KR20140112457A

KR20140112457A - 저전력 소비를 하는 ac 전압 센서

Info

Publication number: KR20140112457A
Application number: KR1020140029893A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 마이클 휴 매튜; 발루 발라크리쉬난; 자오-쥔 왕
Original assignee: 파워 인티그레이션즈, 인크.
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-09-23
Also published as: CN104052309A; TW201444250A; EP2779408A3; JP2014180198A; US9071146B2; EP2779408A2; US20140268938A1

Abstract

전력 컨버터 제어기는 전력 컨버터의 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하기 위한 입력 감지 회로를 포함한다. 영-전위 검출기는 영-전위 구간들을 결정하기 위해서 제1 영-전위 문턱값 (zero-crossing threshold) 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답할 상기 입력 감지 회로에 연결된다. 타이머 회로는 상기 영-전위 검출기에 연결되어, 피크 구간들을 결정하고 그리고 상기 입력 감지 회로가 상기 전력 컨버터의 입력의 피크 구간들 동안에 전력 컨버터의 입력을 감지하는 것을 가능하게 하기 위해서 생성된 인에이블 신호를 동기화한다. 비교기 회로가 상기 입력 감지 회로 및 상기 타이머 회로에 연결되어, 상기 전력 컨버터의 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 문턱값들보다 더 크거나 또는 더 작은지를 탐지한다.

Description

저전력 소비를 하는 AC 전압 센서 {AC voltage sensor with low power consumption}

본 발명은 전력 컨버터에 관련된다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 예들은 ac 입력 전압으로부터 동작하는 전력 컨버터에 관련된다.

오프-라인 전력 컨버터들의 제어기들은 부족-전압 (under-voltage) 검출, 과전압 (over-voltage) 검출, 그리고 입력 전압의 순간적인 손실로 인한 빠른 리셋과 같은 기능들을 수행하기 위해서 ac 입력 전압을 때때로 측정해야만 한다. ac 전압이 전력 라인의 주파수에서 피크의 양의 값 그리고 피크의 음의 값 사이에서 주기적으로 변하기 때문에, 상기 ac 라인 전압은 그 피크 전압에 비례한 양으로서 수치적으로 표시되는 것이 보통이다. 예를 들면, 120 볼트로 언급되는 공통 ac 전력 라인 전압은 상기 피크 전압의 크기 (169.7 볼트)를 2의 제곱근으로 나눈 것으로부터 얻어진 사인 파형의 실효 (root mean square (rms)) 값이다. 120 볼트 rms의 ac 전압과 120 볼트의 dc 전압은, 둘 모두가 백열 램프와 같은 동일한 저항성 부하에 인가될 때에는 동등하다. ac 입력 전압의 규정된 한게들 내에서 특별한 방식들로 동작하도록 요청된 전력 컨버터들용의 제어기들은 상기 ac 입력 전압의 피크의 크기를 판별해야만 하는 것이 일반적이다.

입력 전압을 측정하는 회로들은 그 회로를 다루기에 충분하게 낮은 입력 전압의 알려진 단편 (fraction)을 제공하는 입력 전압 양단의 전위 분배기를 이용함으로써 그렇게 하는 것이 보통이다. 전력 소비를 줄이기 위해서, 상기 분배기의 컴포넌트들은 입력으로부터 필요한 만큼의 전류를 취하도록 선택된다. 전력 소모를 더 줄이고 그리고 컴포넌트들의 개수를 줄이기 위해서, 입력 전압을 나타내는 전류가 전위 분배기를 대신해서 사용될 수 있다. 그러나, 노이즈가 존재할 때에 신뢰성있게 측정하는 것을 보장하기에 상기 전류는 충분하게 커야 할 필요가 있다. 입력 전압의 소스로부터 취해진 전력은 상기 전압과 전류의 곱에 비례한다. 상기 ac 입력의 피크 값이 수백 볼트일 수 있기 때문에, 신뢰할 수 있는 측정을 위해 수락할 수 있는 가장 작은 전류는 큰 전류 손실의 결과가 될 수 있으며, 전력 컨버터가 작은 부하를 가지거나 또는 부하를 전혀 가지지 않을 때에 특히 그렇다. 전력 컨버터들은 낮은 전력 소모를 하면서 ac 전력 라인을 신뢰할 수 있게 감지할 수 있는 제어기를 필요로 한다.

본 발명은 상기에서의 설명과 같이 낮은 전력 소모를 하면서 ac 전력 라인을 신뢰할 수 있게 감지할 수 있는 제어기를 구비한 전력 컨버터를 제공하려고 한다.

본 발명의 실시예는 전력 컨버터 제어기를 제공한다.

상기 전력 컨버터 제어기는:

전력 컨버터의 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하기 위한 입력 감지 회로;

상기 전력 컨버터의 상기 입력의 영-전위 구간들을 결정하기 위해서 제1 영-전위 문턱값 (zero-crossing threshold) 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답할 상기 입력 감지 회로에 연결된 영-전위 검출기;

상기 영-전위 구간들에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 피크 구간들을 결정하기 위해 상기 영-전위 검출기에 연결된 타이머 회로로서, 상기 타이머 회로는 상기 입력 감지 회로가 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 감지하는 것을 가능하게 하기 위해서 생성된 인에이블 신호를 동기화하도록 연결된, 타이머 회로; 그리고

상기 입력 감지 회로 및 상기 타이머 회로에 연결된 비교기 회로를 포함하며,

상기 비교기는 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 문턱값들보다 더 크거나 또는 더 작은지를 탐지하기 위해서 연결된다.

본 발명의 실시예는 전력 컨버터 제어기를 제공한다.

상기 전력 컨버터 제어기는:

상기 입력 감지 회로 및 상기 타이머 회로에 연결된 샘플러 회로를 포함하며,

상기 샘플러 회로는 상기 타이머 회로에 응답하여 상기 피크 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호를 샘플링하도록 연결된다.

본 발명의 실시예는 전력 컨버터를 제공한다.

상기 전력 컨버터는:

상기 전력 컨버터의 입력과 상기 전력 컨버터의 출력 사이에 연결된 에너지 전달 엘리먼트;

상기 전력 컨버터의 상기 입력과 상기 에너지 전달 엘리먼트에 연결된 전력 스위치; 그리고

상기 전력 컨버터의 상기 출력을 나타내는 피드백 신호에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력으로부터 상기 전력 컨버터의 상기 출력으로의 에너지 전달을 제어하기 위해서 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하기 위해 연결된 구동 신호를 생성하도록 연결된 전력 컨버터 제어기를 포함하며, 상기 전력 컨버터는:

상기 전력 컨버터의 상기 입력의 영-전위 구간들을 결정하기 위해서 제1 영-전위 문턱값 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답할 상기 입력 감지 회로에 연결된 영-전위 검출기;

상기 비교기는 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 문턱값들보다 더 크거나 또는 더 작은지를 검출하기 위해서 연결된다.

본 발명의 실시예는 전력 컨버터의 입력을 감지하기 위한 방법을 제공한다.

상기 방법은:

상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하는 단계;

제1 영-전위 문턱값 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답하기 위해 ac 입력 전압의 영-전위 구간들을 검출하는 단계;

상기 검출된 영-전위 구간들에 응답하여 상기 ac 입력 전압에 타이머를 동기시키는 단계;

상기 ac 입력 라인 전압의 피크 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호의 감지를 가능하게 하기 위해서 상기 타이머에 응답하여 라인 감지 스위치를 닫는 단계; 그리고

상기 ac 입력 라인 전압의 상기 피크 구간들이 아닌 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호의 감지를 불능으로 하기 위해서 상기 라인 감지 스위치를 오픈하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예는 전력 컨버터 제어기를 제공한다.

상기 전력 컨버터 제어기는:

상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하를 나타내는 신호에 연결된 부하 검출 회로로서, 상기 부하 검출 회로는 상기 입력 감지 회로를 제어하도록 연결되어 상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하가 제1 레벨보다 더 클 때에 상기 입력 감지 회로가 상기 입력 감지 신호를 연속하여 수신하기 위해 연결되도록 하며, 상기 부하 검출 회로는 상기 입력 감지 회로를 제어하기 위해서 연결되어 상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하가 제2 레벨보다 더 작을 때에 상기 입력 감지 회로가 상기 입력 감지 신호를 주기적으로 수신하기 위해 연결되도록 하는, 부하 검출 회로; 그리고

상기 입력 감지 회로 및 상기 부하 검출 회로에 연결된 비교기 회로를 포함하며,

상기 비교기는 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 입력 문턱값들보다 더 큰가 또는 더 작은가의 여부를 검출하도록 연결된다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명의 비-제한적인 그리고 전부-망라하지 않은 실시예들은 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 이 경우에 달리 규정되지 않는다면 유사한 참조 번호들은 다양한 시야들의 처음부터 끝까지 유사한 파트들을 언급한다.
도 1은 본 발명의 교시들에 따라 ac 입력 전압을 감지하는 제어기를 포함한 예시의 전력 컨버터의 개략적인 도면이다.
도 2a는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 예시의 전력 컨버터 제어기의 기능적인 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 대안의 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 예시적인 전력 컨버터 제어기의 기능적인 블록도이다.
도 2c는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 다른 대안의 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 예시의 전력 컨버터 제어기의 기능적인 블록도이다.
도 3a는 본 발명의 교시들에 따라 도 2a에서 도시된 낮은 전력 소비를 하는 예시의 ac 전압 센서의 동작을 예시한 예시적인 파형들을 보여주는 타이밍 도면이다.
도 3b는 본 발명의 교시들에 따라 도 2b에서 도시된 낮은 전력 소비를 하는 예시의 대안의 ac 전압 센서의 동작을 예시한 예시적인 파형을 보여주는 타이밍 도면이다.
도 4는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 대안의 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 다른 예시의 전력 컨버터 제어기의 기능적인 블록 도면이다.
도 5는 본 발명의 교시들에 따라 도 4에서 도시된 낮은 전력 소비를 하는 예시적인 ac 전압 센서의 동작을 예시한 예시적인 파형들을 보여주는 타이밍 도면이다.
도 6은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하며 그리고 과-전압 상태 및 부족-전압 상태를 검출하면서 ac 전압을 감지하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하며 그리고 과-전압 상태 및 부족-전압 상태를 검출하면서 ac 전압을 감지하기 위한 도 6의 예시적인 프로세스의 변형을 예시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하면서 ac 입력 전압을 감지하는 것에 추가로 낮은 전력 소비를 하면서 ac 입력 전압을 나타내는 스위칭 전압을 감지하는 제어기를 포함하는 예시적인 전력 컨버터의 개략적인 도면이다.
도 9는 기생 커패시턴스 및 전류 소스 방전을 예시한 예시적인 전력 컨버터 제어기의 기능적인 블록 도면이다.
도 10은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하면서 ac 입력 전압을 감지하는 대안의 회로 및 제어기를 보여주는 예시적인 전력 컨버터의 개략적인 도면이다.
도 11은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하면서 ac 전압을 감지하는 도 10의 대안의 회로 및 제어기의 동작을 예시한 예시적인 파형들을 보여주는 타이밍 도면이다.
도 12는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하면서 ac 입력 전압을 감지하는 또 다른 대안의 회로 및 제어기를 보여주는 예시적인 전력 컨버터의 개략적인 도면이다.
도 13은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하면서 ac 입력 전압을 감지하는 대안의 예시적인 전력 컨버터 제어기를 보여주는 기능적인 블록 도면이다.
대응한 참조 문자들은 상기 도면들의 여러 모습들 도처에서 대응하는 컴포넌트들을 지시한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상기 도면들에서의 엘리먼트들이 간략함과 명료함을 위해서 예시된 것이며 그리고 반드시 크기에 맞추어서 도시된 것은 아니라는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 상기 도면들에서 몇몇 엘리먼트들의 치수들은 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 이해를 증진시키는 것을 돕기 위해서 다른 엘리먼트들에 비해서 과장될 수 있을 것이다. 또한, 상업적으로 가능한 실시예에서 유용한 또는 필요한, 일상적이지만 잘-이해되는 엘리먼트들은 본 발명의 이런 다양한 실시예들의 덜 방해된 모습을 조장하기 위해서 때로는 도시되지 않는다.

다음의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 여러 특정한 상세 내용들이 제시된다. 그러나, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명을 실행하기 위해서 상기 특정 상세 내용이 채택될 필요는 없다는 것이 명백할 것이다. 다른 예들에서, 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해서 잘 알려진 재질들 또는 방법들은 설명되지 않는다.

이 명세서의 처음부터 끝까지 "일 실시예", "실시예", "하나의 예" 또는 "일 예"를 언급하는 것은 그 실시예 또는 그 예에 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 그래서, 본 명세서의 처음부터 끝까지의 다양한 곳에서 "일 실시예에서", "실시예에서", "하나의 예" 또는 "일 예"의 문구들이 나타나는 것은 그 모두가 동일한 실시예 또는 예를 반드시 언급하는 것은 아니다. 또한, 상기 특정한 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 또는 그 이상의 실시예들 또는 예들에서 어떤 적합한 조합들 그리고/또는 부조합들로 조합될 수 있을 것이다. 특정한 특징들, 구조들 또는 특성들은 상기 설명된 기능성을 제공하는 집적 회로, 전자 회로, 조합 논리 회로, 또는 다른 적합한 컴포넌트들 내에 포함될 수 있을 것이다. 추가로, 여기에서 제공된 도면들은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에게 대한 설명의 목적들을 위한 것이며 그리고 상기 도면들은 반드시 크기에 맞추어서 도시된 것은 아니라는 것이 인정된다.

도 1의 개략적인 도면은 주기 T_L 인 실질적인 사인 곡선 파형을 가진 ac 입력 전압 V_AC (102)을 수신하는 ad-dc 전력 컨버터 (100) (ac 입력, dc 출력)의 일 예의 현저한 특징들을 보여준다. 상기 ac 라인 주기 T_L 은 ac 라인 주파수의 역수이다. 표준의 ac 라인 주파수는 상기 전력 시스템의 위치 또는 국가에 종속하여 50 헬쯔 또는 60 헬쯔 중 어느 하나의 공칭 주파수이다. 월드와이드 동작을 위해서 설계된 전력 컨버터들은 47 헬쯔 및 63 헬쯔 사이의 ac 라인 주파수들을 보통 수용하며, 이 주파수는 각각 약 21 밀리초 및 16 밀리초 사이의 ac 라인 주기들에 대응한다. 도 1의 이 예시의 전력 컨버터 내의 제어기 (146)는 본 발명의 교시에 따른 ac 전압 센서를 포함한다. 도 1의 예시의 ac-dc 전력 컨버터는 실질적인 dc 출력 전압 V_O (130) 그리고 실질적인 dc 출력 전류 I_O (128)을 부하 (134)로 제공한다.

도 1의 상기 예시의 전력 컨버터는 플라이백 (flyback) 전력 컨버터로 알려져 있으며, 이는 그것의 특별한 회로 형태 때문이다. 조정된 (regulated) 출력을 산출하기 위해서 제어된 전력 컨버터는 조정된 파워 서플라이로 때때로 불린다. 조정된 출력을 산출하는 플라이백 컨버터는 때로는 플라이백 파워 서플라이로 불린다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 본 개시에서 설명된 본 발명이 특별한 회로 형태를 허용하는 전력 컨버터들에 제한되지 않으며, 그리고 ac 입력 전압으로 동작하는 임의 유형의 전력 컨버터는 본 발명의 상기 특징들로부터 이득을 얻을 수 있을 것이라는 것을 인식할 것이다.

도 1의 예시의 전력 컨버터에서, 전-파형 브리지 정류기 (108)는 라인 입력 단자 L (154) 그리고 중성 입력 단자 N (156) 사이에서 ac 입력 전압 V_AC (102)을 수신하여 입력 커패시터 C1 (110) 상에 dc 전압 V_BULK (112)을 생성한다. dc 전압 V_BULK (112)은 입력 리턴 (114)에 관하여 양이며 그리고 라인 전압 파형 (102)의 피크들 사이에서 전력 컨버터에 의해 커패시터로부터 제거된 에너지로 인해서 상기 ac 라인의 주파수 (반 주기)의 두 배에서 시변 (time varying) 컴포넌트를 가진다. 벌크 전압 (bulk voltage) V_BULK (112)의 최대 값은 대략 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크 크기이다. 상기 벌크 전압 V_BULK (112)의 최소 값은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 존재할 때에 0보다 실질적으로 더 크며, 그리고 상기 벌크 전압 V_BULK (112)은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 제거된 이후에 최소의 문턱값 아래로 쇠퇴하기 위해서 수십 분의 일초를 필요로 한다. 상기 ac 입력 전압의 수 주기들 내에 입력 부족-전압 상태를 검출해야만 하는 전력 컨버터 제어기는 그러므로 상기 벌크 전압 V_BULK (112)의 측정으로부터 그렇게 할 수 없다.

도 1의 예에서 상기 dc 전압 V_BULK (112)은 변압기로 때로 언급되는 결합 인덕터 T1 (120)에 연결된다. 결합 인덕터 T1 (120)은 도 1의 예에서 에너지 전달 엘리먼트이다. 결합 인덕터 T1 (120)은 일차 권선 (118) 그리고 2차 권선 (122)을 포함한다. 일차 권선 (118)은 때로는 입력 권선으로 언급되며, 그리고 이차 권선 (122)은 때로는 출력 권선으로 언급된다. 도 1의 예에서, 이차 권선 (122)의 한 말단은 출력 리턴 (132)에 연결된다. 다른 예들에서, 결합 인덕터 T1 (120)은 출력 리턴 (132)에 연결된 추가 권선들, 그리고 상기 입력 리턴 (114)에 연결된 추가 권선들을 구비한다. 상기 출력 리턴 (132)에 연결된 상기 추가 권선들은 때로는 출력 권선들로 언급된다. 상기 입력 리턴 (114)에 연결된 추가 권선들은 때로는 바이어스 권선들, 보조 권선들, 또는 일차 감지 권선들로 언급된다.

상기 일차 권선 (118)의 한 말단은 도 1의 예에서 상기 dc 전압 V_BULK (112)을 수신한다. 일차 권선 (118)의 다른 말단은 제어기 (146)로부터의 구동 신호에 응답하여 열리고 닫히는 스위치 S1 (150)에 연결된다. 클램프 회로 (116)는 스위치 S1 (150)의 스위칭으로부터의 결과일 수 있을 과도 전압으로부터 상기 스위치 S1 (150)을 보호하기 위해서 일차 권선 (118)의 말단들 양단에 연결된다.

실제의 전력 컨버터에서, 스위치 S1 (150)은 열린 또는 닫힌 것 중 어느 하나인 구동 신호에 의해서 제어되는 예를 들면 트랜지스터와 같은 반도체 디바이스인 것이 보통이다. 열려 있는 (open) 스위치는 전류를 전도할 수 없다. 닫혀있는 (closed) 스위치는 전류를 전도할 수 있을 것이다.

도 1의 예에서, 스위치 S1 (150)은 제어기 (146)의 구동 신호 단자 (148)로부터 구동 신호를 수신한다. 상기 구동 신호는 스위칭 주기인 주기 T_S 로 높은 값 및 낮은 값 사이에서 주기적으로 변한다. 상기 스위칭 주기 T_S 는 상기 ac 라인 주기 T_L 보다 훨씬 작다. 상기 스위칭 주기 T_S 는 상기 스위칭 주파수의 역수이다. 일 실시예에서, 전력 컨버터가 부하 (134)로 최대 출력 전력을 제공하고 있을 때에 상기 스위칭 주기 T_S 는 약 15 밀리초이거나 또는 더 작으며, 반면에 상기 ac 라인 주기 T_L 은 약 20 밀리초이다. 다른 말로 하면, 상기 ac 라인 주기 T_L 은 상기 스위칭 주기 T_S 보다 1000배 더 큰 것이 보통이며, 그래서 한 ac 라인 주기 내에서 1000 개보다 많은 스위칭 주기들이 보통 존재할 수 있다.

도 1의 전력 컨버터의 예에서, 스위치 S1 (150)의 스위칭은 결합 인덕터 T1 (120)의 상기 일차 권선 (118)에서 그리고 상기 이차 권선 (122)에서 맥동 전류들을 생성한다. 이차 권선 (122)으로부터의 전류는 다이오드 D1 (124)에 의해서 정류되며 그리고 출력 커패시터 C2 (126)에 의해서 필터링되어 출력 전압 V_O (130) 그리고 출력 전류 I_O (128)을 생성한다. 도 1의 예에서, 출력 전압 V_O (130)은 출력 리턴 (132)에 관하여 양이다.

도 1의 예에서, 상기 입력 리턴 (114)은 상기 출력 리턴 (132)과는 갈바닉하게 절연된다. 갈바닉 절연은 상기 전력 컨버터의 입력과 출력 사이에서의 dc 전류를 방지한다. 다른 말로 하면, 갈바닉 절연을 하는 전력 컨버터의 입력 단자와 출력 단자 사이에 인가된 dc 전압은 상기 전력 컨버터의 입력 단자와 출력 단자 사이에서 실질적으로 어떤 dc 전류도 발생시키지 않을 것이다. 다른 예들에서 갈바닉 절연이 없는 전력 컨버터들은 시스템 절연 요구사항들에 종속하여 사용될 수 있을 것이며 그리고 본 발명의 교시들로부터 여전히 이익을 얻을 것이다.

도 1의 예에서, 출력 전압 V_O (130)의 조절 (regulation)을 위해 제어기 (146)는 입력 전압 감지 단자 (142)에서 입력 전압 감지 신호를, 출력 전압 감지 단자 (144)에서 출력 전압 감지 신호를, 그리고 전류 감지 단자 (138)에서 전류 감지 신호를 수신한다. 제어기 (146)의 전압들은 입력 리턴 (114)에 참조된다. 출력 전압 감지 단자 (144)에서 수신된 출력 전압 감지 신호는, 예를 들면 옵토커플러 (optocoupler)를 사용함에 의해서, 또는 예를 들면 변압기 상의 권선을 사용함에 의해서, 또는 예를 들면 집적 회로 패키지의 리드프레임의 일부인 자기적으로 연결된 도체들을 사용함에 의해서, 또는 예를 들면 특수한 고전압 안전 커패시터들을 사용함에 의한 것과 같은 어떤 알려진 기술 (도 1에 도시되지 않음)에 의해 출력 리턴 (132)으로부터 갈바닉하게 절연될 수 있을 것이다.

전류 감지 단자 (138)에서 전류 감지 신호용의 스위치 전류 I_S1 (136)을 감지하기 위해서 많은 알려진 기술들이 적용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 스위치 전류 I_S1 (136)은 분리된 저항기 상의 전압으로서, 전류 변압기로부터의 전류로서, 또는 금속 산화 반도체 전계 효과 트랜지스터 (metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET))의 온-레지스턴스 (on-resistance)를 가로지르는 전압으로서 또는 전류 감지 전계 효과 트랜지스터 (current sensing field effect transistor (senseFET))의 감지 출력으로부터의 전류로서 감지될 수 있을 것이다.

도 1에서의 예에서, 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)는 다이오드들 (104, 106)의 캐소드들에서 정류된 전압 V_RECT (152)으로 감지된다. 다이오드 (106)의 아노드 (anode)는 라인 입력 단자 L (154)에 연결되며 그리고 다이오드 (104)의 아노드는 중성 입력 단자 N (156)에 연결된다. 정류된 입력 전압 V_RECT (152)은 상기 입력 리턴 (114)에 관하여 양이다. 상기 정류된 입력 전압 V_RECT (152)은 제어기 (146)의 입력 전압 감지 단자 (142)에서 수신되기 이전에 입력 감지 저항 R1 (140)에 연결된다. 저항기 R1에서의 전류는 상기 브리지 정류기 (108)를 통해서 입력으로 반환된다.

도 1의 예에서, 정류된 전압 V_RECT (152)는 전-파형의 정류된 전압이다. 도 1의 예에서 정류된 전압 V_RECT (152)의 피크들은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 양의 피크들 그리고 음의 피크들과 일치하며, 그리고 정류된 전압 V_RECT (152)의 골 (valley)들은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위들 (zero-crossings)과 일치한다.

dc 벌크 전압 V_BULK (112)과는 대조적으로, 도 1의 예에서 상기 정류된 전압 V_RECT (152)은 각 ac 라인 주기 T_L에서 두 차례 영 (zero)으로 간다. 본 개시에서 나중에 예시될 다른 예들에서, 정류된 전압 V_RECT (152)은 각 라인 주기 T_L에서 하나의 피크 값을 가지는 반-파형 (half-wave)의 정류된 전압일 수 있다.

도 2a는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 도 1의 예시의 전력 컨버터의 예시의 제어기 (202)의 기능적인 블록 도면 (200)이다. 도 2a의 예에서, 제어기 (202)는 옵션의 발진기 (212), 영-전위 검출기 (216), 버퍼 증폭기 (226), 비교기들 (234), OR 게이트 (220), 고전압 트랜지스터 Q_HV (204), 그리고 트랜지스터들 (2227, 228)에 의해서 형성된 전류 미러 (mirror)를 포함하는 집적 회로이다. 일 예에서, 버퍼 증폭기 (226), 비교기들 (234), OR 게이트 (220), 고전압 트랜지스터 Q_HV (204), 그리고 트랜지스터들 (2227, 228)에 의해서 형성된 상기 전류 미러 (mirror)는 제어기 (202) 내에 포함된 입력 감지 회로의 일부인 것으로 간주될 수 있을 것이다.

옵션의 발진기 (212)로부터의 신호들은 동기화 및 타이밍을 위해 제어기 (202) 내의 모든 회로들에 적용 가능한 것이 보통이다. 몇몇의 제어기들에서, 동기화 및 타이밍을 위한 신호들은 발진기 대신에 예를 들면 시스템 클록과 같은 어떤 적합한 시간 마커로부터 수신될 수 있을 것이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 전력 컨버터 제어기가 집적 회로 내에 전체적으로 존재할 필요가 없다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 집적 회로의 외부에 있는 분리된 트랜지스터일 수 있으며 그리고 상기 제어기의 다른 엘리먼트들은 하나 또는 그 이상의 집적 회로들 내에 포함될 수 있을 것이다.

도 2a의 예에서, 제어기 (202)는 입력 감지 저항기 R1 (140)의 한 말단에 연결된 입력 전압 감지 단자 (142)에서 입력 전압 감지 신호를 수신한다. 상기 입력 감지 저항기 R1 (140)의 다른 말단은 정류된 ac 입력 전압, 예를 들면, 도 1의 예에서 보이는 V_RECT (152)에 연결될 수 있을 것이다. 도 2a에서의 예시의 제어기 (202)의 입력 전압 감지 단자 (142)는 입력 리턴 (144)에 관한 고전압 단자이다. 집적 회로의 고전압 단자는 상기 집적 회로의 동작에 손상이나 중단 없이 그라운드 단자에 대해 30 볼트 이상을 견디도록 적응된다. 도 2a의 예에서, 상기 입력 전압 감지 단자 (142)에서의 전압은 수백 볼트를 초과할 수 있을 상기 정류된 전압 V_RECT (152)의 피크만큼 높을 수 있을 것이다.

도 2a의 예에서, 상기 입력 전압 감지 단자 (142)는 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)의 드레인 D (252)에 연결된다. 일 예에서, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 n-채널 향상 모드 금속 산화 반도체 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET)이다. 도 2a의 예에서, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 OR 게이트 (220)의 출력에 연결된 게이트 G (256), 그리고 저전압 MOSFET (227)의 드레인과 게이트에 연결된 소스 S (254)를 구비한다.

고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON 상태에 있을 때에, 그것은 드레인과 소스 사이에서 전류를 전도할 수 있을 것이다. 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 OFF 상태에 있을 때에, 그것은 전류를 전도할 수 없다. ON 상태에 있는 트랜지스터는 닫혀진 스위치인 것으로 간주될 수 있을 것이다. OFF 상태에 있는 트랜지스터는 열린 스위치인 것으로 간주될 수 있을 것이다. 게이트 G (256)에서의 전압이 소스 S (254)에서의 전압보다 문턱 전압 V_T보다 더 많이 클 때에 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 ON 상태에 있다. 역으로, 게이트 G (256)에서의 전압이 소스 S (254)에서의 전압보다 문턱 전압 V_T보다 더 많이 크지 않을 때에 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 OFF 상태에 있다. ON 상태에 있는 트랜지스터는 때로는 ON인 것으로 언급된다. OFF 상태에 있는 트랜지스터는 때로는 OFF인 것으로 언급된다.

일 예에서, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)의 상기 문턱 전압 V_T는 통상적으로는 2.5 볼트이다. 일 예에서, OR 게이트 (220)의 출력은 논리적인 높은 레벨에서 대략 5.8 볼트이며 그리고 OR 게이트 (220)에서의 출력은 논리적인 낮은 레벨에서 실질적으로 0 볼트이다. 다른 말로 하면, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 OR 게이트 (220)의 출력이 높은 논리 레벨에 있을 때에 전류를 전도할 수 있을 것이며, 그리고 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 OR 게이트 (220)의 출력이 낮은 논리 레벨에 있을 때에 전류를 전도할 수 없다.

도 2a의 예에서 OR 게이트 (220)의 출력은 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON 일 때를 그리고 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 OFF 일 때를 판별한다. 도 2a의 예시의 제어기에서 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON 일 때에, 입력 전압 감지 단자 (142)는 입력 감지 저항기 R1 (140)을 통해서 상기 ac 입력 V_AC (102)로부터 전류 I_R1 (242)을 수신한다. 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON 일 때에, 입력 전압 감지 단자 (142)는 입력 감지 저항기 R1 (140)을 통해서 상기 ac 입력 V_AC (102)로부터 전류 I_R1 (242)을 수신한다. 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 OFF 일 때에, 입력 전압 감지 단자 (142)는 상기 ac 입력 V_AC (102)로부터 실질적으로 어떤 전류도 수신하지 않는다. 다른 말로 하면, 도 2a의 예에서 제어기 (202)는 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON 일 때에만 입력 전압 V_AC (102)를 감지한다. 도 2a의 예에서 제어기 (202)는 본 발명의 교시들에 따라서 입력 전압 감지 단자 (142)가 ac 입력 V_AC (102)로부터 전류를 수신하는 횟수들을 제한함으로써 ac 입력 전압 V_AC (102)를 감지함에 있어서의 소비 전력을 줄인다.

도 2a의 예에서 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 본 발명의 교시들에 따라서 ac 입력 라인 V_AC (102)을 감지하는 것을 허용하기 위해서 닫히며 그리고 상기 ac 입력 라인 V_AC (102)의 감지하는 것으로부터의 전력 소비를 방지하기 위해서 열리는 라인 감지 스위치로 간주될 수 있을 것이다.

도 2a의 예시의 제어기에서 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON일 때에, 정류된 ac 라인 전압 V_RECT (152)을 나타내는 전류 I_R1 (224)은 트랜지스터 (227)의 드레인에 진입한다. 참조번호 227 및 228의 트랜지스터들은 트랜지스터 (227)의 드레인에서의 전류 I_R1 (224)을 트랜지스터 (228)의 드레인 내에서 K 가 곱해진 I_R1 인 미러링된 전류 I_MR1 (230)로 크기를 조절하는 비율 K인 전류 미러 (mirror)를 형성한다. 도시된 예에서 보이는 것처럼, 미러링된 전류 I_MR1 은 버퍼 증폭기 (226)에 의해서 처리되며, 이 버퍼 증폭기는 버퍼링된 감지 신호 (232)를 생성하기 위해서 연결된다. 도 2a의 예에서의 버퍼 증폭기 (226)는 증폭, 레벨 시프팅, 전류-전압 변환, 그리고 버퍼링된 감지 신호 (232)가 자신을 수신하는 회로들에 호환되도록 만들기 위해서 필요한, 예를 들면, 영-전위 (zero-crossing) 검출기 (216) 그리고 비교기들 (234)과 같은 당 기술 분야에서 알려진 어떤 다른 변환을 제공할 수 있을 것이다.

영-전위 검출기 (216)는 상기 버퍼링된 감지 신호 (232)를 수신하여 영-전위 신호 (206)를 생성하며, 이를 타이머 (210)가 수신한다. 상기 전류 I_R1 (224)은 도 2a의 예에서는 음으로 가지 않지만, 그러나 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)가 0을 통과해서 지나갈 때에 상기 전류 I_R1 (224)은 실질적으로 0으로 간다. 그러므로, 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위들은 상기 전류 I_R1 (224)이 0에 가까운 제1 영-전위 문턱값 아래로 갈 때의 시각 그리고 상기 전류 I_R1 (224)이 0에 가까운 제2 영-전위 문턱값 위로 갈 때의 시각으로부터 추론될 수 있을 것이다. 타이머 (210)는 상기 타이머 (210)를 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 주파수 및 영-전위들로 동기화 시키기 위해서 상기 영-전위 신호 (206)를 수신한다. 도 2a의 예시의 제어기에서 다양한 신호들 사이에서의 관계들을 예시하기 위해서 타이밍 도면이 본 개시에서 나중에 제시된다.

도 2a의 예에서의 타이머 (210)는 OR 게이트 (220)의 입력에서 수신된 MEASURE ENABLE (측정 인에이블) 신호 (208)를 생성한다. OR 게이트 (220)의 입력이 논리적으로 높은 레벨에 있을 때에 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)은 ON 이다. 일 예에서, 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)가 영 (zero)을 가로지를 것으로 예상되는 경우인 ac 라인 주기의 일부 동안에 MEASURE ENABLE 신호 (208)는 논리적으로 높은 레벨이다. 일 예에서, 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)가 피크 값에 도달할 것으로 예상되는 경우인 ac 라인 주기의 일부 동안에 MEASURE ENABLE 신호 (208)는 또한 논리적으로 높은 레벨이다. 다른 말로 하면, 도 2의 예에서의 제어기 (202)는 MEASURE ENABLE 신호 (208)가 또한 논리적으로 높은 레벨일 때에 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)를 감지한다.

도 2a의 예에서의 타이머 (210)는 비교기들 (234)이 수신한 COMPARE ENABLE (비교 인에이블) 신호 (214)를 또한 생성한다. 도 2a의 예에서, 전력 컨버터가 동작하도록 하기 위해서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 특정 범위 내에 존재하는가를 판별하기 위해서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 피크 값에 도달할 것으로 예상되는 ac 라인 주기의 일부 동안에 비교기들 (234)은 버퍼링된 감지 신호 (232)의 값을 평가 (assess)한다. 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 상기 전력 컨버터를 위한 동작의 상기 특정 범위 외부에 있을 때에 상기 COMPARE ENABLE 신호 (214)에 응답하여 비교기들 (234)은 OVER-VOLTAGE (과-전압) 신호 (236) 또는 UNDER-VOLTAGE (부족-전압) 신호 (238) 중 어느 하나를 어써트 (assert)한다.

도 2a의 예에서, OR 게이트 (220)의 입력단은 POWER-UP (파워-업) 신호 (218)를 수신한다. 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 인가되고 그리고 상기 제어기 (202)가 파워 업된 이후에 바로 상기 ac 입력 라인의 여러 주기들 동안에 POWER-UP 신호 (218)는 논리적으로 높은 레벨에 있으며, 그리고 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 제거되고 그리고 다시 인가될 때까지 POWER-UP 신호 (218)는 논리적으로 낮은 레벨로 돌아간다. 일 예에서, POWER-UP 신호 (218)는 논리적으로 높은 레벨에 있으며, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)은 계속해서 ON 이며, 그리고 타이머 (210)는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위들로 동기한다. 타이머 (210)가 상기 ac 입력으로 동기된 이후에, 본 발명의 교시들에 따라서 제어기 (202)는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 낮은 전력 소비 모드에 있는 것을 감지하고, 제한된 시간에서만 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)으로부터 전류를 수신하는 것을 시작한다.

도 2b는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 대안의 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 도 1에서의 전력 컨버터용의 예시의 제어기 (242)의 기능적인 블록도 (240)이다. 도 2b는 도 2a의 예에서 예시된 엘리먼트들 중 많은 것을 포함한다.

도 2b의 대안의 예에서, 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)의 게이트 G (256)는 조정된 내부 전압 V_DD (244)에 연결되며, 그리고 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)의 소스 S (254)는 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)의 드레인에 연결된다. 일 예에서, 상기 조정된 내부 전압 V_DD (244)는 대략 5.8 볼트이다. 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)의 드레인은 도 2a에서의 전류 미러의 트랜지스터 (227)에 연결된다. 도 2b에서의 ac 전압 센서의 대안의 구성의 이점은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 0을 가로지를 것으로 예상된 ac 라인 주기의 일부 동안에 상기 타이머 (210)가 트랜지스터를 ON으로 변환시킬 것을 필요로 하지 않는다는 것이다. 대신에, 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)가 OFF 일 때에 영-전위 검출기 (246)에 의해 수신될 수 있을 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)의 소스 S (254)에 전압 V_ZC (250)이 존재한다. 도 2b의 상기 ac 전압 센서의 대안의 구성이 영-전위들을 결정하기 위해서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)로부터 전류를 필요로 하지 않기 때문에, 상기 전압 V_ZC (250)은 전력 소모의 불리함 없이 영-전위들을 표시하기 위해서 계속해서 모니터링될 수 있을 것이다.

저전압 트랜지스터 Q_LV (222)가 OFF일 때에, 그 트랜지스터의 드레인에서의 전압 V_ZC (250)은 V_DD (244)의 상단 한계로 정류된 전압 V_RECT (152)에서 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)의 문턱 전압 V_T 을 뺀 것을 따라간다. 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 0을 통해서 지나갈 때에 상기 전압 V_ZC (250)은 0이다. 그러므로, 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)의 드레인에서의 상기 전압 V_ZC (250)은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위들을 감지하기 위해서 사용될 수 있을 것이다.

도 2b의 대안의 예에서, 타이머 (210)는, 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)의 게이트에 연결되며 그리고 상기 비교기들 (234)에 의해서 수신된 ENABLE 신호 (209)를 생성한다. 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 피크 값에 도달할 것으로 예상된 ac 라인 주기의 일부 동안에 ENABLE 신호 (209)는 논리적으로 높은 레벨이다. ENABLE 신호 (209)가 하이 (high)일 때에, 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)는 ON으로 전환하여, 제어기 (242)가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크를 감지하도록 한다. ENABLE 신호 (209)가 로우 (low)일 때에, 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)는 OFF로 전환하여, 본 발명의 교시들에 따라서 제어기 (242)가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)로부터 전류를 수신하는 것을 방지하다.

도 2b의 대안의 예에서 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)는 라인 감지 스위치로 간주될 수 있을 것이며, 그 라인 감지 스위치는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)을 감지하도록 허용하기 위해서 닫히며, 그리고 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)가 전력을 소비하지 않도록 상기 감지 회로를 중지시키기 위해서 열린다.

도 2c는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 다른 대안의 ac 전압 센서의 엘리먼트들을 예시한 도 1에서의 예시의 전력 컨버터용의 다른 예시의 제어기 (272)의 기능적인 블록도 (270)이다. 도 2c는 도 2a 및 도 2b의 예들에서 예시된 엘리먼트들 중 많은 것들을 포함한다.

도 2c의 상기 대안의 예는 도 2b에서의 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)인 MOSFET를 n-채널 JFET (junction field effect transistor) Q_HV (276)로 대체한다. 도 2b에서의 고전압 MOSFET Q_HV (204)의 게이트 G (256)가 조정된 내부 전압 V_DD (244)에 연결된 반면에, 도 2c에서의 고전압 JFET Q_HV (276)의 게이트 G (280)는 입력 리턴 (114)에 연결된다.

도 2c의 대안의 예에서의 고전압 트랜지스터 Q_HV (276)의 드레인 D는 입력 전압 감지 단자 (142)에 연결되며, 그리고 고전압 트랜지스터 JFET Q_HV (276)의 소스 S (282)는 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)에 연결된다. 그처럼, 도 2c의 예에서 JFET Q_HV (276)는 도 2b에서의 MOSFET Q_HV (204)와 동일한 기능을 수행한다. 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)가 ON일 때에 도 2c의 예에서 JFET Q_HV (276)는 ON 이며, 그리고 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)가 OFF일 때에 도 2c의 예에서 JFET Q_HV (276)는 OFF이다.

도 2c의 예에서 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)가 OFF일 때에, 그 트랜지스터의 드레인에서의 전압 V_ZC (250)는 고전압 JFET Q_HV (276)의 핀치-오프 (pinch-off) 전압인 상단 한계로인 상기 정류된 전압 V_RECT (152)을 따른다. 일 예에서, 고전압 JFET Q_HV (276)의 상기 핀치-오프 전압은 30볼트보다 더 작다. 그러므로, 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)의 드레인에서의 전압 V_ZC (250)는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위들을 감지하기 위해서 사용될 수 있을 것이다. 고전압 JFET Q_HV (276)의 상기 핀치-오프 전압이 30볼트보다 더 큰 경우인 다른 예에서, 고전압 트랜지스터는 저전압 트랜지스터 Q_LV (222)로 대체될 수 있을 것이며, 그리고 상기 영-전위 검출기 (246) 내의 버퍼 회로들은 저-전압 검출기 회로들에 적합한 더 낮은 값에서 상기 전압을 클램프 (clamp)할 수 있을 것이다.

도 3a는 도 1의 예시의 전력 컨버터에서 사용된 도 2a에 도시된 낮은 전력 소비를 하는 예시의 ac 전압 센서의 동작을 예시한 예시적인 파형들을 보여주는 타이밍 도면 (300)이다. ac 입력 전압 V_AC (102)을 인가한 것으로부터 일시적인 방해들이 무시할 수 있는 값들로 줄어든 이후에, 그리고 POWER-UP 신호 (218)가 논리적으로 낮은 레벨에 있을 때에, 도 3a의 예시의 파형들은 안정-상태 (steady-state)의 상황들을 위한 것이다.

도 3a의 예에서의 파형 (352)은 상기 정류된 전압 V_RECT (152)을 나타낸다. 도 3a의 예에서의 상기 정류된 전압 V_RECT (152)은 전-파형 (full-wave) 정류된 전압이다. 시각 t₀부터 시각 t₁₂ 까지의 구간은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 한 주기 T_L 이다. 시각 t₀부터 t₆ 까지의 구간과 같은, 또는 시각 t₆부터 t₁₂ 까지의 구간과 같은, 상기 (전-파형) 정류된 전압의 주기는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 주기 T_L 의 반이다. 도 3a에서의 파형 (352)은 상기 정류된 전압 V_RECT (152)이 t₀, t₆, 그리고 t₁₂의 시각들에서 0인 것을 보여준다. 도 3a에서의 파형 (352)은 상기 정류된 전압 V_RECT (152)이 t₃ 그리고 t₉의 시각들에서 피크 값 V_P (305)에 도달한다.

도 3a에서의 파형 (308)은 시각 t₀ 에서 t₁ 까지, 시각 t₂ 에서 시각 t₄ 까지, 시각 t₅부터 시각 t₇ 까지, 시각 t₈ 부터 시각 t₁₀ 까지, 시각 t₁₁부터 시각 t₁₃ 까지 그리고 시각 t₁₄에서 MEASURE ENABLE 신호 (208)가 논리적으로 높은 레벨 H에 있는 것을 보여준다. MEASURE ENABLE 신호 (208)는 도 3a에서 보이는 모든 다른 시각들에서 논리적인 낮은 레벨 L에 있다.

파형 (308)에서의 MEASURE ENABLE 신호 (208)가 하이일 때에 도 3a의 타이밍 도면 (300)은 도 2a에서 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)는 ON 임을 보여주어, 입력 전압 감지 단자 (142)가 참조번호 324의 파형에서 보이는 것과 같이 전류 I_R1 (224)을 수신하는 것을 허용한다. 고전압 트랜지스터 Q_HV (204)가 ON 일 때에 상기 전류 I_R1 (224)이 입력 감지 저항기 R1 (140)의 저항의 역수에 비례하기 때문에, 파형 (308)에서 MEASURE ENABLE 신호 (208)가 하이일 때에 전류 I_R1 (224)이 정류된 전압 V_RECT (152)의 파형 (352)에 비례하는 엔빌로프 (325)를 따른다는 것을, 도 3a에서의 파형 (324)이 보여준다.

도 3a는 타이머 (210)가 측정 구간들 T_P 그리고 T_Z동안에 MEASURE ENABLE 신호를 낮은 논리적 레벨 L부터 높은 논리적인 레벨 H까지 변하게 한다는 것을 보여준다. 다양한 예들에서, 상기 T_P 측정 구간들은 상기 전력 컨버터의 입력에서의 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크 구간들로 간주될 수 있을 것이다. (예를 들면, 시각 t₂ 부터 시각 t₄ 까지 그리고 시각 t₈ 부터 시각 t₁₀ 까지와 같은) 측정 구간들 T_P 는 정류된 전압 V_RECT (152)의 파형 (352)이 피크 값 V_P (305)에 있을 때의 시각들 가까이에서 발생한다. 다양한 예들에서, 상기 T_Z 측정 구간들은 상기 전력 컨버터의 입력에서의 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위 구간들로 간주될 수 있을 것이다. (예를 들면, 시각 t₅ 부터 시각 t₇ 까지 그리고 시각 t₁₁ 부터 시각 t₁₃ 까지와 같은) 측정 구간들 T_Z 는 정류된 전압 V_RECT (152)의 파형 (352)이 0일 때의 시각들 가까이에서 발생한다. 정류된 전압 V_RECT (152)의 파형 (352)이 0일 때의 시각들은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 0을 가로지를 때의 시각들에 대응한다. 다양한 예들에서 보일 것처럼, 상기 입력 감지 회로가 본 발명의 교시들에 따라서 상기 피크 T_P 그리고 영-전위 T_Z 측정 구간들 동안에만 상기 전력 컨버터의 입력을 감지하는 것을 가능하게 하기 위해서 상기 MEASURE ENABLE 신호가 연결된다. 다양한 예들에서, 상기 입력 감지 회로가 본 발명의 교시들에 따라서 상기 피크 T_P 그리고 영-전위 T_Z 측정 구간들이 아닌 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 입력을 감지하는 것을 불가능하게 하기 위해서 상기 MEASURE ENABLE 신호가 연결된다. 상기 피크 T_P 그리고 영-전위 T_Z 측정 구간들이 아닌 구간들 동안에 상기 입력 감지 회로가 상기 전력 컨버터의 입력을 감지하는 것을 불가능하게 함으로써, 전력 소비는 본 발명의 교시들에 따라서 감소된다.

측정 구간들 T_P 그리고 T_Z 가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크들 및 영-전위들 각각에 가능한 가까이에 위치한 것이 바람직하다. 도 3a의 예에서, 상기 측정 구간 T_P 는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크 값 이전의 시각 그리고 이후의 시각을 포함한다. 도 3a의 예에서 또한, 상기 측정 구간 T_Z 는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위 이전의 시각 그리고 이후의 시각을 포함한다. 하나의 예에서, 영-전위 검출기 (216)는 전류 I_R1 (224)이 규정된 윈도우 시간 내에서 제1 영-전위 문턱값 아래로 떨어지고 그리고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라갈 때에 영-전위의 발생을 타이머 (210)에게 표시할 수 있을 것이다.

도 3a의 타이밍 도면 (300)은 시각 t₁ 부터 시각 t₂ 까지, 시각 t₇ 부터 시각 t₈ 까지, 그리고 시각 t₁₃ 부터 시각 t₁₄ 까지의 제1 대기 구간 T_W1을 보여준다. 제1 대기 구간 T_W1은 측정 구간 T_Z의 끝 부분에 시작한다. 도 3a의 타이밍 도면 (300)은 시각 t₄ 부터 시각 t₅ 까지, 그리고 시각 t₁₀ 부터 시각 t₁₁ 까지의 제2 대기 구간 T_W2을 보여준다. 제2 대기 구간 T_W2은 측정 구간 T_P의 끝 부분에 시작한다. 상기 대기 구간들 T_W1 그리고 T_W2 동안에 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)에 대해서는 어떤 측정도 존재하지 않는다.

일 예에서, 타이머 (210)는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 주기 T_L 에 따라 측정 구간들 T_P 및 T_Z 와 함께 대기 구간들 T_W1 그리고 T_W2 를 조정할 수 있을 것이며, 그래서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 모든 주파수에 대해 가장 짧은 시간 내에 측정을 하도록 한다. 다른 예에서, 상기 대기 구간들 그리고 상기 측정 구간들은, 예를 들면, 47 Hz 내지 63 Hz와 같은 전력 라인 주파수들의 범위 내 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크들 및 영-전위들을 커버하기에 충분하게 큰 고정된 값들일 수 있다.

도 3a의 타이밍 도면 (300)은, 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)이 피크 근방일 때에만 비교기들 (234)이 상기 버퍼링된 감지 신호 (232)를 레퍼런스 값과 비교하는 것을 보장하기 위해서, 피크 측정 구간들 T_P 동안에 낮은 논리 레벨 L로부터 높은 논리 레벨 H까지 가는 COMPARE ENABLE 신호 (214)의 파형 (314)을 또한 보여준다.

도 3b는 도 1의 예시의 전력 컨버터에서 사용된 것으로 도 2b에서 도시된 저 전력 소비를 하는 대안의 예시의 ac 전압 센서의 동작을 예시한 예시적인 파형들을 보여주는 타이밍 도면 (350)이다. 도 3a로부터의 상기 정류된 전압 V_RECT (152)의 파형 (352)은 도 3b에서 레퍼런스로서 재생된다. 영-전위 검출기 (246)가 ac 입력 V_AC (102)의 영-전위들을 감지하도록 하기 위해서 상기 라인 감지 스위치 Q_LV (222)가 ON일 것을 도 2b의 상기 대안의 예시적인 ac 전압 센서가 필요로 하지 않기 때문에, 도 3b에서의 파형 (370)은 피크 측정 구간들 T_P 동안에만 상기 엔빌로프 (325)를 따르는 전류 I_R1 (224)을 보여준다. 참조번호 370의 파형과 일치하게, 참조번호 380의 파형은 도 3b의 예에서 피크 측정 구간들 T_P 동안에만 낮은 논리 레벨 L로부터 높은 논리 레벨 H까지 가는 ENABLE 신호 (209)를 보여준다.

도 3b에서의 파형 (375)은 도 2b에서 도시된 저 전력 소비를 하는 대안의 예시적인 ac 전압 센서에서 상기 영-전위 검출기 (246)에 의해서 수신된 전압 V_ZC (250)를 보여준다. 전압 V_ZC (250)은 상기 정류된 전압 V_RECT (152)이 클램프 전압 V_CLAMP (360)의 크기를 초과할 때까지 상기 정류된 전압 V_RECT (152)의 엔빌로프 (355)를 따르는 것으로 참조 번호 375의 파형에서 도시된다. ENABLE 신호 (209)가 라인 감지 스위치 Q_LV (222)를 ON 으로 변화시킬 때까지, 또는 전 파형 (full wave) 정류된 전압 V_RECT (152)이 상기 클램프 전압 V_CLAMP (360) 아래로 떨어질 때까지의 어느 하나의 경우까지 전압 V_ZC (250)은 클램프 전압 V_CLAMP (360)으로 남아 있는다. 전압 V_ZC (250)이 영 (zero) 및 상기 클램프 전압 V_CLAMP (360) 사이의 영-전위 문턱 (365)을 모든 ac 라인 주기 T_L에서 최소한 한번은 항상 가로지를 것이기 때문에, 단 하나의 정기의 대기 구간 T_W3 이 필요하다.

시각 t₆ 에서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위 이전에 오는 제1 영-전위 문턱값 아래로 상기 전압 V_ZC (250)이 떨어질 때인 시각 t₅부터 시작하여 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위 이후에 오는 제2 영-전위 문턱값 위로 상기 전압 V_ZC (250)이 올라갈 때인 시각 t₇까지 구간 T_Z 가 측정될 수 있을 것이다. 일 예에서, 상기 제1 영-전위 문턱값은 상기 제2 영-전위 문턱값과 실질적으로 동일할 수 있을 것이다. 전압 V_ZC (250)가 영에 가까운 문턱값, 바람직하게는, 예를 들면, 도 3b에서 시각 t₁ 부터 t₂까지, 시각 t₇ 부터 시각 t₈ 까지, 그리고 시각 t₁₃ 부터 시각 t₁₄ 까지와 같이 상기 제2 영-전위 문턱값을 가로지르는 시각부터 상기 피크 측정 구간 T_P 의 시작부분까지의 구간의 시간을 재는 것이 필요하다

도 4는 본 발명의 교시들에 따라 도 2a 및 도 2b에서의 예들의 엘리먼트들을 결합한 낮은 전력 소비를 하는 ac 전압 센서를 예시한 다른 예시의 제어기 (402)의 기능적인 블록 도면 (400)이다. 도 4의 예는 고전압 트랜지스터 Q_HV (406) 그리고 저전압 트랜지스터 Q_LV (422)를 포함하며, 이것들은 도 2b의 트랜지스터들 (204 및 222)과 유사하다. 도 4의 예는 도 2a의 예와 유사한 MEASURE ENABLE 신호 (408) 그리고 POWER-UP 신호 (418)를 수신하는 OR 게이트 (420)를 또한 포함한다. 도 4의 예에서, 전류 I_R1 (424)이 트랜지스터 (427)에 의해서 수신되고 그리고 트랜지스터 (428)에 의해서 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 예들과 유사한 크기 조절된 (scaled) 전류 I_MR1 (430)로 미러링된다. 미러링된 전류 I_MR1 (430)은 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 예들에서와 같이 버퍼 증폭기 (426)에 의해서 처리된다.

도 4의 예에서 버퍼 증폭기 (426)는 도 2a의 예에서처럼 영-전위 검출기 (416)에 의해서 수신된 버퍼링된 감지 신호 (423)를 생성한다. 도 4의 예는 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 예들에서의 비교기들 (234)을 OVER-VOLTAGE 신호 (436) 또는 UNDER-VOLTAGE 신호 (438) 중 어느 하나를 어써트 (assert)할 수 있을 샘플러 (434) 또는 샘플 프로세서 (442)로 바꾼다. 도 5의 파형들에서 나중에 설명될 것처럼, 도 4의 예에서 샘플링 특징을 도입한 것은 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 예들에서보다 전력을 덜 소비하는 예상된 피크 근방의 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 측정을 허용한다.

샘플 프로세서 (442)는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)가 상기 전력 컨버터의 적절한 동작을 위해서 너무 높거나 또는 너무 낮다는 것을 OVER-VOLTAGE 신호 (436) 또는 UNDER-VOLTAGE 신호 (438)로 표시하기에 적합한 때를 판별하기 위해서 상기 샘플들을 사용한 방식들로 분석할 수 있을 것이다. 일 예에서, 샘플 프로세서 (442)는 상기 샘플링된 값들의 평균을 취하고, 그리고 그 평균을 문턱값과 비교할 수 있다. 다른 예에서, 샘플 프로세서 (442)는 증가하는 그리고 감소하는 값들의 시퀀스를 찾고, 그 시퀀스에서 가장 높은 값을 취하고, 그리고 그 가장 높은 값을 문턱값과 비교한다. 다른 예에서, 상기 샘플링이 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크의 이전에 그리고 이후에 발생한다는 것을 그 샘플들이 표시하지 않는다면, 샘플 프로세서 (442)는 상기 샘플링 시간들의 범위 내에 상기 피크를 포함시키도록 타이머 (410)의 타이밍을 조절할 수 있을 것이다.

도 2a에서 상기 COMPARE ENABLE 신호 (214) 그리고 도 2b에서 상기 ENABLE 신호 (209)는 도 4에서 타이머 (410)로부터의 SAMPLE ENABLE (샘플 인에이블) 신호 (414)에 의해 대체된다. 도 4에서의 옵션의 발진기 (412)는 도 2a, 도 2b, 그리고 도 2c의 예들에서의 발진기 (212)와 유사한 타이밍 그리고 동기화 신호들을 제공한다.

도 5는 도 1의 예시의 전력 컨버터에서 사용되는 것과 같은 도 4에서 도시된 낮은 전력 소비를 하는 예시의 ac 전압 센서의 동작을 예시한 예시의 파형들을 보여주는 타이밍 도면 (500)이다. 도 3a의 예시의 파형들에서와 같이, 도 5의 예시의 파형들은 ac 입력 전압 V_AC (102)의 인가로부터의 일시적인 교란들이 무시할 수 있는 값으로 줄어든 이후에, 그리고 상기 POWER-UP 신호 (418)가 논리적인 낮은 레벨에 있을 때에, 안정-상태 상황들에 대한 것이다.

도 5의 예에서의 파형 (552)은 시각 t₀ 에서의 영-전위로부터 시각 t₆ 에서의 영-전위까지의 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 하나의 반-주기에 대한 정류된 전압 V_RECT (152)을 나타낸다. 도 5에서의 파형 (552)은 상기 정류된 전압 V_RECT (152)이 시각 t₃에서 피크 값 V_P (505)에 도달한다는 것을 보여준다. 도 5에서 예시된 시간의 전체 폭은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 반-주기만을 커버하여, 구간 T_P 내 시각 t₃ 에서 피크 값 부근의 신호들에 대한 더욱 상세한 내용을 제공한다.

도 5에서의 파형 (508)은 도 4의 예에서의 MEASURE ENABLE 신호 (408)가 시각 t₀ 부터 시각 t₁ 까지, 시각 t₅부터 시각 t₆까지, 그리고 시각 t₂ 및 시각 t₄사이의 구간 T_P 내에서 여러 차례 논리적으로 높은 레벨 H라는 것을 보여준다. 상기 구간 T_P 내에서 높은 논리적인 레벨과 낮은 논리적인 레벨의 다중의 보기들은 시각 t₂ 그리고 시각 t₄ 사이의 전체 구간 T_P 에 대해서 MEASURE ENABLE 신호 (208)가 논리적으로 높은 레벨에 있는 것을 보여주는 도 3에서의 예시의 파형 (308)과는 대조적이다. 도 5에서의 파형 (508)은 도 4의 예에서 MEASURE ENABLE 신호 (408)는 시각 t₁ 및 시각 t₂ 사이의 제1 대기 구간 T_W1 동안 논리적으로 낮은 레벨 L에 있으며, 그리고 시각 t₄ 및 시각 t₅ 사이의 제2 대기 구간 T_W2 동안 논리적으로 낮은 레벨 L에 있는 것을 또한 보여주며, 이는 도 3a의 예시의 파형 (308)에서의 MEASURE ENABLE 신호 (208)와 유사하다.

도 5의 타이밍 도면 (500)은 파형 (508)에서 MEASURE ENABLE 신호 (408)가 하이일 때에 고전압 트랜지스터 Q_HV (406)가 ON인 것을 보여주며, 이는 입력 전압 감지 단자 (142)가 파형 (524)에서 보이는 전류 I_R1 (424)을 수신하는 것을 허용한다. 고전압 트랜지스터 Q_HV (406)가 ON일 때에 상기 전류 I_R1 (424)이 입력 감지 저항기 R1 (140)의 저항의 역수에 비례하기 때문에, 도 5에서의 파형 (524)은 전류 I_R1 (424)이 상기 엔빌로프 (525)를 따른다는 것을 보여주며, 이는 MEASURE ENABLE 신호 (408)가 하이일 때에 정류된 전압 V_RECT (152)의 파형 (552)에 비례하며, 도 3a에서 예시된 예와 유사하다.

도 5에서의 타이밍 도면 (500)은 시각 t₃에서 발생한 상기 정류된 전압 V_RECT (152)의 피크 값 V_P (505) 가까이에서 시각 t₂부터 시각 t₄까지의 구간 T_P 내에서 낮은 논리 레벨 L 부터 높은 논리 레벨 H로 가는 파형 (508) 내의 MEASURE ENABLE 신호 (408)의 여러 예들을 보여준다. 시각 t₂ 는 시각 t₃ 이전에 오며 그리고 시각 t₄ 는 시각 t₃ 이후에 온다. 파형 (508) 내의 MEASURE ENABLE 신호 (408)가 상기 구간 T_P 내에서 하이일 때에 도 5의 타이밍 도면 내 파형 (514)에서 보이는 SAMPLE ENABLE 신호 (414)가 샘플링 구간 T_PS (535)에 대해서 하이 (high)로 간다. SAMPLE ENABLE 신호 (414)가 논리적으로 높은 레벨 H에 있을 때에 도 4의 예시의 제어기 내의 샘플러 (434)는 버퍼링된 감지 신호 (432)의 값들을 취한다.

도 5의 상기 타이밍 도면 (500)은 버퍼링된 감지 신호 (432)의 값들이 상기 정류된 전압 V_RECT (152)의 피크 이전에 그리고 그 이후에 샘플러 (434)에 의해서 샘플링된다는 것을 예시한다. 도 5의 상기 타이밍 도면 (500)은 버퍼링된 감지 신호 (432)의 값들이 시각 t₃에서 발생하는 피크 값에서 반드시 샘플링되지는 않는다는 것을 또한 예시한다. 도 5에서 예시된 샘플링 특징을 사용하는 것은 예상된 피크 근처에서 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 예들에서 예시된 연속적인 측정보다 더 작은 전력 소모를 하면서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 측정을 허용하도록 할 수 있을 것이다. 시각 t₂부터 t₄ 까지의 구간 T_P 내에서 획득된 샘플들의 개수가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 각 반-주기에 대해서 동일한 개수일 필요는 없다. 또한, 대기 구간들 T_W1 그리고 T_W2 각각은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 상이한 반-주기에서 상이한 값을 가질 수 있을 것이다. 예를 들면, 도 5에 예시된 다섯 개의 연속적인 샘플들 중에서, 제1, 제3 및 제5 위치들에서의 샘플들은 하나의 반-주기에서 획득될 수 있을 것이며, 나머지 제2 및 제4 위치들에서의 샘플들은 다음의 반-주기에서 획득될 수 있을 것이다. 각 반-주기에서 동일한 개수의 샘플들을 획득하는 예에서, 하나의 반-주기에서 제1 값을 가진 제1 대기 구간 T_W1 이후에 샘플들이 획득될 수 있을 것이며, 그리고 다음의 반-주기에서 샘플들이 상기 제1 값과는 상이한 제2 값을 가지는 제1 대기 구간 T_W1 이후에 획득될 수 있을 것이다. 각 반-주기 동안에 획득된 샘플들의 개수들의 감소는 샘플링에 의해서 소비된 전력을 줄일 수 있을 것이다. 상이한 대기 구간을 사용하는 것은 상기 ac 입력 전압의 피크에서 샘플을 획득할 가능성을 증가시킬 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하며 그리고 과-전압 상태 및 부족-전압 상태들을 검출하면서 ac 입력 전압을 감지하는 전력 컨버트 제어기를 위한 예시적인 프로세스를 예시한 흐름도 (600)이다. 도 6의 예시의 흐름도는 도 2a의 예시의 제어기와 그리고 도 3a의 예시의 파형들과 일치한다. 전력 컨버터에 ac 입력 전압이 인가된 블록 605에서 시작한 후에, 상기 제어기는 블록 610에서 파워-업 모드로 진입한다. 상기 제어기는 상기 제어기가 상기 ac 입력 전압의 여러 주기들 동안 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 받도록 하기 위해서 블록 615에서 라인 감지 스위치를 닫는다.

블록 615에서 상기 라인 감지 스위치가 닫힌 이후에, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터 수신한 전류가 영 (zero)에 가까운 값으로 갈 때의 시각들을 블록 620에서 검출하며, 그리고 상기 ac 입력 전압의 주파수를 발견하기 위해서 그리고 타이머를 상기 ac 입력 전압의 주파수로 교정하기 위해서 블록 625에서 그 정보를 이용한다. 타이머가 상기 ac 입력 전압의 주파수로 교정된 이후에, 상기 제어기는 상기 타이머를 상기 ac 입력 전압의 영-전위들에 동기시키기 위해서 블록 630에서 영-전위의 시각을 다시 추론한다. 일단 상기 타이머가 상기 ac 입력 전압으로 교정되고 그리고 동기되면, 상기 제어기는 블록 635에서 파워-업 모드를 종료하고, 영-전위 구간 이후에 블록 640에서 저전력 모드를 시작하며, 그리고 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류를 수신하는 것을 중지하게 위해서 블록 645에서 상기 라인 감지 스위치를 개방한다 (open).

상기 라인 감지 스위치가 블록 645에서 열린 이후에, 상기 타이머는 블록 650에서 제1 대기 구간의 시간을 잰다. 상기 제1 대기 구간의 끝 부분에서, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압의 피크를 포함하는 구간에 대해 블록 655에서 상기 라인 감지 스위치를 닫는다.

피크 구간 동안에 상기 라인 감지 스위치가 닫히는 반면, 상기 제어기는 상기 입력 전압에 비례하는 전류를 상기 ac 입력 전압으로부터 수신한다. 블록 660에서, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류를 최대의 문턱값에 비교한다. 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류가 상기 최대 문턱값보다 더 크다면, 상기 제어기는 블록 655에서 과-전압 신호를 어써트 (assert)한다. 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류가 상기 최대 문턱값보다 크지 않다면, 블록 670에서 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류를 최소의 문턱값과 비교한다. 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류가 상기 최소의 문턱값보다 더 작으면, 상기 제어기는 블록 675에서 부족-전압 신호를 어서트한다. 블록 655에서 과-전압 신호를 어써트 또는 블록 675에서 부족-전압 신호 어써트 중 어느 하나의 어써트 이후에, 상기 제어기는 상기 과-전압 또는 상기 부족-전압 상태에 대한 지시된 응답으로 블록 667에서 동작을 계속한다. 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류가 상기 최대 문턱값보다 더 크지도 않고 그리고 상기 최소의 문턱값보다 더 작지도 않다면, 상기 흐름은 블록 680으로 계속되어, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하는 것을 중지하기 위해서 상기 라인 감지 스위치를 개방 (open)한다.

블록 680에서 상기 라인 감지 스위치가 열린 이후에, 상기 타이머는 블록 685에서 제2 대기 구간의 시간을 잰다. 상기 제2 대기 구간의 끝 부분에서, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압의 영-전위를 포함하는 구간에 대해 블록 690에서 상기 라인 감지 스위치를 닫는다. 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하며, 상기 라인 감지 스위치는 닫히며, 그리고, 상기 타이머는 블록 695에서 상기 ac 입력 전압의 영-전위로 다시 동기화된다. 상기 흐름은 블록 645로 계속되며, 상기 제어기가 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하는 것을 중단시키기 위해서 블록 645에서 상기 라인 감지 스위치는 개방된다.

도 7은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하며 그리고 과-전압 상태 및 부족-전압 상태를 검출하면서 ac 전압을 감지하기 위한 도 6의 예시적인 프로세스의 변형을 예시한 흐름도 (700)이다. 도 7의 상기 예시의 흐름도는 도 4의 예시의 제어기와 그리고 도 5의 예시의 파형들과 일치한다. 상기 전력 컨버터로 ac 입력 전압이 인가된 블록 702에서 시작한 이후에, 상기 제어기는 블록 704에서 파워-업 모드로 들어간다. 상기 제어기는 상기 제어기가 상기 ac 전압의 여러 주기들 동안 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하도록 하기 위해서 블록 706에서 라인 감지 스위치를 닫는다.

블록 706에서 상기 라인 감지 스위치가 닫힌 이후에, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터 수신한 전류가 영 (zero)에 가까운 값으로 갈 때의 시각들을 블록 708에서 검출하며, 그리고 상기 ac 입력 전압의 주파수를 발견하기 위해서 그리고 타이머를 상기 ac 입력 전압의 주파수로 교정하기 위해서 블록 710에서 그 정보를 이용한다. 상기 타이머가 상기 ac 입력 전압의 주파수로 교정된 이후에, 상기 제어기는 상기 타이머를 상기 ac 입력 전압의 영-전위들에 동기시키기 위해서 블록 712에서 영-전위를 다시 추론한다. 일단 상기 타이머가 상기 ac 입력 전압으로 교정되고 그리고 동기되면, 상기 제어기는 블록 714에서 파워-업 모드를 종료하고, 영-전위 구간 이후에 블록 716에서 저전력 모드를 시작하며, 그리고 상기 ac 입력 전압으로부터의 전류를 수신하는 것을 중지하게 위해서 블록 645에서 상기 라인 감지 스위치를 개방한다.

상기 라인 감지 스위치가 블록 718에서 열린 이후에, 상기 타이머는 블록 720에서 제1 대기 구간의 시간을 잰다. 상기 제1 대기 구간의 끝 부분에서, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압의 피크를 포함하는 구간에 대해 블록 722에서 상기 라인 감지 스위치를 열고 그리고 닫음으로써 상기 ac 입력 전압으로부터 전류의 샘플들을 획득한다. 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압에 비례하는 전류의 샘플을 상기 피크 구간 동안에 라인 감지 스위치가 닫힐 때에 상기 ac 입력 전압으로부터 수신한다. 상기 제어기는 블록 724에서 그 샘플들을 분석한다.

블록 724로부터의 샘플들의 분석은 블록 728에서 최대의 문턱값에 비교된다. 샘플들의 그 분석의 결과가 상기 최대 문턱값보다 더 크다면, 상기 제어기는 블록 728에서 과-전압 신호를 어써트한다. 샘플들의 그 분석의 결과가 상기 최대 문턱값보다 더 크지 않다면, 상기 제어기는 블록 730에서 샘플들의 상기 분석의 결과를 최소의 문턱값에 비교한다. 샘플들의 그 분석의 결과가 상기 최소 문턱값보다 더 작다면, 상기 제어기는 블록 732에서 부족-전압 신호를 어써트한다. 블록 728에서 과-전압 신호의 어써트 또는 블록 732에서 부족-전압 신호 어써트 중 어느 하나의 어써트 이후에, 상기 제어기는 상기 과-전압 또는 상기 부족-전압 상태에 대한 지시된 응답으로 블록 729에서 동작을 계속한다. 샘플들의 상기 분석의 결과가 상기 최대 문턱값보다 더 크지도 않고 그리고 상기 최소의 문턱값보다 더 작지도 않다면, 상기 흐름은 블록 734로 계속되어, 이곳에서 상기 샘플링은 종결되고 그리고 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하는 것을 중지하기 위해서 상기 라인 감지 스위치를 개방한다.

블록 734에서 상기 라인 감지 스위치가 열린 이후에, 상기 타이머는 블록 736에서 제2 대기 구간의 시간을 잰다. 상기 제2 대기 구간의 끝 부분에서, 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압의 영-전위를 포함하는 구간에 대해 블록 738에서 상기 라인 감지 스위치를 닫는다. 상기 제어기는 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하며, 상기 라인 감지 스위치는 닫히며, 그리고, 상기 타이머는 블록 740에서 상기 ac 입력 전압의 영-전위로 다시 동기된다. 상기 흐름은 블록 718로 계속되며, 이곳에서 상기 제어기가 상기 ac 입력 전압으로부터 전류를 수신하는 것을 중단시키기 위해서 상기 라인 감지 스위치는 개방된다.

저전력 소비를 하는 ac 입력 전압 센서가 상기 ac 전압의 피크에 가까운 ac 라인 주기의 일부 동안에만 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)로부터 전류를 수신하기 때문에, 잠재적으로 해로운 높은 입력 전압이 상기 센서가 전류를 수신하고 있는 시간 동안에 발생한다면, 그 잠재적으로 해로운 높은 입력 전압은 검출되지 않을 수 있을 것이다. 상기 센서가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)으로부터 전류를 수신하고 있지 않을 때에 발생할 수 있을 고전압으로부터 손상을 방지하기 위해서, 상기 제어기는 저전력 소비를 이용하여 상기 입력 전압을 상기 전력 컨버터의 출력 권선에서의 스위칭 전압으로서 간접적으로 감지할 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하면서 ac 입력 전압을 감지하는 것에 추가로 ac 입력 전압을 나타내는 스위칭 전압 V_SW (852)을 감지하는 제어기를 포함하는 예시적인 전력 컨버터의 개략적인 도면 (800)이다. 상기 벌크 전압 V_BULK (112)의 최대 값은 대략적으로 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크 크기이기 때문에, 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 최대는 상기 벌크 전압 V_BULK (112)의 최대로서 감지될 수 있다. 상기 벌크 전압 V_BULK (112)에 비례한 스위칭 전압 V_SW (852)은 도 8의 예시의 전력 컨버터의 출력 권선 (122)에서 이용 가능하다. 상기 스위칭 전압 V_SW (852)의 크기는 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크보다 실질적으로 더 낮은 전압이기 때문에, 상기 제어기는 저전력 소비로 상기 스위칭 전압 V_SW (852)을 감지할 수 있을 것이다.

도 8의 예시의 전력 컨버터는 도 1의 출력 다이오드 D1 (124)을 도 8의 출력 다이오드 D2 (824)의 위치로 재배치하고 그리고 수정된 제어기 (846)로 상기 스위칭 전압 V_SW (852)을 수신하여 도 1의 예로부터 얻어진다. 절연 회로 (856)는 상기 입력 리턴 (114) 그리고 상기 출력 리턴 (132) 사이에 갈바닉 절연을 제공하여, 사기 스위칭 전압 감지 신호 (858)가 상기 스위칭 전압 신호 (854)로부터 갈바닉 절연되도록 한다. 일 예에서, 절연 회로 (856)는 광커플러 (optocoupler)일 수 있다. 다른 예에서, 절연 회로 (856)는 변압기를 포함할 수 있을 것이다. 도 8에서 예시된 수정들을 이용하여, 상기 수정된 제어기 (846)는 상기 제어기가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)로부터 전류를 수신하지 않을 때에조차 입력 과-전압 상태를 탐지할 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 스위칭 전압 V_SW (852)에 유사한 스위칭 전압 신호는 있을 것이며 본 발명의 교시들로부터 여전히 이득을 보면서도 도 8에서 보이는 출력 권선 (122)이 아닌 분리된 권선으로부터 획득될 수 있을 것이라는 것이 인식된다.

전기 회로에서의 모든 도체는 전기적인 전하를 저장할 수 있는 유한의 기생 커패시턴스 (parasitic capacitance)를 가진다. 보통의 응용들에서의 누설 전류들은 그 기생 커패시턴스의 영향들이 무시할 수 있을 정도로 충분히 빨리 만들기 위해 상기 기생 커패시턴스를 보통은 방전시킨다. 기생 커패시턴스의 영향들이 무시할 수 없는 응용들에서, 얘시의 회로들에 대한 상대적으로 작은 수정들은 그 응용들이 본 발명의 교시들에 따라 저전력 소비로 상기 ac 전압 센서로부터 이득을 얻도록 할 수 있을 것이다. 브리지 정류기 (108)과 같은 입력 브리지 정류기들의 도전 (conduction) 주기들 및 커패시턴스와 같은 기생 엘리먼트들의 영향들은 본 발명의 교시들로부터 여전히 이득을 얻으면서도 영-전위 신호들 또는 피크 입력 전압 신호들의 정확한 타이밍에 영향을 줄 수 있을 것이라는 것이 인식된다.

도 9는 입력 감지 저항기 R1 (140)의 각 말단에서 참조번호 901의 기생 커패시턴스 그리고 참조번호 915의 커패시턴스를 방전시키기 위해서 전류를 제공하는 전류 소스 I_CD (920)를 포함하는 전력 컨버터 제어기 (905)의 기능적인 블록 도면 (900)을 보여준다. 도시된 예에서 보이는 것처럼, 상기 전류 소스 I_CD (920)는 저전압 라인 감지 스위치 Q_LV (222)에 연결된다. 도 9의 예시의 제어기가 참조번호 901의 기생 커패시턴스 그리고 참조번호 915의 커패시턴스를 방전시키기 위해서 영-전위 구간 동안에 상기 라인 감지 스위치 Q_LV (222)를 닫지 않기 때문에, 전압 감지 단자 (142)에서의 전압은 상기 기생 커패시턴스를 방전시키기 위한 전류 소스 I_CD (920)로부터의 전류 없이 ac 입력 전압 V_AC (102)의 영-전위들에서 영으로 가지 않을 것이다. 그래서 도시된 예에서, 상기 라인 감지 스위치 Q_LV (222)가 개방될 때에 참조번호 901의 기생 커패시턴스 그리고 참조번호 915의 커패시턴스를 방전시키기 위해서 전류 소스 I_CD (920)가 연결된다.

상기 ac 입력 전압의 반-주기보다 더 작게 상기 기생 커패시턴스를 방전시키기 위해서 필요한 전류는 큰 전력을 소비하기에 충분하게 높지 않은 것이 보통이다. 일 에에서, 상기 전류 소스 I_CD (920)로부터의 전류는 2 마이크로암페어보다 더 작다.

도 10은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비로 ac 입력 전압을 감지하는 대안의 회로 및 제어기를 보여주는 예시적인 전력 컨버터의 개략적인 도면 (1000)이다. 도 10의 대안의 회로 예는 입력 감지 저항기 R1 (140)의 말단들에서의 부유 커패시턴스 (stray capacitance)의 영향이 무시할 수 없는 경우인 응용들에서 유용할 수 있다. 도 10의 상기 대안이 회로 예는 부유 커패시턴스가 문제가 되지 않는 경우의 응용들에서 상기 ac 전압 센서의 전력 소비를 또한 더 줄일 수 있을 것이다.

도 10의 상기 예시의 전력 컨버터는 도 8에서 다이오드 (106)를 제거하고, 그리고 제어기 (846)를 수정된 제어기 (1046)로 대체함으로써 도 8의 예로부터 얻어진다. 도 10에서 예시된 수정 사항들을 이용하여, 도 8의 예에서 전-파형 정류된 전압인 상기 정류된 전압 V_RECT (152)은 도 10의 예에서는 반-파형 정류된 전압 V_RECT (1052)가 된다. 도 8의 예에서 상기 전-파형 정류된 전압 V_RECT (152)은 모든 라인 주기 T_L에서 두 차례 자신의 피크 값에 도달하지만, 반면에 도 10의 예에서의 반-파형 정류된 전압 V_RECT (1052)은 모든 라인 주기 T_L에서 단 한번만 자신의 피크 값에 도달한다. 피크들 사이의 추가적인 시간은 상기 부유 커패시턴스가 도 11에 도시된 것과 같이 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 피크 값들 사이에서 영 볼트로 방전되도록 한다.

도 11은 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비로 ac 전압을 감지하는 도 10의 대안의 회로 및 제어기의 동작을 예시한 예시적인 파형들을 보여주는 타이밍 도면 (1100)이다. 도 10의 상기 예시의 전력 컨버터는 도 9에서 보여진 특징들을 구비한 제어기를 사용한다. 도 9에서의 상기 제어기는 도 2c에서의 제어기와 많은 유사성들을 가지며, 그 동작은 도 3b에서의 파형들에 의해서 예시된다. 그처럼, 도 11에서의 파형들은 도 3b에서의 파형들과 많은 유사성들을 가진다.

도 11은 전류 제한 저항기 R1 (140)의 말단들에서의 기생 커패시턴스 (910 및 915)의 영향을 구비한 도 10으로부터의 반-파형 정류된 전압 V_RECT (1052)의 파형 (1152)을 보여준다. 전-파형 정류된 ac 입력 전압의 엔빌로프 (1105)는 도 11에서 레퍼런스로서 제공된다. 도 11의 예에서 파형 (1152)으로 나타내진 정류된 전압 V_RECT (1052)는 상기 ac 입력 전압의 순간적인 값이 시각 t₁₅에서 기생 커패티턴스 (910) 상의 전압 아래로 떨어질 때까지 시각 t₀ 에서 영의 값으로부터 상기 ac 입력 전압의 엔빌로프 (1105)를 따른다. 도 1의 제어기에서의 전류 소스 I_CD (920)는 참조번호 1152의 파형으로 표현된 상기 정류된 전압 V_RECT (1052)이 시각 t₁₈에서 영에 도달할 때까지 상기 기생 커패시턴스를 방전시킨다. 파형 (1152)의 실질적으로 선형인 부분 (1154)은 전류 소스 I_CD (920)에 의한 상기 기생 커패시턴스의 방전을 나타낸다.

도 11에서의 파형 (1170)은 라인 주기 T_L동안에 단 한 차례만 발생하는 피크 측정 구간 T_P 동안 전-파형 정류된 ac 입력 전압의 엔빌로프 (325)를 따르는 전류 I_R1 (224)를 보여준다. 참조번호 1170의 파형과 일치하여, 참조번호 1180의 파형은 도 9에서의 ENABLE 신호 (209)가 피크 측정 구간 T_P 동안에만 논리적인 낮은 레벨 L로부터 논리적인 높은 레벨 H로 가는 것을 보여준다.

도 11에서의 파형 (1175)은 도 9에서 보여진 낮은 전력 소비를 하는 대안의 예시의 ac 전압 센서에서 영-전위 검출기 (246)에 의해서 수신된 전압 V_ZC (250)을 보여준다. 상기 정류된 전압 V_RECT (1052)이 클램프 전압 V_CLAMP (360)의 크기를 초과할 때까지 전압 V_ZC (250)은 참조번호 1175의 파형에서 상기 정류된 전압 V_RECT (1052)의 엔빌로프 (355)를 따르는 것으로 보인다. 일 예에서 V_CLAMP 은 도 9에서 상기 영-전위 검출기 (246) 내 전압 클램프 레벨 세트일 수 있다. 도 9에서의 ENABLE 신호 (209)가 논리적 높은 레벨 H로 가서 라인 감지 스위치 Q_LV (222)를 ON으로 전환시킬 때까지 또는 상기 정류된 전압 V_RECT (1052)이 시각 t₁₆에서 클램프 전압 V_CLAMP (360) 아래로 떨어질 때까지의 어느 하나의 경우까지, 전압 V_ZC (250)은 클램프 전압 V_CLAMP (360)에서 유지된다

상기 ac 입력 전압 V_AC (102)가 피크에 도달하기 이전에 모든 ac 라인 주기 T_L 에서 영 (zero) 그리고 상기 클램프 전압 V_CLAMP (360) 사이의 제1 영-전위 문턱 (1165) 그리고 제2 영-전위 문턱 (365)을 전압 V_ZC (250)가 항상 가로지를 것이기 때문에, 도 3b의 예에서와 같이 단 하나의 정시의 대기 구간 T_W3이 필요하다.

구간 T_Z 는 전압 V_ZC (250)가 상기 ac 입력 전압 V_AC 의 피크 이후에 오는 제1 영-전위 문턱값 아래로 떨어질 때인 시각 t₁₇ 로부터 시작하여 전압 V_ZC (250)가 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 상기 영-전위 이후에 오는 제2 영-전위 문턱값 위로 올라갈 때인 시각 t₁₃ 까지 측정될 수 있을 것이다. 일 예에서, 도 9에서의 제어기는 상기 구간 T_Z 의 최소 값을 획득하기 위해서 전류 소스 I_CD (920)를 조절할 수 있을 것이며, 그래서 예를 들면 t₀ 그리고 t₁₂ 의 시각들에서 영-전위 이벤트 타이밍을 허용한다. 기생 커패시턴스의 영향들이 무시할 수 있는 경우인 도 3b의 예에서와 같이, 상기 타이머가, 예를 들면, 도 11에서 시각 t₁부터 t₂ 까지 그리고 시각 t₁₃ 부터 t₁₄ 까지처럼 V_ZC (250)가 상기 제2 영-전위 문턱을 가로지르는 시각부터 피크 측정 구간 T_P 의 시작까지 가는 구간 T_W3 에 대해 시간을 재는 것이 필요하다.

도 12는 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비로 ac 입력 전압을 감지하는 또 다른 대안의 회로 및 제어기를 보여주는 예시적인 전력 컨버터의 개략적인 도면 (1200)이다. 도 12의 예시의 전력 컨버터는 도 10의 예에서 다이오드 (104)를 단락 회로 (short circuit)로 교체함으로써 얻어진다. 도 12에서 예시된 수정들을 이용하여, 상기 정류된 전압 V_RECT (1252)은 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)의 음의 부분 동안에 대략 하나의 다이오드 강하 (drop)에 의해서 상기 입력 리턴 (114)에 관하여 음으로 갈 것이다. 도 12의 예에서 예시된 대안의 회로는 단자 (142)에서 상기 ac 입력 전압 V_AC (102)로부터 음의 전류를 수신할 수 있는 전력 컨버터 제어기들과 함께 이용될 수 있다. 비록 도 12의 예에서 상기 대안의 회로가 상기 입력 감지 저항기 R1 (140)의 하나 말단에서 상기 기생 커패시턴스 (910)를 방전시키지만, 방전 전류 소스 I_CD (920)는 상기 입력 전압 감지 단자 (142)에서 기생 커패시턴스 (915)로부터 전하를 제거할 것을 여전히 필요로 할 수 있을 것이다.

일 예에서, 전력 컨버터가 가벼운 부하 또는 전혀 부하가 없는 상태에서 동작하고 있을 때에 ac 라인 감지를 하는 것과 연관된 에너지 소비를 줄이는 것이 가장 중요하며, 이는 ac 라인 감지로 인해서 소비된 에너지가 이 가벼운 부하 또는 전혀 부하가 없는 상태 하에서 전력 컨버터에 의해서 소비된 전반적인 전력의 더 큰 퍼센티지이기 때문이다. 예를 들면, 도 12의 예에서, 그런 상태들은 부하 (134)가 전력 컨버터 (1200)로부터 떨어질 때에 또는 부하 (134)가 대기 전력 상태와 같이 전력 컨버터 (1200)로부터 최대 전력 용량의 작은 부분만을 소비하고 있을 때일 수 있다. 일 예에서, 상기 제어기 (1046)는 그러므로 부하 (134)가 전력 컨버터 (1200)로부터의 전력의 문턱 레벨보다 더 많이 취하고 있을 때에 단자 (142)에서 상기 입력 전압 감지 신호를 계속해서 검출할 수 있을 것이다.

부하에 의해서 소비된 전력 또는 부하 레벨을 검출하는 것은 부하 검출 회로에 의해서 수행될 수 있을 것이다. 예를 들면, 일정한 출력 전압이 있는 전력 컨버터들에서, 상기 부하 레벨은 출력 전류를 측정함으로써 측정될 수 있을 것이다. 유사하게, 일정한 전류를 부하에게 공급하는 전력 컨버터들에서, 상기 부하 레벨은 출력 전압을 측정함에 의해서 측정될 수 있다. 무-부하 소비를 줄이기 위해서 부하를 이용하여 평균 스위칭 주파수를 변경하는 전력 컨버터들에서 (즉, 부하를 줄여서 평균 주파수를 줄임), 상기 전력 컨버터 (1200)의 상기 스위치 S1 (150)의 상기 평균 스위칭 주파수 (다른 말로 하면 구동 신호 (140)의 주기 T_S 의 역수)는 도 12에서의 부하 (134)에 제공된 전력의 다른 표시이며, 그래서 단순한 타이머 회로를 이용하여 T_S를 측정함으로써 상기 부하 레벨이 측정될 수 있다. 그러므로, 스위치 (150)가 턴 온 될 때에의 시각들 사이의 상기 구간 T_S 이 제1 문턱값보다 더 작다면, 참조번호 142에서의 전압 감지 신호는 연속하여 검출될 수 있을 것이다. 일 예에서, 상기 스위칭 주기 T_S 가 제2 문턱값보다 더 크다면, 단자 (142)에서의 상기 전압 감지 신호는 주기적으로 검출될 수 있어서, 본 발명의 교시들에 따라 낮은 전력 소비를 하는 ac 전압 센서의 다른 예가 된다. 일 예에서, 상기 제2 문턱값은 대략 50 마이크로초와 같을 수 있다. 일 예에서, T_S 의 상기 제1 문턱값 및 제2 문턱값 사이의 차이는 5 마이크로초의 히스테리시스 (hysteresis)일 수 있다. 5 마이크로초의 히스테리시스는 상기 제2 문턱값을 상기 제1 문턱값보다 5 마이크로초 더 크게, 그리고 상기 제1 문턱값 값을 상기 제2 문턱값보다 5 마이크로초 더 작게 설정할 수 있을 것이다. 일 예에서, 상기 스위칭 주기 T_S 가 상기 제2 문턱값보다 더 클 때에, 상기 전압 감지 신호 (142)는 스위치가 다음의 스위칭 주기의 시작에서 턴 온 되기 직전에 그 스위치가 오프될 때의 시간 동안 검출될 수 있을 것이다. 검출의 정확한 시각은, T_S 의 값이 하나의 스위칭 주기로부터 다음의 주기로 동적으로 변하지 않으며 그러므로 제어기 (1046) 내의 타이밍 회로가 예를 들어 상기 ac 라인 감지 신호 (142)의 탐지의 시간을 재기 위해서 사용될 수 있다는 가정을 기반으로 할 수 있다.

도 13은 ac 라인 전압 센서가 전력 컨버터의 출력 전력이 제1 문턱값 위에 있을 때에 라인 전압 신호를 계속해서 감지하고 그리고 상기 전력 컨버터 출력의 출력 전력이 제2 문턱값 아래에 있을 때에 상기 라인 전압 신호를 주기적으로 감지하는 곳인 제어기의 예시의 기능적인 블록 도면을 보여준다. 도 13의 제어기는 많은 상세한 내용들을 도 2a의 제어기와 공유하며 그러므로 간명함을 위해서 아래에서의 설명은 그 차이점들에 초점을 맞춘다. 아래에서의 설명의 목적들을 위해서, 도 12에서 보이는 유형의 전력 컨버터에 제어기 (1302)가 채택된 것으로 또한 가정할 것이다. 특정 유형의 전력 컨버터가 중요한 것이 아니며, 그리고 본 발명은 위에서 도 1, 도 8 및 도 10과 같이 다른 곳에서 설명된 전력 컨버터들에도 적용될 수 있을 것이라는 것이 인식될 것이다.

예시의 제어기 (1302)에서, 상기 전력 컨버터가 동작하는 것을 시작하며 제어기 (1302)가 동작을 시작하고 그리고 Q_HV (1304)가 계속해서 온 이라는 것을 보장할 때에 POWER-UP 신호 (1318)는 하이이다. 이 예에서, 스위치 구동 회로 (1312)는 외부 스위치, 예를 들면, 도 12에서의 S1 (150)에 구동 신호 (1348)를 제공하는 회로 블록이다. 위에서 설명된 것처럼, 회로 블록 (1312)으로부터 구동된 신호 (1314)는 상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하의 표시로서 사용될 수 있다. 일 예에서, 타이머 회로 (1310)는 전력 컨버터 전력 출력이 제1 문턱값 위에 있다는 것을 신호 (1314)가 표시할 때에는 연속해서 하이이며 그리고 상기 전력 컨버터 출력 전력이 제2 문턱값 아래에 있다는 것을 신호 (1314)가 표시할 때에는 주기적으로만 하이인 MEASURE ENABLE 신호 (1308)를 제공하기 위해서 사용된다. OR 게이트 (1320)의 출력이 하이일 때에, 고전압 스위치 Q_HV (1304)는 온 이며 그리고 위에서 이전에 설명들에 따라서, 예를 들면 상기 전력 컨버터의 ac 입력에서 부족-전압 상태 또는 과-전압 상태를 표시하기 위해서 신호들 (1336 및 1338)이 생성된다.

일 예에서, 전력 컨버터의 출력 전력이 상기 제2 문턱값 아래에 있을 때에, 타이머 (1310)는 라인 감지 신호 (142)의 신뢰성있는 검출을 위해 딱 충분하게 긴 유지시간 동안 하이 (high)인 MEASURE ENABLE 신호 (1308)를 출력할 것이라는 것은 주목할 만하다. 일 예에서, 상기 유지시간은 10-50 밀리초 범위 내에 존재한다. 일 예에서, 참조번호 1314의 신호는 구동 신호 (1348)와 동등하며 그리고 스위칭 신호들 (1348) 사이의 시간 주기가 대략 45 밀리초보다 작을 때에 타이머 회로 (1310)는 MEASURE ENABLE 신호 (1308)를 계속해서 하이로 유지한다. 일 예에서, 타이머 회로 (1310)는 스위칭 신호들 (1348) 사이의 시간 주기가 약 50 밀리초보다 더 클 때에 주기적으로 하이인 MEASURE ENABLE 신호 (1308)를 제공한다. 일 예에서, 하이인 스위칭 신호들 (1348) 사이의 시간이 50 밀리초보다 더 클 때에, MEASURE ENABLE 신호를 다시 하이로 설정하기 위한 올바른 시간을 예측하기 위한 방식으로서 타이머 회로 (1310)는 이전의 스위칭 주기 상에서 하이인 스위칭 신호 (1348) 사이의 시간을 측정한다. 일 예에서 타이머 회로 (1310)는 하이인 다음의 스위치 구동 신호 (1348)가 제공되기 직전에 하이인 MEASURE ENABLE 신호 (1308)를 출력할 것이다.

일 예에서, 라인 전압의 이와 같은 검출로부터 유도된 부족-전압 및 과-전압 정보는 참조번호 1350으로 표시된 것과 같은 하나 또는 그 이상의 스위치 구동 신호들을 불능으로 하기 위해서 사용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 과-전압 상태가 파워 서플라이의 입력에서 검출되었다면 이는 도 12의 전력 컨버터에서 스위치 S1 (150)을 보호하기 위해서 중요할 수 있을 것이다. 일 예에서, 구동 신호 (1348)이 하이이면서 상기 MEASURE ENABLE 신호 (1308)가 하이로 유지되어, 어떤 부족-전압 또는 과-전압 상태도 즉각 검출될 수 있도록 하고 그리고 전력 컨버터를 보호할 필요가 있다면 낮은 구동 신호 (1348)를 제공하기 위해서 신호 (1350)가 사용될 수 있도록 한다.

도 13의 예시의 제어기에서 생성된 영-전위 신호가 존재하지 않는다는 것에 주목할 것이다. 부족-전압 상태의 오류 표시를 방지하기 위해서, 비교기들 (134)은 부족-전압 상태가, 예를 들면, 하나의 전체 ac 라인 주기 T_L 과 같은 최소의 유지시간 동안 지속될 때에만 부족-전압 신호를 어써트할 것으로 제한될 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 상기 입력 감지 회로를 상기 ac 입력 전압의 피크들에서만 활성화시키 위해서 측정 인에이블 신호를 동기화함으로써 전력 소비를 더 줄이기 위해서 영 전위 검출 회로가 포함될 수 있을 것이다.

요약에서 설명된 것을 포함하는, 본 발명의 예시된 예들의 상기 설명은 개시된 정밀한 형상들을 전부 망라하거나 또는 그것들로 제한되기 위한 의도가 아니다. 본 발명의 특정 실시예들, 그리고 본 발명에 대한 예들이 예시의 목적들을 위해서 여기에서 설명되었지만, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 동등한 변형들이 가능하다. 실제로, 상기 특정 예시의 전압들, 전류들, 주파수들, 전력 범위 값들, 시간들 등은 설명의 목적들을 위해서 제공된 것이며 그리고 본 발명의 교시들에 따라서 다른 값들이 다른 실시예들 및 예들에서 또한 채택될 수 있을 것이라는 것이 인식된다.

본 발명은 전기, 전력 분야에서 사용될 수 있으며, 그 중에서도 특히 전력 컨버터에서 사용될 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전력 분야에서 ac 입력 전압으로부터 동작하는 전력 컨버터에 관련된 분야에서 사용할 될 수 있다.

Claims

전력 컨버터 제어기로서,
전력 컨버터의 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하기 위한 입력 감지 회로;
상기 전력 컨버터의 상기 입력의 영-전위 구간들을 결정하기 위해서 제1 영-전위 문턱값 (zero-crossing threshold) 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답할 상기 입력 감지 회로에 연결된 영-전위 검출기;
상기 영-전위 구간들에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 피크 구간들을 결정하기 위해 상기 영-전위 검출기에 연결된 타이머 회로로서, 상기 타이머 회로는 상기 입력 감지 회로가 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 감지하는 것을 가능하게 하기 위해서 생성된 인에이블 신호를 동기화하도록 연결된, 타이머 회로; 그리고
상기 입력 감지 회로 및 상기 타이머 회로에 연결된 비교기 회로를 포함하며,
상기 비교기는 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 문턱값들보다 더 크거나 또는 더 작은지를 탐지하기 위해서 연결된, 전력 컨버터 회로.
제1항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 전류 입력 감지 회로이며, 그리고
상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 상기 입력 감지 신호는 전류인, 전력 컨버터 회로.
제1항에 있어서,
입력 감지 회로는 상기 입력 감지 신호를 수신하기 위해 연결된 고전압 트랜지스터를 포함하는, 전력 컨버터 회로.
제3항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 고전압 트랜지스터에 연결된 저전압 트랜지스터를 더 포함하며,
상기 저전압 트랜지스터는 상기 타이머 회로에 응답하여 스위치되도록 연결된, 전력 컨버터 회로.
제4항에 있어서,
상기 저전압 트랜지스터는 상기 영-전위 구간들 동안에 오픈되도록 연결되며,
상기 입력 감지 회로는 상기 저전압 트랜지스터에 연결된 전류 소스를 더 포함하여 상기 저전압 트랜지스터가 오픈일 때에 기생 커패시턴스를 방전하도록 하는, 전력 컨버터 회로.
제3항에 있어서,
상기 고전압 트랜지스터는 상기 타이머 회로에 응답하여 스위치되도록 연결된, 전력 컨버터 회로.
제1항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 상기 입력 감지 신호를 수신하도록 연결된 전류 미러 (mirror) 회로를 포함하며,
상기 전류 미러 회로는 상기 입력 감지 신호의 크기 조절된 (scaled) 표현을 생성하도록 연결된, 전력 컨버터 회로.
제7항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 전류 미러 회로에 연결된 버퍼 증폭기 회로를 더 포함하며,
상기 버퍼 증폭기 회로는 상기 입력 감지 신호의 상기 크기 조절된 표현을 상기 비교기 회로로 출력하도록 연결된, 전력 컨버터 회로.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 문턱값들은 부족-전압 (under-voltage) 문턱값 그리고 과-전압 (over-voltage) 문턱값 중 하나 이상을 포함하는, 전력 컨버터 회로.
전력 컨버터 제어기로서,
전력 컨버터의 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하기 위한 입력 감지 회로;
상기 전력 컨버터의 상기 입력의 영-전위 구간들을 결정하기 위해서 제1 영-전위 문턱값 (zero-crossing threshold) 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답할 상기 입력 감지 회로에 연결된 영-전위 검출기;
상기 영-전위 구간들에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 피크 구간들을 결정하기 위해 상기 영-전위 검출기에 연결된 타이머 회로로서, 상기 타이머 회로는 상기 입력 감지 회로가 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 감지하는 것을 가능하게 하기 위해서 생성된 인에이블 신호를 동기화하도록 연결된, 타이머 회로; 그리고
상기 입력 감지 회로 및 상기 타이머 회로에 연결된 샘플러 회로를 포함하며,
상기 샘플러 회로는 상기 타이머 회로에 응답하여 상기 피크 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호를 샘플링하도록 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제10항에 있어서,
상기 샘플러 회로로부터의 입력 감지 신호 샘플들을 수신하기 위해 연결된 샘플 프로세서 회로를 더 포함하며,
상기 샘플 프로세서 회로는 상기 샘플러 회로로부터의 상기 입력 감지 신호 샘플들에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 문턱값들보다 더 큰가 또는 더 작은가를 검출하도록 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 문턱값들은 부족-전압 문턱값 그리고 과-전압 문턱값 중 하나 이상을 포함하는, 전력 컨버터 제어기.
제10항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 전류 입력 감지 회로이며, 그리고
상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 상기 입력 감지 신호는 전류인, 전력 컨버터 제어기.
제10항에 있어서,
입력 감지 회로는 상기 입력 감지 신호를 수신하기 위해 연결된 고전압 트랜지스터를 포함하는, 전력 컨버터 제어기.
제14항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 고전압 트랜지스터에 연결된 저전압 트랜지스터를 더 포함하며,
상기 저전압 트랜지스터는 상기 타이머 회로에 응답하여 스위치되도록 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제10항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 상기 입력 감지 신호를 수신하도록 연결된 전류 미러 회로를 포함하며,
상기 전류 미러 회로는 상기 입력 감지 신호의 크기 조절된 표현을 생성하도록 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제16항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 전류 미러 회로에 연결된 버퍼 증폭기 회로를 더 포함하며,
상기 버퍼 증폭기 회로는 상기 입력 감지 신호의 크기 조절된 표현을 상기 샘플러 회로로 출력하도록 연결된, 전력 컨버터 제어기.
전력 컨버터로서,
상기 전력 컨버터의 입력과 상기 전력 컨버터의 출력 사이에 연결된 에너지 전달 엘리먼트;
상기 전력 컨버터의 상기 입력과 상기 에너지 전달 엘리먼트에 연결된 전력 스위치; 그리고
상기 전력 컨버터의 상기 출력을 나타내는 피드백 신호에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력으로부터 상기 전력 컨버터의 상기 출력으로의 에너지 전달을 제어하기 위해서 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하기 위해 연결된 구동 신호를 생성하도록 연결된 전력 컨버터 제어기를 포함하며, 상기 전력 컨버터는,
전력 컨버터의 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하기 위한 입력 감지 회로;
상기 전력 컨버터의 상기 입력의 영-전위 구간들을 결정하기 위해서 제1 영-전위 문턱값 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답할 상기 입력 감지 회로에 연결된 영-전위 검출기;
상기 영-전위 구간들에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 피크 구간들을 결정하기 위해 상기 영-전위 검출기에 연결된 타이머 회로로서, 상기 타이머 회로는 상기 입력 감지 회로가 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 감지하는 것을 가능하게 하기 위해서 생성된 인에이블 신호를 동기화하도록 연결된, 타이머 회로; 그리고
상기 입력 감지 회로 및 상기 타이머 회로에 연결된 비교기 회로를 포함하며,
상기 비교기는 상기 전력 컨버터의 상기 입력의 상기 피크 구간들 동안에 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 문턱값들보다 더 크거나 또는 더 작은지를 검출하기 위해서 연결된, 전력 컨버터.
제18항에 있어서,
상기 전력 컨버터 제어기는 전류를 나타내는 전류 감지 신호를 상기 전력 스위치를 통해서 수신하기 위해서 연결되며,
상기 전력 컨버터 제어기는, 전류 감지 신호에 응답하여 상기 전력 컨버터의 상기 입력으로부터 상기 전력 컨버터의 출력으로의 에너지 전달을 제어하기 위해서 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하기 위해 연결된 구동 신호를 생성하도록 더 연결된, 전력 컨버터.
제18항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 전류 입력 감지 회로이며,
상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 상기 입력 감지 회로는 전류인, 전력 컨버터.
제18항에 있어서,
입력 감지 회로는 입력 감지 신호를 수신하기 위해 연결된 고전압 트랜지스터를 포함하는, 전력 컨버터.
제21항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 고전압 트랜지스터에 연결된 저전압 트랜지스터를 더 포함하며,
상기 저전압 트랜지스터는 상기 타이머 회로에 응답하여 스위치되도록 연결된, 전력 컨버터.
제22항에 있어서,
상기 저전압 트랜지스터는 상기 영-전위 구간들 동안에 오픈되도록 연결되며,
상기 입력 감지 회로는 상기 저전압 트랜지스터에 연결된 전류 소스를 더 포함하여 상기 저전압 트랜지스터가 오픈일 때에 기생 커패시턴스를 방전하도록 하는, 전력 컨버터.
제22항에 있어서,
상기 고전압 트랜지스터는 상기 타이머 회로에 응답하여 스위치되도록 연결된, 전력 컨버터.
제18항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 상기 입력 감지 신호를 수신하도록 연결된 전류 미러 (mirror) 회로를 포함하며,
상기 전류 미러 회로는 상기 입력 감지 신호의 크기 조절된 표현을 생성하도록 연결된, 전력 컨버터.
제25항에 있어서,
상기 입력 감지 회로는 상기 전류 미러 회로에 연결된 버퍼 증폭기 회로를 포함하며,
상기 버퍼 증폭기 회로는 상기 입력 감지 신호의 상기 크기 조절된 표현을 상기 비교기 회로로 출력하도록 연결된, 전력 컨버터.
제18항에 있어서,
상기 하나 이상의 문턱값들은 부족-전압 문턱값 그리고 과-전압 문턱값 중 하나 이상을 포함하는, 전력 컨버터.
전력 컨버터의 입력을 감지하기 위한 방법으로서,
상기 전력 컨버터의 상기 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하는 단계;
제1 영-전위 문턱값 아래로 떨어지고 제2 영-전위 문턱값 위로 올라가는 상기 입력 감지 신호에 응답하기 위해 ac 입력 전압의 영-전위 구간들을 검출하는 단계;
상기 검출된 영-전위 구간들에 응답하여 상기 ac 입력 전압에 타이머를 동기시키는 단계;
상기 ac 입력 라인 전압의 피크 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호의 감지를 가능하게 하기 위해서 상기 타이머에 응답하여 라인 감지 스위치를 닫는 단계; 그리고
상기 ac 입력 라인 전압의 상기 피크 구간들이 아닌 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호의 감지를 불능으로 하기 위해서 상기 라인 감지 스위치를 오픈하는 단계를 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제28항에 있어서,
제1 문턱값보다 더 큰 상기 입력 감지 신호에 응답하여 과-전압 신호를 어서트 (assert)하는 단계를 더 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제28항에 있어서,
제2 문턱값보다 더 작은 상기 입력 감지 신호에 응답하여 부족-전압 신호를 어서트하는 단계를 더 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제28항에 있어서,
상기 피크 구간들 동안에 상기 입력 감지 신호를 샘플링하는 단계를 더 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제31항에 있어서,
과-전압 상태 그리고 부족-전압 상태를 표시할 때를 결정하기 위해서 상기 입력 감지 신호 샘플들을 분석하는 단계를 더 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제32항에 있어서,
상기 입력 감지 신호 샘플들을 분석하는 것은 상기 입력 감지 신호 샘플들을 평균화하는 것을 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제32항에 있어서,
상기 입력 감지 신호 샘플들을 분석하는 것은 상기 입력 감지 신호 샘플들의 값들을 증가시키고 그리고 감소시키는 시퀀스들을 찾는 것을 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
제32항에 있어서,
상기 입력 감지 신호 샘플들을 분석하는 것은 상기 입력 감지 신호 샘플들에 응답하여 상기 타이머의 타이밍을 조절하는 것을 포함하는, 전력 컨버터의 입력 감지 방법.
전력 컨버터 제어기로서,
전력 컨버터의 입력을 나타내는 입력 감지 신호를 수신하기 위한 입력 감지 회로;
상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하를 나타내는 신호에 연결된 부하 검출 회로로서, 상기 부하 검출 회로는 상기 입력 감지 회로를 제어하도록 연결되어 상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하가 제1 레벨보다 더 클 때에 상기 입력 감지 회로가 상기 입력 감지 신호를 연속하여 수신하기 위해 연결되도록 하며, 상기 부하 검출 회로는 상기 입력 감지 회로를 제어하기 위해서 연결되어 상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하가 제2 레벨보다 더 작을 때에 상기 입력 감지 회로가 상기 입력 감지 신호를 주기적으로 수신하기 위해 연결되도록 하는, 부하 검출 회로; 그리고
상기 입력 감지 회로 및 상기 부하 검출 회로에 연결된 비교기 회로를 포함하며,
상기 비교기는 상기 전력 컨버터의 상기 입력이 하나 이상의 입력 문턱값들보다 더 큰가 또는 더 작은가의 여부를 검출하도록 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제36항에 있어서,
스위치가 수신할 스위치 구동 신호를 제공하기 위해 연결된 스위치 구동 회로를 더 포함하며,
상기 전력 컨버터의 출력에서의 부하를 나타내는 상기 신호는 상기 스위치 구동 신호인, 전력 컨버터 제어기.
제37항에 있어서,
상기 부하 검출 회로는
상기 입력 감지 회로를 제어하도록 연결된 타이머 회로를 포함하여, 상기 스위치 구동 신호의 주기가 제1 문턱값 아래일 때에 상기 입력 감지 신호를 연속하여 수신하기 위해 상기 입력 감지 회로가 연결되도록 하며, 그리고
상기 타이머 회로는 상기 입력 감지 회로를 제어하기 위해서 연결되어, 상기 스위치 구동 신호의 주기가 제2 문턱값 위일 때에 상기 입력 감지 신호를 주기적으로 수신하기 위해서 상기 입력 감지 회로가 연결되도록 하는, 전력 컨버터 제어기.
제38항에 있어서,
상기 제1 문턱 주기는 대략 45 밀리초이며 그리고 상기 제2 문턱 주기는 대략 50 밀리초인, 전력 컨버터 제어기.
제36항에 있어서,
타이머 회로에 연결된 영-전위 검출 회로를 더 포함하는, 전력 컨버터 제어기.
제40항에 있어서,
상기 영-전위 검출 회로는 ac 입력 전압의 영-전위 구간들을 검출하기 위해 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제41항에 있어서,
상기 타이머 회로는 상기 검출된 영-전위 구간들에 응답하여 ac 입력 전압에 동기되기 위해 연결된, 전력 컨버터 제어기.
제41항에 있어서,
상기 타이머 회로는 상기 검출된 영-전위 구간들에 응답하여 상기 입력 감지 회로를 제어하도록 더 연결된, 전력 컨버터 제어기.