KR20170125916A - 저전압 임계의 정확한 검출 - Google Patents

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데이비드 매클레인 드웰리
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Abstract

임계 검출 회로는 전원과 부하 사이의 전류가 전류 임계 레벨에 도달하는 때를 감지할 수 있다. 임계 검출 회로는, 부하와 직렬로 연결된 트랜지스터; 트랜지스터가 전원과 부하 사이에 전류를 전도하고 있는 동안, 트랜지스터에 걸친 전압 강하가 일정하게 하는 피드백 회로; 부하로 정전류를 전달하는 정전류원; 및 트랜지스터에 걸친 전압 강하가 전압 임계 레벨 아래로 떨어질 때를 나타내는 비교기를 포함한다.

Description

저전압 임계의 정확한 검출
[관련 출원에 대한 교차 참조]
본 출원은 2015년 3월 5일 출원되고 발명의 명칭이 "Scheme for Detecting a Disabled or Disconnected PD while Power is Applied for Power over Data Lines Systems"인 미국 임시 특허 출원 제62/128,877호에 기초하며 그에 대한 우선권을 주장한다. 이 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 편입된다.
[기술분야]
본 개시 내용은 전원 및 부하 사이의 전류를 감지하고, 매우 낮은 전압 임계에 도달될 때 정확한 표시를 제공하는 것에 관련된다.
전원과 전원이 연결된 부하 사이의 전류가 임계 레벨 아래로 강하한 때를 감지하는 것은 유용할 수 있다.
이 임계 레벨은 부하에 대한 정상 전류보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 이럴 때, 이 임계 레벨이 도달된 때를 검출하는 것은 어려울 수 있다.
하나의 접근 방식은 부하와 직렬 연결된 감지 저항기에 걸쳐 전압 강하를 측정하는 것이었다. 그러나, 원하는 임계 레벨이 시스템에서의 정상 동작 전류보다 훨씬 더 작을 때, 시스템에서의 노이즈 및 오프셋 에러가 임계 레벨의 검출을 부정확하게 할 수 있거나, 이것이 완전히 실패가 되게 할 수 있다. 이 문제는 감지 저항기의 값을 증가시키는 것으로 감소될 수 있다. 그러나, 이러한 증가는 또한 정상 동작 전류에서 전력 손실을 증가시킬 수 있으며, 이는 바람직하지 않을 수 있다.
임계 검출 회로는 전원과 부하 사이의 전류가 전류 임계 레벨에 도달하는 때를 감지할 수 있다. 임계 검출 회로는, 부하와 직렬로 연결된 트랜지스터; 트랜지스터가 전원과 부하 사이에 전류를 전도하고 있는 동안, 트랜지스터에 걸친 전압 강하가 일정하게 하는 피드백 회로; 부하로 정전류를 전달하는 정전류원; 및 트랜지스터에 걸친 전압 강하가 전압 임계 레벨 아래로 떨어질 때를 나타내는 비교기를 포함한다.
이와 같은 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점과 다른 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점은 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 첨부된 도면 및 청구범위에 대한 검토로부터 명확하게 될 것이다.
도면은 예시적인 실시예에 관한 것이다. 이는 모든 실시예들을 예시하지 않는다. 다른 실시예들이 추가로 또는 대체하여 사용될 수 있다. 명료하거나 불필요할 수 있는 상세 사항은 공간을 절약하고 더욱 효과적인 도시를 위하여 생략될 수 있다. 일부 실시예들은 추가 구성요소나 단계를 가지면서 그리고/또는 도시된 구성요소나 단계를 모두 가지지는 않으면서 실시될 수 있다. 동일한 도면 부호가 상이한 도면에 나타날 때, 이는 동일하거나 유사한 구성요소나 단계를 지칭한다.
도 1은 전원, 부하 및 전원과 부하 사이의 전류가 임계에 도달하는 때를 정확하게 검출할 수 있는 임계 검출 회로의 일례를 도시한다.
예시적인 실시예가 이제 설명된다. 다른 실시예들이 추가로 또는 대체하여 사용될 수 있다. 명확하거나 불필요할 수 있는 상세 내용은 공간을 절약하기 위하여 또는 더욱 효율적인 설명을 위하여 생략될 수 있다. 일부 실시예들은 추가 구성요소나 단계를 가지면서 그리고/또는 설명되는 구성요소나 단계를 모두 가지지는 않으면서 실시될 수 있다.
임계 검출 회로는, 전원과 부하 사이의 전류가 100, 50, 25, 10, 5 또는 1 ㎂ 이하와 같은 매우 낮은 임계 레벨에 도달할 때를 정확하게 검출할 수 있다.
임계 검출 회로는 MOSFET 또는 BJT와 같은 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜지스터는 전원과 부하 사이에 직렬로 연결될 수 있고, 전류 감지 요소로서 기능할 수 있다.
트랜지스터는 트랜지스터에 걸친 작은 정전압 강하(Vdrop)를 발생시키는 피드백 회로에 의해 구동된다.
정전류원이 트랜지스터와 병렬로 부하에 연결될 수 있고, 부하에 정전류를 공급할 수 있다. 이 정전류의 레벨은 임계 검출 회로에 의해 검출될 전류의 임계 레벨과 동일할 수 있다. 정전류원은, 트랜지스터에 걸친 전압이 Vdrop 아래로 떨어질 때에도, 부하로 정전류를 계속 전달하도록 구성될 수 있다.
정상 부하 전류 레벨에서, 트랜지스터는 부하 전류의 거의 전부를 반송할 수 있는 반면, 정전류원은, 원하는 임계 전류값과 동일한 작은 추가 전류량만을 부하에 제공할 수 있다. 부하 전류가 강하함에 따라, 피드백 회로는 Vdrop을 일정하게 유지하도록 트랜지스터의 구동을 조정할 수 있다.
궁극적으로, 부하 전류는 정전류원 전류에 접근할 수 있다. 결과적으로, 이는 피드백 회로가 트랜지스터를 완전히 턴오프하게 할 수 있다. 이 시점에서, 트랜지스터에 걸친 전압(Vdrop)은 전류원이 전류를 부하에 공급하는 동안 급격하게 감소할 수 있다. 이러한 뚜렷한 감소는 비교기 또는 다른 종류의 감지 회로로 감지될 수 있다.
도 1은 전원(101), 부하(103) 및 전원(101)과 부하(103) 사이의 전류가 임계레벨에 도달하는 때를 정확하게 검출할 수 있는 임계 검출 회로의 일례를 도시한다.
전원(101)은 임의의 종류일 수 있다. 예를 들어, 전원은 고정 DC 전압(예를 들어 12 V) 전원, 배터리 또는 가변 전압 전원일 수 있다.
부하(103)는 임의의 종류일 수 있다. 예를 들어, 부하(103)는 저전력 모드를 갖는 전자 장치 또는 PoE 전원 공급 액세스 포인트(PoE-powered access point)와 같은 가변 부하일 수 있다.
임계 검출 회로는 전원(101)과 부하(103) 사이에 직렬로 연결된 트랜지스터(105)를 포함할 수 있다. 트랜지스터는 MOSFET 또는 BJT와 같은 임의의 종류일 수 있다. 트랜지스터(105)는 전원(101)과 부하(103) 사이의 전류의 대부분을 반송할 수 있다.
임계 검출 회로는 정전류원을 포함할 수 있다. 정전류원은 임의의 종류일 수 있다. 예를 들어, 정전류원은, 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트가 함께 연결되고 소스가 함께 연결된 MOSFET(107, 109)을 포함할 수 있다. 다른 종류의 트랜지스터가 적합한 회로 수정을 이용하여 대신에 사용될 수 있다.
정전류원은 원하는 임계 전류(예를 들어, 10 ㎂)와 실질적으로 동일한 레퍼런스 전류를 생성하는 레퍼런스 전류 발생기(111)를 포함할 수 있다. 레퍼런스 전류 발생기(111)는 저항기 또는 전자 레퍼런스 회로일 수 있다.
임계 검출 회로는 바이어스 전압원(113)을 포함할 수 있다. 바이어스 전압원은, 트랜지스터(105)에 걸친 전압이 매우 낮은 값으로 강하할 때에도, MOSFET(107, 109)을 전압원으로 계속 동작시키는 양으로 바이어스 전압을 제공할 수 있다.
임계 검출 회로는 차동 증폭기(115)를 포함할 수 있다. 임계 검출 회로는 차동 증폭기(115)에 대한 입력에 직렬로 연결된 오프셋 전압원(117)을 포함할 수 있다. 오프셋 전압원(117)은 트랜지스터(105)에 걸친 전압(Vdrop)이 부하 전류에서의 변동에도 불구하고 일정하게 되도록 하기 위하여 증폭기(115)와 협력하는 오프셋 전압을 생성할 수 있다. 오프셋 전압의 양은 50 mV 또는 트랜지스터(105)에서의 전력 소비를 적절한 값으로 유지하는 임의의 값일 수 있다.
임계 검출 회로는 비교기(119)와 임계 전압 발생기(121)를 포함할 수 있다. 임계 전압 발생기(121)는 트랜지스터(105)에 걸쳐 유지되는 정전압 아래에 있는 정전압을 생성할 수 있다. 임계 전압 발생기(121)와 함께, 비교기(119)는 트랜지스터(105)에 걸친 전압에서의 급격한 감소를 검출하고 전류 임계가 교차된 때를 나타내는 출력(123)을 제공할 수 있다.
정상적인 부하 상태(예를 들어, 10 A) 하에서, 비교기(119)의 출력은 로우(low)일 수 있다. 부하 전류가 10 ㎂ 아래로 강하할 때, 비교기(119)의 출력은 하이(high)로 될 수 있다. 따라서, 임계 검출 회로는, 정상 부하 전류가 정전류 발생기(111)로부터의 전류의 레벨보다 10,000, 100,100, 1,000,000 또는 10,000,000배 이상과 같이 훨씬 더 높을 때에도, 정전류 발생기(111)로부터의 전류의 레벨에 대한 부하 전류를 매우 정확하게 감지할 수 있다.
임계 검출 회로는 도 1에 도시된 바와 같은 양의 레일(positive rail) 대신에, 전원의 음의 레일(negative rail)에서 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, N 채널 MOSFET을 트랜지스터(105)로서 사용함으로써 수행될 수 있다.
임계 검출 회로는, 대신에, 게이트 드라이브와 전류원을 바이어스하는 차지 펌프 또는 개별 공급 전압을 이용함으로써 N 채널 MOSFET을 이용한 전원의 양의 레일에 사용될 수 있다.
또한, 임계 검출 회로는 바이폴라 NPN 또는 PNP 트랜지스터로 구성될 수 있다.
논의된 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점은 단지 예시적인 것이다. 이들 및 이들과 관련된 논의는 어떠한 방식으로도 보호 범위를 제한하려고 의도되지 않는다. 많은 다른 실시예들도 고려될 수 있다. 이들은 더 적고, 추가적이고, 그리고/또는 상이한 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및/또는 이점을 가지는 실시예들을 포함한다. 이들도 구성요소 및/또는 단계가 상이하게 배열되고 그리고/또는 상이한 순서를 가지는 실시예를 포함한다.
달리 언급되지 않는다면, 모든 측정, 값, 등급(rating), 위치, 크기, 사이즈 및 이어지는 청구범위를 포함하는 본 명세서에서 설명된 다른 사양은 대략적인 것으로 정확한 것은 아니다. 이들은 관련된 기능 및 속하는 기술분야에서 관례적인 기능과 일관성 있는 타당한 범위를 가지도록 의도된다.
본 개시 내용에 인용된 논문, 특허, 특허 출원 및 다른 간행물은 모두 참조로서 본 명세서에 편입된다.
"~하는 수단"이라는 어구는, 청구범위에 사용될 때, 설명된 대응하는 구조 및 재료와 그 균등물을 포함하도록 의도되며 그와 같이 해석되어야만 한다. 유사하게, "~하는 단계"라는 어구는, 청구범위에 사용될 때, 설명된 대응하는 작용과 그 균등물을 포함하도록 의도되며 그와 같이 이해되어야만 한다. 청구범위에서 이러한 어구들이 없는 것은 이들의 대응하는 구조, 재료 또는 작용이나 그 균등물로 제한되려고 의도되지 않으며, 그에 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
보호 범위는 이어지는 청구범위에 의해서만 제한된다. 그 범위는, 특정 의미가 설명된 것을 제외하고는, 본 명세서와 후속 출원 경과에 비추어 이해될 때 청구범위에 사용되는 문언의 통상적 의미와 일치하는 만큼 넓게 그리고 모든 구조적 기능적 균등물을 포함하도록 의도되며 그와 같이 해석되어야 한다.
"제1 및 "제2" 등과 같은 관계형 용어는 하나의 엔티티 또는 동작을 다른 것으로부터, 그 사이의 임의의 실제적인 관계 또는 순서를 반드시 필요로 하거나 암시하지 않으면서, 구별하기 위하여만 사용된다. "포함한다", "포함하는"이라는 용어 및 이의 임의의 다른 파생어는 본 명세서 또는 청구범위에서의 요소 리스트와 관련되어 사용될 때 그 리스트가 배타적이지 않으며 다른 요소가 포함될 수 있다는 것을 나타내도록 의도된다. 유사하게, 단수로 표시된 요소는, 추가적인 제한 사항 없이, 동일한 종류의 추가 요소의 존재를 배제하지 않는다.
어떠한 청구항도 미국 특허법 101, 102 또는 103조의 요건을 충족하지 않은 내용을 포함하려고 의도되지 않으며, 그러한 방식으로 해석되지 않아야 한다. 이러한 내용의 의도되지 않은 임의의 커버리지는 이에 의해 권리가 불요구된다. 본 문단에서 언급된 것을 제외하고는, 설명되거나 예시된 어떠한 것도, 청구범위에 인용되었는지 여부에 관계없이, 공중에 대한 임의의 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익, 이점 또는 균등물의 헌납을 발생시키도록 의도되거나 이해되어서는 안 된다.
요약서는 독자가 기술적 개시 내용의 본질을 신속하게 확인하는 것을 돕기 위하여 제공된다. 이는, 이것이 청구범위의 범위 및 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않을 것이라고 이해하면서 제출된다. 또한, 전술한 발명의 상세한 설명에서의 다양한 특징은 본 개시 내용을 간소화하기 위하여 다양한 실시예에서 함께 그루핑된다. 이러한 개시 방법은 각 청구항에서 명시적으로 인용된 더 많은 특징을 필요로 하기 위한 청구된 실시예를 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 이어지는 청구범위가 반영하는 바와 같이, 본 발명의 내용은 단일의 개시된 실시예의 모든 특징보다 적게 있다. 따라서, 이어지는 청구범위는 발명의 상세한 설명에 편입되며, 각각의 청구항은 개별적으로 청구된 내용으로서 자신을 대표한다.

Claims (20)

  1. 전원과 부하 사이의 전류가 전류 임계 레벨에 도달하는 때를 감지하는 임계 검출 회로에 있어서,
    상기 부하와 직렬로 연결된 트랜지스터;
    상기 트랜지스터가 상기 전원과 상기 부하 사이에 전류를 전도하고 있는 동안, 상기 트랜지스터에 걸친 전압 강하가 일정하게 하는 피드백 회로;
    상기 부하로 정전류를 전달하는 정전류원; 및
    상기 트랜지스터에 걸친 전압 강하가 전압 임계 레벨 아래로 떨어지는 때를 나타내는 비교기
    를 포함하는,
    임계 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전류원은 상기 트랜지스터와 병렬로 연결되는,
    임계 검출 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정전류원에 연결된 정바이어스 전압원(constant bias voltage source)을 더 포함하는,
    임계 검출 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전류원은 전류 미러 회로를 포함하는,
    임계 검출 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정전류원은 저항기를 포함하는,
    임계 검출 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정전류원은 트랜지스터를 포함하지 않는,
    임계 검출 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 MOSFET인,
    임계 검출 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 MOSFET은 P-MOSFET인,
    임계 검출 회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 MOSFET은 N-MOSFET인,
    임계 검출 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 BJT인,
    임계 검출 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 BJT는 NPN 트랜지스터인,
    임계 검출 회로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 BJT는 PNP 트랜지스터인,
    임계 검출 회로.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 회로는 증폭기를 포함하는,
    임계 검출 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피드백 회로는 오프셋 전압원을 포함하는,
    임계 검출 회로.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 비교기에 연결된 임계 전압 발생기를 더 포함하는,
    임계 검출 회로.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 정전류원에 연결된 레퍼런스 전류 발생기를 더 포함하는,
    임계 검출 회로.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전류 임계 레벨은 100 ㎂ 이하인,
    임계 검출 회로.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전원과 상기 부하 사이의 전류는 보통 범위 내에 있고, 상기 전류 임계 레벨은 실질적으로 상기 범위의 아래에 있는,
    임계 검출 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전류 임계 레벨은 상기 범위의 적어도 10,000배 아래에 있는,
    임계 검출 회로.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전류 임계 레벨은 상기 범위의 적어도 100,000배 아래에 있는,
    임계 검출 회로.
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