KR20150100235A - 소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 직류-직류 변환 장치 - Google Patents

소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 직류-직류 변환 장치 Download PDF

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Abstract

소프트 스타트 회로는 소프트 스타트 회로는 직류-직류 변환장치의 출력 전압을 측정하고, 상기 측정된 출력 전압과 특정 기준 전압을 비교하여 상기 직류-직류 변환장치의 초기 구동시 점진적으로 증가하는 기준 신호를 생성하며, 상기 생성된 기준 신호를 기초로 직류-직류 변환장치의 출력을 제어한다. 이를 통해, 전압 또는 전류 피드백을 기초로 돌입전류 및 과전압 발생을 방지하고, 집적 효율을 높일 수 있다.

Description

소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 직류-직류 변환 장치{SOFT-START CIRCUIT AND DC-DC CONVERTOR HAVING THE SAME}
본 발명은 소프트 스타트 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양극의 되돌림 회로(positive feed-back loop, 이하 '피드백 루프'라 함)를 이용하여 직류-직류 변환장치(이하, 'DC-DC 변환장치'라 함)를 안정적으로 초기 구동할 수 있는 소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 직류-직류 변환장치에 관한 것이다.
전원 관리 집적 회로(power management integrated circuit, 이하 'PMIC'라 함)는 전원을 조정해 주는 IC로, 모바일 또는 배터리를 이용하는 장치의 구동시간을 연장하기 위해 사용되고 있다.
DC-DC 변환장치는 PMIC의 공급 전원을 정류하여 입력 전압(Vin) 또는 출력 부하와 무관하게 일정 전압을 공급하기 위해 이용되나, 초기 구동시 돌입 전류(inrush current)와 과전압(overshoot voltage)이 발생하는 문제점이 있다.
소프트 스타트 회로는 DC-DC 변환장치의 초기 구동시 출력 전압 및 전류를 부드럽게(smoothly) 변화하게 한다.
도 1은 종래의 소프트 스타트 회로를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 DC-DC 변환장치(100)에 있어서, 종래의 소프트 스타트 회로(110)는 전류원(Ibias), 커패시터(Css) 및 아날로그 선택기(Analog Multiplexer or Minimum Selector)를 포함한다.
종래의 소프트 스타트 회로(110)는 전류원(Ibias)을 통해 공급되는 전류를 커패시터(Css)에 충전하여 특정 기울기를 가지고 특정 전압까지 증가하는 램프 전압(Vramp)을 생성한다. 종래의 소프트 스타트 회로는 아날로그 선택기(Analog Multiplexer or Minimum Selector)를 통해 최종 출력 전압과 연관된 기준 전압(Vref)과 생성된 램프 전압(Vramp)를 비교하고, 이 중 작은 크기를 갖는 전압을 선택하여 피드백 루프에 공급한다.
종래의 DC-DC 변환장치(100)는 선택된 전압(Vref_ss)과 피드백 루프를 통해 제공되는 출력 전압(Vfb)간의 오차를 증폭기(Error amplifier)를 통해 계산하고 반영하여 부하단에 일정한 크기의 전원(예를 들어, 기준 전압)을 공급할 수 있다.
도 2는 종래의 소프트 스타트 회로에서 나타나는 신호들에 대한 파형도이다.
도 2를 참조하면, X축과 Y축은 각각 시간과 전압의 크기를 나타내며, O 점(0 [sec])은 종래의 DC-DC 변환장치(100)가 구동되는 시점에 해당한다.
기준 전압(Vref)은 부하단에 공급하고자 하는 전압에 해당하고, 기 설정되어 시간의 변화와 무관하게 일정 값을 가질 수 있다.
종래의 소프트 스타트 회로(110)에서 생성된 램프 전압(Vramp)은 특정 전압까지 일정한 기울기를 가지고 증가한다.
선택된 전압(Vref_ss)은 기준 전압(Vref)과 램프 전압(Vramp) 중 작은 크기를 갖는 전압에 해당하는 바, 최초 구동 시점부터 특정 시점(t1)까지 구간에서는 램프 전압(Vramp)과 같고, 특정 시점(t1) 이후의 구간에서는 기준 전압(Vref)과 같은 크기의 파형을 나타낸다.
종래의 DC-DC 변환 회로(100)에서 피드백 된 출력 전압(Vfb)과 선택된 전압(Vref_ss)간의 차이가 크지 않으므로, 종래의 소프트 스타트 회로(110)는 초기 구동시 돌입 전류와 과전압이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 종래의 소프트 스타트 회로(110)는 별도의 전류원(Ibias)과 충전 용량에 따라 큰 부피가 요구되는 커패시터(Css)를 포함하여 집적화, 즉 칩 내부(on-chip)에 해당 회로를 집적하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 집적 효율을 높일 수 있는 소프트 스타트 기술을 제공하고자 한다.
본 발명은 전압 및 전류 제어가 가능한 소프트 스타트 기술을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 소프트 스타트 회로는 직류-직류 변환장치의 출력 전압을 측정하고, 상기 측정된 출력 전압과 특정 기준 전압을 비교하여 상기 직류-직류 변환장치의 초기 구동시 점진적으로 증가하는 기준 신호를 생성하며, 상기 생성된 기준 신호를 기초로 직류-직류 변환장치의 출력을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 소프트 스타트 회로는 상기 출력 전압을 감지하는 출력 전압 측정부; 및 상기 특정 기준 전압과 상기 출력 전압을 상호 비교하여 작은 크기의 전압을 기준 신호로 선택하는 기준 신호 생성부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 측정부는 상기 직류-직류 변환장치의 피드백 루프를 통해 제공되는 출력 전압보다 작은 전압을 갖도록 증폭할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 측정부는 상기 직류-직류 변환장치의 피드백 루프에서 출력 전압 측정단이 직렬 연결된 복수의 저항을 통해 구현되는 경우, 피드백 루프가 형성되는 저항의 전위보다 높은 전위의 저항에 인가되는 전압을 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 특정 기준 전압은 상기 출력 전압의 목표 전압에 해당하고, 일정하게 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 특정 기준 전압은 상기 출력 전압의 목표 전압과 상기 출력 전압을 비교하여 생성된 오차 신호에 해당할 수 있다.
실시예들 중에서, 소프트 스타트 회로는 직류-직류 변환장치의 입력 전류와 출력 전압 각각을 측정하고, 상기 측정된 출력 전류와 출력 전압을 상호 비교하여 상기 직류-직류 변환장치와 부하(load) 간의 연결 또는 차단을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 소프트 스타트 회로는 상기 출력 전류를 측정하는 출력 전류 측정부; 상기 출력 전압을 측정하는 출력 전압 측정부; 상기 출력 전류와 상기 출력 전압을 최대 특정 크기를 갖는 신호로 각각 환산하고 상호 비교하여 차이를 계산하는 출력 연산부; 및 상기 출력 연산부의 출력이 특정 기준을 초과하는 경우 상기 직류-직류 변환장치와 부하간의 연결을 차단하는 과전류 차단부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 과전류 차단부는 특정 기준을 초과하는 전압이 공급되는 경우 턴오프 되고, 특정 기준 이하의 전압이 공급되는 경우 턴온 상태를 유지하는 스위치를 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 피드백 루프를 이용하여 특정 전압을 일정하게 공급하는 직류-직류 변환장치는 입력 전압을 정류하여 출력하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터의 출력 전압과 기준 신호간의 차이를 계산하여 상기 레귤레이터로 하여금 기준 신호에 대응되는 전압을 출력하도록 제어하는 피드백 루프 제어 회로; 및 상기 직류-직류 변환장치의 초기 구동시 점진적으로 증가하는 상기 기준 신호를 생성하는 소프트 스타트 회로를 포함하고, 상기 소프트 스타트 회로는 상기 출력 전압을 감지하는 출력 전압 측정부; 및 특정 기준 전압과 상기 출력 전압을 상호 비교하여 작은 크기의 전압을 기준 신호로 선택하는 기준 신호 생성부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 DC-DC 변환장치는 피드백 루프 회로를 이용하여 집적 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 DC-DC 변환장치는 전압 또는 전류 피드백을 통해 전압 및 전류 제어가 가능할 수 있다.
도 1은 종래의 소프트 스타트 회로를 나타내는 예시도이다.
도 2는 종래의 소프트 스타트 회로에서 나타나는 신호들에 대한 파형도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 있는 소프트 스타트 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 있는 소프트 스타트 회로의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 DC-DC 변환장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 실시예에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
'제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 '~사이에'와 '바로 ~사이에' 또는 '~에 이웃하는'과 '~에 직접 이웃하는' 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 변환장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, DC-DC 변환장치(300)는 직류-직류 변환회로(310, 이하 'DC-DC 변환회로'라 함)과 소프트 스타트 회로(320)를 포함한다.
일 실시예에서, DC-DC 변환회로(310)는 레귤레이터(311)와 피드백 루프 제어 회로(312)를 포함한다.
레귤레이터(regulator 또는 조정기, 311)는 입력 전압(Vin)을 공급 받아 입력 전압(Vin)의 변동 또는 부하의 변동과 무관하게 요구되는 전압(또는 전압 범위)를 유지한다. 예를 들어, 레귤레이터(311)는 강압 변환장치(buck converter), 로우 드랍아웃 조정기(Low Dropout Regulator, LDR), DC-DC 승압 변환장치(Boost Converer) 등으로 구현될 수 있다.
부하는 커패시터(C)와 부하 저항(RL)이 병렬 연결된 형태로 나타날 수 있다.
피드백 루프 제어 회로(312)는 레귤레이터(311)로 하여금 부하 측에 일정한 전압을 제공할 수 있도록 출력 전압(Vout)을 측정하여 레귤레이터(311)를 제어하는 회로에 해당한다.
보다 구체적으로, 피드백 루프 제어 회로(312)는 레귤레이터(311)의 출력단과 연결된 부하 측의 전압(Vout)을 측정하고, 레귤레이터(311)가 공급해야 하는 기준 신호(Vref_ss)와 측정된 전압(Vout)간의 오차(Verror)를 산출하여 레귤레이터(311)에 제공한다. 한편, 레귤레이터(311)는 산출된 오차(Verror)를 반영하여 레귤레이터(311)의 출력을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
피드백 루프 제어 회로(312)는 출력 전압 측정부와 출력 연산부를 포함한다.
출력 전압 측정부는 부하 측에 걸리는 전압을 측정하고, 예를 들어, 부하 측과 접지(GND) 간에 연결된 적어도 하나의 저항을 포함하고, 부하 측과 저항이 연결된 노드의 전압을 출력 전압으로 측정할 수 있다.
출력 연산부는 기준 전압(Vref_ss) 대비 출력 전압(Vout)의 오차(Verror)를 산출하여 레귤레이터(311)에 제공한다.
일 실시예에서, 출력 연산부는 차동 증폭기(amplifier)로 구현될 수 있고, 기준 전압(Vref_ss)과 출력 전압(Vout)을 차등 증폭시켜 레귤레이터(311)에 제공할 수 있다.
소프트 스타트 회로(320)는 DC-DC 변환장치(300)의 출력 전압(Vout)과 특정 기준 전압(Vref)을 측정하고, 이들을 상호 비교하여 DC-DC 변환장치의 초기 구동시 점진적으로 증가하는 기준 신호(Vref_ss)를 생성하며, 생성된 기준 신호(Vref_ss)를 기초로 DC-DC 변환장치(300)를 제어한다.
일 실시예에서, 소프트 스타트 회로(320)는 피드백 루프 제어 회로(312)의 전단에 위치하여 생성된 기준 신호(Vref_ss)를 피드백 루프 제어 회로(312)에 제공할 수 있다. 한편, 피드백 루프 제어 회로(312)는 생성된 기준 신호(Vref_ss)와 출력 전압(Vout)을 비교하여 오차 신호(Verror)를 생성할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 소프트 스타트 회로(320)는 피드백 루프 제어 회로(312)의 후단에 위치하여 생성된 기준 신호를 레귤레이터(311)에 제공할 수 있다. 여기에서, 소프트 스타트 회로(320)에 입력되는 특정 기준 신호는 피드백 루프 제어 회로(312)에 의해 생성된 오차 신호(Verror)에 해당할 수 있다.
소프트 스타트 회로(320)는 피드백 루프 제어 회로(312)에 포함되는 형태로 구현될 수도 있다.
도 4는 도 3에 있는 소프트 스타트 회로를 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4(a)를 참조하면, 소프트 스타트 회로(320)는 피드백 루프 제어 회로(312)의 전단에 위치한다.
소프트 스타트 회로(320)는 출력 전압(Vout)을 감지하는 출력 전압 측정부(321) 및 특정 기준 전압(Vref)과 출력 전압(Vout)을 상호 비교하여 작은 크기의 전압을 기준 신호로 출력하는 기준 신호 생성부(322)를 포함한다. 여기에서, 특정 기준 전압(Vref)은 레귤레이터(311)가 출력해야 하는 목표 출력 전압에 해당하고, 일정 값에 해당할 수 있다.
출력 전압 측정부(321)는 DC-DC 변환장치(300)의 출력 전압, 즉, 부하 측의 출력 전압(Vout)을 측정한다.
일 실시예에서, 출력 전압 측정부(321)는 DC-DC 변환장치(300)의 피드백 루프 제어 회로(312)의 전압 측정부와 함께 구현될 수 있다.
출력 전압 측정부(321)는 부하측과 접지간 직렬 연결된 3개의 저항(R1 내지 R3)을 포함한다. 출력 전압 측정부(321)는 부하 측에 인접한 제2 및 제3 저항들(R2, R3)이 상호 연결된 노드의 전압을 제1 출력 전압(Vfb)으로 측정할 수 있다. 한편, 피드백 루프 제어 회로(312)는 접지와 연결된 제1 및 제2 저항들(R1, R2)이 상호 연결된 노드의 전압을 제2 출력 전압(Vfb2)으로 측정할 수 있다.
기준 신호 생성부(322)는 저전압 선택기(minimum voltage selector)로 구현된다.
기준 신호 생성부(322)의 입력단 각각은 특정 기준 전압(Vref)과 제1 출력 전압(Vfb)에 연결되고, 기준 신호 생성부(322)의 출력단은 후술할 피드백 루프 제어 회로(312)의 출력 연산부에 연결된다.
기준 신호 생성부(322)는 특정 기준 전압(Vref)과 제1 출력 전압(Vfb)을 상호 비교하여 작은 크기의 전압을 기준 신호(Vref_ss)로 선택하여 출력한다.
도 4(b)를 참조하면, 특정 기준 전압(Vref), 제1 및 제2 출력 전압들(Vfb, Vfb2) 및 기준 신호(Vref_ss)의 파형을 나타내고, 그래프의 X축과 Y축 각각은 시간(t) 및 신호의 크기(V)를 나타낸다.
특정 기준 전압(Vref)는 기 설정되어 시간의 변화와 무관하게 일정한 크기의 전압으로 나타난다. 이와 달리, 특정 기준 전압(Vref)은 제품 적용에 따라 다르게 나타날 수 있고, 예를 들어, 계단식 파형(stepped pulse)에 해당할 수 있다.
제1 출력 전압(Vfb)은 소프트 스타트 회로(320)의 출력 전압 측정부(321)를 통해 측정되는 부하측 출력 전압에 해당하고, 일정 시간까지는 특정 기울기를 가지고 점진적으로 증가하며, 일정 시간 이후(t2)에는 특정 크기로 포화(saturation)된다.
제1 출력 전압은 부하 측의 커패시터(C)에 레귤레이터(311)를 통해 공급된 전하가 충전됨에 따라 점진적으로 증가하고, 커패시터(C)의 충전이 완료된 시점에는 커패시터(C)의 충전 전압으로 일정하게 유지되기 때문이다.
제2 출력 전압(Vfb2)은 피드백 루프 제어 회로(312)를 통해 측정된 부하 측의 출력 전압에 해당하고, 또한, 레귤레이터(311)에서 부하 측에 공급하고자 하는 목표 전압에 해당한다.
이에 따라, 제2 출력 전압(Vfb2)은 목표 전압에 해당하는 특정 기준 전압(Vref)까지 점진적으로 증가하다가 포화되는 형태로 나타난다.
기준 신호(Vref_ss)는 기준 신호 생성부(322)를 통해 특정 기준 전압(Vref)과 제1 출력 전압(Vfb)을 비교하여 선택된 작은 크기의 전압에 해당하는 바, DC-DC 변환장치(300)의 초기구동부터 특정 기준 전압(Vref)과 제1 출력 전압(Vfb)이 만나는 일정 시간(t1)까지는 제1 출력 전압(Vfb)에 따르고, 일정 시간(t1) 이후에는 특정 기준 전압(Vref)과 같은 파형으로 나타난다.
도 5는 도 3에 있는 소프트 스타트 회로의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5(a)를 참조하면, 소프트 스타트 회로(320)는 도 4와 마찬가지로, 출력 전압 측정부(321) 및 기준 신호 생성부(322)를 포함한다. 이하, 도 4와 비교하여 차이가 있는 부분을 중점으로 설명한다.
소프트 스타트 회로(320)는 피드백 루프 제어 회로(312)의 후단에 배치될 수 있다.
피드백 루프 제어 회로(312)는 특정 기준 전압(Vref)과 제3 출력 전압(Vfb3)을 비교하여 오차 신호를 생성한다.
소프트 스타트 회로(320)는 피드백 루프 제어 회로(312)에서 생성된 오차 신호(Verror)와 제4 출력 전압(Vfb4)을 기초로 기준 신호를 생성한다.
여기에서, 제3 및 제4 출력 전압들(Vfb3, Vfb4) 각각은 부하 측에 걸리는 전압(voltage cross the load)을 각각 다른 증폭 비율(rate, 예를 들어, K1 및 K2)로 증폭한 신호에 해당할 수 있다. 예를 들어, 제1 증폭 비율(K1)은 제3 출력 전압(Vfb3)이 레귤레이터(311) 출력의 목표 전압과 동일하도록 설정될 수 있고(K1 = 1), 제2 증폭 비율(K2)은 임의의 값에 해당할 수 있으나, 과전류의 공급을 방지하기 위하여 1보다 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하다(K2 < 1).
일 실시예에서, 기준 신호 생성부(322)는 저전압 선택기(minimum voltage selector) 또는 리미터(limiter)로 동작될 수 있다. 소프트 스타트 회로(320)의 구동이 종료되는 시점, 즉, 오차신호(Verror)가 제4 출력 전압(Vfb4)보다 낮아지는 시점에, 소프트 스타트 회로(320)의 루프 회로가 피드백 제어 회로(312)으로부터 자연스럽게 분리될 수 있도록, 기준신호 생성부(322)는 리미터(limiter)로 구현되는 것이 바람직하다.
여기에서, 기준신호는 오차신호(Verror)와 제4 출력 전압(Vfb4)을 기초로 생성된다는 점에서, 도 4의 기준 신호(Vref_ss)와 구별되는 Verror_ss로 나타난다.
상기에서는 피드백 루프 제어 회로(312)와 소프트 스타트 회로(320)는 출력 전압(Vout)을 제1 및 제2 증폭 비율(K1, K2)로 증폭하는 구성으로 나타내었으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 증폭기를 이용한 회로 또는 도 4에서 설명한 저항을 이용한 회로 등 통상적인 전압 측정 회로로 구현될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
도 5(b)를 참조하면, 오차 신호(Verror), 제4 출력 전압(Vfb4) 및 기준 신호(Verror_ss)의 파형을 나타내고, 그래프의 X축과 Y축 각각은 시간 및 신호의 크기를 나타낸다.
오차 신호는 특정 기준 전압(Vref)와 제3 출력 전압(Vfb3)의 차이를 나타냄에 따라, DC-DC 변환장치(300)의 초기 구동시 최대 크기를 갖고, 시간의 흐름에 따라 감소하여 특정 전압(예를 들어, 0[V])으로 포화될 수 있다.
제4 출력 전압(Vfb4)은 출력 전압 측정부(321)에 의해 측정된 전압에 해당하고, 부하 측의 커패시터(C)에 충전되는 전압에 비례하여 변화함에 따라, 예를 들어, 0[V]에서 목표 전압까지 점진적으로 증가하여 목표 전압에서 포화되는 형태로 나타날 수 있다.
기준 신호(Verror_ss)는 기준 신호 생성부(322)에서 오차 신호(Verror)와 제4 출력 전압(Vfb4) 중 작은 크기를 갖는 신호를 선택하여 생성된 신호에 해당하고, DC-DC 변환장치(300)의 최초 구동부터 오차 신호(Verror)와 측정된 제4 출력 전압(Vfb4)이 만나는 시점(t1)까지는 측정된 출력 전압(Vfb4)과 같고, 해당 시점(t1) 이후부터는 오차 신호(Verror)와 같은 형태의 파형으로 나타날 수 있다.
도 6은 본 발명은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 DC-DC 변환장치를 나타내는 도면이다.
도 6(a)를 참조하면, DC-DC 변환장치(600)는 DC-DC 변환회로(610)와 소프트 스타트 회로(620)를 포함한다.
DC-DC 변환회로(610)는 레귤레이터(611)와 부하를 포함하고, 도시하지 않았으나, 피드백 루프 제어 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
레귤레이터(611)는 입력 전압(Vin)을 공급받아 입력 전압(Vin)의 변동 또는 부하의 변동과 무관하게 요구되는 전압을 유지하며, 앞서 설명한 바와 같다.
소프트 스타트 회로(620)는 부하 측에 과전류가 공급되는 것을 방지한다.
보다 구체적으로, 소프트 스타트 회로(620)는 DC-DC 변환장치(600)의 입력 전류와 출력 전압을 측정하고, 이들을 상호 비교하여 DC-DC 변환장치(600)를 부하 측에 연결하거나 또는 차단시킬 수 있다.
소프트 스타트 회로(620)는 입력 전류 측정부(621), 출력 전압 측정부(622), 출력 연산부(623) 및 과전류 차단부(624)를 포함한다.
입력 전류 측정부(621)는 레귤레이터(611)의 입력 전류를 측정하고, 출력 전압 측정부(622)는 부하 측에 인가되는 출력 전압(Vout)을 측정한다. 예를 들어, 입력 전류 측정부(621) 및 출력 전압 측정부(622) 각각의 통상의 전류 또는 전압 측정 센서로 구현될 수 있다.
출력 전압 측정부(622)는 부하 측의 출력 전압(Vout)을 제1 특정 비율(K1)로 증폭시킬 수 있다.
출력 연산부(623)는 입력 전류 측정부(621) 및 출력 전압 측정부(622)에서 각각 측정된 출력 전류 및 측정된 출력 전압(Vfb5)을 수신하고, 수신한 신호들 각각을 특정 최대 크기를 갖는 신호들로 환산하여 상호 비교한다. 출력 연산부(623)는 상호 비교한 결과 두 신호들간의 차이를 계산하여 전류 오차 신호(Vocp)를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 출력 연산부는 측정된 출력 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로와 변환된 전압과 측정된 출력 전압(Vfb5) 간의 차이 값을 계산하는 차동 증폭기(amplifier 또는 comparator)를 포함할 수 있다.
과전류 차단부(624)는 출력 연산부의 전류 오차 신호(Vocp)를 수신하고, 전류 오차 신호(Vocp)가 특정 기준을 초과하는 경우 DC-DC 변환장치(600)와 부하간의 연결을 차단한다.
일 실시예에서, 과전류 차단부(624)는 스위치와 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
스위치는 제어 신호의 위상에 따라 DC-DC 변환장치(600)와 부하간을 연결하거나 차단시킨다. 예를 들어, 스위치는 MOSFET으로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 스위치는 레귤레이터(611) 내부에 형성될 수 있다.
스위치 제어부는 출력 연산부의 오차 신호(Vocp)를 수신하여 특정 기준을 초과하는지 여부를 판단한다. 여기에서, 특정 기준은 기 설정되어 저장될 수 있다.
보다 구체적으로, 스위치 제어부는 출력 연산부의 전류 오차 신호(Vocp)가 특정 기준을 초과하는지 여부를 판단하고, 특정 기준 이하인 경우 스위치를 턴온 시키는 위상 신호(예를 들어, 0 or low level)을 생성하며, 특정 기준을 초과하는 경우 스위치를 턴오프 시키는 위상 신호(예를 들어, 1 or High level)를 생성할 수 있다.
이를 통해, 소프트 스타트 회로(320)는 레귤레이터(611)를 통해 부하 측에 돌입전류가 인가되는 것을 방지하고, 스위치 제어부의 특정 기준을 기초로 공급 전압 및 전류가 점진적으로 증가하도록 할 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 측정된 출력 전압(Vfb)은 부하 측의 커패시터(C)에 전하가 충전됨에 따라 점진적으로 증가하고 커패시터(C)의 충전이 완료된 시점에는 커패시터(C)의 충전 전압으로 일정하게 유지됨에 따라, 부하 측의 커패시터(C)가 종래의 소프트 스타트 회로(620)의 커패시터(Css) 역할을 수행하게 된다.
이를 통해, 소프트 스타트 회로(620)는 종래의 소프트 스타트 회로(620)에서 기준 신호 생성을 위해 요구된 별도의 전류원과 커패시터를 제거할 수 있고, 과전류 차단부(624)를 통해 돌입전류가 부하 측에 인가되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 DC-DC 변환장치에 국한하여 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 스타트 회로는 피드백 루프를 구성하여 해당 장치의 초기 구동시 돌입전류와 과전압이 발생하는 전원공급장치에 적용될 수 있고, 이는 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
또한, 상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 종래의 DC-DC 변환장치 110 : 종래의 소프트 스타트 회로
300 : DC-DC 변환장치
310 : DC-DC 변환회로 311 : 레귤레이터
312 : 피드백 루프 제어 회로 320 : 소프트 스타트 회로
321 : 출력 전압 측정부 322 : 기준 신호 생성부
600 : DC-DC 정류 회로
610 : DC-DC 변환회로 611 : 레귤레이터
620 : 소프트 스타트 회로
621 : 입력 전류 측정부 622 : 출력 전압 측정부
623 : 출력 연산부 624 : 과전류 차단부

Claims (10)

  1. 직류-직류 변환장치의 출력 전압을 측정하고, 상기 측정된 출력 전압과 특정 기준 전압을 비교하여 상기 직류-직류 변환장치의 초기 구동시 점진적으로 증가하는 기준 신호를 생성하며, 상기 생성된 기준 신호를 기초로 직류-직류 변환장치의 출력을 제어하는 소프트 스타트 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소프트 스타트 회로는
    상기 출력 전압을 감지하는 출력 전압 측정부; 및
    상기 특정 기준 전압과 상기 출력 전압을 상호 비교하여 작은 크기의 전압을 기준 신호로 선택하는 기준 신호 생성부를 포함하는 소프트 스타트 회로
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준 신호 생성부는
    상기 출력 전압을 기초로 상기 직류-직류 변환장치의 피드백 제어 신호의 크기를 제한하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전압 측정부는
    상기 직류-직류 변환장치의 피드백 루프에서 출력 전압 측정단이 직렬 연결된 복수의 저항을 통해 구현되는 경우, 피드백 루프가 형성되는 저항의 전위보다 높은 전위의 저항에 인가되는 전압을 감지하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 특정 기준 전압은
    상기 출력 전압의 목표 전압에 해당하고, 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  6. 제2항에 있어서, 상기 특정 기준 전압은
    상기 출력 전압의 목표 전압과 상기 출력 전압을 비교하여 생성된 오차 신호에 해당하는 것을 특징으로 하는 소프트 스타트 회로.
  7. 직류-직류 변환장치의 입력 전류와 출력 전압 각각을 측정하고, 상기 측정된 입력 전류와 출력 전압을 상호 비교하여 상기 직류-직류 변환장치와 부하(load) 간의 연결 또는 차단을 제어하는 소프트 스타트 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소프트 스타트 회로는
    상기 입력 전류를 측정하는 입력 전류 측정부;
    상기 출력 전압을 측정하는 출력 전압 측정부;
    상기 입력 전류와 상기 출력 전압을 최대 특정 크기를 갖는 신호로 각각 환산하고 상호 비교하여 차이를 계산하는 출력 연산부; 및
    상기 출력 연산부의 출력이 특정 기준을 초과하는 경우 상기 직류-직류 변환장치와 부하간의 연결을 차단하는 과전류 차단부를 포함하는 소프트 스타트 회로.
  9. 제7항에 있어서, 상기 과전류 차단부는
    특정 기준을 초과하는 전압이 공급되는 경우 턴오프 되고, 특정 기준 이하의 전압이 공급되는 경우 턴온 상태를 유지하는 스위치를 포함하는 소프트 스타트 회로.
  10. 피드백 루프를 이용하여 특정 전압을 일정하게 공급하는 직류-직류 변환장치에 있어서,
    입력 전압을 조정하여 출력하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터의 출력 전압과 기준 신호간의 차이를 계산하여 상기 레귤레이터로 하여금 기준 신호에 대응되는 전압을 출력하도록 제어하는 피드백 루프 제어 회로; 및
    상기 직류-직류 변환장치의 초기 구동시 점진적으로 증가하는 상기 기준 신호를 생성하는 소프트 스타트 회로를 포함하고,
    상기 소프트 스타트 회로는
    상기 출력 전압을 감지하는 출력 전압 측정부; 및
    특정 기준 전압과 상기 출력 전압을 상호 비교하여 작은 크기의 전압을 기준 신호로 선택하는 기준 신호 생성부를 포함하는 직류-직류 변환장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106505847A (zh) * 2016-12-02 2017-03-15 西安电子科技大学 适用于升压型dc‑dc的分段软启动电路
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