KR20120084181A - 소프트 스타트 회로 - Google Patents

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KR20120084181A
KR20120084181A KR1020110005577A KR20110005577A KR20120084181A KR 20120084181 A KR20120084181 A KR 20120084181A KR 1020110005577 A KR1020110005577 A KR 1020110005577A KR 20110005577 A KR20110005577 A KR 20110005577A KR 20120084181 A KR20120084181 A KR 20120084181A
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삼성전기주식회사
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Abstract

소프트 스타트 회로가 개시된다. 소프트 스타트 회로는 공진 전압을 생성하는 공진부와, 전력 변환기의 출력 전압을 감지하기 위한 전압 감지부와, 전력 변환기를 온오프시키기 위한 구동 신호에 기초하여, 전압 감지부에 의해 감지된 전압 또는 공진 전압 중 어느 하나를 기준 전압으로 선택하는 기준전압 선택부와, 기준전압 선택부에 의해 선택된 기준 전압과 전압 감지부에 의해 감지된 전압으로부터 전력 변환기의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 오차 증폭부를 포함함으로써, 전력 변환기의 반도체 소자들의 소손을 방지하고, 출력 전압의 오버슈트를 방지할 수 있다.

Description

소프트 스타트 회로{SOFT START CIRCUIT}
본 발명은 소프트 스타트 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 변환기의 반도체 소자들의 소손을 방지하고, 출력 전압의 오버슈트를 방지할 수 있는 소프트 스타트 회로에 관한 것이다.
전력 변환기(power converter)란 일반적으로 입력 전원을 일정한 전압으로 승압 또는 강압하여 출력하기 위한 장치로, SMPS(Switching Mode Power Supply), 모터 구동 등 다양한 장치에 없어서는 안되는 필수적 장치이다.
이러한 전력 변환기는 출력 전압을 제어하기 위해서 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 전력 변환기에 포함된 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 전압 제어 방식(voltage control method)을 사용하고 있다. 이와 같은 전압 제어 방식에 의하면, 전력 변환기의 초기 구동시에는 오차 증폭기의 기준 전압이 높기 때문에 전력 변환기의 스위칭 소자를 최대의 시비율(duty ratio)로 동작시킴으로써, 전력 변환기의 출력단에 설치된 출력 커패시터를 미리 설정된 출력 전압으로 충전시키게 된다. 이 경우, 전력 변환기의 인덕터 소자나 변압기의 전류를 빌드업하는 구간이 길어지게 되므로 초기 돌입 전류(initial inrush current)가 생겨나게 된다.
이러한 돌입 전류를 방지하기 위해 시비율을 서서히 증가시키는 소프트 스타트 방법이 연구되고 있다. 하지만, 이와 같은 방식에 의할 경우 과도 상태에서 정상 상태로 바뀌면서 출력 전압에 오버슈트가 발생하게 되는 문제점이 있다.
또한, 전력 변환기의 턴오프시 전력 변환기의 출력 전압은 서서히 감소하게된다. 따라서, 큰 출력 전압이 남아 있는 상태에서 재차 전력 변환기를 턴온시키는 경우에는 기준 전압과 출력 전압의 차이가 커서 전력 변환기의 인덕터에 역으로 전류가 흐르게 되며, 이는 전력 변환기 내부의 반도체 소자를 소손시킨다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전력 변환기의 반도체 소자들의 소손을 방지하고, 출력 전압의 오버슈트를 방지할 수 있는 소프트 스타트 회로를 제공하는데 해결하고자 하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 기술적인 측면은, 공진 전압을 생성하는 공진부와, 전력 변환기의 출력 전압을 감지하기 위한 전압 감지부와, 전력 변환기를 온오프시키기 위한 구동 신호에 기초하여, 전압 감지부에 의해 감지된 전압 또는 공진 전압 중 어느 하나를 기준 전압으로 선택하는 기준전압 선택부와, 기준전압 선택부에 의해 선택된 기준 전압과 전압 감지부에 의해 감지된 전압으로부터 전력 변환기의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 오차 증폭부하는 소프트 스타트 회로를 제안하는 것이다.
또한, 기준전압 선택부는, 구동 신호가 상기 전력 변환기를 턴온 시키기 위한 제1 구동 신호인 경우 공진 전압을 기준 전압으로 선택하며, 구동 신호가 전력 변환기를 턴오프 시키기 위한 제2 구동 신호인 경우 전압 감지부에 의해 감지된 전압을 기준 전압으로 선택할 수 있다.
또한,기준 전압 선택부는, 제1 단자가 전압 감지부의 출력단에 연결되고, 제2 단자는 공진부의 출력단에 연결되며, 스위칭 신호가 입력되는 제1 제어단자와 제2 단자간 전압차에 의해 제1 단자와 상기 제2 단자간의 연결이 개폐되는 제1 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자의 제1 제어단자에 제3 단자가 연결되고, 제4 단자는 그라운드에 연결되며, 스위칭 신호가 입력되는 제2 제어단자와 제4 단자간 전압차에 의해 제3 단자와 제4 단자간의 연결이 개폐되는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
또한, 기준 전압 선택부는, 제1 스위칭 소자의 제1 단자와 전압 감지부의 출력단 사이에 전압 팔로워(voltage follower)를 더 포함할 수 있다.
또한, 공진부는, 구동전원과, 구동전원에 일단이 연결된 저항과, 저항의 타단과 그라운드 사이에 연결된 공진 커패시터를 포함하며, 저항의 타단과 공진 커패시터의 접속점인 출력단이 제1 스위칭 소자의 제2 단자에 연결될 수 있다.
또한, 일단이 상기 제2 스위칭 소자의 제4 단자에, 타단은 그라운드에 연결된 저항을 더 포함할 수 있다.
또한, 기준 전압 선택부는, 전압 감지부의 출력단에 (-) 단자가 연결되고, (+) 단자는 공진부의 출력단에 연결된 비교기와, 비교기의 출력에 제3 제어단자가 연결되며, 제5 단자는 공진부의 출력단에 연결되며, 제6 단자는 그라운드에 연결된 제3 스위칭 소자와, 제3 제어단자에 애노드가 연결되고, 캐소드로 전력 변환기를 온오프시키기 위한 구동 신호가 인가되는 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 공진부는, 구동전원과, 구동전원에 일단이 연결된 저항과, 저항의 타단과 그라운드 사이에 연결된 공진 커패시터를 포함하며, 저항의 타단과 공진 커패시터의 접속점인 출력단이 제3 스위칭 소자의 제5 단자에 연결될 수 있다.
또한, 일단이 제3 스위칭 소자의 제6 단자에, 타단은 그라운드에 연결된 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 변환기를 온오프시키기 위한 구동 신호에 따라 오차 증폭기로 입력되는 기준 전압을 공진 전압 또는 전력 변환기의 출력 전압 중 어느 하나로 선택함으로써, 전력 변환기의 반도체 소자들의 소손을 방지하고, 출력 전압의 오버슈트를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 스타트 회로를 포함하는 전체 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소프트 스타트 회로의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 스타트 회로의 구동 신호와 기준 전압을 도시한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 소프트 스타트 회로의 구성도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 스타트 회로를 포함하는 전체 시스템의 구성도이다. 전체 시스템은 입력되는 전압(Vin)을 일정한 출력 전압(Vo)으로 변환하여 출력하는 전력변환기(10)와, 전력변환기(10)의 출력 전압(Vo)을 궤환받아 제어 신호(Verr)를 생성하는 소프트 스타트 회로(100)와, 소프트 스타트 회로(100)에서 생성한 제어 신호(Verr)에 따라 전력변환기(10)의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 PWM 신호(SW)를 생성하는 PWM 신호 생성부(20)와, 외부로부터 입력된 외부신호에 따라 전력변환기(10)를 온오프시키기 위한 구동 신호(
Figure pat00001
)를 생성하는 온오프신호 생성부(30)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 전력변환기(10)는 예컨대 벅컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 플라이백 컨버터, 하프브리지 컨버터 등과 같은 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있으며, 입력 전압(Vin)을 일정한 출력 전압(Vo)으로 변환하여 출력한다.
소프트 스타트 회로(100)는, 전력변환기(10)의 출력 전압(Vo)을 궤환받아 제어 신호(Verr)를 생성하여 PWM 신호 생성부(20)로 전달한다. 이러한 소프트 스타트 회로(100)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
PWM 신호 생성부(20)는, 소프트 스타트 회로(100)로부터 전달받은 제어 신호(Verr)에 따라 전력 변환기(10)에 포함된 다수의 스위칭 소자들을 제어한다.
온오프신호 생성부(30)는, 전력 변환기(10)의 구동을 제어하기 위한 외부 신호가 입력되면, 입력된 외부 신호로부터 전력 변환기(10)를 온오프시키기 위한 구동 신호(
Figure pat00002
)를 생성한다. 구체적으로 구동 신호(
Figure pat00003
)는 전력변환기(10)를 턴온시키기 위한 제1 구동 신호 또는 전력변환기(10)를 턴오프시키기 위한 제2 구동 신호 중 어느 하나일 수 있다. 생성된 구동 신호(
Figure pat00004
)는 적절한 제어 신호(Verr)의 생성을 위해 소프트 스타트 회로(100)로 인가됨과 동시에 PWM 신호 생성부(20)로 인가될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스타트 회로(100)의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스타트 회로(100)의 구동 신호(
Figure pat00005
)와 기준 전압(Vref)을 도시한 파형도이다.
이하 도 1 내지 도 3을 함께 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소프트 스타트 회로(100)의 회로를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 소자 또는 FET(Field Effect Transistor) 소자를 포함할 수 있으며, 도 2에서는 BJT를 예시적으로 도시하고 있다. BJT의 경우 제1 스위칭 소자(Q1)의 제1 단자는 컬렉터, 제2 단자는 이미터, 제1 제어단자는 베이스가 되며, 제2 스위칭 소자(Q2)의 제3 단자는 컬렉터, 제4 단자는 이미터, 제2 제어단자는 베이스가 된다. FET의 경우 제1 스위칭 소자(Q1)의 제1 단자는 드레인, 제2 단자는 소스, 제1 제어단자는 게이트가 되며, 제2 스위칭 소자(Q2)의 제3 단자는 드레인, 제4 단자는 소스, 제2 제어단자는 게이트가 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스타트 회로(100)는 RC 공진 전압을 생성하는 RC 공진부(120)와, 전력 변환기(10)의 출력 전압(Vo)을 감지하기 위한 전압 감지부(110)와, 전력 변환기(10)를 온오프시키기 위한 구동 신호에 기초하여, 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo') 또는 RC 공진 전압(Vr) 중 어느 하나를 기준 전압(Vref)으로 선택하는 기준전압 선택부(140)와, 기준전압 선택부(140)에 의해 선택된 기준 전압(Vref)과 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')으로부터 전력 변환기(10)의 출력 전압(Vo)을 제어하기 위한 제어 신호(Verr)를 생성하는 오차 증폭부(130)를 포함할 수 있다.
전압 감지부(110)는 직렬 연결된 저항들(R1, R2)을 포함하며, 전력 변환기(10)의 출력 전압(Vo)을 감지하고, 저항 분배의 법칙에 의해 분배된 전압(Vo')을 출력한다.
RC 공진부(120)는 구동전원(Vdd)에 일단이 연결되며, 타단은 공진 커패시터(C)에 연결된 저항(R)과, 저항(R)의 타단과 그라운드 사이에 연결된 공진 커패시터(C)를 포함하며, 저항(R)의 타단과 공진 커패시터(C)의 접속점인 출력단은 제1 스위칭 소자(Q1)의 제2 단자에 연결된다. 이러한 RC 공진부(120)는 구동전원(Vdd)에 의해 공진 커패시터(C)가 충전됨으로써, RC 공진 전압(Vr)을 생성한다.
오차 증폭부(130)는 OP 앰프(131)의 (-) 단자로 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')이 인가되며, (+) 단자로 기준 전압(Vref)이 인가된다. 또한, 적절한 이득 조절을 위한 제1 보상기(132)와 제2 보상기(133)를 부가시킨 부궤환 회로로 구성될 수 있다. 제1 보상기(132)와 제2 보상기(133)는 저항, 커패시터, 인덕터 등의 소자들로 구성될 수 있다. 이러한 오차 증폭부(130)는 기준 전압(Vref)과 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')을 입력받고, 입력된 양 전압(Vref, Vo')의 차이에 기초하여 제어 신호(Verr)를 생성하고, 생성된 제어 신호(Verr)를 PWM 신호 생성부(20)로 출력한다. 상술한 제어 신호(Verr)는 제1 보상기(132)와 제2 보상기(133)를 적절한 소자들로 구성함으로써, P(Proportinal) 제어, PI(Proportinal Integral) 제어, PID(Proportinal Integral Integral Differential) 등 다양한 방식으로 생성될 수 있으며, 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기준전압 선택부(140)는 구동 신호(
Figure pat00006
)가 전력 변환기(10)를 턴온 시키기 위한 제1 구동 신호인 경우 RC 공진 전압(Vr)을 기준 전압(Vref)으로 선택하며, 구동 신호(
Figure pat00007
)가 전력 변환기(10)를 턴오프 시키기 위한 제2 구동 신호인 경우 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')을 기준 전압(Vref)으로 선택한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 구동 신호(
Figure pat00008
)가 로우(L)인 경우는 전력 변환기(10)를 턴온 시키기 위한 제1 구동 신호이며, 구동 신호(
Figure pat00009
)가 하이(H)인 경우는 전력 변환기(10)를 턴오프 시키기 위한 제2 구동 신호인 것으로 가정한다.
구체적으로 기준전압 선택부(140)는 제1 단자가 전압 감지부(110)의 출력단에 연결되고, 제2 단자는 RC 공진부(120)의 출력단에 연결되며, 스위칭 신호가 입력되는 제1 제어단자와 제2 단자간 전압차에 의해 제1 단자와 제2 단자간의 연결이 개폐되는 제1 스위칭 소자(Q2)와 제1 스위칭 소자(Q1)의 제어단자에 제3 단자가 연결되고, 제4 단자는 그라운드에 연결되며, 구동 신호(DC_ON)가 입력되는 제2 제어단자와 제4 단자간 전압차에 의해 제3 단자와 제4 단자간의 연결이 개폐되는 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(Q1)의 제1 단자와 전압 감지부(110)의 출력단 사이에는 전압 팔로워(Voltage follower)(141)가 배치될 수 있다.
이하 도 1 내지 도 3를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 소프트 스타트 회로(100)의 동작 원리를 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 최초 t=0인 시점에서, 전력 변환기(10)를 턴온 시키기 위한 신호, 즉 제1 구동 신호(
Figure pat00010
, L)가 인가되면, 제2 스위칭 소자(Q2)의 베이스와 이미터간의 전압 차이가 0V가 되어 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴오프되며, 이에 따라 제1 스위칭 소자(Q1)도 턴오프된다. 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴오프됨에 따라 구동전원(Vdd)에 의해 공진 커패시터(C)에는 부드럽게 상승하는 공진전압(Vr)이 충전된다. 공진 전압(Vr)은 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달되며, 오차 증폭부(130)는 공진 전압(Vr)과 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')으로부터 제어신호(Verr)를 생성한다.
한편, PWM 신호 생성부(20)는 오차 증폭부(130)에 의해 생성된 제어신호(Verr)를 전달받아 기준 전압(Vref)을 추종하기 위한 PWM 신호(SW)를 생성하고, 생성된 PWM 신호(SW)를 전력 변환기(10)로 전달한다. 전력 변환기(10)는 PWM 신호 생성부(20)로부터 전달받은 PWM 신호(SW)에 기초하여 내부의 스위칭 소자들(미도시)을 제어함으로써, 출력 전압(Vo)이 기준 전압(Vref)을 추종하도록 제어한다. 이 경우 기준 전압(Vref)은 부드럽게 상승하는 RC 공진 전압이기 때문에 전력 변환기(10) 출력 전압(Vo)의 오버 슈트를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이후 t1 시점에서 전력 변환기(10)를 턴오프 시키기 위한 신호(DC OFF), 즉 제2 구동 신호(
Figure pat00011
, H)가 인가된다고 가정하자. 제2 구동 신호(H)가 인가되면, 제2 스위칭 소자(Q2)의 베이스와 이미터간의 전압 차이로 인해 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴온되며, 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴온됨에 따라 제1 스위칭 소자(Q1)의 베이스와 이미터간에도 전압 차이가 생겨 제1 스위칭 소자(Q1)도 함께 턴온된다. 이 경우 전압 감지부(110)에 의해 감지되는 전압(Vo')은 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달된다.
보다 구체적으로 설명하면, 전력 변환기(10)가 턴 오프됨에 따라 전압 감지부(110)에 의해 감지되는 전압(Vo')은 감소하게 되며 RC 공진 전압(Vr) 보다도 작아지게 된다. 이 경우 RC 공진 전압(Vr)과 전압 감지부(110)에 의해 감지되는 전압(Vo')의 차이에 해당하는 만큼은 전류의 형태로 전압 팔로워(140)의 출력단으로 방전된다. 즉, 전압 팔로워(140)가 전류 싱크(current sink) 역할을 하는 것이다. 이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 기준 전압(Vref)은 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')을 따라 감소하게 되는 것이다. 이러한 기준 전압(Vref)은 위에서 설명한 바와 마찬가지로 제어신호(Verr)를 생성하는데 사용된다.
이후, t2 시점에서 전력 변환기(10)를 재기동시키기 위한 신호(DC ON), 즉 제1 구동 신호(
Figure pat00012
, L)가 인가된다고 가정하자. 상술한 바와 같이, 전력 변환기(10)를 턴온 시키기 위한 제1 구동 신호(
Figure pat00013
, L)가 인가되면, 제2 스위칭 소자(Q2)의 베이스와 이미터간의 전압 차이가 0V가 되어 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴오프되며, 이에 따라 제1 스위칭 소자(Q1)도 턴오프된다. 제1 스위칭 소자(Q1)가 턴오프됨에 따라 구동전원(Vdd)에 의해 공진 커패시터(C)에는 다시 부드럽게 상승하는 공진전압(Vr)이 충전된다. 공진 전압(Vr)은 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달되며, 오차 증폭부(130)는 공진 전압(Vr)과 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')으로부터 제어신호(Verr)를 생성한다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전력 변환기(10)의 재기동시에도 기준 전압(Vref)과 전압 감지부(110)에 의해 감지되는 전압(Vo')이 동일하기 때문에, 전력 변환기(10)의 출력단의 인덕터(미도시)에 역으로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있어 전력 변환기(10) 내부의 스위칭 소자와 같은 반도체 소자들의 소손을 방지할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 소프트 스타트 회로의 구성도이다. 도 2와 비교하여 기준 전압 선택부(140)의 구성을 달리하였으며, 이하 기준 전압 선택부(140) 및 이와 관련된 RC 공진부(120)의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 제3 스위칭 소자(Q3)는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 소자 또는 FET(Field Effect Transistor) 소자를 포함할 수 있으며, 도 3에서는 FET(Field Effect Transistor)를 예시적으로 도시하고 있다. FET의 경우 제3 스위칭 소자(Q3)의 제5 단자는 드레인, 제6단자는 소스, 제3 제어단자는 게이트가 된다. BJT의 경우에는 제3 스위칭 소자(Q3)의 제5 단자는 콜렉터, 제6단자는 이미터, 제3 제어단자는 베이스가 된다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 기준 전압 선택부(140)는 전압 감지부(110)의 출력단에 (-) 단자가 연결되고, (+) 단자는 RC 공진부(120)의 출력단에 연결된 비교기(300)와, 비교기(300)의 출력에 제3 제어단자가 연결되며, 제5 단자는 RC 공진부(120)의 출력단에 연결되며, 제6 단자는 그라운드에 연결된 제3 스위칭 소자(Q3)와, 제3 스위칭 소자(Q3)의 제3 제어단자에 애노드가 연결되고, 캐소드로 전력 변환기(10)를 온오프시키기 위한 구동 신호(
Figure pat00014
)가 인가되는 다이오드(D)를 포함할 수 있다. 제3 스위칭 소자(Q3)의 제6 단자와 그라운드 간에 전류 제한을 위한 저항(R5)이, 비교기(300)와 제3 스위칭 소자(Q3)의 제3 제어단자 사이에도 전류 제한을 위한 저항(R4)이 추가될 수 있다.
또한, RC 공진부(120)는, 구동전원(Vdd)에 일단이 연결된 저항(R)과, 저항(R)의 타단과 그라운드 사이에 연결된 공진 커패시터(C)를 포함하며, 저항(R)의 타단과 공진 커패시터(C)의 접속점인 출력단이 제3 스위칭 소자(Q3)의 제5 단자에 연결될 수 있다.
한편, 이하에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 소프트 스타트 회로(100)의 동작 원리를 상세하게 설명한다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, t=0 시점에서 전력 변환기(10)를 턴온 시키기 위한 신호(DC ON), 즉 제1 구동 신호(
Figure pat00015
, L)가 인가되면, 비교기(300)의 출력과 무관하게 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트-소스 전압은 거의 0V이다. 즉 비교기(300)의 출력이 하이(H)이면 다이오드(D)가 도통되어 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트-소스 전압은 거의 0V가 되며, 비교기(110)의 출력이 로우(L)이어도 게이트-소스 전압은 거의 0V이기 때문이다. 따라서, 구동 신호(
Figure pat00016
)가 로우(L)인 동안에는 제3 스위칭 소자(Q3)는 턴오프 상태가 된다. 제3 스위칭 소자(Q3)가 턴오프됨에 따라 구동전원(Vdd)에 의해 공진 커패시터(C)에는 부드럽게 상승하는 공진전압(Vr)이 충전된다. 공진 전압(Vr)은 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달되며, 오차 증폭부(130)는 공진 전압(Vr)과 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')으로부터 제어신호(Verr)를 생성한다.
한편, PWM 신호 생성부(20)는 오차 증폭부(130)에 의해 생성된 제어신호(Verr)를 전달받아 기준 전압(Vref)을 추종하기 위한 PWM 신호(SW)를 생성하고, 생성된 PWM 신호(SW)를 전력 변환기(10)로 전달한다. 전력 변환기(10)는 PWM 신호 생성부(20)로부터 전달받은 PWM 신호(SW)에 기초하여 내부의 스위칭 소자들(미도시)을 제어함으로써, 출력 전압(Vo)이 기준 전압(Vref)을 추종하도록 제어한다. 이 경우 기준 전압(Vref)은 부드럽게 상승하는 RC 공진 전압이기 때문에 전력 변환기(10) 출력 전압(Vo)의 오버 슈트를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이후 t1 시점에서 전력 변환기(10)를 턴오프 시키기 위한 신호(DC OFF), 즉 제2 구동 신호(
Figure pat00017
, H)가 인가된다고 가정하자. 구동 신호(
Figure pat00018
)는 로우(L)에서 하이(H)로 변경되며, 이에 따라 다이오드(D)의 캐소드에는 하이(H)인 전압이 인가되므로, 제3 스위칭 소자(Q3)는 비교기(300)로부터 출력되는 신호에 따라 온오프된다. 즉, 비교기(300)의 출력 신호가 하이(H)이면 턴온되며, 비교기(300)의 출력 신호가 로우(L)이면 턴오프된다. 이때 구동 신호(
Figure pat00019
)가 하이(H)인 동안에는 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')이 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달된다.
더욱 구체적으로 설명하면, t1 시점에서 RC 공진 전압(Vr)은 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')보다 크다. 즉, 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')은 t1 당시의 기준 전압인 RC 공진 전압(Vr)을 추종하기 때문에 기준전압(Vref)보다 클 수는 없기 때문이다. 따라서, 비교기(300)로부터 하이(H) 신호가 출력되며, 이에 따라 제3 스위칭 소자(Q3)는 턴온된다. 제3 스위칭 소자(Q3)가 턴온됨에 따라 공진 커패시터(C)에 충전된 RC 공진 전압(Vr)은 제3 스위칭 소자(Q3)를 통해 방전된다. 그러나, 공진 커패시터(C)에 충전된 전압(Vr)이 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')보다도 작아질 정도로 방전되면, 비교기(300)로부터 로우(L) 신호가 출력되며, 제3 스위칭 소자(Q3)는 턴오프된다. 제3 스위칭 소자(Q3)는 턴오프됨에 따라 공진 커패시터(C)는 다시 전압이 충전되기 시작한다. 공진 커패시터(C)에 충전된 전압이 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo') 이상이 되면 제3 스위칭 소자(Q3)는 다시 턴온되며, 이에 따라 공진 커패시터(C)에 충전된 전압은 다시 제3 스위칭 소자(Q3)를 통해 방전되기 시작한다. 상술한 과정이 반복적으로 수행됨에 따라 구동 신호(
Figure pat00020
)가 하이(H)인 동안에는 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')이 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달된다.
이후, t2 시점에서 전력 변환기(10)를 턴온 시키기 위한 신호(DC ON), 즉 제1 구동 신호(
Figure pat00021
, L)가 인가되면, 비교기(300)의 출력과 무관하게 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트-소스 전압은 거의 0V이다. 즉 비교기((300)의 출력이 하이(H)이면 다이오드(D)가 도통되어 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트-소스 전압은 거의 0V가 되며, 비교기(110)의 출력이 로우(L)이어도 게이트-소스 전압은 거의 0V이기 때문이다. 따라서, 구동 신호(
Figure pat00022
)가 로우(L)인 동안에는 제3 스위칭 소자(Q3)는 턴오프 상태가 된다. 제3 스위칭 소자(Q3)가 턴오프됨에 따라 구동전원(Vdd)에 의해 공진 커패시터(C)에는 부드럽게 상승하는 공진전압(Vr)이 다시 충전된다. 공진 전압(Vr)은 기준 전압(Vref)으로서 오차 증폭부(130)로 전달되며, 오차 증폭부(130)는 공진 전압(Vr)과 전압 감지부(110)에 의해 감지된 전압(Vo')으로부터 제어신호(Verr)를 생성한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전력 변환기(10)의 재기동시에도 기준 전압(Vref)과 전압 감지부(110)에 의해 감지되는 전압(Vo')이 동일하기 때문에, 전력 변환기(10)의 출력단의 인덕터(미도시)에 역으로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있어 전력 변환기(10) 내부의 스위칭 소자와 같은 반도체 소자들의 소손을 방지할 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 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.
100: 소프트 스타트 회로
110: 전압 감지부
120: 공진부
130: 오차 증폭부
140: 기준전압 선택부

Claims (9)

  1. 공진 전압을 생성하는 공진부;
    전력 변환기의 출력 전압을 감지하기 위한 전압 감지부;
    상기 전력 변환기를 온오프시키기 위한 구동 신호에 기초하여, 상기 전압 감지부에 의해 감지된 전압 또는 상기 공진 전압 중 어느 하나를 기준 전압으로 선택하는 기준전압 선택부; 및
    상기 기준전압 선택부에 의해 선택된 기준 전압과 상기 전압 감지부에 의해 감지된 전압으로부터 상기 전력 변환기의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 오차 증폭부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준전압 선택부는,
    상기 구동 신호가 상기 전력 변환기를 턴온 시키기 위한 제1 구동 신호인 경우 상기 공진 전압을 상기 기준 전압으로 선택하며,
    상기 구동 신호가 상기 전력 변환기를 턴오프 시키기 위한 제2 구동 신호인 경우 상기 전압 감지부에 의해 감지된 전압을 상기 기준 전압으로 선택하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압 선택부는,
    제1 단자가 상기 전압 감지부의 출력단에 연결되고, 제2 단자는 상기 공진부의 출력단에 연결되며, 스위칭 신호가 입력되는 제1 제어단자와 상기 제2 단자간 전압차에 의해 상기 제1 단자와 상기 제2 단자간의 연결이 개폐되는 제1 스위칭 소자; 및
    상기 제1 스위칭 소자의 제1 제어단자에 제3 단자가 연결되고, 제4 단자는 그라운드에 연결되며, 스위칭 신호가 입력되는 제2 제어단자와 상기 제4 단자간 전압차에 의해 상기 제3 단자와 상기 제4 단자간의 연결이 개폐되는 제2 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 전압 선택부는,
    상기 제1 스위칭 소자의 제1 단자와 상기 전압 감지부의 출력단 사이에 전압 팔로워(voltage follower)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공진부는,
    구동전원;
    상기 구동전원에 일단이 연결된 저항; 및
    상기 저항의 타단과 그라운드 사이에 연결된 공진 커패시터를 포함하며,
    상기 저항의 타단과 상기 공진 커패시터의 접속점인 출력단이 상기 제1 스위칭 소자의 제2 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 기준 전압 선택부는,
    일단에 상기 제2 스위칭 소자의 제4 단자에, 타단은 그라운드에 연결된 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압 선택부는,
    상기 전압 감지부의 출력단에 (-) 단자가 연결되고, (+) 단자는 상기 공진부의 출력단에 연결된 비교기;
    상기 비교기의 출력에 제3 제어단자가 연결되며, 제5 단자는 상기 공진부의 출력단에 연결되며, 제6 단자는 그라운드에 연결된 제3 스위칭 소자; 및
    상기 제3 제어단자에 애노드가 연결되고, 캐소드로 상기 전력 변환기를 온오프시키기 위한 구동 신호가 인가되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공진부는,
    구동전원;
    상기 구동전원에 일단이 연결된 저항; 및
    상기 저항의 타단과 그라운드 사이에 연결된 공진 커패시터를 포함하며,
    상기 저항의 타단과 상기 공진 커패시터의 접속점인 출력단이 상기 제3 스위칭 소자의 제5 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기준 전압 선택부는,
    일단이 상기 제3 스위칭 소자의 제6 단자에, 타단은 그라운드에 연결된 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
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