KR20160124700A - 전압원 보호에 대한 단락을 이용하는 동기식 벅 조절기 - Google Patents

전압원 보호에 대한 단락을 이용하는 동기식 벅 조절기 Download PDF

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Abstract

전력 변환기 조립체를 위한 방법 및 장치는, 과전류를 검출하고, 과전류가 검출된 경우 로-사이드 스위치를 래치 오프하고, PWM 제어기가 (과전류의 지속 기간 동안) 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 로-사이드 스위치를 래치 오프된 상태로 유지하고, 그리고 PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공하는 경우 로-사이드 스위치를 래치 해제한다. 전력 변환기 조립체는 메인 스위치에 결합된 PWM 제어기를 포함하고, PWM 제어기는 듀티 사이클에 따라서 메인 스위치를 제어하도록 구성된다. 래치는 2차 스위치에 결합되고, 2차 스위치를 선택적으로 턴 오프시키도록 구성된다. PWM 제어기는 PWM 제어 신호를 래치에 제공하도록 구성되고, 제어 신호는 PWM가 최소 펄스 폭으로 작동하기 시작할 때에만 2차 스위치가 턴 온될 수 있게끔 래치를 리셋하도록 구성된다.

Description

전압원 보호에 대한 단락을 이용하는 동기식 벅 조절기{SYNCHRONOUS BUCK REGULATOR WITH SHORT CIRCUIT TO VOLTAGE SOURCE PROTECTION}
본 출원은 일반적으로 전자 전력 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로는 DC-대-DC 변환기 조립체 및 방법에 관한 것이다.
전원은, 차량 전동 기구 전자장치, 휴대용 전자 장비, 차량내 통합 시스템, 컴퓨터, 의료 기기 및 많은 다른 디바이스를 비롯한 소비자 및 산업용 둘 다의 거의 모든 전자 디바이스 내에 통합되어 있다. 전자 디바이스 내에서, 스텝-업 또는 스텝-다운 전력 변환기(소위 벅(buck) 또는 부스트(boost))를 사용함으로써 전압을 증감시키는 것이 필요할 수 있다. 스텝-업 또는 부스트 변환기는 전압을 증가시키는데 이용되고, 스텝-다운 또는 벅 변환기는 전압을 감소시키는데 이용될 수 있다.
그러나, 출력 전압 노드의 단락은, 전력 변환기 조립체가 적절하게 작동되지 못하게 할 수 있다. 따라서, 접지 해결책에 대한 단락은 당업자에 의해 수행되어 왔다.
그러나, 소정의 조건에서, 출력 전압 노드는, 출력 전압보다 높고 입력 전압보다 낮은 상이한 전압 레일 또는 비-접지에 대해서 단락될 수 있고, 그럼에도 불구하고, 입력 전압 노드의 상승을 초래할 수 있다. 이것은 변환기에 이용되는 입력 전압 노드 및/또는 MOSFET 또는 기타 스위치에 접속된 전자기기를 손상시킬 수 있다. 예를 들어, 동기식 벅 조절기에서, 캐치 다이오드는 로-사이드 스위치(low-side switch)에 의해 교체되고, 그의 제어는 하이-사이드 스위치(high-side switch)와 상보적이다. 다이오드와 달리, 로-사이드 스위치는, 턴 온될 경우, 양 방향으로 전류를 전도할 수 있으므로, 전압 레일에 대한 출력 단락의 경우에 보호될 필요가 있다. 이런 유형의 고장은 벅 인덕터의 DC 저항에 의해 단지 제어되는 벅 조절기 출력 내로 역전류를 초래할 것이다. 어떤 지점에서, 로 사이드 스위치의 과전류 보호가 턴 오프될 것이고, 전류가 붕괴되기 시작할 것이다. 이 과정은 거듭하여 반복될 것이고, 벅 인덕터, 하이-사이드 스위치의 본체 다이오드 및 입력 커패시터와 함께 로-사이드 스위치는 출력으로부터 입력으로 에너지를 전달하는 부스트 토폴로지(boost topology)를 작성할 것이다. 동기식 벅 조절기를 공급하는 전치 조절기 스테이지가 단지 전류를 제공할 수 있고 그리고 충분한 부하를 갖지 못한다면, 입력 커패시터에서의 전압은 가능하게 불안전하게 높은 수준으로 구축될 것이다.
따라서, 외부 전압원에 대한 단락에 대해서 효과적으로 보호할 수 있는 동기식 벅 변환기 조립체에 대해서 저렴하면서도 용이하게 구현되는 해결책을 위한 필요가 있다.
출력이 외부 전압원에 대해서 단락된다면 안전하지 않은 전류 수준을 구축하는 입력 커패시터에 대해서 보호를 원조하는 전력 변환기 조립체가 제공된다.
본 명세서에 기재된 다른 형태들과 조합될 수 있거나 이들 다른 형태와는 별개일 수 있는 일 형태에 있어서, 전력 변환기 조립체가 제공된다. 전력 변환기 조립체는 입력 노드, 입력 노드에 직렬로 연결된 메인 스위치(main switch) 및 메인 스위치에 연결된 펄스-폭 변조(PWM) 제어기를 포함한다. PWM 제어기는 피드백 루프에 의해 계산된 듀티 사이클에 따라서 메인 스위치를 제어하도록 구성된다. 인덕터는 메인 스위치에 직렬로 연결되고, 출력 노드는 인덕터와 직렬로 연결된다. 2차 로-사이드 스위치는 메인 스위치와 그리고 인덕터와 직렬로 연결된다. 2차 스위치는 동기식 벅 변환기 아키텍처를 제공하기 위하여 접지에 연결되고, 단락 보호 기능을 가진다. 래치는 2차 스위치와 연결되고, 2차 스위치를 선택적으로 턴 오프하도록 구성된다. 과전류 검출기는 과전류를 검출하고, 과전류가 검출된 경우 2차 스위치를 턴 오프하게끔 래치를 설정하도록 구성된다. PWM 제어기는, PWM 제어 신호를 메인 스위치에 그리고 래치에 제공하도록 구성되고, 제어 신호는 2차 스위치를 턴 온하게끔 래치를 리셋하도록 구성되며, 래치는, 해당 래치가 PWM 제어기로부터 제어 신호를 수신하고 리셋될 때까지 과전류 검출기에 의해 세트된 후에 세트를 유지하도록 구성된다.
본 명세서에서 제공되는 다른 형태들과 조합될 수 있거나 이들 다른 형태와는 별개일 수 있는 다른 형태에 있어서, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계; 과전류 검출기가 (래치를 이용해서) 과전류를 검출한 경우 로-사이드 스위치(low-side switch)를 래치 오프하는 단계; PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 로-사이드 스위치를 래치 오프된 상태로 유지하는 단계; 및 PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 경우 로-사이드 스위치를 래치 해제하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기재된 다른 형태들과 조합될 수 있거나 이들 다른 형태와는 별개일 수 있는 또 다른 형태에 있어서, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계; 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 단계; 및 전압에 대한 단락의 지속 기간 동안 로-사이드 스위치를 래치 상태로 유지하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기재된 다른 형태들과 조합될 수 있거나 이들 다른 형태와는 별개일 수 있는 또 다른 형태에 있어서, 비일시적 기계-판독 가능한 매체가 제공된다. 비일시적 기계-판독 가능한 매체는, 기계에 의해 실행될 때, 상기 기계로 하여금 하기 동작(operation)들을 수행하게 하는 명령어들을 제공한다: 과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 동작; 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 래치에 의해 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 동작; PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 로-사이드 스위치를 래치 오프된 상태로 유지하는 단계; 및 PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 경우 로-사이드 스위치를 래치 해제하는 단계.
이들 및 기타 특성은 이하의 명세서 및 하기 간단한 설명이 수반되는 도면으로부터 가장 잘 이해될 수 있다.
이하의 도면들은 단지 예시의 목적을 위하여 제공되며, 청구범위에 정의된 바와 같이, 본 발명을 제한하고자 의도된 것은 아니다:
도 1a는 본 발명의 원리에 따라서 전력 변환기 조립체의 구성요소들을 예시하는 개략도;
도 1b는 본 발명의 원리에 따라서 다른 전력 변환기 조립체의 구성요소들을 예시한 개략도;
도 2는 본 발명의 원리에 따라서 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법을 예시한 블록도; 및
도 3은 본 발명의 원리에 따라서 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법의 변형예를 예시한 블록도.
이하의 설명은 속성상 단지 예시적인 것이며, 본 발명, 응용 또는 용도를 제한하도록 의도된 것은 아니다.
소정의 용어가 특정 시스템 구성요소 및 구성 형태를 지칭하기 위하여 이하의 설명 및 청구범위를 통해서 이용된다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 회사들은 상이한 명칭으로 구성요소를 지칭할 수 있다. 본 문서는 기능이 아니라 명칭이 다른 구성요소들 간을 구별하도록 의도된 것은 아니다. 이하의 논의에서 그리고 청구범위에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"은 제약을 두지 않는 형식으로 이용되므로, "...를 포함하지만 이것으로 역시 제한되는 것은 아닌"을 의미하도록 해석되어야 한다.
본 발명의 예들이 이하에 설명된다. 이들 및 기타 예 또는 실시형태는 예시적이며, 제한이라기보다 오히려 본 발명을 예시하고자 의도된 것임을 유의해야 한다. 본 발명은 상이한 종류의 시스템에 광범위하게 적용 가능하지만, 본 개시 내용에서 본 발명의 맥락 및 가능한 실시형태를 모두 포함하는 것은 불가능하다. 본 개시내용을 읽을 때, 본 발명의 많은 대안적인 실시형태가 당업자에게 명백해질 것이다. 기타 실시형태가 이용될 수 있고, 기타 변화가 본 명세서에 제시된 주제의 정신이나 범위로부터 벗어나는 일 없이 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면, DC 전압을 감소시키기 위한 전력 변환기 조립체가 예시되고 일반적으로 (10)으로 지칭된다. 전력 변환기 조립체(10)는 듀티 사이클에 따라서 전력 변환기 조립체(10)의 입력에 인가된 전압을 스텝-다운하도록 구성된 동기식 벅 조절기이다. 전력 변환기 조립체(10)의 정상 동작에 의해, DC 전압이 전력 변환기 조립체(10)의 입력 노드(12)로 입력되고, 이하의 방정식(기본 형태)에 따라서 출력 노드(14)를 통해서 제공되는 더 낮은 DC 전압으로 변형된다:
VOUT = D-사이클 * VIN,
식 중, VIN은 입력 노드(12)에 입력되는 전압이고, D-사이클은 듀티 사이클(항상 1보다 작거나 같은 양수임)이며, VOUT은 출력 노드(14)로부터 제공되는 전압이다. 몇몇 응용에서, 6V의 입력 전압은 예로서 입력 노드(12)에 공급될 수 있다. 커패시터(11)와 저항기(13)는 입력 노드(12)에 연결되고, 커패시터(11)와 저항기(13)는 서로 병렬로 배치된다. 저항기(13)와 입력 커패시터(11)의 각각은 접지에 연결된다. 출력 커패시터(15)는 출력 노드(14)와 그리고 접지에 연결될 수 있다.
전력 변환기 조립체(10)는, 입력 노드(12)와 직렬로 연결된, 메인 스위치(16) 또는 하이-사이드 스위치를 포함한다. 메인 스위치(16)는 MOSFET 등과 같은 트랜지스터일 수 있다. 메인 스위치(16)는 해당 메인 스위치(16)와 병렬로 배치된 본체 다이오드(17)를 구비할 수 있다. 본체 다이오드(17)는 입력 노드(12)를 향하여 전류를 전도시키도록 구성된다.
펄스-폭 변조(PWM) 제어기(18)는 메인 스위치(16)에 연결된다. PWM 제어기(18)는 피드백 루프에 의해 계산된 듀티 사이클에 따라서 메인 스위치(16)를 온 및 오프 제어하도록 구성된다.
인덕터(20), 또는 유도 권선은 메인 스위치(16)와 직렬로 연결된다. 메인 스위치(16)가 개방 또는 오프된 경우, 입력 노드(12)로부터 인덕터(20)로 전류가 흐르지 않을 것이다. 그러나 메인 스위치(16)가 폐쇄(온)된 경우, 전류는 증가되어 인덕터(20)를 흐르기 시작할 것이다. 인덕터(20)는 변화하는 전류에 응답하여 그의 단자를 가로질러 대향 전압을 생성할 것이다. 이 전압 강하는 소스의 전압에 대응하여, 알짜 전압을 저감시킨다. 시간 경과에 따라서, 인덕터(20)는 자계의 형태로 에너지를 저장할 것이다. 인덕터(20)는 출력 노드(14)와 직렬로 연결된다.
2차 스위치(22) 또는 로-사이드 스위치는, 메인 스위치(16)와 그리고 인덕터(20)와 직렬로 연결된다. 도시된 바와 같이, 2차 스위치(22)는 접지에 연결된다. 2차 스위치(22)는 2차 스위치(22)와 병렬로 배치된 2차 본체 다이오드(23)를 구비할 수 있다. 2차 본체 다이오드(23)는 메인 스위치(16) 및 인덕터(20)를 향하여 전류를 전도하도록 구성된다.
메인 스위치(16)가 개방(오프)된 경우, 2차 스위치(22)가 정상으로 폐쇄(온)될 것이거나 그 반대일 것이며; 즉, 메인 스위치(16)와 2차 스위치(22)는 서로 위상이 다르다. 메인 스위치(16)가 개방된 경우, 전류는 인덕터(20), 출력 노드(14), 벅 변환기 부하를 통해 계속 흐르고 접지를 통해 그리고 폐쇄된 2차 스위치(22)를 통해 귀환될 것이다. 인덕터(20)는 이어서 출력에서의 부하 내로 자계로 저장된 에너지를 방출한다.
전류는 2차 스위치(22)가 폐쇄된 경우 이 스위치를 통해서 양 방향으로 흐를 수 있다. 따라서, 출력 노드(14)가 전압 레일, 예컨대, 1.2V 또는 3.3V 부근의 전압 레일에 대해서 단락된 상황에서, 에너지는 그 전압 레일로부터 입력 노드(12)로 도로 공급될 수 있다. 이러한 상황에서, 위에서 기술된 개선 없이도, 전력 변환기 조립체(10)는 더 높은 전압이 입력 커패시터(11) 및 입력 노드(12)에 도로 공급되는 경우 반대 방향으로 부스트 전력 변환기로 될 것이다. 이어서 입력 커패시터(11)의 전류는 안전하지 않은 수준으로 상승되어 입력 노드(12)에 접속된 전자기기를 손상시킬 수도 있었다.
따라서, 출력 노드(14)가 목적으로 하는 입력 전압과 출력 전압 사이의 전압(VOUT < VSHORT < VIN)으로 단락된 경우, 본 전력 변환기(10)의 구성요소들이 위에서 기술된 상황에 대항하여 보호되고, 이때 구성요소들은 안전하지 않은 수준으로의 전류의 상승을 보일 수 있다. 래치(24)는 2차 스위치(22)와 연결되고, 2차 스위치(24)를 선택적으로 턴 오프시키도록 구성된다. 과전류 검출기(26)는 2차 스위치(22)를 통해서 유입되는 과전류를 검출하고 과전류가 검출된 경우 2차 스위치(22)를 턴 오프시키게끔 래치(24)를 세트하도록 구성된다. 따라서, 래치(24)는 메인 스위치(16) 및 2차 스위치(22)의 정상의 상보적 속성을 무시할 것인데, 그 이유는 과전류 상황에서 메인 스위치(16)와 2차 스위치(22)가 둘 다 오프 또는 개방될 수 있기 때문이다.
래치(24)는 전압 단락의 지속 기간 동안 세트를 유지하고 따라서 2차 스위치(22)를 래치 개방 상태로 유지하도록 구성된다. PWM 제어기(18)는 (메인 스위치(16)에 PWM 제어 신호를 제공하는 동시에) 래치(24)에 PWM 제어 신호를 제공하도록 구성된다. PWM 제어 신호는 2차 스위치(22)를 폐쇄하고 턴 온하게끔 래치(24)를 리셋시키도록 구성된다. 따라서, 래치(24)가 PWM 제어기(18)로부터 제어 신호를 수신하고 리셋할 때까지 해당 래치(24)는 과전류 검출기(26)에 의해 세트된 후에 세트 상태를 유지하도록 구성된다. 그러나, 전압이 소망의 출력 전압을 초과하면, 어떠한 PWM 신호도 PWM 제어기(18)로부터 메인 스위치(16)로 또는 래치(24)로 전송되지 않을 것이다. 따라서, PWM 제어 신호가 전송될 때까지 래치(24)의 리셋은 일어나지 않을 것이다.
예를 들어, 고장 조건이 제거된 경우, 출력 커패시터(15)는 자연적으로 방전되고 이 소정의 시점에서, 출력 전압이 강하될 것이다. 출력 전압이 강하된 후, 제어 루프가 메인 스위치(16)의 동작을 재개할 것이다. 그 특정 순간에, 래치(24)는 리셋될 것이고, 이어서 2차 스위치(22)는 메인 스위치(16)가 재개방된 후에 폐쇄될 것이다. 따라서, 오로지 메인 스위치(16)가 폐쇄되고 이어서 개방된 후인, 2차 스위치(22)를 재폐쇄하도록 안전하게 될 때까지 래치(24)의 리셋은 일어나지 않을 것이다.
이제 도 1b를 참조하면, 전력 변환기 조립체의 변형예가 예시되고 일반적으로 (10b)로 지칭된다. 전력 변환기 조립체(10b)는 전력 변환기 조립체(10)와 유사한 구성요소들, 예컨대, 입력 노드(12), 저항기(13), 입력 커패시터(11), 메인 스위치(16), 본체 다이오드(17), 인덕터(20), 출력 노드(14), 출력 커패시터(15), 2차 스위치(22), 2차 본체 다이오드(23), 래치(24) 및 과전류 검출기(26)를 구비한다. 이들 구성요소는 도 1a와 관련하여 위에서 기술된 것과 동일할 수 있다.
전력 변환기 조립체(10b)는, 일부 비제로 최소 듀티 사이클에서 항상 가동하는 점에서, PWM 제어기(18b)가 최소 듀티 사이클을 갖는 것을 제외하고, PWM 제어기(18)와 마찬가지인 PWM 제어기(18b)를 구비한다. 따라서, 래치(24)가 최소 듀티 사이클만큼 리셋되는 것을 방지하기 위하여, 판별기(28)는 PWM 제어기(18b)와 래치(24) 사이에 직렬로 배치된다. 판별기(28)는 최소 듀티 사이클과 연관된 매우 짧은 펄스가 래치(24)를 리셋하는 것을 방지한다. 따라서, 래치(24)는, 전력 변환기 조립체(10b)가 정상으로 동작 중이고 비제로 전압에 대해 단락이 없는 경우 오로지 리셋될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법이 예시되고 일반적으로 (100)으로 지칭된다. 이 방법(100)은 위에서 예시되고 기술된 전력 변환기 조립체(10, 10b) 중 하나와 함께 이용될 수 있지만, 방법(100)은 반드시 전력 변환기 조립체(10, 10b)를 사용할 필요는 없다.
방법(100)은 과전류 검출기(26) 등과 같은 과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계 112를 포함한다. 방법(100)은 과전류 검출기가 래치에 의해 과전류를 검출한 경우 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 다른 단계 114를 포함한다. 예를 들어, 래치(24)는 로-사이드 스위치(22)를 래치 오프하는데 이용될 수 있다. 방법(100)은 PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 로-사이드 스위치를 래치 오프 상태로 유지하는 단계 116을 더 포함한다. 최종적으로, 방법(100)은 PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공한 경우 로-사이드 스위치를 래치 해제하는 단계를 포함한다. 이것은, 예를 들어, 도 1a에 관하여 기술된 것과 같은 임의의 최소 펄스, 또는 도 1b에 관하여 기술된 것과 같은, PWM 제어기의 최소 펄스를 상회하는 최소 펄스일 수 있다.
방법(100)은 위에서 기술된 바와 같이 입력 노드에 DC 전류를 제공하는 등과 같은 추가의 단계들을 포함할 수 있다. 방법(100)은 또한 듀티 사이클에 따라서 동작 가능하도록 PWM 제어기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 입력 노드와 그리고 PWM 제어기와 직렬로 하이-사이드 스위치를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, PWM 제어기는 듀티 사이클에 따라서 하이-사이드 스위치를 제어하도록 동작 가능하게 제공된다.
또한, 방법(100)은 기타 구성요소, 예컨대, 도 1a에 관하여 도시되고 기술된 것들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법(100)은 하이-사이드 스위치와 직렬로 연결된 인덕터 및 인덕터와 직결로 연결된 출력 노드를 제공하는 단계; 하이-사이드 스위치와 그리고 인덕터와 직렬로 연결되도록 로-사이드 스위치를 제공하는 단계; 접지에 연결되도록 로-사이드 스위치를 제공하는 단계; 로-사이드 스위치와 연결되도록 래치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 방법(100)은 입력 노드와 연결된 입력 커패시터 및 저항기를 제공하는 단계; 서로 병렬로 배치되도록 저항기와 입력 커패시터를 제공하는 단계; 저항기 및 입력 커패시터의 각각을 접지에 연결하는 단계; 하이-사이드 스위치와 병렬로 배치된 하이-사이드 다이오드를 제공하는 단계; 입력 노드를 향하여 전류를 전도하도록 구성되게끔 하이-사이드 다이오드를 제공하는 단계; 로-사이드 스위치와 병렬로 배치된 로-사이드 다이오드를 제공하는 단계; 하이-사이드 스위치 및 인덕터를 향하여 전류를 전도하도록 구성되게끔 로-사이드 다이오드를 제공하는 단계; 및 출력 노드와 그리고 접지와 연결되도록 출력 커패시터를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 변형예에서, 방법(100)은 또한 PWM 제어기와 래치 사이에 직렬로 배치된 판별기를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법의 변형예가 예시되고 일반적으로 (200)으로 지칭된다. 이 방법(200)은 과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계 212를 포함한다. 방법(200)은 또한 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 단계 214를 포함한다. 방법(200)은 이어서 전압에 대한 단락의 지속 기간 동안 로-사이드 스위치를 래치 상태로 유지하는 단계 216를 포함한다. 이것은, 예를 들어, 최소 PWM 제어 신호만으로 래치(24)를 리셋함으로써 위에서 기술된 바와 같이 달성될 수 있다. 방법(200)의 기타 단계들은 방법(100) 또는 장치(10, 10b)에 관하여 위에서 기술된 것들과 유사할 수 있다.
몇몇 변형예에서, 기계에 의해 실행될 때, 상기 기계로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령어들을 제공하는 비일시적 기계-판독 가능한 매체가 이용된다. 이들 동작은, 방법(100, 200) 중 하나의 단계들, 예컨대: 예로서, 과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계; 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 래치에 의해 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 단계; PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 로-사이드 스위치를 래치 오프된 상태로 유지하는 단계; 및 PWM 제어기가 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 경우 로-사이드 스위치를 래치 해제하는 단계를 포함할 수 있다. 기계는 하이-사이드 스위치와 연결된 입력 노드에 DC 전류를 수신하는 동작; 및 듀티 사이클에 따라서 PWM 제어기를 작동시키는 동작을 수행하도록 더욱 구성될 수 있다.
본 발명의 실시형태들이 개시되었지만, 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 소정의 변형이 본 발명의 범위 내에 들어가는 것을 인식할 것이다. 이런 이유로, 이하의 청구범위가 본 발명의 진정한 범위와 내용을 결정하기 위하여 강구되어야 한다.

Claims (19)

  1. 전력 변환기 조립체로서,
    입력 노드;
    상기 입력 노드에 직렬로 연결된 메인 스위치(main switch);
    상기 메인 스위치에 연결되어, 듀티 사이클에 따라서 상기 메인 스위치를 제어하도록 구성된 펄스-폭 변조(PWM) 제어기;
    상기 메인 스위치와 직렬로 연결된 인덕터;
    상기 인덕터와 직렬로 연결된 출력 노드;
    상기 메인 스위치와 그리고 상기 인턱터와 직렬로 연결되고, 접지에 연결된 2차 스위치;
    상기 2차 스위치와 연결되고, 상기 2차 스위치를 선택적으로 턴 오프하도록 구성된 래치; 및
    과전류를 검출하고, 과전류가 검출된 경우 상기 2차 스위치를 턴 오프하게끔 상기 래치를 설정하도록 구성된 과전류 검출기를 포함하되,
    상기 PWM 제어기는 PWM 제어 신호를 상기 메인 스위치에 그리고 상기 래치에 제공하도록 구성되고, 상기 제어 신호는 상기 2차 스위치를 턴 온하게끔 상기 래치를 리셋하도록 구성되며, 상기 래치는, 상기 래치가 상기 PWM 제어기로부터 상기 제어 신호를 수신하고 상기 제어 신호에 의해 리셋될 때까지 상기 과전류 검출기에 의해 세트된 후에 세트를 유지하도록 구성된, 전력 변환기 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력 노드와 연결된 입력 커패시터 및 저항기를 더 포함하되, 상기 저항기와 상기 입력 커패시터는 서로 병렬로 배치되고, 상기 저항기와 상기 입력 커패시터는 각각 접지에 연결되는, 전력 변환기 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 메인 스위치와 병렬로 배치된 메인 다이오드(main diode)를 더 포함하되, 상기 메인 다이오드는 상기 입력 노드를 향하여 전류를 전도하도록 구성된, 전력 변환기 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 2차 스위치와 병렬로 배치된 2차 다이오드를 더 포함하되, 상기 2차 다이오드는 상기 메인 스위치 및 상기 인덕터를 향하여 전류를 전도하도록 구성된, 전력 변환기 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 출력 노드와 그리고 접지와 연결된 출력 커패시터를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 PWM 제어기는 상기 제어 신호를 입력 펄스로서 전송하도록 작동 가능하고, 상기 입력 펄스는 상기 메인 스위치를 턴 온 및 턴 오프하도록 작동 가능한, 전력 변환기 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 PWM 제어기와 상기 래치 사이에 직렬로 배치된 판별기를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 메인 스위치는 MOSFET이고, 상기 2차 스위치는 MOSFET인, 전력 변환기 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전력 변환기 조립체는 상기 출력 노드에 입력되는 DC 전압을 감소시키도록 작동 가능하고, 상기 전력 변환기 조립체는 상기 출력 노드로부터 DC 전압을 출력하도록 작동 가능한, 전력 변환기 조립체.
  10. 하기 단계들을 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법으로서,
    과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계;
    상기 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 래치에 의해 로-사이드 스위치(low-side switch)를 래치 오프하는 단계;
    PWM 제어기가 상기 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 상기 로-사이드 스위치를 래치 오프된 상태로 유지하는 단계; 및
    상기 PWM 제어기가 상기 래치에 상기 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 경우 상기 로-사이드 스위치를 래치 해제하는 단계.
  11. 제10항에 있어서, 입력 노드에 DC 전류를 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 듀티 사이클에 따라서 작동 가능하게 되도록 상기 PWM 제어기를 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 입력 노드와 그리고 상기 PWM 제어기와 직렬로 하이-사이드 스위치(high-side switch)를 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 PWM 제어기는 상기 듀티 사이클에 따라서 상기 하이-사이드 스위치를 제어하도록 작동 가능하게 되도록 제공되는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하이-사이드 스위치와 직렬로 연결된 인덕터 및 상기 인턱터와 직렬로 연결된 출력 노드를 제공하는 단계를 더 포함하고; 상기 방법은 상기 하이-사이드 스위치와 그리고 상기 인덕터와 직렬로 연결되도록 상기 로-사이드 스위치를 제공하는 단계를 더 포함하고; 상기 방법은 접지에 연결되도록 상기 로-사이드 스위치를 제공하는 단계를 더 포함하고; 그리고 상기 방법은 상기 로-사이드 스위치와 연결되도록 상기 래치를 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 입력 노드와 연결된 입력 커패시터 및 저항기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 방법은 서로 병렬로 배치되도록 상기 저항기와 상기 입력 커패시터를 제공하는 단계를 더 포함하며; 상기 방법은 상기 저항기 및 상기 입력 커패시터의 각각을 접지에 연결하는 단계를 더 포함하고; 상기 방법은 상기 하이-사이드 스위치와 병렬로 배치된 하이-사이드 다이오드를 제공하는 단계를 더 포함하며; 상기 방법은 상기 입력 노드를 향하여 전류를 전도하도록 구성되게끔 상기 하이-사이드 다이오드를 제공하는 단계를 더 포함하며; 상기 방법은 상기 로-사이드 스위치와 병렬로 배치된 로-사이드 다이오드를 제공하는 단계를 더 포함하고; 상기 방법은 상기 하이-사이드 스위치 및 상기 인덕터를 향하여 전류를 전도하도록 구성되게끔 상기 로-사이드 다이오드를 제공하는 단계를 더 포함하고; 그리고 상기 방법은 상기 출력 노드와 그리고 접지와 연결되도록 출력 커패시터를 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 PWM 제어기와 상기 래치 사이에 직렬로 배치된 판별기를 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법.
  17. 하기 단계들을 포함하는, 전력 변환기 조립체에서 전압에 대한 단락에 대해 보호하는 방법:
    과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 단계;
    상기 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 단계; 및
    상기 전압에 대한 상기 단락의 지속 기간 동안 상기 로-사이드 스위치를 래치 오프 상태로 유지하는 단계.
  18. 기계에 의해 실행될 때, 상기 기계로 하여금 하기 동작(operation)들을 수행하게 하는 명령어들을 제공하는 비일시적 기계-판독 가능한 매체:
    과전류 검출기에 의해 과전류를 검출하는 동작;
    상기 과전류 검출기가 과전류를 검출한 경우 래치에 의해 로-사이드 스위치를 래치 오프하는 동작;
    PWM 제어기가 상기 래치에 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 때까지 상기 로-사이드 스위치를 래치 오프된 상태로 유지하는 동작; 및
    상기 PWM 제어기가 상기 래치에 상기 미리 결정된 최소 펄스를 제공할 경우 상기 로-사이드 스위치를 래치 해제하는 동작.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기계는 하기 동작들을 수행하도록 추가로 구성되는, 비일시적 기계-판독 가능한 매체:
    하이-사이드 스위치와 연결된 입력 노드에 DC 전류를 수신하는 동작; 및
    듀티 사이클에 따라서 상기 PWM 제어기를 작동시키는 동작.
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