KR20160099360A - 스위치 및 스위치 보호 방법 - Google Patents

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KR20160099360A
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허창재
김응주
이현석
방성만
백원진
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주식회사 솔루엠
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K17/08104—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치는, 온-오프 신호에 의해 동작되는 스위치 회로부; 및 온-오프 신호의 전압과 출력단자의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 보호 회로부; 를 포함함으로써, 스위치의 손상을 방지하고 입출력단자에서 발생되는 신호의 왜곡을 줄일 수 있다.

Description

스위치 및 스위치 보호 방법{Switch and method for protecting switch}
본 발명은 스위치 및 스위치 보호 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고전압과 고전류의 신호를 전달하기 위한 스위치는 고전압과 고전류에 의한 손상으로부터 보호될 필요가 있다.
예를 들어 스위치에 반도체 소자가 포함될 경우, 스위치에 걸리는 전압이 pn접합 구조에 따른 항복전압보다 높아질 수 있다. 이에 따라, 스위치에 포함된 반도체 소자는 손상될 수 있다.
스위치의 손상을 방지하기 위해, 복수의 입출력단자간의 전압 차이를 견딜 수 있는 반도체 소자가 이용될 수 있다. 그러나, 상기 반도체 소자는 온-오프 상태를 제어하는 온-오프 신호를 입력 받는 단자를 포함하는데, 상기 반도체 소자는 상기 복수의 입출력단자 중 하나와 상기 반도체 소자의 온-오프 신호를 입력 받는 단자간의 전압 차이까지도 견디기는 어렵다는 문제점이 있다.
또한 상기 문제점을 해결하기 위하여, 보호 장치가 추가된 스위치가 이용될 수 있다. 그러나, 상기 보호 장치에 의해 스위치의 입출력단자에서 신호의 왜곡이 발생될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서, 스위치를 보호할 수 있고 보호에 따른 신호의 왜곡을 줄일 수 있는 수단이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0017510호
본 발명의 일 실시예는, 스위치 및 스위치 보호 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치는, 온-오프 신호에 의해 동작되는 스위치 회로부; 및 온-오프 신호의 전압과 출력단자의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 보호 회로부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치는, 전달신호가 입출력되는 제1단자에 연결되어, 온-오프 신호에 의해 동작되는 제1스위치 회로부; 제1스위치 회로부와 전달신호가 입출력되는 제2단자의 사이에 연결되어 온-오프 신호에 의해 동작되는 제2스위치 회로부; 및 제1스위치 회로부와 제2스위치 회로부 사이의 노드 전압과 온-오프 신호의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고, 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 보호 회로부; 를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 보호 회로부는 상기 제1차이 전압 또는 상기 제2차이 전압을 제공하는 제너 다이오드; 및 소스 단자가 상기 제너 다이오드에 연결되고, 게이트 단자가 스위치 회로부에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결된 싱크 트랜지스터; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 보호 방법은, 복수의 단자 사이에서 신호의 통과 여부를 제어하는 스위치에 온-오프 신호를 제공하는 단계; 온-오프 신호의 전압과 스위치에서 신호가 통과되는 단자의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하는 단계; 및 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치는, 스위치의 손상을 방지하고 입출력단자에서 발생되는 신호의 왜곡을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 스위치를 예시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 스위치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 스위치의 보호 동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치를 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 5의 스위치를 예시한 회로도이다.
도 7은 도 6의 스위치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 8는 도 6의 스위치의 보호 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 상기 스위치(100)는, 스위치 회로부(110) 및 보호 회로부(120)를 포함할 수 있다.
스위치 회로부(110)는, 전달신호가 입력되는 입력단자와 상기 전달신호를 출력하는 출력단자의 사이에 연결되어, 온-오프 신호에 의해 동작될 수 있다. 예를 들어, 전달신호는 최대전압이 고전압과 고전류인 펄스신호 또는 정현파 신호일 수 있다.
여기서, 온-오프 신호는 상기 스위치 회로부(110)의 상태가 온 상태 또는 오프 상태가 되도록 제어하는 신호이다. 예를 들어, 온-오프 신호의 전압이 0인 경우 상기 스위치 회로부(110)의 상태는 온 상태일 수 있다. 예를 들어, 온-오프 신호의 전압이 전달신호의 최대전압인 경우 상기 스위치 회로부(110)의 상태는 오프 상태일 수 있다.
상기 스위치 회로부(110)의 상태가 오프 상태일 경우, 전달신호는 전달되지 않을 수 있다. 상기 스위치 회로부(110)의 상태가 온 상태일 경우, 전달신호는 입력단자에서 출력단자로 전달될 수 있다.
전달신호가 입력단자에서 출력단자로 전달될 경우, 출력단자의 전압은 전달신호의 최대전압과 최소전압의 범위 내 전압이 될 수 있다. 따라서, 온-오프 신호의 전압과 출력단자의 전압과의 차이 전압은 높아질 수 있다. 온-오프 신호의 전압과 출력단자의 전압과의 차이 전압이 높을 경우 상기 스위치 회로부(110)는 손상될 수 있다. 따라서, 상기 스위치 회로부(110)는 보호 회로부(120)를 통해 손상으로부터 보호될 필요가 있다.
보호 회로부(120)는, 스위치 회로부(110)에 연결되어, 온-오프 신호의 전압과 출력단자의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고, 상기 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)할 수 있다. 예를 들어, 상기 보호 회로부(120)에 걸리는 전압의 상한선이 정해짐으로써, 스위치 회로부(110)에 걸리는 최대 전압이 소정의 전압보다 낮아질 수 있다. 이에 따라, 스위치(100)의 손상이 방지될 수 있다.
또한, 싱크는 전류를 그라운드나 전원으로 보내는 것을 의미한다. 만약 상기 보호 회로부(120)에 의해 차이 전압이 제어될 경우, 출력단자의 전압 및 전류는 왜곡될 수 있다. 즉, 상기 보호 회로부(120)에 의해 차이 전압이 제어될 경우, 상기 보호 회로부(120)에서 출력단자로 전류가 흐를 수 있다.
따라서, 상기 보호 회로부(120)는 전류를 싱크함으로써 출력단자에서 발생되는 신호의 왜곡을 줄일 수 있다.
도 2는 도 1의 스위치를 예시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 스위치 회로부(110)는 소스 단자가 상기 출력단자와 연결되고 드레인 단자가 상기 입력단자와 연결되고 게이트 단자를 통해 상기 온-오프 신호를 입력 받고, 하이전압과 평균전압의 차이 전압이 게이트-소스간 내압보다 높은 펄스신호를 상기 전달신호로서 드레인 단자에서 소스 단자로 전달하는 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 손상 방지를 위해 상기 전계 효과 트랜지스터는 드레인-소스간 내압이 높을 수 있다. 일반적으로 드레인-소스간 내압(BVds)이 높은 전계 효과 트랜지스터에서 게이트-소스간 내압(BVgs)은 낮을 수 있다. 만약 드레인-소스간 내압 및 게이트-소스간 내압이 모두 높은 전계 효과 트랜지스터는 단가가 높거나 다른 요구 조건들을 만족시키기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 보호 회로부(120)에 의해 게이트-소스간 전압이 제어되어 보호될 수 있다.
도 2를 참조하면, 보호 회로부(120)는 전압원(121) 및 싱크 트랜지스터(122)를 포함할 수 있다.
전압원(121)은, 온-오프 신호의 전압과 출력단자의 전압간의 차이 전압을 제공할 수 있다. 상기 전압원(121)은 상기 차이 전압이 소정의 전압보다 높지 않도록 최대 전압이 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 전압원(121)은 제너 다이오드로 구현될 수 있다. 여기서, 제너 다이오드의 항복전압은 상기 전압원(121)에서 설정된 최대 전압일 수 있다.
싱크 트랜지스터(122)는, 소스 단자가 전압원(121)에 연결되고, 게이트 단자가 출력단자에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결될 수 있다. 여기서, 소스 단자와 게이트 단자간에 전압은 상기 싱크 트랜지스터(122)의 문턱전압일 수 있다. 또한, 소스 단자와 게이트 단자간에 전류는 거의 흐르지 않을 수 있다. 이에 따라, 전압원(121)에 의해 발생된 전류는 출력단자로 거의 흐르지 않을 수 있다. 그대신, 상기 싱크 트랜지스터(122)의 소스 단자에서 드레인 단자로 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 전압원(121)에서 발생된 전류는 싱크될 수 있다.
한편 전달신호의 왜곡을 줄이기 위하여, 상기 보호 회로부(120)는 스위치 회로부(110)와 서로 절연될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 스위치(100)는 쉬프트 트랜지스터(130) 및 전류원(140)을 더 포함할 수 있다.
쉬프트 트랜지스터(130)는, 게이트 단자에서 하이 값 또는 로우 값을 입력 받아 드레인 단자를 통해 온-오프 신호를 출력할 수 있다.
전류원(140)은, 쉬프트 트랜지스터(130) 및 보호 회로부(120)에 연결되어, 쉬프트 트랜지스터(130) 및/또는 보호 회로부(120)에 기준 전류를 제공할 수 있다.
도 3은 도 2의 스위치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 쉬프트 트랜지스터(130)가 하이 값을 입력 받음으로써, 스위치 회로부(110)의 게이트 단자는 로우 값일 수 있다. 스위치 회로부(110)의 게이트 단자의 전압이 낮을 경우, 스위치 회로부(110)는 오프 상태일 수 있다. 이에 따라, 입력단자의 신호는 출력단자로 전달되지 않을 수 있다.
여기서, 쉬프트 트랜지스터(130)의 게이트 단자의 전압이 높으므로, 전류원(140)의 기준 전류의 대부분은 쉬프트 트랜지스터(130)로 흐를 수 있다.
도 4는 도 2의 스위치의 보호 동작을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 쉬프트 트랜지스터(130)가 로우 값을 입력 받음으로써, 스위치 회로부(110)의 게이트 단자는 하이 값일 수 있다. 스위치 회로부(110)의 게이트 단자의 전압이 높을 경우, 스위치 회로부(110)는 온 상태일 수 있다. 이에 따라, 입력단자의 신호는 출력단자로 전달될 수 있다.
여기서, 쉬프트 트랜지스터(130)의 게이트 단자의 전압이 낮으므로, 전류원(140)의 기준 전류의 대부분은 전압원(121) 및 싱크 트랜지스터(122)로 흐를 수 있다.
이하, 스위치 회로부(110)에 포함된 전계 효과 트랜지스터의 드레인-소스간 내압이 220V 이상이고, 게이트-소스간 내압이 20V이고, 싱크 트랜지스터(122)의 문턱전압이 1V이고, 전압원(121)의 전압이 15V이고, VP는 220V이고, 전달신호는 최대전압이 200V이고 평균전압이 100V인 펄스신호인 경우를 가정하여, 스위치의 보호 동작을 설명한다.
스위치 회로부(110)가 온 상태이기 위하여, 스위치 회로부(110)의 게이트 단자의 전압은 전달신호는 최대전압과 스위치 회로부(110)의 문턱전압의 합보다 클 수 있다. 따라서, 스위치 회로부(110)가 온 상태이기 위하여, 스위치 회로부(110)의 게이트 단자의 전압은 201V이상일 수 있다.
스위치 회로부(110)가 온 상태일 경우, 출력단자의 전압은 전달신호의 전압일 수 있다. 만약 보호 회로부(120)의 보호 동작이 없다면, 전달신호의 평균전압은 100V이므로, 스위치 회로부(110)의 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압은 최소 101V일 수 있다. 여기서, 상기 차이 전압은 게이트-소스간 내압인 20V보다 높으므로, 스위치 회로부(110)가 손상될 수 있다.
보호 회로부(120)는 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압이 게이트-소스간 내압보다 높지 않도록 보호할 수 있다. 즉, 전압원(121)의 전압이 15V이고, 싱크 트랜지스터(122)의 문턱전압이 1V이므로, 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압은 16V일 수 있다. 이에 따라, 상기 차이 전압이 20V를 초과하지 않아서, 스위치 회로부(110)가 보호될 수 있다.
보호 회로부(120)가 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압을 제어하는 과정에서, 전류가 발생될 수 있다. 이에 따라, 전류원(140)의 기준 전류는 보호 회로부(120)에서 발생된 전류만큼 보호 회로부(120)로 흐를 수 있다. 보호 회로부(120)로 흐르는 전류는 싱크 트랜지스터(122)의 소스 단자와 드레인 단자를 통해 그라운드로 흐를 수 있다.
만약 보호 회로부(120)가 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압을 제어하는 과정에서 발생되는 전류를 싱크하지 않는다면, 출력단자의 전압 및 전류는 왜곡될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치(100)는 스위치의 보호 과정에서 발생되는 전류를 싱크함으로써, 출력단자의 전압 및 전류의 왜곡을 줄일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치(200)를 설명한다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 상술한 스위치(100)에 관한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치를 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 상기 스위치(200)는, 제1스위치 회로부(211), 제2스위치 회로부(212) 및 보호 회로부(220)를 포함할 수 있다.
제1스위치 회로부(211)는, 전달신호가 입출력되는 제1단자에 연결되어, 온-오프 신호에 의해 동작될 수 있다.
제2스위치 회로부(212)는, 상기 제1스위치 회로부(211)와 전달신호가 입출력되는 제2단자의 사이에 연결되어, 상기 온-오프 신호에 의해 동작될 수 있다.
여기서, 제1단자와 제2단자는 각각 전달신호를 입력 받을 수 있고, 각각 전달신호를 출력할 수도 있다. 즉, 스위치(200)는 양방향 신호전달을 수행할 수 있다.
보호 회로부(220)는, 상기 제1스위치 회로부(211) 및 상기 제2스위치 회로부(212)에 연결되어, 상기 제1스위치 회로부(211)와 제2스위치 회로부(212) 사이의 노드 전압과 상기 온-오프 신호의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고, 상기 제1차이 전압 또는 제2차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)할 수 있다.
도 6은 도 5의 스위치를 예시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)는 소스 단자를 통해 서로 연결되고 드레인 단자가 상기 제1단자 또는 제2단자와 연결되고 게이트 단자를 통해 상기 온-오프 신호를 입력 받는 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1스위치 회로부(211)에 포함된 전계 효과 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터일 경우, 상기 제2스위치 회로부(212)에 포함된 전계 효과 트랜지스터도 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 즉, 스위치(200)가 양방향 신호전달을 수행할 수 있으므로, 상기 제1스위치 회로부(211)와 상기 제2스위치 회로부(212)는 서로 대칭적일 수 있다.
도 6을 참조하면, 보호 회로부(220)는 제너 다이오드(221) 및 싱크 트랜지스터(222)를 포함할 수 있다.
제너 다이오드(221)는, 상기 제1차이 전압 또는 상기 제2차이 전압을 항복전압을 이용하여 제공할 수 있다. 상기 제너 다이오드(221)에 항복전압 이상의 전압이 걸릴 경우, 상기 제너 다이오드(221)의 전류에서 전압을 미분한 값은 클 수 있다. 즉, 전압이 약간 변화할 때 전류가 크게 변화할 수 있다. 즉, 상기 제너 다이오드(221)는 제공하는 전압의 상한선이 항복전압인 특성이 있다. 따라서, 상기 제너 다이오드(221)는 전압원(voltage source)의 역할을 수행할 수 있다.
싱크 트랜지스터(222)는, 소스 단자가 상기 제너 다이오드에 연결되고, 게이트 단자가 제1스위치 회로부(211)와 제2스위치 회로부(212) 사이의 노드에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결될 수 있다. 여기서, 소스 단자와 게이트 단자간에 전압은 상기 싱크 트랜지스터(222)의 문턱전압일 수 있다. 또한, 소스 단자와 게이트 단자간에 전류는 거의 흐르지 않을 수 있다. 이에 따라, 전압원(221)에 의해 발생된 전류는 출력단자로 거의 흐르지 않을 수 있다. 그대신, 상기 싱크 트랜지스터(222)의 소스 단자에서 드레인 단자로 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 전압원(221)에서 발생된 전류는 싱크될 수 있다.
한편 전달신호의 왜곡을 줄이기 위하여, 상기 보호 회로부(220)는 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)와 서로 절연될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 스위치(200)는 쉬프트 트랜지스터(230), 인버터(INV) 및 전류원(240)을 더 포함할 수 있다.
쉬프트 트랜지스터(230)는, 게이트 단자에서 하이 값 또는 로우 값을 입력 받아 드레인 단자를 통해 온-오프 신호를 출력할 수 있다.
인버터(INV)는, 상기 쉬프트 트랜지스터(230)에 입력되는 하이 값을 로우 값으로 변경시킬 수 있고, 상기 쉬프트 트랜지스터(230)에 입력되는 로우 값을 하이 값으로 변경시킬 수 있다.
전류원(240)은, 상기 쉬프트 트랜지스터(230) 및 보호 회로부(220)에 연결되어, 상기 쉬프트 트랜지스터(230) 및/또는 상기 보호 회로부(220)에 기준 전류를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류원(240)은 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 오프 상태일 때보다 상기 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 온 상태일 때 더 큰 전류를 보호 회로부(212)에 제공할 수 있다.
도 7은 도 6의 스위치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 쉬프트 트랜지스터(230)가 로우 값을 입력 받음으로써, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자는 로우 값일 수 있다. 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자의 전압이 낮을 경우, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)는 오프 상태일 수 있다. 이에 따라, 제1단자에서 제2단자로 신호가 전달되지 않을 수 있고, 제2단자에서 제1단자로 신호가 전달되지 않을 수 있다.
여기서, 쉬프트 트랜지스터(230)의 게이트 단자의 전압이 높으므로, 전류원(240)의 기준 전류의 대부분은 쉬프트 트랜지스터(230)로 흐를 수 있다.
도 8는 도 6의 스위치의 보호 동작을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 쉬프트 트랜지스터(230)가 하이 값을 입력 받음으로써, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자는 하이 값일 수 있다. 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자의 전압이 높을 경우, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)는 온 상태일 수 있다. 이에 따라, 제1단자에서 제2단자로 신호가 전달될 수 있고, 제2단자에서 제1단자로 신호가 전달될 수 있다.
여기서, 쉬프트 트랜지스터(230)의 게이트 단자의 전압이 낮으므로, 전류원(240)의 기준 전류의 대부분은 제너 다이오드(221) 및 싱크 트랜지스터(222)로 흐를 수 있다.
이하, 스위치 회로부(110)에 포함된 전계 효과 트랜지스터의 드레인-소스간 내압이 220V 이상이고, 게이트-소스간 내압이 20V이고, 싱크 트랜지스터(222)의 문턱전압이 1V이고, 제너 다이오드(221)의 항복전압이 15V이고, VP는 220V이고, 전달신호는 최대전압이 200V이고 평균전압이 100V인 펄스신호인 경우를 가정하여, 스위치의 보호 동작을 설명한다.
제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 온 상태이기 위하여, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자의 전압은 전달신호는 최대전압과 제1스위치 회로부(211) 또는 제2스위치 회로부(212)의 문턱전압의 합보다 클 수 있다. 따라서, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 온 상태이기 위하여, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자의 전압은 201V이상일 수 있다.
제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 온 상태일 경우, 제1스위치 회로부(211)와 제2스위치 회로부(212)의 사이의 노드 전압은 전달신호의 전압일 수 있다. 만약 보호 회로부(220)의 보호 동작이 없다면, 전달신호의 평균전압은 100V이므로, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)의 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압은 최소 101V일 수 있다. 여기서, 상기 차이 전압은 게이트-소스간 내압인 20V보다 높으므로, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 손상될 수 있다.
보호 회로부(220)는 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압이 게이트-소스간 내압보다 높지 않도록 보호할 수 있다. 즉, 제너 다이오드(221)의 전압이 15V이고, 싱크 트랜지스터(222)의 문턱전압이 1V이므로, 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압은 16V일 수 있다. 이에 따라, 상기 차이 전압이 20V를 초과하지 않으므로, 제1스위치 회로부(211) 및 제2스위치 회로부(212)가 보호될 수 있다.
보호 회로부(220)가 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압을 제어하는 과정에서, 전류가 발생될 수 있다. 이에 따라, 전류원(240)의 기준 전류는 보호 회로부(220)에서 발생된 전류만큼 보호 회로부(220)로 흐를 수 있다. 보호 회로부(220)로 흐르는 전류는 싱크 트랜지스터(222)의 소스 단자와 드레인 단자를 통해 그라운드로 흐를 수 있다.
만약 보호 회로부(220)가 게이트 단자의 전압과 소스 단자의 전압의 차이 전압을 제어하는 과정에서 발생되는 전류를 싱크하지 않는다면, 제1단자 또는 제2단자의 전압 및 전류는 왜곡될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치(200)는 스위치의 보호 과정에서 발생되는 전류를 싱크함으로써, 제1단자 또는 제2단자의 전압 및 전류의 왜곡을 줄일 수 있다
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 보호 방법을 설명한다. 상기 스위치 보호 방법은 도 1을 참조하여 상술한 스위치(100) 또는 도 5를 참조하여 상술한 스위치(200)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9을 참조하면, 상기 스위치 보호 방법은 스위치에 온-오프 신호를 제공하는 단계(S10), 스위치의 단자간 차이 전압을 제어하는 단계(S20) 및 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크하는 단계(S30)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치 보호 방법은 스위치의 내부 제어 회로를 통해 자체적으로 수행될 수 있고, 외부 제어 회로에 의해 수행될 수도 있다.
예를 들어, 상기 차이 전압을 제어하는 단계(S20)는 제너 다이오드를 이용하여 상기 차이 전압이 상기 스위치에 포함된 적어도 하나의 반도체 소자의 항복전압보다 낮아지도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 싱크하는 단계(S30)는 소스 단자가 상기 제너 다이오드에 연결되고, 게이트 단자가 상기 스위치에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결된 싱크 트랜지스터를 이용하여 상기 제너 다이오드에서 흐르는 전류를 싱크할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 보호 방법에 의하면, 스위치의 손상이 방지되고 입출력단자에서 발생되는 신호의 왜곡이 줄어들 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 스위치 110: 스위치 회로부
120: 보호 회로부 121: 전압원
122: 싱크 트랜지스터 130: 쉬프트 트랜지스터
140: 전류원 200: 스위치
211: 제1스위치 회로부 212: 제2스위치 회로부
220: 보호 회로부 221: 제너 다이오드
222: 싱크 트랜지스터 230: 쉬프트 트랜지스터
240: 전류원

Claims (11)

  1. 전달신호가 입력되는 입력단자와 상기 전달신호를 출력하는 출력단자의 사이에 연결되어, 온-오프 신호에 의해 동작되는 스위치 회로부; 및
    상기 스위치 회로부에 연결되어, 상기 온-오프 신호의 전압과 상기 출력단자의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고, 상기 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 보호 회로부; 를 포함하는 스위치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치 회로부는,
    소스 단자가 상기 출력단자와 연결되고 드레인 단자가 상기 입력단자와 연결되고 게이트 단자를 통해 상기 온-오프 신호를 입력 받고, 하이전압과 평균전압의 차이 전압이 게이트-소스간 내압보다 높은 펄스신호를 상기 전달신호로서 드레인 단자에서 소스 단자로 전달하는 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하는 스위치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보호 회로부는,
    상기 온-오프 신호의 전압과 상기 출력단자의 전압간의 차이 전압을 제공하는 전압원; 및
    소스 단자가 상기 전압원에 연결되고, 게이트 단자가 상기 출력단자에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결된 싱크 트랜지스터; 를 포함하는 스위치.
  4. 제1항에 있어서,
    게이트 단자에서 하이 값 또는 로우 값을 입력 받아 드레인 단자를 통해 온-오프 신호를 출력하는 쉬프트 트랜지스터; 및
    상기 쉬프트 트랜지스터 및 상기 보호 회로부에 연결되어, 상기 쉬프트 트랜지스터 및/또는 상기 보호 회로부에 기준 전류를 제공하는 전류원; 을 더 포함하는 스위치.
  5. 전달신호가 입출력되는 제1단자에 연결되어, 온-오프 신호에 의해 동작되는 제1스위치 회로부;
    상기 제1스위치 회로부와 전달신호가 입출력되는 제2단자의 사이에 연결되어, 상기 온-오프 신호에 의해 동작되는 제2스위치 회로부; 및
    상기 제1스위치 회로부 및 상기 제2스위치 회로부에 연결되어, 상기 제1스위치 회로부와 제2스위치 회로부 사이의 노드 전압과 상기 온-오프 신호의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고, 상기 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 보호 회로부; 를 포함하는 스위치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1스위치 회로부 및 제2스위치 회로부는 소스 단자를 통해 서로 연결되고 드레인 단자가 상기 제1단자 또는 제2단자와 연결되고 게이트 단자를 통해 상기 온-오프 신호를 입력 받는 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하고,
    상기 보호 회로부는 상기 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자간의 차이 전압이 게이트-소스간 내압보다 낮도록 제어하는 스위치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 보호 회로부는,
    상기 제1차이 전압 또는 상기 제2차이 전압을 제공하는 제너 다이오드; 및
    소스 단자가 상기 제너 다이오드에 연결되고, 게이트 단자가 상기 제1스위치 회로부와 제2스위치 회로부 사이의 노드에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결된 싱크 트랜지스터; 를 포함하는 스위치.
  8. 제5항에 있어서,
    게이트 단자에서 하이 값 또는 로우 값을 입력 받아 드레인 단자를 통해 온-오프 신호를 출력하는 쉬프트 트랜지스터; 및
    상기 쉬프트 트랜지스터 및 상기 보호 회로부에 연결되어, 상기 쉬프트 트랜지스터 및/또는 상기 보호 회로부에 기준 전류를 제공하는 전류원; 을 더 포함하고,
    상기 전류원은 상기 제1스위치 회로부 및 제2스위치 회로부가 오프 상태일 때보다 상기 제1스위치 회로부 및 제2스위치 회로부가 온 상태일 때 더 큰 전류를 상기 보호 회로부에 제공하는 스위치.
  9. 복수의 단자 사이에서 신호의 통과 여부를 제어하는 스위치에 온-오프 신호를 제공하는 단계;
    상기 온-오프 신호의 전압과 상기 스위치에서 신호가 통과되는 단자의 전압간의 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하는 단계; 및
    상기 차이 전압에 의해 발생되는 전류를 싱크(sink)하는 단계; 를 포함하는 스위치 보호 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차이 전압을 제어하는 단계는 상기 차이 전압이 상기 스위치에 포함된 적어도 하나의 반도체 소자의 항복전압보다 낮아지도록 제어하는 스위치 보호 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차이 전압을 제어하는 단계는 제너 다이오드를 이용하여 상기 차이 전압이 소정의 전압보다 낮아지도록 제어하고,
    상기 싱크하는 단계는 소스 단자가 상기 제너 다이오드에 연결되고, 게이트 단자가 상기 스위치에 연결되고, 드레인 단자가 그라운드에 연결된 싱크 트랜지스터를 이용하여 상기 제너 다이오드에서 흐르는 전류를 싱크하는 스위치 보호 방법.
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