KR20110095771A - 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어방법 - Google Patents

스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어 방법에 관한 것이다.
스위치 제어 장치는 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 이용하여 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다. 구체적으로, 스위치 제어 장치는 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하고, 피드백 전류를 이용하여 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성한다. 스위치 제어 장치는 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 피드백 신호를 비교하고, 비교 결과에 따라 전력 스위치의 턴 오프 시킨다. 스위치 제어 장치는 소정의 게인 보상 기간 후 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 게인 보상 기간은 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 길다.

Description

스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어방법{SWITCH CONTROL DEVICE, POWER SUPPLY DEVICE COMPRISING THE SAME, AND SWITCH CONTROL METHOD}
본 발명은 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 전력 공급 장치의 소프트 스타트(soft start) 모드(mode) 및 대기(standby) 모드 시 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.
전력 공급 장치는 초기 동작시에 돌입 전류를 방지하고, 출력 과전압을 최소화하기 위해, 소프트 스타트 모드에 따라 동작한다. 전력 공급 장치의 초기 동작시에 출력 전압이 서서히 증가되도록 전력 공급 장치의 전력 스위치의 스위칭을 제어한다. 즉, 전력 공급 장치가 소프트 스타트 모드에 따라 동작하는 동안 전력 스위치의 스위칭 동작은 전력 공급 장치의 출력 전압이 서서히 증가되도록 제어된다.
일반적으로, 소프트 스타트 모드에 따라 전력 스위치를 제어하기 위해서는 소프트 스타트 신호를 서서히 증가시키는 별도의 소프트 스타트 회로가 필요한다. 소프트 스타트 회로는 복수의 저항, 복수의 스위치, 논리 연산 회로, 증폭기, 및 카운터 등을 포함한다. 이는 스위치 제어 장치의 사이즈를 증가시키는 원인이 된다. 카운터는 시간의 경과를 카운터하고, 카운터 결과에 따라 논리 연산 회로의 출력 신호가 단계적으로 증가 및 증폭되고, 증폭된 신호에 따라 복수의 스위치의 스위칭 동작이 제어된다. 복수의 저항에 의해 소정 전압이 분배되어 다양한 레벨의 복수의 전압이 생성되고, 복수의 스위치 각각을 통해 복수의 전압 중 하나가 소프트 스타트 신호로 출력된다.
위의 소프트 스타트 회로가 전류원과 커패시터를 사용하여 소프트 스타트 신호를 서서히 증가시키는 경우 커패시터의 용량이 매우 커야하므로, 커패시터를 구성하기 위한 회로 사이즈가 커진다. 따라서 소프트 스타트 회로 역시 매우 크다.
한편, 전력 공급 장치의 초기 동작 이후 출력 전압이 안정화되고, 전력 공급 장치가 전력을 공급하는 부하가 작은 경우 전력 공급 장치는 대기 모드에 따라 동작한다.
전력 공급 장치는 대기 모드 동안 전력 소모를 줄이기 위하여 피드백 전압에 따라 일정 기간 동안 전력 스위치 스위칭 동작을 수행하고, 일정한 기간 동안 스위칭 동작을 멈추는 버스트 동작을 수행한다.
대기 모드 동안 전력 공급 장치는 부하에 공급되는 전력에 비해 전력 스위치의 스위칭 동작 제어를 위해 소비되는 전력이 상대적으로 증가한다.
대기 모드 동안 전력 공급 장치에 소비되는 전력을 감소시킬 수 있는 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 별도의 소프트 스타트 회로가 필요하지 않고 사이즈가 감소된 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 이용하여 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치는, 상기 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하는 전류 생성부; 상기 피드백 전류를 이용하여 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 피드백 생성부; 및 상기 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 상기 피드백 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 시키는 PWM 제어부를 포함한다. 상기 전류 생성부는 소정의 게인 보상 기간 후 상기 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 상기 게인 보상 기간은 상기 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 길다.
상기 전류 생성부는, 상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하고, 상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가한다. 상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고, 상기 전류 생성부는, 상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피크 게인을 증가시킨다.
상기 전류 생성부는, 상기 피드백 전압에 제1 게인을 곱한 제1 피크 전류를 생성하는 제1 피크 전류원; 상기 피드백 전압에 제2 게인을 곱한 제2 피크 전류를 생성하는 제2 피크 전류원; 상기 게인 보상 기간을 카운트하고, 상기 게인 보상 기간이 경과하면 제1 레벨의 카운트 신호를 생성하는 카운터; 상기 제1 피크 전류원에 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제2 피크 전류원에 연결되어 있는 제2 전극, 및 상기 카운트 신호가 전달되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 레벨의 카운트 신호에 턴 온 되는 게인 트랜지스터; 상기 피크 전류를 검출하고, 검출된 피크 전류를 출력하는 전류 검출부; 및 상기 검출된 피크 전류에 제3 게인을 곱해 상기 피드백 전류를 생성하는 전류 미러를 포함하고, 상기 게인 트랜지스터가 턴 오프이면, 상기 피크 전류는 상기 제1 피크 전류이고, 상기 게인 트랜지스터 턴 온이면, 상기 피크 전류는 상기 제1 피크 전류 및 상기 제2 피크 전류의 합이다.
또는, 상기 전류 생성부는, 상기 피드백 전압에 피드백 게인을 곱하여 상기 피드백 전류를 생성하고, 상기 게인 보상 기간 후 상기 피드백 게인이 증가한다. 상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고, 상기 전류 생성부는, 상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피드백 게인을 증가시킨다. 상기 전류 생성부는, 상기 피드백 전압에 제4 게인을 곱한 제1 피드백 전류를 생성하는 제1 피드백 전류원; 상기 피드백 전압에 제5 게인을 곱한 제2 피드백 전류를 생성하는 제2 피드백 전류원; 상기 게인 보상 기간을 카운트하고, 상기 게인 보상 기간이 경과하면 제1 레벨의 카운트 신호를 생성하는 카운터; 및 상기 제1 피드백 전류원에 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제2 피드백 전류원에 연결되어 있는 제2 전극, 및 상기 카운트 신호가 전달되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 레벨의 카운트 신호에 턴 온 되는 게인 트랜지스터를 포함하고, 상기 게인 트랜지스터가 턴 오프이면, 상기 피드백 전류는 상기 제1 피드백 전류이고, 상기 게인 트랜지스터 턴 온이면, 상기 피드백 전류는 상기 제1 피드백 전류 및 상기 제2 피드백 전류의 합이다.
상기 피드백 생성부는, 상기 피드백 전압이 인가되는 일단을 포함하는 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 일단 및 접지되어 있는 타단을 포함하는 제2 저항; 및 상기 제1 저항의 일단에 연결되어 있는 캐소드 전극 및 접지되어 있는 애노드 전극을 포함하는 제너 다이오드를 포함하고, 상기 피드백 전류 중 상기 피드백 전압을 생성하는 전류를 제외한 나머지 전류가 상기 제2 저항에 흐르고, 상기 제2 저항의 일단에 발생하는 전압이 상기 피드백 신호이다.
상기 PWM 제어부는, 상기 피드백 신호와 상기 감지 신호를 비교한 결과에 따라 비교 신호를 생성하는 PWM 비교기: 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 클록 신호를 생성하는 오실레이터; 상기 스위칭 클록 신호 및 상기 비교 신호를 입력받고, 상기 스위칭 클록 신호에 의해 제1 레벨로 리셋되고, 상기 비교 신호에 제2 레벨로 변하는 듀티 제어 신호를 출력하는 PWM 래치; 및 상기 스위칭 클록 신호 및 상기 듀티 제어 신호에 따라 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 게이트 구동 신호를 생성하는 PWM 논리 연산부를 포함하고, 상기 PWM 논리 연산부는, 상기 듀티 제어 신호가 제2 레벨로 변하는 시점에 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 게이트 구동 신호를 생성한다.
상기 PWM 비교기는, 상기 피드백 신호 및 상기 피크 전류에 대응하는 전류 제한 신호 중 낮은 값을 가지는 신호와 상기 감지 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 비교 신호를 생성한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 전력을 변환하여 출력 전력을 생성하는 전력 공급 장치는, 상기 출력 전력의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하는 피드백 회로; 및 상기 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하고, 상기 피드백 전류를 이용하여 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하며, 상기 피드백 신호와 상기 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 상기 피드백 신호를 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 시키는 스위치 제어 장치를 포함한다. 상기 스위치 제어 장치는, 소정의 게인 보상 기간 후 상기 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 상기 게인 보상 기간은 상기 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 길다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 피드백 전압에 피드백 게인을 곱하여 상기 피드백 전류를 생성하고, 상기 게인 보상 기간 후 상기 피드백 게인이 증가한다. 상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고, 상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피드백 게인을 증가시킨다.
또는, 상기 스위치 제어 장치는, 상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하고, 상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가한다. 상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고, 상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피크 게인을 증가시킨다.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 전력 공급 장치에 연결된 부하가 낮아져 상기 피드백 전압이 소정의 버스트 시작 전압 보다 작아지면 상기 전력 스위치를 버스트 동작시키는 버스트 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 이용하여 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 방법은, 상기 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하는 단계; 상기 피드백 전류를 이용하여 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 단계; 및 상기 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 상기 피드백 신호를 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 를 결정하는 단계를 포함하고, 소정의 게인 보상 기간 후 상기 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 상기 게인 보상 기간은 상기 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 길다.
상기 피드백 전류를 생성하는 단계는, 상기 피드백 전압에 피드백 게인을 곱하여 상기 피드백 전류를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 게인 보상 기간 후 상기 피드백 게인이 증가한다.
상기 스위치 제어 방법은, 상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가한다.
본 발명에 따르면, 대기 모드 동안 전력 공급 장치에 소비되는 전력을 감소시킬 수 있는 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어방법을 제공한다.
또한, 별도의 소프트 스타트 회로를 포함하지 않는 사이즈가 감소된 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 전력 공급 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)의 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전류 생성부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치에서 소프트 스타트 기간을 포함하는 소정 기간 동안 발생하는 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치의 부하가 변동할 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압, 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치의 부하가 변동할 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 7은 게인 보상 기간(GCP)이후, 도 6의 피드백 게인보다 더 큰 피드백 게인을 사용하여 피드백 신호(FB)를 생성했을 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 8 은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치가 버스트 동작할 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 9는 종래 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치가 버스트 동작할 때, 피드백 전압, 드레인 전류, 출력 전압, 및 피드백 전류와 피크 전류의 합을 나타낸 파형도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(500)를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전류 생성부(510)를 나타낸 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 공급 장치(10)는 전력 공급부(100), 출력부(200), 스위칭 제어 장치(300) 및 피드백 회로(400)를 포함한다.
전력 공급부(100)는 교류 입력(AC)을 정류하기 위한 전파 브리지 정류기(BD), 정류된 전압을 평활하기 위한 커패시터(C1), 및 전파 브리지 정류기(BD)에 일단이 연결되어 있는 트랜스포머의 1차 코일(L1)을 포함한다. 전력 공급부(100)는 입력 전압(Vin)을 입력 받아 전력 스위치(M1)의 듀티(duty)에 따라 트랜스 포머의 2차측 즉, 출력부(200)에 전력을 공급한다.
도 1에서는 전력 공급 장치로서 스위치 모드 파워 서플라이(switch mode power supply)가 도시되어 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치의 적용이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 1에서는 스위치 제어 장치(300)가 전력 스위치(M1)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 스위치 제어 장치(300) 외부에 전력 스위치(M1)가 형성될 수 있다.
출력부(200)는 트랜스포머의 2차 코일(L2), 다이오드(D1) 및 커패시터(C2)를 포함한다.
트랜스포머의 2차 코일(L2)의 일단은 다이오드(D1)의 애노드 전극에 연결되어 있으며, 다이오드(D1)의 캐소드 전극은 출력단(+)에 연결되어 있다. 커패시터(C2)는 출력단(+)에 일단이 연결되어 있으며, 출력단(-)에 타단이 연결되어 있다. 두 출력단(+, -) 사이의 전압이 전력 공급 장치의 출력 전압(Vout)이다. 또한, 출력단(+)을 통해 부하(도시하지 않음)에 공급되는 전류는 출력 전류(IOUT)이다.
전력 스위치(M1)가 턴 온 되어 있는 기간 동안 1차 코일(L1) 및 전력 스위치(M1)에 흐르는 드레인 전류(Ids)에 의해 1차 코일(L1)에 전력이 저장된다. 전력 스위치(M1)가 턴 오프 되면, 1차 코일(L1)의 저장된 전력이 2차 코일(L2)에 전달된다. 2차 코일(L2)에 전달된 전력에 따라 2차 코일(L2)에 흐르는 전류는 다이오드(D1)를 통해 정류되어 전력 공급 장치(10)에 연결된 부하에 공급된다.
부하에 따라 전력 공급 장치(10)로부터 부하에 공급되는 전류가 변하고, 부하에 공급되는 전류가 증가할수록 출력 전압(Vout)이 감소하며, 부하에 공급되는 전류가 감소할수록 출력 전압(Vout)이 증가한다. 전력 공급 장치(10)는 출력 전압(Vout)이 일정하도록 제어되어야 하고, 이를 위해 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작을 제어한다. 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작을 제어하기 위해서 출력 전압(Vout)에 대한 정보가 스위치 제어 장치(300)로 전달되어야 한다.
피드백 회로(400)는 출력 전압(Vout)에 대응하는 피드백 전압(VFB)을 생성하여 스위치 제어 장치(300)로 전달한다.
피드백 회로(400)는 저항(Ro), 제너 다이오드(ZD) 및 옵토 다이오드(photo diode, PD), 커패시터(Cfb) 및 옵토 트랜지스터(photo transistor, PT)를 포함한다. 저항(Ro), 제너 다이오드(ZD) 및 옵토 다이오드(PD)는 출력단(+)과 소정의 전원, 예를 들면 접지단 사이에 직렬로 연결되어 있다. 옵토 트랜지스터(PT)는 스위치 제어 장치(300)의 피트백 단자(FB)와 소정의 전원, 예를 들면 접지단 사이에 연결되어 있으며, 옵토 다이오드(PD)와 함께 옵토 커플러(opto-coupler)를 형성한다.
출력 전압(Vout)에 따라 옵토 다이오드(PD)를 통해 전류가 흘러서 옵토 다이오드(PD)가 빛을 내면, 옵토 다이오드(PD)로부터의 빛이 옵토 트랜지스터(PT)의 베이스로 전달되고, 이에 대응하는 전류가 옵토 트랜지스터(PT)의 컬렉터에서 이미터로 흐른다. 스위치 제어 장치(300)의 전류 생성부(320)로부터 피드백 단자(FB)로 공급되는 피드백 전류(도 2의 "IFB")가 커패시터(Cfb)로 공급되어, 이에 따라 커패시터(Cfb)에 피드백 전압(VFB)이 충전된다. 옵토 트랜지스터(PT)로 흐르는 전류가 증가하면 커패시터(Cfb)에서 전류가 방전되어 피드백 전압(VFB)이 감소되고 , 옵토 트랜지스터(PT)로 흐르는 전류가 감소하면 커패시터(Cfb)에 전류가 충전되어 피드백 전압(VFB)이 증가한다.
따라서, 출력 전압(Vout)이 높아지면 커패시터(Cfb)에 충전되는 피드백 전압(VFB)이 낮아지고, 출력 전압(Vout)이 낮아지면 커패시터(Cfb)에 충전되는 피드백 전압(VFB)이 높아진다. 이때, 옵토 커플러 이외의 다른 회로가 피드백 회로로 사용될 수도 있다.
스위치 제어 장치(300)는 전력 스위치(M1), 감지 저항(Rsense), 전류 생성부(310), 피드백 생성부(320), 버스트 제어부(330), PWM 제어부(340), 및 게이트 드라이버(350), 기준 전압원(360), 및 저전압 차단부(370)를 포함한다.
스위치 제어 장치(300)는 피드백 회로(400)로부터 전달되는 피드백 전압(VFB)에 따라 피드백 전류(IFB)의 크기를 조절한다. 또한, 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)는 전력 스위치(M1)에 흐르는 드레인 전류(Ids)의 최대 전류값을 조절하는 피크 전류(IPEAK) 역시 피드백 전압(VFB)에 따라 조절한다. 이에 대한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
스위치 제어 장치(300)가 동작에 필요한 전원 전압(VCC)을 공급받기 위해서 입력 전압(Vin)을 이용하는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치 제어 장치(300)의 연결단자(4)는 저항(RST)의 일단에 연결되어 있고, 저항(RST)의 타단에는 입력 전압(Vin)이 전달된다. 스위치 제어 장치(300)의 연결단자(5)는 커패시터(C2)의 일단에 연결되어 있고, 커패시터(C2)의 타단은 접지되어 있다.
스위치 제어 장치(300)는 연결단자(4)를 통해 입력되는 전압(Vst)을 이용해 커패시터(C2)를 충전하여 전원 전압(VCC)을 생성한다.
전력 스위치(M1)는 게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극을 각각 제어 전극 및 두 전극으로 갖는다. 전력 스위치(M1)의 드레인 전극은 연결단자(3)를 통해 트랜스포머의 1차 코일(L1)의 타단에 연결되어 있으며, 스위치(M1)의 소스 전극은 감지 저항(Rsense)에 연결되어 있다. 도 1에서는 전력 스위치(M1)를 N채널 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, "MOSFET")로 구현하였으나, 이와 달리 전력 스위치(M1)로 다른 채널 또는 다른 유형의 트랜지스터가 사용될 수 있다.
감지 저항(RSENSE)은 스위치(M1)의 소스와 접지단 사이에 연결되어 있으며, 스위치(M1)가 턴온되었을 때, 스위치(M1)의 드레인에서 소스로 흐르는 드레인 전류(Ids)를 감지한다. 드레인 전류(Ids)에 대응하여 감지 신호(VSENSE)가 결정되어 PWM 제어부(330)로 입력된다.
스위치 제어 장치(300)는 피드백 단자(1)를 통해 피드백 전압(VFB)을 입력 받는다. 스위치 제어 장치(300)는 피드백 전압(VFB)에 대응하는 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)를 생성하고, 피드백 전류(IFB)를 이용하여 피드백 전압(VFB)에 대응하는 피드백 신호(FB)를 생성하고, 피크 전류(IPEAK)를 이용하여 전류 제한 신호(CLS)를 생성한다.
스위치 제어 장치(300)의 전류 제한 단자(2)와 접지단 사이에 연결되어 있는 저항(RL1)과 저항(RL1)에 병렬 연결되어 있는 저항(RL2)에 피크 전류(IPEAK)를 공급하여 전류 제한 신호(CLS)를 생성한다. 전류 제한 신호(CLS)는 저항(RL1) 및 저항(RL2)에 흐르는 전류에 따라 결정되고, 피크 전류(IPEAK) 중 저항(RL2)에 흐르는 전류는 저항(RL1)과 저항(RL2)의 저항 비에 따라 결정된다. 따라서 전류 제한 신호(CLS)는 저항(RL1), 저항(RL2) 및 피크 전류(IPEAK)에 따라 결정된다. 전류 제한 신호(CLS)는 전력 스위치(M1)에 흐를 수 있는 최대 전류값을 결정한다. 이하, 최대 전류값을 전류 제한값(current limit)이라 한다.
저항(RL2)에 병렬로 연결된 제너 다이오더(ZD2)는 전류 제한 신호(CLS)가 소정의 제너 전압(VZ2)를 넘지 않도록 전류 제한 신호(CLS)를 클램핑 한다.
전류 생성부(310)는 피드백 단자(1)를 통해 전달되는 피드백 전압(VFB)에 따라 변하는 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK)를 생성한다. 구체적으로 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전류 생성부(310)는 피드백 전압(VFB)에 대해서 피크 게인을 가지는 피크 전류(IPEAK)를 생성하고, 피드백 전압(VFB)에 대해서 피드백 게인을 가지는 피드백 전류(IFB)를 생성한다. 피드백 전압(VFB)이 감소하여 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)가 감소하면, 대기 모드에 따라 전력 공급 장치가 동작하는 동안, 스위치 제어 장치에서 소비되는 전력이 감소한다.
또한, 전류 생성부는 소프트 스타트 모드에 따라 전력 스위치를 제어하는 기간(이하, 소프트 스타트 기간)이 종료되면, 소프트 스타트 기간 동안의 피드백 게인 및 피크 게인을 변화시킨다. 본 발명의 실시 예에서는 피드백 게인 및 피크 게인을 소프트 스타트 기간 후 증가시켜, 스위치 제어 장치의(300) 주파수 응답을 향상시킨다.
피드백 생성부(320)는 피드백 전류(IFB)를 이용하여 피드백 전압(VFB)에 대응하는 피드백 신호(FB)를 생성하고 PWM 제어부(340)로 전달한다.
버스트 제어부(330)는 피드백 전압(VFB)과 버스트 시작 전압(VBL) 및 버스트 종료 전압(VBH)을 비교하여 버스트 동작을 제어한다. 구체적으로, 피드백 전압(VFB)이 버스트 시작 전압(VBL)보다 작은 전압이 되면 버스트 제어 신호(BC)를 PWM 제어부(340)로 전달한다. 그러면 PWM 제어부(340)는 버스트 제어 신호(BC)가 입력되는 기간 동안 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작을 정지 시키는 게이트 구동 신호(GC)를 생성한다.
PWM 제어부(340)는 피드백 신호(FB) 및 전류 제한 신호(CLS) 중 작은 신호와 감지 신호(VSENSE)를 비교하고, 비교한 결과에 따라 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작을 제어한다. PWM 제어부(340)의 구성 및 그 동작에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.
게이트 드라이버(350)는 PWM 제어부(340)로부터 전달되는 게이트 구동 신호(GC)에 따라 전력 스위치(M1)의 게이트 전극으로 게이트 신호(VG)를 생성하여 전달한다.
전력 스위치(M1)가 N 채널 트랜지스터이므로, 게이트 신호(VG)는 전력 스위치(M1)를 턴 온 시키는 하이 레벨 신호 또는 전력 스위치(M1)를 턴 오프 시키는 로우 레벨 신호를 가진다.
저전압 차단부(370)는 연결단자(4)를 통해 전달되는 전압(Vst)을 이용하여 소정 전류를 생성하여 출력하고, 연결단자(5)를 통해 입력되는 전원 전압(VCC)이 히스테리시스 특성에 따라 저전압 기준 전압(UVLO) 이상 이면, 스위치 제어 장치(300)를 기동시킨다. 구체적으로, 저전압 차단부(370)로부터 출력된 전류는 커패시터(C2)를 충전시켜 전원 전압(VCC)이 생성되고, 전원 전압(VCC)이 히스테리시스 특성에 따라 저전압 기준 전압(UVLO) 이상이면, 저전압 차단부(370)는 기동 신호(VCCG)를 생성한다. 기동 신호(VCCG)에 의해 스위치 제어 장치(300)가 동작을 시작한다.
기준 전압원(360)은 기동 신호(VCCG)가 발생하면 전원 전압(VCC)을 이용하여 기준 전압(VREF)을 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)의 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 생성부를 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 스위치 제어 장치를 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전류 생성부(310)는 제1 피크 전류원(311), 제2 피크 전류원(312), 카운터(313), 게인 트랜지스터(Q1), 전류 검출부(314), 및 전류 미러(315)를 포함한다.
제1 피크 전류원(311)은 피드백 전압(VFB)에 따라 제1 피크 전류(IPEAK1)를 생성한다. 본 발명의 실시 예에 따른 제1 피크 전류원(311)은 피드백 전압(VFB)에 비례하고, 피드백 전압(VFB)에 대해서 제1 게인을 가지는 제1 피크 전류(IPEAK1)를 생성한다.
제2 피크 전류원(312)은 피드백 전압(VFB)에 따라 제2 피크 전류(IPEAK2)를 생성한다. 본 발명의 실시 예에 따른 제2 피크 전류원(312)은 피드백 전압(VFB)에 비례하고, 피드백 전압(VFB)에 대해서 제2 게인을 가지는 제2 피크 전류(IPEAK2)를 생성한다.
카운터(313)는 기동 신호(VCCG)가 발생한 시점부터 소정의 지연 기간(이하, "게인 보상 기간")을 카운트한 후 게인 트랜지스터(Q1)를 턴 온 시킨다. 게인 보상 기간(GCP)은 소프트 스타트 기간 종료 후에 피드백 게인(k*m) 및 피크 게인(k)을 증가시키기 위해 설정된 기간이므로, 소프트 스타트 기간 보다 긴 기간으로 설정된다. 게인 트랜지스터(Q1)는 N 채널 타입의 트랜지스터이므로, 카운터(313)는 게인 보상 기간(GCP)경과 후 하이 레벨의 카운트 신호(CTS)를 게인 트랜지스터(Q1)의 게이트 전극에 전달한다.
게인 트랜지스터(Q1)는 제2 피크 전류원(312)에 연결되어 있는 드레인 전극, 카운트 신호(CTS)가 전달되는 게이트 전극, 및 제1 피크 전류원(311)에 연결되어 있는 소스 전극을 포함한다. 게인 트랜지스터(Q1)가 턴 온 되면, 피크 전류(IPEAK)는 제1 피크 전류(IPEAK1) 및 제2 피크 전류(IPEAK2)의 합이 된다. 즉, 게인 보상 기간(GCP) 경과 후, 피크 전류(IPEAK)는 제2 피크 전류(IPEAK2)만큼 증가한다. 그러면, 피크 게인(k)이 증가한다.
피드백 전압(VFB)과 피크 전류(IPEAK)간에 수학식 1과 같은 관계가 성립된다.
Figure pat00001
이 때, k는 피크 게인으로서, 게인 보상 기간(GCP) 동안은 제1 피크 게인이고, 게인 보상 기간(GCP)이후에는 제1 피크 게인과 제2 피크 게인의 합이 된다.
전류 검출부(314)는 피크 전류(IPEAK)를 검출하여 검출된 피크 전류(IPEAK)를 출력한다.
전류 미러(315)는 검출된 피크 전류(IPEAK)에 제3 게인을 곱해 피드백 전류(IFB)를 생성한다. 전류 미러(315)는 피드백 전류(IFB)를 제공하는 전류원이다.
피드백 전압(VFB)과 피드백 전류(IFB)간에 수학식 2와 같은 관계가 성립된다.
Figure pat00002
이 때, 제3 게인(m)과 피크 게인(k)의 곱은 피드백 게인(k*m)이 된다.
이와 같이, 피드백 전류(IFB)를 피드백 전압(VFB)에 따라 생성하면 피드백 신호(FB)가 피드백 전압(VFB)에 비례하는 파형을 가지게 되고, 소프트 스타트 기간 동안 피드백 전압(VFB)은 서서히 증가하므로, 피드백 신호(FB) 역시 서서히 증가하는 파형을 가진다. 피드백 신호(FB)와 감지 신호(VSENSE)를 비교하여 전력 스위치(M1)의 턴 오프 시점을 결정하므로, 출력 전압(Vout) 역시 서서히 증가하게 된다.
즉, 종래 스위치 제어 장치와 같이 단계적으로 또는 서서히 증가하는 소프트 스타트 신호를 생성하기 위한 별도의 소프트 스타트 회로가 본 발명의 제1 실시 예는 필요 없다. 따라서 스위치 제어 장치(300)의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 게인 보상 기간(GCP)경과 후 피크 게인(K)이 증가하면, 피드백 게인(k*m) 역시 증가한다. 소프트 스타트 기간 종료 후 피드백 전류(IFB)를 증가시켜 부하 변화에 대한 스위치 제어 장치(300)의 주파수 응답을 개선시킨다.
소프트 스타트 기간 동안의 피드백 게인(k*m)이 소프트 스타트 기간 종료 후 즉, 정상 상태 기간에도 유지되면, 부하 변화에 대한 주파수 응답이 나빠진다. 이를 개선시키기 위해서 정상 상태 기간에서는 피드백 게인(k*m)을 증가시킨다. 본 발명의 실시 예에서는 게인 보상 기간(GCP)후 피드백 게인을 증가시킨다.
피드백 생성부(320)는 제너 다이오드(ZD1), 저항(R1), 및 저항(R2)를 포함한다. 저항(R1) 및 저항(R2)는 직렬 연결되어 있고, 제너 다이오드(ZD1)는 피드백 단자(1)과 접지 사이에 연결되어 있다.
제너 다이오드(ZD1)가 도통되면, 제너 다이오드(ZD1)의 양단 전압은 소정의 제너 전압(VZ1)으로 유지되므로, 제너 다이오드(ZD1)는 피드백 전압(VFB)이 제너 전압(VZ1)을 넘지 않도록 피드백 전압(VFB)을 클램핑 한다. 제너 다이오드(ZD1)는 저항(R1)의 일단에 연결되어 있는 캐소드 전극 및 접지되어 있는 애노드 전극을 포함한다.
저항(R1)은 피드백 전압(VFB)이 인가되는 일단을 포함하고, 저항(R2)는 저항(R1)의 타단에 연결되어 있는 일단 및 접지되어 있는 타단을 포함한다.
저항(R1) 및 저항(R2)에 피드백 전류(IFB) 중 피드백 회로(400)에 전달되는 전류를 제외한 나머지 전류가 흐르고, 그 전류와 저항(R2)의 곱에 의해 피드백 신호(FB)는 결정된다. 부하가 증가하면, 피드백 회로(400)에 공급되는 전류가 감소하고 피드백 전압(VFB)이 증가하여, 피드백 신호(FB)도 증가한다. 부하가 감소하면, 피드백 회로(400)에 공급되는 전류가 증가하고 피드백 전압(VFB)이 감소하여, 피드백 신호(FB)도 감소한다. 피드백 신호(FB)는 PWM 비교기(341)의 반전 단자(-)에 입력된다.
버스트 제어부(330)는 버스트 비교기(331)를 포함하고, 버스트 비교기(331)는 반전 단자(-)에 입력되는 피드백 전압(VFB)과 비반전 단자(+)에 입력되는 버스트 기준 전압(VBR)을 히스테리시스 특성에 따라 비교한다. 버스트 비교기(331)는 히스테리시스 비교기로서, 히스테리시스 특성에 의해 버스트 기준 전압(VBR)은 버스트 시작 전압(VBL) 및 버스트 종료 전압(VBH)으로 구분된다. 피드백 전압(VFB)이 버스트 시작 전압(VBL)보다 낮은 전압이 되면 버스트 비교기(331)는 하이 레벨의 버스트 제어 신호(BC)를 생성하고, 증가하는 피드백 전압(VFB)이 버스트 종료 전압(VBH)보다 높은 전압이 되면, 로우 레벨의 버스트 제어 신호(BC)를 생성한다. 버스트 비교기(331)는 피드백 전압(VFB)이 버스트 시작 전압보다 작은 전압이 되고 난 후, 버스트 시작 전압(VBL)보다 크고 버스트 종료 전압(VBH)보다 작은 전압인 경우(VBL<VFB<VBH), 하이 레벨의 버스트 제어 신호(BC)를 유지한다. 또한, 피드백 전압(VFB)이 버스트 종료 전압(VBH) 보다 큰 전압이 되고 난 후, 버스트 종료 전압(VBH)보다 작고 버스트 시작 전압(VBL)보다 큰 전압인 경우(VBL<VFB<VBH), 로우 레벨의 버스트 제어 신호(BC)를 유지한다.
본 발명의 실시 예에 따른 버스트 제어부(330)는 소프트 스타트 기간이 종료되어 출력 전압이 안정화된 후 동작하도록 설계된다.
저전압 차단부(370)는 연결단자(4)를 통해 입력되는 전압으로 소정의 전류를 생성하는 전류원(371), 저전압 비교기(372), 및 차단 스위치(373)를 포함한다.
전류원(371)은 차단 스위치(373)가 턴 온 되어 있는 동안 커패시터(C2)를 충전시켜 전원 전압(VCC)을 증가시킨다.
저전압 비교기(372)는 비반전 단자(+)에 입력되는 전원 전압(VCC)과 반전 단자(-)에 입력되는 저전압 기준 전압(UVLO)을 히스테리시스 특성에 따라 비교하고, 비교한 결과에 따라 기동 신호(VCCG)를 생성한다. 저전압 비교기(372) 역시 히스테리시스 비교기로서, 히스테리시스 특성에 의해 저전압 기준 전압(UVLO)은 저전압 기준 저 전압(UVLOL) 및 저전압 기준 고 전압(UVLOH)로 구분된다. 전원 전압(VCC)이 저전압 기준 저 전압(UVLOL)보다 낮은 전압이 되면 저전압 비교기(372)는 로우 레벨의 기동 신호(VCCG)를 생성하고, 전원 전압(VCC)이 저전압 기준 고 전압(UVLOH)보다 높은 전압이 되면 저전압 비교기(372)는 하이 레벨의 기동 신호(VCCG)를 생성한다. 저전압 비교기(372)는 전원 전압(VCC)이 저전압 기준 저 전압(UVLOL)보다 낮은 전압이 되고 난 후, 저전압 기준 고 전압(UVLOH)보다 작고 저전압 기준 저 전압(UVLOL)보다 큰 전압인 경우(UVLOL<VCC<UVLOH) 로우 레벨의 기동 신호(VCCG)를 유지한다. 또한, 저전압 비교기(372)는 전원 전압(VCC)이 저전압 기준 고 전압(UVLOH)보다 높은 전압이 되고 난 후, 저전압 기준 저 전압(UVLOL)보다 크고 저전압 기준 고 전압(UVLOH)보다 작은 경우(UVLOL<VCC<UVLOH) 하이 레벨의 기동 신호(VCCG)를 유지한다.
차단 스위치(373)는 로우 레벨의 기동 신호(VCCG)에 의해 턴 온 되고, 하이 레벨의 기동 신호(VCCG)에 의해 턴 오프 된다.
기준 전압 생성부(360)는 하이 레벨의 기동 신호(VCCG)에 의해 동작을 시작하여 스위치 제어 장치(300)에 필요한 기준 전압(VREF)을 생성한다. 본 발명의 실시 예에서는 전류 생성부(320)가 기준 전압(VREF)을 전달받는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
PWM 제어부(340)는 PWM 비교기(341), PWM 래치(342), PWM 논리 연산부(343), 및 오실레이터(344)를 포함한다.
PWM 비교기(341)는 피드백 신호(FB) 및 전류 제한 신호(CLS)가 입력되는 반전 단자(-) 및 감지 신호(VSENSE)가 입력되는 비반전 단자(+)를 포함한다. PWM 비교기(341)는 반전 단자(-)에 입력되는 전압 중 낮은 전압과 감지 신호(VSENSE)를 비교하고, 감지 신호(VSENSE)가 반전 단자(-)에 입력되는 전압 중 낮은 전압 이상이면 하이 레벨의 비교 신호(CS)를 출력하고, 감지 신호(VSENSE)가 반전 단자(-)에 입력되는 전압 중 낮은 전압보다 작으면 로우 레벨의 비교 신호(CS)를 출력한다.
전류 제한 신호(CLS)는 피크 전류(IPEAK)와 저항(RL2)의 곱으로 결정되는 전압으로 저항(RL2)는 저항(R2)에 비해 매우 큰 저항이다. 따라서 전류 제한 신호(CLS)는 피드백 신호(FB)보다 일반적으로 크다. 다만, 부하가 매우 커서 피드백 신호(FB)가 매우 큰 값을 가지는 경우 전류 제한 신호(CLS)가 피드백 신호(FB)보다 낮은 값이 된다.
이와 같이, 감지 신호(VSENSE)가 전류 제한 신호(CLS)보다 높은 값이 되지 않도록 드레인 전류(Ids)가 제어된다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)는 전력 스위치(M1)에 부하가 커서 과도한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
PWM 래치(342)는 스위칭 클록 신호(SCLK)가 입력되는 셋단(S), 비교 신호(CS)가 입력되는 리셋 단(R), 반전 출력단(/Q)을 포함한다. PWM 래치(342)는 셋단(S)에 입력되는 스위칭 클록 신호(SCLK)의 상승 에지에 동기 되어 로우 레벨의 듀티 제어 신호(DS)를 반전 출력단(/Q)을 통해 출력하고, 리셋단(R)에 입력되는 비교 신호(CS)의 상승 에지에 동기되어 듀티 제어 신호(DS)가 하이 레벨이 된다. 듀티 제어 신호(DS)는 반전 출력단(/Q)을 통해 출력된다. 듀티 제어 신호(DS)는 전력 스위치(M1)의 턴 오프 시점을 결정한다. 듀티 제어 신호(DS)의 상승 에지에 동기되어 전력 스위치(M1)가 턴 오프 된다. 듀티 제어 신호(DS)를 로우 레벨로 리셋하는 신호가 스위칭 클록 신호(SCLK)이다.
PWM 논리 연산부(343)는 NOR 연산을 수행하는 NOR 게이트로 구현되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. PWM 논리 연산부(343)는 복수의 입력 신호가 모두 로우 레벨일 때 하이 레벨의 게이트 구동 신호(GC)를 생성하고, 복수의 입력 신호가 중 어느 하나가 하이 레벨이면 로우 레벨의 게이트 구동 신호(GC)를 생성한다.
오실레이터(344)는 소정 주기를 가지는 스위칭 클록 신호(SCLK)를 생성한다. 스위칭 클록 신호(SCLK)는 전력 스위치(M1)의 스위칭 주파수를 결정하는 신호이다.
감지 신호(VSENSE)가 피드백 신호(FB) 및 전류 제한 신호(CLS) 중 낮은 신호까지 상승하면, PWM 비교기(341)는 하이 레벨의 비교 신호(CS)를 출력한다. PWM 래치(342)는 비교 신호(CS)가 하이 레벨로 상승하는 시점 즉, 상승 에지에 동기되어 하이 레벨의 듀티 제어 신호(DS)를 PWM 논리 연산부(343) 로 전달한다. 그러면, PWM 논리 연산부(343)는 로우 레벨의 게이트 구동 신호(GC)를 생성한다.
그 후, 스위칭 클록 신호(SCLK)의 상승 에지에 동기되어 PWM 래치(342)는 로우 레벨의 듀티 제어 신호(DS)를 생성한다. 그 다음에 스위칭 클록 신호(SCLK)가 로우 레벨이 되고, 버스트 제어 신호(BC)가 로우 레벨이면, PWM 논리 연산부(343)는 하이 레벨의 게이트 구동 신호(GC)를 생성한다.
게이트 드라이버(GC)는 하이 레벨의 게이트 구동 신호(GC)에 응답하여 하이 레벨의 게이트 신호(VG)를 생성하고, 로우 레벨의 게이트 구동 신호(GC)에 응답하여 로우 레벨의 게이트 신호(VG)를 생성한다.
지금까지 설명한 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)는 피드백 전압(VFB)에 따라 가변하는 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK)를 생성하여 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작을 제어한다. 또한 소프트 스타트 기간이 종료된 후 피크 게인(k) 및 피드백 게인(k*m)을 증가시켜 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK)를 증가시킨다. 그러면 주파수 응답이 향상되어 부하 변동에 보다 빠르게 대응할 수 있다.
또한, 피드백 신호(FB)가 피드백 전압(VFB)에 따라 가변하는 피드백 전류(IFB)에 따라 생성되므로, 소프트 스타트 모드에 따라 전력 스위치(M1)를 제어하기 위해 필요한 구성이 종래에 비해 감소되고, 스위치 제어 장치(300)의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 또한, 대기 모드(즉, 피드백 전압(VFB)이 작을 때)일 때 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK)가 감소하여 스위치 제어 장치(300)의 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치에서 소프트 스타트 기간을 포함하는 소정 기간 동안 발생하는 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다. 드레인 전류(Ids)가 면적으로 표시되는 것은 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작에 따라 피크 및 최소 값 사이에서 스윙하고, 전력 스위치(M1)의 스위칭 주파수가 높으므로 도 4에 도시된 시간 단위에서는 선이 아닌 면으로 도시된다. 도 5 내지 9 역시 마찬가지이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T1에 기동 신호(VCCG)가 발생하여 스위치 제어 장치(300)가 동작을 시작한다.
시점 T2부터 피드백 전압(VFB)이 발생하고, 증가하기 시작한다. 그러면 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK) 역시 시점 T2부터 발생하고 증가하기 시작한다.
시점 T3부터 전력 스위치(M1)의 스위칭 동작이 시작되어 드레인 전류(Ids)가 발생하고, 드레인 전류(Ids)의 피크가 피드백 신호(FB)를 따라 증가하기 시작한다. 시점 T3는 소프트 스타트 기간의 시작 시점이다. 시점 T4에 소프트 스타트 기간이 종료된다. 시점 T4 이후부터 피드백 전압(VFB)이 일정하게 유지되기 시작하면, 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)가 일정하게 유지된다. 기간 T3-T4 동안 피크 전류(IPEAK)와 피드백 전류(IFB)의 합은 195uA이다.
그리고 카운터에 의해 시점(T1)부터 게인 보상 기간(도 4에서는 15ms)이 경과한 시점 T5에 피크 게인이 증가하여 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)가 증가한다. 시점 T5에는 피크 전류(IPEAK)와 피드백 전류(IFB)의 합이 316uA이다.
시점 T6부터, 출력 전압이 안정화 되고, 피드백 전압(VFB)이 감소하면, 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)는 감소한다.
소프트 스타트 기간 동안 피드백 전압(VFB)이 서서히 증가하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 소프트 스타트 기간 동안 서서히 증가하는 피드백 전류(IFB)를 이용하고, 별도의 소프트 스타트 회로 없이 출력 전압을 서서히 증가시키는 스위치 제어 장치를 제공한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치의 부하가 변동할 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압, 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
이하, 부하는 전류 단위를 이용하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시점(T10)에 전력 공급 장치에 연결된 부하가 14A에서 부하가 10A로 바뀌면, 피드백 전압(VFB)이 감소한다. 그러면, 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK) 역시 감소하고 드레인 전류(Ids)의 피크가 감소한다.
그리고 시점 T11에서 부하가 14A에서 부하가 10A로 바뀌면, 피드백 전압(VFB)이 증가한다. 그러면, 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK) 역시 증가하고 드레인 전류(Ids)의 피크가 증가한다.
도 5에 도시된 파형도에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)를 포함하는 전력 공급 장치(10)는 부하의 변화에 대한 주파수 응답을 향상시키기 위해 게인 보상 기간(GCP)이후 피드백 게인(k*m)을 증가시킨다.
시점(T10)에 부하가 감소하여 출력 전압(Vout)이 증가하면, 전력 공급 장치(10)의 출력 전압(Vout)이 일정하게 유지되도록 스위치 제어 장치(300)가 동작한다. 즉, 출력 전압(Vout)을 감소시키기 위해서는 출력단(200)으로 전달되는 전력을 감소시켜야 한다. 이를 위해서 출력 전압(Vout)이 증가하면, 피드백 전압(VFB)이 감소한다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 피드백 전류(IFB)가 피드백 전압(VFB)에 따라 감소하고, PWM 제어부(340)에 입력되는 피드백 신호(FB)도 감소한다. 즉, 스위치 제어 장치는 게인 보상 기간(GCP)이후 피드백 게인을 증가시켜, 부하의 감소에 따른 피드백 신호(FB)의 감소폭을 증가시킨다. 그러면 정상 상태의 주파수 응답이 소프트 스타트 기간의 주파수 응답에 비해 향상 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 부하가 변동한 후 수 ms 이내에 출력 전압(Vout)이 안정화 되는 것을 볼 수 있다.
도 5에서는, 중부하(heavy load) 환경에서 스위치 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 구체적인 부하로, 10A 및 14A를 예시로 들었다. 이는 예시 일뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치의 부하가 변동할 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다. 도 5에 비해 부하의 변동 폭이 크다.
도 6에 도시된 바와 같이, 부하가 14A에서 1.4A로 감소하는 시점(T20)에서, 피드백 전압(VFB)은 급격히 감소한다. 그러면 피드백 전류(IFB)가 감소하여 피드백 신호(FB)가 감소하고, 드레인 전류(Ids)의 피크가 감소하여 출력 전압(Vout)이 더 이상 증가하지 않고 유지된다.
부하가 1.4A에서 12.6A로 증가하는 시점(T21)에서 피드백 전압(VFB)은 급격히 증가한다. 그러면 피드백 전류(IFB)가 증가하여 피드백 신호(FB)가 증가하고 드레인 전류(Ids)의 피크가 증가하여, 출력 전압(Vout)이 시점(T22)이후로 서서히 증가하여 시점(T23)에 안정화 된다.
도 7은 게인 보상 기간(GCP)이후, 도 6의 피드백 게인보다 더 큰 피드백 게인을 사용하여 피드백 신호(FB)를 생성했을 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 시점(T30)에 부하가 14A에서 1.4A로 감소하면, 피드백 전압(VFB)은 급격히 감소한다. 그러면 피드백 전류(IFB)가 감소하여 피드백 신호(FB)가 감소하고, 드레인 전류(Ids)의 피크가 감소하여 출력 전압(Vout)이 더 이상 증가하지 않고 유지된다.
부하가 1.4A에서 12.6A로 증가하는 시점(T31)에서 피드백 전압(VFB)은 급격히 증가한다. 그러면 피드백 전류(IFB)가 증가하여 피드백 신호(FB)가 증가하고 드레인 전류(Ids)의 피크가 증가하여, 출력 전압(Vout)이 시점(T31)이후로 증가하여 시점(T32)에 안정화 된다.
이와 같이 피드백 게인을 증가시키면 부하 변동에 따른 출력 전압(Vout)의 변동이 빠르게 안정화 된다. 즉, 주파수 응답이 향상된다.
도 8 은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치가 버스트 동작할 때, 피드백 전압(VFB), 드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 및 피드백 전류(IFB)와 피크 전류(IPEAK)의 합을 나타낸 파형도이다.
도 9는 종래 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치가 버스트 동작할 때, 피드백 전압, 드레인 전류, 출력 전압, 및 피드백 전류와 피크 전류의 합을 나타낸 파형도이다. 도 8 및 도 9의 부하는 0.3A이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 부하가 매우 낮아 소프트 스타트 기간이 종료된 후 바로 시점(T40)부터 스위치 제어 장치(300)가 버스트 동작한다.
전력 스위치(M1)가 스위칭 동작하는 기간 중 피드백 전압(VFB)이 버스트 시작 전압(VBL)보다 작은 전압으로 감소하는 시점(T40)부터 전력 스위치(M1)는 스위칭 동작하지 않는다. 전력 스위치(M1)가 스위칭 동작하지 않는 기간 중 피드백 전압(VFB)은 증가하고, 피드백 전압(VFB)이 버스트 종료 전압(VBH)보다 커지는 시점(T41)에 다시 전력 스위치(M1)는 스위칭 동작을 시작한다. 이와 같은 동작이 반복된다.
게인 보상 기간(GCP)이 종료되는 시점(T42)에 피드백 전류(IFB) 및 피크 전류(IPEAK)의 합이 증가하고, 시점(T42)이후의 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)는 피드백 전압(VFB)에 따라 변동에 따라 증감을 반복한다. 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)의 합 역시 리플을 포함한다.
피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)를 합한 전류 평균은 47uA로, 도 9에 도시된 종래 스위치 제어 장치의 피크 전류(IPEAK) 및 피드백 전류(IFB)의 합인 179uA에 비해 매우 작다.
이와 같이, 대기 모드에서 전력 공급 장치(10)의 전체 소비 전력에 대한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)의 소비 전력은 종래 스위치 제어 장치의 소비 전력에 비해 매우 작다.
대기 모드가 아닌 정상 상태에서 전력 공급 장치(10)의 총 소비 전력은 스위치 제어 장치(300)의 소비 전력에 비해 매우 크므로, 스위치 제어 장치의 소비 전력 증가는 무시할 수 있다. 그러나 대기 모드에서 전력 공급 장치(10)의 총 소비 전력은 정상 상태에 비해 매우 작은 값으로, 스위치 제어 장치(300)의 소비 전력 증가가 전력 공급 장치(10)의 총 소비 전력 증가의 원인이 된다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 전류 제한값이 설정된 스위치 제어 장치에 대해서 설명하였다. 본 발명의 제2 실시 예에서는 전류 제한값이 설정되지 않은 스위치 제어 장치에 대해서 설명한다.
즉, 피크 전류(IPEAK)를 생성하지 않고, 피드백 전류(IFB')만을 피드백 전압(VFB)에 따라 가변하여 생성하는 스위치 제어 장치에 대해서 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(500)를 나타낸 도면이다. 본 발명의 제1 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일 도면 부호를 사용하였다. 아울러, 제2 실시 예 설명에서는 제1 실시 예와 중복되는 설명이 생략된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 장치(500)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치(300)에 비해, 전류 생성부(510)가 피드백 전류(IFB')만을 생성하고, PWM 제어부(540)의 PWM 비교기(541)의 반전 단자(-)에 피드백 신호(FB)만이 입력된다. 그 이외의 구성 및 동작은 동일한 바, 구체적인 설명은 생략한다.
전류 생성부(510)는 피드백 전압(VFB)에 따라 변하는 피드백 전류(IFB')를 생성하여 피드백 생성부(320)로 전달한다. 그러면 피드백 생성부(320)로부터 생성된 피드백 신호(FB')는 PWM 비교기(541)의 반전 단자(-)로 전달된다.
PWM 비교기(541)는 피드백 신호(FB')와 감지 신호(VSENSE)를 비교하여 전력 스위치(M1)의 턴 오프 시점을 제어하는 비교 신호(CS')를 생성한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전류 생성부(510)를 나타낸 도면이다.
전류 생성부(510)는 제1 피드백 전류원(511), 제2 피드백 전류원(512), 카운터(513), 및 게인 트랜지스터(Q2)를 포함한다.
제1 피드백 전류원(511)은 피드백 전압(VFB)에 따라 제1 피드백 전류(IFB1)를 생성한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 피드백 전류원(511)은 피드백 전압(VFB)에 제4 게인을 곱한 제1 피드백 전류(IFB1)를 생성한다.
제2 피드백 전류원(512)은 피드백 전압(VFB)에 따라 제2 피드백 전류(IFB2)를 생성한다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2 피드백 전류원(512)은 피드백 전압(VFB)에 제5게인을 곱한 제2 피드백 전류(IFB2)를 생성한다.
카운터(513)는 기동 신호(VCCG)가 발생한 시점부터 게인 보상 기간(GCP)을 카운트한 후 게인 트랜지스터(Q2)를 턴 온 시킨다. 게인 트랜지스터(Q2)는 N 채널 타입의 트랜지스터이므로, 카운터(513)는 게인 보상 기간(GCP)경과 후 하이 레벨의 카운트 신호(CTS')를 게인 트랜지스터(Q2)의 게이트 전극에 전달한다.
게인 트랜지스터(Q2)가 턴 온 되면, 피드백 전류(IFB')는 제1 피드백 전류 및 제2 피드백 전류의 합이 된다. 즉, 게인 보상 기간(GCP)경과 후, 피드백 전류(IFB')는 제2 피드백 전류만큼 증가한다. 그러면, 피드백 게인이 증가한다.
피드백 전압(VFB)과 피드백 전류(IFB')간에 수학식 3과 같은 관계가 성립된다.
Figure pat00003
이 때, k'은 피드백 전류(IFB')는 게인 보상 기간(GCP)동안은 제4 게인이고, 게인 보상 기간(GCP)경과 후에는 제4 게인 및 제5 게인의 합이 된다. 결과적으로, 제2 실시 예의 피드백 게인(k')은 제1 실시 예의 피드백 게인(k*m)과 동일한 값을 갖도록 제4 게인 및 제5 게인이 설정될 수 있다.
도 4 내지 도 8에서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스위치 제어 장치의 구동 방식 및 그 효과는 제2 실시 예에서도 동일하게 적용된다.
즉, 제1 실시 예에서는 피크 전류(IPEAK)가 피드백 전압(VFB)에 피크 게인(k)을 곱한 값이고, 피드백 전류(IFB)가 피크 전류(IPEAK)에 제3 게인(m)을 곱한 값이므로, 피드백 전류(IFB)는 피드백 전압(VFB)에 피드백 게인(k*m)을 곱한 값으로 설정되었다.
제2 실시 예에서는 피크 전류(IPEAK) 없이 바로 피드백 전류(IFB')가 피드백 전압(VFB)에 피드백 게인(k')을 곱한 값으로 설정된다. 피드백 신호(FB')는 피드백 전류(IFB')에서 피드백 회로(400)로 전달되는 전류를 제외한 나머지 전류와 저항(R2)의 곱으로 결정된다.
본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 스위치 제어 장치는 별도의 소프트 스타트 회로 없이 소프트 스타트 모드에서 전력 스위치(M1)를 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 스위치 제어 장치의 사이즈가 종래에 비해 감소한다. 정상 상태에서 스위치 제어 장치는 부하의 변동에 대한 주파수 응답을 소프트 스타트 기간에 비해 향상시킨다. 그리고 대기 모드에서 스위치 제어 장치의 소비 전력을 감소시킨다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 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 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
전력 공급 장치(10), 전력 공급부(100), 출력부(200)
스위칭 제어 장치(300, 500), 피드백 회로(400), 교류 입력(AC)
전파 브리지 정류기(BD), 커패시터(C1), 1차 코일(L1), 입력 전압(Vin)
전력 스위치(M1), 2차 코일(L2), 다이오드(D1), 커패시터(C2)
저항(Ro), 제너 다이오드(ZD), 옵토 다이오드(photo diode, PD)
커패시터(Cfb), 옵토 트랜지스터(photo transistor, PT), 감지 저항(RSENSE)
전류 셍성부(310, 510), 피드백 생성부(320), 버스트 제어부(330)
PWM 제어부(340, 540), 게이트 드라이버(350), 기준 전압원(360)
저전압 차단부(370), 제1 피크 전류원(311), 제2 피크 전류원(312)
카운터(313, 513), 게인 트랜지스터(Q1, Q2), 전류 검출부(314)
제1 피드백 전류원(511), 제2 피드백 전류원(512), 제1 피드백 전류(IFB1)
전류 미러(315), 제너 다이오드(ZD1), 저항(R1), 저항(R2)
버스트 비교기(330), 전류원(371), 저전압 비교기(372)
차단 스위치(373), PWM 비교기(341, 541), PWM 래치(342)
PWM 논리 연산부(343), 오실레이터(344), 피드백 전압(VFB)
드레인 전류(Ids), 출력 전압(Vout), 피드백 전류(IFB)
피크 전류(IPEAK), 게인 보상 기간(GCP), 제2 피드백 전류(IFB2)
피크 게인(k), 피드백 게인(k*m, k')

Claims (20)

  1. 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 이용하여 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치에 있어서,
    상기 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하는 전류 생성부;
    상기 피드백 전류를 이용하여 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 피드백 생성부; 및
    상기 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 상기 피드백 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 시키는 PWM 제어부를 포함하고,
    상기 전류 생성부는 소정의 게인 보상 기간 후 상기 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 상기 게인 보상 기간은 상기 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 긴 스위치 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 생성부는,
    상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하고, 상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가하는 스위치 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고,
    상기 전류 생성부는,
    상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피크 게인을 증가시키는 스위치 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류 생성부는,
    상기 피드백 전압에 제1 게인을 곱한 제1 피크 전류를 생성하는 제1 피크 전류원;
    상기 피드백 전압에 제2 게인을 곱한 제2 피크 전류를 생성하는 제2 피크 전류원;
    상기 게인 보상 기간을 카운트하고, 상기 게인 보상 기간이 경과하면 제1 레벨의 카운트 신호를 생성하는 카운터;
    상기 제1 피크 전류원에 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제2 피크 전류원에 연결되어 있는 제2 전극, 및 상기 카운트 신호가 전달되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 레벨의 카운트 신호에 턴 온 되는 게인 트랜지스터;
    상기 피크 전류를 검출하고, 검출된 피크 전류를 출력하는 전류 검출부; 및
    상기 검출된 피크 전류에 제3 게인을 곱해 상기 피드백 전류를 생성하는 전류 미러를 포함하고,
    상기 게인 트랜지스터가 턴 오프이면, 상기 피크 전류는 상기 제1 피크 전류이고, 상기 게인 트랜지스터 턴 온이면, 상기 피크 전류는 상기 제1 피크 전류 및 상기 제2 피크 전류의 합인 스위치 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 생성부는,
    상기 피드백 전압에 피드백 게인을 곱하여 상기 피드백 전류를 생성하고, 상기 게인 보상 기간 후 상기 피드백 게인이 증가하는 스위치 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고,
    상기 전류 생성부는,
    상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피드백 게인을 증가시키는 스위치 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전류 생성부는,
    상기 피드백 전압에 제4 게인을 곱한 제1 피드백 전류를 생성하는 제1 피드백 전류원;
    상기 피드백 전압에 제5 게인을 곱한 제2 피드백 전류를 생성하는 제2 피드백 전류원;
    상기 게인 보상 기간을 카운트하고, 상기 게인 보상 기간이 경과하면 제1 레벨의 카운트 신호를 생성하는 카운터; 및
    상기 제1 피드백 전류원에 연결되어 있는 제1 전극, 상기 제2 피드백 전류원에 연결되어 있는 제2 전극, 및 상기 카운트 신호가 전달되는 게이트 전극을 포함하고, 상기 제1 레벨의 카운트 신호에 턴 온 되는 게인 트랜지스터를 포함하고,
    상기 게인 트랜지스터가 턴 오프이면, 상기 피드백 전류는 상기 제1 피드백 전류이고, 상기 게인 트랜지스터 턴 온이면, 상기 피드백 전류는 상기 제1 피드백 전류 및 상기 제2 피드백 전류의 합인 스위치 제어 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 피드백 생성부는,
    상기 피드백 전압이 인가되는 일단을 포함하는 제1 저항;
    상기 제1 저항의 타단에 연결되어 있는 일단 및 접지되어 있는 타단을 포함하는 제2 저항; 및
    상기 제1 저항의 일단에 연결되어 있는 캐소드 전극 및 접지되어 있는 애노드 전극을 포함하는 제너 다이오드를 포함하고,
    상기 피드백 전류 중 상기 피드백 전압을 생성하는 전류를 제외한 나머지 전류가 상기 제2 저항에 흐르고, 상기 제2 저항의 일단에 발생하는 전압이 상기 피드백 신호인 스위치 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는,
    상기 피드백 신호와 상기 감지 신호를 비교한 결과에 따라 비교 신호를 생성하는 PWM 비교기:
    상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 결정하는 스위칭 클록 신호를 생성하는 오실레이터;
    상기 스위칭 클록 신호 및 상기 비교 신호를 입력받고, 상기 스위칭 클록 신호에 의해 제1 레벨로 리셋되고, 상기 비교 신호에 제2 레벨로 변하는 듀티 제어 신호를 출력하는 PWM 래치; 및
    상기 스위칭 클록 신호 및 상기 듀티 제어 신호에 따라 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 게이트 구동 신호를 생성하는 PWM 논리 연산부를 포함하고,
    상기 PWM 논리 연산부는,
    상기 듀티 제어 신호가 제2 레벨로 변하는 시점에 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 게이트 구동 신호를 생성하는 스위치 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전류 생성부는,
    상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하고, 상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가하는 스위치 제어 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 PWM 비교기는,
    상기 피드백 신호 및 상기 피크 전류에 대응하는 전류 제한 신호 중 낮은 값을 가지는 신호와 상기 감지 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 비교 신호를 생성하는 스위치 제어 장치.
  12. 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 입력 전력을 변환하여 출력 전력을 생성하는 전력 공급 장치에 있어서,
    상기 출력 전력의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하는 피드백 회로; 및
    상기 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하고, 상기 피드백 전류를 이용하여 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하며, 상기 피드백 신호와 상기 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 상기 피드백 신호를 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 시키는 스위치 제어 장치를 포함하고,
    상기 스위치 제어 장치는,
    소정의 게인 보상 기간 후 상기 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 상기 게인 보상 기간은 상기 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 긴 전력 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 피드백 전압에 피드백 게인을 곱하여 상기 피드백 전류를 생성하고, 상기 게인 보상 기간 후 상기 피드백 게인이 증가하는 전력 공급 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고,
    상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피드백 게인을 증가시키는 전력 공급 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하고, 상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가하는 전력 공급 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치에 공급되는 전원 전압이 상기 스위치 제어 장치의 동작에 필요한 임계 전압 이상이 되면, 상기 스위치 제어 장치는 동작을 시작하고,
    상기 스위치 제어 장치가 동작을 시작한 시점으로부터 상기 게인 보상 기간이 지나면 상기 피크 게인을 증가시키는 전력 공급 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    상기 전력 공급 장치에 연결된 부하가 낮아져 상기 피드백 전압이 소정의 버스트 시작 전압 보다 작아지면 상기 전력 스위치를 버스트 동작시키는 버스트 제어부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  18. 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 이용하여 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 방법에 있어서,
    상기 피드백 전압에 따르는 피드백 전류를 생성하는 단계;
    상기 피드백 전류를 이용하여 상기 피드백 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 전력 스위치에 흐르는 드레인 전류에 대응하는 감지 신호와 상기 피드백 신호를 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 를 결정하는 단계를 포함하고,
    소정의 게인 보상 기간 후 상기 게인 보상 기간 동안의 피드백 전류 보다 피드백 전류를 증가시키고, 상기 게인 보상 기간은 상기 출력 전압이 서서히 증가하는 소프트 스타트 기간보다 긴 스위치 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 피드백 전류를 생성하는 단계는,
    상기 피드백 전압에 피드백 게인을 곱하여 상기 피드백 전류를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 게인 보상 기간 후 상기 피드백 게인이 증가하는 스위치 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 드레인 전류의 전류 제한값을 결정하는 전류 제한 신호를 생성하기 위해 피크 전류를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 피크 전류는 상기 피드백 전압에 피크 게인을 곱한 값이고, 상기 피드백 전류는 상기 피크 전류에 소정의 게인을 곱한 값이며, 상기 게인 보상 기간 경과 후 상기 피크 게인이 증가하는 스위치 제어 방법.
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