KR20210002333A

KR20210002333A - H-브리지 시스템들을 위한 선형 스테이지 효율 기술

Info

Publication number: KR20210002333A
Application number: KR1020200071497A
Authority: KR
Inventors: 푸 선; 시아오후아 수; 듀이네 스티븐 토드 반; 얀펭 루; 매튜 토드 위치
Original assignee: 아날로그 디바이시즈 인터내셔널 언리미티드 컴퍼니
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-01-07
Also published as: US11194356B2; CN112152422A; DE102020116107A1; US20200409400A1

Abstract

H-브리지 시스템에서 선형 스테이지의 효율적인 동작을 위한 기술들이 제공된다. 예에서, 선형 스테이지는 명령 신호의 범위에 걸쳐 전압 조절과 전류 조절 사이에서 스위칭할 수 있다. 특정한 조절 모드는 H-브리지 시스템의 스위칭 스테이지의 조절 모드에 의존할 수 있다. 효율은 선형 스테이지의 출력 전압이 공급 레일의 전압으로부터 멀리 떨어질 때 선형 스테이지의 전류 조절을 사용함으로써 실현될 수 있다. 이러한 제어 기법은 명령 신호의 보다 큰 범위에 대한 선형 스테이지에 걸쳐 전압을 감소시켜서 H-브리지 선형 스테이지들의 종래의 제어와 비교하여 선형 스테이지의 보다 적은 열 소실을 야기할 수 있다.

Description

H-브리지 시스템들을 위한 선형 스테이지 효율 기술{LINEAR STAGE EFFICIENCY TECHNIQUES FOR H-BRIDGE SYSTEMS}

우선권 주장

본 출원은 2019년 6월 28일에 출원되고 여기에서 전체적으로 참조로서 통합된, H-브리지 시스템들을 위한 선형 스테이지 효율 기술들이라는 제목의, Sun 외의, 미국 가 특허 출원 일련 번호 제62/868,329호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.

개시의 기술 분야

본 개시는 전력을 절약하기 위한 기술들에 관한 것이며, 보다 특히 H-브리지 시스템들의 선형 전력 스테이지를 위한 전력 소실 관리 기술들에 관한 것이다.

다른 것들 중에서, H-브리지 시스템들은 단지 단일 극성 전원이 이용 가능할 때 로드가 양극성 전압 또는 전류를 사용하여 구동되도록 허용할 수 있다. 이러한 시스템은 로드의 제1 공급 단자에 결합된 제1 전력 스테이지 및 로드의 제2 공급 단자에 결합된 제2 전력 스테이지를 가질 수 있다. 각각의 단자의 출력 전압은 접지와 같은 공통 전압으로 언급되지만, 두 개의 전력 스테이지들의 조정된 제어는 로드가 양극성 전압을 수신하도록 허용할 수 있다. 스위칭-모드 전력 스테이지들은 전력을 소비하는, 능동 또는 수동 저항 소자에 걸쳐 전압을 떨어뜨림으로써 전압을 조절하는, 선형 전력 스테이지들에 비교하여 매우 양호한 효율을 제공할 수 있다. 그러나, 스위치 전력 스테이지들은 리플 출력 전압을 발생시킬 수 있으며 비교 가능한 선형 전력 스테이지들보다 복잡하고, 부피가 크며, 비쌀 수 있다. 또한, 스위칭 전력 스테이지들은 선형 전력 스테이지와 비교하여 전체 범위의 출력 전압을 제공하지 않는다.

반드시 일정한 비율인 것은 아닌, 도면들에서, 유사한 숫자들은 상이한 뷰들에서 유사한 구성요소들을 설명할 수 있다. 상이한 글자 접미사들을 가진 유사한 숫자들은 유사한 구성요소들의 상이한 인스턴스들을 나타낼 수 있다. 도면들은 일반적으로, 제한으로서가 아닌, 예로서, 본 문서에서 논의된 다양한 실시예들을 예시한다.
도 1a는 본 주제에 따른 예시적인 H-브리지 시스템을 예시한다.
도 1b는 명령 신호에 대한 예시적인 H-브리지 시스템의 차동 전압 응답 및 명령 신호에 대한 각각의 구동기의 출력 전압의 플롯을 그래픽으로 예시한다.
도 1c는 도 1b의 플롯에 대하여 동작될 때 저항성 로드에 대한 예시적인 H-브리지 시스템의 선형 스테이지의 전력 소실을 그래픽으로 예시한다.
도 2는 이에 제한되지 않지만, 도 1의 H-브리지 시스템과 같은 예시적인 H-브리지 시스템에 대한 예시적인 선형 전력 스테이지를 일반적으로 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 비보상형 H-브리지 시스템 및 도 2의 예에 따른 선형 스테이지를 이용한 도 1의 예시적인 H-브리지 시스템의 전력 소실 간의 차이를 그래픽으로 예시한다.
도 4는 본 주제에 따른 예시적인 선형 전력 스테이지 또는 전력 변환기를 가진 H-브리지 시스템을 일반적으로 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 선형 전력 변환기를 가진 비보상형 H-브리지 시스템의 동작과 도 4의 예의 전력 소실 및 전압 특성들의 비교를 예시한다.
도 6은 본 주제에 따른 예시적인 H-브리지 시스템을 일반적으로 예시한다.
도 7a 내지 도 7d는 상이한 로드 조건들 하에서 도 6의 예시적인 회로의 전달 함수들을 그래픽으로 예시하며 명령 신호에 대한 선형 스테이지의 출력 전압 및 스위칭 스테이지 ach의 출력 전압을 포함한다.
도 8은 본 주제에 따른 H-브리지 시스템을 동작시키는 예시적인 방법을 일반적으로 예시한다.

본 발명자들은 H-브리지 회로에 대한 몇몇 접근법들이 H-브리지 구성으로 스위칭 전력 변환기 및 선형 전력 변환기의 조합을 이용할 수 있다는 것을 인식하여 왔다. 그러나, 이러한 구현예는 선형 전력 변환기에서 상당한 양의 전력을 낭비적으로 소실시킬 수 있어서, 개선을 위한 기회를 남긴다. 본 주제는 선형 전력 변환기의 전력 소실을 보다 양호하게 제어함으로써 선형 스테이지의 효율을 개선하기 위한 기술들을 제공한다.

도 1a는 본 주제에 따른 예시적인 H-브리지 시스템(100)을 예시한다. 시스템(100)은 로드(101)에 결합될 수 있다. 시스템(100)은 제1 전력 스테이지(102), 및 제2 전력 스테이지(103)를 포함할 수 있다. 특정한 예들에서, 전력 스테이지는 또한 전력 변환기, 드라이브, 조절기 등으로서 불리울 수 있다. 특정한 예들에서, 제1 또는 제2 전력 스테이지들(102, 103) 중 하나는 능동 또는 수동 조절 저항 소자에 걸쳐 전압 강하를 제어함으로써 공급 전압을 조절할 수 있는 것과 같은, 선형 조절기 전력 스테이지("선형 스테이지")를 포함할 수 있다. H-브리지 시스템(100)은 로드(101)의 두 개의 전력 단자들 중 제 1에 결합된 선형 스테이지(102)를 가지며, 로드(101)의 두 개의 전력 단자들 중 다른 것에 결합된 스위칭 스테이지(103)를 갖기 위해서와 같이, 도 1a에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 1a에 도시된 것과 같은, 이러한 구성은, 로드(101)로 하여금, 단일 극성 공급 전압(V_IN)을 사용하는 동안과 같이, 차동 전압들(예컨대, V₁-V₂)의 범위를 갖고 구동되도록 허용할 수 있다. 또 다른 접근법은 매우 효율적일 수 있지만, 출력 리플 요건들을 충족시키지 않을 수 있는, 두 개의 스위칭 스테이지들을 사용할 수 있다. 또한, 스위칭 스테이지들은 인덕터와 같은, 반응성 구성요소를 포함할 수 있으며, 이것은 복잡도 및 비용을 부가할 수 있다. 도 1a에 도시된 H-브리지 시스템 접근법은 저렴하고 덜 복잡한 선형 스테이지(102)로 스위칭 스테이지들 중 하나를 대체할 수 있으며, 이것은 선형 스테이지(102)의 출력 트랜지스터들에 의해 제공된 것과 같은 조절 능동 저항들 중 하나에 걸쳐 큰 전압 강하를 수반하는 애플리케이션에서와 같이, 매우 비효율적일 수 있다. 능동 출력 트랜지스터에 걸친 보다 큰 전압 강하는 선형 스테이지(102) 내에서 상당한 전력 소실을 야기할 수 있으며, 따라서 로드(101)로 전달되는 전력은 그것으로 덜 효율적으로 전달된다.

본 발명자들은 H-브리지 시스템에서 선형 전력 스테이지(102)의 효율을 개선하기 위한 기술들을 인식하여 왔다. H-브리지 시스템의 효율은 제1 및 제2 전력 변환기들(102, 103)에 의해 소실된 전력의 양을 감소시킴으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 선형 스테이지(102)에서의 전력 소실은 선형 스테이지(102)의 능동 출력 트랜지스터에 걸친 전압 및 선형 스테이지(102)에 의해 로드(101)로 제공된 전류에 기초하여서와 같이, 추정될 수 있다. 특정한 예들에서, H-브리지 시스템(100)에 포함되거나 또는 그것에 결합된 로드(101)는, 이에 제한되지 않지만, 히터 또는 광, 모터, 열전 디바이스, 또는 그것의 임의의 조합과 같은, 저항성 로드를 포함할 수 있다.

예를 들어, H-브리지 시스템(100)의 각각의 전력 스테이지(102, 103)는 제어 명령 신호(CMD)를 수신하도록 구성될 수 있다. 전력 스테이지들(102, 103) 중 하나 또는 그것의 각각은 명령 신호(CMD)의 값에 의존할 수 있는 전달 함수를 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 명령 신호(CMD)는 선형 스테이지(102)의 출력에서 제공하도록 특정한 출력 전압을 특정할 수 있다. 스위칭 스테이지(103)에 대해, 명령 신호(CMD)는 로드(101)에 걸쳐 인가할 특정한 차동 전압을 특정할 수 있거나 또는 전류 조절 모드에서 동작할 수 있다. 이러한 제어는 열전 디바이스와 같은 비-선형 로드(101)가 다소 선형적인 방식으로 구동되도록 허용할 수 있다.

도 1b는 명령 신호(CMD)에 대한 예시적인 H-브리지 시스템의 차동 전압 응답(150) 및 명령 신호에 대한 각각의 선형 및 스위칭 스테이지들의 출력 전압(V1, V2)의 플롯을 그래픽으로 예시한다. 도 1b는 전력 보상 없이 H-브리지 시스템을 나타낼 수 있지만 그렇게 제한되지 않는다. 도 1c는 도 1b에 도시된 것에 따라 동작될 때, 저항성 로드에 대한 H-브리지 시스템의 선형 스테이지의 전력 소실(151)의 예를 그래픽으로 예시한다. 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, H-브리지 시스템의 선형 스테이지는 선형 스테이지의 출력(V1)이 선형 공급 장치의 공급 전압(V_IN)으로 또는 접지로 피닝될 때 만약에 있다면 적은 전력을 소실시킨다. 적어도 저항성 로드에 대해, 선형 스테이지는 또한 저항성 로드에 걸친 차동 전압이 0볼트이거나 또는 그것에 가까울 때(예컨대, CMD = CMD₀) 매우 적은 전력 소실을 보일 수 있다. 일반적으로, 선형 스테이지의 전력 소실은 선형 스테이지의 출력에서의 전류 및 선형 스테이지의 조절 능동 출력 트랜지스터에 걸친 전압의 곱에 의해 표현될 수 있다.

도 2는 도 1의 H-브리지 시스템(100)에 포함될 수 있는 바와 같이 선형 전력 스테이지(202)의 예를 일반적으로 예시한다. 예를 들어, 선형 전력 스테이지(202)는 전력 증폭기(210), 다수의 이득 저항기들(R, n·R), 및 전력 증폭기(210)의 피드백 네트워크에 결합된 전력 제한 회로들(211, 212)의 쌍을 포함할 수 있다. 각각의 전력 제한 회로(211, 212)는 비교기 회로(213, 214) 및 전류 소스(215, 216)를 포함할 수 있다. 이득 저항기들은 선형 스테이지(202)가 공급 전압의 절반(예컨대, V_IN/2)을 제공할 때 그것의 전압 응답의 기울기가 동일한 영역에서 비보상형 응답의 것보다 가파르도록 선형 스테이지(202)의 응답을 성형하도록 동작할 수 있다. 선형 스테이지(202)의 전압 응답의 기울기는 또한 선형 스테이지(202)의 출력 전압(V1)이 공급 전압(V_IN)에 가깝거나 또는 접지에 가까울 때 선형 스테이지(202)의 응답 기울기를 감소시키기 위해서와 같이, 전력 제한 회로들(211, 212)에 의해 성형될 수 있다. 고정된 또는 조정 가능한 기준 전압(V_REF)은 명령 신호(CMD)에 대하여 오프셋을 제공하기 위해서와 같이, 전력 증폭기(210)의 비-반전 입력에 선택적으로 인가될 수 있다.

상기 논의된 바와 같이, 전력 제한 회로들(211, 212)은 선형 스테이지의 출력 전압(V1)이 예를 들어, 공급 레일들(V_IN, 접지) 중 하나에 가까울 때와 같은 선형 스테이지(202)의 응답의 기울기를 완화시키도록 동작할 수 있다. 각각의 전력 제한 회로(211, 212)는 고정된 또는 조정 가능한 임계치(V_H, V_L) 및 선형 전력 증폭기(210)의 전압 출력(V1)의 표현을 수신할 수 있다. 예를 들어, 명령 신호(CMD)는 전력 증폭기(210)의 전압 출력(V_L)의 표현을 제공할 수 있다. 제1 전력 제한 회로(211)는 대응하는 전류 소스(215)를 포함하거나 또는 그것에 결합될 수 있으며, 이것은 전력 증폭기(210)의 출력 전압(V1), 또는 그것의 표현이, 비교기 회로에 의해 결정될 수 있는 바와 같은, 높은 임계치(V_H) 값을 초과할 때 전력 증폭기(210)의 피드백 경로로 전류를 주입하도록 가능화될 수 있다. 제2 전력 제한 회로(212)는 전력 증폭기(210)의 출력 전압(V1), 또는 그것의 표현이 비교기 회로에 의해 결정될 수 있는 바와 같은, 높은 임계치(V_L) 미만일 때 선형 전력 증폭기(210)의 피드백 경로로부터 전류를 우회시키기 위해 대응하는 전류 소스(216)를 포함하거나 또는 그것에 결합될 수 있다. 전력 증폭기(210)의 출력 전압(V1), 또는 그것의 표현이 고 임계치(V_H)와 저 임계치(V_L) 사이에 있을 때, 제1 및 제2 전력 제한 회로들(211, 212)의 전류 소스들(215, 216)은 불능화될 수 있으며, 따라서 명령 신호(CMD)에 대한 전력 증폭기(210)의 응답은 이득 저항기들(R, n·R)에 의해 성형될 수 있다. 동작 시, 선형 스테이지(202)는 전력 증폭기(210)가 선형 영역에서 동작할 때, 예를 들어 증폭기 회로의 출력이 입력 공급(V_IN)과 접지 사이에서 출력 전압(V1)을 전이시킬 때 명령 신호(CMD)의 확장된 범위를 통해 공급 레일들 가까이에서 제어 가능하게 동작될 수 있다. 그렇게 하는 것은 선형 스테이지(202)에서 전력 소실의 양을 감소시킬 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 비보상형 H-브리지 시스템 및 도 2의 선형 스테이지(202)를 이용한 도 1의 H-브리지 시스템(100)의 전력 소실 간의 차이의 예를 그래픽으로 예시한다. 도 3a는 일반적으로 명령 신호(CMD)에 대하여 비보상형 선형 스테이지의 출력 전압의 제1 플롯(301) 및 명령 신호(CMD)에 대한 보상 선형 스테이지의 출력 전압의 제2 플롯(302)을 예시한다. 제1 플롯(301)은 명령 신호(CMD)가 변화함에 따라 공급 전압(V_IN)과 접지 사이에서 일정한 기울기를 갖고 전이하는 선형 스테이지의 출력 전압을 도시한다. 제2 플롯(302)은 명령 신호(CMD)가 변화함에 따라 공급 전압(V_IN)과 접지 사이에서 다수의 기울기들을 가진 선형 스테이지의 출력 전압의 전이를 도시한다. 기울기들은 명령 신호(CMD)의 범위의 보다 큰 부분을 통해 공급 극단들 가까이에서 선형 스테이지의 출력 전압을 유지하도록 수립될 수 있다. 공급 극단들 가까이에서의 선형 스테이지의 이러한 동작은 일반적으로 H-브리지 시스템의 보다 효율적인 동작을 나타낸다.

도 3b는 보상 선형 스테이지의 전력 소실이 대응하는 비보상형 선형 스테이지보다 훨씬 적을 수 있음을 일반적으로 예시한다. 예를 들어, 도 3b의 제1 플롯(303)은 비보상형 선형 스테이지의 전력 소실을 예시하며 비보상형 선형 스테이지가 그것의 출력에서 약 ¾ V_IN을 및 그것의 출력에서 ¼ V_IN을 제공하고 있을 때 피크 전력 소실을 보여준다. 반대로, 도 3b의 제2 플롯(304)은 명령 신호(CMD)에 대하여 보상형 선형 스테이지의 전력 소실을 보여주며 다시 보상형 선형 스테이지가 그것의 출력에서 약 ¾ V_IN을 및 그것의 출력에서 ¼ V_IN을 제공하고 있을 때 피크 전력 소실을 보여준다. 그러나, 비보상형 선형 스테이지의 피크 소실은, 보상형 선형 전력 스테이지의 동작의 가장 비효율적인 면적들이 선형 스테이지의 능동 조절 트랜지스터에 걸쳐 보다 적은 전압이 있도록 공급 전압 극단들로 밀고 나아가지기 때문에, 이 예에서 보상형 선형 스테이지의 피크 전력 소실보다 약 2.4배 더 높다. 도 1a에 도시된 H-브리지 구성에서와 같이, 스위칭 전력 스테이지와 함께 사용될 때, 스위칭 전력 스테이지는 전류 조절 모드에서 동작하기 때문에, 스위칭 전력 스테이지는 명령 신호(CMD)를 사용하여 선형 스테이지를 보상하는 동안, 로드에 걸쳐 원하는 차동 전압을 유지하기 위해서와 같이 적절한 출력 전압을 제공하는데 자유도를 갖는다.

도 4는 예컨대, 본 주제에 따라 보상된 또는 전력 제한된, 선형 스테이지(402) 또는 전력 변환기의 예를 가진 H-브리지 시스템(400)을 일반적으로 예시한다. H-브리지 시스템(400)은 로드(401)를 포함하거나 또는 그것에 결합될 수 있으며, 스위칭 스테이지(403), 및 선형 스테이지(402)를 포함할 수 있다. 선형 스테이지(402)는 공급 장치(V_IN)에 결합된 전력 증폭기(410), 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(421)를 포함할 수 있는 바와 같은 제1 전류 제어 회로부 및 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(422)를 포함할 수 있는 바와 같은 제2 전류 제어 회로부를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기들(421, 422)의 각각은 전력 증폭기(410)의 출력 전압(V1)의 표현 및 시스템(400)의 로드 전류(I1)의 표현을 수신할 수 있다. 선형 스테이지(402)의 전력 소실이 특정한 레벨에 이를 때, 트랜스컨덕턴스 증폭기들(421, 422) 중 하나는 그 외 하는 바와 같이, 선형 스테이지(402)의 전력 소실이 증가하려는 경향이 없도록 전력 증폭기(410)의 출력 전압(V1)을 조정하기 시작할 수 있다. 따라서, 트랜스컨덕턴스 증폭기들(421, 422)은 전력 제한 회로로서 기능한다. 특정한 예들에서, 전력 증폭기(410)는 선형 증폭기로서 불리울 수 있다.

예를 들어, 선형 스테이지(402)의 출력 전압의 표현은 β/V1일 수 있고, 로드 전류의 표현은 α·I1일 수 있으며, 여기에서 V1은 선형 스테이지(402)의 출력 전압이며 I1은 선형 스테이지(402)의 출력에서의 전류이다. 예를 들어, 전력 증폭기(410)의 출력에서 전류(I1)는 전류가 선형 전력 증폭기(410)로 흐를 때 양(positive)인 것으로 정의될 수 있다. 증폭기가 싱킹 전류인 동안 전력 증폭기(410)의 전력 소실이 증가함에 따라, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(421)는 활성일 수 있으며 α·I1이 β/V1와 같게 하려고 할 수 있다. 이러한 방식으로, 트랜스컨덕턴스 증폭기들(421, 422)은 β/ α의 거의 일정한 값으로와 같은 선형 전력 증폭기(410)의 전력 소실을 제한하려고 시도한다. 실제로, 트랜스컨덕턴스 증폭기들(421, 422)은 전력 소실을 제한하기 위해 전력 증폭기(410)의 출력 전압(V1)을 올리거나 또는 낮추기 위해 전류를 주입하거나 또는 제거할 수 있다. 특정한 예들에서, 스위칭 스테이지(403)는 전류 조절 모드에서 동작할 수 있으며 선형 스테이지(402)의 출력 전압(V1)이 선형 스테이지(402)에서 전력 소실을 제한하도록 조정할 때에도 명령 신호(CMD)와 일치하는 로드(401)에 걸친 차동 전압(예컨대, V1-V2)을 유지할 수 있다. 전류가 선형 스테이지(402)에 의해 얻게 될 때, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(422)는 전력 증폭기(410)의 전력 소실을 제한하기 위해 활성이 될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 선형 전력 스테이지를 가진 비보상형 H-브리지 시스템의 동작과 도 4의 예의 전력 소실 및 전압 특성들의 비교를 예시한다. 도 5a는 비보상형 H-브리지 시스템의 선형 스테이지의 전력 소실(501) 및 도 4에 대하여 상기 논의된 바와 같은 전력 보상을 이용하는 H-브리지 시스템의 전력 소실(502)을 그래픽으로 예시한다. 도 5a는 보상형 선형 스테이지가 비보상형 선형 스테이지의 피크 전력 소실(504)의 약 절반일 수 있는 상위 전력 소실 제한(503)을 제공할 수 있음을 보여준다. 도 5b는 비보상형 H-브리지 시스템의 비보상형 선형 스테이지의 출력 전압(505), 비보상형 H-브리지 시스템의 스위칭 스테이지의 출력 전압(506), 보상형 H-브리지 시스템의 보상형 선형 스테이지의 출력 전압(507) 및 보상형 H-브리지 시스템의 스위칭 스테이지의 출력 전압(508)을 예시한다. 도 5b는 보상형 선형 스테이지의 트랜스컨덕턴스 증폭기들이 비보상형 시스템의 비보상형 선형 스테이지의 출력 전압(505)의 플롯에 비교하여 주어진 명령 신호(CMD)에 대한 출력 전압(507)을 변경하는 것을 예시한다. 보상형 선형 스테이지의 수정된 동작은 전력 소실(501)이 지정된 제한(예컨대, 503)에 이를 때 보상형 선형 스테이지의 공급 전압의 극단으로 보상형 선형 스테이지의 출력 전압(507)을 이동시킴으로써 선형 스테이지의 피크 전력 소실을 제한하도록 동작한다. 예시된 예에서, 명령 신호(CMD)가 좌측에서 우측으로 도시된 바와 같이 이동함에 따라, 보상형 선형 스테이지는 비보상형 H-브리지 시스템의 비보상형 선형 스테이지의 출력 전압(505)보다 빠르게 보상형 선형 스테이지의 출력 전압(507)을 낮추도록 동작한다. 보상형 선형 스테이지의 동작에 응답하여, 보상형 H-브리지 시스템의 스위칭 스테이지는 원하는 차동 전압을 유지하기 위해 전류 조절을 통해 그것의 출력 전압(508)을 조정할 수 있다. 보상형 선형 스테이지의 전력 소실이 지정된 제한(예컨대, 503)보다 낮아짐에 따라, 보상형 선형 스테이지의 동작은, 507에서 출력 전압에 대하여, 비보상형 H-브리지 시스템의 비보상형 선형 스테이지의 동작을 미러링하기 시작할 수 있다.

도 6은 본 주제에 따른 예시적인 H-브리지 시스템(600)을 일반적으로 예시한다. 시스템(600)은 열전 디바이스(TEC)(601)와 같은, 로드를 포함하거나 또는 그것에 결합될 수 있다. 시스템(600)은 선형 스테이지(602), 스위칭 스테이지(603), 및 전류 센서(604)를 포함할 수 있다. 선형 스테이지(602) 및 스위칭 스테이지(603)는 접지에 대하여 단일 극성의 공급 전압(V_IN, 도시되지 않음)을 수신할 수 있으며 이중 극성 전력을 TEC(601)에 제공하기 위해서와 같은 로드(예컨대, TEC(601))에 걸쳐 차동 전압(예컨대, V1-V2 또는 V2-V1)을 제공할 수 있다. 선형 스테이지(602)의 시스템의 양상은 전류 조절 모드뿐만 아니라 전압 조절 모드에서 동작될 수 있다. 이러한 동작은 저항기처럼 동작하지 않는 열전 디바이스(601)와 같은 로드의 특징들을 수용할 수 있다. 예를 들어, 열전 디바이스(601)는 저항기처럼 거동하는 전달 함수 구성요소를 가질 수 있지만 또한 열전 디바이스(601)에 걸친 온도 차에 의존하는 전달 함수 구성요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 열전 디바이스(601)에 걸친 전압(V_TEC)은 다음의 일반적인 형태를 가질 수 있으며,

V _TEC = △TㆍS + I _TEC ㆍ R _TEC ,

여기에서:

△T - 열전 디바이스의 판들 간의 온도 차이,

S - 열전 디바이스의 제벡 계수,

I_TEC - 열전 디바이스 전류,

R_TEC - 열전 디바이스 저항.

상기 식에서의 추가 △TㆍS 항을 갖고, 작은 전압들이 열전 디바이스에 인가될지라도, 로드의 상당한 양의 전류 수요가 여전히 있을 수 있다. 이러한 동작은, 보상되지 않을지라도, 선형 영역에서 동작할 때 H-브리지 시스템의 선형 전력 스테이지에서 예상되지 않은 전력 손실을 야기할 수 있다. 예로서, 열전 디바이스(601)에 걸친 전압이 0(V_TEC = 0V)일 때에도, 열전 디바이스를 통한 전류(I_TEC)는 약 △TㆍS/R_TEC일 수 있다. 이것은 열전 디바이스(601)에 걸친 전압이 0볼트일 때 선형 스테이지에서 상당한 전력 소실을 야기할 수 있다. 도 6의 예시적인 시스템(600)은 스위칭 스테이지(603)와 선형 스테이지(602) 사이에서 전류 조절 동작을 핸드 오프하기 위해 제어 회로부(641, 642)를 포함한다. 특정한 예들에서, 제어 회로부(641, 642)는 여러 개의 에러 증폭기들, 다수의 다이오드들, 및 다수의 생성된 또는 수신된 기준 전압들(V_L, V_H)을 포함할 수 있다. 선형 스테이지(602)에 대해, 에러 증폭기들은 전압-조절 에러 증폭기(661), 고 전류 조절 에러 증폭기(662), 및 저 전류-조절 에러 증폭기(^63)를 포함할 수 있다. 스위칭 스테이지(603)에 대해, 증폭기들은 전류-조절 에러 증폭기(664), 고, 전압-조절 에러 증폭기(665), 및 저, 전압-조절 에러 증폭기(666)를 포함할 수 있다. 에러 증폭기들은 다수의 에러 신호들을 제공할 수 있다.

예를 들어, 전류-조절 에러 증폭기들(662, 663, 664)은 전류 센서(604)로부터 로드 전류의 표현을 수신할 수 있다. 전압-조절 에러 증폭기들(661, 665, 666)은 대응하는 스테이지의 출력 전압(V1, V2)의 표현을 수신할 수 있다. 선형 스테이지(602)에 대해, 전압-조절 에러 증폭기(661) 및 전류-조절 증폭기들(662, 663)의 각각은 명령 신호(CMD) 또는 스케일링(k·CMD) 표현, 오프셋 표현, 스케일링 및 오프셋 표현, 또는 명령 신호(CMD)의 다른 표현과 같은 명령 신호의 표현(예컨대, f(x), x=CMD)을 수신할 수 있다. 선형 스테이지(602)의 증폭기들(661, 662, 663)의 각각의 출력은 선형 스테이지(602)의 전력 증폭기(610)로 선형 명령 신호를 제공할 수 있다. 스위칭 스테이지(603)에 대해, 전류-조절 에러 증폭기(664)는 또한 명령 신호(CMD) 또는 명령 신호의 표현을 수신할 수 있다. 스위칭 스테이지(603)의 전압-조절 에러 증폭기들(665, 666)은 또한 대응하는 기준 전압(V_H, V_L)을 수신할 수 있다. 스위칭 스테이지(603)의 증폭기들(664, 665, 666)의 각각의 출력은 스위칭 스테이지(604)의 출력 스테이지(617)로 제어 신호를 제공할 수 있다.

스위칭 스테이지의 전압-조절 에러 증폭기들(665, 666)은 스위칭 스테이지(603)의 최대 및 최소 출력 전압(V2)을 각각의 기준 전압(V_H, V_L)에 의해 표현된 전압으로 제한할 수 있다. 예를 들어, 각각의 기준 전압들(V_H, V_L)은 대략 스위칭 스테이지(603)의 대응하는 최대 및 최소 듀티 사이클들에서 또는 그 가까이에서 생성될 수 있는 각각의 전압들에 대응할 수 있다. 전류-조절 에러 증폭기(664)는 명령 신호(CMD) 및 전류 센서(604)로부터의 전류 피드백 정보에 기초하여 로드 전류를 조절할 수 있다. 전류-조절 에러 증폭기 출력은 스위칭 스테이지(603)의 출력 전압(V2)의 표현이 전압-조절 에러 증폭기들(665, 666)에 인가된 기준 전압들(V_H, V_L) 사이에 있을 때 가능화될 수 있다. 따라서, 특정한 예들에서, 스위칭 스테이지(603)의 전류-조절 에러 증폭기(664)의 출력은 스위칭 스테이지(603)의 전압-조절 에러 증폭기들(665, 666) 양쪽 모두의 출력이 불능화될 때 가능화되며, 그 역 또한 마찬가지이다.

유사한 방식으로, 선형 스테이지의 전류 조절 에러 증폭기들(662, 663)은 유리하게는 스위칭 스테이지(603)가 전압 조절 모드의 동작에 있을 때 명령 신호(CMD)에 대하여 선형 스테이지(602)의 출력 전압(V1)의 기울기를 제한할 수 있다. 전압-조절 에러 증폭기(661)는 명령 신호(CMD) 및 전압 피드백 정보에 기초하여 선형 스테이지의 출력 전압(V1)을 조절할 수 있다. 선형 스테이지(602)의 전류 조절-에러 증폭기 출력들은 스위칭 스테이지(603)의 전압-조절 에러 증폭기들(665, 666)의 동작 및 제1 경로의 제1 다이오드(D1) 및 제2 경로의 제2 다이오드(D2)를 포함한 대응하는 다이오드 경로들을 통해 가능화되고 불능화될 수 있다. 따라서, 특정한 예들에서, 선형 스테이지(602)의 전압-조절 에러 증폭기(661)의 출력은 선형 스테이지(602)의 전류-조절 에러 증폭기들(662, 663) 양쪽 모두의 출력들이 불능화될 때 가능화될 수 있으며 그 역 또한 마찬가지이다.

도 7a 내지 도 7d는 상이한 로드 조건들 하에서 도 6의 예시적인 회로의 전달 함수들을 그래픽으로 예시하며 각각이 명령 신호(CMD)에 대한, 선형 스테이지의 출력 전압(V1) 및 스위칭 스테이지의 출력 전압(V2)을 포함한다. 도 7a는 로드가 비교적 높은 저항을 가진 저항기처럼 동작할 때 도 6의 예시적인 회로의 전달 함수를 예시한다. 열전 디바이스에 대한 이러한 조건은 열전 디바이스에 걸친 온도 차가 0(△T=0)일 때 발생할 수 있다. 명령 신호(CMD)의 함수로서 열전 디바이스에 걸친 차동 전압은 두 개의 영역들(R1, R2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(R1)은 선형 스테이지의 출력 전압(V1)이 전압 조절 모드에서 사전 구성된 기울기를 가진 전압 공급 극단들 사이에서 전이하는 명령 신호(CMD)의 범위에 의해 제공될 수 있으며 스위칭 스테이지는 명령 신호(CMD)에 기초하여 적절한 원하는 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에 있다. 제2 영역(R2)은 공급 전압 극단들 중 하나로 피닝되는 선형 스테이지의 전압(V1)에 의해 정의될 수 있으며 스위칭 스테이지는 명령 신호에 기초하여 적절한 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에 있다. 0의 온도 차를 갖는 것 외에, 로드는 또한 스위칭 스테이지가 출력 전압 극단에 이르는 것을 방지하기 위해 충분한 저항(예컨대, 열전 디바이스에 대해 R_TEC)을 제공한다.

도 7b는 로드가 저항기처럼 그러나 도 7a의 전달 함수와 연관된 로드보다 적은 저항(R_TEC)을 갖고 동작할 때 도 6의 예시적인 회로의 전달 함수를 예시한다. 저항(R_TEC)이 충분히 낮은 특정한 애플리케이션들에서, 명령 신호(CMD)의 함수로서 로드에 걸친 차동 전압은 4개의 영역들(R1, R2, R3, R4)을 포함할 수 있다. 제1 영역(R1)은 선형 스테이지의 출력 전압(V1)이 전압 조절 모드에서 사전 구성된 기울기를 갖고 전압 공급 극단들 사이에서 전이하는 명령 신호(CMD)의 범위에 의해 제공될 수 있으며 스위칭 스테이지는 명령 신호(CMD)에 기초하여 적절한 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에 있다. 제2 영역(R2)은 선형 스테이지의 전압(V1)이 공급 전압 극단들 중 하나로 피닝되는 일련의 명령 신호(CMD)에 의해 정의될 수 있으며 스위칭 스테이지는 명령 신호에 기초하여 적절한 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에 있다. 제 3 영역(R3)은 스위칭 스테이지의 출력 전압(V2)이 하위 출력 전압 제한에 이르는 명령 신호(CMD)의 범위에 의해 정의될 수 있으며 선형 스테이지는 명령 신호(CMD)에 기초하여 적절한 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에서 동작한다. 제 4 영역(R4)은 스위칭 스테이지가 상위 출력 전압 제한에 이르는 명령 신호(CMD)의 범위일 수 있으며 선형 스테이지는 명령 신호(CMD)에 기초하여 적절한 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에서 동작한다. 특정한 예들에서, 열전 로드와 같은, 로드의 명령 전압(CMD)에 대한 비례 전류는 예를 들어, 열전 디바이스가 0이 아닌 온도 차를 경험할 때 선형 스테이지의 전력 소실이 최소화됨을 보장하는 것을 도울 수 있다.

도 7c는 열전 로드가 온도 차를 가질 때(예컨대, (△T≠0)) 도 6의 예시적인 회로의 전달 함수를 예시한다. 온도 차는 근본적으로 스위칭 전력 스테이지의 출력 전압(V2)이 명령 신호(CMD)의 서브-범위에 대한 출력 전압 제한들 중 적어도 하나에 이르도록 명령 신호(CMD)의 동작 범위에 걸쳐 더 높은(또는 더 낮은) 선형 스테이지 및 스위칭 스테이지의 출력 전압들(V1, V2)을 시프트할 수 있다. 도 7c의 예시된 경우에서, 스위칭 스테이지의 출력 전압은 명령 신호(CMD)의 서브 범위에 대한 상위 전압 제한에 이른다. 명령 신호(CMD)의 상기 서브-범위에서의 동작 동안, 선형 스테이지는 H-브리지 시스템의 차동 전압을 조절하기 위해 전류 조절 모드로 스위칭할 수 있으며 전달 함수는 도 7b에 대하여 상기 정의된 바와 같이 제 1, 제2 및 제 4 영역들(R1, R2, R4)을 포함할 수 있다.

도 7d는 극단에 취해진 전형 스테이지의 효율을 개선하기 위한 본 원리들을 가진 H-브리지 시스템의 전달 함수를 예시한다. 전달 함수는 근본적으로 명령 신호(CMD)에 대하여 제1 영역(R1)의 폭을 감소시킨다. 명령 신호에 대한 선형 스테이지 출력 전압의 변화의 기울기는 기능 블록(도 6, 667 참조)을 사용하여 설정될 수 있다. 몇몇 예들에서, 기능 블록(667)은 이득, 오프셋, 몇몇 다른 함수, 또는 그것의 조합을 나타낼 수 있다. 특정한 예들에서, 최적의 효율은 제1 영역(R1)의 폭이 불안정 또는 수용 가능하지 않은 진동을 도입하지 않고 가능한 감소될 때 달성될 수 있다.

도 8은 본 주제에 따른 H-브리지 시스템을 동작시키는 예시적인 방법(800)을 일반적으로 예시한다. 801에서, 명령 신호의 제1 범위에 대해, H-브리지 시스템의 선형 스테이지는 H-브리지 시스템의 공급 전압 극단에 남아있을 수 있으며 전압 조절 모드에서 동작할 수 있다. 803에서, 명령 신호의 제1 범위에 대해, H-브리지 시스템의 스위칭 스테이지는 명령 신호에 상응하는 H-브리지 시스템의 로드에 걸친 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에서 동작할 수 있다. 차동 전압은 선형 스테이지의 출력 전압과 스위칭 스테이지의 출력 전압 사이에서의 차이로서 정의될 수 있다. 805에서, 명령 신호의 제2 범위에 대해, 선형 스테이지는 명령 신호에 상응하는 로드에 걸친 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에서 동작할 수 있다. 807에서, 명령 신호의 제2 범위에 대해, 스위칭 스테이지는 명령 신호에 응답하여 전압 조절에서 동작할 수 있다. 특정한 예들에서, 명령 신호의 제 3 범위에 대해, 선형 스테이지는 전압 조절 모드에서 동작할 수 있으며 사전 구성된 기울기를 갖고 명령 신호에 응답하여 출력 전압들의 범위를 가로지른다. 또한, 명령 신호의 제 3 범위에 대해, 스위칭 스테이지는 명령 신호에 상응하는 H-브리지 시스템의 로드에 걸친 차동 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드에서 동작할 수 있다.

예들 및 부가적인 주석들

제1 예, 예 1에서, H-브리지 시스템에 대한 선형 전력 스테이지로서, 여기에서 H-브리지 시스템은 로드에 결합하고 스위칭 전력 스테이지를 포함하도록 구성되며, 로드는 선형 전력 스테이지의 제1 출력 및 스위칭 전력 스테이지의 제2 출력에 의해 공급된 차동 전압을 통해 전력을 수신하도록 구성되는, 상기 선형 전력 스테이지는 제1 공급 레일 및 제2 공급 레일로부터 전력을 수신하고 제1 출력을 제공하도록 구성된 선형 증폭기, 및 시스템 명령 신호, 로드로 공급된 전류의 표현, 선형 증폭기에 걸친 전압 강하의 표현, 및 스위칭 공급 디바이스의 다수의 에러 신호들을 수신하도록 구성된 제어 회로를 포함할 수 있으며, 상기 제어 회로는 또한 스위칭 전력 스테이지가 제2 출력의 전류 조절을 제공하는 것에 응답하여 제1 출력의 전압 조절을 제공하며 스위칭 전력 스테이지가 제2 출력의 전압 조절을 제공하는 것에 응답하여 제1 출력의 전류 조절을 제공하도록 구성된다.

예 2에서, 예 1의 제어 회로는 선택적으로 전압 강하의 표현 및 시스템 명령 신호의 표현을 수신하며 제1 선형 명령 신호를 선형 증폭기로 제공하도록 구성된 제1 에러 증폭기를 포함한다.

예 3에서, 임의의 하나 이상의 예 1 또는 예 2의 제1 에러 증폭기의 출력은 선택적으로 제1 다이오드를 통해 선형 증폭기의 입력에 결합된다.

예 4에서, 예 1 내지 예 3 중 임의의 하나 이상의 선형 전력 스테이지는 선택적으로 로드로 공급된 전류의 표현 및 시스템 명령 신호를 수신하며 제2 선형 명령을 선형 증폭기로 제공하도록 구성된 제2 에러 증폭기를 포함한다.

예 5에서, 예 1 내지 예 4 중 임의의 하나 이상의 선형 전력 스테이지는 선택적으로 로드로 공급된 전류의 표현 및 시스템 명령 신호를 수신하도록 구성되며 스위칭 전력 스테이지의 다수의 에러 신호들 중 제1 에러 신호와 결합하도록 구성된 출력을 가진 제 3 에러 증폭기를 포함한다.

예 6에서, 예 1 내지 예 5 중 임의의 하나 이상의 제2 에러 증폭기의 출력은 선택적으로 스위칭 전력 스테이지의 다수의 에러 신호들 중 제2 에러 신호와 결합하도록 구성된다.

예 7에서, 예 1 내지 예 6 중 임의의 하나 이상의 선형 전력 스테이지는 선택적으로 제2 에러 증폭기의 출력과 제1 에러 신호를 결합하도록 구성된 제2 다이오드를 포함한다.

예 8에서, 예 1 내지 예 7 중 임의의 하나 이상의 선형 전력 스테이지는 선택적으로 제1 에러 신호와 제 3 에러 증폭기의 출력을 결합하도록 구성된 제2 다이오드를 포함한다.

예 9에서, 예 1 내지 예 8 중 임의의 하나 이상의 선형 전력 스테이지는 선택적으로 제1 선형 명령 신호와 제 3 에러 증폭기의 출력을 결합하도록 구성된 제 3 다이오드를 포함한다.

예 10에서, H-브리지 시스템은 로드, 상기 로드의 제1 공급 단자에 결합하고, 전류 조절 모드에서 동작하며, 명령 신호에 응답하여 로드에 걸친 차동 전압을 수립하도록 구성된 스위칭 스테이지, 및 로드의 제2 단자에 결합하도록 구성된 선형 전력 스테이지를 포함할 수 있다. 상기 선형 전력 스테이지는 명령 신호에서의 변화에 응답하여 선형 전력 스테이지의 출력 전압에서의 선형 변화를 제공하도록 구성된 전력 증폭기, 및 스위칭 스테이지의 출력 전압이 제1 임계치와 제2 임계치 사이에 있는 것에 응답하여 명령 신호에 대하여 선형 전력 스테이지의 출력 전압의 제1 기울기를 제공하고, 스위칭 스테이지의 출력 전압이 제1 임계치 이상인 것에 응답하여 명령 신호에 대하여 선형 전력 스테이지의 출력 전압의 제2 기울기를 제공하며, 스위칭 스테이지의 출력 전압이 제2 임계치 이하인 것에 응답하여 명령 신호에 대하여 선형 전력 스테이지의 출력 전압의 조정의 제2 기울기를 제공하도록 구성된 전력 제한 회로를 포함할 수 있으며, 여기에서 제1 기울기는 제2 기울기보다 크며 제1 임계치는 제2 임계치보다 크다.

예 11에서, 예 1 내지 예 10 중 임의의 하나 이상의 스위칭 스테이지는 선택적으로 선형 전력 스테이지의 제1 전류-조절 에러 증폭기의 출력에 결합된 출력을 가진 제1 전압-조절 에러 증폭기를 포함한다.

예 12에서, 예 1 내지 예 11 중 임의의 하나 이상의 스위칭 스테이지는 선택적으로 선형 전력 스테이지의 제2 전류-조절 에러 증폭기의 출력에 결합된 출력을 가진 제2 전압-조절 에러 증폭기를 포함한다.

예 13에서, 예 1 내지 예 12 중 임의의 하나 이상의 제1 전압-조절 에러 증폭기로의 입력은 선택적으로 제1 임계치이다.

예 14에서, 예 1 내지 예 13 중 임의의 하나 이상의 제2 전압-조절 에러 증폭기로의 입력은 선택적으로 제2 임계치이다.

예 15에서, H-브리지 회로를 동작시키는 방법은, 명령 신호의 제1 범위에 대해, 제1 공급 전압 극단에 상응하는 선형 스테이지의 출력 전압을 제공하도록 H-브리지 회로의 선형 스테이지를 동작시키는 단계, 명령 신호의 제1 범위에 대해, 명령 신호에 상응하는 차동 로드 전압을 제공하도록 H-브리지 회로의 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계, 명령 신호의 제2 범위에 대해, 명령 신호에 상응하는 차동 로드 전압을 제공하도록 선형 스테이지를 동작시키는 단계, 및 명령 신호의 제2 범위에 대해, 스위칭 스테이지의 전압 극단에 상응하는 스위칭 스테이지의 출력 전압을 제공하도록 H-브리지 회로의 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.

예 16에서, 명령 신호의 제1 범위에 대해, 예 1 내지 예 15 중 임의의 하나 이상의 선형 스테이지를 동작시키는 단계는 선택적으로 제1 공급 전압 극단에 상응하는 선형 스테이지의 출력 전압을 제공하도록 전압 조절 모드에서 선형 스테이지를 동작시키는 단계를 포함한다.

예 17에서, 명령 신호의 제1 범위에 대해, 예 1 내지 예 16 중 임의의 하나 이상의 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계는 선택적으로 명령 신호에 상응하는 차동 로드 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드로 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계를 포함한다.

예 18에서, 명령 신호의 제2 범위에 대해, 예 1 내지 예 17 중 임의의 하나 이상의 선형 스테이지를 동작시키는 단계는 선택적으로 명령 신호에 상응하는 차동 로드 전압을 제공하기 위해 전류 조절 모드로 선형 스테이지를 동작시키는 단계를 포함한다.

예 19에서, 명령 신호의 제2 범위에 대해, 예 1 내지 예 18 중 임의의 하나 이상의 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계는 선택적으로 명령 신호에 응답하여 전압 조절 모드로 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계를 포함한다.

예 20에서, 예 1 내지 예 5 중 임의의 하나 이상의 전압 조절 모드에서 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계는 선택적으로 스위칭 스테이지의 상위 또는 하위 전압 임계치에서 스위칭 스테이지의 출력 전압을 조절하는 단계를 포함한다.

상기 상세한 설명은 상세한 설명의 부분을 형성하는, 수반된 도면들에 대한 참조들을 포함한다. 도면들은, 예시로서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 도시한다. 이들 실시예들은 또한 여기에서 "예들"로서 불리운다. 이러한 예들은 도시되거나 또는 설명된 것들 외에 요소들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 또한 단지 도시되거나 또는 설명된 이들 요소들만이 제공되는 예들을 고려한다. 게다가, 본 발명자들은 또한 특정한 예(또는 그것의 하나 이상의 양상들)에 대하여, 또는 여기에서 도시되거나 또는 설명된 다른 예들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)에 대하여 도시되거나 또는 설명된 이들 요소들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)의 임의의 조합 또는 순열을 사용한 예들을 고려한다. 상기 상세한 설명은 상세한 설명의 부분을 설명하는 수반된 도면들에 대한 참조들을 포함한다. 도면들은 예시로서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 도시한다. 이들 실시예들은 또한 여기에서 "예들"로서 불리운다. 이러한 예들은 도시되거나 또는 설명된 것들 외에 요소들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 또한 단지 도시되거나 또는 설명된 이들 요소들만이 제공되는 예들을 고려한다. 게다가, 본 발명자들은 또한 특정한 예(또는 그것의 하나 이상의 양상들)에 대하여, 또는 여기에서 도시되거나 또는 설명된 다른 예들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)에 대하여 도시되거나 또는 설명된 이들 요소들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)의 임의의 조합 또는 순열을 사용한 예들을 고려한다.

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이 문서에서, 용어들("a" 또는 "an")은, 특허 문서들에서 일반적인 바와 같이, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 임의의 다른 인스턴스들 또는 사용들에 관계없이, 하나 또는 하나 이상을 포함하기 위해 사용된다. 이 문서에서, 용어("또는")는 비배타적 또는을 나타내기 위해 사용되며, 따라서 "A 또는 B"는 달리 표시되지 않는다면, "B가 아닌 A", "A가 아닌 B", 및 "A 및 B"를 포함한다. 이 문서에서, 용어들("포함하는" 및 "여기에서")은 각각의 용어들("포함한" 및 "여기서")의 평이한 영어 상당어들로서 사용된다. 또한, 용어들("포함하는" 및 "포함한)은 제약을 두지 않으며, 즉 이러한 용어 후에 나열된 것들 외에 요소들을 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 조성, 제제, 또는 프로세스는 여전히 논의된 주제의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 게다가, 청구항에서 나타날 수 있는 바와 같이, 용어들("제 1", "제 2", 및 "제 3" 등)은 단지 라벨들로서 사용되며, 그것들의 오브젝트들에 수치적 요건들을 부여하도록 의도되지 않는다.

여기에서 설명된 방법 예들은 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터-구현될 수 있다. 몇몇 예들은 상기 예들에서 설명된 바와 같이 방법들을 수행하기 위해 전자 디바이스를 구성하도록 동작 가능한 지시들로 인코딩된 컴퓨터-판독 가능한 매체 또는 기계-판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 이러한 방법들의 구현예는 마이크로코드, 어셈블리어 코드, 상위-레벨 언어 코드 등과 같은, 코드를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 다양한 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 지시들을 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품들의 부분들을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 예에서, 코드는 실행 동안 또는 다른 시간들에서와 같이, 하나 이상의 휘발성, 비-일시적, 또는 비-휘발성의 유형의 컴퓨터-판독 가능한 미디어 상에 유형으로 저장될 수 있다. 이들 유형의 컴퓨터-판독 가능한 미디어의 예들은, 이에 제한되지 않지만, 하드 디스크들, 착탈 가능한 자기 디스크들, 착탈 가능한 광학 디스크들(예컨대, 컴팩트 디스크들 및 디지털 비디오 디스크들), 자기 카세트들, 메모리 카드들 또는 스틱들, 랜덤 액세스 메모리들(RAM들), 판독 전용 메모리들(ROM들) 등을 포함할 수 있다.

상기 설명은 제한적이 아닌, 예시적이도록 의도된다. 예를 들어, 상기 설명된 예들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 다른 실시예들이, 상기 설명을 검토할 때 이 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해서와 같이, 사용될 수 있다. 요약은 판독자가 기술적 개시의 특징을 빨리 알아내도록 허용하기 위해 제공된다. 그것은 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 또는 제한하기 위해 사용되지 않을 것이라는 조건으로 제안된다. 또한, 상기 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 본 개시를 간소화하기 위해 함께 그룹핑될 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 필수적이라는 의도로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 발명의 주제는 특정한 개시된 실시예의 모든 특징들 보다 적게 있다. 다음의 양상들은 예들 또는 실시예들로서 상세한 설명에 통합되며, 각각의 양상은 그 자체로서 별개의 실시예로서 성립하며, 이러한 실시예들은 다양한 조합들 또는 순열들로 서로 조합될 수 있다는 것이 고려된다.

Claims

H-브리지 시스템을 위한 선형 전력 스테이지로서, 상기 H-브리지 시스템은 로드에 결합하고 스위칭 전력 스테이지를 포함하도록 구성되며, 상기 로드는 상기 선형 전력 스테이지의 제1 출력 및 상기 스위칭 전력 스테이지의 제2 출력에 의해 공급된 차동 전압을 통해 전력을 수신하도록 구성되는, 상기 선형 전력 스테이지에 있어서,
제1 공급 레일 및 제2 공급 레일로부터 전력을 수신하며 상기 제1 출력을 제공하도록 구성된 선형 증폭기; 및
시스템 명령 신호, 로드로 공급된 전류의 표현, 상기 선형 증폭기에 걸친 전압 강하의 표현, 및 스위치 공급 디바이스의 다수의 에러 신호들을 수신하도록 구성된 제어 회로로서, 상기 제어 회로는 또한 상기 스위칭 전력 스테이지가 제2 출력의 전류 조절을 제공하는 것에 응답하여 제1 출력의 전압 조절을 제공하며, 상기 스위칭 전력 스테이지가 상기 제2 출력의 전압 조절을 제공하는 것에 응답하여 상기 제1 출력의 전류 조절을 제공하도록 구성되는, 상기 제어 회로를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 전압 강하의 표현 및 시스템 명령 신호의 표현을 수신하며 제1 선형 명령 신호를 상기 선형 증폭기로 제공하도록 구성된 제1 에러 증폭기를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 에러 증폭기의 출력은 제1 다이오드를 통해 상기 선형 증폭기의 입력에 결합되는, 선형 전력 스테이지.
청구항 2에 있어서,
상기 로드로 공급된 전류의 표현 및 상기 시스템 명령 신호를 수신하며 제2 선형 명령을 상기 선형 증폭기로 제공하도록 구성된 제2 에러 증폭기를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
청구항 4에 있어서,
상기 로드로 공급된 전류의 표현 및 상기 시스템 명령 신호를 수신하도록 구성되며 상기 스위칭 전력 스테이지의 다수의 에러 신호들 중 제1 에러 신호와 결합하도록 구성된 출력을 가진 제 3 에러 증폭기를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 에러 증폭기의 출력은 상기 스위칭 전력 스테이지의 다수의 에러 신호들 중 제2 에러 신호와 결합하도록 구성되는, 선형 전력 스테이지.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 에러 증폭기의 출력과 상기 제1 에러 신호를 결합하도록 구성된 제2 다이오드를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 에러 신호와 상기 제 3 에러 증폭기의 출력을 결합하도록 구성된 제2 다이오드를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 선형 명령 신호와 상기 제 3 에러 증폭기의 출력을 결합하도록 구성된 제 3 다이오드를 포함하는, 선형 전력 스테이지.
H-브리지 시스템에 있어서,
로드;
상기 로드의 제1 공급 단자에 결합하고, 전류 조절 모드에서 동작하며, 명령 신호에 응답하여 상기 로드에 걸쳐 차동 전압을 수립하도록 구성된 스위칭 스테이지;
상기 로드의 제2 단자에 결합하도록 구성된 선형 전력 스테이지로서,
상기 명령 신호에서의 변화에 응답하여 상기 선형 전력 스테이지의 출력 전압에서의 선형 변화를 제공하도록 구성된 전력 증폭기; 및
상기 스위칭 스테이지의 출력 전압이 제1 임계치와 제2 임계치 사이에 있다는 것에 응답하여 상기 명령 신호에 대하여 상기 선형 전력 스테이지의 출력 전압의 제1 기울기를 제공하고, 상기 스위칭 스테이지의 출력 전압이 상기 제1 임계치 이상인 것에 응답하여 상기 명령 신호에 대하여 상기 선형 전력 스테이지의 출력 전압의 제2 기울기를 제공하며, 상기 스위칭 스테이지의 출력 전압이 제2 임계치 이하인 것에 응답하여 상기 명령 신호에 대하여 상기 선형 전력 스테이지의 출력 전압의 조정의 제2 기울기를 제공하도록 구성되며, 상기 제1 기울기는 상기 제2 기울기보다 크고 상기 제1 임계치는 상기 제2 임계치보다 큰, 상기 전력 제한 회로를 포함한, 상기 선형 전력 스테이지를 포함하는, H-브리지 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 스위칭 스테이지는 상기 선형 전력 스테이지의 제1 전류-조절 에러 증폭기의 출력에 결합된 출력을 가진 제1 전압-조절 에러 증폭기를 포함하는, H-브리지 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 스위칭 스테이지는 상기 선형 전력 스테이지의 제2 전류-조절 에러 증폭기의 출력에 결합된 출력을 가진 제2 전압-조절 에러 증폭기를 포함하는, H-브리지 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 전압-조절 에러 증폭기로의 입력은 상기 제1 임계치인, H-브리지 시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 제2 전압-조절 에러 증폭기로의 입력은 상기 제2 임계치인, H-브리지 시스템.
H-브리지 회로를 동작시키는 방법에 있어서,
명령 신호의 제1 범위에 대해, 제1 공급 전압 극단에 상응하는 선형 스테이지의 출력 전압을 제공하도록 상기 H-브리지 회로의 선형 스테이지를 동작시키는 단계;
상기 명령 신호의 제1 범위에 대해, 상기 명령 신호에 상응하는 차동 로드 전압을 제공하도록 상기 H-브리지 회로의 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계;
상기 명령 신호의 제2 범위에 대해, 상기 명령 신호에 상응하는 차동 로드 전압을 제공하도록 상기 선형 스테이지를 동작시키는 단계; 및
상기 명령 신호의 제2 범위에 대해, 상기 스위칭 스테이지의 전압 극단에 상응하는 상기 스위칭 스테이지의 출력 전압을 제공하도록 상기 H-브리지 회로의 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계를 포함하는, H-브리지 회로를 동작시키는 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 명령 신호의 제1 범위에 대해, 상기 선형 스테이지를 동작시키는 단계는 상기 제1 공급 전압 극단에 상응하는 상기 선형 스테이지의 출력 전압을 제공하도록 전압 조절 모드에서 상기 선형 스테이지를 동작시키는 단계를 포함하는, H-브리지 회로를 동작시키는 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 명령 신호의 제1 범위에 대해, 상기 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계는 상기 명령 신호에 상응하는 상기 차동 로드 전압을 제공하도록 전류 조절 모드에서 상기 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계를 포함하는, H-브리지 회로를 동작시키는 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 명령 신호의 제2 범위에 대해, 상기 선형 스테이지를 동작시키는 단계는 상기 명령 신호에 상응하는 상기 차동 로드 전압을 제공하도록 전류 조절 모드에서 상기 선형 스테이지를 동작시키는 단계를 포함하는, H-브리지 회로를 동작시키는 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 명령 신호의 제2 범위에 대해, 상기 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계는 상기 명령 신호에 응답하여 전압 조절 모드에서 상기 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계를 포함하는, H-브리지 회로를 동작시키는 방법.
청구항 19에 있어서,
전압 조절 모드에서 상기 스위칭 스테이지를 동작시키는 단계는 상기 스위칭 스테이지의 출력 전압을 상기 스위칭 스테이지의 상위 또는 하위 전압 임계치에서 조절하는 단계를 포함하는, H-브리지 회로를 동작시키는 방법.