KR20220068926A - 동적 슬루 레이트 제어기 - Google Patents

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쉬무엘 벤-야코브
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비식 테크놀로지스 엘티디.
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Abstract

전압 펄스 발생기는: 회로의 출력에서 전압 펄스를 발생시키도록 제어가능한 회로; 및 전압 펄스의 천이 에지 동안 출력에서의 전압을 모니터링하고, 모니터링된 전압이 미리 결정된 기준 전압과 미리 결정된 양만큼 상이한 경우, 천이 에지와 연관된 전압 변화를 인터럽트하는 인터럽터를 포함한다.

Description

동적 슬루 레이트 제어기 {DYNAMIC SLEW RATE CONTROLLER}
본 발명의 실시예는 펄스 발생기의 슬루 레이트(slew rate)를 제어하는 것에 관한 것이다.
컴퓨터에서 파워트레인에 이르기까지 거의 모든 유형의 최신 광학 및 전자 장치는 타이밍 펄스, 데이터 패킷 생성 및/또는 전력 전달을 위한 펄스 형성 회로를 포함한다. 다양한 펄스 형성 회로가 생성하는 펄스의 기능은 펄스가 생성되는 애플리케이션에서 펄스가 얼마나 잘 기능하는지를 결정한다.
예를 들어, 차량을 구동하는 현대의 전기 파워트레인은 전기 모터와 파워트레인이 차량을 구동하기 위해 모터에 에너지를 전달하는 DC 전원을 포함한다. 파워트레인은 전원에 의해 제공되는 DC 전압을 전압 소스 인버터(voltage source inverter; VSI)가 모터 코일에 에너지를 공급하고 차량을 구동하기 위한 에너지를 모터에 제공하기 위해 모터에 적용하는 전압 펄스로 변환하는 VSI를 포함한다. 상기 VSI는 VSI가 모터 토크 및/또는 속도를 제어하기 위해 제공하는 전압 펄스 주파수, 폭, 및/또는 크기를 제어하기 위해 다양한 방식들 중 임의의 것에 따라 구성될 수 있다.
3상 유도 모터를 포함하는 전기 자동차 파워트레인의 경우, VSI는 일반적으로 전원 DC 전압을 변환하여 모터의 각각의 위상에 동일한 전압을 갖지만 변조된 펄스 폭을 갖는 일련의 비교적 고전압 펄스를 제공한다. 펄스 폭은 일반적으로 펄스 폭 변조(PWM) 방식에 따라 변조되어 주어진 위상에 전달되는 전력이 3상 AC 전력 공급 장치에 의해 제공되는 정현파 변동 전압에 의해 제공되는 위상에 접근한다. PWM 방식은 일반적으로 정현파 펄스 폭(SPWM) 또는 공간 벡터 제어(SVC) 기술을 사용하여 구현된다.
일반적으로, 하프 브리지(half bridge)의 출력부를 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태 사이에서 빠르게 스위칭하도록 제어되는 반도체 전원 스위치의 고속 스위칭 하프 브리지 구성은 전압 펄스를 생성한다. 온 상태에서 하프 브리지의 출력부는 전원의 DC 전압을 전달하는 버스바에 주어진 위상을 연결하고 오프 상태에서 하프 브리지의 출력부는 주어진 위상을 DC 전원의 접지 기준에 연결한다. 일반적으로, 하프 브리지에 의해 생성된 펄스는 상대적으로 높은 슬루 레이트 상승 및 하강 시간, 약 5-10kHz(킬로헤르츠) 사이의 반복 주파수, 및 약 200V(볼트)와 약 500V 사이의 값을 가질 수 있는 전압을 특징으로 한다. 높은 슬루 레이트, 고전압 펄스에 의해 생성된 과도 전압(transient)은 유해한 전자기 간섭(EMI)을 생성할 수 있으며 위상 전류를 전달하는 코일에 손상을 줄 수 있으며 다른 기술은 하프 브리지에서 코일에 도달하는 펄스의 슬루 레이트를 제한하기 위해 종종 사용된다. 3상 모터의 상이한 위상에 대한 펄스 열은 서로에 대해 ± 120°만큼 시프트된다.
본 개시내용의 실시예의 양태는 전압 펄스 발생기(voltage pulse generator; VPG)를 제공하는 것에 관한 것으로, 상기 전압 펄스 발생기는 VPG가 원하는 평균 상승 및/또는 하강 시간 전압 슬루 레이트를 제공하도록 VPG의 출력부를 생산하는 전압 펄스의 상승 및/또는 하강 시간 전압을 실시간으로 동적으로 제어한다.
일 실시예에서, VPG는 VPG가 출력부에 연결된 부하(load)에 제공하는 전압 펄스를 생성하기 위해 VPG의 출력부에 제공된 전압을 턴 온(turn on) 및 턴 오프(turn off)하도록 동작하는 온 및 오프 신호를 생성하는 제어기를 포함한다. VPG는 원하는 상승 시간(rise time) 및/또는 하강 시간(fall time) 전압 슬루 레이트를 갖는 시간 종속 기준 전압을 인터럽터에 제공하는 회로를 포함하는 음의 피드백 회로(이하 "인터럽터 회로(interruptor circuit)" 또는 간단히 "인터럽터(interruptor)"라고도 함)를 포함한다. VPG가 생성하는 전압 펄스의 상승 시간 및/또는 하강 시간 동안, 인터럽터는 VPG 출력부의 전압을 각각 상승 시간 및/또는 하강 시간 기준 전압과 비교한다. VPG 출력부에서 양의 펄스(positive pulse)의 경우, 출력 전압이 기준 전압보다 미리 결정된 상한값만큼 크고 VPG가 온되면, 인터럽터는 VPG 출력부에 제공된 전압을 턴 오프한다. 출력 전압이 기준전압보다 미리 결정된 하한값만큼 낮고 VPG가 오프되면, 인터럽터는 VPG에 제공되는 전압을 턴 온한다. VPG 출력부에서 음의 펄스(negative pulse)에 대해, 기준 전압이 출력 전압보다 미리 정해진 상한값만큼 크고 VPG가 온되면, 인터럽터는 VPG 출력부에 제공되는 전압을 턴 오프한다. 기준 전압이 출력 전압보다 소정의 하한값만큼 낮고 VPG가 오프되면 인터럽터는 VPG 출력부에 공급되는 전압을 턴 온한다. 설명된 대로 VPG를 턴 온하고 턴 오프함으로써, 인터럽터는 전압 펄스의 선행 및/또는 하강 에지에 대해 원하는 평균 슬루 레이트(average slew rate)를 VPG에 제공하도록 작동한다. VPG 출력부에 제공되는 전압이 각각 턴 온되고 턴 오프될 때 VPG가 턴 온되고 턴 오프되는 것으로 이해된다.
일 실시예에서, VPG는 PWM 방식에 따라 선택적으로 생성된 펄스 열에 응답하여 VPG의 출력부를 턴 온하고 턴 오프하는 것에 의해 부하에 DC 전력을 제공하도록 구성된 스위치 모드 변환기를 포함한다. 일 실시예에서, VPG는 VPG의 출력부를 턴 온하고 턴 오프함으로써 부하에 AC 전력을 제공하도록 구성된 스위치 모드 인버터를 포함한다.
일 실시예에서, VPG는 3상 모터에 전력을 제공하도록 구성되고 각각의 위상에 대한 출력부를 포함하는 전압원 인버터(VSI)를 포함한다. VSI는 각각의 펄스 열의 위상이 다른 펄스 열의 각각으로부터 ± 120°만큼 시프트되어 각각의 출력부에서 실질적으로 동일한 전압 펄스 열을 제공한다. 선택적으로 전압 펄스 열은 SPWM 또는 SVC 펄스 열이다.
이 요약은 상세한 설명에서 아래 추가로 설명되는 단순화된 형식으로 개념 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 요지의 주요 기능 또는 필수 기능을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 요지의 범위를 제한하는 데 사용되도록 의도되지 않는다.
본 발명의 실시예의 비제한적인 예는 이 단락 다음에 열거되는 여기에 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 하나 초과의 도면에 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 부품은 일반적으로 나타나는 모든 도면에서 동일한 도면부호로 표시된다. 도면에 표시된 구성 요소 및 기능의 치수는 설명의 편의와 명확성을 위해 선택되었으며 반드시 축척으로 표시되지는 않는다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따라, VPG가 제공하는 펄스의 슬루 레이트를 제한하기 위한 인터럽터를 포함하는 전압 펄스 발생기(VPG)의 개략도를 도시하고,
도 2a는 본 개시내용의 실시예에 따른 VSI의 개략도를 도시하고.
도 2b는 VSI가 제공하는 전압 펄스의 상승 시간 및 하강 시간 슬루 레이트를 제어함에 있어서 도 2a에 도시된 VSI의 동작을 예시하는 시뮬레이션된 오실로스코프 트레이스(oscilloscope trace)를 개략적으로 도시하고,
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따라 3상 모터에 전압 펄스 열을 제공하도록 구성된 VSI를 개략적으로 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 VPG의 구성요소는 도 1에 개략적으로 도시되고 도면을 참조하여 논의된다. 본 개시 내용의 실시예에 따른 VSI로서 구성된 VPG는 도 2a에 도시된 개략 회로를 참조하여 설명된다. 도 2a에 도시된 VSI에 의해 선택적으로 구현되는 본 개시내용의 실시예에 따라 선행 및 후행 에지(leading and trailing edges)의 평균 슬루 레이트를 완화하기 위해 전압 펄스의 선행 및 후행 에지의 전압을 모니터링 및 제어하는 것은 도 2b에 도시된 시뮬레이션된 오실로스코프 펄스 트레이스를 참조하여 논의된다. 전기 유도 모터에 전압을 제공하기 위한 도 2a에 도시된 VSI에 기초한 VSI가 도 3을 참조하여 논의된다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 VPG(200)를 개략적으로 도시한다. VPG(200)는 펄스 발생기 회로(231) 및 펄스 발생기 회로의 출력부(233)에서 전압 펄스를 발생시키도록 펄스 발생기 회로를 제어하는 제어기(232)를 포함한다. 펄스는 저역 통과 펄스 성형기(240)에 의해 수신 및 필터링된다. 펄스 성형기는 펄스를 성형하고 성형된 펄스를 VPG의 출력부(221)에서 부하(도시안됨)에 제공한다. 히스테리시스 인터럽터(251)라고도 하는 히스테리시스 비교기 회로(hysteretic comparator circuit)는 출력부에서 전압을 모니터링하기 위해 출력부(221)을 탭핑한다. 인터럽터는 기준 전압 발생기(252)에 연결된다. VPG(200)가 출력부(221)에서 전압 펄스를 생성하도록 동작하는 것에 응답하여, 기준 전압 발생기(252)는 인터럽터(251)에 시간 종속 기준 전압을 제공한다. 기준 전압은 원하는 슬루 레이트를 특징으로 하는 선행 에지 및 후행 에지를 가지며 출력부(221)에서 출력 전압 펄스의 선행 에지 및 후행 에지와 각각 동기화된다. 선택적으로, 도 1에 개략적으로 도시된 대로 기준 전압 발생기는 제어기(232)에 연결되어 제어기에 의해 생성된 신호에 응답하여 기준 전압을 출력 펄스 전압과 동기화된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기(232) 및 기준 전압 발생기(252)는 선택적으로 외부 소스로부터 동기화 신호를 수신하고, 기준 전압 발생기는 외부 소스로부터 수신하는 동기화 신호를 사용하여 기준 전압을 출력 전압 펄스에 동기화한다.
출력 전압 펄스의 선행 에지의 상승 시간 동안, 인터럽터(251)는 출력부(221)에서의 전압을 기준 전압의 선행 에지의 전압과 비교한다. 출력 전압 펄스의 상승 시간 동안 주어진 시간에 모니터링된 출력 전압의 크기 또는 그 기능이 기준 전압의 크기보다 미리 결정된 상한 전압(이하에서는 상위 히스테리시스 값(upper hysteresis value)이라고도 함) 차이만큼 더 큰 경우, 기준 전압에서, 인터럽터는 펄스 발생기 회로(233)가 출력부(221)에서 전압의 증가를 차단하고(interrupting) 출력 전압이 감쇠하도록 하는 신호를 전송한다. 신호는 예를 들어 제어기(232) 또는 펄스 발생기 회로(233)에 전송된 신호일 수 있다. 일 실시예에서, 차단은 모니터링된 전압이 미리 결정된 하한 전압 차이만큼 기준 전압의 크기보다 작은 전압과 동일하게 되도록 감소하는 시간까지 지속되며, 상기 차이는 하위 히스테리시스 값(lower hysteresis value)으로 지칭될 수 있다. 그러한 시간에, 인터럽터는 펄스 발생기 회로(233)가 감소를 차단하고 출력부에서 전압을 증가시키기 위해 동작을 재개하도록 하는 신호를 전송한다. 인터럽터(221)가 출력부(221)에서 전압 펄스의 상승 시간 동안 전압의 증가 또는 감소를 차단하는 시간은 각각 상승 시간 증가 및 감소 전환 시간으로 지칭될 수 있다.
유사하게, 출력 전압 펄스 인터럽터(251)의 후행 에지의 하강 시간 동안, 출력부(221)에서 모니터링된 전압 또는 그 기능을 기준 전압의 후행 에지의 전압과 비교한다. 출력 펄스의 하강 시간 동안 주어진 시간에 모니터링된 출력 전압의 크기 또는 그 기능이 기준 전압의 크기보다 하위 히스테리시스 값만큼 작은 경우, 인터럽터는 펄스 발생기 회로(233)가 출력부(221)에서 전압의 감소를 차단하고 출력부에서 전압을 증가시키기 위해 작동하도록 유발하는 신호를 생성한다. 예를 들어 신호는 차단을 야기하는 제어기(232) 또는 펄스 발생기 회로(233)에 전송된 신호일 수 있다. 일 실시예에서, 차단은 모니터링되는 전압 또는 그 기능이 기준 전압의 크기보다 상위 히스테리시스 값만큼 더 큰 전압과 동일하게 증가할 때까지 지속된다. 이러한 시간에, 인터럽터는 펄스 발생기 회로(233)가 증가를 차단하고 출력 전압이 감소를 재개하도록 하는 신호를 생성한다. 인터럽터(221)가 출력부(221)에서의 전압 펄스의 하강 시간 동안 전압의 감소 또는 증가를 차단하는 시간은 각각 하강 시간 감소 및 증가 전환 시간으로 지칭될 수 있다.
선택적으로, 히스테리시스 인터럽터(251)는 상승 및 하강 시간 전환 시간을 결정하기 위해 출력부(221)에서 모니터링된 출력 전압 중 하나보다 작은 부분을 기준 전압과 비교하는 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 포함한다. 모니터링된 출력 전압이 기준 전압과 상이한 히스테리시스 값은 슈미트 트리거의 임계값을 전환하여 결정될 수 있다.
도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 선택적으로 모터의 위상인, DC 전압 소스(70) 및 부하(80)에 결합된 VSI 회로(20)로서 구성된 VGA를 개략적으로 도시한다. 전압 소스(70)는 기준 접지(72)에 대해 버스바(71) 상에 DC 전압(VDC)를 생성한다. VSI(20)는 VSI의 출력부(21)에서 전압(VDC)으로부터 생성된 전압 펄스(도 2a에 도시안됨)를 부하(80)에 제공한다. VSI(20)가 VSI 출력부(21)에서 부하(80)에 제공하는 시간 종속 전압은 VL(t)로 표현될 수 있다.
일 실시예에서, VSI(20)는 선택적으로 펄스 발생기 회로(30), 저역 통과 펄스 성형기(40), 및 인터럽터(50)를 포함한다. 펄스 발생기 회로(30)는 선택적으로 하프 브리지 스위칭 제어기(32)에 의해 제어되는 고속 스위칭 하프 브리지(31)를 포함한다. 하프 브리지(31)는 스위칭 제어기(32)에 의해 제어되고 하프 브리지의 출력부(33)에서 직렬로 연결된 고속 반도체 스위치(S1 및 S2)를 포함한다. 하프 브리지는 전압(VDC)에서 전압 소스(70)에 의해 유지되는 버스바(71)와 기준 접지(72) 사이에 연결된다. 스위칭 제어기(32)는 스위치(S1 및 S2)를 제어하고 각각 온과 오프 상태 사이에서 하프 브리지(31)를 스위칭하는 온 및 오프 제어 신호를 교대로 생성한다. 하프 브리지(31)를 턴 온하는 온 제어 신호는 스위치(S1)가 전도 상태로 스위치 온(switch ON)되고 스위치(S2)가 비-전도 상태로 스위치 오프(switch OFF)되어 하프 브리지 출력부(33)를 버스바(71)에 연결한다. 하프 브리지(31)를 턴 오프하는 오프 제어 신호는 스위치(S1)가 비전도 오프 상태로 스위칭되도록 하고 스위치(S2)가 전도 온 상태로 스위칭되도록 하여 하프 브리지 출력부(33)를 접지 기준(72)에 연결한다. 온 상태와 오프 상태 사이의 하프 브리지의 교번 스위칭은 DC 전압 소스(70)가 버스바(71)를 유지하는 전압(VDC)과 실질적으로 동일한 진폭을 갖는 하프 브리지의 출력부(33)에서 전압 펄스의 시퀀스를 생성한다. 출력부(33)에서 펄스 발생기 회로(30)에 의해 생성된 시간 종속 전압은 VB(t)로 표시될 수 있다.
저역 통과 펄스 성형기(40)는 선택적으로 하프 브리지 출력부(33)와 VSI 출력부(21) 사이에 연결된 직렬 인덕터(L1)와 VSI 출력부(21)과 접지 기준(72) 사이에 연결된 저항기(R1)와 직렬로 연결된 커패시터(C1)를 포함한다. 펄스 성형기는 하프 브리지 출력부(33)로부터 생성된 전압 펄스이 고주파수 성분을 감쇄하고 하프 브리지 출력부(33)로부터 VSI 출력부(21)로 전파하는 전압 펄스의 선행 및 후행 에지에서 고주파수의 큰 진폭 과도 전압(large amplitude transient)을 댐핑하도록 작동한다. L1, C1, 및 R1의 값은 VSI 출력부(21)에서 생성된 전압에 대한 부하(80)의 임피던스 변화의 영향을 완화하는 것으로 결정된다.
인터럽터(50)는 선택적으로 슈미트 트리거(51) 및 기준 전압 회로(52)를 포함한다. 슈미트 트리거(51)는 각각 비반전 및 반전 입력부(54, 55)와 스위칭 제어기(32)에 연결된 출력부(56)를 갖는다. 선택적으로, 저항(R2 및 R3)을 포함하는 분압기(voltage divider; 60)는 VSI출력부(21)를 슈미트 트리거의 반전 입력부(55)에 연결한다. 분압기(60)는 시간 의존 전압 VC(t)=[R3/(R2+R3)]VL(t)를 슈미트 트리거 반전 입력부(55)에 제공한다.
기준 전압 회로(52)는 선택적으로 슈미트 트리거의 비반전 입력부(54)에 연결되고 VSI(20)가 부하(80)에 전력을 제공하기 위해 VSI 출력부(21)에서 생성하는 전압(VL(t))의 각각의 펄스에 대한 곡선(53)으로 도 2a에 개략적으로 표시된 시간 종속 전압 기준 신호 "VR(t)"를 생성하도록 구성된다. VR(t)는 선택적으로 스위칭 제어기(32)가 하프 브리지(31)를 턴 온 및 턴 온하고 하프 브리지 출력부(33)에서 전압 펄스를 각각 시작 및 종료하도록 생성하는 턴 온 및 턴 오프 제어 신호에 동기화함으로써, 전압 펄스의 선행 및 후행 에지로 동기화된다. 선택적으로, 기준 전압 회로(52)는 스위칭 제어기(32)에 연결되고 스위칭 제어기가 생성하고 제어기에 턴 온 및 턴 오프 제어 신호를 동기화하는 스위칭 제어기(32)로부터 "통지(notification)" 신호를 수신한다. 기준 전압 회로는 통지 신호를 사용하여 VR(t)를 출력부(21)에서 전압 펄스의 선행 및 후행 에지에 동기화한다. 슈미트 트리거(51)는 VC(t)와 VR(t) 사이의 차이에 응답하여 슈미트 트리거 출력부(56)에서 피드백 신호를 생성한다. 슈미트 트리거는 피드백 신호를 스위칭 제어기(32)로 전송하여 전압 펄스의 상승 시간 및 하강 시간 동안 VSI 출력부(21)에서 전압 펄스에 의해 부하(80)에 제공된 전압(VL(t))을 제어한다.
스위칭 제어기(32)가 펄스를 개시하기 위해 하프 브리지(31)를 턴 온한 후 전압 펄스의 전압(VDC)으로의 상승 시간 동안, VR(t)는 입력부(54)에서 시간의 함수로서 전압을 제공한다. VR(t)는 슈미트 트리거(51)가 분압기(60)로부터 입력부(55)에서 수신하는 전압(VC(t))과 실질적으로 동일할 것으로 예상되고 원하는 슬루 레이트와 동일한 상승 시간 동안 VSI 출력부(21)에서 VL(t)의 슬루 레이트이었던 전압이다. 전압 펄스 VL(t)의 상승 시간 동안 시간(t1)에서, 슈미트 트리거(51)에서의 전압(VC(t))이 VR(t)보다 커지고 시간(t1)에서 VR(t1) 더하기 슈미트 트리거(51)의 상위 히스테리시스 값인 슈미트 트리거(51)의 상위 히스테리시스 전압 임계값과 같게 되면, 시간(t1)은 상승 시간 전환 시간이고 슈미트 트리거가 하프 브리지 스위치 제어기(32)에 상승 시간 음의 피드백 신호를 전송한다. 상승 시간 음의 피드백 신호에 응답하여, 제어기(32)는 하프 브리지(31)를 턴 오프하고, VSI 출력부(21) 및 이에 의해 버스바(71)로부터 부하(80)를 분리하고, 출력부 및 부하를 접지 기준(72)에 연결하여 전압(VL(t))이 감쇠하도록 하는 턴 오프 신호를 생성한다. 일 실시예에 따르면, 전압(VL(t))은 이후 상승 시간 전환 시간(t2)까지 감소하며, 이때 VC(t)는 시간(t2)에서 VR(t2) 빼기 슈비트 트리거(51)의 하위 히스테리시스 값인 슈미트 트리거(51)의 하위 히스테리시스 임계 전압과 동일하게 된다. 상승 시간 전환 시간에서, 슈미트 트리거는 스위칭 제어기(32)가 하프 브리지(31)를 턴 온하고 VSI 출력부(21)을 버스바(71)에 재연결하여 VSI 출력부(21)에서 전압(VL(t))을 DC 전압(VDC)을 향한 증가를 재개한다. 본 개시내용의 실시예에 따르면, 인터럽터(50)는 전압 VC(t)가 슈미트 트리거(51)의 상위 히스테리시스 임계 전압과 동일하게 상승하고 후속적으로 펄스의 평균 상승 시간 슬루 레이트를 완화하기 위해 전압 펄스의 상승 시간 동안 슈미트 트리거의 하위 히스테리시스 임계 전압과 동일하게 하강할 때마다 하프 브리지(30)를 턴 오프하고 후속적으로 턴 온하는 "차단 사이클(interruption cycle)"을 반복한다.
유사하게, 전압 펄스의 하강 시간 동안, 스위칭 제어기(32)가 하프 브리지(31)를 턴 오프하여 출력부(21)에서 전압(VL(t))의 펄스를 종료한 후, 기준 신호 VR(t)는 슈미트 트리거 입력부(55)에서 전압(VC(t))와 실질적으로 동일할 것으로 예상되고 하강 시간 동안 VSI 출력부(21)에서 전압(VL(t))의 슬루 레이트가 원하는 슬루 레이트와 동일한 입력부(54)에서 시간의 함수로서 전압을 제공한다. 하강 시간 동안 시간(t1)에서, VC(t)가 슈미트 트리거(51)의 하위 히스테리시스 임계 전압으로 감소하면, t1은 전환 시간이고 슈미트 트리거(51)는 하강 시간 음의 피드백 신호를 생성하여 하프 브리지 스위치 제어기(32)에 전송한다. 음의 피드백 신호에 응답하여, 제어기(32)는 하프 브리지(31)를 턴 온하고 VSI 출력부(33)를 분리하여 접지 기준(72)에서 부하(80)를 분리하고 VSI 출력부와 부하(80)를 버스바(71)에 연결하여 전압(VL(t))을 증가시키는 턴 온 신호를 생성한다. 일 실시예에 따르면, 전압(VL(t))은 시간(VC(t))이 VR(t)를 초과하고 슈미트 트리거(51)의 상위 히스테리시스 임계 전압과 동일한 후속 하강 시간 전환 시간(t2)까지 증가한다. 상위 히스테리시스 임계 전압과 동일한 VC(t)에 반응하면, 슈미트 트리거(51)는 스위칭 제어기(32)가 하프 브리지(31)를 턴 오프하고 VSI 출력부(21)을 기준 접지(72)에 다시 연결하여 전압(VL(t))이 계속해서 기준 접지(72)로 감소하도록 한다. 본 개시의 실시예에 따르면, 인터럽터(50)는 전압(VC(t))이 전압 펄스의 하강 시간 동안 각각 슈미트 트리거(51)의 하위 및 상위 히스테리시스 임계 전압과 동일할 때마다 하프 브리지(30)를 턴 온하고 이어서 턴 오프하는 중단 사이클을 반복하여 전압 펄스의 하강 시간 슬루 레이트의 평균을 완화한다.
도 2b는 시뮬레이션된 오실로스코프 트레이스(101, 102, 및 103)의 그래프(100)를 보여준다. 트레이스는 VSI가 개시 내용의 일 실시예에 따라 출력부(21)에서 제공하는 전압 펄스의 평균 상승 시간 및 하강 시간 슬루 레이트를 제어할 때 VSI(20)와 유사한 VSI의 작동을 예시하는 시간의 함수로서 전압을 그래프로 표시한다. 전압은 볼트(V)로 눈금이 표시된 그래프(100)의 세로축을 따라 표시되고, 시간은 마이크로초(μs)로 눈금이 표시된 그래프의 가로축을 따라 표시된다. 논의와 관련된 트레이스의 특징은 발생한 시간에 따라 표시된 특징을 가리키는 화살표로 표시된다.
또한 VL(t)로 표시된 트레이스(101)는 VSI가 시간의 함수로서 출력부(21)에서 제공하는 생성된 펄스의 전압(VL(t))을 그래프로 표시한다. VB(t)로도 표시된 트레이스(102)는 하프 브리지(31)의 출력부(33)에서 시간의 함수로서 전압(VB(t))을 그래프로 표시하며, 제어기(32)는 인터럽터(50)에 의해 생성된 피드백 신호에 응답하여 전압(VL(t))을 생성하도록 제어한다. VR*(t)로 표시된 트레이스(103)는 시간 종속 가상 기준 전압(VR*(t))을 그래프로 표시한다. VR*(t)는 슈미트 트리거(51)의 입력부(55)에서 기준 전압(VR(t))을 생성하는 출력부(21)의 전압이다. VSI(20)에 대해, 가상 기준 전압(VR*(t))= [(R2+R3)/R3]VR(t). VR*(t)가 VL(t)보다 크거나 작을 때 전압(VR(t))은 VC(t)보다 크거나 작다. 표현의 편의를 위해, VL(t) 및 VR*(t)는 VSI(20)의 동작 및 슈미트 트리거(52)가 VL(t)의 슬루 레이트를 제어하기 위한 음의 피드백 신호를 생성하는 전환 시간을 설명하기 위해 대응하는 전압 VC(t) 및 VR(t) 대신에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 전압(VR(t))은 트레이스(103)에 의해 도 2b에 예시된 사다리꼴 형상 및 대응하는 사다리꼴 가상 기준 전압(VR*(t))을 선택적으로 갖는 시간의 함수로서 구성된다. VR*(t)는 오프셋 바이어스(bias) 전압(103b)에서 선택적으로 선형 선행 에지(103L)를 따라 전압 안정기(plateau; 103P)로 상승하고 선택적으로 선형 후행 에지(103T)를 따라 안정기에서 선택적으로 동일한 바이어스로 하강한다. 기준 전압 회로(252)는 VR(t)를 생성하지만 VR*(t)는 생성하지 않는데, 이는 위에서 언급한 바와 같이 가상이고 VR(t)로부터 유도되지만, 설명의 편의를 위해 기준 전압 회로(52)는 가상 기준 전압(VR*(t))을 생성 또는 생산하는 것으로 설명될 수 있다.
예를 들어, 그래프(100)에 도시된 시뮬레이션된 트레이스는 전압 소스(70)가 기준 접지(72)에서 전압 0V에 대해 400V와 동일한 버스바(71)에서 전압(VDC)을 제공하고 VSI가 크기 400V의 전압 펄스를 제공하도록 작동하고 선택적으로 유도 모터의 위상(phase)인 부하(80)에 대해 약 50(밀리초)의 펄스 길이를 제공하도록 작동하고 있다. 모터 위상은 VSI(20)에 대한 인덕턴스 LM = 100uH 및 저항 LR = 3W(Ohms)을 나타내는 것으로 가정된다. 스위치(S1 및 S2)(도 2a)는 스위칭 제어기 32(도 2a)가 약 60 V/ns(나노초; nanosecond)의 슬루 레이트에서 출력부(33)(도 2a)에서 전압(VB(t))에서의 변화를 제공하도록 온 및 오프 사이에서 스위치 출력부(330)을 스위칭하기 위해 제어한다. 펄스 성형기(40)의 인덕터(L1), 커패시터(C1), 및 저항(R1)은 각각 200nH 및 15nF 및 4W 값을 갖는다. 분압기(60)의 저항(R2 및 R3)은 각각 100kW 및 1kW 값을 갖는다. 인터럽터(50)의 슈미트 트리거(51)는 약 10ns의 출력부 상승 시간을 갖는 연산 증폭기이다. 오프셋 전압(103b)은 약 75V와 동일하고, 안정기(plateau)(103P)의 전압은 약 475이며, 선행 및 후행 에지(103L 및 105T) 모두에 대한 슬루 레이트는 약 1.5V/ns로 일정하다.
일 실시예에서, 도 2b의 기준 전압 회로(52)(도 2a)의 트레이스(103)에 의해 도시된 바와 같이, 선택적으로 스위칭 제어기(31)로부터 수신된 통지 신호에 응답하여 to = 0.2㎲로 임의의 시간에 전압(VR*(t))을 개시한다. 그 직후, 스위칭 제어기(32)(도 2a)는 하프 브리지(31)를 턴 온하고 시간(t1)에서 하프 브리지(31)의 출력부(33)에서 전압 VB(t1)의 제공을 시작하며, 이는 약 60V/ns의 큰 슬루 레이트에서 약 400V의 VDC를 향해 증가한다. VB(t)의 개시 및 증가에 응답하여, 트레이스(101)에 의해 이미지화된 VSI(20)의 출력부(21)에서의 전압(VL(t))은 약 3.5V/ns의 비교적 큰 슬루 레이트로 증가하기 시작한다. VL(t)의 슬루 레이트는 VR*(t)를 특징으로 하는 약 1.5V/ns의 원하는 슬루 레이트보다 실질적으로 더 크며, t2로 표시된 화살표로 표시된 바와 같이, 시간(t2)에서 VL(t)는 VR*(t)를 초과하고 슈미트 트리거(51)의 반전 입력부(55)에서 상응하는 VC(t)는 VR(t)를 초과한다. 그 후 VL(t) 및 VC(t)는 상승 시간 전환 시간(t3)에서 VC(t)가 슈미트 트리거(51)의 상위 히스테리시스 전압 임계값에 도달하게 하는 양만큼 VL(t)가 VR*(t)를 초과할 때까지 계속 증가한다. VC(t)가 상승 시간 전환 시간(t3)에서 상위 히스테리시스 전압 임계값에 도달하는 것에 응답하여, 슈미트 트리거(51)는 상승 시간 음의 피드백 신호를 생성하고 스위칭 제어기(32)에 입력한다. 이에 응답하여, 스위칭 제어기(32)는 상승 시간 전환 시간(t3)에서 하프 브리지(31)를 턴 오프하여 하프 브리지의 출력부(33)에서 전압 VB(t)가 기준 접지 0에 대해 약 -60V/ns의 슬루 속도로 급격히 감소하고 결과적으로 출력부(21)에서 전압 VL(t)이 감소한다. 후속 시간(t4)에서, VL(t)는 VR*(t) 미만으로 감소하고 약 상승 시간 전환 시간(t5)에서 VC(t)는 슈미트 트리거(51)의 하위 히스테리시스 전압 임계값에 도달한다-즉, VC(t)는 VR(t)에 비해 슈미트 트리거의 하위 히스테리시스 전압 임계값에 도달한다. 하위 히스테리시스 전압 임계값에 도달하는 VC(t)에 대한 응답으로, 슈미트 트리거는 음의 피드백 신호를 스위칭 제어기(32)에 입력한다. 피드백 신호는 상승 시간 전환 시간(t5)에서 스위칭 제어기가 하프 브리지(31) 및 전압 VB(t)를 턴 온하여 급격히 증가하고 출력 전압(VL(t))은 VDC를 향해 증가하는 것을 재개한다.
시간(t6)에서, VL(t)는 다시 VR*(t)를 초과하고 대략 상승 시간 전환 시간(t7)에 전환 시간(t7)에서 슈미트 트리거(51)가 하프 브리지(31)를 턴 오프하는 음의 피드백 신호를 생성하는 상위 히스테리시스 전압 임계값에 도달하여, 약 상승 시간 전환 시간(t9)에서 하위 히스테리시스 전압 임계값에 도달할 때까지 VL(t)이 감소하도록 한다. 상승 시간 전환 시간(t9)에서, 슈미트 트리거는 하프 브리지(31)를 다시 턴 온하여 VL(t)이 전압(VDC)로 다시 증가하도록 하는 음의 피드백 신호를 생성한다. t9 이전의 시간(t8) 및 시간(t0) 이후 약 0.3μs에서 VR*(t)는 VDC보다 큰 전압에서 안정기(103P)에 도달했음을 주목한다. 그 결과 VL(t)가 더 이상 VR*(t)를 초과하지 않으므로 슈미트 트리거(51)는 상승 시간 음의 피드백 신호 생성을 중단하고 시간 t10 후에 VL(t)는 비교적 안정적인 전압(VDC)으로 수렴한다. 인터럽터(50)의 작동 결과로서, VL(t)는 상승 시간의 약 1/60에 해당하는 약 1V/ns의 상승 시간 슬루 레이트에 대해 약 0.4μs에서 약 0V에서 약 400V로 상승한다.
그래프(100)에 도시된 예에서, VSI(20)는 약 3000㎲의 펄스 폭을 갖는 출력부(21)에서 전압 펄스를 생성하도록 동작하고 있으며 시간(t11)에서 기준 전압 발생기(52)는 시간(t21)에서 바이어스 전압(103b)을 오프셋하기 위해 후행 에지(103T)를 따라 전압(VR*(t))의 선형 감소를 개시한다. 그 직후 시간 t(12)에서 스위칭 제어기(32)는 하프 브리지(31)를 턴 오프하여 VB(t)가 "급락(plummet)"하게 하고 VL(t)가 후행 에지(103T)의 슬루 레이트보다 실질적으로 더 낮은 슬루 레이트로 급격히 감소하도록 한다. 시간(t13)에서 VL(t)는 VR*(t) 아래로 감소하고 하강 시간 전환 시간(t14)은 슈미트 트리거(51)의 하강 시간 하위 히스테리시스 전압 임계값에 도달하여 하프 브리지(31)를 턴 온하고 VL(t)의 감소를 차단하고, VL(t)가 약 하강 시간 전환 시간(t16)에서 슈미트 트리거의 상위 히스테리시스 전압 임계값으로 상승하는 하강 시간 음의 피드백 신호를 슈비터 트리거가 생성하도록 한다. 전환 시간(t16)에서 슈미트 트리거는 VL(t)가 다시 0V로 감소하도록 하기 위해 하프 브리지를 턴 오프하는 하강 시간 음의 피드백 신호를 생성한다. VL(t)가 하프 브리지(31)를 턴 온하고 턴 오프의 하나 초과의 사이클을 겪고, 시간(t21)에서 오프셋 바이어스 전압(103b) 아래로 떨어지고 그 후에 0V로 수렴한다.
인터럽터(50)의 작동 결과로서, VL(t)는 약 1V/ns의 하강 시간 슬루 레이트에 대해 약 0.4μs에서 약 400V에서 약 0V로 떨어지며, 이는 다시 VB(t)의 하강 시간 슬루 레이트의 약 1/60에 해당한다.
본 개시내용의 실시예에 따른 VPG 또는 VIS가 다양한 상이한 장치 및 애플리케이션에 전력을 제공하는 데 사용될 수 있는 반면, VIS(20)와 유사한 복수의 VIS는 전기 모터에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 예로서, 도 3은 도 2a에 도시된 VIS(20)와 유사하고 자동차 차량에 전력을 공급하기 위해 선택적으로 사용될 수 있는 3상 유도 모터(180)에 전력을 공급하도록 구성된 VIS(121, 122, 및 123)를 포함하는 VIS(120)를 개략적으로 도시한다. 마스터 제어기(125)는 VIS(121, 122, 및 123)를 동기화하여 VIS에서 제공되는 전압이 서로 ±120° 만큼 위상 시프트되도록 한다. 선택적으로 도면에 도식적으로 표시된 것처럼 VIS(120)는 성형 구성(star configuration)으로 모터에 연결된다.
따라서, 본 개시 내용의 일 실시예에 따라 전압 펄스 발생기(VPG)가 부하에 전력을 제공하는 출력부를 갖는 전압 펄스 발생기(VPG)가 제공되며, 상기 전압 펄스 발생기는 펄스 회로로서, 상기 VPG의 출력부에서 선행 및 후행 천이 에지(transition edge)를 갖는 전압 펄스를 제공하기 위해 상기 펄스 회로의 출력부에서 전압을 제공하고 종료하도록 각각 턴 온(turn ON) 및 턴 오프(turn OFF)되도록 동작 가능한, 펄스 회로, 및 상기 VPG 출력부에서 전압 펄스의 천이 에지 동안 상기 VPG 출력부에서 전압을 모니터링하고 모니터링된 전압이 미리 결정된 상한 또는 하한 차이 전압 각각에 의해 미리 결정된 시간 종속 기준 전압을 초과하거나 미만인 경우 상기 천이 에지의 전압에서의 변화를 차단하도록 구성된 인터럽터를 포함한다. 선택적으로, 상기 펄스 회로는 상기 펄스 회로의 출력부에서 직렬로 연결된 2개의 반도체 스위치를 포함하는 하프 브리지를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 상기 인터럽터는 상한 및 하한 히스테리시스 값을 특징으로 하는 히스테리시스 비교기 회로를 포함할 수 있고, 상기 미리 결정된 상한 및 하한 차이 전압은 각각 상위 및 하위 히스테리시스 값의 함수이다. 선택적으로, 상기 히스테리시스 비교기 회로는 슈미트 트리거를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 히스테리시스 비교기 회로는 출력부에서의 전압의 함수인 제1 전압을 수신하기 위해 상기 VPG 출력부에 연결된 제1 입력부, 상기 시간 종속 기준 전압의 함수인 제 2 전압을 수신하는 제 2 입력부, 및 히스테리시스 비교기 회로가 제 1 전압과 제 2 전압 사이의 차이에 응답하여 적어도 하나의 천이 에지의 전압 변화를 차단하는 피드백 신호를 생성하는 출력부를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 VPG는 상기 VPG 출력부에 연결된 분압기를 포함하고, 상기 분압기는 상기 VPG 출력부에서의 전압의 1 미만의 분율을 제 1 입력부에 제공한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 제 1 입력부는 상기 VPG 출력부에서의 전압의 1 미만의 분율을 상기 제 1 입력부에 제공하는 분압기에 의해 상기 VPG 출력부에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시간 종속 기준 전압은 VPG 출력부에서 전압 펄스의 천이 에지에 동기화된 적어도 하나의 천이 에지를 갖는 기준 전압 펄스를 포함한다. 선택적으로, 상기 기준 전압 펄스의 적어도 하나의 천이 에지는 상기 VPG 출력 펄스의 선행 에지에 동기화된 선행 에지 및 VPG 출력 펄스의 후행 에지에 동기화된 후행 에지를 포함한다. 선택적으로, 상기 선행 에지는 약 0.5 ㎲(마이크로초), 0.4 ㎲, 또는 0.3 ㎲ 이하의 상승 시간을 특징으로 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 후행 에지는 약 0.5㎲(마이크로초) 0.4㎲, 또는 0.3㎲ 이하의 하강 시간을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기준 전압 펄스는 상한 또는 하한 차이 전압 중 더 작은 것 만큼 상기 VPG 출력 전압 펄스의 최대 전압보다 더 큰 크기를 갖는 전압 안정기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기준 전압 펄스는 미리 결정된 상한 및 하한 차이 전압 중 더 작은 것 미만의 크기를 갖는 전압 차이 만큼 상기 VPG의 기준 접지와 상이한 오프셋 전압에 의해 바이어스된다.
일 실시예에서, 상기 VPG는 상기 히스테리시스 비교기 회로에 제 2 전압을 제공하는 기준 전압 발생기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 VPG 출력부에서의 양의 펄스에 대해, 상기 VPG 출력부에서 모니터링된 전압이 기준 전압보다 미리 결정된 상한 전압 차이만큼 크고 상기 펄스 회로가 온(ON)되면, 상기 피드백 신호는 상기 펄스 회로를 턴 오프하고 출력 전압이 미리 결정된 하한 전압 차이만큼 기준 전압보다 낮고 상기 펄스 회로가 오프(OFF)되면 상기 피드백 신호는 펄스 회로를 턴 온한다.
일 실시예에서, VPG 출력부에서의 음의 펄스에 대해, 상기 기준 전압이 미리 결정된 상한 전압 차이만큼 상기 VPG 출력 전압보다 크고 상기 펄스 회로가 온되면, 상기 피드백 신호는 펄스 회로를 턴 오프하고, 상기 기준 전압이 상기 미리 결정된 하한 전압 차이만큼 상기 출력 전압 미만이고 상기 펄스 회로가 오프되면, 상기 피드백 신호는 펄스 회로를 턴 온한다.
일 실시예에서, 상기 차단에 응답하는 상기 출력 펄스의 천이 에지의 평균 슬루 레이트의 크기는 상기 펄스 회로가 각각 턴 온되거나 턴 오프될 때 상기 펄스 회로에 의해 제공되는 전압의 선행 또는 후행 에지를 특징으로 하는 최대 슬루 레이트 크기의 약 20%, 10%, 또는 약 5% 미만이다.
선택적으로, 상기 평균 슬루 레이트의 크기는 상기 최대 슬루 레이트의 크기의 약 3% 미만이다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 펄스 회로에 의해 제공되는 전압의 선행 또는 후행 에지를 특징으로 하는 슬루 레이트의 최대 크기는 선택적으로 약 20V/ns, 50V/ns(나노초), 또는 약 60V/ns를 초과한다.
일 실시예에서, VPG는 전압 소스 인버터(VSI)를 포함하고, 상기 VPG의 출력부는 상기 VSI의 출력부이다.
본 출원의 설명 및 청구범위에서, 각각의 동사, "포함하다(comprise, include)", 및 "가지다(have)", 및 이들의 활용은 동사의 목적어 또는 목적어들이 동사의 주어 또는 주어들의 구성요소, 요소, 또는 부분의 완전한 목록일 필요는 없음을 나타내기 위해 사용된다.
본 출원에서 본 발명의 실시예에 대한 설명은 예로서 제공되며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 설명된 실시예는 본 발명의 모든 실시예에서 이들 모두가 요구되는 것은 아닌 상이한 특징을 포함한다. 일부 실시예는 일부 특징 또는 특징의 가능한 조합만을 이용한다. 설명된 본 발명의 실시예의 변형, 및 설명된 실시예에서 언급된 특징의 상이한 조합을 포함하는 본 발명의 실시예는 당업자에게 떠오를 것이다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 부하(load)에 전력을 제공하는 출력부를 갖는, 전압 펄스 발생기(voltage pulse generator; VPG)로서,
    펄스 회로로서, 상기 VPG의 출력부에서 선행 및 후행 천이 에지(transition edge)를 갖는 전압의 펄스를 제공하기 위해 상기 펄스 회로의 출력부에서 전압을 제공하고 종료하도록 각각 턴 온(turn ON) 및 턴 오프(turn OFF)되도록 동작 가능한, 펄스 회로; 및
    상기 VPG 출력부에서 전압 펄스의 천이 에지 동안 상기 VPG 출력부에서 전압을 모니터링하고, 모니터링된 전압이 각각, 미리 결정된 상한 또는 하한 차이 전압 만큼 미리 결정된 시간 종속 기준 전압 초과 또는 미만인 경우 상기 천이 에지의 전압에서의 변화를 차단하도록(interrupting) 구성된 인터럽터(interruptor)를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 회로는 상기 펄스 회로의 출력부에서 직렬로 연결된 2개의 반도체 스위치를 포함하는 하프 브리지(half bridge)를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인터럽터는 상위 및 하위 히스테리시스(hysteresis) 값을 특징으로 하는 히스테리시스 비교기 회로(hysteretic comparator circuit)를 포함하고, 상기 미리 결정된 상한 및 하한 차이 전압은 각각 상위 및 하위 히스테리시스 값의 함수인, 전압 펄스 발생기(VPG).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 비교기 회로는 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 비교기 회로는 출력부에서의 전압의 함수인 제1 전압을 수신하기 위해 상기 VPG 출력부에 연결된 제1 입력부, 상기 시간 종속 기준 전압의 함수인 제 2 전압을 수신하는 제 2 입력부, 및 히스테리시스 비교기 회로가 제 1 전압과 제 2 전압 사이의 차이에 응답하여 적어도 하나의 천이 에지의 전압 변화를 차단하는 피드백 신호를 생성하는 출력부를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 VPG 출력부에 연결된 분압기(voltage divider)를 포함하고, 상기 분압기는 상기 VPG 출력부에서의 전압의 1 미만의 분율(fraction)을 제 1 입력부에 제공하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 입력부는 상기 VPG 출력부에서의 전압의 1 미만의 분율을 상기 제 1 입력부에 제공하는 분압기에 의해 상기 VPG 출력부에 연결되는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시간 종속 기준 전압은 VPG 출력부에서 전압 펄스의 천이 에지에 동기화된 적어도 하나의 천이 에지를 갖는 기준 전압 펄스를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기준 전압 펄스의 적어도 하나의 천이 에지는 상기 VPG 출력 펄스의 선행 에지에 동기화된 선행 에지 및 VPG 출력 펄스의 후행 에지에 동기화된 후행 에지를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 선행 에지는 약 0.5 ㎲(마이크로초), 0.4 ㎲, 또는 0.3 ㎲ 이하의 상승 시간(rise time)을 특징으로 하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 후행 에지는 약 0.5㎲(마이크로초) 0.4㎲, 또는 0.3㎲ 이하의 하강 시간(fall time)을 특징으로 하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 전압 펄스는 상한 또는 하한 차이 전압 중 더 작은 것 만큼 상기 VPG 출력 전압 펄스의 최대 전압보다 더 큰 크기를 갖는 전압 안정기(plateau)를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 전압 펄스는 미리 결정된 상한 및 하한 차이 전압 중 더 작은 것 미만인 크기를 갖는 전압 차이 만큼 상기 VPG의 기준 접지와 상이한 오프셋 전압에 의해 바이어스(bias)되는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  14. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 비교기 회로에 제 2 전압을 제공하는 기준 전압 발생기를 포함하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  15. 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 VPG 출력부에서의 양의 펄스(positive pulse)에 대해, 상기 VPG 출력부에서 모니터링된 전압이 미리 결정된 상한 전압 차이만큼 기준 전압 초과이고 상기 펄스 회로가 온(ON)되면 상기 피드백 신호는 상기 펄스 회로를 턴 오프하고, 출력 전압이 미리 결정된 하한 전압 차이만큼 기준 전압 미만이고 상기 펄스 회로가 오프(OFF)되면 상기 피드백 신호는 펄스 회로를 턴 온하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  16. 제 5 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    VPG 출력부에서의 음의 펄스(negative pulse)에 대해, 상기 기준 전압이 미리 결정된 상한 전압 차이만큼 상기 VPG 출력 전압 초과이고 상기 펄스 회로가 온되면 상기 피드백 신호는 펄스 회로를 턴 오프하고, 상기 기준 전압이 상기 미리 결정된 하한 전압 차이만큼 상기 출력 전압 미만이고 상기 펄스 회로가 오프되면 상기 피드백 신호는 펄스 회로를 턴 온하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차단에 응답하는 상기 출력 펄스의 천이 에지의 평균 슬루 레이트(average slew rate)의 크기는 상기 펄스 회로가 각각 턴 온되거나 턴 오프될 때 상기 펄스 회로에 의해 제공되는 전압의 선행 또는 후행 에지를 특징으로 하는 최대 슬루 레이트 크기의 약 20%, 10%, 또는 약 5% 미만인, 전압 펄스 발생기(VPG).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 평균 슬루 레이트의 크기는 상기 최대 슬루 레이트의 크기의 약 3% 미만인, 전압 펄스 발생기(VPG).
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 펄스 회로에 의해 제공되는 전압의 선행 또는 후행 에지를 특징으로 하는 슬루 레이트의 최대 크기는 약 20V/ns, 50V/ns(나노초; nanosecond), 또는 약 60V/ns를 초과하는, 전압 펄스 발생기(VPG).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전압 소스 인버터(voltage source inverter; VSI)를 포함하고, 상기 VPG의 출력부는 상기 VSI의 출력부인, 전압 펄스 발생기(VPG).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080232144A1 (en) * 2007-03-23 2008-09-25 Jonathan Klein Soft start circuit with slew rate controller for voltage regulators
US20120161728A1 (en) * 2010-12-27 2012-06-28 Analog Devices, Inc. Switching voltage regulators with hysteretic control for enhanced mode-transition speed and stability
JP2020099139A (ja) * 2018-12-18 2020-06-25 ローム株式会社 スイッチ装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5481178A (en) * 1993-03-23 1996-01-02 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency over broad current ranges in a switching regulator circuit
US6495995B2 (en) 2001-03-09 2002-12-17 Semtech Corporation Self-clocking multiphase power supply controller
JP4364554B2 (ja) * 2002-06-07 2009-11-18 株式会社ルネサステクノロジ スイッチング電源装置及びスイッチング電源システム
JP2006311074A (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Denso Corp 信号生成回路
JP4493045B2 (ja) * 2005-12-05 2010-06-30 パナソニック株式会社 スイッチングレギュレータ回路
US7576527B1 (en) * 2006-07-20 2009-08-18 Marvell International Ltd. Low power DC-DC converter with improved load regulation
FI119669B (fi) 2007-06-20 2009-01-30 Vacon Oyj Jännitepulssin rajoitus
TWI388113B (zh) 2010-02-04 2013-03-01 Richtek Technology Corp 減輕相電流之拍頻振盪的多相交錯式電壓調節器
US8947061B2 (en) * 2011-03-10 2015-02-03 Broadcom Corporation Hysteretic switching regulator with reduced switching frequency variation
TWI456874B (zh) * 2011-04-27 2014-10-11 Realtek Semiconductor Corp 電荷幫浦回授控制裝置及其方法
CN103947092B (zh) * 2011-10-26 2017-02-08 美高森美公司 用于降压dc/dc转换器的滞后控制
US11005365B2 (en) * 2014-06-25 2021-05-11 Semiconductor Components Industries, Llc Power converter using hysteretic boost architecture and method therefor
CN105141114B (zh) * 2015-09-07 2018-01-23 成都芯源系统有限公司 恒定导通时长控制的开关变换器及其控制电路
US9929651B2 (en) * 2015-11-18 2018-03-27 Microsemi Corporation Converter with hysteretic control
US10305369B2 (en) * 2017-02-06 2019-05-28 Analog Devices Global Noise reduction in a voltage converter
US10270330B2 (en) * 2017-05-09 2019-04-23 Linear Technology Holding Llc Predictive ripple-cancelling signal into error amplifier of switch mode power supply
CN108336914B (zh) * 2018-03-01 2023-09-05 茂睿芯（深圳）科技有限公司 副边控制电路、控制方法及同步整流器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080232144A1 (en) * 2007-03-23 2008-09-25 Jonathan Klein Soft start circuit with slew rate controller for voltage regulators
US20120161728A1 (en) * 2010-12-27 2012-06-28 Analog Devices, Inc. Switching voltage regulators with hysteretic control for enhanced mode-transition speed and stability
JP2020099139A (ja) * 2018-12-18 2020-06-25 ローム株式会社 スイッチ装置

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