KR20230013476A - 스위치 제어 회로 및 스위치 제어 방법 - Google Patents

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윤주한
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Abstract

본 발명은 스위치 제어 회로의 부하에 흐르는 전류(current)의 오차를 보상하기 위한 스위치 제어 회로 및 스위치 제어 방법을 제안한다. 본 발명은 CCM 모드(Continuous Conduction Mode) 또는 BCM 모드(Boundary Conduction Mode)로 동작하는 스위치 제어 회로의 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 되는 시점을 센싱하고 피드백하는 게이트 센싱부를 더 포함시켜 구성하였다. 이러한 구성에 따르면 신호 지연 문제로 인하여 게이트 온 타임이 길어져서 발생하는 부하 전류의 오차를 해결할 수 있다.

Description

스위치 제어 회로 및 스위치 제어 방법{Switch control circuit and switch control method thereof}
본 발명은 스위치 제어 회로의 부하에 흐르는 전류(current)의 오차를 보상하기 위한 스위치 제어 회로 및 스위치 제어 방법에 관한 것이다.
스위치 제어 회로는 대부분 부하(예를 들면 LED 소자 등)에 흐르는 전류를 제어하는 제어 스위치, 부하측 전류를 감지하는 감지회로, 부하측 전류를 기초로 제어 스위치를 제어하는 제어회로 등을 포함하여 구성되는데 이러한 스위치 제어 회로의 예를 도 1에 도시하였다.
도 1은 CCM peak mode로 구동하는 일반적인 스위치 제어 회로 이고, 도 2는 도 1의 동작 타이밍도이다. 이러한 도 2의 스위치 제어 회로의 동작은 이상적으로는 VCS 전압과 ADIM 전압(target)이 같아지는 시점에 제어 스위치가 턴-오프 되어야 한다. 상기 VCS 전압은 도 1에서 제어 스위치와 연결된 센싱 저항(RCS)에 양단에 걸리는 전압(또는 CS 단자에 걸리는 전압)을 말하며, ADIM 전압은 부하측 LED 소자를 제어하기 위해 설정된 전압을 말한다.
그러나 실질적으로 도 1의 비교부의 출력단(OUT)과 게이트 단자(GATE) 사이에 생기는 신호 지연(propagation delay) 현상에 의하여 도 2와 같이 VCS 전압이 ADIM 전압보다 더 올라가게 되어 제어 스위치가 턴-오프되는 시점이 ΔVCS만큼 더 늦어지게 되었다. 따라서 도 2에서와 같이 게이트 온 타임이 t1 ~ t2 구간(t4 ~t5 구간)만큼 더 길어지게 되었고, 인덕터 전류(IL)도 증가하게 되었다. 그래서 부하측의 LED 전류가 초기에 설정했던 값보다 더 흐르게 되어 오차가 발생하였다.
이러한 인덕터 전류의 증가분을 제거하기 위하여 도 3과 같은 방식이 종래에도 제안된 바 있다. 도 3은 CCM average mode로 구동하는 스위치 제어 회로(공개특허 10-2015-0106044호, '선행특허 1'이라 함)이고, 도 4는 도 3의 타이밍도 이다. 도 1과 같은 VCS 전압과 ADIM 전압을 비교하는 방법과는 다르게 도 3은 ADIM 전압의 절반인 'HALF ADIM 전압'을 생성하여 상기 HALF ADIM 전압의 적분값(Bias)과 상기 VCS 전압의 적분값(적분신호)을 비교하는 방법이며, 이때 'HALF ADIM 전압' 신호는 ADIM 전압을 인가받는 적분부가 생성한다.
도 3의 타이밍도인 도 4를 참조하면, HALF ADIM 전압과 VCS 전압을 적분부에서 적분하고, 그 적분값인 바이어스 전압(Bias)과 적분신호가 같아지는 t2(t6) 시점이 되면 하이 레벨의 OUT 신호를 비교부가 출력 하고, 이에 따라 제어 스위치를 턴-오프 시킨다. 또한 도 3의 스위치 제어 회로는 제어 스위치가 턴-오프되는 시점 또는 상기 비교기의 출력이 하이 레벨인 시점 부터 오프시간을 카운팅하는 오프시간 제어부를 포함할 수 있다. 상기 오프시간 제어부는 기설정된 오프시간이 경과하면 제어 스위치를 턴-온시킬 수 있으며, 상기 오프시간은 RT-OFF(TOFF)단자를 통해 외부의 입력 또는 특정 프로그램에 의하여 사용자가 설정 할 수 있다.
그러나 이 방법도 비교기의 출력단과 게이트 단자 사이에 생기는 신호 지연(propagation delay) 현상이 여전히 존재하였고, 결과적으로 제어 스위치의 턴-오프 시점이 t2 ~ t3(t6 ~ t7)만큼 늦어져서 인덕터 전류가 증가하는 문제를 해결하지 못하였다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신호 지연(propagation delay) 문제로 인해 발생할 수 있는 부하 전류의 오차를 보상하기 위한 스위치 제어 회로 및 스위치 제어 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 본 발명의 스위치 제어 회로는, 입력 전원에 직렬로 연결된 부하, 인덕터, 제어 스위치 및 센싱 저항; 상기 센싱 저항의 양단에 걸리는 센싱 전압(VCS)과 부하 전류 셋팅 전압(ADIM)을 적분 연산하는 적분부; 상기 센싱 전압을 적분한 적분신호와 상기 부하 전류 셋팅 전압을 적분한 바이어스 전압(Bias)을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 출력과 오프시간 제어부의 출력에 따라 상기 제어 스위치를 제어하는 스위치 구동부; 및 상기 제어 스위치의 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 되는 시점을 센싱한 게이트 센싱신호(GATE_S)를 상기 적분부로 출력하는 게이트 센싱부를 포함하고, 상기 게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 되면 상기 적분신호가 상기 바이어스 전압보다 낮은 위치에서부터 적분연산을 시작하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 스위치는 모스펫(MOSFET)으로 구현된다.
상기 적분부는, 기준 전압(VREF)과 상기 센싱 전압(VCS)의 차이에 따른 전류를 공급하는 전류원; 상기 전류원과 전기적으로 연결되는 제1 스위치, 커패시터, 전압원인 바이어스; 상기 제1 스위치에 연결되는 논리소자; 및 스위치 제어 로직부의 출력신호를 인가받으며, 상기 커패시터의 양단과 연결된 제2 스위치를 포함하여 구성된다.
상기 논리소자는 SR 래치이고, 'S' 단자는 상기 오프시간 제어부의 출력신호를 인가받고, 'R' 단자는 상기 게이트 센싱부의 출력신호를 인가받고, 'Q' 단자는 상기 제1 스위치로 출력신호를 출력한다.
상기 스위치 제어 로직부는 반전 버퍼를 포함하여 구성된다.
상기 적분신호는 상기 바이어스 전압과 동일해지는 시점부터 상기 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 될 때까지 감소하고, 상기 게이트 센싱부가 게이트 센싱신호를 상기 적분부로 출력하면 상기 적분신호의 감소는 중지된다.
상기 적분신호의 감소값은 상기 바이어스 전압보다 낮은 값이고, 상기 게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 될 때까지 유지된다.
상기 적분된 부하 전류 셋팅 전압은 상기 부하 전류 셋팅 전압의 절반 전압(HALF ADIM)을 적분한 것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
상기 회로는 CCM 모드(Continuous Conduction Mode) 또는 BCM 모드(Boundary Conduction Mode)로 동작한다.
상기 BCM 모드로 동작하는 회로는 QR(Quasi-Resonant) 벅-컨버터(Buck Converter)이다.
상기 QR 벅-컨버터는 인덕터 전류가 0이 되는 시점을 검출하는 제로-전류 검출 회로(Zero-Current-Detect Circuit, ZCD Circuit)를 더 포함한다.
상기 제로-전류 검출 회로(Zero-Current-Detect Circuit, ZCD Circuit)는 1개의 커패시터와 2개의 저항이 직렬로 연결된 구조이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 본 발명의 스위치 제어 방법은, CCM 모드(Continuous Conduction Mode) 또는 BCM 모드(Boundary Conduction Mode)로 동작하는 스위치 제어 회로의 제어 방법에 있어서, 센싱 전압을 적분한 적분 신호와 부하 전류 셋팅 전압을 적분한 바이어스(Bias) 전압을 비교하는 단계; 상기 적분 신호의 감소구간에서 적분 신호가 상기 바이어스 전압보다 더 아래로 감소하는 단계; 소정 시점에서 상기 적분 신호의 감소를 중지하고, 유지하는 단계; 및 게이트 단자의 입력이 다시 하이 레벨이 되면, 상기 바이어스 전압보다 낮은 위치에서부터 상기 센싱 전압의 적분 연산을 시작하는 단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 적분 신호는, 상기 비교하는 단계의 출력이 하이 레벨일 때부터 상기 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 될 때까지 감소한다.
상기 게이트 단자의 입력이 로우 레벨인 것을 감지하는 게이트 센싱 신호가 출력되면 상기 적분 신호의 감소를 중지한다.
상기 적분 신호의 감소값은 상기 게이트 단자의 입력이 다시 하이 레벨이 될 때까지 유지된다.
이상과 같은 본 발명의 스위치 제어 회로 및 스위치 제어 방법에 따르면, CCM 모드 또는 BCM 모드로 구동하는 스위치 제어 회로에서 비교부와 게이트 단자 사이에서 발생하는 신호 지연(propagation delay) 시간만큼 적분신호를 바이어스 전압보다 더 아래로 감소시키고, 그 감소된 값에서 적분 연산을 다시 시작하도록 회로를 설계하였다.
따라서 종래의 스위치 제어 회로에서 신호 지연 문제로 인하여 게이트 온 타임이 길어져서 발생하는 부하 전류의 오차를 해결할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 CCM peak mode로 구동하는 종래기술에 의한 스위치 제어 회로도
도 2는 도 1의 동작 타이밍도
도 3은 CCM average mode로 구동하는 종래기술에 의한 스위치 제어 회로도
도 4는 도 3의 동작 타이밍도
도 5는 CCM 모드로 동작하는 본 발명의 스위치 제어 회로도
도 6는 도 5의 적분부의 내부 회로도
도 7은 BCM 모드로 동작하는 본 발명의 스위치 제어 회로도
도 8은 도 5 회로도의 동작 타이밍도
도 9은 도 7 회로도의 동작 타이밍도
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 “부” 또는 “부분” 등의 일부분을 나타내는 표현은 해당 구성요소가 특정 기능을 포함할 수 있는 장치, 특정 기능을 포함할 수 있는 소프트웨어, 또는 특정 기능을 포함할 수 있는 장치 및 소프트웨어의 결합을 나타낼 수 있음을 의미하나, 꼭 표현된 기능에 한정된다고 할 수는 없으며, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 모든 전기 신호들은 일 예시로서, 본 발명의 회로에 반전기 등을 추가적으로 구비하는 경우 이하 설명될 모든 전기 신호들의 부호가 반대로 바뀔 수 있음을 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 신호의 방향에 한정되지 않는다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 스위치 제어 회로는 CCM 모드(Continuous Conduction Mode) 또는 BCM 모드(Boundary Conduction Mode)로 동작하는 스위치 제어 회로 모두에 적용할 수 있다. 차이점은 아래에서 설명하지만 인덕터 전류가 증가하는 시작점이 다르고, CCM 모드와 BCM 모드는 오프타임을 제어하기 위한 회로구성을 가지고 있으며, BCM 모드에 있는 오프타임 제어부는 제로-전류 검출 회로(ZCD Circuit)의 출력을 입력 받아 동작한다.
도 5는 CCM 모드로 동작하는 본 발명의 스위치 제어 회로이다. 이에 도시된 바와 같이 입력 전압 단자(VIN)에 발광소자(100)들이 직렬로 연결된다. 그리고 발광소자(100)와 병렬 연결된 커패시터(101), 상기 발광소자(100) 및 커패시터(101)에 입력되는 전류를 정류하는 다이오드(102), 발광소자(100)와 커패시터(101)에 직렬 연결되는 인덕터(103)가 포함되고, 인덕터(103)와 접지 사이에는 제어 스위치(MOSFET)(110)와 센싱 저항(120)이 연결된다.
인덕터(103)는 제어 스위치(110)의 동작에 따라 입력 전원을 통해 공급되는 에너지를 저장하거나 또는 저장된 에너지를 방출하는 역할을 수행한다. 인덕터(103)는 인덕터에 흐르는 전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하여 전류의 급격한 변화를 억제할 수 있고, 흐르는 전류량의 제곱에 비례하는 에너지를 저장할수 있다. 인덕터(103)의 용량이 가변함에 따라 제어 스위치(110)의 턴-온 및 턴-오프 주기가 대응되게 가변되며, 따라서 제어 스위치(110)의 동작 주파수가 이에 상응하게 가변한다.
다이오드(102)는 환류 다이오드(Freewheeling diode)로서 인덕터(103)에서 에너지가 방출되는 경우 해당 에너지를 부하(즉 발광소자, 100)에 공급할 수 있는 전류 이동 경로(loop)를 형성한다.
제어 스위치(110)는 인덕터(103)에 직렬 연결되고, 턴-온 및 턴-오프 동작을 반복적으로 수행하여 발광소자(100)에 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
센싱 저항(120)은 제어 스위치(110)의 일단과 기준 전위 사이에 연결되고, 그 센싱 저항(120)의 양단에 걸리는 전압(또는 CS 단자에 걸리는 전압)을 기초로 발광소자(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
도 5에 따르면, 제어 스위치(110)의 동작을 제어하는 스위치 제어부(200)가 구비된다. 스위치 제어부(200)는 적분부(210), 비교부(220), 오프시간 제어부(230), 스위치 구동부(240) 및 게이트 센싱부(250)를 포함한다.
적분부(210)는 센싱 저항(120)이 측정한 전류와 기 설정된 기준 전류를 수신하고 이들 각각에 대하여 적분 연산을 수행한다. 기준 전류는 제조 단계에서 설정될 수 있거나, 적분부(210)의 외부에 설치된 핀(pin) 또는 특정 프로그램을 통해 가변될 수 있다. 이러한 적분부(210)는 제어 스위치(110)가 턴-온 되는 시간 동안 적분 연산을 수행하며, 턴-오프 되는 시점에 리셋될 수 있다.
적분부(210)의 내부 회로 구성은 도 6에 도시하였다. 도 6을 살펴보면 적분부(210)는, 기준 전압(VREF)과 센싱 전압(VCS)의 차이에 따른 전류(gm * (VREF -VCS))를 공급하는 전류원(211)과, 전류원(211)에 순차적으로 직렬로 연결되는 제1 스위치(212), 커패시터(213), 전압원인 바이어스(214)를 포함한다. 바이어스(214)의 일단은 접지되어 있다.
제1 스위치(212)에는 SR 래치(216)가 연결된다. SR 래치(216)의 'S' 단자는 오프시간 제어부(230)의 출력신호를 인가받고, 'R' 단자는 게이트 센싱부(250)의 출력신호를 인가받는다. 'Q' 단자는 제1 스위치(212)로 출력신호를 인가한다.
커패시터(213)의 양단에는 제2 스위치(217)가 연결된다. 제2 스위치(217)는 스위치 제어 로직부의 출력신호를 인가받도록 연결되는데, 스위치 제어 로직부는 반전 버퍼(218)를 포함하여 구성할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 비교부(220)는 적분부(210)에서 적분된 적분신호와 바이어스 전압의 크기를 상호 비교한다. 여기서 바이어스 전압은 특정 기울기를 갖고 증가하는 형태에 해당할 수 있다. 실시 예에서 비교부(220)는 증폭기(amplifier)로 구현될 수 있으며, 특히, 차동 증폭기(differential amplifier)로 구현될 수 있다. 비교부(220)의 + 단자에 바이어스 전압(Bias)이 인가되고 - 단자에 적분신호가 인가된다.
오프시간 제어부(230)는 제어 스위치(110)가 턴-오프된 시점부터 특정 시간이 경과하면 제어 스위치(110)를 턴-온 시키는 제어신호를 생성하여 제어 스위치(110)를 통해 입력 전원에 의해 발광소자(100)에 전류가 흐를 수 있는 전류 이동 경로를 구성하도록 한다. 다시 말해 오프시간 제어부(230)는 제어 스위치(110)가 턴-오프되는 시점으로부터 기 설정된 오프시간을 카운팅하는 것이고, 오프시간은 제어 스위치(110)가 턴-오프된 시점부터 턴-오프된 상태를 유지하는 시간에 해당한다. 상기 오프시간은 TOFF 단자를 통해 사용자에 의해 설정 될 수 있다. 턴-오프 시간 동안에는 오프시간 제어부(230)는 로우 레벨의 신호를 출력하고 턴-오프 시간이 경과하면 하이 레벨의 신호를 출력할 수 있다. 이처럼 CCM 모드의 스위치 제어 회로는 오프타임을 제어하기 위한 구성이 제공된다.
스위치 구동부(240)는 비교부(220) 및 오프시간 제어부(230)의 출력을 기초로 하여 제어 스위치(110)를 제어한다. 본 실시 예에서 스위치 구동부(240)는 비교부(220) 및 오프시간 제어부(230)의 출력에 대해 논리 연산을 수행하는 SR 래치로 구현될 수 있다. SR 래치로 구현될 경우, SR 래치의 입력단자 'S' 및 'R' 각각에 오프시간 제어부(230)의 출력과 비교부(220)의 출력이 입력되고, 'S' 단자에 하이 레벨의 신호(예를 들어, 1)가 입력되면 'SET'이 되어 'Q' 단자를 통해 제어 스위치(110)를 턴-온시키는 제어신호를 출력한다. 이후 'R' 단자에 비교부(220)의 출력에 따라 하이 레벨의 신호(예를 들어, 1 또는 양의 신호)가 입력되면, SR 래치는 'RESET' 되어 'Q' 단자를 통해 제어 스위치(110)를 턴-오프시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 스위치 제어 회로에는 게이트 센싱부(250)가 더 추가되는 구성이다. 게이트 센싱부(250)는 게이트 단자의 입력 레벨상태를 센싱하고, 센싱된 게이트 센싱신호(GATE_S)를 적분부(210)로 출력하는 역할을 한다. 게이트 센싱신호(GATE_S)는 적분부(210)에 마련된 SR 래치(216)의 'R' 단자에 인가된다. 즉 게이트 센싱부(250)는 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 되는 시점을 센싱하는 것이고, 센싱 결과를 적분부(210)로 피드백하는 구성이 추가된 것이다. 결과적으로 게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 될 때 적분부(210)의 적분연산 동작이 바이어스 전압보다 낮은 위치에서 시작되게 하여, VCS 전압이 target 전압보다 높지 않도록 제어하여 부하 전류의 오차를 제거할 수 있다.
도 7은 BCM 모드로 동작하는 본 발명의 스위치 제어 회로도이다. 도 5의 CCM 모드로 동작하는 스위치 제어 회로와 비교하면, 제어 스위치(110)의 드레인 전압을 센싱하기 위한 구성들로, 커패시터(130), 제1 저항(140), 제2 저항(150)이 더 구성되며 상기 구성요소를 통하여 드레인 전압이 0이 되는 시점을 검출하고 이를 오프시간 제어부에 제공함으로써 제어 스위치를 턴-온 시키는 타이밍을 조절한다. 그 외 구성들은 모두 동일하며 중복되는 구성에 대해서는 모두 같은 부호로 부여하였다.
BCM 모드의 스위치 제어 회로 역시 게이트 단자의 입력 레벨 상태를 센싱하기 위한 게이트 센싱부(250)가 기존 회로 구성과 비교하면 가장 큰 차이가 있다.
다음에는 스위치 제어 회로의 동작을 도 8 및 도 9의 동작 타이밍도를 참조하여 살펴본다. 여기서 도 8과 도 9의 동작 타이밍도는 센싱 전압(VCS)과 인덕터 전류(IL)가 시작하는 시작점에만 차이가 있을 뿐 다른 파형들은 모두 동일하기 때문에, 도 8만 참조하기로 한다.
게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 되면 제어 스위치(110)는 턴-온 동작하고 인덕터 전류(IL) 및 센싱 전압(VCS)은 증가하게 된다. 이때 적분신호는 센싱 전압(VCS)과 HALF ADIM 전압의 크기에 따라 증가하거나 감소한다. 즉 센싱 전압(VCS)이 HALF ADIM 전압보다 낮은 구간(t0 ~ t1, t4 ~ t5)에서는 적분신호는 증가하고, 반대로 센싱 전압(VCS)이 HALF ADIM 전압보다 높은 구간(t1 ~ t3, t5 ~ t7)에서는 적분신호는 감소한다.
적분부(210)는 적분 연산동작에 따른 적분신호와 바이어스 전압을 비교부(220)로 출력한다. 그러면 비교부(220)는 적분신호와 바이어스 전압을 지속적으로 비교하며, 비교 결과 적분신호가 바이어스 전압보다 작아지기 시작하는 시점(P)이 되면 비교부(220)는 하이 레벨 신호를 출력한다(c). 이때 적분신호는 계속 감소하고 있는 상태가 된다. 적분신호는 비교부(220)의 출력이 하이 상태, 게이트 단자의 입력이 하이 레벨 상태일 때까지 계속 감소한다.
그러다가 게이트 센싱부(250)가 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 되는 시점을 센싱하면, 게이트 센싱신호(GATE_S)를 적분부(210)로 출력하는데, 이렇게 게이트 센싱신호(GATE_S)가 출력되면 상기 적분부(210)의 적분 연산이 중지되고, 적분신호의 감소가 멈추게 된다. 적분 연산의 중지는 게이트 단자의 입력이 다시 하이 레벨이 될 때까지 계속 유지된다(t3 ~ t4, t7 ~ t8).
이후 게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 되면(t4, t8) 적분부(210)는 다시 적분동작을 시작한다. 적분동작은 제어 스위치(110)가 턴-온 되는 시간동안만 적분연산을 수행한다.
적분동작이 다시 시작하는 경우, 적분동작의 시작 시점은 바이어스 전압보다 낮은 전압에서부터 증가를 시작 한다. 도면에서는 t4 시점의 'S'로 표시하였다. 그래서 센싱 전압(VCS)이 ADIM 전압(target)보다 더 올라가게 되는 현상을 방지할 수 있다. 즉 비교부(220)의 출력 단자에서 게이트 단자까지의 신호 지연 시간만큼 적분신호를 감소시킴으로써, 부하 전류의 오차를 보상할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 발광소자
110: 제어 스위치
200: 스위치 제어부
210: 적분부
220: 비교부
230: 오프시간 제어부
240: 스위치 구동부
250: 게이트 센싱부

Claims (16)

  1. 입력 전원에 직렬로 연결된 부하, 인덕터, 제어 스위치 및 센싱 저항;
    상기 센싱 저항의 양단에 걸리는 센싱 전압(VCS)과 부하 전류 셋팅 전압(ADIM)을 적분 연산하는 적분부;
    상기 센싱 전압을 적분한 적분신호와 상기 부하 전류 셋팅 전압을 적분한 바이어스 전압(Bias)을 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 출력과 오프시간 제어부의 출력에 따라 상기 제어 스위치를 제어하는 스위치 구동부; 및
    상기 제어 스위치의 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 되는 시점을 센싱한 게이트 센싱신호(GATE_S)를 상기 적분부로 출력하는 게이트 센싱부를 포함하고,
    상기 게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 되면 상기 적분신호가 상기 바이어스 전압보다 낮은 위치에서부터 적분연산을 시작하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 스위치는 모스펫(MOSFET)으로 구현되는 스위치 제어 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적분부는,
    기준 전압(VREF)과 상기 센싱 전압(VCS)의 차이에 따른 전류를 공급하는 전류원;
    상기 전류원과 전기적으로 연결되는 제1 스위치, 커패시터, 전압원인 바이어스;
    상기 제1 스위치에 연결되는 논리소자; 및
    스위치 제어 로직부의 출력신호를 인가받으며, 상기 커패시터의 양단과 연결된 제2 스위치를 포함하는 스위치 제어 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 논리소자는 SR 래치이고,
    'S' 단자는 상기 오프시간 제어부의 출력신호를 인가받고, 'R' 단자는 상기 게이트 센싱부의 출력신호를 인가받고, 'Q' 단자는 상기 제1 스위치로 출력신호를 출력하는 스위치 제어 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 로직부는 반전 버퍼를 포함하는 스위치 제어 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적분신호는 상기 바이어스 전압과 동일해지는 시점부터 상기 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 될 때까지 감소하고,
    상기 게이트 센싱부가 게이트 센싱신호를 상기 적분부로 출력하면 상기 적분신호의 감소는 중지되는 스위치 제어 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적분신호의 감소값은 상기 바이어스 전압보다 낮은 값이고,
    상기 게이트 단자의 입력이 하이 레벨이 될 때까지 유지되는 스위치 제어 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적분된 부하 전류 셋팅 전압은 상기 부하 전류 셋팅 전압의 절반 전압(HALF ADIM)을 적분한것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로는 CCM 모드(Continuous Conduction Mode) 또는 BCM 모드(Boundary Conduction Mode)로 동작하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 BCM 모드로 동작하는 회로는 QR(Quasi-Resonant) 벅-컨버터(Buck Converter)인 것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 QR 벅-컨버터는 인덕터 전류가 0이 되는 시점을 검출하는 제로-전류 검출 회로(Zero-Current-Detect Circuit, ZCD Circuit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제로-전류 검출 회로(Zero-Current-Detect Circuit, ZCD Circuit)는 1개의 커패시터와 2개의 저항이 직렬로 연결된 구조인 것을 특징으로 하는 스위치 제어 회로.
  13. CCM 모드(Continuous Conduction Mode) 또는 BCM 모드(Boundary Conduction Mode)로 동작하는 스위치 제어 회로의 제어 방법에 있어서,
    센싱 전압을 적분한 적분 신호와 부하 전류 셋팅 전압을 적분한 바이어스(Bias) 전압을 비교하는 단계;
    상기 적분 신호의 감소구간에서 적분 신호가 상기 바이어스 전압보다 더 아래로 감소하는 단계;
    소정 시점에서 상기 적분 신호의 감소를 중지하고, 유지하는 단계; 및
    게이트 단자의 입력이 다시 하이 레벨이 되면, 상기 바이어스 전압보다 낮은 위치에서부터 상기 센싱 전압의 적분 연산을 시작하는 단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적분 신호는,
    상기 비교하는 단계의 출력이 하이 레벨일 때부터 상기 게이트 단자의 입력이 로우 레벨이 될 때까지 감소하는 스위치 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 게이트 단자의 입력이 로우 레벨인 것을 감지하는 게이트 센싱 신호가 출력되면 상기 적분 신호의 감소를 중지하는 스위치 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적분 신호의 감소값은 상기 게이트 단자의 입력이 다시 하이 레벨이 될 때까지 유지되는 스위치 제어 방법.
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