KR20140018790A - 케이블 보상 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예들 중 하나에 따른 케이블 보상 회로는, 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결되어 있다. 상기 케이블 보상 회로는, 상기 전력 공급 장치의 출력 전류에 따라 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스를 제어하여 케이블에서 발생하는 전압 강하를 보상한다.

Description

케이블 보상 회로{CABLE COMPENSATION CIRCUIT}
본 발명의 실시 예는 케이블에 의한 전압 강하(Voltage drop)을 보상하기 위한 케이블 보상 회로에 관한 것이다. 예를 들어, 전력 공급 장치와 배터리 사이에 연결된 케이블에서 발생하는 전압 강하를 보상하기 위한 케이블 보상 회로이다.
충전기(charger)의 출력 커패시터와 배터리 사이에 케이블이 연결된다. 충전기의 출력 전류가 작을 때(부하가 작을 때)는 케이블에 발생하는 전압 강하가 크게 문제되지 않는다. 그러나 출력 전류가 높을 때(부하가 클 때)는 케이블에 발생하는 전압 강하가 증가하여 배터리에 공급되는 전압이 감소한다.
충전기의 출력 전압이 배터리 충전에 적합한 정격 전압으로 제어되고 있지만, 케이블에 의한 전압 강하로 배터리에 공급되는 전압이 정격 전압보다 작은 문제점이 있다.
케이블에 의한 전압 강하를 보상할 수 있는 수단을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 케이블 보상 회로는, 전력 공급 장치와 부하 사이에 연결되어 있는 케이블의 전압 강하를 보상한다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 전력 공급 장치의 출력 전류의 증가에 따라 애노드 전압이 증가하는 다이오드, 및 상기 애노드 전압을 분배하는 적어도 두 개의 저항을 포함한다.
또는, 상기 케이블 보상 회로는, 상기 전력 공급 장치의 출력 전류의 증가에 따라 감소하는 전압이 발생하는 노드, 및 상기 노드와 상기 전력 공급 장치의 2차측에 연결되어 있는 다이오드를 포함하고, 상기 전력 공급 장치의 션트 레귤레이터의 기준단은 상기 노드에 연결되어 있다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 출력 전류가 증가할수록 상기 전력 공급 장치의 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스를 증가시킨다. 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스 증가에 따라 상기 전력 공급 장치의 2차측에 전달되는 에너지가 증가된다.
본 발명의 한 특징에 따른 케이블 보상 회로는, 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결되어 있다. 상기 케이블 보상 회로는, 상기 전력 공급 장치의 출력 전류에 따라 변하는 전압이 발생하는 제1 노드, 및 상기 제1 노드와 상기 션트 레귤레이터의 기준단에 커플링되어 있는 제2 노드 사이에 연결되어 있는 다이오드를 포함하고, 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스는 상기 제2 노드의 전압에 따라 제어되고, 상기 피드백 전압은 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 따라 변한다.
상기 제1 노드는 상기 출력 전류가 흐르는 정류 다이오드의 애노드에 연결되어 있다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 다이오드의 캐소드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제1 저항, 상기 제2 노드에 연결되어 있는 일단 및 그라운드 사이에 커플링되어 있는 타단을 포함하는 제2 저항, 및 상기 제2 노드에 커플링되어 있는 제어단 및 상기 션트 레귤레이터의 기준단에 커플링되어 있는 제1 단을 포함하는 트랜지스터를 더 포함한다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 제2 노드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제1 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 다이오드의 캐소드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다. 상기 케이블 보상 회로는, 상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제3 저항을 더 포함한다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 제2 노드와 상기 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 제4 저항, 및 상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제5 저항을 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 케이블 보상 회로는, 상기 제2 노드와 상기 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 제6 저항, 상기 제2 노드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제7 저항, 및 상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제8 저항을 더 포함할 수 있다. 상기 제7 저항의 온도 변화 특성은 상기 트랜지스터의 온도 변화 특성과 반대이다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 제2 노드와 상기 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 제8 저항, 상기 제3 저항의 타단과 상기 그라운드 사이에 연결되어 있고, 다이오드 연결되어 있는 제1 트랜지스터, 및 상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제9 저항을 더 포함할 수 있다. 온도 변화에 따라 상기 제1 트랜지스터의 포워드 전압이 감소하여, 온도 변화에 따른 상기 트랜지스터의 전류 증가를 보상하거나, 온도 변화에 따라 상기 제1 트랜지스터의 포워드 전압이 증가하여, 온도 변화에 따른 상기 트랜지스터의 전류 감소를 보상한다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 다이오드의 캐소드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제10 저항, 상기 제2 노드에 연결되어 있는 일단 및 그라운드 사이에 커플링되어 있는 타단을 포함하는 제11 저항, 및 상기 션트 레귤레이터의 기준단에 커플링되어 있는 제1 션트 레귤레이터를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 노드의 전압에 따라 상기 제1 션트 레귤레이터에 흐르는 전류가 변하여 상기 션트 레귤레이터의 기준단 전압이 변한다.
상기 제1 션트 레귤레이터의 기준단은 상기 제2 노드에 연결되어 있고, 상기 케이블 보상 회로는, 상기 제1 션트 레귤레이터의 기준단과 캐소드 사이에 연결되어 있는 제12저항, 및 상기 제1 션트 레귤레이터의 캐소드와 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제13 저항을 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 케이블 보상 회로는, 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결되어 있고, 상기 전력 공급 장치의 출력 전류에 따라 변하는 전압이 발생하는 제3 노드, 및 상기 제3 노드와 상기 션트 레귤레이터의 애노드 사이에 커플링되어 있는 다이오드를 포함한다. 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스는 상기 제3 노드의 전압에 따라 제어되고, 상기 피드백 전압은 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 따라 변한다.
상기 제3 노드는 상기 출력 전류가 흐르는 정류 다이오드의 애노드에 연결되어 있다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 제3 노드와 그라운드 사이에 연결되어 있는 제14 저항, 및 상기 제14 저항에 병렬 연결되어 있는 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 제4 노드의 전압의 노이즈를 필터링 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 케이블 보상 회로는, 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결되어 있고, 상기 전력 공급 장치의 전력 스위치의 온 기간에 따라 변하는 전압이 발생하는 제3 노드, 및 상기 전력 공급 장치의 출력 전류가 흐르는 정류 다이오드와 상기 제4 노드 사이에 커플링되어 있는 다이오드를 포함한다. 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스는 상기 제4 노드의 전압에 따라 제어되고, 상기 피드백 전압은 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 따라 변한다.
상기 다이오드의 캐소드는 상기 정류 다이오드의 애노드에 연결되어 있고, 상기 케이블 보상 회로는, 상기 다이오드의 애노드와 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 제15저항, 및 상기 제4 노드와 그라운드 사이에 연결되어 있는 커패시터를 더 포함한다.
상기 정류 다이오드의 애노드는 상기 전력 공급 장치의 2차측 권선에 연결되어 있고, 상기 전력 공급 장치의 전력 스위치가 턴 온 기간일 때, 상기 2차측 권선의 전압에 의해 상기 다이오드가 도통된다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 정류 다이오드의 캐소드와 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 다이오드, 및 상기 출력 전류에 의해 발생하는 상기 정류 다이오드이 포워드 전압과 상기다이오드의 포워드 전압 차이가 저장되는 커패시터를 더 포함한다.
상기 커패시터는 상기 제4 노드와 그라운드 사이에 연결되어 있고, 상기 출력 전류의 증가로 상기 정류 다이오드의 포워드 전압이 증가하여 상기 커패시터에 충전되는 음의 전압이 감소하는 케이블 보상 회로.
상기 커패시터는 상기 출력 전압과 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 출력 전류의 증가로 상기 정류 다이오드의 포워드 전압이 증가하여 상기 커패시터에 충전되는 전압의 증가에 따라 상기 제4 노드의 전압이 감소한다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 다이오드의 애노드와 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 제16 저항, 및 상기 출력 전압과 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 제17 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 케이블 보상 회로는, 상기 제4 노드와 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제18저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 어느 하나에 의해 케이블에 의한 전압 강하가 보상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 케이블 보상 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제9 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 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 발명의 실시 예들에 따른 케이블 보상 회로에 대해서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(250)는 전력 공급 장치(10)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
전력 공급 장치(10)는 커패시터(C1), 트랜스포머(100), 정류 다이오드(D1), 출력 커패시터(C2, C3), 전력 스위치(M), 게이트 드라이버(200), 및 피드백 회로(400)를 포함한다.
입력 전압(Vin)은 커패시터(C1)에 의해 평활되고 트랜스포머(100)의 1차측에 전달된다.
트랜스포머(100)는 1차측 권선(CO1) 및 2차측 권선(CO2)을 포함하고, 트랜스포머의 권선비는 n:1(CO1의 권선수 : CO2의 권선수)이다.
1차측 권선(CO1)의 일단은 입력 전압(Vin)이 공급되고, 1차측 권선(CO1)의 타단에는 전력 스위치(M)가 연결되어 있다. 전력 스위치(M)의 온 기간 동안 1차측 권선(CO1)에 저장된 에너지가 전력 스위치(M)의 오프 기간 동안 2차측 권선(CO2)에 전달된다.
전력 스위치(M)의 게이트 전극에는 게이트 드라이버(200)의 출력이 연결되어 있고, 게이트 드라이버(200)로부터 출력되는 게이트 전압(VG)에 따라 스위칭 동작한다. 전력 스위치(M)는 n 채널 타입의 트랜지스터이므로, 하이 레벨의 게이트 전압(VG)에 의해 턴 온되고, 로우 레벨의 게이트 전압(VG)에 따라 턴 오프 된다.
게이트 드라이버(200)는 피드백 신호(FB)에 따라 게이트 전압(VG)을 생성한다. 예를 들어, 게이트 드라이버(200)는 피드백 신호(FB)의 전압이 감소할수록 2차측으로 전달되는 에너지가 감소하도록 게이트 전압(VG)을 생성하고, 피드백 신호(FB)의 전압이 증가할수록 2차측으로 전달되는 에너지가 증가하도록 게이트 전압(VG)을 생성한다.
정류 다이오드(D1)는 2차측 권선(CO2)의 일단과 출력단 사이에 연결되어 있고, 전력 스위치(M)의 오프 기간 동안 도통된다. 2차측에 전달된 전류는 정류 다이오드(D1)을 통해 부하에 전달한다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 배터리가 부하의 일 예이다. 전력 공급 장치(10)의 출력단은 케이블(CABLE1, CABLE2)을 통해 배터리에 연결되어 있다. 전력 공급 장치(10)는 배터리에 충전 전류를 공급하는 충전기의 역할을 수행할 수 있다. 출력 커패시터(C2, C3)는 전력 공급 장치(1)의 출력단에 병렬로 연결되어 있고, 케이블(1)은 출력 커패시터(C2, C3)의 일단과 배터리의 (+) 단자에 연결되어 있고, 케이블(2)은 출력 커패시터(C2, C3)의 타단(2차측 그라운드)과 배터리의 (-) 단자에 연결되어 있다.
출력 커패시터(C2, C3)는 출력 전압(VO)의 리플을 감쇄시켜 출력 전압(VO)을 평활시킨다.
피드백 회로(400)는 출력 전압(VO)에 대응하는 피드백 신호를 생성한다. 피드백 회로(400)는 옵토커플러(O412o-Coupler)(410), 션트 레귤레이터(420), 4개의 저항(R1-R4), 및 두 개의 커패시터(C4, CFB)를 포함한다. 옵토커플러(410)는 옵토-다이오드(411) 및 옵토-트랜지스터(412)를 포함한다.
저항(R1) 및 저항(R2)에 의해 출력 전압(VO)이 분배되어 기준 전압(VR11)이 생성된다. 션트 레귤레이터(420)는 기준 전압(VR11)이 입력되는 기준단, 옵토-다이오드(411)의 캐소드에 연결되어 있는 캐소드, 및 노드(NA)에 연결되어 있는 애노드를 포함한다.
션트 레귤레이터(420)는 기준단의 전압인 기준 전압(VR11)과 애노드의 전압(VA11)의 차(이하, 션트 레귤레이터(420)의 기준이라 함.)에 따라 싱크 전류를 생성한다. 따라서 출력 전압(VO)이 증가하면 션트 레귤레이터(420)에 의해 옵토-다이오드(411)를 통해 싱크되는 전류가 증가하고, 출력 전압(VO)이 감소하면 션트 레귤레이터(420)에 의해 옵토-다이오드(411)를 통해 싱크되는 전류가 감소한다.
션트 레귤레이터(420)의 기준단과 캐소드 사이에 직렬 연결되어 있는 커패시터(C4) 및 저항(R3)에 의해 션트 레귤레이터(420)의 게인이 결정된다. 션트 레귤레이터(420)의 게인은 기준단 전압 변화와 캐소드 전압 변화 간의 비이다.
저항(R4)은 출력 전압(VO)과 옵토-다이오드(411)의 애노드 전극 사이에 연결되어 있다. 저항(R4)은 션트 레귤레이터(420)의 바이어스(bias) 전류를 공급한다.
옵토-트랜지스터(412)에 흐르는 전류는 옵토-다이오드(411)에 흐르는 전류에 비례한다. 커패시터(CFB)는 옵토-트랜지스터(412)에 병렬 연결되어 있다. 옵토-다이오드(411)에 흐르는 전류가 증가할수록 옵토-트랜지스터(412)에 흐르는 전류가 증가하게 되고, 옵토-트랜지스터(412)의 전류 증가에 따라 커패시터(CFB)가 방전되고, 피드백 신호(FB)의 전압이 감소한다.
옵토-다이오드(411)에 흐르는 전류가 감소할수록 옵토-트랜지스터(412)에 흐르는 전류가 감소하게 되고, 옵토-트랜지스터(412)의 전류 감소에 따라 커패시터(CFB)가 충전되고, 피드백 신호(FB)의 전압이 증가한다.
부하가 증가할수록 출력 전압(VO)이 감소하여, 피드백 신호(FB)의 전압이 증가한다. 그러면 게이트 드라이버(200)는 2차측으로 전달되는 에너지를 증가시키는 방향으로 스위칭 동작을 제어한다. 예를 들어, 게이트 드라이버(200)는 게이트 전압(VG)의 온 듀티를 증가시킬 수 있다.
부하가 감소할수록 출력 전압(VO)이 증가하여, 피드백 신호(FB)의 전압이 감소한다. 그러면 게이트 드라이버(200)는 2차측으로 전달되는 에너지를 감소시키는 방향으로 스위칭 동작을 제어한다. 예를 들어, 게이트 드라이버(200)는 게이트 전압(VG)의 온 듀티를 감소시킬 수 있다
케이블 보상 회로(250)는 출력 전류(IO)가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준을 감소시켜 션트 레귤레이터(420)의 캐소드 임피던스를 증가시킨다. 그러면 옵토-다이오드(411)에 흐르는 전류가 감소되어, 2차측으로 전달되는 에너지가 증가한다.
즉, 케이블 보상 회로(250)는 션트 레귤레이터(420)의 기준단 및 애노드 사이의 전압을 제어하여 피드백 신호(FB)의 전압을 조절할 수 있다. 케이블 보상 회로(250)는 다이오드(DC11), 저항(R5), 저항(R6), 및 커패시터(C5)를 포함한다.
다이오드(DC11)는 전력 공급 장치(1)의 출력단에 연결되어 있다. 구체적으로, 다이오드(DC11)는 정류 다이오드(D1)의 애노드 및 2차측 권선(CO2)의 일단에 연결되어 있는 애노드 및 저항(R5)의 일단에 연결되어 있는 캐소드를 포함한다. 다이오드(DC11)의 애노드 전압은 부하에 공급되는 출력 전류(IO)에 따라 변한다. 예를 들어, 출력 전류(IO)가 증가할수록 다이오드(DC11)의 애노드 전압(VA12)도 증가하고, 출력 전류(IO)가 감소할수록 다이오드(DC11)의 애노드 전압(VA12)도 감소한다.
저항(R5)은 다이오드(DC11)의 캐소드 전극과 노드(NA) 사이에 연결되어 있고, 저항(R6)은 노드(NA)와 2차측 그라운드 사이에 연결되어 있고, 커패시터(C5)는 저항(R6)에 병렬 연결되어 있다. 커패시터(C5)는 애노드 전압(VA11)의 노이즈를 필터링한다.
애노드 전압(VA12)이 저항(R5) 및 저항(R6)에 의해 분배되어, 노드(NA)의 전압 즉, 애노드 전압(VA11)이 결정된다. 션트 레귤레이터(420)에 흐르는 전류는 기준 전압(VR11)과 션트 레귤레이터(420)의 애노드 전압(VA11)의 차에 따라 결정된다.
따라서 출력 전류(IO)의 증가로 애노드 전압(VA12)이 증가하면, 애노드 전압(VA11) 역시 증가하고, 션트 레귤레이터(420)의 기준단의 기준 전압(VR11)과 애노드 전압(VA11)의 차 즉, 션트 레귤레이터(420)의 기준이 감소한다. 그러면, 피드백 신호(FB)의 전압이 케이블 보상 회로(250)가 없는 종래 기술에 비해 증가한다.
피드백 신호(FB)의 전압이 높을 수록 2차측으로 전달되는 에너지가 증가되므로, 종래 기술에 비해 2차측으로 전달되는 에너지가 더 증가한다. 이에 따라 출력 전류(IO)의 증가에 따라 케이블(CABLE1, CABLE2)에서 발생하는 전압 강하가 보상된다. 즉, 배터리에 공급되는 전압을 정격 전압으로 유지하기 위해 출력 전압(VO)이 전압 강하가 보상된 레벨까지 상승한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면 출력 전류(IO)의 증가에 따라 애노드 전압(VA11)이 증가하여 피드백 신호(FB)의 전압이 증가하므로, 2차측으로 전달되는 에너지 역시 증가한다. 따라서 출력 전류(IO)의 증가에 따른 케이블(CABLE1, CABLE2)에서 발생하는 전압 강하의 증가가 본 발명의 실시 예에 의해 보상된다.
케이블 보상 회로는 다양한 변형 예가 존재할 수 있으며, 본 발명이 도 1에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 케이블 보상 회로는 출력 전류(IO)의 증가에 따라 션트 레귤레이터(420)의 캐소드 임피던스를 증가시켜, 옵토-다이오드에 흐르는 전류를 감소시키고, 그로 인해 2차측에 전달되는 에너지를 증가시킬 수 있는 회로로 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 1의 실시 예에서는 션트 레귤레이터(420)의 애노드 전압(VA11)을 출력 전류(IO)의 증가에 따라 증가되는 케이블 보상 회로가 도시되어 있다. 이와 달리, 션트 레귤레이터(420)의 기준단의 기준 전압을 출력 전류(IO)의 증가에 따라 감소시켜, 션트 레귤레이터(420)의 기준을 감소시킬 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
앞선 실시 예와 비교하여 중복되는 구성은 동일한 도면부호를 사용하였으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(270)는 전력 공급 장치(20)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
도 1과 비교해 션트 레귤레이터(420)의 애노드가 케이블 보상 회로가 아닌 2차측 그라운드에 직접 연결되어 있고, 션트 레귤레이터(420)의 기준단이 케이블 보상 회로(270)에 연결되어 있다.
케이블 보상 회로(270) 역시 출력 전류(IO)가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준을 감소시켜 션트 레귤레이터(420)의 캐소드 임피던스를 증가시킨다. 그러면 옵토-다이오드(411)에 흐르는 전류가 감소되어, 2차측으로 전달되는 에너지가 증가한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 케이블 보상 회로(270)는 애노드 전압(VA13)에 따라 BJT(Q)의 베이스 전압을 제어하여 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압(VR1)을 제어한다.
케이블 보상 회로(270)는 다이오드(DC12), 저항(R7), 저항(R8), 저항(R9), BJT(Q), 및 커패시터(C6)를 포함한다.
다이오드(DC12)는 전력 공급 장치(20)의 출력단에 연결되어 있다. 구체적으로 다이오드(DC12)의 애노드는 2차측의 정류 다이오드(D1)의 애노드와 2차측 권선(CO2)의 일단에 연결되어 있고, 다이오드(DC12)의 캐소드는 저항(R7)의 일단 및 커패시터(C6)의 일단에 연결되어 있다.
다이오드(DC12)의 애노드 전압(VA13)은 부하에 공급되는 출력 전류(IO)에 따라 변한다. 예를 들어, 출력 전류(IO)가 증가할수록 애노드 전압(VA13)도 증가하고, 출력 전류(IO)가 감소할수록 애노드 전압(VA13)도 감소한다.
저항(R7)의 타단과 2차측 그라운드 사이에 저항(R8)이 연결되어 있다. 저항(R7) 및 저항(R8)의 노드(NR)의 전압(VNR)은 BJT(Q)의 베이스에 인가된다.
커패시터(C6)는 다이오드(DC12)의 캐소드 전극과 2차측 그라운드 사이에 연결되어 전압(VNR)의 노이즈를 필터링한다.
BJT(Q)의 에미터는 2차측 그라운드에 연결되어 있고, 컬렉터는 저항(R9)의 일단에 연결되어 있다. 저항(R9)의 타단은 션트 레귤레이터(420)의 기준단에 연결되어 있다.
애노드 전압(VA13)이 저항(R7) 및 저항(R8)에 의해 분배되어, 노드(NR)의 전압 즉, 전압(VNR)이 결정된다. 전압(VNR)에 따라 BJT(Q)에 흐르는 전류가 결정되고, BJT(Q)에 흐르는 전류가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압 즉, 기준 전압(VR1)이 감소한다.
션트 레귤레이터(420)에 흐르는 전류는 션트 레귤레이터(420)의 기준 즉, 기준 전압(VR1)과 션트 레귤레이터(420)의 애노드 전압의 차에 따라 결정된다. 본 발명의 다른 실시 예에서 션트 레귤레이터(420)의 애노드 전압은 그라운드 레벨이다. 따라서 션트 레귤레이터(420)에 흐르는 전류는 기준 전압(VR1)에 따라 결정된다.
출력 전류(IO)의 증가로 애노드 전압(VA13)이 증가하면, 전압(VNR)이 증가하고, 기준 전압(VR1)이 감소한다. 그러면, 피드백 신호(FB)의 전압이 케이블 보상 회로(270)가 없는 종래 기술에 비해 증가한다.
피드백 신호(FB)의 전압이 높을 수록 2차측으로 전달되는 에너지가 증가되므로, 종래 기술에 비해 2차측으로 전달되는 에너지가 더 증가한다. 이에 따라 출력 전류(IO)의 증가에 따라 케이블(CABLE1, CABLE2)에서 발생하는 전압 강하가 보상된다. 즉, 배터리에 공급되는 전압을 정격 전압으로 유지하기 위해 출력 전압(VO)이 전압 강하가 보상된 레벨까지 상승한다.
본 발명의 제2 실시 예에서도 앞선 실시 예와 같이, 출력 전류(IO)의 증가에 따라 애노드 전압(VA13)이 증가하여 피드백 신호(FB)의 전압이 증가하므로, 2차측으로 전달되는 에너지 역시 증가한다. 따라서 출력 전류(IO)의 증가에 따른 케이블(CABLE1, CABLE2)에서 발생하는 전압 강하의 증가가 본 발명의 다른 실시 예에 의해 보상된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다. 본 발명의 제3 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(300)는 전력 공급 장치(1)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
앞선 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.
전력 공급 장치(1)는 커패시터(C1), 트랜스포머(100), 정류 다이오드(D1), 출력 커패시터(C2, C3), 전력 스위치(M), 게이트 드라이버(200), 및 피드백 회로(400)를 포함하고, 케이블 보상 회로(300)에 연결되어 있다.
저항(R1) 및 저항(R2)에 의해 출력 전압(VO)이 분배되어 기준 전압(VR1)이 생성된다. 션트 레귤레이터(420)의 기준단의 전압은 제2 실시 예와 동일하게 기준 전압(VR1)이라 한다.
케이블 보상 회로(300)는 출력 전류(IO)에 따라 션트 레귤레이터(420)의 캐소드 임피던스를 조절한다. 예를 들어, 케이블 보상 회로(300)는 출력 전류(IO)가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준을 감소시켜 션트 레귤레이터(420)의 캐소드 임피던스를 증가시킨다. 그러면 옵토-다이오드(411)에 흐르는 전류가 감소되어, 2차측으로 전달되는 에너지가 증가한다.
출력 전류(IO)는 부하(본 발명의 실시 예에서는 배터리)에 공급되는 부하 전류를 의미한다.
즉, 케이블 보상 회로(300)는 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압을 제어하여 피드백 신호(FB)의 전압을 조절할 수 있다. 케이블 보상 회로(300)는 애노드 전압(VA1)에 따라 BJT(Q1)의 베이스 전압을 제어하여 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압(VR1)을 제어한다.
케이블 보상 회로(300)는 다이오드(DC1), 4 개의 저항(R11, R12, R13, R14), BJT(Q1), 및 커패시터(C11)를 포함한다.
다이오드(DC1)는 전력 공급 장치(1)의 출력단에 연결되어 있다. 구체적으로 다이오드(DC1)의 애노드는 2차측의 정류 다이오드(D1)의 애노드와 2차측 권선(CO2)의 일단에 연결되어 있고, 다이오드(DC1)의 캐소드는 저항(R11)의 일단에 연결되어 있다.
다이오드(DC1)의 애노드 전압(VA1)은 부하에 공급되는 출력 전류(IO)에 따라 변한다. 예를 들어, 출력 전류(IO)가 증가할수록 애노드 전압(VA1)도 증가하고, 출력 전류(IO)가 감소할수록 애노드 전압(VA1)도 감소한다.
저항(R12)의 일단은 저항(R11)의 타단에 연결되어 있고, 저항(R12)의 타단은 2차측 그라운드에 연결되어 있다. 저항(R11) 및 저항(R12)이 연결된 노드(NR1)의 전압(VNR1)은 저항(R14)를 통하여 BJT(Q1)의 베이스에 인가된다.
커패시터(C11)는 노드(NR1)와 2차측 그라운드 사이에 연결되어 전압(VNR1)을 평활한다.
BJT(Q1)의 에미터는 2차측 그라운드에 연결되어 있고, 컬렉터는 저항(R13)의 일단에 연결되어 있다. 저항(R13)의 타단은 션트 레귤레이터(420)의 기준단에 연결되어 있다.
애노드 전압(VA1)은 다이오드(DC1)에 의해서 정류가 된 뒤, 저항(R11) 및 저항(R12)에 의해 분배되어, 노드(NR1)의 전압 즉, 전압(VNR1)이 결정된다. 전압(VNR1)에 따라 BJT(Q1)에 흐르는 전류가 결정되고, BJT(Q1)에 흐르는 전류가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압 즉, 기준 전압(VR1)이 감소한다.
션트 레귤레이터(420)에 흐르는 전류는 션트 레귤레이터(420)의 기준 즉, 기준 전압(VR1)과 션트 레귤레이터(420)의 애노드 전압의 차에 따라 결정된다. 본 발명의 제1 실시 예에서 션트 레귤레이터(420)의 애노드 전압은 그라운드 레벨이다. 따라서 션트 레귤레이터(420)에 흐르는 전류는 기준 전압(VR1)에 따라 결정된다.
출력 전류(IO)의 증가로 애노드 전압(VA1)이 증가하면, 전압(VNR1)이 증가하고, 기준 전압(VR1)이 감소한다. 그러면, 피드백 신호(FB)의 전압이 케이블 보상 회로(300)가 없는 종래 기술에 비해 증가한다.
피드백 신호(FB)의 전압이 높을 수록 2차측으로 전달되는 에너지가 증가되므로, 종래 기술에 비해 2차측으로 전달되는 에너지가 더 증가한다. 이에 따라 출력 전류(IO)의 증가에 따라 케이블(CABLE1, CABLE2)에서 발생하는 전압 강하가 보상된다. 즉, 출력 전압(VO)이 상승하여 케이블에서 발생하는 전압 강하를 보상하고, 배터리에 공급되는 전압을 정격 전압으로 유지한다.
본 발명의 제4 실시 예에 따른 케이블 보상 회로는 BJT의 온도 변화에 따른 편차(variation)를 보상하는 저항을 더 포함한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(310)는 전력 공급 장치(2)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
케이블 보상 회로(310)는 다이오드(DC2), 5 개의 저항(R21-R25), 및 커패시터(C21)를 더 포함한다. 도 3에 도시된 케이블 보상 회로와 비교해 BJT(Q2)의 베이스와 그라운드 사이에 연결되어 있는 저항(R24)이 더 구비되어 있다.
케이블 보상 회로(310)는 BJT(Q2)의 온도 편차를 보상하기 위한 저항(R24)를 더 포함한다. 온도 변화에 따라 BJT(Q2)에 흐르는 전류가 변하는 경우, 그 변화를 보상하기 위한 저항을 BJT(Q2)의 베이스에 연결한다. 저항(R24)은 온도에 따라 그 저항이 가변한다.
다이오드(DC2)의 애노드 전압(VA2)은 출력 전류(IO)가 증가할수록 증가하고, 출력 전류(IO)가 감소할수록 감소한다. 다이오드(DC2)의 캐소드와 노드(NR2) 사이에 저항(R21)이 연결되어 있다. 저항(R22), 저항(R24) 및 커패시터(C21)은 노드(NR2)와 그라운드 사이에 연결되어 있다. 저항(R25)은 노드(NR2)와 BJT(Q2)의 베이스 사이에 연결되어 있다.
노드(NR2)의 전압(VNR2)에 따라서 BJT(Q2)의 베이스에 인가되는 전류가 가변된다. 커패시터(C12)는 전압(VNR2)을 평활한다.
BJT(Q2)의 에미터는 2차측 그라운드에 연결되어 있고, 컬렉터는 저항(R23)의 일단에 연결되어 있다. 저항(R23)의 타단은 션트 레귤레이터(420)의 기준단에 연결되어 있다.
애노드 전압(VA2)이 다이오드(DC2)에 의해서 정류된 뒤 저항(R21, R22)에 의해 분배되어 전압(VNR2)이 결정된다. 전압(VNR2)에 따라 BJT(Q2)에 흐르는 전류가 결정되고, BJT(Q2)에 흐르는 전류가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압 즉, 기준 전압(VR1)이 감소한다.
온도 변화에 따라 BJT(Q2)에 흐르는 전류가 가변하는 것을 방지하기 위해 저항(R24)는 BJT(Q2)의 온도 변화 특성과 반대의 온도 변화 특성을 가진다.
예를 들어, 온도 증가에 따라 BJT(Q2)에 흐르는 전류가 증가할 때, 저항(R24)은 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 것으로 구현될 수 있다. 그러면, 온도가 증가할 때, 저항(R24)의 저항이 감소하여 베이스 전압이 감소한다. 따라서 BJT(Q2)에 흐르는 전류의 증가를 방지할 수 있다.
반대로, 온도 감소에 따라 BJT(Q2)에 흐르는 전류가 감소할 때, 저항(R24)은 온도 감소에 따라 저항이 증가하는 것으로 구현될 수 있다. 그러면, 온도가 감소할 때, 저항(R24)의 저항이 증가하여 베이스 전압이 증가한다. 따라서 BJT(Q2)에 흐르는 전류의 감소를 방지할 수 있다.
본 발명의 제5 실시 예에 따른 케이블 보상 회로는 제4 실시 예의 저항(24) 대신 BJT를 이용하여 BJT의 온도 변화에 따른 편차를 보상할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(320)는 전력 공급 장치(3)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
케이블 보상 회로(320)는 다이오드(DC3), 4 개의 저항(R31-R34), 커패시터(C31), BJT(Q31), 및 BJT(Q32)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 케이블 보상 회로(320)는 컬렉터와 베이스가 연결된 BJT(32)를 더 포함한다.
온도 변화에 따른 BJT(32)의 편차는 BJT(Q31)의 편차와 유사하다. BJT(Q31)의 베이스 전압이 BJT(Q32)에 의해 제어되어, 온도 변화에 따라 BJT(Q31)에 흐르는 전류가 변하지 않는다.
다이오드(DC3)의 애노드는 애노드 전압(VA3)에 연결되어 있고, 다이오드(DC3)의 캐소드는 저항(R31)의 일단에 연결되어 있다. 저항(R31)의 타단은 노드(NR3)에 연결되어 있다.
커패시터(C31)는 노드(NR3)와 그라운드 사이에 연결되어, 전압(VNR3)을 평활한다.
저항(R32)의 일단 및 저항(R33)의 일단은 노드(NR3)에 연결되어 있고, 저항(R32)의 타단에는 BJT(Q32)의 컬렉터가 연결되어 있다. BJT(Q32)의 에미터는 2차측 그라운드에 연결되어 있다.
저항(R33)의 타단은 BJT(Q31)의 베이스에 연결되어 있고, BJT(Q31)의 콜렉터는 저항(R34)를 통해 션트 레귤레이터(420)의 기준단에 연결되어 있다. BJT(Q31)의 에미터는 2차측 그라운드에 연결되어 있다.
애노드 전압(VA3)이 다이오드(DC3) 에 의해서 정류된 뒤 저항(R31, R32) 및 BJT(Q32)의 온 저항에 의해 분배되어 전압(VNR3)이 결정된다. 전압(VNR3)은 저항(R33)을 통해 BJT(Q31)의 베이스에 전달된다.
전압(VNR3)에 따라 BJT(Q31)에 흐르는 전류가 결정되고, BJT(Q31)에 흐르는 전류가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압 즉, 기준 전압(VR1)이 감소한다.
온도 변화에 따라 다이오드처럼 사용된 BJT(Q32)의 포워드 전압이 변하여 전압(VNR3)이 변한다.
예를 들어, 온도 증가에 따라 BJT(Q32)의 포워드 전압이 감소하면, 노드(NR3)에 연결된 등가적인 저항이 감소하여 전압(VNR3)이 감소한다. 즉, BJT(Q31)의 베이스 전압이 감소한다.
온도 증가에 따라 BJT(Q31)에 흐르는 전류가 증가할 때, BJT(Q31)의 베이스 전압이 감소되므로, BJT(Q31)의 전류 증가를 억제할 수 있다.
반대로 온도 감소에 따라 BJT(Q32)의 온 저항이 증가하면, 노드(NR3)에 연결된 등가적인 저항이 증가하여 전압(VNR3)이 증가한다. 즉, BJT(Q31)의 베이스 전압이 증가한다.
온도 감소에 따라 BJT(Q31)에 흐르는 전류가 감소할 때, BJT(Q31)의 베이스 전압이 증가하므로, BJT(Q31)의 전류 감소를 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 내지 제5 실시 예와 달리 BJT 대신 션트 레귤레이터를 사용할 수 있다.
본 발명의 제6 실시 예에 따른 케이블 보상 회로는 BJT 대신 션트 레귤레이터를 포함한다.
도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(330)는 전력 공급 장치(4)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
케이블 보상 회로(330)는 다이오드(DC4), 4 개의 저항(R41-R44), 션트 레귤레이터(331), 커패시터(C41)를 포함한다.
다이오드(DC4)의 애노드는 애노드 전압(VA4)에 연결되어 있고, 다이오드(DC4)의 캐소드는 저항(R41)의 일단에 연결되어 있다. 저항(R41)의 타단은 노드(NR4)에 연결되어 있다.
커패시터(C41)는 노드(NR4)와 그라운드 사이에 연결되어, 전압(VNR4)을 평활한다.
저항(R42)은 노드(NR4)와 그라운드 사이에 연결되어 있다. 션트 레귤레이터(331)의 기준단은 노드(NR4)의 연결되어 있고, 션트 레귤레이터(331)의 캐소드는 저항(R44)을 통해 션트 레귤레이터(420)의 기준단에 연결되어 있으며, 션트 레귤레이터(331)의 애노드는 2차측 그라운드에 연결되어 있다.
저항(R43)은 션트 레귤레이터(331)의 기준단과 캐소드 사이에 연결되어 있다.
애노드 전압(VA4)이 다이오드(DC4)에 의해 정류된 뒤 저항(R41, R42)에 의해 분배되어 전압(VNR3)이 결정된다. 전압(VNR3)은 션트 레귤레이터(331)의 기준단에 입력된다. 션트 레귤레이터(331)은 기준단의 전압이 소정의 전압 이상이 되면 도통되어, 기준단의 전압에 따라 캐소드에서 애노드로 전류가 흐른다.
출력 전류(IO)가 증가할수록 전압(VNR4)이 증가하고, 전압(VNR4)이 증가할수록, 션트 레귤레이터(331)에 흐르는 전류가 증가한다. 션트 레귤레이터(331)에 흐르는 전류가 증가할수록 션트 레귤레이터(420)의 기준 전압(VR1)이 감소한다.
본 발명의 제2 내지 제6 실시 예는 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스를 제어하기 출력 전류(IO)에 따르는 전류를 생성하는 BJT 또는 션트 레귤레이터를 이용한다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 다른 실시 예들은 제1 실시 예와 같이, 출력 전류(IO)의 증가가 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 직접적으로 영향을 주는 회로 구조일 수 있다.
본 발명의 제7 내지 제9 실시 예에 따른 케이블 보상 회로는 BJT 또는 션트 레귤레이터를 포함하지 않는다.
도 7은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제7 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(500)는 전력 공급 장치(5)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 케이블 보상 회로(500)는 다이오드(DC5), 2 개의 저항(R51, R52), 및 커패시터(C51)를 포함한다.
다이오드(DC5)는 2차측 권선(CO2)의 일단 및 정류 다이오드(D1)의 애노드에 연결되어 있는 캐소드 및 저항(R51)의 일단에 연결되어 있는 애노드를 포함한다.
저항(R51)의 타단은 저항(R52)의 일단 및 커패시터(C51)의 일단에 연결되어 있다. 커패시터(C51)의 타단은 그라운드에 연결되어 있고, 저항(R52)의 타단은 션트 레귤레이터(420)의 기준단에 연결되어 있다.
도 8은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 케이블 보상 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8에는 게이트 전압(VG), 드레인-소스 전압(VDS), 2차측 전압(VL2), 보조 전압(VAUX), 및 전압(VNR5)이 도시되어 있다.
게이트 전압(VG)이 하이 레벨인 기간에 전력 스위치(M)가 턴 온 되고, 게이트 전압(VG)이 로우 레벨인 기간에 전력 스위치(M)는 턴 오프 된다.
전력 스위치(M)의 턴 오프 시점 T0에 전력 스위치(M)의 드레인-소스 전압(VDS)은 아래 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
VDS(T0)=(VO+VF)*n + Vin
VO는 출력 전압이고, VF는 정류 다이오드(D1)의 포워딩 전압이며, n은 권선비, Vin은 입력 전압이다.
턴 오프 기간(T1) 중 1차측 권선(CO1)에 저장된 에너지가 모두 소진되어 공진이 시작되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 드레인-소스 전압(VDS)은 공진하는 모양을 보여주기 시작한다. 전력 스위치(M)의 턴 온 기간(T5) 동안, 드레인-소스 전압은 영전압이 된다.
오프 기간(T1) 동안, 2차측 권선(CO2)의 전압(VL2)은 출력 전압(VO)과 포워딩 전압(VF)의 합으로 유지되다가 공진과 함께 출렁거리기 시작한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전압(VL2)이 음전압이 되는 구간(T2, T3, T4)이 발생한다. 온 기간(T5) 동안, 전압(VL2)은 입력 전압(Vin)을 권선비(n)으로 나눈 음의 전압이다.
보조 전압(VAUX)은 다이오드(DC5)의 애노드와 저항(R51)의 일단이 연결되는 노드의 전압이다. 다이오드(DC5)의 차단상태에서 보조 전압(VAUX)은 영전압으로 유지된다.
전압(VL2)이 음 전압이 되는 구간에 다이오드(DC5)가 도통된다. 그러면 보조 전압(VAUX)은 전압(VL2)과 동일한 파형의 전압이다.
노드(NR5)의 전압(VNR5)은 전력 스위치(M)의 온 기간(T5) 동안 도 8에 도시된 바와 같이 보조 전압(VAUX)에 의해 음 전압 영역에서 음의 방향으로 충전되어 감소한다(절대치 증가). 전력 스위치(M)의 오프 기간(T1) 동안 전압(VNR5)은 음 전압 영역에서 양의 방향으로 충전되어 증가한다(절대치 감소).
출력 전력이 증가하면 즉, 출력 전류(IO)가 증가하면, 온 기간이 증가하여 전압(VNR5)은 음의 영역에서 음의 방향으로 더욱더 충전되어 감소한다. 그러면, 션트 레귤레이터(420)의 기준단 전압 즉, 기준 전압(VR1)이 더욱 감소하게 된다.
도 9는 본 발명의 제8 실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제8 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(510)는 전력 공급 장치(6)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
도 9에서 정류 다이오드(D2)는 2차측 그라운드와 2차측 권선(CO2)의 타단 사이에 연결되어 있다. 전력 스위치(M)의 온 기간 동안 2차측 권선(CO2)의 타단 전압이 정류 다이오드(D2)의 애노드 전압 즉, 2차측 그라운드 보다 높다. 따라서 정류 다이오드(D2)는 차단되어 다이오드(D2)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 전력 스위치(M)의 오프 기간 동안 정류 다이오드(D2)는 도통되어 부하에 전류가 공급된다.
케이블 보상 회로(510)는 다이오드(DC6), 저항(R61), 및 커패시터(C61)를 포함한다.
다이오드(DC6)는 2차측 권선(CO2)의 타단에 연결되어 있는 캐소드 및 커패시터(C61)의 일단에 연결되어 있는 애노드를 포함한다. 커패시터(C61)의 타단은 2차측 그라운드에 연결되어 있다. 저항(R61)은 노드(NR6)와 션트 레귤레이터(420)의 기준단 사이에 연결되어 있다. 커패시터(C61)은 두 다이오드의 포워드 전압의 차이를 저장한다.
본 발명의 제8 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(510)의 동작은 다음과 같다.
즉, 노드(NR6)의 전압(VNR6)이 증가할수록 출력 전류(IO)에 따른 정류 다이오드(D2)의 포워드 전압의 변동분과 거의 항상 일정한 다이오드(DC6)의 포워드 전압의 차이가 음의 전압으로 나타나게 된다. 즉 출력 전류(IO)가 증가하면 다이오드(D2)의 포워드 전압이 증가하므로 노드(NR6)의 전압(VNR6)은 더욱더 감소하게 된다. 그러면 기준 전압(VR1)도 출력 전류(IO)의 증가에 따라 감소한다.
도 10은 본 발명의 제9실시 예에 따른 케이블 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제9 실시 예에 따른 케이블 보상 회로(520)는 전력 공급 장치(7)의 2차측에 연결되어 부하에 따라 피드백 회로의 동작을 제어한다.
케이블 보상 회로(520)는 다이오드(DC7), 3 개의 저항(R71, R72, R73), 및 커패시터(C71)를 포함한다.
다이오드(DC7)는 2차측 권선(CO2)의 타단에 연결되어 있는 캐소드 및 저항(R72)의 일단에 연결되어 있는 애노드를 포함한다. 저항(R72)의 타단은 저항(R71)의 일단에 연결되어 있다. 저항(R71)의 타단은 출력 전압(VO)에 연결되어 있다. 저항(R71) 및 저항(R72)이 연결되어 있는 노드(NR7)의 전압(VNR7)은 저항(R73)을 통해 션트 레귤레이터(420)의 기준단 사이에 연결되어 있다. 커패시터(C71)는 출력전압(VO)와 노드(NR7) 사이에 연결되어 있고, 전압(VNR7)을 평활한다.
전력 스위치(M)가 오프한 뒤, 정류 다이오드(D2)가 도통하는 동안, 캐패시터(C71)의 양단 전압은 증가한다. 출력 전류(IO)가 증가할수록 정류 다이오드(D2)의 도통 기간이 길어지므로 캐패시터(C71)의 양단 전압은 더욱더 증가한다. 노드(NR7)의 전압(VNR7)은 출력전압(VO)에서 캐패시터(C71)의 양단 전압을 뺀 값이므로, 부하의 증가에 따라서 노드(NR7)의 전압(VNR7)은 감소한다. 그러면 기준 전압(VR1)도 출력 전류(IO)의 증가에 따라 감소한다.
지금까지 설명한 모든 실시 예에서, 출력 전류(IO)의 증가에 따라 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스가 증가하여 2차측으로 전달되는 에너지가 증가된다. 따라서 출력 전류(IO)의 증가에 따른 케이블(CABLE1, CABLE2)에서 발생하는 전압 강하가 보상될 수 있다.
출력 전류(IO)를 감지하기 위해 출력 전류(IO)가 흐르는 경로에 감지 저항을 구비하는 경우, 감지 저항에서 전력 소비가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 본 발명의 실시 예와 달리 1차측 레귤레이션(Primary Side Regulation) 방식을 사용하는 경우에는 출력단에 대한 정보를 감지하기 위해 별도의 권선을 구비해야 하므로, 트랜스포머의 사이즈 및 복잡도가 증가되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있고, 트랜스포머의 사이즈 및 복잡도의 증가 없이, 케이블에서 발생하는 전압 강하를 보상할 수 있는 회로가 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이하, 특허청구범위에서 구성 요소와 함께 기재된 서수는 순서를 나타내는 표현이 아니라, 동일한 이름의 구성 요소를 구분하는데 사용된다.
전력 공급 장치(10, 20, 1-7)
커패시터(C1, C4, C5, C6, CFB, C11, C21, C31, C41, C51, C61, C71)
트랜스포머(100)
케이블 보상 회로(250, 270, 300, 310, 320, 330, 500, 510, 520)
정류 다이오드(D1), 출력 커패시터(C2, C3), 전력 스위치(M)
게이트 드라이버(200), 피드백 회로(400), 1차측 권선(CO1)
2차측 권선(CO2), 옵토커플러(Opto-Coupler)(410)
션트 레귤레이터(420, 331)
저항(R1-R9, R11-R14, R21-R25, R31-R34)
저항(R41-R44, R51, R52, R61, R71-R73)
옵토-다이오드(411), 옵토-트랜지스터(412)
다이오드(DC11, DC12, DC1-DC7)
BJT(Q1, Q2, Q31, Q32, Q)

Claims (25)

  1. 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결된 케이블 보상 회로에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 출력 전류에 따라 변하는 전압이 발생하는 제1 노드, 및
    상기 제1 노드와 상기 션트 레귤레이터의 기준단에 커플링되어 있는 제2 노드 사이에 연결되어 있는 다이오드를 포함하고,
    상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스는 상기 제2 노드의 전압에 따라 제어되고, 상기 피드백 전압은 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 따라 변하는 케이블 보상 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드는 상기 출력 전류가 흐르는 정류 다이오드의 애노드에 연결되어 있는 케이블 보상 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다이오드의 캐소드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제1 저항,
    상기 제2 노드에 연결되어 있는 일단 및 그라운드 사이에 커플링되어 있는 타단을 포함하는 제2 저항, 및
    상기 제2 노드에 커플링되어 있는 제어단 및 상기 션트 레귤레이터의 기준단에 커플링되어 있는 제1 단을 포함하는 트랜지스터를 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 노드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제1 커패시터를 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 다이오드의 캐소드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제2 커패시터를 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제3 저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 노드와 상기 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 제4 저항, 및
    상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제5 저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 노드와 상기 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 제6 저항,
    상기 제2 노드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제7 저항, 및
    상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제8 저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제7 저항의 온도 변화 특성은 상기 트랜지스터의 온도 변화 특성과 반대인 케이블 보상 회로.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 노드와 상기 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 제8 저항,
    상기 제3 저항의 타단과 상기 그라운드 사이에 연결되어 있고, 다이오드 연결되어 있는 제1 트랜지스터, 및
    상기 트랜지스터의 제1 단과 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제9 저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    온도 변화에 따라 상기 제1 트랜지스터의 포워드 전압이 감소하여, 온도 변화에 따른 상기 트랜지스터의 전류 증가를 보상하거나, 온도 변화에 따라 상기 제1 트랜지스터의 포워드 전압이 증가하여, 온도 변화에 따른 상기 트랜지스터의 전류 감소를 보상하는 케이블 보상 회로.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 다이오드의 캐소드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되어 있는 제10 저항,
    상기 제2 노드에 연결되어 있는 일단 및 그라운드 사이에 커플링되어 있는 타단을 포함하는 제11 저항, 및
    상기 션트 레귤레이터의 기준단에 커플링되어 있는 제1 션트 레귤레이터를 더 포함하고,
    상기 제2 노드의 전압에 따라 상기 제1 션트 레귤레이터에 흐르는 전류가 변하여 상기 션트 레귤레이터의 기준단 전압이 변하는 케이블 보상 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 션트 레귤레이터의 기준단은 상기 제2 노드에 연결되어 있고,
    상기 케이블 보상 회로는,
    상기 제1 션트 레귤레이터의 기준단과 캐소드 사이에 연결되어 있는 제12저항, 및
    상기 제1 션트 레귤레이터의 캐소드와 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제13 저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 노드와 상기 그라운드 사이에 연결되어 있는 제1 커패시터를 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  15. 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결된 케이블 보상 회로에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 출력 전류에 따라 변하는 전압이 발생하는 제3 노드, 및
    상기 제3 노드와 상기 션트 레귤레이터의 애노드 사이에 커플링되어 있는 다이오드를 포함하고,
    상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스는 상기 제3 노드의 전압에 따라 제어되고, 상기 피드백 전압은 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 따라 변하는 케이블 보상 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 노드는 상기 출력 전류가 흐르는 정류 다이오드의 애노드에 연결되어 있는 케이블 보상 회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제3 노드와 그라운드 사이에 연결되어 있는 제14 저항, 및
    상기 제14 저항에 병렬 연결되어 있는 커패시터를 포함하고,
    상기 커패시터는 제4 노드의 전압의 노이즈를 필터링 하는 케이블 보상 회로.
  18. 전력 공급 장치의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 생성하기 위한 션트 레귤레이터에 연결된 케이블 보상 회로에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 전력 스위치의 온 기간에 따라 변하는 전압이 발생하는 제3 노드, 및
    상기 전력 공급 장치의 출력 전류가 흐르는 정류 다이오드와 상기 제4 노드 사이에 커플링되어 있는 다이오드를 포함하고,
    상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스는 상기 제4 노드의 전압에 따라 제어되고, 상기 피드백 전압은 상기 션트 레귤레이터의 캐소드 임피던스에 따라 변하는 케이블 보상 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다이오드의 캐소드는 상기 정류 다이오드의 애노드에 연결되어 있고,
    상기 케이블 보상 회로는,
    상기 다이오드의 애노드와 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 제15저항, 및
    상기 제4 노드와 그라운드 사이에 연결되어 있는 커패시터를 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 정류 다이오드의 애노드는 상기 전력 공급 장치의 2차측 권선에 연결되어 있고, 상기 전력 공급 장치의 전력 스위치가 턴 온 기간일 때, 상기 2차측 권선의 전압에 의해 상기 다이오드가 도통되는 케이블 보상 회로.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 정류 다이오드의 캐소드와 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 다이오드, 및
    상기 출력 전류에 의해 발생하는 상기 정류 다이오드이 포워드 전압과 상기다이오드의 포워드 전압 차이가 저장되는 커패시터를 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 제4 노드와 그라운드 사이에 연결되어 있고, 상기 출력 전류의 증가로 상기 정류 다이오드의 포워드 전압이 증가하여 상기 커패시터에 충전되는 음의 전압이 감소하는 케이블 보상 회로.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 출력 전압과 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있고,
    상기 출력 전류의 증가로 상기 정류 다이오드의 포워드 전압이 증가하여 상기 커패시터에 충전되는 전압의 증가에 따라 상기 제4 노드의 전압이 감소하는 케이블 보상 회로.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 다이오드의 애노드와 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 제16 저항, 및
    상기 출력 전압과 상기 제4 노드 사이에 연결되어 있는 제17 저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 제4 노드와 상기 션트 레귤레이터의 기준단 사이에 연결되어 있는 제18저항을 더 포함하는 케이블 보상 회로.
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