(UD2, UD4, UD1)에 대해 UD2 < UD1 < UD4가 적용되는,
    회로 어레인지먼트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터는 하프-브리지 회로 형태이고, 상기 하프-브리지 중심점은 상기 AC 전압원을 나타내는,
    회로 어레인지먼트.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 어레인지먼트는 상기 제 1 논리액티브 저항기(R4) 및 상기 제 1 캐패시터(C2) 사이에 결합된 제 4 전압 제한 장치(D8)를 더 포함하고, 제 4 전자 스위치(T1)의 상기 기준 전극은 상기 제 1 논리액티브 저항기(R4) 및 상기 제 4 전압 제한 장치(D8) 사이의 노드에 결합되고, 상기 전하 펌프(D5, D6, C5)의 출력부, 상기 제 1 전자 스위치(T2)의 상기 기준 전극 및 상기 제 2 전자 스위치(T4)의 상기 기준 전극은 상기 제 4 전압 제한 장치(D8) 및 상기 제 1 캐패시터 사이의 노드에 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전압 조절기(T3, C3, D3, R3)는 상기 제 1 전자 스위치(T2)의 상기 작용 전극 및 상기 제어 장치(MC)의 상기 공급 단자(V1) 사이에 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전압 제한 장치(D2, D4, D1, D8)는 제너 다이오드 형태인,
    회로 어레인지먼트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전압 제한 장치(D2)는 상기 제 1 전자 스위치(T2)의 상기 제어 전극 및 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 상기 작용 전극 사이에 직렬로 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 어레인지먼트는 상기 제 1 전자 스위치(T2)의 상기 제어 전극 및 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 상기 작용 전극 사이에 결합된 제 3 논리액티브 저항기(R6)를 더 포함하고, 제 3 전자 스위치(T5)는 MOSFET 형태이고, 상기 제 1 전압 제한 장치(D2)는 첫째로 상기 제 3 논리액티브 저항기(R6) 및 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 상기 작용 전극 사이의 노드에 결합되고 둘째로 상기 제 1 노드에 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 4 논리액티브 저항기(R5)는 상기 제 3 전자 스위치(T5)의 상기 제어 전극 및 상기 제어 장치(MC)의 상기 출력부(A1) 사이에 결합되는,
    회로 어레인지먼트.
  14. DC 전압원에 접속하기 위한 DC 전압 공급 단자(UZW) 및 상기 AC 전압원에 접속하기 위한 AC 전압 공급 단자(HBM)를 가진 회로 어레인지먼트에서 제어 장치(MC)에 대한 전압 공급을 스위칭 오버하기 위한 방법으로서,
    a) 제 1 노드를 형성하기 위하여 제 1 논리액티브 저항기를 통해 상기 DC 전압 공급 단자(UZW)에 결합된 제 1 캐패시터(C2)를 충전하는 단계;
    b) 상기 제 1 캐패시터(C2) 양단의 전압에 대한 제 1 미리 결정 가능한 전압 임계값에 도달하면 ― 상기 전압 임계값은 인버터의 스위치들을 구동하기 위한 구동 회로(HBD)의 런 업을 위한 최소 전압보다 크고, 상기 AC 전압 공급 단자(HBM)는 상기 인버터에 의해 공급된 AC 전압 전위에 결합됨 ―, 상기 구동 회로(HBD)를 활성화하고 그러므로 상기 AC 전압 공급 단자(HBM)에 AC 전압을 제공하는 단계;
    c) 상기 제 1 캐패시터(C2) 양단의 전압에 대한 제 2 미리 결정 가능한 전압 임계값에 도달하면 ― 상기 전압 임계값은 상기 제 1 미리 결정 가능한 전압 임계값보다 큼 ―, 제 1 전자 스위치(T4)의 기준 전극 - 작용 전극 경로를 스위칭 온하는 단계 ― 상기 제어 장치(MC)의 공급 단자(V1) 및 적어도 하나의 추가 부하(OP; DR)는 상기 제 1 전자 스위치의 상기 작용 전극에 결합되고, 상기 제 1 전자 스위치(T4)의 상기 기준 전극은 상기 제 1 노드에 결합됨 ―;
    d) 상기 제어 장치(MC)에 대한 상기 전압 공급을 스위칭 오버하기 위한 상태를 시작하는 단계;
    e) 상기 제어 장치(MC)의 출력부(A1)에 결합되고 상기 제 1 노드와 상기 제어 장치(MC)의 상기 공급 단자(V1) 사이에 직렬로 결합된 제 2 전자 스위치(T2)를 스위칭 온하는 단계; 및
    전압 제한 장치(D2)에 의해 상기 제 1 캐패시터(C2)의 양단의 전압을 상기 구동 회로(HBD)의 런 업을 위한 최소 전압보다 작은 값으로 클램핑하는 단계;
    따라서, 상기 구동 회로(HBD)를 비활성화하는 단계; 및
    상기 제 1 전자 스위치(T4)를 스위칭 오프하는 단계를 포함하는,
    전압 공급을 스위칭 오버하기 위한 방법.
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