KR20150086173A - 스위치 제어 회로 및 이를 포함하는 전력 공급 장치 - Google Patents

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KR20150086173A
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Abstract

전력 공급 장치는 전력 스위치, 상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 공급되는 전류를 정류하여 출력 전류를 생성하는 정류 다이오드, 및 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류에 대응하는 출력 전류 추정 전압을 생성하는 스위치 제어 회로를 포함한다.

Description

스위치 제어 회로 및 이를 포함하는 전력 공급 장치{SWITCH CONTROL CIRCUIT AND POWER SUPPLY DEVICECOMPRISING THE SAME}
실시 예는 스위치 제어 회로 및 이를 포함하는 전력 공급 장치에 관한 것이다.
종래 출력 전류를 추정하는 회로는 많은 구성요소(component)를 포함하고 있다. 예를 들어, 종래 출력 전류 추정 회로는 복수의 저항, 커패시터, 및 전류원등을 포함한다. 그런데, 복수의 저항, 커패시터, 및 전류원등의 허용 오차(tolerance)들에 따라 출력 전류 추정에 오차가 발생한다.
따라서 출력 전류 추정 회로는 복잡할 뿐만 아니라, 추정 오차가 발생하는 문제점이 있다.
출력 전류를 간단한 구성으로 추정할 수 있는 스위치 제어 회로 및 이를 포함하는 전력 공급 장치를 제공하고자 한다.
실시 예에 따른 전력 공급 장치치는 전력 스위치, 상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 공급되는 전류를 정류하여 출력 전류를 생성하는 정류 다이오드, 및 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류에 대응하는 출력 전류 추정 전압을 생성하는 스위치 제어 회로를 포함한다.
상기 스위치 제어 회로는, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 피크를 검출하여 상기 검출 감지 전압을 생성한다.
상기 스위치 제어 회로는, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 평균을 산출하여 상기 검출 감지 전압을 생성한다.
상기 스위치 제어 회로는, 로패스 필터를 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 중 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 로패스 필터, 및 상기 검출 감지 전압을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 저항 분배된 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 로패스 필터, 및 상기 로패스 필터의 출력을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 출력을 생성하며, 상기 로패스 필터의 출력이 상기 제1 및 제2 저항에 의해 분배되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성될 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 로패스 필터, 및 상기 검출 감지 전압을 증폭하는 증폭부를 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 증폭된 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하며, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성할 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 로패스 필터, 및 상기 로패스 필터의 출력을 증폭하는 증폭부를 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하며, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 출력을 생성하고, 상기 로패스 필터의 출력이 상기 증폭부에 의해 증폭되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성될 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 로패스 필터, 및 상기 검출 감지 전압에 대응하는 제1 전류를 소정 비율로 복사하여 제2 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 대응하는 복사 전압을 생성하는 전류 미러를 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 복사 전압을 상기 로패스 필터로 공급하며, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위치 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성할 수 있다.
실시 예에 따른 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로는, 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 생성하는 감지 전압 검출기, 및 상기 검출 감지 전압을 로패스 필터링하여 상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 제어되는 출력 전류에 대응하는 출력 전류 추정 전압을 생성하는 출력 전류 추정기를 포함한다.
상기 감지 전압 검출기는, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 피크를 검출하여 상기 검출 감지 전압을 생성할 수 있다.
상기 감지 전압 검출기는, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 평균을 산출하여 상기 검출 감지 전압을 생성할 수 있다.
상기 출력 전류 추정기는, 로패스 필터, 및 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하는 제1스위치를 포함하고, 상기 방전 기간은 상기 출력 전류를 생성하는 정류 다이오드에 전류가 흐르는 기간이다.
상기 출력 전류 추정기는, 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 중 상기 방전 기간을 제외한 나머지 기간에 소정의 기준 전압을 공급하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 출력 전류 추정기는,
상기 검출 감지 전압을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 더 포함하고,
상기 방전 기간 동안 상기 저항 분배된 검출 감지 전압은 상기 제1 스위치를 통해 상기 로패스 필터로 공급될 수 있다.
상기 출력 전류 추정기는, 상기 로패스 필터의 출력을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 더 포함하고, 상기 로패스 필터의 출력이 상기 제1 및 제2 저항에 의해 분배되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성될 수 있다.
상기 출력 전류 추정기는, 상기 검출 감지 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고, 상기 방전 기간 동안 상기 증폭된 검출 감지 전압이 상기 로패스 필터로 공급될 수 있다.
상기 출력 전류 추정기는, 상기 로패스 필터의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고, 상기 로패스 필터의 출력이 상기 증폭부에 의해 증폭되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성될 수 있다.
상기 출력 전류 추정기는, 상기 검출 감지 전압에 대응하는 제1 전류를 소정 비율로 복사하여 제2 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 대응하는 복사 전압을 생성하는 전류 미러를 더 포함하고, 상기 방전 기간 동안 상기 복사 전압이 상기 로패스 필터로 공급될 수 있다.
상기 스위치 제어 회로는, 상기 출력 전류 추정 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 대응하는 비교 전압과 상기 감지 전압 및 삼각파 중 어느 하나를 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로는, 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 생성하는 감지 전압 검출기, 상기 검출 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차를 증폭하는 오차 증폭기, 및 상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 커패시터를 포함한다. 상기 커패시터에 의해 상기 오차 증폭기의 출력이 로패스 필터링 될 수 있다.
출력 전류를 간단한 구성으로 추정할 수 있는 스위치 제어 회로 및 이를 포함하는 전력 공급 장치를 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 3은 제2 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 4는 제3 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 5는 제4 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 6은 제5 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 7은 제6 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 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 실시 예에 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.
도 1은 실시 예에 따른 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
전력 공급 장치(1)는 커패시터(CI), 1차측 권선(W1), 2차측 권선(W2), 정류 다이오드(D1), 커패시터(CO), 전력 스위치(M), 감지 저항(RS), 및 스위치 제어 회로(10)를 포함한다. 스위치 제어 회로(10)는 감지전압 검출기(100), 출력 전류 추정기(200), 및 PWM 제어기(300)를 포함한다.
커패시터(CI)는 1차측 권선(W1)의 일단과 1차측 그라운드 사이에 연결되어 있다. 입력 전압(VI)은 커패시터(CI)를 통해 평활된다.
1차측 권선(W1)의 일단에는 입력 전압(VI)이 전달되고, 1차측 권선(W1)의 타단에는 전력 스위치(M)의 드레인이 연결되어 있다. 전력 스위치(M)의 소스와 그라운드 사이에 감지 저항(RS)이 연결되어 있다. 전력 스위치(M)의 게이트에는 게이트 전압(VG)이 입력된다. 전력 스위치(M)는 1차측에서 2차측으로 전달되는 전력을 제어한다. 1차측과 2차측은 절연되어 있다.
전력 스위치(M)는 n 채널 트랜지스터이므로, 전력 스위치(M)를 턴 온 시키는 하이 레벨이고, 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 레벨은 로우 레벨이다.
2차측 권선(W2)의 일단에는 정류 다이오드(D1)의 애노드 전극이 연결되어 있다. 정류 다이오드(D1)가 도통되었을 때, 2차측 권선(W2)에 흐르는 전류가 커패시터(CO) 및 부하(도시되지 않음)에 전달된다. 이하, 정류 다이오드(D1)를 통해 흐르는 전류의 평균전류를 출력 전류(IO)라 한다.
전력 스위치(M)가 턴 온 되면, 1차측 권선(W1)에 전류(IP)가 흐르고, 1차측 권선(W1)에 에너지가 저장된다. 이 기간 동안 정류 다이오드(D1)는 비도통 상태이다. 전력 스위치(M)가 턴 오프 되고, 정류 다이오드(D1)가 도통되면, 1차측 권선(W1)에 저장된 에너지가 2차측 권선(W2)을 통해서 방전되고, 2차측 권선(W2)에 발생한 전류가 정류 다이오드(D1)를 통해 흐른다.
스위치 제어 회로(10)는 출력 전류(IO)를 추정한 값을 이용하여 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어한다. 전력 스위치(M)의 온 기간 동안, 스위치 전류(Id)와 감지 저항(RS)에 의해 감지 전압(VCS)이 발생한다.
감지전압 검출기(100)는 스위칭 주기마다 감지 전압(VCS)의 피크를 검출한다. 또는 감지전압 검출기(100)는 스위칭 주기마다 온 기간 동안의 감지 전압(VCS)의 평균을 검출할 수도 있다. 감지 전압(VCS)의 피크 또는 평균은 스위칭 주기마다 발생하는 감지 전압(VCS)에 대한 정보로서 스위치 전류(Id)에 대한 정보이기도 하다. 감지전압 검출기(100)는 검출한 피크 또는 평균에 따라 검출 감지 전압(VCSD)을 출력한다.
출력 전류 추정기(200)는 검출 감지 전압(VCSD)를 로패스 필터링(low-pass filtering)하여 출력 전류 추정 전압(VIO)을 생성한다.
PWM 제어기(300)는 출력 전류 추정 전압(VIO)에 따라 전력 스위치(M)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압(VG)을 생성한다. 예를 들어, 출력 전류 추정 전압(VIO)과 소정의 기준 전압간의 차에 따른 비교 전압을 생성하고, 비교 전압과 감지 전압(VCS) 또는 내부적으로 생성되는 삼각파를 비교한 결과에 따라 전력 스위치(M)의 온-기간을 결정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 설명한다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 2에는 출력 전류 추정기(200) 및 PWM 제어기(300)의 일부 구성이 도시되어 있다.
출력 전류 추정기(200)는 버퍼(201), 두 개의 스위치(S1, S2), 인버터(202), 및 로패스 필터(203)를 포함한다. 도 2에 도시된 로패스 필터(203)는 일 예로서 저항(RF) 및 커패시터(CF)를 포함한다. 그러나 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니고 로패스 필터(203)는 다양한 방식으로 설계될 수 있다.
도 2에서는 로패스 필터를 별도로 포함하는 출력 전류 추정기(200)가 도시되어 있으나, 로패스 필터가 출력 전류 추정기(200)에 포함되지 않을 수 있다. 예를 들어, PWM 제어기(300)내의 커패시터(C1)로 로패스 필터(203)를 대체할 수 있다. 그러면 오차 증폭기(301)의 반전 단자(-)에는 출력 전류 추정 전압(VIO) 대신 검출 감지 전압(VCSD)가 입력되고, 오차 증폭기(301)의 출력이 커패시터(C1)에 의해 로패스 필터링 된다.
검출 감지 전압(VCSD)은 버퍼(201)를 통해 방전 기간 동안 로패스 필터(203)로 전달되고, 로패스 필터(203)는 입력된 검출 감지 전압(VCSD)를 로패스 필터링하여 출력 전류 추정 전압(VIO)를 생성한다.
방전 기간은 소정 전류가 정류 다이오드(D1)를 통해 흐르는 기간을 의미한다. 도 1에 도시된 전력 공급 장치가 플라이백 컨버터이므로 2차측 권선(W2)에 발생한 전류가 정류 다이오드(D1)를 통해 흐른다. 도 1에서 정류 다이오드(D1)가 2차측에 위치하고 있으나 본 발명의 정류 다이오드(D1)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터인 경우 정류 다이오드(D1)는 1차측에 위치할 수 있다.
정류 다이오드(D1)의 위치는 컨버터 타입에 제한되지 않고, 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 공급되는 전류를 정류하여 출력 전류를 생성하는 구성을 의미한다. 출력 전류(IO)는 전력 스위치(M)의 스위칭 동작에 따라 제어된다.
출력 전류(IO)는 정류 다이오드(D1)를 통해 흐르는 2차측 전류를 방전 기간 동안 적분한 결과에 따라 결정된다. 전력 스위치(M)의 오프 기간 중 정류 다이오드(D1)를 통해 흐르는 전류는 전력 스위치(M)의 턴 오프 시점에 상승하여 서서히 감소하는 파형이다.
전력 스위치(M)의 턴 오프 시점에 발생하는 2차측 전류는 스위치 전류(Id)의 피크(또는 스위치 전류(Id) 평균)에 따라 결정된다. 따라서 출력 전류(IO)는 스위치 전류(Id)의 피크(또는 평균)에 방전 기간을 곱한 결과에 따른다. 스위치 전류(Id)에 따라 감지 전압(VCS)이 결정되므로, 출력 전류(IO)는 아래 수학식 1과 같이 추정될 수 있다.
[수학식 1]
출력 전류(IO)=k*(VCS의 피크)*(방전 기간)/(전력 스위치의 스위칭 주기)
여기서, VCS의 피크 대신 VCS의 평균을 사용할 수도 있다. k는 비례 상수로서 설계에 따라 적절히 설정되는데, 예를 들어, VCS의 피크를 사용할 때와 VCS의 평균을 사용할 때 각각에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다.
이처럼 출력 전류(IO)를 추정할 수 있는데, 전력 스위치(M)의 스위칭 주기 단위로 검출 감지 전압(VCSD)을 방전 기간 동안 로패스 필터링한 결과는, 수학식 1에서 (VCS의 피크)*(방전 기간)/(전력 스위치의 스위칭 주기)에 대응한다.
실시 예에 따른 출력 전류 추정기(200)는 방전 기간 동안 검출 감지 전압(VCSD)을 로패스 필터(203)에 공급하고, 전력 스위치(M)의 스위칭 주기 중 방전 기간을 제외한 나머지 기간 동안에는 1차측 그라운드 전압을 로패스 필터(203)에 공급하여 출력 전류 추정 전압(VIO)을 생성할 수 있다. 1차측 그라운드 전압은 소정의 기준 전압의 일 예이다. 1차측 그라운드 전압 대신 다른 레벨의 전압이 입력될 수 있다.
로패스 필터(203)는 전력 스위치(M)의 스위칭 주기 동안 공급되는 전압을 로패스 필터링하여 출력인 출력 전류 추정 전압(VIO)을 생성하는데, 로패스 필터(203)에는 스위칭 주기 중 방전 기간에만 검출 감지 전압(VCS)이 공급되고, 나머지 기간에는1차측 그라운드 전압이 공급된다. 이와 같은 동작에 의해 수학식 1에서의 전력 스위치의 스위칭 주기에 의한 나눗셈이 구현된다.
방전 기간을 지시하는 방전 기간 신호(TD)에 따라 스위치(S1)가 스위칭하고, 방전 기간 신호(TD)가 인버터(202)를 통해 반전된 신호에 따라 스위치(S2)가 스위칭한다. 방전 기간 동안 방전 기간 신호(TD)가 하이 레벨로 인에이블되고, 스위치(S1) 및 스위치(S2)가 하이 레벨의 신호에 따라 온 된다고 설정한다.
스위치(S1)의 일단은 버퍼(201)에 연결되어 있고, 스위치(S1)의 타단은 노드(N1)에 연결되어 있다. 스위치(S2)의 일단은 노드(N1)에 연결되어 있고, 스위치(S2)의 타단은 1차측 그라운드에 연결되어 있다.
저항(RF)은 노드(N1)과 노드(N2) 사이에 연결되어 있고, 커패시터(CF)는 노드(N2)와 1차측 그라운드 사이에 연결되어 있다. 노드(N1)은 로패스 필터(203)의 입력단이고, 노드(N2)는 로패스 필터(203)의 출력단이다.
방전 기간 동안 방전 기간 신호(TD)에 의해 스위치(S1)가 턴 온 되어 검출 감지 전압(VCSD)이 로패스 필터(203)에 전달되고, 방전 기간이 아닐 때에는 스위치(S2)가 턴 온 되어 로패스 필터(203)에 1차측 그라운드 전압이 로패스 필터(203)에 공급된다.
방전 기간 신호(TD)는 스위치 제어 회로(10)에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 전력 스위치(M)의 턴 오프 시점부터 턴 오프 기간 중 보조 권선(W3)의 양단 전압인, 보조 전압(VAUX)이 감소하기 시작하는 시점까지의 기간을 방전 기간(TD)이라 설정할 수 있다.
도 1에 도시된 실시 예가 플라이백 컨버터인 경우 보조 전압(VAUX)의 감소 시작 시점을 방전 기간의 종료 시점으로 설정할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 비절연형(non-isolation) 타입의 컨버터에서는 인덕터에 연결된 전력 스위치의 턴 오프 기간 중 인덕터의 양단 전압이 감소하기 시작하는 시점을 방전 기간의 종료 시점으로 설정할 수 있다.
PWM 제어기(300)의 일 구성인 오차 증폭기(301) 및 커패시터(C1)은 출력전류 추정 전압(VIO)에 따르는 비교 전압(VCOM)을 생성한다. 오차 증폭기(301)는 비반전 단자(+)에 입력되는 기준 전압(VR)과 반전 단자(-)에 입력되는 출력 전류 추정 전압(VIO)의 차를 증폭하여 출력한다. 오차 증폭기(301)의 출력은 커패시터(C1)에 의해 보상되어 비교 전압(VCOM)이 생성된다.
PWM 제어기(300)는 비교 전압(VCOM)과 감지 전압(VCS)을 비교하고, 감지 전압(VCS)가 비교 전압(VCOM)에 도달한 시점에 전력 스위치(M)를 턴 오프 시킬 수 있다. 또는 비교 전압(VCOM)과 내부적으로 생성되는 삼각파를 비교하여 전력 스위치(M)의 턴 오프를 제어할 수도 있다. 아울러, PWM 제어기(300)는 전력 스위치(M)의 스위칭 주파수를 결정하는 오실레이터 신호에 동기되어 전력 스위치(M)를 턴 온 시킬 수 있다.
도 3은 제2 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 제2 실시 예는 제1 실시 예에 비해 검출 감지 전압(VCS)을 저항 분배하는 구성을 더 포함한다. 제1 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략한다.
출력 전류 추정기(210)는 직렬 연결된 두 개의 저항(R1, R2)을 더 포함한다.
저항(R1) 및 저항(R2)는 직렬 연결되어 있고, 저항(R2)의 일단에는 검출 감지 전압(VCSD)가 입력되며, 저항(R2)의 타단 및 저항(R1)의 일단이 노드(N0)에 연결된다. 저항(R2)의 타단은 1차측 그라운드에 연결되어 있다. 노드(N0)의 전압이 스위치(S1)의 온 기간 즉, 방전 기간 동안 버퍼(201)를 통해 로패스 필터(203)에 전달된다.
저항(R1) 및 저항(R2)을 이용하여 검출 감지 전압(VCSD)을 조절함으로써, 출력 전류 추정 전압(VIO1)의 전압 범위를 적절히 조절할 수 있다. 그러면 스위치 제어 회로(10)의 설계 시 정해진 전압 범위에 적합하게 출력 전류 추정 전압(VIO1)을 조절할 수 있다. 예를 들어, PWM 제어기(300)에서 기준 전압(VR)에 따라 출력 전류 추정 전압(VIO1)의 범위도 제한될 수 있는데, 저항(R1, R2)를 이용하여 제한된 범위에 적합하도록 출력 전류 추정 전압(VIO1)을 제어할 수 있다.
저항(R1) 및 저항(R2)의 위치가 도 3에 도시된 제2 실시 예에 제한되지 않는다. 출력 전류 추정기는 로패스 필터(203)를 통과한 전압을 저항 분배하여 출력 전류 추정 전압(VIO2)를 생성할 수도 있다.
도 4는 제3 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
제3 실시 예는 제2 실시 예와 비교해 저항(R3) 및 저항(R4)의 위치가 로패스 필터(203)의 출력단 쪽으로 변경되어 있다. 제3 실시 예에 따른 출력 전류 추정기(220)은 제1 실시 예와 비교해 저항(R3), 저항(R4), 버퍼(205)를 더 포함한다.
앞서 설명한 실시 예들과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략한다.
버퍼(205)의 입력단은 로패스 필터(203)의 출력단인 노드(N2)에 연결되어 있고, 로패스 필터(203)의 출력을 출력한다. 저항(R3) 및 저항(R4)은 직렬 연결되어 있고, 저항(R4)의 일단에는 로패스 필터(203)의 출력이 입력되며, 저항(R4)의 타단 및 저항(R3)의 일단이 노드(N3)에 연결된다. 저항(R3)의 타단은 1차측 그라운드에 연결되어 있다. 노드(N3)의 전압이 출력 전류 추정 전압(VIO2)이다.
본 발명은 출력 전류 추정 전압(VIO)을 저항들로 분배하여 그 스케일을 감소시킬 수 있는 것에 한정되지 않는다. 출력 전류 추정 전압(VIO)를 증폭하여 스케일을 증가시킬 수 있다.
도 5는 제4 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
제4 실시 예에 따른 출력 전류 추정기(230)는 제1 실시 예에 비해 검출 감지 전압(VCS)을 증폭하는 수단(이하, 증폭부)(232)를 더 포함한다. 앞서 설명한 제1 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략한다.
증폭부(232)는 오차 증폭기(231), 저항(R5), 및 저항(R6)를 더 포함한다. 오차 증폭기(231)의 비반전 단자(+)에는 검출 감지 전압(VCSD)이 입력되고, 오차 증폭기(231)의 반전 단자(-)와 출력단 사이에는 저항(R6)이 연결되어 있으며, 반전 단자(-)와 1차측 그라운드 사이에는 저항(R5)이 연결되어 있다.
그러면, 증폭부(232)는 비반전 단자(+)에 입력되는 검출 감지 전압(VCSD)을 소정 비율((R5+R6)/R6)로 증폭하여 출력한다. 이렇게 증폭된 전압이 방전 기간 동안 버퍼(201)를 통해 로패스 필터(203)로 전달된다. 로패스 필터(203)에 의해 출력되는 출력 전류 추정 전압(VIO3)는 제1 실시 예의 출력 전류 추정 전압(VIO)에 소정 비율((R5+R6)/R5)만큼 증폭된 전압이다.
증폭부(232)의 위치가 도 5에 도시된 제4 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 출력 전류 추정기는 로패스 필터(203)을 통과한 전압을 증폭하여 출력 전류 추정 전압(VIO4)을 생성할 수도 있다.
도 6은 제5 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
제5 실시 예에 따른 출력 전류 추정기(240)는 제4 실시 예에 비교해 증폭부(242)의 위치가 로패스 필터(203)의 출력단 쪽으로 변경되어 있다. 제5 실시 예에 따른 출력 전류 추정기(240)는 제1 실시 예와 비교해 증폭부(242)를 더 포함한다. 앞서 설명한 제1 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략한다.
증폭부(242)는 오차 증폭기(241), 저항(R7), 저항(R8), 및 버퍼(206)를 더 포함한다.
버퍼(206)의 입력단은 로패스 필터(203)의 출력단인 노드(N2)에 연결되어 있고, 로패스 필터(203)의 출력을 출력한다. 오차 증폭기(241)의 비반전 단자(+)에는 로패스 필터(203)의 출력이 입력되고, 오차 증폭기(241)의 반전 단자(-)와 출력단 사이에는 저항(R8)이 연결되어 있으며, 반전 단자(-)와 1차측 그라운드 사이에는 저항(R7)이 연결되어 있다.
그러면, 증폭부(232)는 비반전 단자(+)에 입력되는 로패스 필터(203)의 출력을 소정 비율((R7+R8)/R7)로 증폭하여 출력한다. 그러면 출력 전류 추정 전압(VIO4)은 제1 실시 예의 출력 전류 추정 전압(VIO)에 비해 소정 비율((R7+R8)/R7)만큼 증폭된 전압이다.
출력 전류 추정기의 변형 예는 위 실시 예들에 한정되지 않고, 전류 미러를 더 포함할 수 있다.
도 7은 제6 실시 예에 따른 출력 전류 추정기를 나타낸 도면이다.
제6 실시 예에 따른 출력 전류 추정기(250)는 제1 실시 예와 비교해 전류 미러(254)를 더 포함한다. 앞서 설명한 제1 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략한다.
전류 미러(254)는 검출 감지 전압(VCSD)에 따르는 전류(I1)을 소정 비율(K)만큼 증폭하여 제2 전류(I2)를 생성한다.
전류(I1)는 오차 증폭기(251), 트랜지스터(252), 및 저항(R9)에 의해 생성된다. 오차 증폭기(251)의 비반전 단자(+)에 검출 감지 전압(VCSD)가 입력되고, 오차 증폭기(251)의 반전 단자(-)는 트랜지스터(252)의 소스에 연결되어 있다. 오차 증폭기(251)의 출력단은 트랜지스터(252)의 게이트에 연결되어 있다.
트랜지스터(252)의 소스와 1차측 그라운드 사이에 저항(R9)이 연결되어 있고, 트랜지스터(252)의 드레인은 전류 미러(254)에 연결되어 있다. 오차 증폭기(251)의 반전 단자(-)의 전압은 전류(I1)과 저항(R9)의 곱에 따라 결정되고, 비반전 단자(+)의 전압은 검출 감지 전압(VCSD)이다.
오차 증폭기(251)는 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)의 전압을 동일하게 제어하기 위한 출력을 생성하고, 트랜지스터(252)가 오차 증폭기(251)의 출력에 따라 전류(I1)를 생성한다. 반전 단자(-)의 전압이 검출 감지 전압(VCSD)보다 커지면 전류(I1)이 줄고, 반전 단자(-)의 전압이 검출 감지 전압(VCSD)보다 작아지면 전류(I1)이 증가하여 반전 단자(-)의 전압이 검출 감지 전압(VCSD)으로 제어된다. 따라서 전류(I1)는 VCSD/R9으로 제어된다.
전류 미러(254)는 전류(I1)을 비율(K)로 증폭하므로 전류(I2)는 K*VCSD/R9이 된다. 그러면, 노드(N5)에 발생하는 복사 전압(VN5)은 전류(I2)에 저항(R10)을 곱한 전압이므로, K*R10*VCSD/R9이 된다.
이렇게 증폭된 복사 전압(VN5)은 방전 기간 동안 버퍼(201)를 통해 로패스 필터(203)로 전달된다. 로패스 필터(203)에 의해 출력되는 출력 전류 추정 전압(VIO5)는 제1 실시 예의 출력 전류 추정 전압(VIO)에 소정 비율(K*R10/R9)만큼 증폭된 전압이다.
지금까지 출력 전류를 추정하기 위한 다양한 실시 예들을 설명하였다. 실시 예들에 따르면 종래와 비교해 간단한 구성인 로패스 필터만으로 출력 전류를 추정할 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 속하는 것이다.
1: 전력 공급 장치
10: 스위치 제어 회로
100: 감지전압 검출기
200: 출력 전류 측정기
203: 로패스 필터
300: PWM 제어기

Claims (21)

  1. 전력 스위치,
    상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 공급되는 전류를 정류하여 출력 전류를 생성하는 정류 다이오드, 및
    상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류에 대응하는 출력 전류 추정 전압을 생성하는 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 피크를 검출하여 상기 검출 감지 전압을 생성하는 전력 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 평균을 산출하여 상기 검출 감지 전압을 생성하는 전력 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    로패스 필터를 포함하고,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 중 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성하는 전력 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    로패스 필터, 및
    상기 검출 감지 전압을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 포함하고,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 저항 분배된 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성하는 전력 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    로패스 필터, 및
    상기 로패스 필터의 출력을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 포함하고,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 출력을 생성하고,
    상기 로패스 필터의 출력이 상기 제1 및 제2 저항에 의해 분배되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성되는 전력 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    로패스 필터, 및
    상기 검출 감지 전압을 증폭하는 증폭부를 포함하고,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 증폭된 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성하는 전력 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    로패스 필터, 및
    상기 로패스 필터의 출력을 증폭하는 증폭부를 포함하고,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 출력을 생성하고,
    상기 로패스 필터의 출력이 상기 증폭부에 의해 증폭되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성되는 전력 공급 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 회로는,
    로패스 필터, 및
    상기 검출 감지 전압에 대응하는 제1 전류를 소정 비율로 복사하여 제2 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 대응하는 복사 전압을 생성하는 전류 미러를 포함하고,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안 상기 정류 다이오드에 전류가 흐르는 방전 기간 동안 상기 복사 전압을 상기 로패스 필터로 공급하고, 상기 로패스 필터는 상기 전력 스위치의 스위칭 주기 동안의 입력을 로패스 필터링하여 상기 출력 전류 추정 전압을 생성하는 전력 공급 장치
  10. 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로에 있어서,
    상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 생성하는 감지 전압 검출기, 및
    상기 검출 감지 전압을 로패스 필터링하여 상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 제어되는 출력 전류에 대응하는 출력 전류 추정 전압을 생성하는 출력 전류 추정기를 포함하는 스위치 제어 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 감지 전압 검출기는,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 피크를 검출하여 상기 검출 감지 전압을 생성하는 스위치 제어 회로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 감지 전압 검출기는,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 단위로 상기 감지 전압의 평균을 산출하여 상기 검출 감지 전압을 생성하는 스위치 제어 회로.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    로패스 필터, 및
    방전 기간 동안 상기 검출 감지 전압을 상기 로패스 필터로 공급하는 제1스위치를 포함하고,
    상기 방전 기간은 상기 출력 전류를 생성하는 정류 다이오드에 전류가 흐르는 기간인 스위치 제어 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    상기 전력 스위치의 스위칭 주기 중 상기 방전 기간을 제외한 나머지 기간에 소정의 기준 전압을 공급하는 제2 스위치를 더 포함하는 스위치 제어 회로.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    상기 검출 감지 전압을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 더 포함하고,
    상기 방전 기간 동안 상기 저항 분배된 검출 감지 전압은 상기 제1 스위치를 통해 상기 로패스 필터로 공급되는 스위치 제어 회로.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    상기 로패스 필터의 출력을 저항 분배하는 제1 및 제2 저항을 더 포함하고,
    상기 로패스 필터의 출력이 상기 제1 및 제2 저항에 의해 분배되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성되는 전력 공급 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    상기 검출 감지 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고,
    상기 방전 기간 동안 상기 증폭된 검출 감지 전압이 상기 로패스 필터로 공급되는 스위치 제어 회로.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    상기 로패스 필터의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고,
    상기 로패스 필터의 출력이 상기 증폭부에 의해 증폭되어 상기 출력 전류 추정 전압이 생성되는 스위치 제어 회로.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정기는,
    상기 검출 감지 전압에 대응하는 제1 전류를 소정 비율로 복사하여 제2 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 대응하는 복사 전압을 생성하는 전류 미러를 더 포함하고,
    상기 방전 기간 동안 상기 복사 전압이 상기 로패스 필터로 공급되는 스위치 제어 회로.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 출력 전류 추정 전압과 소정의 기준 전압 간의 차를 증폭한 비교 전압과 상기 감지 전압 및 삼각파 중 어느 하나를 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로.
  21. 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로에 있어서,
    상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압에 대응하는 검출 감지 전압을 생성하는 감지 전압 검출기,
    상기 검출 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차를 증폭하는 오차 증폭기, 및
    상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 커패시터를 포함하고,
    상기 커패시터에 의해 상기 오차 증폭기의 출력이 로패스 필터링 되는 스위치 제어 회로.
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