KR20150006307A

KR20150006307A - 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치, 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR20150006307A
Application number: KR1020130079956A
Authority: KR
Inventors: 엄현철; 양승욱
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-01-16

Abstract

본 발명은 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치, 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 전력 공급 장치의 교류 입력은 정류 회로에 연결되어 있다. 전력 공급 장치는 온-기간 동안 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 흐르는 전력 스위치, 및 상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 상기 온-기간 동안 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 샘플링한 결과와 상기 온-기간을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하고, 상기 입력 전류가 소정의 기준 파형을 따르도록 제어하는 스위치 제어 장치를 포함한다.

Description

스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치, 및 그 구동 방법{SWITCH CONTROL DEVICE, POWER SUPPLY DEVICE COMPRISING THE SAME, AND DRIVING METHOD OF POWER SUPPLY DEVICE}

본 발명의 실시 예는 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치에 관한 것이다. 아울러, 본 발명의 실시 예는 전력 공급 장치의 구동 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 벅컨버터를 나타낸 도면이다.

벅컨버터(1)에 LED 열(4)이 연결되어 있고, 벅컨버터(1)의 교류입력은 정류회로(2)를 통해 정류된다.

벅컨버터(1)는 역률 보상(power factor correction)을 위해서, 스위치(6)에 흐르는 스위치 전류(I3)가 정현파에 따르도록 스위치(6)의 스위칭 동작을 제어한다. 예를 들어, 스위치(6)의 턴 온 기간 동안 증가하는 스위치 전류(I3)가 정현파에 따르는 기준에 도달하면 스위치(6)를 턴 오프 시킨다. 이 때, 스위칭 주파수는 고정 주파수이다.

벅컨버터(1)에서 LED 열(4)에 흐르는 LED 전류(또는, 인덕터(5)에 흐르는 전류)(I2)는 스위치(6)의 온 기간 동안 스위치(6)를 통해 흐른다. 이 기간 동안 입력 전류(I1), LED 전류(I2), 및 스위치 전류(I3)는 모두 보인다.

그런데 스위치(6)의 오프 기간 동안 다이오드(3)를 통해 LED 전류(I2)가 프리휠링(free-wheeling)하면, 스위치(6)의 오프 기간 동안 입력 전류(I1) 및 스위치 전류(I3)는 보이지 않는다.

앞서 언급한 바와 같이, 역률 보상을 위해서는 입력 전류(I1)가 입력 전압(V1)을 따르도록 입력 전류(I1)를 제어해야 한다. 그런데, 종래 벅컨버터(1)에서는 스위치(6)의 오프 기간 동안 입력 전류(I1)가 보이지 않으므로, 역률 보상이 수행되지 않는다.

더구나, LED 전류(I2) 및 LED 전압(V2) 간의 특성 그래프에서, LED 전류(I2)가 전파 정류 정현파에 따라 변하더라도 LED 전압(V2)의 변화는 거의 없다. 이는 입력 전류(I1)의 파형이 전파 정류 정현파를 따르지 않는 원인이다.

입력전력은 입력 전압(V1)과 입력 전류(I1)의 곱이고, 출력 전력은 LED 열(4)에 공급되는 전력이라고 설정한다. 그러면 출력 전력은 LED 전류(I2)와 LED 전압(V2)의 곱이다. 이 때, 입력 전력은 모두 출력 전력으로 변환된다고 가정한다.

LED 전류(I2)가 전파 정류 정현파로 제어되고, 출력 전압(V2)은 LED 전류(I2) 변화에 큰 영향 없이 일정한 값을 가진다. 이 때, 입력 전압(V1)은 전파 정류 정현파이므로, 입력 전류(I1)는 일정한 값으로 유지된다.

즉, 입력 전류(I1)가 입력 전압(V1)을 따르지 않고, 역률 보상이 되지 않는 문제점이 있다.

역률 보상을 개선할 수 있는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공하는 것이 과제이다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 교류 입력에 연결되어 있는 정류 회로, 온-기간 동안 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 흐르는 전력 스위치, 및 상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 상기 온-기간 동안 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 샘플링한 결과와 상기 온-기간을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하고, 상기 입력 전류가 기준 파형을 따르도록 제어하는 스위치 제어 장치를 포함한다.

상기 스위치 제어 장치는, 상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압을 샘플링한 하프 감지 전압과 상기 온-기간을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하는 입력전류 계산부를 포함한다.

상기 스위치 제어 장치는, 상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출부를 포함한다.

상기 하프-온 검출부는, 상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부, 상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부, 상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및 상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함한다.

상기 샘플링/리셋 신호 생성부는, 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압을 반전한 레벨을 출력하는 인버터, 상기 게이트 전압을 소정의 제1 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제1 지연부, 상기 인버터의 출력 및 상기 제1 지연부의 출력을 논리 곱 연산하여 샘플링 신호를 생성하는 AND 게이트, 및 상기 샘플링 심호를 소정의 제2 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제2 지연부를 포함한다.

상기 충전부는, 커패시터, 충전 전류를 생성하는 전류원, 상기 전류원과 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 턴 온 되어 있는 충전 스위치, 및 상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 리셋 신호에 따라 스위칭하는 리셋 스위치를 포함한다.

상기 샘플링부는, 상기 샘플링 신호에 따라 스위칭하고, 상기 온-기간 전압을 제1 접점에 전달하는 샘플링 스위치, 상기 제1 접점과 그라운드 사이에 연결되어 있는 커패시터, 및 상기 제1 접점과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 및 제2 저항을 포함하고, 상기 제1 저항 및 제2 저항이 연결되어 있는 제2 접점의 전압이 상기 하프-온 기준 전압이다.

상기 하프-온 펄스 생성부는, 상기 온-기간 전압과 상기 하프-온 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기의 출력을 반전시켜 출력하는 인버터, 상기 인버터의 출력을 제3 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 지연부, 및 상기 지연부의 출력 및 상기 비교기의 출력을 논리 곱 연산하여 상기 하프-온 펄스를 생성하는 AND 게이트를 포함한다.

상기 스위치 제어 장치는, 상기 하프-온 시점 마다 상기 감지 전압을 샘플링한 하프 감지 전압에 따르는 하프 감지 전류를 생성하고, 상기 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력 전류를 나타내는 입력전류 지시전압을 생성하는 입력전류 계산부를 더 포함한다.

상기 입력전류 계산부는, 상기 하프-온 시점에 동기되어 상기 감지 전압을 샘플링하여 상기 하프 감지 전압을 생성하는 샘플링부, 상기 하프 감지 전압를 변환하여 하프 감지 전류를 생성하는 VI 컨버터, 상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력전류 지시전압을 생성하는 충전부, 및 상기 하프 감지 전류를 복사하여 상기 충전부로 전달하는 전류 미러 회로를 포함한다.

상기 샘플링부는, 상기 감지 전압을 전달하는 버퍼, 커패시터, 및 상기 버퍼의 출력단 및 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 하프-온 시점에 동기되어 상기 감지 전압을 상기 커패시터에 전달하는 샘플링 스위치를 포함하고, 상기 커패시터에 충전된 전압이 상기 하프-온 기준 준압이다.

상기 VI 컨버터는, 상기 하프 감지 전압이 입력되는 제1 단자, 제2 단자, 및 출력단을 포함하는 오차 증폭기, 상기 오차 증폭기의 제2 단자와 그라운드 사이에 연결되어 있는 저항, 및 상기 전류 미러 회로에 연결되어 있는 제1 전극, 상기 오차 증폭기의 제2 단자에 연결되어 있는 제2 전극 및 상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터를 포함한다.

상기 충전부는, 커패시터, 상기 전류 미러 회로와 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 턴 온 되어 있는 충전 스위치, 및 상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 리셋 신호에 따라 스위칭하는 리셋 스위치를 포함하고, 상기 충전 스위치의 온 기간 동안, 상기 하프 감지 전류에 의해 상기 커패시터가 충전되고, 상기 커패시터에 충전된 전압이 상기 입력전류 지시전압이다.

상기 스위치 제어 장치는, 상기 입력전류 지시전압이 상기 기준 파형에 도달하는 시점에 상기 전력 스위치를 턴 오프 시킨다.

상기 기준 파형은, 상기 교류 입력의 주파수에 동기된 파형일 수 있다. 상기 스위치 제어 장치는, 상기 입력 전압의 영전압 교차 시점을 감지하여, 상기 입력 전압의 한 주기를 검출하고, 상기 입력 전압의 한 주기를 가지는 상기 기준 파형을 생성할 수 있다. 또는 기준 파형은 DC 전압일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치의 구동 방법은, 전력 스위치의 온-기간 동안 교류 입력으로부터 상기 전력 스위치를 통해 입력 전류가 흐르는 단계, 상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하는 단계, 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 하프 감지 전압으로 샘플링하는 단계, 상기 온-기간 및 상기 하프 감지 전압을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하는 단계, 및 상기 계산된 입력 전류가 소정의 기준 파형을 따르도록 상기 전력 스위치를 스위칭하는 단계를 포함한다.

상기 하프-온 시점을 검출하는 단계는, 상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눠 하프-온 기준 전압으로 샘플링 하는 단계, 및 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 단계를 포함한다.

상기 입력전류를 계산하는 단계는, 상기 하프 감지 전압을 하프 감지 전류로 변환하는 단계, 및 상기 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력 전류를 나타내는 입력전류 지시전압을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 교류 입력을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 변환하는 전력 공급 장치의 스위치 제어 장치는, 상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출부, 및 상기 하프-온 시점 마다 상기 감지 전압을 샘플링한 하프 감지 전압에 상기 현재 스위칭 주기의 온-기간을 곱하여 상기 교류 입력의 입력 전류를 계산하는 입력전류 계산부를 포함한다. 상기 입력 전류는, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 교류 입력으로부터 상기 전력 스위치를 통해 흐르는 전류를 포함한다.

본 발명의 실시 예를 통해서 역률 보상을 개선할 수 있는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 포함하는 전원 공급 장치가 제공된다.

도 1은 종래 벅컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 벅 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하프-온 검출부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 전압, 샘플링 신호, 리셋 신호, 온-기간 전압, 및 하프-온 펄스를 나타낸 파형도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 입력전류 계산부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 전압, 하프-온 펄스, 감지 전압, 리셋 펄스 및 입력전압 지시전압을 나타낸 파형도이다.
도 7은 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 입력 전류와 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전류를 비교한 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, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 벅 컨버터를 나타낸 도면이다. 벅 컨버터(10)는 LED 열(20)에 연결되어 있다. LED 열(20)은 직렬 연결되어 있는 LED 소자를 포함한다.

벅 컨버터(10)는 정류 회로(30), EMI 필터(40), 다이오드(FRD), 인덕터(L), 전력 스위치(M), 감지 저항(RS), 및 스위치 제어 장치(100)를 포함한다.

정류 회로(30)는 브릿지 다이오드로 구현되고, 4 개의 정류 다이오드(31-34)를 포함하고, 교류 입력(AC)에 연결된 두 입력단, 그라운드에 연결된 제1 단, 및 LED 열(20)에 연결된 제2 단을 포함한다.

정류 회로(30)는 교류 입력(AC)을 전파 정류하여 입력 전압(Vin)을 생성한다. 입력 전압(Vin)은 전파 정류 정현파이다. 전력 스위치(M)의 온 기간 동안 교류 입력(AC)으로부터 생성된 전류가 그라운드를 통해 다시 교류 입력(AC)으로 흐른다. 이 전류는 정류 회로(30)를 통해 정류되어 입력 전류(Iin)가 된다.

스위치 제어 장치(100)는 입력 전류(Iin)를 계산하고, 입력 전류(Iin)가 전파 정류 정현파에 따르도록 제어한다. 그러면, 교류 입력(AC)의 전압 및 전류 모두 정현파가 되어 역률 보상(power factor correction)이 수행된다.

EMI 필터(40)는 정류 회로(30)를 통해 교류 입력(AC)에 연결된 전원 라인에 발생하는 노이즈를 제거하여 다음 단(next stage)에 위치한 소자 또는 회로를 보호한다. EMI 필터(40)는 두 개의 인덕터(L1, L2) 및 두 개의 커패시터(C1, C2)를 포함한다.

인덕터(L1)는 정류 회로(30)의 제2 단에 연결되어 있는 일단 및 LED 열(20)에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 인덕터(L2)는 정류 회로(30)의 제1 단에 연결되어 있는 일단 및 그라운드에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 커패시터(C1)는 인덕터(L1)의 일단 및 인덕터(L2)의 일단에 연결되어 있고, 커패시터(C2)는 인덕터(L2)의 타단 및 인덕터(L2)의 타단에 연결되어 있다.

전력 스위치(M)는 스위치 제어 장치(100)로부터 전달되는 게이트 신호(VG)에 따라 스위칭 동작한다. 전력 스위치(M)는 NMOSFET(n-channel metal oxide semiconductor filed effect transistor)로 구현된다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 다른 타입의 트랜지스터 소자가 적용될 수 있다.

LED 열(20)의 일단은 EMI 필터(40)를 통해 입력 전압(Vin)에 연결되어 있고, LED 열(20)의 타단은 인덕터(L)의 일단에 연결되어 있다. 다이오드(FRD)는 고속 회복 다이오드(fast recovery diode)로서, 전력 스위치(M)의 드레인 전극과 LED 열(20)의 일단에 연결되어 있다. 전력 스위치(M)가 오프 상태인 기간 중 LED 열(20)과 인덕터(L)에 흐르는 프리 휠링 전류가 다이오드(FRD)를 통해 흐른다.

전력 스위치(M)의 드레인 전극은 인덕터(L)의 타단에 연결되어 있고, 소스 전극은 감지 저항(RS)의 일단에 연결되어 있다. 전력 스위치(M)의 게이트 전극에는 스위치 제어 장치(100)로부터 전달되는 게이트 신호(VG)가 입력된다. 전력 스위치(M)는 게이트 신호(VG)에 의해 스위칭 된다.

전력 스위치(M)가 턴 온일 때, 입력 전압(Vin)에 따라 증가하는 인덕터 전류(IL)가 LED 열(20) 및 전력 스위치(M)를 통해 흐흐고, 인덕터(L)에는 인덕터 전류(IL)에 의해 에너지가 저장된다. 이 때, 전력 스위치(M)에 흐르는 전류(이하, 드레인 전류(IDS)라 함.)가 저항(RS)에 흘러 감지 전압(VS)이 발생한다.

전력 스위치(M)가 턴 오프일 때, 턴 온 기간 동안 인덕터(L)에 저장된 에너지가 존재하는 기간 동안 인덕터 전류(IL)가 감소한다. 이 때, 감소하는 인덕터 전류가 다이오드(FRD)를 통해 LED 열(20)로 흐른다. 인덕터 전류와 LED 열(20)에 흐르는 LED 전류(ILED)는 동일하다. 이하, 두 전류를 구분하지 않고, LED 전류(ILED)라 한다.

전력 스위치(M)의 턴 온 기간 동안, 입력 전류(Iin)는 교류 입력(AC)으로부터 전력 스위치(M) 및 그라운드를 통해 다시 교류 입력(AC)으로 흐른다. 이 때, 입력 전류(Iin), LED 전류(ILED)와 드레인 전류(IDS)는 동일하다. 전력 스위치(M)의 턴 오프 기간 동안, 입력 전류(Iin) 및 드레인 전류(IDS)는 발생하지 않고, LED 전류(ILED)가 다이오드(FRD)를 통해 프리 휠링한다.

스위치 제어 장치(100)는 전력 스위치(M) 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 하프-온 시점의 감지 전압(VS)을 이용해 입력 전류(Iin)를 계산하며, 계산 결과와 기준 정현파(SREF)를 이용하여 스위칭 동작을 제어한다.

스위치 제어 장치(100)는 하프-온 시점의 감지 전압(VS)을 검출하고, 검출된 전압 및 온-타임을 이용하여 입력 전류(Iin)를 나타내는 입력전류 지시전압(ICV)을 생성한다. 이하, 하프-온 시점에 검출된 감지 전압을 하프 감지 전압(HVS)이라 한다.

감지 전압(VS)은 드레인 전류(IDS)를 감지하기 위해서 설치된 감지 저항(RS)에 의해 생성되는 전압이므로, 감지 전압(VS)만으로 입력 전류(Iin)를 나타낼 수 없다. 스위치 제어 장치(100)는 입력 전류(Iin)를 계산하기 위해서 하프 감지 전압(HVS)과 전력 스위치(M)의 온 기간의 곱에 따라 입력전류 지시전압(ICV)을 생성한다.

스위치 제어 장치(100)는 입력전류 지시전압(ICV)과 기준 정현파(SREF)를 비교하고, 입력전류 지시전압(ICV)이 기준 정현파(SREF)에 도달할 때, 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키고, 스위칭 주파수를 결정하는 클록 신호(CLK)의 상승 에지 시점에 전력 스위치(M)를 턴 온 시킨다.

스위치 제어 장치(100)는 정현파 생성부(110), 오프 비교기(120), 오실레이터(130), SR 플립플롭(140), 게이트 구동부(150), 하프-온 검출부(200), 및 입력전류 계산부(300)를 포함한다.

정현파 생성부(110)는 입력 전압(Vin)의 영전압 교차 시점을 감지하고 입력 전압(Vin)의 한 주기를 검출하며, 입력 전압(Vin)의 한 주기와 동일한 주기의 전파 정류 정현파인 기준 정현파(SREF)를 생성한다. 기준 정현파(SREF)는 교류 입력 주파수에 동기된 기준 파형의 일 예이지, 본 발명의 기준 파형이 정현파에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 기준 파형은 정현파의 제곱(SREF1), 삼각파(SREF2), 및 구형파(SERF3) 중 하나일 수 있다.

또는, 교류 입력 주파수에 동기되지 않은 DC 전압을 기준 파형으로 사용할 수도 있다.

오프 비교기(120)는 기준 정현파(SREF)와 입력전류 지시전압(ICV)를 비교하여, 입력전류 지시전압(ICV)이 기준 정현파(SREF)에 도달하는 시점에 전력 스위치(M)를 턴 오프시키기 위한 하이 레벨의 오프 신호(OFF)를 생성한다.

오프 비교기(120)의 반전 단자(-)에 기준 정현파(SREF)가 입력되고, 오프 비교기(120)의 비반전 단자(+)에 입력전류 지시전압(ICV)이 입력되며, 오프 비교기(120)는 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때 하이 레벨의 오프 신호(OFF)를 생성하고, 그 반대의 경우 로우 레벨의 오프 신호(OFF)를 생성한다.

오실레이터(130)는 전력 스위치(M)의 스위칭 주기를 결정하는 클록 신호(CLK)를 생성한다.

SR 플립플롭(140)은 클록 신호(CLK)에 따라 전력 스위치(M)를 턴 온 시키는 게이트 제어 신호(VGC)를 생성하고, 오프 신호(OFF)에 따라 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 게이트 제어 신호(VGC)를 생성한다. SR 플립플롭(140)은 클록 신호(CLK)가 입력되는 셋단(S) 및 오프 신호(OFF)가 입력되는 리셋단(R)을 포함한다.

SR 플립플롭(140)은 셋단(S) 입력이 하이 레벨일 때 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)를 생성하고, 리셋단(R) 입력이 하이 레벨일 때 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)를 생성한다.

게이트 구동부(150)는 게이트 제어 신호(VGC)에 따라 게이트 전압(VG)을 생성한다. 예를 들어, 게이트 구동부(150)는 하이 레벨의 게에트 제어 신호(VGC)에 따라 하이 레벨(인에이블 레벨)의 게이트 전압(VG)을 생성하고, 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)에 따라 로우 레벨(디스에이블 레벨)의 게이트 전압(VG)을 생성한다.

하프-온 검출부(200)는 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눠 샘플링한 전압(이하, 하프-온 기준 전압)(HRV)과 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압을 비교한 결과에 따라 하프-온 시점을 검출한다.

즉, 전력 스위치(M)가 턴 온 된 시점부터 충전되는 전압이 직전 스위칭 주기에서 설정된 하프-온 기준 전압(HRV)에 도달하는 시점이 현재 스위칭 주기의 하프-온 시점으로 검출된다.

입력전류 계산부(300)는 하프-온 시점에 감지 전압(VS)을 샘플링하여 하프 감지 전압(HVS)을 생성하고, 하프 감지 전압(HVS)에 따르는 전류로 온-기간 동안 커패시터를 충전하여 입력전류 지시전압(ICV)을 생성한다. 즉, 입력전류 계산부(300)는 하프 감지 전압(HVS)과 온-기간의 곱을 산출하기 위해서, 하프 감지 전압(HVS)에 따르는 전류로 온-기간 동안 커패시터를 충전시킨다.

먼저, 도 3을 참조하여 하프-온 검출부(200)를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하프-온 검출부를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하프-온 검출부(200)는 샘플링/리셋 신호 생성부(210), 충전부(220), 샘플링부(230), 및 하프-온 펄스 생성부(240)를 포함한다.

샘플링/리셋 신호 생성부(210)는 전력 스위치(M)의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호(VSA)와 리셋을 지시하는 리셋 신호(VRE)를 생성한다. 샘플링/리셋 신호 생성부(210)는 게이트 전압(VG)을 이용하여 턴 오프 시점을 감지할 수 있다.

샘플링/리셋 신호 생성부(210)는 인버터(211), 지연부(212), AND 게이트(213), 및 지연부(214)를 포함한다.

인버터(211)는 게이트 전압(VG)을 반전한 레벨을 출력한다. 인버터(211)는 하이 레벨의 게이트 전압(VG)을 반전한 로우 레벨을 출력하고, 로우 레벨의 게이트 전압(VG)을 반전한 하이 레벨을 출력한다.

지연부(212)는 게이트 전압(VG)을 입력받고, 게이트 전압(VG)을 소정의 제1 지연 기간(DL1)만큼 지연시켜 출력한다.

AND 게이트(213)는 인버터(211)의 출력 및 지연부(212)의 출력을 입력받고, 입력들을 논리 곱 연산하여 샘플링 신호(VSA)를 생성한다.

지연부(214)는 샘플링 신호(VSA)를 입력받고, 샘플링 신호(VSA)를 소정의 제2 지연 기간(DL2)만큼 지연시켜 리셋신호(VRE)로 출력한다. 본 발명의 실시 예에서는 제1 지연 기간(DL1)과 제2 지연 기간(DL2)이 동일하게 설정되어 있다.

충전부(220)는 온-기간에 따르는 온-기간 전압(VON)을 생성한다. 충전부(220)는 게이트 전압(VG)에 따라 온-기간 동안 커패시터(223)를 충전 전류(ICH1)로 충전시켜 온-기간 전압(VON)을 생성하고, 리셋신호(VRE)에 따라 온-기간 전압(VON)을 리셋시킨다.

충전부(220)는 전류원(221), 충전 스위치(222), 커패시터(223), 및 리셋 스위치(224)를 포함한다.

전류원(221)은 전압(VR)에 연결되어 있고, 전압(VR)을 이용하여 충전 전류(ICH1)를 생성한다.

충전 스위치(222)는 전류원(221)에 연결되어 있는 일단 및 커패시터(223)에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 게이트 전압(VG)에 따라 스위칭한다. 충전 스위치(222)는 게이트 전압(VG)의 인에이블 레벨(본 발명의 실시 예에서는 하이 레벨)에 의해 턴 온 된다.

충전 스위치(222)의 턴 온 기간 동안, 충전 전류(ICH1)에 의해 커패시터(223)가 충전되면서, 온-기간 전압(VON)이 상승한다. 커패시터(223)의 타단은 그라운드에 연결되어 있다.

리셋 스위치(224)는 커패시터(223)의 일단에 연결되어 있는 일단 및 그라운드에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 리셋 신호(VRE)에 따라 스위칭한다. 리셋 스위치(224)는 하이 레벨의 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 온 되어, 커패시터(223)를 방전시킨다. 그러면, 온-기간 전압(VON)이 영전압으로 리셋된다.

샘플링부(230)는 샘플링 신호(VSA)에 따라 온-기간 전압(VON)을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압(HRV)을 생성한다.

샘플링부(230)는 샘플링 스위치(231), 커패시터(232), 및 두 개의 저항(233, 234)을 포함한다.

샘플링 스위치(231)는 온-기간 전압(VON)에 연결되어 있는 일단 및 접점(N1)에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 샘플링 신호(VSA)에 따라 스위칭한다. 샘플링 스위치(231)는 하이 레벨의 샘플링 신호(VSA)에 의해 턴 온 된다.

커패시터(232)는 접점(N1)에 연결되어 있는 일단 및 그라운드에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 저항(233)은 접점(N1) 및 접점(N2) 사이에 연결되어 있고, 저항(234)은 접점(N2)과 그라운드 사이에 연결되어 있다.

샘플링 스위치(231)의 온-기간 동안 접점(N1)의 전압은 온-기간 전압(VON)과 동일하고, 샘플링 스위치(231)가 턴 오프된 후에도, 커패시터(232)에 의해 접점(N1)의 전압이 유지된다.

접점(N1)의 전압이 저항(233) 및 저항(234)에 의해 분배되고, 분배된 전압은 접점(N2)의 전압 즉, 하프-온 기준 전압(HRV)이 된다. 저항(233)과 저항(234)의 저항값이 동일하므로, 하프-온 기준 전압(HRV)은 접점(N1)의 전압 즉, 온-기간 전압(VON)의 반이다.

이와 같이, 샘플링부(230)는 전력 스위치(M)의 온-기간 동안 증가한 온-기간 전압(VON)의 반을 하프-온 기준 전압(HRV)으로 샘플링한다.

하프-온 펄스 생성부(240)는 하프-온 기준 전압(HRV)과 온-기간 전압(VON)을 비교하고, 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스(HOP)를 생성한다.

하프-온 펄스 생성부(240)는 비교기(241), 인버터(242), 지연부(243), 및 AND 게이트(244)를 포함한다.

비교기(241)는 온-기간 전압(VON)이 입력되는 비반전 단자(+) 및 하프-온 기준 전압(HRV)이 입력되는 반전 단자(-)를 포함하고, 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때 하이 레벨을 출력하며, 반대의 경우 로우 레벨을 출력한다.

인버터(242)는 비교기(241)의 출력을 입력받고, 비교기(241)의 출력을 반전한 레벨을 출력한다.

지연부(243)는 인버터(242)의 출력을 입력받고, 인버터(242)의 출력을 제3 지연 기간(DL3)만큼 지연한 후 출력한다.

AND 게이트(244)는 지연부(243)의 출력 및 비교기(241)의 출력을 입력받고, 두 입력을 논리 곱 연산하여 하프-온 펄스(HOP)를 생성한다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 하프-온 검출부(200)의 동작을 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 전압, 샘플링 신호, 리셋 신호, 온-기간 전압, 및 하프-온 펄스를 나타낸 파형도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T1에 게이트 전압(VG)이 하이 레벨로 상승하고, 충전 스위치(222)가 턴 온 되어 온-기간 전압(VON)이 증가하기 시작한다.

증가하던 온-기간 전압(VON)이 시점 T2에 하프-온 기준 전압(HRV)에 도달하고, 비교기(241)의 출력이 하이 레벨이 된다. 시점 T2의 하프-온 기준 전압(HRV)은 시점 T1 이전의 직전 스위칭 주기에서 온 기간 동안 커패시터(223)에 충전된 전압의 반에 해당한다.

시점 T2에 인버터(242)의 출력은 하이 레벨이고, 비교기(241)의 출력이 하이 레벨로 상승하므로, 시점 T2부터 제3 지연 기간(DL3) 동안 하이 레벨의 하프-온 펄스(HOP)가 AND 게이트(244)로부터 생성된다.

시점 T2부터 제3 지연 기간(DL3)이 경과한 시점 T3에 인버터(243)의 로우 레벨 출력이 AND 게이트(244)에 입력되므로, 하프-온 펄스(HOP)는 로우 레벨이 된다.

시점 T4에 게이트 전압(VG)이 로우 레벨로 하강하고, 인버터(211)의 출력이 하이 레벨로 상승한다. 지연부(212)의 출력은 시점 T4에 하이 레벨이므로 AND 게이트(213)는 시점 T4에 하이 레벨의 샘플링 신호(VSA)를 생성한다.

시점 T4에 충전 스위치(222)가 턴 오프 되고, 전력 스위치(M)의 턴 온 기간 동안 커패시터(224)에 충전된 온-기간 전압(VON)은 시점 T4부터 일정하게 유지된다.

시점 T4부터 제1 지연 기간(DL1)이 경과한 시점 T5에 지연부(212)의 출력이 로우 레벨이 되므로, 시점 T5에 샘플링 신호(VSA)는 로우 레벨이 된다. 따라서 샘플링 신호(VSA)는 기간 T4-T5 동안 하이 레벨 펄스가 된다.

기간 T4-T5 동안 샘플링 스위치(231)가 턴 온 되어 있고, 온-기간 전압(VON)이 접점(N1)에 전달된다. 시점 T5에 로우 레벨의 샘플링 신호(VSA)에 따라 샘플링 스위치(231)가 턴 오프 되고, 온-기간 전압(VON)은 커패시터(232)에 의해 유지된다. 시점 T4에 접점(N1)에 전달된 온-기간 전압(VON)은 온-기간(T1-T5)에 따르는 레벨을 가지고, 하프-온 기준 전압(HRV)은 이 온-기간 전압(VON)의 반으로 설정된다.

지연부(214)는 시점 T4부터 제2 지연 기간(DL2)만큼 샘플링 신호(VSA)를 지연시켜, 시점 T5에 리셋 신호(VRE)로 출력한다. 시점 T5에 리셋 스위치(224)는 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 온 되어 온-기간 전압(VON)은 영전압이 된다.

시점 T6에 게이트 전압(VG)이 하이 레벨이 되고, 시점 T6부터의 하프-온 검출부(200)는 기간 T1-T5 동안의 동작을 반복한다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 입력전압 계산부(300)를 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 입력전류 계산부를 나타낸 도면이다.

입력전류 계산부(300)는 하프 감지 전압(HVS)과 게이트 전압(VG)을 이용하여 전력 스위치(M)의 온 기간 동안의 입력 전류(Iin)를 계산한다. 입력 전류 계산부(300)는 계산된 입력 전류(Iin)를 나타내는 입력전류 지시전압(ICV)을 생성한다.

입력전류 계산부(300)는 샘플링부(310), VI 컨버터(320), 전류 미러 회로(330), 및 충전부(340)를 포함한다.

샘플링부(310)는 하프-온 시점에 동기되어 감지 전압(VS)을 샘플링하여 하프 감지 전압(HVS)을 생성한다. 샘플링부(310)는 버퍼(311), 샘플링 스위치(312), 및 커패시터(313)을 포함한다.

버퍼(311)는 감지 전압(VS)과 샘플링 스위치(312) 사이에 연결되어 있다. 샘플링 스위치(312)는 버퍼(311)의 출력단에 연결되어 있는 일단 및 커패시터(313)의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 하프-온 펄스(HOP)에 따라 스위칭한다. 샘플링 스위치(312)는 하이 레벨의 하프-온 펄스(HOP)에 의해 턴 온 된다.

커패시터(313)의 타단은 그라운드에 연결되어 있고, 샘플링 스위치(312)의 턴 온 기간 동안 버퍼(311)를 통해 전달되는 감지 전압(VS)이 커패시터(313)에 저장된다. 즉, 커패시터(313)에 저장된 전압이 하프 감지 전압(HVS)이다.

VI 컨버터(320)는 하프 감지 전압(HVS)을 전류로 변환하여 하프 감지 전류(IS1)를 생성한다. VI 컨버터(320)는 오차 증폭기(321), 저항(322), 및 트랜지스터(323)를 포함한다.

오차 증폭기(321)는 하프 감지 전압(HVS)이 입력되는 비반전 단자(+), 저항(322)의 일단 및 트랜지스터(323)의 소스 전극에 연결되어 있는 반전 단자(-), 및 트랜지스터(323)의 게이트 전극에 연결되어 있는 출력단을 포함한다. 저항(322)의 타단은 그라운드에 연결되어 있고, 트랜지스터(323)의 드레인 전극은 전류 미로 회로(330)에 연결되어 있다.

오차 증폭기(321)는 하프 감지 전압(HVS)과 반전 단자(-)의 전압의 차를 증폭하여 출력한다. 오차 증폭기(321)의 출력이 트랜지스터(323)의 게이트 전극에 공급되어 트랜지스터(323)에 흐르는 하프 감지 전류(IS1)를 제어한다. 그러면, 하프 감지 전류(IS1)는 반전 단자(-)의 전압이 하프 감지 전압(HVS)과 같아지도록 제어된다.

전류 미러 회로(330)는 하프 감지 전류(IS1)를 복사하여 충전부(340)로 전달한다. 전류 미러 회로(330)는 전압(VR1)에 연결되어 동작에 필요한 전압을 공급 받는다.

충전부(340)는 하프 감지 전류(IS1)를 이용하여 입력전류 지시전압(ICV)을 생성한다. 충전부(340)는 충전 스위치(341), 커패시터(342), 및 리셋 스위치(343)를 포함한다.

충전 스위치(341)는 전류 미러 회로(330)에 연결되어 있는 일단 및 커패시터(342)의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 충전 스위치(341)는 게이트 전압(VG)에 따라 스위칭한다. 전력 스위치(M)의 온-기간 동안 커패시터(342)가 하프 감지 전류(IS1)에 의해 충전된다.

커패시터(342)의 타단은 그라운드에 연결되어 있고, 리셋 스위치(343)는 커패시터(342)의 양단에 병렬 연결되어 있으며, 리셋 스위치(343)는 리셋 신호(VRE)에 따라 스위칭 한다. 따라서 리셋 스위치(343)는 하이 레벨의 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 온 된다.

이하, 도 6을 참조하여 입력전류 계산부(300)의 동작을 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 전압, 하프-온 펄스, 감지 전압, 리셋 펄스 및 입력전압 지시전압을 나타낸 파형도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 시점 T11에 클록 신호(CLK)가 하이 레벨로 상승하고, 게이트 전압(VG)이 하이 레벨로 상승하며, 충전 스위치(341)가 턴 온 된다. 시점 T11 이전에 샘플링부(313)에 의해 샘플링된 하프 감지 전압(HVS)에 따르는 하프 감지 전류(IS1)에 의해 기간 T11-T12동안 커패시터(342)가 충전된다.

시점 T12에 하프-온 펄스(HOP)가 하이 레벨로 상승하고, 샘플링 스위치(312)가 턴 온 되어 커패시터(313)에는 시점 T12의 감지 전압(VS)이 저장된다. 시점 T12에서 하프 감지 전압(HVS)의 레벨은 'HVS1'이다. 시점 T12부터 하프 감지 전류(IS1)는 HVS1에 따라 결정된다.

시점 T13에 입력전류 지시전압(ICV)이 기준 정현파(SREF)에 도달하면, 게이트 전압(VG)이 로우 레벨로 하강하고, 전력 스위치(M)가 턴 오프 된다. 기간 T12-T13 동안 하프 감지 전류(IS1)는 'HVS1'에 따르는 전류이다.

감지 전압(CS)은 시점 T13부터 발생하지 않고, 시점 T13으로부터 제2 지연기간(DL2)만큼 지연된 시점 T14에 리셋 신호(VRE)가 발생한다. 리셋 신호(VRE)에 의해 리셋 스위치(343)가 턴 온 되어, 입력전류 지시전압(ICV)은 영전압이 된다.

시점 T15에 클록 신호(CLK)가 다시 하이 레벨로 상승하고, 게이트 전압(VG)이 하이 레벨로 상승하여, 전력 스위치(M)가 턴 온 된다. 그러면 하프-온 펄스(HOP)가 발생하는 시점 T16에 샘플링부(310)에 의해 하프 감지 전압(HVS)이 샘플링된다. 이 때, 하프 감지 전압(HVS)의 레벨은 'HVS2'이다. 시점 T15부터 증가하던 입력전류 지시전압(ICV)가 시점 T17에 기준 정현파(SREF)에 도달하면, 전력 스위치(M)는 턴 오프된다.

하프 감지 전류(IS1)는 기간 T15-T16 동안 'HVS1'에 따르는 전류이고, 기간 T16-T17동안 'HVS2'에 따르는 전류이다. 인접한 스위칭 주기에서 샘플링되는 하프 감지 전압(HVS)은 유사하므로, 입력전류 지시전압(ICV)를 생성하는데 있어서, 직전 스위칭 주기에서 샘플링된 하프 감지 전압(HVS)에 따르는 하프 감지 전류(IS1)를 이용할 수 있다.

도 6에서, 두 스위칭 주기는 매우 짧은 시간이므로 기준 정현파(SREF)가 직선처럼 도시되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기준 정현파(SREF)는 정현파이다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예는 하프-온 시점을 검출하고, 하프-온 시점의감지 전압(VS)을 샘플링하여, 전력 스위치(M)의 온-기간 동안 흐르는 입력 전류(Iin)의 중간 값을 추정하며, 추정된 중간 값에 온-기간을 곱하여 온-기간 동안 흐르는 입력 전류(Iin)를 계산한다. 이렇게 계산된 입력 전류(Iin)가 기준 정현파(SREF)에 따르도록 전력 스위치(M)의 스위칭 동작이 제어되므로, 역률 보상이 개선된다.

도 7은 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 입력 전류와 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전류를 비교한 도면이다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 입력 전류는 정현파를 따르지 않는다. 이에 반해 도 7의 (b)에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 입력 전류(Iin)는 전파 정류 정현파를 따른다.

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.

벅 컨버터(1, 10), LED 열(4, 20), 스위치(6), 다이오드(3, FRD)
정류회로(2, 30), EMI 필터(40), 인덕터(L, L1, L2), 전력 스위치(M)
감지 저항(RS), 스위치 제어 장치(100), 정류 다이오드(31-34)
커패시터(C1, C2, 223, 232, 342), 정현파 생성부(110)
오프 비교기(120), 오실레이터(130), SR 플립플롭(140)
게이트 구동부(150), 하프-온 검출부(200), 입력전류 계산부(300)
샘플링/리셋 신호 생성부(210), 충전부(220, 340)
샘플링부(230, 310), 하프-온 펄스 생성부(240) 인버터(211, 242)
지연부(212, 213, 243), AND 게이트(213, 244), 전류원(221)
충전 스위치(222, 341), 리셋 스위치(224, 343)
샘플링 스위치(231, 312), 저항(233, 234, 322), 비교기(241)
VI 컨버터(320), 전류 미러 회로(330), 버퍼(311), 오차 증폭기(321)
트랜지스터(323)

Claims

교류 입력에 연결되어 있는 정류 회로,
온-기간 동안 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 흐르는 전력 스위치, 및
상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 상기 온-기간 동안 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 샘플링한 결과와 상기 온-기간을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하고, 상기 입력 전류가 소정의 기준 파형을 따르도록 제어하는 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치 제어 장치는,
상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압을 샘플링한 하프 감지 전압과 상기 온-기간을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하는 입력전류 계산부를 포함하는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치 제어 장치는,
상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출부를 포함하는 전력 공급 장치.
제3항에 있어서,
상기 하프-온 검출부는,
상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부,
상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부,
상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및
상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함하는 전력 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 샘플링/리셋 신호 생성부는,
상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압을 반전한 레벨을 출력하는 인버터,
상기 게이트 전압을 소정의 제1 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제1 지연부,
상기 인버터의 출력 및 상기 제1 지연부의 출력을 논리 곱 연산하여 샘플링 신호를 생성하는 AND 게이트, 및
상기 샘플링 심호를 소정의 제2 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제2 지연부를 포함하는 전력 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 충전부는,
커패시터,
충전 전류를 생성하는 전류원,
상기 전류원과 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 턴 온 되어 있는 충전 스위치, 및
상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 리셋 신호에 따라 스위칭하는 리셋 스위치를 포함하는 전력 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 샘플링부는,
상기 샘플링 신호에 따라 스위칭하고, 상기 온-기간 전압을 제1 접점에 전달하는 샘플링 스위치,
상기 제1 접점과 그라운드 사이에 연결되어 있는 커패시터, 및
상기 제1 접점과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 및 제2 저항을 포함하고,
상기 제1 저항 및 제2 저항이 연결되어 있는 제2 접점의 전압이 상기 하프-온 기준 전압인 전력 공급 장치.
제4항에 있어서,
상기 하프-온 펄스 생성부는,
상기 온-기간 전압과 상기 하프-온 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기,
상기 비교기의 출력을 반전시켜 출력하는 인버터,
상기 인버터의 출력을 제3 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 지연부, 및
상기 지연부의 출력 및 상기 비교기의 출력을 논리 곱 연산하여 상기 하프-온 펄스를 생성하는 AND 게이트를 포함하는 전력 공급 장치.
제3항에 있어서,
상기 스위치 제어 장치는,
상기 하프-온 시점 마다 상기 감지 전압을 샘플링한 하프 감지 전압에 따르는 하프 감지 전류를 생성하고, 상기 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력 전류를 나타내는 입력전류 지시전압을 생성하는 입력전류 계산부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
제9항에 있어서,
상기 입력전류 계산부는,
상기 하프-온 시점에 동기되어 상기 감지 전압을 샘플링하여 상기 하프 감지 전압을 생성하는 샘플링부,
상기 하프 감지 전압를 변환하여 하프 감지 전류를 생성하는 VI 컨버터,
상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력전류 지시전압을 생성하는 충전부, 및
상기 하프 감지 전류를 복사하여 상기 충전부로 전달하는 전류 미러 회로를 포함하는 전력 공급 장치.
제10항에 있어서,
상기 샘플링부는,
상기 감지 전압을 전달하는 버퍼,
커패시터, 및
상기 버퍼의 출력단 및 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 하프-온 시점에 동기되어 상기 감지 전압을 상기 커패시터에 전달하는 샘플링 스위치를 포함하고,
상기 커패시터에 충전된 전압이 상기 하프-온 기준 준압인 전력 공급 장치.
제10항에 있어서,
상기 VI 컨버터는,
상기 하프 감지 전압이 입력되는 제1 단자, 제2 단자, 및 출력단을 포함하는 오차 증폭기,
상기 오차 증폭기의 제2 단자와 그라운드 사이에 연결되어 있는 저항, 및
상기 전류 미러 회로에 연결되어 있는 제1 전극, 상기 오차 증폭기의 제2 단자에 연결되어 있는 제2 전극 및 상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터를 포함하는 전력 공급 장치.
제10항에 있어서,
상기 충전부는,
커패시터,
상기 전류 미러 회로와 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 턴 온 되어 있는 충전 스위치, 및
상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 리셋 신호에 따라 스위칭하는 리셋 스위치를 포함하고,
상기 충전 스위치의 온 기간 동안, 상기 하프 감지 전류에 의해 상기 커패시터가 충전되고, 상기 커패시터에 충전된 전압이 상기 입력전류 지시전압인 전력 공급 장치.
제9항에 있어서,
상기 스위치 제어 장치는,
상기 입력전류 지시전압이 상기 기준 파형에 도달하는 시점에 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 기준 파형은, 상기 교류 입력의 주파수에 동기된 파형인 전력 공급 장치.
제15항에 있어서,
상기 스위치 제어 장치는,
상기 입력 전압의 영전압 교차 시점을 감지하여, 상기 입력 전압의 한 주기를 검출하고, 상기 입력 전압의 한 주기와 동일한 주기를 가지는 상기 기준 파형을 생성하는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 기준 파형은, DC 전압인 전력 공급 장치.
전력 스위치의 온-기간 동안 교류 입력으로부터 상기 전력 스위치를 통해 입력 전류가 흐르는 단계,
상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하는 단계,
상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 하프 감지 전압으로 샘플링하는 단계,
상기 온-기간 및 상기 하프 감지 전압을 이용하여 상기 입력 전류를 계산하는 단계, 및
상기 계산된 입력 전류가 소정의 기준 파형을 따르도록 상기 전력 스위치를 스위칭하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.
제18항에 있어서,
상기 하프-온 시점을 검출하는 단계는,
상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눠 하프-온 기준 전압으로 샘플링 하는 단계, 및
현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.
제19항에 있어서,
상기 입력전류를 계산하는 단계는,
상기 하프 감지 전압을 하프 감지 전류로 변환하는 단계, 및
상기 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력 전류를 나타내는 입력전류 지시전압을 생성하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.
교류 입력을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 변환하는 전력 공급 장치의 스위치 제어 장치에 있어서,
상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출부, 및
상기 하프-온 시점 마다 상기 감지 전압을 샘플링한 하프 감지 전압에 상기 현재 스위칭 주기의 온-기간을 곱하여 상기 교류 입력의 입력 전류를 계산하는 입력전류 계산부를 포함하고,
상기 입력 전류는, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 교류 입력으로부터 상기 전력 스위치를 통해 흐르는 전류를 포함하는 스위치 제어 장치.
제21항에 있어서,
상기 하프-온 검출부는,
상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부,
상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부,
상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및
상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함하는 스위치 제어 장치.
제21항에 있어서,
상기 입력전류 계산부는,
상기 하프-온 시점에 동기되어 상기 감지 전압을 샘플링하여 상기 하프 감지 전압을 생성하는 샘플링부,
상기 하프 감지 전압를 변환하여 하프 감지 전류를 생성하는 VI 컨버터,
상기 하프 감지 전류를 이용하여 상기 입력전류 지시전압을 생성하는 충전부, 및
상기 하프 감지 전류를 복사하여 상기 충전부로 전달하는 전류 미러 회로를 포함하는 스위치 제어 장치.