KR20120092524A - 고정 오프 타임 부스트 컨버터 - Google Patents

고정 오프 타임 부스트 컨버터 Download PDF

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KR20120092524A
KR20120092524A KR1020120013850A KR20120013850A KR20120092524A KR 20120092524 A KR20120092524 A KR 20120092524A KR 1020120013850 A KR1020120013850 A KR 1020120013850A KR 20120013850 A KR20120013850 A KR 20120013850A KR 20120092524 A KR20120092524 A KR 20120092524A
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converter
threshold
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KR1020120013850A
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티모시 알랜 듀이베터
마이클 데이비드 멀리건
Original Assignee
페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

본 명세서는 특히 전압 컨버터를 동작시키기 위한 장치 및 방법에 대해 논의한다. 일례에서, 컨버터를 제어하기 위한 회로는, 오프-타임 충전 전압 및 오프-타임 임계치를 수신하고, 상기 오프-타임 충전 전압이 상기 오프-타임 임계치를 초과할 때, 오프-타임 상태로부터 온-타임 상태로 전력 트랜지스터의 전이를 개시하도록 구성되어 있는 비교기; 및 상기 비교기에 결합되어 있고, 상기 오프-타임 상태에서 상기 인덕터로부터 전압을 수신하고 상기 인덕터로부터의 전압을 사용해서 상기 오프-타임 충전 전압을 제공하도록 구성되어 있는 커패시터를 포함한다.

Description

고정 오프 타임 부스트 컨버터{CONSTANT OFF TIME BOOST CONVERTER}
본 특허출원은 듀이베터 등이 2011년 2월 11일에 출원하고 발명의 명칭이 "CONSTANT OFF TIME BOOST CONVERTER WITH WIDE SUPPLY OPERATION"인 미국 가특허출원 61/441,721(대리인 관리번호 No.2921.221PRV)의 우선권의 이점을 주장하는 바이며, 상기 문헌은 본 명세서에 원용되어 포함된다.
본 발명은 컨버터에 관한 것이며, 특히 고정 오프-타임 컨버터에 관한 것이다.
자려-발진형 전압 컨버터는 설계가 잘 되어 있다면 본질적으로 안정적일 수 있고, 피드-포워드 슬로프(feed-forward slope) 보상을 필요로 하지 않으며 높은 대역폭을 가질 수 있다. 자려-발진형 전압 컨버터는 출력 전압을 감지함으로써 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
그렇지만, 이러한 제어는 부하에 따라 다를 수 있으며 항상 바람직한 것은 아니다. 예를 들어, 경부하(light load)인 경우, 자려-발진형 전압 컨버터는 레귤레이션을 유지하기 위해 펄스를 생략(skip)할 수 있는데, 이에 따라 스위칭 주파수가 불규칙하게 되고, 가청 범위에 들어가게 되면 근처의 사람들을 방해하거나 불편을 끼칠 수 수 있다.
본 명세서는 전압 컨버터를 동작시키는 장치 및 방법에 대해 논의한다. 일례에서, 컨버터를 제어하기 위한 회로는, 오프-타임 충전 전압 및 오프-타임 임계치를 수신하고, 상기 오프-타임 충전 전압이 상기 오프-타임 임계치를 초과할 때, 오프-타임 상태로부터 온-타임 상태로 전력 트랜지스터의 전이를 개시하도록 구성되어 있는 비교기; 및 상기 비교기에 결합되어 있고, 상기 오프-타임 상태에서 상기 인덕터로부터 전압을 수신하고 상기 인덕터로부터의 전압을 사용해서 상기 오프-타임 충전 전압을 제공하도록 구성되어 있는 커패시터를 포함한다.
본 장은 본 특허출원의 개요를 제공하려는 것이지, 배타적인 또는 총망라된 발명의 설명을 제공하려는 것이 아니다. 상세한 설명은 본 특허출원에 관한 추가의 정보를 제공하기 위해 포함된다.
도면은 반드시 축척대로 도시되어 있지 않으며, 서로 다른 도면에서 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다. 첨자가 붙어 있는 유사한 도면부호는 다른 예의 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다. 도면은 대체로 본 명세서에서 논의된 다양한 실시예를 예를 들어 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 고정 오프-타임 부스트 컨버터의 예시도이다.
도 2는 예시적인 고정 오프-타임 부스트 컨버터의 동작에 관한 파형도이다.
도 3은 고정 오프-타임 부스트 컨버터의 예시도이다.
도 4는 예시적인 고정 오프-타임 부스트 컨버터의 동작에 관한 파형도이다.
도 5는 보상 회로를 포함하는 예시적인 전압 컨버터의 예시도이다.
본 발명의 발명자는 고정 오프-타임 부스트 전압 컨버터의 입력 전압과 출력 전압 간의 주어진 차이에 대해 고정 오프-타임을 설정할 수 있는 고정 오프-타임 부스트 전압 컨버터 토폴로지를 인식하고 있었다. 입력 전압과 출력 전압 간의 차이는 일부의 예에서는 부하의 소요 전류에 따라 다를 수 있다. 그렇지만, 입력 전압과 출력 전압 간의 차이는 다른 요인에 의해서도 다를 수 있는데, 예를 들어, 입력 전압을 공급하는 전원의 충전 상태에 따라 다를 수 있다. 여기서 언급된 컨버터 토폴로지는 넓은 부하 범위에 걸쳐 일정한 스위칭 주파수를 제공할 수 있으며, 일부의 예에서는, 대부분의 사용자에게 들릴 수 있는 주파수 범위 밖의 경부하 조건에서 스위칭 주파수를 유지할 수 있다.
도 1은 일반적으로, 예시적인 전압 컨버터(100)를 도시하고 있으며, 전압 컨버터(100)는 제1 및 제2 컨버터 스위치(101, 102), 제어기(103), 인덕터(104), 및 전류 센서(105)를 포함한다. 특정한 예에서, 전압 컨버터(100)는 부하(106)에 전력을 제공할 수 있다. 일례로, 전압 컨버터(100)는 부하 커패시터(107)를 포함할 수 있다. 제어기(103)는, 인덕터(104)를 통해 전류를 흐르게 하고 그 전류가 부하(106)에 제공되도록 제1 및 제2 컨버터 스위치(101, 102)에 명령을 내릴 수 있다. 특정한 예에서, 제1 및 제2 컨버터 스위치(101, 102)는 각각의 컨버터 스위치의 상황과 관련해서 교대로 제어될 수 있는데, 제1 컨버터 스위치(101)가 전도 상태일 때(이것을 여기서는 전압 컨버터(100)의 "온-타임"이라고 한다), 제2 컨버터 스위치(102)는 컨버터 출력(108)을 인덕터(104)로부터 격리시킬 수 있다. 제1 컨버터 스위치(101)가 전도 상태가 아닐 때, 또는 인덕터(104)가 접지로부터 격리되어 있을 때(이것을 여기서는 전압 컨버터(100)의 "오프-타임"이라고 한다), 제2 컨버터 스위치(102)는 컨버터 출력(108)과 인덕터(104) 간에 저임피던스 경로를 제공할 수 있다. 특정한 예에서, 오프-타임 동안, 제2 컨버터 스위치(102)가 인덕터 전류를 부하(106)에 공급하게 하는 저임피던스 경로를 제공하면, 제어기(103)는 인덕터(104)에서의 전압 VS를 사용하여 오프-타임 간격(off-time interval)을 정할 수 있다. 일례로, 온-타임 동안, 전류 센서(105)는 인덕터 전류를 측정하여 온-타임 간격을 정할 수 있다. 예를 들어, 인덕터 전류가 전압 컨버터(100)의 온-타임 동안 임계치에 이르면, 제1 컨버터 스위치(101)는 턴오프되고 제2 컨버터 스위치(102)는 턴온되어 인덕터 전류를 부하(106)에 제공할 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 컨버터 스위치(101, 102) 중 하나 또는 모두는 전력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 2는 일반적으로 예시적인 컨버터와 연관된 예시적인 파형도를 도시하고 있다. 제1 파형(201)은 일반적으로 제1 컨버터 스위치가 NOMS 트랜지스터를 포함하는 예시적인 컨버터에서 제1 컨버터 스위치에 대한 커맨드 신호를 도시하고 있다. 커맨드 신호가 하이 H로 되면, 인덕터는 접지에 연결될 수 있고 전류는 이 인덕터를 통해 흐르기 시작한다. 제2 파형(202)은 일반적으로 컨버터의 인덕터를 통해 흐르는 전류를 도시하고 있다. 인덕터가 접지에 연결되면, 인덕터를 통해 흐르는 전류는 예를 들어 슬로프 m0에서 점차 증가할 수 있다. 인덕터가 부하에 연결되면, 인덕터를 통해 흐르는 전류는 예를 들어 슬로프 m1에서 점차 감소할 수 있다. 제3 파형(203)은 일반적으로 제1 컨버터 스위치와 인덕터 간의 노드에서의 전압 VS를 도시하고 있다. 전압 VS는, 제1 컨버터 스위치가 온(on) 상태일 때는 대략 접지일 수 있고, 인덕터가 제2 컨버터 스위치를 통해 부하에 결합될 때는 대략 출력 전압 VOUT과 같을 수 있다.
도 3은 일반적으로, 입력 전압 VIN과 출력 전압 VOUT 간의 차이에 따라 다를 수 있고 부하 조건에 관계없이 제어 가능하게 조정될 수 있는 주파수를 가지는 예시적인 전압 컨버터(300)를 도시하고 있다. 특정한 예에서, 전압 컨버터(300)는 부하(306)에 결합될 수 있으며, 인덕터(304), 제1 및 제2 컨버터 스위치(301, 302), 및 평활 커패시터(307)를 포함할 수 있다. 로직(309)은 제1 및 제2 컨버터 스위치(301, 302)를 제어할 수 있다. 일례로, 제1 컨버터 스위치(301)는, 인덕터(304)가 제2 컨버터 스위치(302)에 의해 부하(306)로부터 격리되어 있는 동안, 입력 전압 VIN과 접지 간에 인덕터(304)를 결합시킴으로써 인덕터 전류를 개시할 수 있다. 전류를 통해 인덕터(304)에 저장되어 있는 에너지는, 제1 컨버터 스위치(301)를 사용해서 인덕터(304)를 접지로부터 격리시키고 아울러 제2 컨버터 스위치(302)를 사용해서 인덕터(304)를 부하(306)에 결합시킴으로써, 부하(306)로 방출될 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 컨버터 스위치(301, 302) 중 하나 또는 모두는 전력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
특정한 예에서, 전압 컨버터(300)의 오프-타임은 타이밍 회로(310)를 사용해서 결정될 수 있으며, 타이밍 회로(310)는 타이밍 저항기(311), 커패시터(312), 비교기(313) 및 분압기(314)를 포함할 수 있다. 일례에서, 분압기(314)는 오프-타임 기준 신호(315)를 비교기(313)에 제공할 수 있다. 타이밍 회로(310)는 인덕터(304)가 제2 컨버터 스위치(302)를 통해 부하(306)에 결합되면 작동될 수 있다. 인덕터(304)에서의 전압 VS는, 커패시터(312) 양단의 전압이 분압기(314)로부터 발생된 오프-타임 기준 신호(315)와 같은 임계치에 이르거나 초과하면, 커패시터(312)를 충전할 수 있다. 비교기(313)는 오프-타임 기준 신호(315)와 관련해서 커패시터 전압의 레벨을 나타내는 출력을 제공할 수 있다. 일례에서, 타이밍 회로(310)는 타이밍 저항기(311)로부터 인덕터(304)를 버퍼링하는 버퍼(316), 커패시터(312) 및 타이밍 회로(310)의 비교기(313)를 포함할 수 있다. 타이밍 회로의 비교기(313)의 출력에 응답해서, 로직(309)은 제1 및 제2 컨버터 스위치(301, 302)의 상태를 전환할 수 있으므로, 인덕터(304)는 제2 컨버터 스위치(302)를 통해 부하(306)로부터 격리될 수 있고 인덕터(304)는 제1 컨버터 스위치(301)를 통해 접지에 결합될 수 있다. 본 문헌의 목적상, 제1 컨버터 스위치(301)가 인덕터를 접지에 결합시키는 각각의 시간 간격은 컨버터(100)의 "온-타임"이다. 온-타임은 인덕터(304)를 통해 흐르는 전류가 피크 임계치에 도달할 때까지 계속될 수 있다. 특정한 예에서, 전압 컨버터(300)는 전류 감지 회로(305)를 포함하여 피크 인덕터 전류를 검출하고 표시할 수 있다. 특정한 예에서, 전류 감지 회로(305)는, 제1 컨버터 스위치(301)의 전류를 측정하기 위한 전류 센서(317), 피크 전류 임계치(319)를 제공하기 위한 기준 소스(318), 및 비교기(320)를 포함할 수 있다. 비교기(320)는 전류 센서(371)의 출력 및 피크 전류 임계치(319)를 수신하여, 제1 컨버터 스위치(301)를 통해 흐르는 전류가 피크 전류 임계치(319)에 이르거나 초과하는 것을 나타내는 출력을 제공할 수 있다. 일례에서, 기준 소스(318)는 프로그램될 수 있다. 일례에서, 로직(309)은 전류 감지 회로(305)의 출력에 응답해서 컨버터의 온-타임으로부터 컨버터의 오프-타임으로의 전이(transition)를 트리거링할 수 있다. 일례에서, 로직(309)은 전류 감지 회로(305)의 출력에 응답해서, 제1 컨버터 스위치(301)를 통해 인덕터(304)를 접지에 연결하는 것을 단절하고 제2 컨버터 스위치(302)를 통해 그 충전된 인덕터 전류를 부하(306)에 제공하기 시작한다. 일례에서, 방전 스위치(321)는 컨버터(300)의 온-타임 동안 커패시터(312)를 방전할 수 있다.
도 4는 경부하 조건 하에서, 또는 입력 전압 VIN이 출력 전압 VOUT에 있거나 근처에 있을 때의 조건 하에서, 또는 입력 전압 VIN이 출력 전압 VOUT의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때의 조건 하에서, 예시적인 전압 컨버터와 관련된 예시적인 파형을 대체로 도시하고 있다. 제1 파형(401)은 일반적으로, NMOS 트랜지스터와 같은 제1 컨버터 스위치의 제어 신호를 도시하고 있다. 제2 파형(402)은 일반적으로 인덕터 전류를 도시하고 있다. 인덕터가 접지에 결합되어 있을 때, 인덕터를 통해 흐르는 전류는 예를 들어 슬로프 M0에서 점차 증가할 수 있다. 인덕터가 부하에 결합되어 있을 때, 인덕터를 통해 흐르는 전류는 예를 들어 슬로프 M1에서 점차 감소할 수 있다. 제3 파형(403)은 제1 컨버터 스위치와 인덕터 간의 노드에서의 전압을 도시하고 있다. 경부하 조건 하에서, 제1 트랜지스터의 오프-타임은, 컨버터가 실질적인 부하 하에 있을 때만큼 급격하게 출력 전압 VOUT이 방전하지 않을 정도로 극히 길 수 있다. 일례에서, 입력 전압 VIN이 증가할 때, 전압 컨버터의 제1 컨버터 스위치의 자연스런 듀티 사이클은, 제1 스위치 주파수에서 안정성을 유지할 수 없는 정도의 낮은 값으로 떨어질 수 있다. 입력 전압 VIN은, 예를 들어 약화된 부하 전류량 또는 예를 들어 재충전에 따른 입력 전압원의 조건의 변화를 포함한, 몇몇 이유로 변환된 출력 전압에 이를 수 있다. 제1 컨버터 스위치의 듀티 사이클 동작이 작아지면, 제1 컨버터 스위치가 상태를 변화시킬 수 있는 유용한 온-타임 및 인덕터가 피크 임계치에 도달하는 데 유용한 온-타임은, 전압 컨버터가 제1 스위칭 주파수에서 전압을 적절하게 레귤레이팅하기에는 너무 작을 수 있다. 순방향 전류 루프 경로는 유한 지연 시간을 가지고 있고 온-타임은 추가로 감소될 수 없기 때문에, 제공된 자려 발진 컨버터들은 안정성을 유지하기 위해 온-타임 스위칭 간격을 생략하기 시작할 것이다. 이와 같은 스위칭 간격 생략으로 인해 스위칭 주파수는 그 전압 컨버터 근처에 있는 사람이나 동물이 들을 수 있을 정도의 가청 범위로 더 낮아질 수 있다.
갑작스런 온-타임 생략으로 인해 스위칭 주파수가 가청 범위 내의 주파수로 감소될 수 있다. 갑작스런 온-타임 생략을 완화하기 위해, 예시적인 전압 컨버터는 보상 회로를 포함하여, 스위칭 주파수를 제어된 방식으로 감소시키거나, 또는 실질적으로, 스위칭 주파수가 가청 주파수 범위로 떨어질 가능성을 지연시키도록 변경할 수 있다. 특정한 예에서는, 입력 전압에 비례하는 보상 신호를, 오프-타임 기준 신호를 이용하여 컨버터의 자려 발진 루프에 투입할 수 있다. 보상 신호는, 오프-타임 기준 신호를 이용해서, 스위칭 주파수를 제어할 수 있고, 컨버터 제어 루프의 안정성을 유지할 수 있다. 특정한 예에서, 보상 신호는 입력 전압의 특정한 범위에 걸쳐 제로를 유지한 다음, 입력 전압이 임계치 조건을 만족할 때 "효과가 나기 시작한다(kick-in)". 특정한 예에서, 컨버터는 입력 전압의 하나 이상의 범위에 걸쳐 일정한 스위칭 주파수를 유지할 수 있다.
도 5는 일반적으로, 보상 회로(530)를 포함하는 예시적인 컨버터(500)를 도시하고 있다. 컨버터(500)는 제1 및 제2 컨버터 스위치(501, 502), 전류 감지 회로(505), 오프-타임 타이밍 회로(510), 스위칭 로직(503), 및 보상 회로(530)를 포함할 수 있다. 스위칭 로직(503)은 제1 및 제2 컨버터 스위치(501, 502)를 제어할 수 있다. 일례에서, 제1 컨버터 스위치(501)는 인덕터(504)가 제2 컨버터 스위치(502)에 의해 부하(506)로부터 격리되어 있는 동안, 입력 전압 VIN과 접지 간에 인덕터(504)를 결합시킴으로써 인덕터 전류를 개시할 수 있다. 인덕터 전류를 통해 인덕터(504)에 저장되어 있는 에너지는, 제1 컨버터 스위치(501)를 사용해서 인덕터(504)를 접지로부터 격리시키고 아울러 제2 컨버터 스위치(502)를 사용해서 인덕터(504)를 부하(506)에 결합시킴으로써, 부하(506)로 방출될 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 컨버터 스위치(501, 502) 중 하나 또는 모두는 전력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
특정한 예에서, 전압 컨버터(500)의 오프-타임은 오프-타임 타이밍 회로(510)를 사용해서 결정될 수 있으며, 오프-타임 타이밍 회로(510)는 타이밍 저항기(511), 커패시터(512), 비교기(513) 및 분압기(514)를 포함할 수 있다. 일례에서, 분압기(514)는 오프-타임 기준 신호(515)를 비교기(513)에 제공할 수 있다. 타이밍 회로(510)는 인덕터(504)가 부하(506)에 결합되면 작동될 수 있다. 인덕터(504)에서의 전압 VS는, 커패시터(512) 양단의 전압이 분압기(514)로부터 발생된 오프-타임 기준 신호(515)와 같은 임계치에 이르거나 초과할 때까지, 커패시터(512)를 충전할 수 있다. 커패시터(512)가 오프-타임 기준 신호(515)의 레벨까지 충전되면, 비교기(513)의 출력은 로직 레벨을 변경할 수 있다. 오프-타임 간격의 완료를 나타내는 비교기(513)의 출력에 응답해서, 스위칭 로직(503)은 제2 컨버터 스위치(502)의 상태를 전환할 수 있으므로, 인덕터(504)는 부하(506)로부터 격리될 수 있고 인덕터(504)가 접지에 결합되도록 제1 컨버터 스위치(501)의 상태를 전환할 수 있다. 전압 컨버터(500)의 온-타임은 인덕터 전류가 충전하거나, 또는 피크 임계치에 도달할 때까지 계속될 수 있다. 특정한 예에서, 전류 감지 회로(505)는 전류 센서(517), 비교기(520) 및 기준 소스(518)를 포함할 수 있다. 전류 센서(517)는 제1 컨버터 스위치(501)를 통해 흐르는 인덕터 전류의 양을 나타내는 신호를 제공할 수 있다. 비교기(520)는 전류 센서(517)의 출력 수신하고, 제1 컨버터 스위치를 통해 흐르는 전류가 기준 소스(518)의 레벨에 이르는지 또는 초과하는지를 나타내는 출력을 제공할 수 있다. 제1 컨버터 스위치(501)를 흐르는 전류가 기준 소스(518)의 레벨을 나타내는 피크 레벨에 있음을 비교기(502)의 출력이 나타낼 때, 스위칭 로직(503)은 제1 및 제2 컨버터 스위치(501, 502)를 컨버터(100)의 오프-타임으로 전환할 수 있다. 일례에서, 방전 스위치(521)는 컨버터(500)의 온-타임 동안 커패시터(512)를 방전할 수 있다.
일례에서, 제1 컨버터 스위치(501)의 듀티 사이클은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00001
인덕터(504)의 충전 동안의 시간과 관련해서 인덕터(504)의 충전 전류의 슬로프 m1은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00002
인덕터(504)의 방전 동안의 시간과 관련해서 인덕터(504)의 방전 전류의 슬로프 m2는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00003
입력 전압 VIN에 대한 출력 전압 VOUT의 비는, 제1 컨버터 스위치(501)의 오프-타임 tOFF에 대한 스위칭 주기 tpd의 비와 다음과 같이 동일할 수 있다:
Figure pat00004
스위치 주기의 역에 대해 풀면, 스위칭 주기 f는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00005
보상 회로(530)의 컨덕턴스 gC가 0와 동일한 것으로 가정하면, 제1 컨버터 스위치(501)의 오프-타임은, 타이밍 저항기(511)를 통해 인가될 때 인덕터 VS에서의 전압을 사용해서 커패시터(512)가 임계 전압 Vt까지 충전되는 시간과 동일하다. 임계 전압 Vt는 다음과 같이 표현될 수 있고,
Figure pat00006
커패시터 전압 VC는 다음과 같이 표현될 수 있고,
Figure pat00007
전압들을 등가로 해서 tFF에 대해 풀면 다음과 같이 제공된다.
Figure pat00008
그러므로 컨버터(500)의 오프-타임은 입력 전압 VIN과 출력 전압 VOUT의 주어진 비에 대해 일정하게 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 입력 전압 VIN이 출력 전압 VOUT에 접근할 때, 유용한 온-타임은, 컨버터가 불안정하게 되어 온-타임 간격을 생략하여 보상해야 할 정도로 너무 작게 될 수 있다. 그렇지만, 온-타임 간격을 생략하면, 스위칭 주파수를 급격하게 변하게 할 수 있고 아울러 스위칭 주파수를 사용자가 들을 수 있게 할 수 있다. 일례에서, 컨버터(500)는 입력 전압 VIN이 출력 전압 VOUT의 임계치 범위 내에 있을 때, 스위칭 주파수를 제어 가능하게 낮출 수 있는 보상 회로(530)를 포함할 수 있다. 일례에서, 보상 회로(530)는 기준 소스(531), 비교기(532), 저항기(533), 및 트랜지스터(534)를 포함할 수 있다. 일례에서, 보상 회로(530)는 조정 가능한 저항성 소자로서 고려될 수 있다. 비교기(532)는 입력 전압 VIN을 나타내는 전압과 기준 전압을 비교하고 이러한 비교를 나타내는 신호를 제공하여 트랜지스터(534)를 제어할 수 있다. 일례에서, 전형적인 입력 전압이 임계 전압보다 낮을 때, 비교 회로(530)는 오프-타임 기준 신호(515)를 변화시키는 신호를 제공하지 않는다. 전형적인 입력 전압이 임계 전압을 초과할 때, 비교 회로(530)는 전류를 오프-타임 기준 신호(515)에 투입하여 오프-타임 기준 신호(515)를 더 높게 끌어올릴 수 있다. 오프-타임 기준 신호(515)의 전압을 더 높이면, 오프-타임은 더 길어질 수 있고 온-타임 간격이 적절하게 될 수 있다. 일례에서, 입력 전압 VIN이 기준 전압을 초과하면, 오프-타임 기준 신호의 임계 전압 Vt는 다음과 같이 표현될 수 있고,
Figure pat00009
이에 따라, VIN > VOUT일 때,
Figure pat00010
로직(503)은 제1 및 제2 컨버터 스위치(501, 502)를 제어할 수 있다. 일례에서, 제1 컨버터 스위치(501)는 인덕터(504)가 제2 컨버터 스위치(502)에 의해 부하(506)로부터 격리되어 있는 동안, 입력 전압 VIN과 접지 간에 인덕터(504)를 결합시킴으로써 인덕터 전류를 개시할 수 있다. 인덕터 전류를 통해 인덕터(504)에 저장되어 있는 에너지는, 제1 컨버터 스위치(501)를 사용해서 인덕터(504)를 접지로부터 격리시키고 아울러 제2 컨버터 스위치(502)를 사용해서 인덕터(504)를 부하(506)에 결합시킴으로써, 부하(506)로 방출될 수 있다.
일례에서, 로직(503)은 세트-리세트(S-R) 플립-플롭(541) 및 D 플립-플롭(542)을 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 오프-타임 비교기(513)의 출력은 S-R 플립-플롭(541)의 세트 입력 S에 결합될 수 있고, 전류 감지 회로(505)의 출력은 리세트 입력 R에 결합될 수 있다. 일례에서, D 플립-플롭(542)은 제1 및 제2 컨버터 스위치(501, 502)가 동시에 전도 상태로 있지 않는 BBM(break-before-make) 타입의 플립-플롭일 수 있다. 일례에서, 로직(503)의 출력, 예를 들어, D 플립-플롭(542)의 출력은 제1 컨버터 스위치(501)의 게이트에 결합될 수 있고, D 플립-플롭(542)의 상보 출력은 제1 컨버터 스위치(502)의 게이트에 결합될 수 있다.
추가의 사항
예 1에서, 컨버터는 전압원에 결합된 제1 노드를 가지는 인덕터, 상기 인덕터의 제2 노드 및 접지에 결합된 전력 트랜지스터, 및 회로의 출력에 결합되도록 구성되어 있는 상기 전력 트랜지스터의 게이트 노드를 포함하며, 온-타임 상태 동안, 전력 트랜지스터는 인덕터를 접지에 결합하여 상기 인덕터를 충전시키도록 구성되어 있으며, 오프-타임 동안, 상기 인덕터는 부하에 결합되도록 구성되어 있다. 컨버터를 제어하기 위한 회로는, 오프-타임 충전 전압 및 오프-타임 임계치를 수신하고 오프-타임 충전 전압이 오프-타임 임계치를 초과할 때 오프-타임 상태로부터 온-타임 상태로 전력 트랜지스터의 전이를 개시하도록 구성되어 있는 비교기, 및 비교기에 결합되어 있고, 오프-타임 상태에서 인덕터로부터 전압을 수신하고 상기 인덕터로부터의 전압을 사용해서 오프-타임 충전 전압을 제공하도록 구성되어 있는 커패시터를 포함한다.
예 2에서, 예 1의 회로는 전압원에 결합되어 오프-타임 임계치를 제공하도록 구성되어 있는 오프-타임 기준 회로를 선택적으로 포함하며, 상기 오프-타임 기준 회로는, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치를 조정하도록 구성되어 있는 조정 가능한 저항기를 포함한다.
예 3에서, 예 1과 예 2 중 임의의 하나 이상에서의 상기 조정 가능한 저항기는, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치에 따라 주파수 보상 신호를 제공하도록 구성되어 있는 주파수 보상 트랜지스터를 선택적으로 포함한다.
예 4에서, 예 1 내지 예 3 중 임의의 하나 이상에서의 상기 조정 가능한 저항기는, 주파수 보상 트랜지스터의 제어 노드에 결합되어 있는 주파수 보상 비교기를 선택적으로 포함하고, 상기 주파수 보상 트랜지스터는 전압원의 전압을 주파수 임계 전압과 비교하여 주파수 보상 트랜지스터를 구동하도록 구성되어 있다.
예 5에서, 예 1 내지 예 4 중 임의의 하나 이상에서의 상기 오프-타임 기준 회로는, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치를 증가시키도록 구성되어 있는 조정 가능한 저항기를 선택적으로 포함한다.
예 6에서, 예 1 내지 예 5 중 임의의 하나 이상에서의 상기 회로는, 인덕터로부터 커패시터의 충전 전류를 버퍼링하도록 구성되어 있는 버퍼를 선택적으로 포함한다.
예 7에서, 예 1 내지 예 6 중 임의의 하나 이상에서의 상기 회로는, 온-타임 상태 동안 인덕터 전류를 기준 피크 전류와 비교하고, 인덕터 전류가 기준 피크 전류와 실질적으로 동일할 때, 온-타임 상태로부터 오프-타임 상태로의 전이를 트리거링하도록 구성되어 있는 전류 감지 회로를 선택적으로 포함한다.
예 8에서, 예 1 내지 예 7 중 임의의 하나 이상에서의 상기 회로는, 전력 트랜지스터에 제어 신호를 제어 가능하게 제공하도록 구성되어 있는 플립-플롭 회로를 선택적으로 포함하며, 플립-플롭 회로는 비교기의 출력에 결합되어 있는 제1 입력 및 전류 감지 회로의 출력에 결합되어 있는 제2 입력을 포함한다.
예 9에서, 예 1 내지 예 8 중 임의의 하나 이상에서의 상기 회로는, 온-타임 상태 동안 커패시터를 방전시키도록 구성되어 있는 방전 트랜지스터를 선택적으로 포함한다.
예 10에서, 예 1 내지 예 9 중 임의의 하나 이상에서의 컨버터와 같은, 컨버터를 제어하는 방법은, 전압원에 결합되어 있는 오프-타임 기준 회로를 사용해서 오프-타임 임계치를 제공하는 단계, 인덕터와 비교기에 결합되어 있는 커패시터를 사용해서 오프-타임 상태 동안 오프-타임 충전 전압을 제공하는 단계, 상기 비교기에서 오프-타임 충전 전압과 오프-타임 임계치를 비교하는 단계, 및 상기 비교기의 출력을 사용해서 오프-타임 상태로부터 온-타임 상태로의 전이를 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
예 11에서, 예 1 내지 예 10 중 임의의 하나 이상에서의 방법은, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 기준 회로의 조정 가능한 저항기를 사용해서 오프-타임 임계치를 조정하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 12에서, 예 1 내지 예 11 중 임의의 하나 이상에서의 상기 오프-타임 임계치를 조정하는 단계는, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치에 따라 주파수 보상 신호를 제공하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 13에서, 예 1 내지 예 12 중 임의의 하나 이상에서의 상기 주파수 보상 신호를 제공하는 단계는, 전압원의 전압을 주파수 임계 전압과 비교하여 오프-타임 기준 회로의 출력에 결합되어 있는 주파수 보상 트랜지스터를 구동하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 14에서, 예 1 내지 예 13 중 임의의 하나 이상에서의 상기 오프-타임 임계치를 조정하는 단계는, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치를 증가시키는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 15에서, 예 1 내지 예 14 중 임의의 하나 이상에서의 방법은, 인덕터로부터 커패시터의 충전 전류를 버퍼링하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 16에서, 예 1 내지 예 15 중 임의의 하나 이상에서의 방법은, 피크 전류 비교기에서 온-타임 상태 동안 인덕터 전류의 대표(representation)를 수신하는 단계, 인덕터 전류의 온-타임 전류의 대표를 피크 전류 임계치와 비교하는 단계, 및 피크 전류 임계치 비교를 사용해서 온-타임 상태로부터 오프-타임 상태로의 전이를 개시하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 17에서, 예 1 내지 예 16 중 임의의 하나 이상에서의 방법은, 플립-플롭의 제1 입력에서 비교기의 출력을 수신하는 단계, 상기 플립-플롭의 제2 입력에서 피크 전류 비교기의 출력을 수신하는 단계, 전력 트랜지스터의 게이트에 제1 제어 신호를 제공하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 18에서, 예 1 내지 예 17 중 임의의 하나 이상에서의 방법은, 온-타임 상태 동안 커패시터를 방전하는 단계를 선택적으로 포함한다.
예 19에서, 시스템은 컨버터 및 상기 컨버터를 제어하도록 구성되어 있는 회로를 포함할 수 있다. 컨버터는 전압원에 결합되어 있는 제1 노드를 가지는 인덕터, 상기 인덕터의 제2 노드 및 접지에 결합되어 있는 전력 트랜지스터, 회로의 출력에 결합되도록 구성되어 있는 전력 트랜지스터의 게이트 노드를 포함할 수 있으며, 온-타임 상태 동안, 전력 트랜지스터는 인덕터를 접지에 결합하여 상기 인덕터를 충전시키도록 구성되어 있으며, 오프-타임 동안, 상기 인덕터는 부하에 결합되도록 구성되어 있다. 컨버터를 제어하기 위한 회로는, 오프-타임 충전 전압 및 오프-타임 임계치를 수신하고 오프-타임 충전 전압이 오프-타임 임계치를 초과할 때 오프-타임 상태로부터 온-타임 상태로 전력 트랜지스터의 전이를 개시하도록 구성되어 있는 비교기; 상기 비교기에 결합되어 있고, 오프-타임 상태에서 인덕터로부터 전압을 수신하고 상기 인덕터로부터의 전압을 사용해서 오프-타임 충전 전압을 제공하도록 구성되어 있는 커패시터; 전압원에 결합되어 있고 오프-타임 임계치를 제공하도록 구성되어 있으며, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치를 조정하도록 구성되어 있는 조정 가능한 저항기를 포함하는 오프-타임 기준 회로; 및 온-타임 상태 동안 인덕터 전류를 기준 피크 전류와 비교하고, 인덕터 전류가 기준 피크 전류와 실질적으로 동일할 때, 온-타임 상태로부터 오프-타임 상태로의 전이를 트리거링하도록 구성되어 있는 전류 감지 회로를 포함할 수 있다.
예 20에서, 예 1 내지 예 19 중 임의의 하나 이상에서의 오프-타임 기준 회로는, 전압원의 전압이 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 오프-타임 임계치를 증가시키도록 구성되어 있는 조정 가능한 저항성 소자를 선택적으로 포함한다.
전술한 상세한 설명은 첨부된 도면에 대한 참조를 포함하고, 첨부된 도면은 상세한 설명의 일부를 형성한다. 도면은 본 발명이 수행될 수 있는 특정한 실시예를 도해를 통해 나타낸다. 이러한 실시예는 여기서 "예"라고도 칭한다. 본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허 및 특허 문헌은 비록 개별적으로 원용에 의해 포함되어 있다 할지라도, 그 전체 내용이 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서와 이러한 원용된 문서 간에 일치하지 않는 사용법이 있으면, 원용된 문서(들)에서의 사용법이 본 명세서의 사용법을 보완하는 것으로 고려되어야 하며, 양립할 수 없는 불일치에 있어서는, 본 명세서의 사용법이 우선이다.
본 명세서에서, "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"의 임의의 다른 예 또는 용법과는 관계없이, "하나" 또는 "하나의"는 특허 문헌에서 공통으로서, 하나 이상을 포함한다. 본 명세서에서, "또는"은 비배타적임을 언급하는 데 사용되며, 이에 따라 "A 또는 B"는 다른 것을 나타내지 않는 한, "A가 아닌 B", "B가 아닌 A", 및 "A 및 B"를 포함한다. 첨부된 청구의 범위에서, "포함하는" 및 "여기에서"는 "구비하는" 및 "이와 같은"과 각각 동등한 뜻이다. 또한, 이하의 청구의 범위에서, "포함하는" 및 "구비하는"은 개방적인 것이며, 즉, 하나의 청구항에서의 용어가 그 청구항의 범주 내에서 해당된 후에 열거된 것들 외의 구성요소를 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 또는 공정이다. 또한, 이하의 청구의 범위에서, "제1", "제2", "제3" 등은 단지 레이블로서 사용된 것일 뿐, 그 대상에 대한 수치적 조건을 부과하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 설명된 방법의 예들은 적어도 기계 또는 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.
전술한 상세한 설명은 예시를 목적으로 하며 제한을 목적으로 하는 것이 아니다. 예를 들어, 전술한 예(또는 그것들의 하나 이상의 관점)은 서로 조합해서 사용될 수 있다. 당업자가 전술한 상세한 설명을 검토해 봄으로써, 다른 실시예가 사용될 수도 있다. 요약서는 독자가 기술적 개시의 속성을 신속하게 확인할 수 있도록 37 C.F.R.§1.72(b)를 따르도록 제공된다. 청구의 범위의 범주 또는 의미를 해석 또는 제한하는 데 사용되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 전술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 함께 그룹화되어 설명을 합리적으로 할 수도 있다. 이것은 청구되지 아니한 개시된 특징이 어떠한 청구의 범위에도 본질적으로 되도록 의도된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 오히려, 본 발명의 요지는 특별히 개시되지 않은 실시예의 모든 특징들조차 망라한다. 그러므로 이하의 청구의 범위는 이로써 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 개별의 실시예로서 그 자체를 유지한다. 본 발명의 범주는 청구의 범위에 권리가 부여되는 완전한 등가의 범주와 함께 첨부된 청구의 범위를 참조하여 결정될 수 있다.

Claims (12)

  1. 컨버터를 제어하기 위한 회로에 있어서,
    상기 컨버터는, 전압원에 결합된 제1 노드를 가지는 인덕터, 상기 인덕터의 제2 노드 및 접지에 결합된 전력 트랜지스터, 및 상기 회로의 출력에 결합되도록 구성되어 있는 상기 전력 트랜지스터의 게이트 노드를 포함하며, 온-타임 상태 동안, 상기 전력 트랜지스터는 상기 인덕터를 접지에 결합하여 상기 인덕터를 충전시키도록 구성되어 있고, 오프-타임 동안, 상기 인덕터는 부하에 결합되도록 구성되어 있으며,
    상기 회로는,
    오프-타임 충전 전압 및 오프-타임 임계치를 수신하고, 상기 오프-타임 충전 전압이 상기 오프-타임 임계치를 초과할 때, 오프-타임 상태로부터 온-타임 상태로 전력 트랜지스터의 전이를 개시하도록 구성되어 있는 비교기; 및
    상기 비교기에 결합되어 있고, 상기 오프-타임 상태에서 상기 인덕터로부터 전압을 수신하고 상기 인덕터로부터의 전압을 사용해서 상기 오프-타임 충전 전압을 제공하도록 구성되어 있는 커패시터
    를 포함하는, 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압원에 결합되어 상기 오프-타임 임계치를 제공하도록 구성되어 있는 오프-타임 기준 회로를 포함하며,
    상기 오프-타임 기준 회로는, 상기 전압원의 전압이 상기 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 임계치를 조정하도록 구성되어 있는 조정 가능한 저항기를 포함하는, 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조정 가능한 저항기는, 상기 전압원의 전압이 상기 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 임계치에 따라 주파수 보상 신호를 제공하도록 구성되어 있는 주파수 보상 트랜지스터를 포함하는, 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조정 가능한 저항기는, 상기 주파수 보상 트랜지스터의 제어 노드에 결합되어 있는 주파수 보상 비교기를 포함하고,
    상기 주파수 보상 트랜지스터는 상기 전압원의 전압을 주파수 임계 전압과 비교하여 상기 주파수 보상 트랜지스터를 구동하도록 구성되어 있는, 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오프-타임 기준 회로는, 상기 전압원의 전압이 상기 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 임계치를 증가시키도록 구성되어 있는 조정 가능한 저항기를 포함하는, 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온-타임 상태 동안 인덕터 전류를 기준 피크 전류와 비교하고, 상기 인덕터 전류가 상기 기준 피크 전류와 실질적으로 동일할 때, 상기 온-타임 상태로부터 상기 오프-타임 상태로의 전이를 트리거링하도록 구성되어 있는 전류 감지 회로를 포함하는 회로.
  7. 컨버터를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 컨버터는, 전압원에 결합된 제1 노드를 가지는 인덕터, 및 상기 인덕터의 제2 노드 및 접지에 결합된 전력 트랜지스터를 포함하며, 온-타임 상태 동안, 상기 전력 트랜지스터는 상기 인덕터를 접지에 결합하여 상기 인덕터를 충전시키도록 구성되어 있고, 오프-타임 동안, 상기 인덕터는 부하에 결합되도록 구성되어 있으며,
    상기 방법은,
    상기 전압원에 결합되어 있는 오프-타임 기준 회로를 사용해서 오프-타임 임계치를 제공하는 단계;
    상기 인덕터와 비교기에 결합되어 있는 커패시터를 사용해서 상기 오프-타임 상태 동안 오프-타임 충전 전압을 제공하는 단계;
    상기 비교기에서 상기 오프-타임 충전 전압과 상기 오프-타임 임계치를 비교하는 단계; 및
    상기 비교기의 출력을 사용해서 상기 오프-타임 상태로부터 상기 온-타임 상태로의 전이를 개시하는 단계
    를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압원의 전압이 상기 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 기준 회로의 조정 가능한 저항기를 사용해서 상기 오프-타임 임계치를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오프-타임 임계치를 조정하는 단계는, 상기 전압원의 전압이 상기 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 임계치에 따라 주파수 보상 신호를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주파수 보상 신호를 제공하는 단계는, 상기 전압원의 전압을 주파수 임계 전압과 비교하여 상기 오프-타임 기준 회로의 출력에 결합되어 있는 주파수 보상 트랜지스터를 구동하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 오프-타임 임계치를 조정하는 단계는, 상기 전압원의 전압이 상기 컨버터의 출력 전압의 미리 정해진 임계치 내에 있을 때, 상기 오프-타임 임계치를 증가시키는 단계를 포함하는, 회로.
  12. 제7항에 있어서,
    피크 전류 비교기에서 상기 온-타임 상태 동안 인덕터 전류의 대표(representation)를 수신하는 단계;
    상기 인덕터 전류의 온-타임 전류의 대표를 피크 전류 임계치와 비교하는 단계; 및
    상기 피크 전류 임계치 비교를 사용해서 상기 온-타임 상태로부터 상기 오프-타임 상태로의 전이를 개시하는 단계를 포함하는 방법.
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