KR20130014048A - 부트스트랩 회로 자극기를 구비한 디지털 디바이스 - Google Patents

부트스트랩 회로 자극기를 구비한 디지털 디바이스 Download PDF

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KR20130014048A
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사가르 크하리
모하맛 카밀
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마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

디지털 디바이스는 파워-온-리셋(POR) 후에 내부 오실레이터를 이용하여 고정 듀티 사이클을 생성한다. 이 고정 듀티 사이클 신호는 정상적으로 PWM 제어 신호를 위해 이용되는 신호 핀 상의 출력이다. 이 고정 듀티 사이클은 전압 생성 회로들을 자극하기 위해 이용되어, 디지털 디바이스를 초기화하기 위해 디지털 디바이스를 파워업한다. 디지털 디바이스가 파워-업되고 초기화되면, 디지털 디바이스는 전력 시스템의 제어를 위한 정상 동작으로 스위칭한다.

Description

부트스트랩 회로 자극기를 구비한 디지털 디바이스{DIGITAL DEVICE WITH BOOT STRAP CIRCUIT STIMULATOR}
본 발명은 전력 애플리케이션들을 제어하는 디지털 디바이스들에 관한 것으로, 특히 디지털 디바이스로 전력 애플리케이션을 초기화하는 제어 전에 디지털 디바이스에 전원을 투입하는 것(powering-up)에 관한 것이다.
디지털 디바이스들은 전력 공급 장치들을 제어하고, 형광등들을 구동하고, 그들의 광 휘도, 브러시리스 직류 모터 속도 및 방향 등을 제어하는 전력 애플리케이션들에 이용된다. 하지만 디지털 디바이스로 전력 애플리케이션의 제어를 시작하기 전에, 디지털 디바이스에 전원이 투입되면(파워업되면), 안정한 동작 상태로 초기화되어야 한다. 종래기술의 제어 디바이스들에는, 일반적으로 바이어스 공급기로 알려진 부트-스트랩 전력 공급기로 전원이 투입되었다. 부트-스트랩 전력 공급기는 전통적으로 디지털 디바이스와 무관한 개별 부품들 또는 특정 기능(function specfic) 아날로그 회로들로 구현되었다. 예를 들면, 디지털적으로 전력 공급 애플리케이션을 제어하기 위해, 전력 공급의 실제 제어와 동작 전에, 전력원은 디지털 디바이스로 안정한 전력을 제공해야한다. 이것은 디지털 디바이스가 전력 애플리케이션에 대한 제어를 수행하기 전에, 단지 디지털 디바이스에 전력을 투입하고 초기화를 위한 부트-스트랩 또는 바이어스 전력 공급기를 구축하는데 많은 추가적인 외부 부품들을 요구한다.
디지털 디바이스로의 파워-온-리셋(Power-On-Reset : POR) 후에 내부 오실레이터를 이용하여 디지털 디바이스로부터의 고정 듀티 사이클을 생성시킴으로써, 상술한 문제점을 해결하고, 이에 따른 구체적인 장점들을 달성할 수 있다. 이 고정 듀티 사이클 신호는, 정상적으로 PWM 제어 신호를 위해 이용되는 신호 핀 상의 출력이다. 고정 듀티 사이클 신호는, 전력 생성 회로로부터 전력을 얻어 디지털 디바이스를 파워업시키고 이에 의해 정상적인 동작을 개시할 수 있도록, 전력 애플리케이션의 전압 생성 회로들을 자극하는데 이용된다. 디지털 디바이스가 파워-업되고 초기화되면, 디지털 디바이스는 정상 동작 및 전력 애플리케이션의 제어로 스위칭된다.
본 발명의 특정 실시예에 따른 스타트업을 위한 부트스트랩 자극기를 구비한 전력 시스템은 전력 코일과 보조 코일을 구비한 전력 인덕터; 상기 전력 코일에 연결된 전력 트랜지스터와(여기서 상기 전력 코일과 상기 전력 트랜지스터는 직류 전원에 연결되고, 상기 전력 트랜지스터가 온 및 오프로 스위칭할 때, 상기 전력 코일과 상기 보조 코일에 교류 전압들이 생성되게 하는 변동 자력이 상기 전력 인덕터에 생성된다); 상기 전력 트랜지스터에 연결되어 상기 전력 트랜지스터를 제어하는 드라이버 트랜지스터; 상기 드라이버 트랜지스터의 제어를 위해 상기 드라이버 트랜지스터에 연결된 출력단을 구비한 디지털 디바이스; 상기 디지털 디바이스에 전력을 공급하는 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터; 상기 직류 전원에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터와 상기 드라이버 트랜지스터에 스타트업 전압을 공급하는 스타트업 전력 회로; 및 상기 보조 코일에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터와 상기 드라이버 트랜지스터에 동작 전압을 공급하는 전력 정류기를 포함하고, 여기서 상기 디지털 디바이스의 출력은, 상기 스타트업 전력 회로가 상기 스타트업 전력을 공급 중인 경우에는 제어 신호를 일정 주파수로 공급하고, 상기 전력 정류기가 동작 전압을 공급 중인 경우에는 펄스폭 변조(PWM) 제어 신호를 공급한다.
본 발명의 또 하나의 특정 실시예에 따른 스타트업을 위한 부트스트랩 자극기를 구비한 전력 시스템은, 전력 코일과, 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 갖는 보조 코일을 구비한 전력 인덕터로서, 상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압보다 큰 전력 인덕터; 상기 전력 코일에 연결된 전력 트랜지스터와, 상기 전력 코일과 상기 전력 트랜지스터는 직류 전원에 연결되고, 상기 전력 트랜지스터가 온 및 오프로 스위칭할 때, 상기 전력 코일과 상기 보조 코일에 교류 전압들이 생성되게 하는 변동 자력이 상기 전력 인덕터에 생성되게 전력 트랜지스터; 상기 전력 트랜지스터에 연결되어 상기 전력 트랜지스터를 제어하는 드라이버 트랜지스터; 상기 드라이버 트랜지스터의 제어를 위해 상기 드라이버 트랜지스터에 연결된 출력단을 구비한 디지털 디바이스; 상기 디지털 디바이스에 전력을 공급하는 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터; 상기 직류 전원에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터와 상기 드라이버 트랜지스터에 스타트업 전압을 공급하는 스타트업 전력 회로; 상기 보조 코일의 제1 전압에 연결되어, 상기 드라이버 트랜지스터에 제1 동작 전압을 공급하는 제1 전력 정류기; 및 상기 보조 코일의 제2 전압에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터에 제2 동작 전압을 공급하는 제2 전력 정류기를 포함하고, 여기서 상기 디지털 디바이스의 출력은, 상기 스타트업 전력 회로가 상기 스타트업 전압을 공급 중인 경우에는 제어 신호를 일정 주파수로 공급하고, 상기 제1 전력 정류기와 상기 제2 전력 정류기가 각각 제1 동작 전압과 제2 동작 전압을 공급 중인 경우에는 펄스폭 변조(PWM) 제어 신호를 공급한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 이러한 참조는 본 발명의 한정을 내포하지 않고 이러한 한정을 의미하지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야의 당업자에 의해 형태와 기능에 있어서 수정물, 대체물, 및 등가물이 고려될 수 있다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
첨부한 도면과 관련된 다음의 설명을 참조하면, 본 발명을 보다 완전하게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따라 디지털 디바이스에 의해 제어된 전력 애플리케이션을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 디바이스를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 특정 실시예에 따라 디지털 디바이스에 의해 제어된 전력 애플리케이션을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 디지털 디바이스를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 수정물 및 대체 형태가 가능하지만, 바람직한 실시예들이 도면에 도시되고 여기에 상세히 설명되었다. 하지만, 바람직한 실시예들의 설명은 본 발명을 여기에 개시된 바람직한 형태로 한정하려는 것이 아니며, 오히려 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해 한정된 모든 수정물 및 등가물을 포함하려 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 번호로 나타내고, 유사한 구성요소는 소문자를 달리하여 동일한 번호로 나타낸다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따라 디지털 디바이스에 의해 제어된 전력 애플리케이션을 도시한 도면이다. 전력 애플리케이션은, 한정하는 것은 아니지만 예를 들면 전력 공급 장치, 형광등 드라이버(최대 밝기(full brightness) 및 디밍 밝기 제어), 브러시리스 직류 모터 속도 및 방향 제어 등일 수 있다. 고전압 전원이 전원 노드들 +VDC(122) 및 -VDC(128)에 제공되면, 제너 다이오드(120)의 항복 전압(예를 들면, 15VDC)에 도달할 때까지, 커패시터(126)의 양단 전압은 저항(124)과 커패시터(125)의 시정수에 따라 상승한다. 커패시터(126)를 충전하는 저항(124)으로부터의 DC 전압은, 저전류 바이어스 전압 Vbias로서 이용되고, 낮은 드롭아웃(LDO) 전압 레귤레이터(118)와 드라이버 트랜지스터(114), 예를 들면 전계 효과 트랜지스터(FET)에 제공된다. LDO 전압 레귤레이터(118)는 디지털 디바이스(116)의 스타트-업/안정화 및 정상 동작 모두 동안에 디지털 디바이스(116)에 적절한 전압을 공급하는데, 이후에 보다 상세하게 설명된다. 디지털 디바이스(116)는 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등일 수 있다.
디지털 디바이스(116)는 드라이브 신호, 예를 들면 펄스폭 변조(PWM) 신호를 노드(182)로부터 전력 트랜지스터(112)(예를 들면 전력 FET)를 제어하는 FET 드라이버 트랜지스터(114)로 공급한다. 파워 FET(112)는 드라이버 트랜지스터(114)로부터의 제어에 근거하여 턴온 및 턴온프되며, 이에 의해 전력 인덕터(102)에 유도에 의한 유도성 교류(AC) 전압이 만들어지고 생성되게 한다. 전력 인덕터(102)는 전력 코일(104)과 보조 코일(106)을 포함할 수 있다. 전력 인덕터(102)는 스위칭 전력 공급기, 광 밝기 제어를 갖거나 갖지 않는 형광등 드라이버, 또는 브러시리스 직류 모터의 고정자 코일들(단순화를 위해 단지 하나만 도시됨)의 일부일 수 있다. 스위칭 온 및 오프하는 전력 FET(112)와 결합하여 인덕터(102)의 전력 코일(104)(예를 들면 마그네틱 코어 상의 권선)은 보조 코일(106)(예를 들면 마그네틱 코어 상의 또 하나의 권선)을 가로지르는 AC 전압을 유도하는 자속을 생성한다. 보조 코일(106)로부터의 AC 전압은, 맥동 DC 전압을 만들기 위해 다이오드(110)에 의해 정류되고 커패시터(126)에 의해 평활된다. 다이오드(110)로부터 정류된 전압은 도 1의 전력 회로의 스타트업과 정상 동작 모두 동안에, 드라이버 트랜지스터(114)와 LDO 레귤레이터(118)를 통해 디지털 디바이스(116)에 전력을 제공한다. 하지만, 전력 FET(112)가 스위칭 온 및 오프를 시작할 수 있기 전에, 디지털 디바이스(116)은 교대로 전력 FET(112)의 온 및 오프 스위칭 동작을 제어하는 드라이버 트랜지스터(114)에 제어 신호를 공급해야 한다. 하지만, 전력 FET(112)가 스위칭 온 및 오프를 시작하기 전에, 디지털 디바이스(116)에 저항(124)으로부터의 저전류 바이어스 전압을 이용하여, 전력 애플리케이션의 스타트-업 동안에 디지털 디바이스(116)의 동작을 적절하게 초기화하고 드라이버 트랜지스터(114)를 제어하는 독립적인 PWM 신호를 공급하고, 결과적으로 전력 FET(112)의 스위칭 동작들을 초기화시킨다. 디지털 디바이스(116)가 적절하게 초기화되고 정상 동작이 준비되면, 이 독립적인 PWM 신호는 전력 애플리케이션용 회로의 정상 동작 동안에 이용되는 PWM 제어 신호에 의해 대체된다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 디바이스를 보다 상세하게 도시한 도면이다. 디지털 디바이스(116)는 멀티플렉서(240)의 하나의 입력에 연결된 출력을 갖는 PWM 생성기(242), 부트스트랩 오실레이터(256), 플립-플롭(247), 부트스트랩 카운터(254), 전류 감지 비교기(248), 전압 감지 비교기(254), 전압 기준부(266)(예를 들면, 밴드갭 전압 기준부) 및 게이트 로직, 예를 들면 AND 게이트들(244, 258), OR 게이트(250) 및 인버터들(252, 260, 262)을 포함할 수 있다. 부트스트랩 오실레이터(256)는 드라이버 트랜지스터(114)를 구동하기 위한 제어 신호, 예를 들면 PWM 신호를 제공한다. 멀티플렉서(240)의 출력은 디지털 디바이스(116)의 외부 노드(182)에 연결되어, 드라이버 트랜지스터(114)를 위한 PWM 제어 신호를 공급한다(도 1 참조). 디지털 디바이스(116)의 동작 전압은 디지털 디바이스(116)의 또 하나의 외부 노드(180)에 공급된다. 파워-온-리셋(POR)은 처음에 로직 하이로 어서트되어, 부트스트랩 카운터(254)를 포함하여 전체 디바이스를 리셋 상태(예를 들면 OR 게이트(250)를 통한 시스템 리셋 로직)로 둔다. 밴드갭 기준 전압(266)은 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 약 200mV일 수 있다.
노드(180)에서의 VBS 감지 전압이 디지털 디바이스(116)의 적절한 동작을 위해 충분하고(전압 감지 비교기(264)에 의해 결정됨), PWM 인에이블이 로직 로우에 있고, 그리고 파워-온-리셋(POR)이 (로직 로우로) 디어서트되면, 부트스트랩 오실레이터(256)가 인에이블된다. 부트스트랩 오실레이터(256)는 인에이블되었을 때 저항-커패시터(RC) 오실레이터를 자유롭게 발진시키는(free running) 고정 주파수, 예를 들면 100 내지 200kHz에서 발진할 수 있다. 부트스트랩 오실레이터(256)으로부터의 출력은 AND 게이트(244)를 통과하여 멀티플렉서(240)의 입력에 공급된다. PWM 인에이블이 로직 로우이면, 멀티플렉서(240)는 트랜지스터 드라이버(114)를 제어하는 PWM 출력 노드(182)에 AND 게이트(244)로부터의 PWM 신호를 연결한다.
스타트-업 조건들 아래에서 전류 레벨이 받아들일 수 있는 리미트를 초과하면, 플립-플롭(246)은 AND 게이트(244)로 하여금 부트스트랩 오실레이터(256)로부터 출력을 컷오프하게 한다. 이 전류 리미트는 전류 감지 비교기(248)에 의해 모니터링되는데, 전류 감지 비교기(248)는 이 스타트-업 구성을 위한 전류 리미트가 초과되면, 플립-플롭(246)을 초기화(clear) 상태로(Q 출력이 로지 로우임) 유지한다.
부트스트랩 카운터(254)가 타임아웃되어 OR 게이트(250)의 입력에 로직 하이를 어서트할 때까지, 드라이버 트랜지스터(114)에 PWM 제어 신호를 공급하는 부트스트랩 오실레이터(256)는 계속 발진한다. 충분한 수의 PWM 펄스들이 드라이버 트랜지스터(114), 전력 FET(112) 및 인덕터(102)를 포함하는 전력 생성 회로들에 제공될 때까지, 부트스트랩 카운터(254)는 카운트한다. 부트스트랩 카운터(254)가 "타임 아웃"까지 카운트하면, POR 및 "브라운-아웃 온 리셋"(BOR) 신호들이 디어서트(로직 로우)되고, 디지털 디바이스(116) 및 일부 다른 전력 애플리케이션 회로들이 인에이블되고, 모든 회로들이 정상 동작으로 이동하는데, 예를 들면 PWM 인에이블이 디지털 디바이스(116)에 의해 로직 하이로 설정되고, PWM 생성기(242)는 이제 트랜지스터 드라이버(114)의 동작을 제어할 수 있다. 디지털 디바이스(116)의 정상 동작 동안에, 부트스트랩 오실레이터(256)는 로직 로우인 AND 게이트(258)로부터의 출력에 의해 디스에이블된다. 다른 로직 회로 설계들이 디지털 회로들의 설계 분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 동일한 효과를 얻거나 용이하게 이해할 수 있다면 본 발명의 범위에 포함된다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 특정 실시예에 따라 디지털 디바이스에 의해 제어된 전력 애플리케이션을 도시한 도면이다. 전력 애플리케이션은, 한정하는 것은 아니지만 예를 들면 전력 공급 장치, 형광등 드라이버(최대 밝기(full brightness) 및 디밍 밝기 제어), 브러시리스 직류 모터 속도 및 방향 제어 등일 수 있다. 고전압 전원이 전원 노드들 +VDC(122) 및 -VDC(128)에 제공되면, 제너 다이오드(120)의 항복 전압(예를 들면, 15VDC)에 도달할 때까지, 커패시터(126)의 양단 전압은 저항(124)과 커패시터(125)의 시정수에 따라 상승한다. 커패시터(126)를 충전하는 저항(124)으로부터의 DC 전압은 저전류 바이어스 전압 Vbias로서 이용되고, 낮은 드롭아웃(LDO) 전압 레귤레이터(118)와 다이오드(336)를 통해 드라이버 트랜지스터(114), 예를 들면 전계 효과 트랜지스터(FET)에 공급된다. LDO 전압 레귤레이터(118)는 디지털 디바이스(116)의 스타트-업/안정화 및 정상 동작 모두 동안에 디지털 디바이스(116)에 적절한 전압을 공급하는데, 이후에 보다 상세하게 설명된다. 저항(124)으로부터 제공된 전압들은 디지털 디바이스를 스타트업하는데 충분한 전류 소싱 능력을 가지며, 코일(들)(306) 상에 유도에 의한 유도 전압들을 생성하는 전력 FET(112)가 스위칭 온 및 오프를 시작하도록 다이오드(336)를 통해 드라이버 트랜지스터에 충분한 전압을 공급한다. 디지털 디바이스(316)는 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등일 수 있다.
디지털 디바이스(316)는 드라이브 신호, 예를 들면 펄스폭 변조(PWM) 신호를 노드(382)로부터 전력 트랜지스터(112)(예를 들면 전력 FET)를 제어하는 FET 드라이버 트랜지스터(114)로 공급한다. 파워 FET(112)는 드라이버 트랜지스터(114)로부터의 제어에 근거하여 턴온 및 턴오프되며, 이에 의해 전력 인덕터(302)에 유도에 의한 유도성 교류(AC) 전압이 만들어지고 생성되게 한다. 전력 인덕터(302)는 전력 코일(304)과 보조 코일(306)을 포함할 수 있다. 전력 인덕터(102)는 스위칭 전력 공급기, 광 밝기 제어를 갖거나 갖지 않는 형광등 드라이버, 또는 브러시리스 직류 모터의 고정자 코일들(단순화를 위해 단지 하나만 도시됨)의 일부일 수 있다. 스위칭 온 및 오프하는 전력 FET(112)와 결합하여 인덕터(302)의 전력 코일(304)(예를 들면 마그네틱 코어 상의 권선)은 보조 코일(들)(306)(예를 들면 마그네틱 코어 상의 하나의 탭된 권선 또는 2개의 분리된 권선들)를 가로지르는 AC 전압을 유도하는 자속을 생성한다.
처음에, 저항(124)과 다이오드(336)를 통해 전압은 드라이버 트랜지스터(114)에 공급된다. 그리고 AC 전압이 보조 코일(306)로부터 이용가능하면, 다이오드(110)는 이후의 스타트업 및 정상 동작 동안에, 트랜지스터 드라이버(114)에 전원을 공급하기 위한 DC 전압을 만들기 위해 AC 전압을 정류한다. 보조 코일(306) 상의 탭 또는 개별 코일은 도 3의 전력 회로의 스타트업 및 정상 동작 모두 동안에, 낮은 AC 전압을 생성하는데, 이 AC 전압은 다이오드(338)에 의해 정류되어 디지털 디바이스(316)에 전원을 공급하는 LDO 레귤레이터(118)에 제공된다.
하지만, 전력 FET(112)가 스위칭 온 및 오프를 시작할 수 있기 전에, 디지털 디바이스(316)는 교대로 전력 FET(112)의 온 및 오프 스위칭 동작을 제어하는 드라이버 트랜지스터(114)에 제어 신호를 공급해야한다. 저항(124)으로부터의 저 전류 바이어스 전압은 디지털 디바이스(116)에 의해 이용되어, 디지털 디바이스(316)의 동작을 적절하게 초기화하고, 전력 애플리케이션의 초기 스타트-업 동안에 드라이버 트랜지스터(114)를 제어하는 독립적인 PWM 신호를 공급한다. 디지털 디바이스(116)가 적절하게 초기화되고, 정상 동작이 준비되면, 이 독립적인 PWM 신호는 전력 애플리케이션을 위한 회로의 정상 동작 동안에 이용되는 PWM 제어 신호에 의해 대체된다. 저항들(332, 334)을 포함하는 외부 전압 분배기는 외부 노드(380)에서의 전압 샘플링 Vbias를 제공하기 위해 이용될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 디지털 디바이스를 보다 상세하게 도시한 도면이다. 디지털 디바이스(316)는 멀티플렉서(440)의 하나의 입력에 연결된 출력을 갖는 PWM 생성기(442), 부트스트랩 오실레이터(456), 4개의 주파수 분주기(470)에 의한 분주, 플립-플롭(446), 홀드-오프(hold-off) 카운터(454), 전류 감지 비교기(448), 전압 감지 비교기(464), 전압 기준부(466)(예를 들면, 복수의 기준 전압들을 갖는 밴드갭 전압 기준부), 및 게이트 로직, 예를 들면 AND 게이트들(444, 458, 468), OR 게이트(450) 및 인버터들(452, 460, 462)을 포함할 수 있다. 부트스트랩 오실레이터(456)는 드라이버 트랜지스터(114)를 구동하기 위한 제어 신호, 예를 들면 PWM 신호를 제공한다. 멀티플렉서(440)의 출력은 디지털 디바이스(316)의 외부 노드(382)에 연결되어, 드라이버 트랜지스터(114)를 위한 PWM 제어 신호를 공급한다(도 3 참조). 디지털 디바이스(316)의 동작 전압은 Vdd 노드에 공급되고, 디지털 디바이스(316)의 또 하나의 외부 노드(380)에서 모니터링된다. 파워-온-리셋(POR)은 처음에 로직 하이로 어서트되어, 홀드-오프 카운터(454)를 포함하여 전체 디바이스를 리셋 상태로(예를 들면 OR 게이트(450)를 통한 시스템 인에이블 로직으로 - 미도시됨) 둔다. 밴드갭 기준 전압(466)은 다중 기준 전압들, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 1.0V, 1.2V 및 2.0V을 가질 수 있다.
노드(380)에서의 VBs 감지 전압이 디지털 디바이스(316)의 적절한 동작을 위해 충분하고(전압 감지 비교기(464)에 의해 결정됨), PWM 인에이블이 로직 로우에 있고, 그리고 파워-온-리셋(POR)이 (로직 로우로) 디어서트되면, 부트스트랩 오실레이터(256)는 인에이블된다. 부트스트랩 오실레이터(456)는 인에이블되었을 때 저항-커패시터(RC) 오실레이터를 자유롭게 발진시키는 고정 주파수, 예를 들면 400 내지 800kHz로 발진할 수 있다. 부트스트랩 오실레이터(456)으로부터의 출력은 4개의 주파수 분주기(470)에 의한 분주로 4개(예를 들면 100 내지 200kHz)로 분주될 수 있다. 4개의 주파수 분주기(470)에 의한 분주로부터의 출력은 AND 게이트(444)를 통과하여 멀티플렉서(440)에 공급된다. PWM 인에이블이 로직 로우이면, 멀티플렉서(440)은 트랜지스터 드라이버(114)를 제어하는 PWM 출력 노드(382)에 AND 게이트(444)로부터의 PWM 신호를 연결한다.
스타트-업 조건들 아래에서 전류 레벨이 받아들일 수 있는 리미트를 초과할 때, 플립-플롭(446)은 AND 게이트(444)로 하여금 PWM 출력을 컷오프하게 한다. 이 전류 리미트는, 전류 감지 비교기(448)에 의해 모니터링되는데, 전류 감지 비교기(448)는 이 스타트-업 구성을 위한 전류 리미트가 초과되면, 플립-플롭(446)을 초기화(clear) 상태로(Q 출력이 로직 로우임) 유지한다.
홀드-오프 카운터(454)가 타임아웃되어 OR 게이트(450)의 입력에 로직 하이를 어서트할 때까지, 드라이버 트랜지스터(114)에 PWM 제어 신호를 공급하는 부트스트랩 오실레이터(456)는 계속 발진한다. 충분한 수의 PWM 펄스들이 드라이버 트랜지스터(114), 전력 FET(112) 및 인덕터(302)를 포함하는 전력 생성 회로들에 제공될 때까지, 홀드-오프 카운터(454)는 카운트한다. 홀드-오프 카운터(454)가 "타임 아웃"까지 카운트하면, POR 및 "브라운-아웃 온 리셋"(BOR) 신호들이 디어서트(로직 로우)되고, 디지털 디바이스(316) 및 일부 다른 전력 애플리케이션 회로들이 인에이블되고, 모든 회로들이 정상 동작으로 이동하는데, 예를 들면 PWM 인에이블이 디지털 디바이스(316)에 의해 로직 하이로 설정되고, PWM 생성기(442)는 이제 트랜지스터 드라이버(114)의 동작을 제어할 수 있다. 디지털 디바이스(316)의 정상 동작 동안에, 부트스트랩 오실레이터(456)는 AND 게이트(458)로부터의 출력에 의해 디스에이블된다. 다른 로직 회로 설계들이 디지털 회로들의 설계에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 동일한 효과를 얻거나 용이하게 이해할 수 있다면 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (21)

  1. 스타트업을 위한 부트스트랩 자극기를 구비한 전력 시스템으로서,
    전력 코일과 보조 코일을 구비한 전력 인덕터;
    상기 전력 코일에 연결된 전력 트랜지스터와, 상기 전력 코일과 상기 전력 트랜지스터는 직류 전원에 연결되고, 상기 전력 트랜지스터가 온 및 오프로 스위칭할 때, 상기 전력 코일과 상기 보조 코일에 교류 전압들이 생성되게 하는 변동 자력이 상기 전력 인덕터에 생성되는 전력 트랜지스터;
    상기 전력 트랜지스터에 연결되어 상기 전력 트랜지스터를 제어하는 드라이버 트랜지스터;
    상기 드라이버 트랜지스터의 제어를 위해 상기 드라이버 트랜지스터에 연결된 출력단을 구비한 디지털 디바이스;
    상기 디지털 디바이스에 전력을 공급하는 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터;
    상기 직류 전원에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터와 상기 드라이버 트랜지스터에 스타트업 전압을 공급하는 스타트업 전력 회로; 및
    상기 보조 코일에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터와 상기 드라이버 트랜지스터에 동작 전압을 공급하는 전력 정류기를 포함하고,
    상기 디지털 디바이스의 출력은, 상기 스타트업 전력 회로가 상기 스타트업 전력을 공급 중인 경우에는 제어 신호를 일정 주파수로 공급하고, 상기 전력 정류기가 동작 전압을 공급 중인 경우에는 펄스폭 변조(PWM) 제어 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는,
    스타트업 전압을 감지하는 부트스트랩 전압 감지 회로;
    상기 부트스트랩 전압 감지 회로가 스타트업 전압이 정해진 전압값 이상이라고 결정하면, 일정 주파수로 신호를 생성하는 부트스트랩 오실레이터;
    상기 부트스트랩 오실레이터에 연결된 입력단을 구비하고, 상기 부트스트랩 오실레이터의 신호를 소정의 값까지 카운트하는 부트스트랩 카운터;
    PWM 생성기; 및
    상기 PWM 생성기에 연결된 제1 입력단과 상기 부트스트랩 오실레이터에 연결된 제2 입력단과, 상기 부트스트랩 카운터가 상기 소정의 값까지 카운트 중이면 상기 제어 신호를 상기 일정 주파수로 공급하고, 상기 부트스트랩 카운터가 상기 소정의 값을 카운트하면 PWM 제어 신호를 출력하는 출력단을 구비한 멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    파워-온-리셋(POR) 신호가 디어서트인 경우, 상기 부트스트랩 오실레이터를 인에이블하는 파워-온-리셋 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 트랜지스터를 통과하는 전류를 결정하는 전류 감지 회로를 더 포함하고,
    상기 전력 트랜지스터를 통과하는 전류가 소정의 값을 초과하면, 스타트업 동안에 상기 전류 감지 회로가 상기 부트스트랩 오실레이터를 금지하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스타트업 전력 회로는,
    저항;
    상기 저항에 직렬로 연결된 커패시터로서, 상기 직렬 연결된 저항과 커패시터는 상기 직류 전원에 연결되는 커패시터;
    상기 저항과 상기 커패시터의 공통 연결에 연결된 제너 다이오드를 포함하고,
    상기 스타트업 전압은 상기 공통 연결로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    시스템 리셋 신호는 상기 부트스트랩 카운터가 소정의 값에 도달하면 디어서트되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시스템 리셋 신호가 디어서트된 후에 상기 멀티플렉서가 PWM 인에이블 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력 트랜지스터는 파워 전계 효과 트랜지스터(FET)인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는 마이크로컨트롤러인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  11. 스타트업을 위한 부트스트랩 자극기를 구비한 전력 시스템으로서,
    전력 코일과, 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 갖는 보조 코일을 구비한 전력 인덕터로서, 상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압보다 큰 전력 인덕터;
    상기 전력 코일에 연결된 전력 트랜지스터와, 상기 전력 코일과 상기 전력 트랜지스터는 직류 전원에 연결되고, 상기 전력 트랜지스터가 온 및 오프로 스위칭할 때, 상기 전력 코일과 상기 보조 코일에 교류 전압들이 생성되게 하는 변동 자력이 상기 전력 인덕터에 생성되게 전력 트랜지스터;
    상기 전력 트랜지스터에 연결되어 상기 전력 트랜지스터를 제어하는 드라이버 트랜지스터;
    상기 드라이버 트랜지스터의 제어를 위해 상기 드라이버 트랜지스터에 연결된 출력단을 구비한 디지털 디바이스;
    상기 디지털 디바이스에 전력을 공급하는 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터;
    상기 직류 전원에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터와 상기 드라이버 트랜지스터에 스타트업 전압을 공급하는 스타트업 전력 회로;
    상기 보조 코일의 제1 전압에 연결되어, 상기 드라이버 트랜지스터에 제1 동작 전압을 공급하는 제1 전력 정류기; 및
    상기 보조 코일의 제2 전압에 연결되어, 상기 낮은 드롭아웃 전압 레귤레이터에 제2 동작 전압을 공급하는 제2 전력 정류기를 포함하고,
    상기 디지털 디바이스의 출력은, 상기 스타트업 전력 회로가 상기 스타트업 전압을 공급 중인 경우에는 제어 신호를 일정 주파수로 공급하고, 상기 제1 전력 정류기와 상기 제2 전력 정류기가 각각 제1 동작 전압과 제2 동작 전압을 공급 중인 경우에는 펄스폭 변조(PWM) 제어 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는,
    스타트업 전압을 감지하는 부트스트랩 전압 감지 회로;
    부트스트랩 전압 감지 회로가 스타트업 전압이 정해진 전압값 이상이라고 결정하면, 일정 주파수로 신호를 생성하는 부트스트랩 오실레이터;
    상기 부트스트랩 오실레이터에 연결된 입력단을 구비하고, 상기 부트스트랩 오실레이터의 신호를 소정의 값까지 카운트하는 홀드-오프 카운터;
    PWM 생성기; 및
    상기 PWM 생성기에 연결된 제1 입력단과 상기 부트스트랩 오실레이터에 연결된 제2 입력단과, 상기 홀드-오프 카운터가 상기 소정의 값까지 카운트 중이면 상기 제어 신호를 상기 일정 주파수로 공급하고, 상기 홀드-오프 카운터가 상기 소정의 값을 카운트하면 PWM 제어 신호를 출력하는 출력단을 구비한 멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    파워-온-리셋(POR) 신호가 디어서트인 경우, 상기 부트스트랩 오실레이터를 인에이블하는 파워-온-리셋 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전력 트랜지스터를 통과하는 전류를 결정하는 전류 감지 회로를 더 포함하고,
    상기 전력 트랜지스터를 통과하는 전류가 소정의 값을 초과하면, 스타트업 동안에 상기 전류 감지 회로가 상기 부트스트랩 오실레이터를 금지하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 스타트업 전력 회로는,
    저항;
    상기 저항에 직렬로 연결된 커패시터로서, 상기 직렬 연결된 저항과 커패시터는 상기 직류 전원에 연결되는 커패시터;
    상기 저항과 상기 커패시터의 공통 연결에 연결된 제너 다이오드를 포함하고,
    상기 스타트업 전압은 상기 공통 연결로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    시스템 리셋 신호는 상기 홀드-오프 카운터가 소정의 값에 도달하면 디어서트되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시스템 리셋 신호가 디어서트된 후에 상기 멀티플렉서가 PWM 인에이블 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 전력 트랜지스터는 파워 전계 효과 트랜지스터(FET)인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는 마이크로컨트롤러인 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 디지털 디바이스는 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 부트스트랩 오실레이터와 상기 홀드-오프 카운터 사이에 연결된 4 분주 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
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