KR20190129390A - 전력 컨버터 및 전력 컨버터의 데드-타임 제어 회로 - Google Patents

전력 컨버터 및 전력 컨버터의 데드-타임 제어 회로 Download PDF

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Abstract

전력 컨버터 및 이를 위한 데드-타임 제어 회로가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 컨버터는, 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자; 스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자; 상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로; 상기 제1 전력 스위칭 소자에 연결된 제1 제어 노드 및 상기 제2 전력 스위칭 소자에 연결된 제2 제어 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제1 제어 노드의 전압에 기초하여 또는 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제2 제어 노드의 전압에 기초하여 상기 제어 스위칭 소자를 제어하는 제어 보조 유닛을 포함할 수 있다.

Description

전력 컨버터 및 전력 컨버터의 데드-타임 제어 회로{POWER CONVERTER AND DEAD-TIME CONTROL CIRCUIT THEREFOR}
본 발명은 전력 컨버터 및 전력 컨버터의 데드-타임 제어 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 컨버터 및 전력 컨버터의 데드-타임을 제어하는 데드-타임 제어 회로에 관한 것이다.
휴대전화 및 노트북과 같이 배터리로 동작하는 휴대용 전자 제품은 최근 몇 년 동안 엄청난 발전을 거듭해 왔다. 이러한 휴대용 전자 제품의 동작 시간을 증가시키기 위해서는 효율적인 전원관리 회로를 통해 배터리의 수명을 연장해야 한다. 전원관리 회로에서 전체 배터리 용량을 보다 효과적으로 사용하기 위한 가장 좋은 전략 중의 하나는 스위치 모드 파워 서플라이를 활용하는 것이다.
그 중에서도 동기식(synchronous) 컨버터는 스위칭 소자의 높은 스위칭 속도와 낮은 전도 손실로 인해 저전력 시스템에 응용되고 있다. 이러한 동기식 컨버터(synchronous converter)에서는, 신뢰성과 높은 효율을 유지하기 위해서 스위치들의 턴-온(turn-on) 및 턴-오프(turn-off) 제어가 매우 중요하다. 관련하여 동기식 컨버터는 특히 높은 스위칭 주파수에서 심각한 에너지 손실이 발생하며, 높은 전류 고조파(harmonic) 및 전압 리플(ripple)을 발생시키는 문제점을 가진다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 온/오프 데드-타입(dead-time)을 가능한 짧게 유지할 수 있는 여러 제어 방식이 제안되었다. 일반적으로 널리 쓰이는 적응적 데드-타임제어 방식은 동기식 컨버터의 스위칭 노드 전압 (VLX) 을 센싱하여 데드-타임을 조절하는 방식이고, 예측적 데드-타임 제어 방식은 이전 상태의 스위칭 주기를 이용하여 데드-타임을 조절하는 방식이다. 두 방식 모두 바디 다이오드의 동작을 억제하여 높은 효율을 얻을 수는 있지만, 비교기, 디지털 블록 등의 추가적인 회로 부품의 요구하기 ?문에 구현의 어려움과 높은 비용을 감당해야 한다. 또한 상기 회로들은 PVT(process-voltage-temperature) 변화에 매우 둔감하도록 설계되어야 하며, 노이지한 스위칭 노드 신호 센싱을 통해 데드-타임을 조절하기 때문에 높은 정확도를 얻기 어려운 측면이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 비센서(sensorless) 데드-타임 제어 방식이 제안되었지만, 이 방식은 최대 효율을 얻기 위한 추가적인 알고리즘이 개발되어야만 하는 어려움이 있다.
이처럼, 현재까지 제안된 데드-타임 제어 방식은 구현의 어려움, 높은 비용, 낮은 정확도 등 여러 한계점을 드러내고 있어, 보다 효율적인 데드-타임 제어 방안이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 일반적인 고정 데드-타임 제어 회로에 간단한 트랜지스터 및 로직 회로를 추가함으로써 컨버터 내 전력 스위치들의 턴-온 과정을 도와주고, 이를 통해 바디-다이오드의 동작을 최대한 억제하는 전력 컨버터를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상기 전력 컨버터의 데드-타임을 제어하는 데드-타임 제어 회로를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 컨버터는, 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자; 스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자; 상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로; 상기 제1 전력 스위칭 소자에 연결된 제1 제어 노드 및 상기 제2 전력 스위칭 소자에 연결된 제2 제어 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제1 제어 노드의 전압에 기초하여 또는 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제2 제어 노드의 전압에 기초하여 상기 제어 스위칭 소자를 제어하는 제어 보조 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제어 보조 유닛은, 상기 제어 스위칭 소자에 의해 생성되는, 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자 간의 데드타임을 감소시킬 수 있다.
상기 제어 보조 유닛은 상기 제1 제어 노드, 상기 제2 제어 노드, 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제어 스위칭 소자와 병렬로 배치될 수 있다.
상기 제어 보조 유닛은, 구동 신호에 의해 구동되는 상기 제1 전력 스위칭 소자의 동작에 따라 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 기초하여 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하고, 상기 제2 전력 스위칭 소자의 턴-오프에 기초하여 결정되는 활성화 신호 및 상기 스위칭 노드의 전압에 따라 상기 제1 전력 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
상기 제어 보조 유닛은, 상기 제2 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제1 보조 트랜지스터; 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제1 보조 트랜지스터를 구동하는 제1 보조 모듈; 상기 제1 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제2 보조 트랜지스터; 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제2 보조 트랜지스터를 구동하는 제2 보조 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 보조 모듈은 로우 상태로 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 동기하여 활성화되고, 상기 활성화된 제1 보조 모듈이 상기 제1 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제2 전력 스위칭 소자를 턴-온시킨다.
상기 제2 보조 모듈은 로우 상태의 스위칭 노드의 전압 및 활성화 신호에 따라 활성화되고, 상기 활성화된 제2 보조 모듈이 상기 제2 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제1 전력 스위칭 소자를 턴-온시킨다.
상기 전력 컨버터는 상기 제1 제어 노드 및 상기 제2 제어 노드와 연결되어 상기 제어 보조 유닛에 상기 활성화 신호를 공급하는 래치 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자는 트랜지스터 소자이고, 상기 제1 제어 노드는 상기 제1 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제2 제어 노드는 상기 제2 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결될 수 있다.
상기 제어 스위칭 소자는, 상기 제1 전력 스위칭 소자의 제어 단자에 연결되는 제1 제어 노드에 연결되는 제1 제어 스위칭 소자; 및 상기 제2 전력 스위칭 소자의 제어 단자에 연결되는 제2 제어 노드에 연결되는 제2 제어 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 제어 스위칭 소자는 또한, 상기 제2 제어 노드의 신호를 지연시켜 상기 제1 제어 스위칭 소자로 공급하는 제1 지연기; 및 상기 제1 제어 노드의 신호를 지연시켜 상기 제2 제어 스위칭 소자로 공급하는 제2 지연기를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 신호를 발생시켜 상기 제어 스위칭 소자로 공급하는 구동신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 데드타임 제어 회로는 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자, 스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자, 및 상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로를 포함하는 전력 컨버터의 데드타임을 제어하는 회로로서, 상기 제1 전력 스위칭 소자에 연결된 제1 제어 노드 및 상기 제2 전력 스위칭 소자에 연결된 제2 제어 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제1 제어 노드의 전압에 기초하여 또는 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제2 제어 노드의 전압에 기초하여, 상기 제어 스위칭 소자에 의해 생성되는 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자간의 데드타임을 감소시키는 제어 보조 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제어 보조 유닛은 상기 제1 제어 노드, 상기 제2 제어 노드, 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제어 스위칭 소자와 병렬로 배치될 수 있다.
상기 제어 보조 유닛은, 상기 제2 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제1 보조 트랜지스터; 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제1 보조 트랜지스터를 구동하는 제1 보조 모듈; 상기 제1 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제2 보조 트랜지스터; 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제2 보조 트랜지스터를 구동하는 제2 보조 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 보조 모듈은 로우 상태로 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 동기하여 활성화되고, 상기 활성화된 제1 보조 모듈이 상기 제1 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제2 전력 스위칭 소자를 턴-온시킨다.
상기 제2 보조 모듈은 로우 상태의 스위칭 노드의 전압 및 활성화 신호에 따라 활성화되고, 상기 활성화된 제2 보조 모듈이 상기 제2 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제1 전력 스위칭 소자를 턴-온시킨다.
상기 데드타임 제어 회로는 상기 제1 제어 노드 및 상기 제2 제어 노드와 연결되어 상기 제어 보조 유닛에 활성화 신호를 공급하는 래치 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자는 트랜지스터 소자이고, 상기 제1 제어 노드는 상기 제1 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제2 제어 노드는 상기 제2 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 전력 컨버터는 데드-타임을 조절하는 데 있어 적응적 제어 방식과 유사하게 스위칭 노드 전압을 이용하지만, 비교기 등 복잡한 로직을 필요로 하지 않고 매우 간단한 방식으로 높은 전력 효율을 얻을 수 있다.
또한, 컨버터 내 스위칭 노드의 전압이 단순히 보조 회로의 활성화 신호로만 사용되므로 스위칭 노드 전압의 민감도(sensitivity)에 의해 컨버터가 성능이 영향을 받지 않는다.
본 발명은 또한, 전력 스위치의 턴-온 프로세스에만 관여하여 데드-타임을 조절하기 때문에 턴-온 및 턴-오프 시간을 모두 조절하는 방식에 비해 매우 효율적이다.
또한, 간단한 RS 플립-플롭 회로를 이용해 출력 전류 크기에 따라 데드-타임을 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 고정 데드-타임 제어 회로에 스위칭-노드 기반 데드-타임 제어(switching-node assisted dead-time control) 회로(또는 블록)을 추가하는 방식으로, 종래의 어떠한 방식의 고정 데드-타임 제어 방식 회로에도 적용 가능하다는 이점이 있다.
도 1a은 동기식 벅(synchronous buck) 컨버터의 회도도이고, 도 1b는 동기식 컨버터의 신호 타이밍도이다.
도 2a는 본 발명이 적용될 수 있는 고정 데드-타임 제어기의 블록 구성도이고, 도 2b는 본 발명이 적용될 수 있는 고정 데드-타임 제어기의 신호 타이밍도이다.
도 3 는 고정 데드-타임 제어기의 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어기의 블록 구성도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어기의 신호 타이밍도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 동기식 벅 컨버터에 적용되는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따른 데드-타임 제어기에 적용되는 SR 래치 회로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 컨버터에서의 신호 타이밍도이다.
도 7a은 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 컨버터의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7b는 본 발명에 따른 데드-타임 제어기에 적용되는 SR 래치 회로의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 컨버터의 신호 타이밍도이다.
도 9a는 고정 데드-타임 제어가 적용된 전력 컨버터의 트랜지언트 파형의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 SADTC 트랜지언트 파형의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 벅 컨버터의 로드 전류에 따른 컨버터 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a은 동기식 벅(synchronous buck) 컨버터의 회도도이고, 도 1b는 동기식 컨버터의 신호 타이밍도이다.
도 1a에서 MP(11)와 MN(12)은 각각 PMOS전력 스위치 및 NMOS 전력 스위치를, VLX 노드는 인덕터와 연결되는 출력 노드를 나타낸다. 출력 전압은 주파수 도메인에서의 이득(Gain) 조절 및 안정적인 프로세싱을 위한 블록(H(s) 및 Gc(s))을 거쳐 PWM(14)으로 입력된다.
벅 컨버터(Buck converter)는 입력 전압(VIN)에 대해 출력전압(VOUT)을 낮춰서 사용하기 위한 회로로서 강압형 컨버터(step-down converter)라고도 불린다. 도 1a에 도시된 예와 같은 동기식 컨버터(synchronous converter)에서는 신뢰성과 높은 효율을 유지하기 위해 스위치들의 턴-온 및 턴-오프 제어가 매우 중요하다.
구체적으로, 도 1a의에서 큰 단락 전류(short circuit current)에 의한 브레이크다운(breakdown)을 방지하기 위해 전력 스위치인 MP와 MN은 동시에 켜지지 않아야 한다. 두 스위치(MP와 MN)가 동시에 켜지지 않게 하기 위해서 도 1b에 도시된 바와 같은 턴-온 데드-타임 ton과 턴-오프 데드-타임 toff 가 반드시 보장되어야 한다.
단순한 방식으로 데드-타임이 보장할 수 있다는 이유로 인해 많은 응용들에서 고정 데드-타임 제어(fixed dead-time control) 방식을 채용하고 있다. 이러한 방식은 ton과 toff 를 충분히 크게 하여 어떠한 로드 조건에서도 온/오프(on/off) 데드-타임을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
하지만 데드-타임이 발생되면 인덕터 전류가 VLX 노드에 존재하는 기생(parasitic) 커패시터를 통해 방전되기 때문에 MN 트랜지스터(12)의 바디-다이오드(body-diode)를 턴-온시키며, 이러한 현상은 데드-타임이 길수록 더 명확하게 나타나게 된다. 이러한 바디 다이오드의 턴-온은 동기식 컨버터에서 다음과 같은 문제들을 야기시킨다.
우선, 바디 다이오드의 턴-온은 추가적인 전도 손실(conduction loss)과 역회복 손실(reverse recovery loss)를 일으킨다. 이러한 에너지 손실은 높은 스위칭 주파수에서 더욱 심각하게 나타나게 된다. 또한, 바디 다이오드의 동작은 출력 전압을 왜곡시켜 동기식 컨버터에 큰 전류 고조파(harmonic) 및 큰 전압 리플(voltage ripple)을 발생시킨다.
이를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 컨버터는, 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자(11); 스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자(12); 상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로(L, C 및 RL 포함); 및 데드-타임 제어기(20)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 데드-타임 제어기(20)는 제1 전력 스위칭 소자 및 제2 전력 스위칭 소자간의 고정적인 데드-타임을 생성하는 제어 스위칭 소자 및 이러한 제어 스위칭 소자에 의해 생성되는 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자간의 데드-타임을 감소시키는 제어 보조 유닛을 포함하여 구성될 수 있다. 데드-타임 제어기(20)의 상세 동작은 도 2 내지 8을 통해 상세히 설명하기로 한다.
여기서, PWM(14)은 펄스 형태의 구동 신호(VPWM)를 발생시켜 제어 스위칭 소자로 공급하는 구동신호 발생기의 역할을 수행한다.
도 2a는 본 발명이 적용될 수 있는 고정 데드-타임 제어기의 블록 구성도이고, 도 2b는 본 발명이 적용될 수 있는 고정 데드-타임 제어기의 신호 타이밍도이다.
도 2a에서는 동기식 벅 컨버터를 통해 고정 데드-타임 제어기를 설명하지만, 고정 데드-타임 제어기는 벅(buck), 부스트(boost), 벅-부스트(buck-boost) 등 모든 동기식 컨버터에서 사용 가능하다.
도 2a에서 MP(11)와 MN(12)은 각각 PMOS전력 스위치 및 NMOS 전력 스위치를, P/N 구동 스위치(P/N drive switch)(23, 24)는 MP, MN 전력 스위치를 구동하기 위한 구동부를 의미한다. 또한, 지연기(25, 26)는 고정된 데드-타임을 부여하기 위한 지연블록을 의미하며, VLX 노드는 인덕터와 연결되는 출력 노드를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 폴링 에지(falling edge)를 갖는 모듈레이터의 출력 (VPWM)이 P 구동부(23) 및N 구동부(24)에 인가되면P 구동 스위치에 의해 상승하는(rising) 신호 QP가 출력되여 MP 스위치(21)는 OFF 되고, 이 QP 신호부터 지연기(26) 및 N 구동 스위치(24)를 거친 QN 신호는 고정된 데드-타임(fixed dead-time) 이후에 MN 스위치(22)를 턴-온시킨다. 여기서, 모듈레이터가 출력하는 구동 신호는 PWM(pulse width modulation) 방식의 신호뿐 아니라 다른 방식으로 모듈레이션된 신호 또한 적용될 수 있다. MN 스위치(12)가 동작한 뒤 꺼지면, 지연기(25)와 P 구동 스위치(23)를 거친 QP 신호는 고정된 데드-타임 이후에 MP 스위치(11)를 턴-온시킨다.
도 2a를 통해 설명한 고정 데드-타임 제어기는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 스위칭 소자로 동작할 수 있으며, 상기 제어 스위칭 소자는 제1 전력 스위칭 소자(11)의 제어 단자에 연결되는 제1 제어 노드에 연결되는 제1 제어 스위칭 소자(23); 및 제2 전력 스위칭 소자(12)의 제어 단자에 연결되는 제2 제어 노드에 연결되는 제2 제어 스위칭 소자(24)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어 스위칭 소자는, 제2 제어 노드의 신호(QN)를 지연시켜 상기 제1 제어 스위칭 소자(23)로 공급하는 제1 지연기(25); 및 제1 제어 노드의 신호(QP)를 지연시켜 제2 제어 스위칭 소자(24)로 공급하는 제2 지연기(26)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 동작하는 고정 데드-타임 제어기는 도 2b의 타이밍도에서 보이는 바와 같이 일정한 데드-타임을 가지며, 이 시간이 길어질수록 MN 스위치의 바디 다이오드에 의한 영향이 커지게 된다.
도 3 는 고정 데드-타임 제어기의 회로도이다.
도 3에서 PMOS전력 스위치(21)를 구동하기 위한 P구동 스위치(23)는 P-형 MOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 디바이스 및 N-형 MOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) 디바이스를 포함하여 구성될 수 있다. NMOS 전력 스위치(22)를 구동하기 위한 N구동 스위치(24) 또한 P-형 MOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 디바이스 및 N-형 MOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) 디바이스를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에 따르면 P 구동 스위칭 기능를 구현하기 위해 P구동 스위치(23)는 1개의 P-형 MOS 디바이스, 2개의 N-형 MOS 디바이스를 포함하여 구성될 수 있다. 반대로, N 구동 스위치(23)는 N 구동 스위칭 기능를 구현하기 위해 2개의 P-형 MOS 디바이스, 1개의 N-형 MOS 디바이스를 포함하여 구성될 수 있으며, 내부 소자간 연결관계는 P-구동 스위치(23)와는 상이하다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어기의 블록 구성도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어기의 신호 타이밍도이다.
도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어기는 도 2a 및 2b를 통해 살펴본 고정 데드-타임 제어 회로의 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 스위칭-노드를 이용한 데드-타임 제어기를 블록도 형태로 나타내고 있다.
본 발명에 따른 데드-타임 제어기는, 예를 들어 도 3을 통해 살펴본 바와 같은 일반적인 고정 데드-타임 제어 회로에 병렬로, 스위칭 노드(switching-node) 신호를 받아서 전력 스위치의 턴-온동작을 돕는 스위칭-노드를 이용한 데드-타임 제어(switching-node assisted dead-time control; SADTC) 모듈이 연결되는 형태를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 SADTC 모듈(400)은 일반적인 고정 데드-타임 제어기의 전체 구동부에 병렬로 연결되는 형태로, 어떠한 고정 데드-타임 제어기 형태에도 적용이 가능하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어 회로는, 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자(11), 스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자(12), 및 상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로를 포함하는 전력 컨버터의 데드타임을 제어하는 회로로서, 상기 제1 전력 스위칭 소자에 연결된 제1 제어 노드 및 상기 제2 전력 스위칭 소자에 연결된 제2 제어 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 스위칭 소자(23, 24, 25, 26); 및 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제1 제어 노드의 전압에 기초하여 또는 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제2 제어 노드의 전압에 기초하여, 상기 제어 스위칭 소자에 의해 생성되는 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자간의 데드타임을 감소시키는 제어 보조 유닛(400)을 포함할 수 있다.
상기 제어 보조 유닛(400)은 상기 제1 제어 노드, 상기 제2 제어 노드, 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제어 스위칭 소자와 병렬로 배치될 수 있다.
상기 제어 보조 유닛(400)은, 상기 제2 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제1 보조 트랜지스터(421); 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제1 보조 트랜지스터를 구동하는 제1 보조 모듈(422); 상기 제1 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제2 보조 트랜지스터(431); 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제2 보조 트랜지스터를 구동하는 제2 보조 모듈(432)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 보조 모듈(422)은 로우 상태로 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 동기하여 활성화되고, 상기 활성화된 제1 보조 모듈이 상기 제1 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제2 전력 스위칭 소자를 턴-온시키고, 상기 제2 보조 모듈(432)은 로우 상태의 스위칭 노드의 전압 및 활성화 신호에 따라 활성화되고, 상기 활성화된 제2 보조 모듈이 상기 제2 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제1 전력 스위칭 소자를 턴-온시킨다.
좀더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 보조 유닛인 SADTC 유닛(400)은 제2 전력 스위치인 NMOS 스위치(MN)(12)의 턴-온 동작을 보조하는 MPA 트랜지스터(421)와 스위칭 노드(VLX)의 도움을 받아 MPA 트랜지스터(421)를 구동하는 N-보조 모듈(N-assist logic)(422), PMOS 스위치(MP)(11)의 턴-온 동작을 보조하는 MNA 트랜지스터(431)와 스위칭 노드(VLX)의 도움을 받아 MNA 트랜지스터(431)를 구동하는 P-보조 모듈(P-assist logic)(432)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 4a를 참조하여 SADTC 유닛(400)을 설명하면 우선, VPWM 신호에 의해 전력 스위치 MP (11)가 꺼지면, 인덕터 전류가 VLX 노드에 존재하는 기생(parasitic) 커패시터를 통해 방전되기 때문에 MN 트랜지스터(12)의 바디 다이오드를 턴-온시켜 VLX 노드의 전압이 0이하로 떨어지게 된다. VLX 노드의 전압이 0 이하로 떨어지면, N-보조 모듈(422)은 MP의 턴-오프 동작이 마무리된 것으로 간주하고 로우(low) 신호를 출력하여 MPA 트랜지스터(421)를 온시킨다. 그렇게 되면, 도 3의 실시예에서 고정 데드-타임 제어기(23 내지 26)의 출력에 의해서만 구동되던 스위치 MN (12)이 도 4a의 실시예에서는 MPA(421)의 동작에 의해 MP(11)가 오프되자마자 턴-온된다.
스위치 MN (12)이 OFF된 후 PMOS가 켜지는 것은 조금 다른 원리로 동작한다. MN (12)이 OFF 되면, MP가 OFF 되었을 때처럼 VLX의 값이 바뀌지 않는다. 따라서 이 경우에는 P-보조 모듈(432)은 VLX 값이 로우(Low)에서 활성화(enable)되고, QN이 로우(Low)인 경우에만 하이(High) 값을 출력하여 MNA(431)를 온시킨다. MNA(431)가 온(on)되면, 고정 데드-타임 제어기(23 내지 26)에 의해 MP (11) 턴-온 신호가 인가되기 전에 QP 를 로우로 만들어 스위치 MP (11)를 턴-온시키고 이를 통해 데드-타임을 감소시킨다. 도 4b의 타이밍도를 참조하면, 기존의 데드-타임 구간에 비해 본 발명에 따른 스위치 노드를 이용한 데드-타임 제어기에 따른 데드-타임 구간이 감소되었음을 확인할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 동기식 벅 컨버터에 적용되는 실시예를 도시한다. 도 5b는 본 발명에 따른 데드-타임 제어기에 적용되는 SR 래치 회로의 일 실시예를 도시한다.
도 5a의 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 데드-타임 제어기는 이후 살펴볼 도 7의 동기식 부스트 컨버터, 벅 컨버터 및 부트스 컨버터를 합친 형태의 벅-부스트 컨버터 등 다양한 스위칭 전력 컨버터에 사용이 가능하다.
도 5a의 회로의 동작은 도 4에 도시된 데드-타임 제어기의 동작과 기본적으로 동일하다.
구체적으로 도 5a를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어 보조 회로(420, 430)는, 스위칭 노드 전압(VLX1) 및 전력 스위치(M1 및 M2)의 게이트 구동 신호(Q1P 및 Q1N)를 사용하여 바디 다이오드 전도(conduction)를 감지하여 과도한 데드-타임을 조정한다. 데드-타임 제어 회로는 N-보조 유닛(420) 및 P-보조 유닛(430)을 포함하여 구성될 수 있으며, N-보조 유닛(420)은 제2 전력 스위치(M2) 의 동작을 제어하고, P-보조 유닛(430)은 제1 전력 스위치(M1) 의 동작을 제어한다.
데드-타임 제어기에 대한 구동 신호인 비트 클록 입력(BCK) 신호가 로우에서 하이로 변화할 때, Q1P는 이 신호를 따라 로우에서 하이로 변화한다. 그에 따라, 제1 전력 스위치(M1)가 꺼지고 제2 전력 스위치(M2)은 이전 단계에서 이미 꺼진 상태이다. 제1 전력 스위치(M1)와 제2 전력 스위치(M2)가 모두 오프인 상태가 데드 타임 상태이다. 이 데드-타임 시간 동안에 인덕터 전류가 VLX1 의 기생 커패시터를 방전시키게 되고, 그에 따라 제2 전력 스위치(M2)의 바디 다이오드가 켜지면서 VLX1 가 0 아래의 상태로 바뀐다. 바디-다이오드의 전도가 존재한다는 것은 과도한 데드 타임을 의미하고, 따라서 이 상태는 최대한 빨리 종료되는 것이 바람직하다.
여기서, VLX1 < 0 이고, 활성화 신호(ENC)가 도 5b에 도시된 SR 래치 동작으로 하이로 유지되면 N-보조 회로(420)가 단독으로 활성화된다. 따라서, VEN은 로우로 설정된다. 로우 상태의 VEN은 P형 트랜지스터 P4 를 활성화시켜 고정된 데드 타임에 무관하게 M2를 턴-온시킴으로써 데드 타임을 종료시킨다. 본 발명의 이러한 구성에 따라 바디 다이오드 전도 기간을 최소화 할 수 있다.
반대로, 비트 클록 입력(BCK) 신호가 하이에서 로우로 변경되는 경우에도, Q1N는 이 신호를 따라 하이에서 로우로 변화한다. 그에 따라, 제2 전력 스위치(M2)가 턴-오프되고, 제1 전력 스위치(M1)는 이전 단계에서 이미 오프된 상태이다. 따라서, 이 경우도 데드-타임 조건이 발생한다. 이 시간 동안에는 VLX1 <0 이고 활성화 신호 (END)는 로우로 유지되므로 P-보조 유닛(430)이 활성화되고, 그에 따라 VEP는 하이로 설정된다. VEP는 M1를 턴온시키는 n 형 트랜지스터인 N4를 기동시킨다. 전원으로부터의 큰 충전 전류로 인해 VLX1의 상승 시간은 매우 짧고, 따라서, P-보조 유닛(430)이 동작하는 P-보조 모드에서는 고정된 짧은 데드 타임이 필요하다. 이러한 이유로 M1 턴-온 전이 시간은 P-보조 유닛(430)의 인버터와 N4 크기를 적절하게 선택하여 조정될 수 있다.
추가적으로, 도 5b는 N-보조 유닛(420) 및 P-보조 유닛(430)에 공급하기 위한 활성화 신호를 생성하는 SR 래치(latch) 회로를 도시한다. 도 5b를 참조하면, SR 래치 회로 및 래치 회로의 출력에 연결되는 NOT 게이트 및 NAND 게이트를 통해 활성화 신호가 생성 및 출력된다. N-보조 유닛(420)과 달리 P-보조 유닛(430)이 동작할 때에는 VLX1의 변화와 같은 활성화 신호가 없기 때문에 SR 래치 회로를 통해 P-보조 유닛(430)이 동작할 수 있도록 활성화 신호 END를 생성해 제공한다. 이로 인해 P-보조 유닛(430)이, 스위치 M2가 꺼지고 난 뒤에만 활성화되도록 하여 데드-타임을 조절할 수 있게 된다.
한편, P-보조 유닛(430)은 DCM(discontinuous conduction mode)에서는 동작할 필요가 없고 CCM(continuous conduction mode)에서만 동작한다. 따라서, 도 5a의 실시예에서는 도 5b에 도시된 SR 래치 회로의 모드 신호(MD)에 따라, P-보조 유닛 활성화 신호인 END 신호는 CCM에서만 동작하고 DCM에서는 비활성화(disable)된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 컨버터에서의 신호 타이밍도이다. 구체적으로, 도 6에서는 벅 컨버터를 위한 SADTC회로의 타이밍도를 나타내고 있다.
도 6의 타이밍도를 살펴보면, Q1P, Q1N 신호는 본 발명에 따른 SADTC모듈/회로를 사용하지 않고 고정 데드터임 제어 회로만 적용된 경우의 타이밍도인 도 2b의 타이밍도(도 6의 Q1P, Q1N 신호에서 점선으로 표시)와 비교하여 데드-타임이 감소했음을 확인할 수 있다. 또한, 벅 컨버터의 데드-타임 제어를 위한 P-보조 유닛의 활성화 신호 END는 DCM 모드에서 비활성화됨을 확인할 수 있다.
도 7a은 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 컨버터의 다른 실시예를 나타낸다. 도 7b는 본 발명에 따른 데드-타임 제어기에 적용되는 SR 래치 회로의 다른 실시예를 도시한다.
도 7a는 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 동기식 부스트 컨버터에 적용되는 실시예를 도시한다. 부스트 컨버터인 경우에도 데드-타임 제어기의 동작은 벅 컨버터의 동작과 거의 유사하게 이루어진다.
다만, 도 7a의 실시예는 부스트 컨버터에 적용되므로, 도 5a에 도시된 벅 컨버터에 적용되는 경우와 달리 END가 N-보조 유닛(450)을 위한 활성화 신호로 동작한다. 또한, 부스트 컨버터의 DCM 동작의 경우 M4 OFF 이후 M3를 바로 턴-온시킬 필요가 없으므로 END 신호에 DCM 모드 또는 CCM 모드와 관련한 모드 신호(MD)를 인가한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 컨버터의 신호 타이밍도이다. 구체적으로, 도 8에서는 부스트 컨버터를 위한 SADTC 회로의 타이밍도를 나타내고 있다.
도 8의 타이밍도를 살펴보면, Q2P, Q2N 신호는 본 발명에 따른 SADTC 모듈/회로를 사용하지 않고 고정 데드터임 제어 회로만 적용된 경우인 도 2b의 타이밍도(도 8의 Q2P, Q2N 신호에서 점선으로 표시)와 비교하여 데드-타임이 감소했음을 확인할 수 있다. 또한, 부스트 컨버터의 데드-타임 제어를 위한 N-보조 유닛의 활성화 신호 END는 DCM 모드에서 비활성화됨을 확인할 수 있다.
도 9a는 고정 데드-타임 제어가 적용된 전력 컨버터의 트랜지언트 파형의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 SADTC 트랜지언트 파형의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 9b 에서는, 벅 컨버터에 적용된 본 발명에 따른 SADTC 의 트랜지언트 파형의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 한편, 도시하지는 않았으나 부스트 컨버터에 적용된 본 발명에 따른 SADTC 의 트랜지언트 파형 또한 도 9b와 유사한 결과를 나타낸다.
도 9a는 본 발명에 따른 SADTC 모듈/회로가 적용되지 않은 경우의 벅 컨버터의 특징을 나타내며, 도 9b는 본 발명에 따른 SADTC 모듈/회로가 적용된 경우의 특징을 나타내고 있다. 먼저, 도 9a를 살펴보면, SADTC를 사용하지 않는 벅 컨버터의 경우, PMOS Q1P(92)가 턴-온된 이후 일정한 지연시간을 거친뒤, NMOS Q1N (93)이 턴-온 되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 전력 스위치 구동 신호간의 과전류(shoot through current)를 방지하여 안정적인 동작을 확보할 수 있게 된다. 하지만, 이때, VLX1의 파형(91)을 보면, 지연시간 동안 VLX1의 전압이 -0.7V가 되어 NMOS 전력 스위치의 바디 다이오드가 턴-온 된 것을 확인할 수 있다.
바디 다이오드가 켜지면, 벅 컨버터에 역전류가 흐르게 되어 효율을 감소시키는 요인으로 작용하게 된다. 이러한 상황에서 본 발명에 따른 SADTC를 적용하면 도 9b와 같이 VLX1의 전압(901)이 -0.7V로 떨어지는 시간을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 제안된 SADTC 회로는 전력스위치가 전환하는 구간에서 PMOS와 NMOS의 온-타임(on-time)이 중첩되지 않도록 동작하며, VLX1 전압의 센싱을 통해 NMOS 전력 스위치의 바디 다이오드가 턴-온되는 시간을 최소화시켜 동작시킴으로써 벅 컨버터의 효율 개선을 기대할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 데드-타임 제어 회로가 적용된 벅 컨버터의 로드 전류에 따른 컨버터 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10의 그래프는 본 발명이 적용될 수 있는 벅 컨버터의 로드 전류에 따른 효율을 나타내고 있다. 도 10에서는 3.75MHz, 7.5MHz, 15MHz의 스위칭 주파수에 대해, 2차 혹은 3차 DCM 모드 혹은 CCM 모드로 동작하는 경우 각각에 대한 효율을 나타내고 있으며, 이들의 종합한 전체적인 동작 효율을 실선(1000)으로 나타내고 있다. 도 10을 참조하면, 20 mA ~ 1000 mA의 로드 영역에서 ADTC (assisted dead-time control)을 사용한 경우의 효율이 더 높아짐을 확인할 수 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명을 이용하면, 데드-타임을 효율적으로 조절하여 전도 손실 및 역 복원 손실을 줄일 수 있기 때문에 동기식 컨버터의 효율을 개선할 수 있다.
이상 실시예들을 통해 설명한 본 발명에 따른 컨버터는 데드-타임을 조절하는 데 있어 적응적 데드-타임(Adaptive dead-time) 제어 방식과 유사하게 스위칭 노드 전압을 이용하지만 비교기 및 복잡한 로직을 필요로 하지 않고 매우 간단한 방식으로 컨버터를 구현할 수 있다.
또한, 컨버터 내 스위칭 노드 전압이 단순히 보조 회로의 활성화 신호로만 사용되므로 스위칭 노드 전압의 민감도에 의해 컨버터의 성능이 영향을 받지 않는다.
본 발명은 또한, 전력 스위치의 턴-온 프로세스에만 관여하여 데드-타임을 조절하기 때문에 턴-온 및 턴-오프 시간을 모두 조절하는 방식에 비해 매우 효율적이다.
또한, 간단한 RS 플립 플롭을 통해 출력 전류 크기에 따라(DCM과 CCM 모드의 동작) 데드-타임을 효율적으로 제어할 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 실시예들은 고정 데드-타임에 스위칭-노드 기반 데드-타임 제어회로(또는 블록)를 추가하여 데드-타임 제어를 구성하는 방식으로, 종래의 어떠한 방식의 고정 데드-타임 제어 방식 회로에도 적용 가능하다는 이점이 있다.
본 발명에 따른 전력 컨버터는 배터리를 필요로 하는 다양한 휴대용 전자 제품, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 플레이스테이션 포터블(PSP: PlayStation Portable), 무선 통신 단말기(Wireless Communication Terminal), 스마트폰(Smart Phone) 등에 활용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 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.
11: 제1 전력 스위칭 소자 12: 제2 전력 스위칭 소자
14: PWM 20: 데드-타임 제어기
23: P 구동 스위치 24: N 구동 스위치
25, 26: 지연기 400: SADTC
420: N-보조 유닛 430: P-보조 유닛
421: 제1 보조 트랜지스터 422: 제1 보조 모듈
431: 제2 보조 트랜지스터 432: 제2 보조 모듈

Claims (20)

  1. 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자;
    스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자;
    상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로;
    상기 제1 전력 스위칭 소자에 연결된 제1 제어 노드 및 상기 제2 전력 스위칭 소자에 연결된 제2 제어 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제1 제어 노드의 전압에 기초하여 또는 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제2 제어 노드의 전압에 기초하여 상기 제어 스위칭 소자를 제어하는 제어 보조 유닛을 포함하는, 전력 컨버터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은,
    상기 제어 스위칭 소자에 의해 생성되는, 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자 간의 데드타임을 감소시키는, 전력 컨버터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은 상기 제1 제어 노드, 상기 제2 제어 노드, 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제어 스위칭 소자와 병렬로 배치되는, 전력 컨버터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은,
    구동 신호에 의해 구동되는 상기 제1 전력 스위칭 소자의 동작에 따라 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 기초하여 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는, 전력 컨버터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은,
    상기 제2 전력 스위칭 소자의 턴-오프에 기초하여 결정되는 활성화 신호 및 상기 스위칭 노드의 전압에 따라 상기 제1 전력 스위칭 소자를 제어하는, 전력 컨버터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은,
    상기 제2 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제1 보조 트랜지스터;
    상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제1 보조 트랜지스터를 구동하는 제1 보조 모듈;
    상기 제1 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제2 보조 트랜지스터; 및
    상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제2 보조 트랜지스터를 구동하는 제2 보조 모듈을 포함하는, 전력 컨버터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 보조 모듈은 로우 상태로 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 동기하여 활성화되고, 상기 활성화된 제1 보조 모듈이 상기 제1 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제2 전력 스위칭 소자를 턴-온시키는, 전력 컨버터.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 보조 모듈은 로우 상태의 스위칭 노드의 전압 및 활성화 신호에 따라 활성화되고, 상기 활성화된 제2 보조 모듈이 상기 제2 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제1 전력 스위칭 소자를 턴-온시키는, 전력 컨버터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 제어 노드 및 상기 제2 제어 노드와 연결되어 상기 제어 보조 유닛에 상기 활성화 신호를 공급하는 래치 회로를 더 포함하는, 전력 컨버터.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자는 트랜지스터 소자이고,
    상기 제1 제어 노드는 상기 제1 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제2 제어 노드는 상기 제2 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되는, 전력 컨버터.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 스위칭 소자는,
    상기 제1 전력 스위칭 소자의 제어 단자에 연결되는 제1 제어 노드에 연결되는 제1 제어 스위칭 소자; 및
    상기 제2 전력 스위칭 소자의 제어 단자에 연결되는 제2 제어 노드에 연결되는 제2 제어 스위칭 소자를 포함하는, 전력 컨버터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어 스위칭 소자는,
    상기 제2 제어 노드의 신호를 지연시켜 상기 제1 제어 스위칭 소자로 공급하는 제1 지연기; 및
    상기 제1 제어 노드의 신호를 지연시켜 상기 제2 제어 스위칭 소자로 공급하는 제2 지연기를 더 포함하는, 전력 컨버터.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 신호를 발생시켜 상기 제어 스위칭 소자로 공급하는 구동신호 발생기를 더 포함하는, 전력 컨버터.
  14. 입력 전압에 연결되는 제1 전력 스위칭 소자, 스위칭 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자와 연결되는 제2 전력 스위칭 소자, 및 상기 스위칭 노드와 연결되는 출력 회로를 포함하는 전력 컨버터의 데드타임을 제어하는 데드타임 제어기로서,
    상기 제1 전력 스위칭 소자에 연결된 제1 제어 노드 및 상기 제2 전력 스위칭 소자에 연결된 제2 제어 노드를 통해 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제1 제어 노드의 전압에 기초하여 또는 상기 스위칭 노드의 전압 및 상기 제2 제어 노드의 전압에 기초하여, 상기 제어 스위칭 소자에 의해 생성되는 상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자간의 데드타임을 감소시키는 제어 보조 유닛을 포함하는, 데드타임 제어기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은 상기 제1 제어 노드, 상기 제2 제어 노드, 및 상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제어 스위칭 소자와 병렬로 배치되는, 데드타임 제어 기.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어 보조 유닛은,
    상기 제2 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제1 보조 트랜지스터;
    상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제1 보조 트랜지스터를 구동하는 제1 보조 모듈;
    상기 제1 전력 스위치의 턴-온 동작을 보조하는 제2 보조 트랜지스터; 및
    상기 스위칭 노드와 연결되어 상기 제2 보조 트랜지스터를 구동하는 제2 보조 모듈을 포함하는, 데드타임 제어기.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 보조 모듈은 로우 상태로 변화하는 상기 스위칭 노드의 전압에 동기하여 활성화되고, 상기 활성화된 제1 보조 모듈이 상기 제1 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제2 전력 스위칭 소자를 턴-온시키는, 데드타임 제어기.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 보조 모듈은 로우 상태의 스위칭 노드의 전압 및 활성화 신호에 따라 활성화되고, 상기 활성화된 제2 보조 모듈이 상기 제2 보조 트랜지스터를 턴-온시킴으로써 상기 제1 전력 스위칭 소자를 턴-온시키는, 데드타임 제어기.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 제어 노드 및 상기 제2 제어 노드와 연결되어 상기 제어 보조 유닛에 활성화 신호를 공급하는 래치 회로를 더 포함하는, 데드타임 제어기.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 전력 스위칭 소자 및 상기 제2 전력 스위칭 소자는 트랜지스터 소자이고,
    상기 제1 제어 노드는 상기 제1 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되고, 상기 제2 제어 노드는 상기 제2 전력 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되는, 데드타임 제어기.
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