KR20150050155A

KR20150050155A - 집적 회로

Info

Publication number: KR20150050155A
Application number: KR1020130131615A
Authority: KR
Inventors: 유제현; 이연중; 차상현; 이창석; 이혜진; 박득희
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-08
Also published as: KR102127532B1; US20150116013A1

Abstract

본 발명은, 전원 공급 장치를 제어하는 집적 회로에 있어서, 스타트업 전원을 획득하는 HV 핀; 상기 HV 핀에 연결되는 분압부; 및 상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;를 포함하는 집적 회로에 관한 것이다.

Description

집적 회로{INTEGRATED CIRCUIT}

본 발명은 전원 공급 장치를 제어할 수 있는 집적 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 사용자의 요구를 충족시키는 다양한 전자 장치에는 해당하는 동작을 구현하기 위한 전원 공급 장치가 채용된다.

이러한 전원 공급 장치에는 개략적으로 역률 보정 장치와 직류/직류 컨버터가 주로 채용된다.

역률 보정 장치는 입력 전원의 전압과 전류의 위상 차이 및 전류의 왜곡과 관련된 성능 지표인 역률(power factor)을 100%에 가깝게 만들어 주는 역할을 수행한다.

역률이 100%이면 전압과 전류의 위상이 동일하고 전류의 왜곡이 없는 경우이므로 부하가 순수 저항 부하로 동작하게 되어 유효전력만 사용하게 된다.

이 경우 전력 공급측에서 실제 사용되는 유효 전력만 공급하면 되고 사용되지 않는 무효 전력을 공급할 필요가 없으므로 전원 공급 측면에서 낭비가 없어 효율적이다.

이에 따라, 일반적인 전원 공급 장치에서 역률 보정 장치를 채용하여 높은 역률을 달성하도록 한다.

직류/직류 컨버터는 입력된 직류 전원을 스위칭하여 전자 장치에서 원하는 전압 레벨을 갖는 직류 전원을 제공할 수 있다.

이러한 전원 공급 장치는 입력 전압을 센싱할 필요가 있다.

일본공개특허공보 제2010-206988호 일본공개특허공보 제2005-080395호

본 명세서는 HV 핀, 드레인 핀을 이용하여 입력 전압을 센싱할 수 있는 집적 회로를 제공하고자 한다.

또, 본 명세서는 별도의 전압 센싱 핀을 생략하여 제조 비용을 절감할 수 있는 집적 회로를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 양상에 따른 집적 회로는, 전원 공급 장치를 제어하는 집적 회로에 있어서, 스타트업 전원을 획득하는 HV 핀; 상기 HV 핀에 연결되는 분압부; 상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부; 를 포함할 수 있다.

상기 분압부는, 서로 직렬 연결된 복수의 저항을 포함할 수 있다.

상기 집적 회로는 상기 HV 핀이 획득한 스타트업 전원을 커패시터로 전달하는 VDD 핀을 더 포함할 수 있다.

상기 집적 회로는 상기 HV 핀과 상기 VDD 핀의 연결을 단속(斷續)하는 스타트업 스위치; 상기 스타트업 스위치를 제어하는 스타트업 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 집적 회로는 상기 HV 핀과 상기 분압부의 연결을 단속(斷續)하는 검출 스위치를 포함할 수 있다.

상기 스타트업 스위치는 JFET을 포함하고, 상기 검출 스위치는 JFET을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 집적 회로는, 전원 공급 장치를 제어하는 집적 회로에 있어서, 스타트업 전원을 획득하는 드레인 핀; 상기 드레인 핀에 연결되는 분압부; 상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;를 포함할 수 있다.

상기 집적 회로는 상기 드레인 핀이 획득한 스타트업 전원을 커패시터로 전달하는 VDD 핀을 더 포함할 수 있다.

상기 집적 회로는, 상기 드레인 핀과 상기 VDD 핀의 연결을 단속(斷續)하는 스타트업 스위치; 상기 스타트업 스위치를 제어하는 스타트업 제어부;를 포함할 수 있다.

본 명세서의 개시에 의하여, HV 핀, 드레인 핀을 이용하여 입력 전압을 센싱할 수 있는 집적 회로를 제공할 수 있다.

또, 본 명세서의 개시에 의하여, 별도의 전압 센싱 핀을 생략하여 제조 비용을 절감할 수 있는 집적 회로를 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 플라이백 컨버터 및 이를 제어하기 위한 집적 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 집적 회로 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 집적 회로 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 입력 전압 검출부가 입력 전압 정보를 검출하는 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 집적 회로 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 집적 회로 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

설명의 편의를 위하여, 본 명세서에는 플라이백 컨버터를 기준으로 전원 공급 장치의 구성을 설명하기로 한다.

그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 포워드 컨버터(Forward Converter), 하프브리지 컨버터(Half-Bridge Converter), 풀브리지 컨버터(Full-Bridge Converter), 푸시풀 컨버터, 공진형 컨버터 등에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 플라이백 컨버터 및 이를 제어하기 위한 집적 회로를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 플라이백 컨버터는 전원 입력부(Vs), 트랜스포머(T1), 정류부(10), 스위칭 소자(S1), 집적 회로(100)를 포함할 수 있다.

상기 전원 입력부(Vs)는 입력 전원을 공급할 수 있다. 상기 입력 전원은 교류 전원일 수 있다.

상기 정류부(10)는 교류 전원을 입력받아 이를 정류하여 상기 트랜스포머(T1)에 전달할 수 있다.

상기 트랜스포머(T1)는 일차 권선(Np) 및 상기 일차 권선과 유도 결합된 이차 권선(Ns)을 구비할 수 있다. 여기서, 일차 권선(Np)이 위치하는 영역을 일차측 영역이라고 정의하고, 이차 권선(Ns)이 위치하는 영역을 이차측 영역이라고 정의할 수 있다.

상기 스위칭 소자(S1)는 상기 트랜스포머의 1차 권선(Np)에 흐르는 1차 전류(I1)를 단속할 수 있다.

본 발명의 스위칭 소자(S1)는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor), MOS-FET(metal oxide semiconductor field-effect transistor) 및 BJT(bipolar junction transistor) 중 하나로 구성될 수 있다.

한편, 상기 이차측에는 이차 권선(Np)으로부터 유기 되는 전원을 안정화하기 위한 정류 다이오드, 커패시터 소자가 위치할 수 있다.

상기 정류 다이오드는 상기 트랜스포머(T1)의 2차 전류를 정류할 수 있다.

상기 커패시터 소자는 상기 정류 다이오드로부터 전달되는 전원을 안정화시킬 수 있다.

한편, 상기 플라이백 컨버터는 보조 권선(NA)을 더 구비할 수 있다. 상기 보조 권선(NA)은 상기 트랜스포머(T1)와 유도 결합될 수 있다. 따라서, 1차측 권선(Np)과 2차측 권선(Ns)에 전원이 유기되는 경우, 상기 보조 권선(NA)에도 전원이 유기될 수 있다.

상기 보조 권선(NA)에 유기되는 전원은 정류 다이오드(D10) 및 안정화 커패시터(C10)를 경유하여 집적 회로(100)에 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 정류 다이오드(D10)의 일 단은 집적 회로의 VDD 핀과 결합되고, 상기 VDD 핀은 보조 권선(NA)에서 유기되는 전원을 획득할 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(100)는 HV 핀을 포함할 수 있다. 상기 HV 핀은 스타트업 시에 VDD 핀과 연결된 커패시터(C10)를 충전할 수 있다. 즉, IC가 처음 동작을 시작하는 경우에는 UVLO(UNDER VOLTAGE LOCK OUT) 상황이므로, 상기 VDD 핀에 연결된 커패시터(C10)가 충전되어 스타트업 동작을 수행할 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(100)는 상기 HV 핀과 상기 VDD 핀의 연결을 단속(斷續)하는 스타트업 스위치(S2)를 포함할 수 있다. 또, 상기 집적 회로(100)는 상기 스타트업 스위치를 제어하는 스타트업 제어부(30)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 스타트업 제어부(30)는 스타트업 시에 상기 스타트업 스위치(S2)를 온 시키고, 스타트업 이후에 상기 스타트업 스위치(S2)를 오프시킬 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(100)가 상기 플라이백 컨버터를 제어하기 위해서는 입력 전압 정보를 획득할 필요가 있다. 따라서, 상기 집적 회로는 입력 전압 정보를 획득하기 위한 별도의 핀(40)을 구비할 수 있다.

도 1을 참조하면, 입력 전원(Vs)이 직렬 연결된 복수의 저항(R10, R20)에 의하여 분압되고, 입력 전압 정보가 상기 핀(40)에 입력될 수 있다.

상기 집적 회로(100)는 입력 전압 정보를 검출하기 위한 전압 센싱부(20)를 구비하고, 상기 핀(40)을 통하여 입력 전압을 검출할 수 있다.

그러나, 이 경우, 입력 전압을 센싱하기 위한 별도의 핀(40)이 필요하므로, IC 제조 비용이 크게 상승할 수 있다.

상기와 같은 방식 이외에도, 별도의 핀을 사용하지 않고, 별도의 보조 권선을 통하여 입력 전압 정보를 센싱하는 방법이 있다. 그러나 이와 같이 보조 권선을 이용하여 입력 전압 정보를 센싱하는 방법의 경우에는, 버스트 모드(Burst Mode)에서 턴온 타임이 작아, 입력 전압 정보를 정확하게 센싱하는데 어려움이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 집적 회로(200) 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 전원 공급 장치는 전원 입력부(Vs), 트랜스포머(T1), 정류부(10), 스위칭 소자(S1)를 구비할 수 있고, 상기 집적 회로(200)는 상기 전원 공급 장치를 제어할 수 있다.

상기 보조 권선(NA)에 유기되는 전원은 정류 다이오드(D10) 및 안정화 커패시터(C10)를 경유하여 집적 회로(200)에 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 정류 다이오드(D10)의 일 단은 집적 회로의 VDD 핀과 결합되고, 상기 VDD 핀은 보조 권선(NA)에서 유기되는 전원을 획득할 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(200)는 HV 핀을 포함할 수 있다. 상기 HV 핀은 스타트업 시에 VDD 핀과 연결된 커패시터(C10)를 충전할 수 있다. 즉, IC가 처음 동작을 시작하는 경우에는 UVLO(UNDER VOLTAGE LOCK OUT) 상황이므로, 상기 VDD 핀에 연결된 커패시터(C10)가 충전되어 스타트업 동작을 수행할 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(200)는 상기 HV 핀과 상기 VDD 핀의 연결을 단속(斷續)하는 스타트업 스위치(S20)를 포함할 수 있다. 또, 상기 집적 회로(200)는 상기 스타트업 스위치를 제어하는 스타트업 제어부(230)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 스타트업 제어부(230)는 스타트업 시에 상기 스타트업 스위치(S20)를 온 시키고, 스타트업 이후에 상기 스타트업 스위치(S20)를 오프시킬 수 있다.

상기 스타트업 스위치(S20)는 JFET(Junction gate Field-Effect Transistor)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 HV 핀은 스타트업 전원을 획득할 수 있다. 상기 전원은 스타트업 스위치(S20)를 경유하여 상기 VDD 핀으로 전달될 수 있다. 상기 VDD 핀은 상기 HV 핀으로부터 획득한 스타트업 전원을 상기 커패시터(C10)로 전달할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 집적 회로(200)는 HV 핀을 통하여 입력 전압 정보를 획득할 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 집적 회로(200)는 상기 HV 핀에 연결되는 분압부(220)를 포함할 수 있다. 상기 분압부(220)는 서로 직렬 연결된 복수의 저항(R1, R2)을 포함할 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(200)는 입력 전압 검출부(222)를 더 포함할 수 있다. 상기 입력 전압 검출부(222)는 상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압 정보를 검출할 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 입력 전압 검출부(222)가 획득하는 전압 검출 값은 이하의 식과 같다.

전압 검출 값=Vin*R2/(Rstart+R1+R2)

즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 직접 회로는 전압 검출 값을 통하여 입력 전압(Vin) 정보를 획득할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의할 때, HV 핀을 이용하여 입력 전압을 센싱할 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 별도의 전압 센싱 핀을 생략하여 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 집적 회로(300) 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.

상기 전원 입력부(Vs), 정류부(10), 트랜스포머(T1), 보조 권선(NA), 정류 다이오드(D10), 안정화 커패시터(C10)에 대해서는 앞에서 설명한바 있으므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

한편, 상기 집적 회로(300)는 스위칭 소자(S1)를 내부에 구비할 수 있다. 상기 스위칭 소자(S1)는, 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 트랜스포머의 1차 권선(Np)에 흐르는 1차 전류(I1)를 단속할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 집적 회로(300)는 드레인 핀을 구비할 수 있다. 상기 드레인 핀은 트랜스포머(T1)의 일차 권선(Np)의 일 단과 접속되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 집적 회로(300)는 드레인 핀을 통하여 입력 전압 정보를 획득할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 집적 회로(300)는 상기 드레인 핀에 연결되는 분압부(220)를 포함할 수 있다. 상기 분압부(220)는 서로 직렬 연결된 복수의 저항(R1, R2)을 포함할 수 있다.

한편, 상기 집적 회로(300)는 입력 전압 검출부(222)를 더 포함할 수 있다. 상기 입력 전압 검출부(222)는 상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압 정보를 검출할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 입력 전압 검출부(222)가 입력 전압 정보를 검출하는 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 4는 드레인 전압을 나타내고 있으며, NP/NS는 트랜스포머(T1)의 일차 권선(Np)과 이차 권선(Ns)의 권선비를 의미하고, Vo+VD1은 이차 권선(Ns)에서 출력되는 출력 전압을 의미한다.

도 2를 참조하면, A 포인트와 B 포인트의 중간 지점이 입력 전압을 의미한다. 즉, A 포인트는 입력 전압으로부터 Np/Ns*(Vo+VD1)만큼 차이가 발생하고, B 포인트도 입력 전압으로부터 Np/Ns*(Vo+VD1)만큼 차이가 발생한다.

따라서, A 포인트의 측정 값과 B 포인트의 측정값을 더하고, 이를 2로 나누면 입력 전압(Vin)이 될 수 있다.

한편, 상기 입력 전압 검출부(222)가 획득한 검출 값과 입력 전압과의 관계는 다음과 같다.

전압 검출 값=(A+B)/2*R2/(Rstart+R1+R2)

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 드레인 핀을 이용하여 입력 전압을 센싱할 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 별도의 전압 센싱 핀을 생략하여 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 집적 회로(200) 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.

검출 스위치(S30) 이외의 구성에 대해서는 도 2에서 자세히 설명한 바 있으므로, 여기서는 검출 스위치(S30)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 검출 스위치(S30)는 상기 HV 핀과 상기 분압부(220)의 연결을 단속(斷續)할 수 있다.

상기 검출 스위치는 JFET(Junction gate Field-Effect Transistor)를 포함할 수 있다.

상기 검출 스위치(S30)는 스타트업 시에는 턴 오프될 수 있고, 스타트업이 끝나면 턴 온될 수 있다. 상기 입력 전압 검출부(222)는 스타트업시에는 전압 검출을 수행하지 않고, 스타트업이 끝나면 입력 전압을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 스타트업시의 리키지 전류(leakage current)가 감소될 수 있다.

이와 같은 방법은 드레인 핀을 통하여 입력 전압을 검출하는 도 3에 도시된 집적 회로에서도 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 집적 회로(200) 및 이를 구비한 전원 공급 장치를 나타낸 도면이다.

본 실시예에서는 분압부(220)가 스타트업 스위치(S20)와 그라운드 단자(GND) 사이에 연결될 수 있다.

상기 스타트업 스위치(S20)가 JFET으로 구성되는 경우, 상기 스타트업 스위치(S20) 후단에서 전압이 검출됨으로써 저항(R1, R2) 값을 감소시킬 수 있다.

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 속한다.

10 : 정류부
200, 300 : 집적 회로
220 : 분압부
222 : 입력 전압 검출부
230 : 스타트업 제어부

Claims

전원 공급 장치를 제어하는 집적 회로에 있어서,
스타트업 전원을 획득하는 HV 핀;
상기 HV 핀에 연결되는 분압부; 및
상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;
를 포함하는 집적 회로.
제1 항에 있어서, 상기 분압부는,
서로 직렬 연결된 복수의 저항을 포함하는 집적 회로.
제1 항에 있어서,
상기 HV 핀이 획득한 스타트업 전원을 커패시터로 전달하는 VDD 핀을 더 포함하는 집적 회로.
제3 항에 있어서,
상기 HV 핀과 상기 VDD 핀의 연결을 단속(斷續)하는 스타트업 스위치; 및
상기 스타트업 스위치를 제어하는 스타트업 제어부;
를 포함하는 집적 회로.
제1 항에 있어서,
상기 HV 핀과 상기 분압부의 연결을 단속(斷續)하는 검출 스위치를 포함하는 집적 회로.
제4 항 또는 제5 항에 있어서,
상기 스타트업 스위치는 JFET을 포함하고,
상기 검출 스위치는 JFET을 포함하는 집적 회로.
전원 공급 장치를 제어하는 집적 회로에 있어서,
스타트업 전원을 획득하는 드레인 핀;
상기 드레인 핀에 연결되는 분압부; 및
상기 분압부의 전압 분배를 통하여 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;
를 포함하는 집적 회로.
제7 항에 있어서, 상기 분압부는,
서로 직렬 연결된 복수의 저항을 포함하는 집적 회로.
제7 항에 있어서,
상기 드레인 핀이 획득한 스타트업 전원을 커패시터로 전달하는 VDD 핀을 더 포함하는 집적 회로.
제9 항에 있어서,
상기 드레인 핀과 상기 VDD 핀의 연결을 단속(斷續)하는 스타트업 스위치; 및
상기 스타트업 스위치를 제어하는 스타트업 제어부;
를 포함하는 집적 회로.