KR20170002325A - 소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 벅 컨버터 - Google Patents

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Abstract

벅 컨버터는 입력 전압이 전달되는 일단을 포함하는 전력 스위치, 상기 전력 스위치의 타단에 연결되어 있고, 출력 전압을 생성하기 위한 인덕터 전류가 흐르는 인덕터, 및 소프트 스타트 기간 동안, 상기 출력 전압에 대응하는 피드백 전압과 상기 입력 전압에 대응하는 입력 검출 전압을 비교한 결과에 따라 소프트 스타트 전압을 제어하는 소프트 스타트 회로를 포함한다.

Description

소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 벅 컨버터{SOFT-START CIRCUIT AND BUCK CONVERTER COMPRISING THE SAME}
실시 예들은 소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 벅 컨버터에 관한 것이다.
벅 컨버터의 출력 전압이 입력 전압 보다 높을 때 벅 컨버터의 스위치는 스위칭하지 않고, 벅 컨버텅의 인덕터에 전류가 흐르지 않는다.
일반적으로 벅 컨버터에서도 소프트 스타트를 위해 일정하게 증가하는 기준 신호를 이용하는데, 입력 전압보다 출력 전압이 높을 때, 출력 전압에 대응하는 피드백 전압과 기준 신호 간의 전압 차가 증가한다. 피드백 전압과 기준 신호 간의 전압 차에 따라 스위칭 동작을 제어하는 제어전압이 결정되는데, 소프트 스타트 기간 중 입력 전압보다 출력 전압이 높은 기간 중 두 전압 차가 급격히 증가하여 제어 전압이 포화되게 된다.
그러면, 출력 전압에서 오버슛이 발생하고, 소프트 스타트 이후에 정상 상태(steady state)에 도달하는데 소요되는 시간이 증가한다.
소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 벅 컨버터를 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 스위치 제어 회로는 전력 스위치의 스위칭을 제어하고, 상기 전력 스위치는, 입력단과 출력단 사이에 인덕터와 함께 연결되어 있다. 상기 스위치 제어 회로는, 소프트 스타트 기간 동안, 상기 출력단의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압과 상기 입력단의 입력 전압에 대응하는 입력 검출 전압을 비교한 결과에 따라 소프트 스타트 전압을 보상하는 소프트 스타트 회로, 및 상기 소프트 스타트 전압과 상기 피드백 전압을 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하는 회로를 포함한다.
발명의 다른 특징에 따른 벅 컨버터는, 입력 전압이 전달되는 일단을 포함하는 전력 스위치, 및 소프트 스타트 기간 동안, 상기 벅 컨버터의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압과 상기 입력 전압에 대응하는 입력 검출 전압을 비교한 결과에 따라 소프트 스타트 전압을 보상하는 소프트 스타트 회로를 포함하고, 상기 소프트 스타트 전압을 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어할 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때, 상기 소프트 스타트 전압을 감소시킬 수 있다. 상기 소프트 스타트 회로는, 상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기, 상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터, 및 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 싱크 전류원을 포함할 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 커패시터에 연결되어 있는 소스 전류원을 더 포함할 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 커패시터와 상기 소스 전류원 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때, 상기 소프트 스타트 전압을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기, 상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 트랜지스터, 및 상기 트랜지스터의 타단에 연결된 소스 전류원을 포함할 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때 상기 소프트 스타트 전압의 기울기를 감소시킬 수 있다.
상기 소프트 스타트 회로는, 상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기, 상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 제1 소스 전류원, 상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 트랜지스터, 및 상기 제2 트랜지스터의 타단에 연결된 제2 소스 전류원을 포함할 수 있다.
상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 서로 채널 타입이 다를 수 있다.
소프트 스타트 회로 및 이를 포함하는 벅 컨버터를 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 벅 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 스위치 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 9은 또 다른 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로를 나타낸 도면이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 11A는 종래 소프트 스타트 회로에 따른 전압 파형이고, 도 11B는 도 7에 도시된 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로에서의 전압 파형도이다.
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 실시예에 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.
실시 예에 따른 소프트 스타트 회로는 출력 전압 정보에 따라 소프트 스타트 전압을 제어한다. 이하, 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 벅 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 벅 컨버터(1)는 입력 검출부(10), 정류 회로(20), 전력 스위치(Q1), 및 스위치 제어 회로(30)를 포함한다.
교류 입력(VAC)은 정류 회로(20)를 통해 라인 입력 전압(Vin)으로 정류된다. 이하, 라인 입력 전압(Vin)은 입력 전압이라 한다. 정류 회로(20)의 양단에 연결되어 있는 커패시터(CI)를 통해 입력 전압(Vin)의 노이즈 성분이 필터링될 수 있다.
입력 검출부(10)는 교류 입력(VAC)을 정류하여 입력 전압(Vin)에 대응하는 입력 검출 전압(VIND)을 생성한다. 부하(RL)가 경부하인 경우, 입력 전압(Vin)이 교류 입력(VAC)의 파형을 따라 감소되지 않을 수 있다.
벅 컨버터(1)는 출력 전압(VO)이 교류 입력(VAC)의 정류 파형보다 높은 구간을 정확하게 검출하기 위해서 입력 검출부(10)를 포함할 수 있다. 다만, 부하(RL)가 경부하 보다 큰 조건에서 벅 컨버터(1)가 동작한다면, 벅 컨버터(1)는 입력 검출부(10)를 포함하지 않을 수 있고, 입력 전압(Vin) 정보를 이용하여 입력 검출부(10)를 대신 할 수 있다.
입력 검출부(10)는 두 개의 다이오드(D2, D3) 및 두 개의 저항(R4, R5)을 포함한다. 다이오드(D2)의 애노드는 교류 입력(VAC)의 양 입력단 중 하나에 연결되어 있고, 다이오드(D3)의 애노드는 교류 입력(VAC)의 양 입력단 중 다른 하나에 연결되어 있고, 다이오드(D2) 및 다이오드(D3) 각각의 캐소드는 서로 연결되어 있다. 저항(R4, R5)은 다이오드(D2, D3)의 캐소드와 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있다. 저항(R4)과 저항(R5)가 연결되는 노드의 전압이 입력 검출 전압(VIND)이다.
도 1에 도시된 입력 검출부(10)는 일 예로서, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 스위치(Q1)와 인덕터(L)는 입력 전압(Vin)이 입력되는 노드(N0)와 출력 전압(VO)의 노드(N2) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 전력 스위치(Q1)의 드레인에 입력 전압(Vin)이 입력되고, 전력 스위치(Q1)의 소스는 노드(N1)에 연결되어 있으며, 다이오드(D1)의 캐소드는 노드(N1)에 연결되어 있고, 다이오드(D1)의 애노드는 그라운드에 연결되어 있다.
전력 스위치(Q1)는 n 채널 타입의 MOSFET으로 구현되어 있다. 전력 스위치(Q1)의 게이트에는 게이트 전압(VG1)이 입력되고, 전력 스위치(Q1)은 게이트 전압(VG1)이 하이 레벨일 때 턴 온 되고, 로우 레벨일 때 턴 오프 된다.
인덕터(L)은 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 연결되어 있고, 커패시터(CO)는 노드(N2)와 노드(N3) 사이에 연결되어 있고, 저항(RCS)은 노드(N3)와 그라운드 사이에 연결되어 있다. 출력 전압(VO)은 커패시터(CO)의 양단 전압으로 부하(RL)에 공급된다.
저항(RCS)은 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL)를 감지하기 위한 저항이다. 노드(N3)의 전압은 인덕터 전류(IL)와 저항(RCS)에 따라 결정되는 전압으로 이하 감지 전압(VCS)이라 한다. 저항(R1) 및 저항(R2)은 노드(N2)와 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있고, 출력 전압(VO)은 저항(R1) 및 저항(R2)에 의해 분배되어 피드백 전압(VFB)이 된다.
전력 스위치(Q1)의 온 기간 동안 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL)는 커패시터(CO) 및 저항(RCS)을 통해 그라운드로 흐른다. 전력 스위치(Q1)가 턴 오프 되고, 다이이도(D1)가 도통되어 인덕터 전류(IL)가 다이오드(D1), 인덕터(L), 커패시터(CO), 및 저항(RCS)을 통해 흐르면서 감소한다.
전력 스위치(Q1)의 스위칭 동작을 통해 인덕터 전류(IL)가 제어되어 출력 전압(VO)이 레귤레이트될 수 있다.
스위치 제어 회로(30)의 피드백 핀(FB) 및 감지 핀(CS) 각각을 통해 피드백 전압(VFB) 및 감지 전압(VCS)이 입력되고, 게이트 핀(G1)을 통해 게이트 전압(VG1)이 출력된다. 스위치 제어 회로(30)의 보상핀(COMP)과 그라운드 사이에 커패시터(C1)가 연결되어 있고, 보상핀(COMP)과 그라운드 사이에 커패시터(C2) 및 저항(R3)이 직렬 연결되어 있다.
스위치 제어 회로(30)는 피드백 전압(VFB), 피드백 전압(VFB)에 대응하는 비교 전압(VCOMP), 및 감지 전압(VCS)을 이용하여, 전력 스위치(Q1)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압(VG1)을 생성한다.
스위치 제어 회로(30)는 소프트 스타트 기간 중 입력 검출 핀(AC)을 통해 입력되는 입력 검출 전압(VIND)과 피드백 핀(FB)을 통해 입력되는 피드백 전압(VFB)을 비교한 결과에 기초하여 입력 전압(Vin)이 출력 전압(VO) 보다 작은 기간을 검출하고, 검출된 기간 동안 소프트 스타트 전압(VSS)의 기울기를 제어한다.
스위치 제어 회로(30)는 핀(SS)에 연결되어 있는 커패시터(CSS)를 이용하여 소프트 스타트 전압(VSS)을 생성하는데, 커패시터(CSS)에 공급되는 전류를 제어하여 소프트 스타트 전압(VSS)을 제어할 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 스위치 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 회로(30)는 연산 증폭기(31), 오실레이터(32), 오프 제어부(33), SR 플립플롭(34), 게이트 구동부(35), 및 소프트 스타트 회로(40)를 포함한다.
연산 증폭기(31)는 반전 단자(-)에 입력되는 피드백 전압(VFB)과 비반전 단자(+)에 입력되는 전압 간의 차를 증폭하여 출력한다. 연산 증폭기(31)의 출력은 커패시터(C1, C2) 및 저항(R3)에 의해 주파수 이득이 보상되어 비교 전압(VCOMP)이 생성된다. 소프트 스타트 기간 동안, 연산 증폭기(31)의 반전 단자(-)에는 소프트 스타트 전압(VSS)이 입력되고, 소프트 스타트 기간이 경과하면, 소프트 스타트 전압(VSS) 대신 소정 레벨의 기준 전압이 입력될 수 있다.
오프 제어부(33)는 피크 전류 모드 제어 또는 전압 모드 제어 중 어느 하나에 따라 스위칭을 제어하기 위한 오프 신호(OFC)를 출력한다. 오프 신호(OFC)에 따라 전력 스위치(Q1)는 턴 오프 된다.
오프 제어부(33)는 피크 전류 모드 제어에 따라 비교 전압(VCOMP)과 감지 전압(VCS)을 비교한 결과에 기초하여 오프 신호(OFC)로 생성할 수 있다. 또는, 오프 제어부(33)는 전압 모드 제어에 따라 비교 전압(VCOMP)과 스위칭 주파수에 동기된 소정 신호를 비교한 결과에 기초하여 오프 신호(OFC)를 생성할 수 있다. 이때, 스위칭 주파수에 동기된 소정 신호는 전력 스위치(Q1)의 턴 온 시점부터 전력 스위치(Q1)의 스위칭 한 주기 동안 증가하는 톱니파형일 수 있다.
오실레이터(32)는 내부 클럭에 따라 상승 엣지 시에 하이 레벨의 온 신호(ONC)을 출력하고, 하강 엣지 시에 로우 레벨의 온신호(ONC)을 출력한다.
SR 플립플롭(34)은 셋단(S)의 입력에 따라 게이트 제어 신호(VC1)를 하이 레벨로 상승시키고, 리셋단(R)의 입력에 따라 게이트 제어 신호(VC1)를 로우 레벨로 하강시킨다. SR 플립플롭(34)의 셋단(S)으로 온 신호(ONC)가 입력되고, SR 플립플롭(34)의 리셋단(R)으로 오프 신호(OFC)가 입력되며, SR 플립플롭(34)의 출력단(Q)은 게이트 구동부(35)에 연결되어 있다.
게이트 구동부(35)는 게이트 제어 신호(VC1)에 따라 게이트 전압(VG1)을 생성한다. 예를 들어, 게이트 구동부(35)는 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VC1)에 따라 하이 레벨의 게이트 전압(VG1)을 생성하고, 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VC1)에 따라 로우 레벨의 게이트 전압(VG1)을 생성한다.
소프트 스타트 회로(40)는 입력 검출 전압(VIND)과 피드백 전압(VFB)을 비교한 결과에 기초하여 입력 전압(Vin)이 출력 전압(VO) 보다 낮은 구간을 검출하고, 검출된 구간 동안 커패시터(CSS)의 공급되는 전류를 제어하여 소프트 스타트 전압(VSS)의 기울기를 조절한다.
소프트 스타트 회로(40)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
먼저, 도 3 및 4를 참조하여 한 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로(40)를 설명한다.
도 3은 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트 회로(40)는 소스 전류원(41), 싱크 전류원(42), 두 개의 트랜지스터(43, 44), 비교기(45), 제너 다이오드(46), 및 스위칭부(47)를 포함한다.
소스 전류원(41)과 노드(N4) 사이에 트랜지스터(43)가 연결되어 있고, 소스 전류원(41)은 트랜지스터(43)를 통해 전류(I1)를 커패시터(CSS)에 공급한다. 트랜지스터(43)의 온 기간 동안, 전류(I1)에 의해 커패시터(CSS)가 충전되어 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
싱크 전류원(42)과 노드(N4) 사이에 트랜지스터(44)가 연결되어 있고, 싱크 전류원(42)은 트랜지스터(44)를 통해 커패시터(CSS)로부터 그라운드로 전류(I2)를 싱크시킨다. 트랜지스터(44)의 온 기간 동안, 전류(I2)에 의해 커패시터(CSS)가 방전되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 감소한다.
비교기(45)는 피드백 전압(VFB)과 입력 검출 전압(VIND)를 비교한 결과를 출력한다. 비교기(45)의 반전 단자(-)에 입력 검출 전압(VIND)이 입력되고, 비반전 단자(+)에 피드백 전압(VFB)이 입력된다. 비교기(45)는 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-) 이상일 때 하이 레벨의 전압(CHS)을 출력하고, 그렇지 않은 경우 로우 레벨은 전압(CHS)을 출력한다.
스위칭부(47)는 소프트 스타트 기간 동안 전압(CHS)에 따라 신호(SC)의 레벨을 결정하고, 소프트 스타트 기간 이후에는 로우 레벨의 신호(SC)를 생성한다. 예를 들어, 스위칭부(47)는 소프트 스타트 기간 동안 하이 레벨의 전압(CHS)에 따라 하이 레벨의 신호(SC)를 생성하고, 로우 레벨의 전압(CHS)에 따라 로우 레벨의 신호(SC)를 생성한다.
트랜지스터(43)은 p 채널 타입의 트랜지스터이고, 트랜지스터(44)는 n 채널 타입의 트랜지스터이다. 따라서 소프트 스타트 기간 동안 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 이상일 때, 하이 레벨의 신호(SC)에 의해 트랜지스터(44)가 턴 온 되어 전류(I2)에 따라 소프트 스타트 전압(VSS)이 감소하고, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 낮을 때, 로우 레벨의 신호(SC)에 의해 트랜지스터(43)가 턴 온 되어 전류(I1)에 따라 소프트 스타트 전압(VSS)이 증가한다.
제너 다이오드(46)는 노드(N4)에 연결되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 제너 전압을 넘지 않도록 클램핑한다. 소프트 스타트 기간이 종료된 후, 소프트 스타트 전압(VSS)은 제너 전압으로 유지될 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 입력 검출 전압(VIND)은 교류 입력(VAC)을 정류한 파형에 따른다. 입력 검출 전압(VIND)은 입력 전압(Vin)에 동기된 파형으로, 두 전압은 실질적으로 동일한 파형을 가질 수 있다.
기간 T0-T1 동안, 입력 검출 전압(VIND)이 피드백 전압(VFB)도다 높은 전압이므로, 비교기(45)의 출력인 전압(CHS)이 로우 레벨이고, 신호(SC)도 전압(CHS)에 따라 로우 레벨이다. 그러면, 트랜지스터(43)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I1)에 의해 충전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
시점 T1에 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND)에 도달한다. 시점 T1에 전압(CHS)이 하이 레벨로 상승하고, 신호(SC)도 전압(CHS)에 따라 하이 레벨로 상승한다. 시점 T1부터 트랜지스터(44)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I2)에 의해 방전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 감소한다. 소프트 스타트 전압(VSS)의 감소에 따라 출력 전압(VO)도 감소하여 피드백 전압(VFB)도 감소한다.
시점 T2에 입력 검출 전압(VIND)이 피드백 전압(VFB)보다 높은 전압이 된다. 시점 T2에 전압(CHS)이 로우 레벨로 하강하고, 신호(SC)도 전압(CHS)에 따라 로우 레벨로 하강한다. 그러면, 전압(CHS)이 로우 레벨이고, 신호(SC)도 전압(CHS)에 따라 로우 레벨이다. 그러면, 트랜지스터(43)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I1)에 의해 충전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다. 소프트 스타트 전압(VSS)의 증가에 따라 출력 전압(VO)도 증가하여 피드백 전압(VFB)도 증가한다.
시점 T3에 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND)에 도달한다. 시점 T3에 전압(CHS)이 하이 레벨로 상승하고, 신호(SC)도 전압(CHS)에 따라 하이 레벨로 상승한다. 그러면, 트랜지스터(44)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I2)에 의해 방전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 감소한다. 소프트 스타트 전압(VSS)의 감소에 따라 출력 전압(VO)도 감소하여 피드백 전압(VFB)도 감소한다.
시점 T4에 입력 검출 전압(VIND)이 피드백 전압(VFB)보다 높은 전압이 된다. 시점 T4에 전압(CHS)이 로우 레벨로 하강하고, 신호(SC)도 전압(CHS)에 따라 로우 레벨로 하강한다. 그러면, 트랜지스터(43)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I1)에 의해 충전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다. 소프트 스타트 전압(VSS)의 증가에 따라 출력 전압(VO)도 증가하여 피드백 전압(VFB)도 증가한다.
시점 T5에 소프트 스타트 기간이 종료하고, 시점 T5부터 신호(SC)는 로우 레벨로 유지되어, 트랜지스터(43)는 온 상태이고, 트랜지스터(44)는 오프 상태이다. 제너 다이오드(46)에 의해 소프트 스타트 전압(VSS)은 제너 전압으로 유지된다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로를 나타낸 도면이다.
앞선 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 그 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트 회로(50)는 소스 전류원(51), 싱크 전류원(52), 트랜지스터(53), 비교기(45), 제너 다이오드(46), 및 스위칭부(47)를 포함한다.
소스 전류원(51)은 노드(N5)에 연결되어 있고, 전류(I3)를 커패시터(CSS)에 공급한다. 싱크 전류원(52)과 노드(N5) 사이에 트랜지스터(53)가 연결되어 있고, 싱크 전류원(52)은 트랜지스터(53)를 통해 커패시터(CSS)로부터 그라운드로 전류(I4)를 싱크시킨다.
트랜지스터(53)의 오프 기간 동안 커패시터(CSS)는 전류(I3)에 의해 충전되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 증가한다.
트랜지스터(53)의 온 기간 동안, 전류(I4)와 전류(I3)의 차인 전류(I4-I3)에 의해 커패시터(CSS)가 방전되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 감소한다. 이를 위해서 전류(I4)는 전류(I3) 보다 크다.
트랜지스터(53)은 n 채널 타입의 트랜지스터이다. 따라서 소프트 스타트 기간 동안 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 이상일 때, 신호(SC)에 의해 트랜지스터(53)가 턴 온 되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 전류(I4-I3)에 의해 감소하고, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 낮을 때, 신호(SC)에 의해 트랜지스터(53)가 턴 오프 되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 전류(I3)에 의해 증가한다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기간 T10-T11 동안, 입력 검출 전압(VIND)이 피드백 전압(VFB)보다 높은 전압이므로, 트랜지스터(53)는 오프 상태이다. 커패시터(CSS)는 전류(I3)에 의해 충전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
기간 T11-T12 동안, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND)보다 높은 전압이므로, 트랜지스터(53)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I4-I3)에 의해 방전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 감소한다. 소프트 스타트 전압(VSS)의 감소에 따라 출력 전압(VO)도 감소하여 피드백 전압(VFB)도 감소한다.
시점 T13에 소프트 스타트 기간이 종료하고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 제너 전압으로 유지된다.
이와 같은 방식으로 소프트 스타트 전압(VSS)은 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 높은 전압일 때, 감소할 수 있다. 발명이 이에 한정되지 않고, 또 다른 실시 예에 따르면, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 높은 전압일 때, 소프트 스타트 전압(VSS)이 감소하지 않고, 일정하게 유지될 수 있다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로를 나타낸 도면이다.
앞선 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 그 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트 회로(60)는 소스 전류원(61), 트랜지스터(62), 비교기(45), 제너 다이오드(46), 및 스위칭부(47)를 포함한다.
소스 전류원(61)은 노드(N6)에 연결되어 있고, 전류(I5)를 커패시터(CSS)에 공급한다. 트랜지스터(62)의 온 기간 동안, 전류(I5)에 의해 커패시터(CSS)가 충전되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 증가한다. 트랜지스터(62)의 오프 기간 동안, 커패시터(CSS)는 소프트 스타트 전압(VSS)을 유지한다.
트랜지스터(62)는 p 채널 타입의 트랜지스터이다. 따라서 소프트 스타트 기간 동안 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 이상일 때, 신호(SC)에 의해 트랜지스터(62)가 턴 오프 되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 일정하게 유지되고, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 낮을 때, 신호(SC)에 의해 트랜지스터(62)가 턴 온 되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 전류(I5)에 의해 증가한다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기간 T20-T21 동안, 입력 검출 전압(VIND)이 피드백 전압(VFB)보다 높은 전압이므로, 트랜지스터(62)는 온 상태이다. 커패시터(CSS)는 전류(I5)에 의해 충전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
기간 T21-T22 동안, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND)보다 높은 전압이므로, 트랜지스터(62)가 턴 오프 되어 소프트 스타트 전압(VSS)은 커패시터(CSS)에 의해 일정하게 유지된다. 이 때, 출력 전압(VO)은 부하(RL)에 공급되는 전류에 의해 감소될 수 있고, 피드백 전압(VFB)도 감소될 수 있다.
시점 T23에 소프트 스타트 기간이 종료하고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 제너 전압으로 유지된다.
이와 같은 방식으로 소프트 스타트 전압(VSS)은 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 높은 전압일 때, 일정할 수 있다. 발명이 이에 한정되지 않고, 또 다른 실시 예에 따르면, 출력 전압(VO)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 높은 전압일 때, 소프트 스타트 전압(VSS)의 증가 기울기가 감소할 수 있다.
도 9은 또 다른 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로를 나타낸 도면이다.
앞선 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였고, 그 설명은 생략한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트 회로(70)는 두 개의 소스 전류원(71, 72), 두 개의 트랜지스터(73, 74), 비교기(45), 제너 다이오드(46), 및 스위칭부(47)를 포함한다.
소스 전류원(71)과 노드(N7) 사이에 트랜지스터(74)가 연결되어 있고, 소스 전류원(71)은 트랜지스터(74)를 통해 전류(I6)를 커패시터(CSS)에 공급한다.
소스 전류원(72)과 노드(N7) 사이에 트랜지스터(73)가 연결되어 있고, 소스 전류원(72)은 트랜지스터(73)를 통해 전류(I7)를 커패시터(CSS)에 공급한다.
전류(I6)가 전류(I7)보다 큰 전류이고, 트랜지스터(74)는 p 채널 타입의 트랜지스터이며, 트랜지스터(73)는 n 채널 타입의 트랜지스터이다. 트랜지스터(74)의 온 기간 동안 트랜지스터(73)은 오프 상태이고, 전류(I6)에 의해 커패시터(CSS)가 충전되어 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다. 트랜지스터(73)의 온 기간 동안 트랜지스터(74)는 오프 상태이고, 전류(I7)에 의해 커패시터(CSS)가 충전되어 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
소프트 스타트 기간 동안 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 이상일 때, 신호(SC)에 의해 트랜지스터(73)가 턴 온 되어 소프트 스타트 전압(VSS)은 전류(I7)에 따르는 기울기로 증가하고, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 낮을 때, 신호(SC)에 의해 트랜지스터(74)가 턴 온 되어 소프트 스타트 전압(VSS)이 전류(I6)에 따르는 더 큰 기울기로 증가한다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 입력 검출 전압, 피드백 전압, 및 소프트 스타트 전압을 나타낸 파형도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 기간 T30-T31 동안, 입력 검출 전압(VIND)이 피드백 전압(VFB)보다 높은 전압이므로, 트랜지스터(74)는 온 상태이다. 커패시터(CSS)는 전류(I6)에 의해 충전되고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
기간 T31-T32 동안, 피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND)보다 높은 전압이므로, 트랜지스터(73)가 턴 온 되어 커패시터(CSS)는 전류(I7)에 의해 충전되어 소프트 스타트 전압(VSS)은 증가한다.
기간 T30-T31에서의 소프트 스타트 전압(VSS)의 증가 기울기는 기간 T31-T32에서의 소프트 스타트 전압(VSS)의 증가 기울기 보다 크다. 기간 T31-T32에서, 출력 전압(VO)은 부하(RL)에 공급되는 전류에 의해 감소될 수 있고, 피드백 전압(VFB)도 감소될 수 있다.
시점 T33에 소프트 스타트 기간이 종료하고, 소프트 스타트 전압(VSS)은 제너 전압으로 유지된다.
피드백 전압(VFB)이 입력 검출 전압(VIND) 보다 높은 전압일 때, 실시 예들에 따른 방식으로 소프트 스타트 전압(VSS)의 변화 기울기는 다르게 제어될 수 있다.
지금까지 설명한 실시 예들에 따르면, 비교 전압(VCOMP)의 포화를 억제하여 소프트 스타트 기간이 종료된 후의 출력 전압(VO)의 오버슛을 최소화할 수 있다.
도 11A는 종래 소프트 스타트 회로에 따른 전압 파형이고, 도 11B는 도 7에 도시된 실시 예에 따른 소프트 스타트 회로에서의 전압 파형도이다.
도 11A에 도시된 바와 같이, 소프트 스타트 기간 동안 비교 전압(VCOMP)이 매우 높은 전압까지 상승하여 포화되고, 소프트 스타트가 종료되는 시점 T40 이후에 출력 전압의 피크는 약 92V까지 상승하는 오버슛이 발생한다.
이와 달리, 도 11B에 도시된 실시 예에 따른 비교 전압(VCOMP)은 도 11A에 도시된 비교 전압(VCOMP)에 비해 낮은 전압으로 포화가 억제되고, 소프트 스타트가 종료되는 시점 T41 이후에 출력 전압의 피크는 약 86V이다. 오버슛이 감소되는 것을 알 수 있다.
이상에서 복수의 실시 예들에 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: 벅 컨버터
30: 스위치 제어 회로
40, 50, 60, 70: 소프트 스타트 회로

Claims (20)

  1. 입력단과 출력단 사이에 연결되어 있는 인덕터 및 전력 스위치, 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하는 회로에 있어서,
    소프트 스타트 기간 동안, 상기 출력단의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압과 상기 입력단의 입력 전압에 대응하는 입력 검출 전압을 비교한 결과에 따라 소프트 스타트 전압을 보상하는 소프트 스타트 회로; 및
    상기 소프트 스타트 기간 동안 상기 소프트 스타트 전압과 상기 피드백 전압을 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하는 회로를 포함하는 스위치 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때, 상기 소프트 스타트 전압을 감소시키는 스위치 제어 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 싱크 전류원을 포함하는 스위치 제어 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 커패시터에 연결되어 있는 소스 전류원을 더 포함하는 스위치 제어 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 커패시터와 상기 소스 전류원 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터를 더 포함하는 스위칭 제어 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때, 상기 소프트 스타트 전압을 일정하게 유지하는 스위치 제어 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 트랜지스터; 및
    상기 트랜지스터의 타단에 연결된 소스 전류원을 포함하는 스위치 제어 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때 상기 소프트 스타트 전압의 기울기를 감소시키는 스위치 제어 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 제1 소스 전류원;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 트랜지스터; 및
    상기 제2 트랜지스터의 타단에 연결된 제2 소스 전류원을 포함하는 스위치 제어 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 서로 채널 타입이 다른 스위치 제어 회로.
  11. 입력 전압이 전달되는 일단을 포함하는 전력 스위치; 및
    소프트 스타트 기간 동안, 벅 컨버터의 출력 전압에 대응하는 피드백 전압과 상기 입력 전압에 대응하는 입력 검출 전압을 비교한 결과에 따라 소프트 스타트 전압을 보상하는 소프트 스타트 회로를 포함하고,
    상기 소프트 스타트 전압을 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭을 제어하는 벅 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때, 상기 소프트 스타트 전압을 감소시키는 벅 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 싱크 전류원을 포함하는 벅 컨버터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 커패시터에 연결되어 있는 소스 전류원을 더 포함하는 벅 컨버터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고,
    상기 커패시터와 상기 소스 전류원 사이에 연결되어 있는 제2 트랜지스터를 더 포함하는 벅 컨버터.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때, 상기 소프트 스타트 전압을 일정하게 유지하는 벅 컨버터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 트랜지스터; 및
    상기 트랜지스터의 타단에 연결된 소스 전류원을 포함하는 벅 컨버터.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 소프트 스타트 기간 중, 상기 피드백 전압이 상기 입력 검출 전압 보다 높을 때 상기 소프트 스타트 전압의 기울기를 감소시키는 벅 컨버터.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 소프트 스타트 회로는,
    상기 피드백 전압과 상기 입력 검출 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 소프트 스타트 전압이 생성되는 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 제1 소스 전류원;
    상기 비교기의 출력에 따라 스위칭하고, 상기 커패시터에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 트랜지스터; 및
    상기 제2 트랜지스터의 타단에 연결된 제2 소스 전류원을 포함하는 벅 컨버터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 서로 채널 타입이 다른 벅 컨버터.
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