KR20230136409A - 역률 보상 회로 - Google Patents

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가오 티안자오
장 춘연
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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 역률 보상 회로는, 입력 전압을 전달받아 출력 전압을 공급하는 인덕터; 상기 인덕터에 연결되어, 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류를 제어하는 전력 스위치; 및 상기 출력 전압에 대한 정보를 포함한 피드백 전압, 및 상기 인덕터 전압에 대한 정보를 포함한 보조 전압을 입력 받아 상기 전력 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어기; 를 포함하고, 상기 스위치 제어기는 상기 피드백 전압이 기준 전압보다 작을 경우 제1 모드로 구동하고, 상기 피드백 전압이 상기 기준 전압보다 클 경우 제2 모드로 구동하는 것을 특징으로 한다.

Description

역률 보상 회로{Power factor correction circuit}
본 개시는 역률 보상 회로에 관한 것이다.
컨버터는 입력 전원을 입력 받아 부하에 필요한 전원을 공급한다. 여기서 입력 전원의 전압은 교류 전원(AC) 형태이고, 부하에 공급되는 전류는 직류 전원(DC) 형태이다. 이때, 부하에 흐르는 전류는 입력 전원의 전류와 유사하므로, 입력 전원의 전압과 전류의 위상 차가 발생하여 무효 전력 손실이 발생한다. 무효 전력 손실은 역률(Power Factor)을 저하시키는 원인이다.
역률은 전력 전달의 효율성(effectiveness)을 나타낸다. 역률은 실제 전달되는 유효 전력(real power)을 피상 전력(apparent)으로 나누어 나타낸다. 이 때 전압과 전류가 모두 정현파일 경우, 전압과 전류의 위상차에 따라 역률이 달라지며, 위상차가 적을수록 역률이 개선된다. 따라서, 일반적으로 역률 보상은 입력전류의 모양을 정현파 모양으로 수정하고 전력의 전압 및 전류간의 위상차를 감소시키는 동작을 의미한다.
역률을 개선하기 위해서는 입력 전원의 전압과 전류의 위상 차를 감소시켜야 한다. 입력 전원의 전류는 부하에 흐르는 전류에 영향을 받으므로, 부하에 공급되는 전류의 형태가 입력 전원의 전압과 유사한 주파수와 위상이면, 입력 전원의 전류 및 입력 전원의 전압 간의 위상 차를 감소시킬 수 있다. 전압과 전류 간의 위상 차이가 없을수록 역률 보상 값은 높고, 위상차이가 클수록 역률 보상 값은 낮아진다.
역률 보상 회로는 입력 전압을 전달받아 출력 전압을 공급하는 인덕터와 인덕터에 흐르는 입력 전류를 제어하는 전력 스위치 및 전력 스위치의 온 오프를 제어하는 제어 회로로 구성된다.
제어 회로는 출력 전압에 대응하는 피드백 전압을 입력 받고, 피드백 전압에 따라 전력 스위치를 제어하여 출력전압이 원하는 타겟 전압 수준으로 유지하도록 제어할 수 있다.
이때, 제어 회로의 출력 전압 피드백 응답이 빠르면, 입력 전압의 변화에 민감하게 반응하여, 이로 인하여 출력 전압의 리플(ripple)이 증가할 수 있다.
한편, 제어 회로의 출력 전압 피드백 응답이 느리면, 출력 전압에 대한 제어 딜레이(delay)가 발생되어, 출력 전압이 오버 슈트(over-shoot)할 수 있다.
이러한 현상들은 정상적인 역률 보상 제어를 방해하게 된다.
본 명세서의 해결하고자 하는 과제는 출력 전압이 충분히 올라온 뒤에 전력 스위치의 온 타이밍이 일정하게 유지되도록 제어함으로써, 오버 슈트의 출력 전압이 발생되는 문제를 방지하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명은 다음과 같은 특징이 있는 실시예를 가진다.
실시예에 따른 역률 보상 회로는 입력 전압을 전달받아, 출력 전압을 공급하는 인덕터; 상기 인덕터에 연결되어, 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류를 제어하는 전력 스위치; 및 상기 출력 전압에 대한 정보를 포함한 피드백 전압 및 상기 인덕터 전압에 대한 정보를 포함한 보조 전압을 입력 받아 상기 전력 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어기를 포함하고, 상기 스위치 제어기는 상기 피드백 전압이 기준 전압보다 작을 경우 제1 모드로 구동하고, 상기 피드백 전압이 상기 기준 전압보다 클 경우 제2 모드로 구동한다.
다른 실시예에 따른 역률 보상 회로는 입력 전압을 전달받아, 출력 전압을 공급하는 인덕터; 상기 인덕터에 연결되어, 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류를 제어하는 전력 스위치; 및 상기 출력 전압에 대한 정보를 포함한 피드백 전압 및 상기 인덕터 전압에 대한 정보를 포함한 보조 전압을 입력 받아 상기 전력 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어기를 포함하고, 상기 스위치 제어기는 초기 구동시 상기 피드백 전압의 레벨에 따라 상기 전력 스위치의 온 시간을 가변시키는 게이트 제어 신호를 생성한다.
상기 스위치 제어기는 제1 모드에서 상기 전력 스위치의 온 시간을 상기 피드백 전압이 상기 출력 전압의 타겟 전압에 근접할수록 전력 스위치의 온 시간을 길게 제어하고, 제2 모드에서 상기 전력 스위치의 온 시간을 일정하게 유지한다.
상기 스위치 제어기는 상기 피드백 전압과 상기 타겟 전압의 차를 증폭하여 오차 증폭 신호를 출력하는 오차 증폭기; 상기 전력 스위치가 턴 온 되어 있는 기간 동안 상기 출력 전압의 타겟 전압 및 상기 피드백 전압에 따라 다른 기울기를 가지는 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성기; 및 상기 보조 전압, 상기 오차 증폭 신호, 및 상기 램프 신호를 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 게이트 제어 신호를 생성하는 PWM 제어기를 포함한다.
상기 램프 신호 생성기는 상기 제1 모드에서 제1 전류원 및 제2 전류원이 공급하는 전류를 용량성 소자에 공급하여 램프 신호를 생성하고, 상기 제2 모드에서 상기 제2 전류원이 공급하는 전류를 상기 용량성 소자에 공급하여 램프 신호를 생성한다.
상기 PWM 제어기는 상기 오차 증폭 신호 및 상기 램프 신호를 비교하여 제2 비교 신호를 생성하는 제2 비교기; 및 상기 보조 전압과 소정의 영교차 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 전력 스위치를 턴 온 시키기 위한 영교차 검출 신호를 생성하는 영교차 검출기; 및 상기 제2 비교 신호를 리셋 입력으로 받고, 상기 영교차 검출 신호를 셋 입력으로 받아 상기 게이트 제어 신호를 출력하는 제2 래치를 포함한다.
상기 램프 신호 생성기는 상기 용량성 소자와 병렬 연결된 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 제2 스위치는 상기 PWM 제어기가 출력하는 상기 게이트 제어 신호의 반전 신호로 제어된다.
상기 제1 전류원이 공급하는 전류 크기는 상기 피드백 전압과 상기 타겟 전압의 차이 값에 비례한다.
상기 램프 신호 생성기는 상기 제1 전류원 및 상기 용량성 소자를 연결하는 제1 스위치를 더 포함하고, 상기 제1 스위치는 상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압에 기초하여 제어된다.
상기 램프 신호 생성기는 상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 제1 비교 신호를 생성하는 제1 비교기; 및 상기 제1 비교 신호를 리셋 입력으로 받고, 초기화 펄스를 셋 입력으로 받아 상기 제1 스위치를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하는 제1 래치를 더 포함한다.
상기 보조 전압은 상기 인덕터에 대해 소정의 권선비를 가지고, 상기 인덕터에 커플링 되어 있는 제2 인덕터의 전압이다.
실시예에 따른 스위치 제어기는 피드백 전압을 기준 전압과 비교하여, 피드백 전압이 기준 전압보다 작을 경우 제1 모드로 구동하고, 피드백 전압이 기준 전압보다 클 경우 제2 모드로 구동한다.
스위치 제어기는 제1 모드에서 전력 스위치의 온 타이밍을 피드백 전압이 타겟 전압에 근접할 수록 전력 스위치의 온 타이밍을 길게 제어한다.
스위치 제어기는 제2 모드에서 전력 스위치의 온 타이밍을 일정하게 유지한다.
이러한 회로를 통하여 실시예에 따른 역률 보상 회로는 출력 전압이 충분히 올라온 뒤에 전력 스위치의 온 타이밍이 일정하게 유지되므로 오버 슈트의 출력 전압이 발생되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 역률 보상 회로는 초기 구동시(제1 모드 구동시) 전력 스위치의 온 타이밍을 피드백 전압이 타겟 전압에 근접할 수록 길게 제어함으로써, 출력 전압을 모니터링하여 시스템 안정도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 역률 보상 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 스위치 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 스위치 제어 회로의 입력 및 출력 신호를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 명세서에서, 어떤 구성 요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성 요소 "상에 있다.", "연결된다.", 또는 "결합된다."고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성 요소 상에 직접 연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성 요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
"아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 역률 보상 회로를 나타낸 도면이다.
역률 보상 회로(10)는 스위치 제어기(100), 전력 스위치(Q), 브릿지 다이오드(BD), 다이오드(D), 커패시터(C), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2) 및 분배 저항(R1, R2)를 포함한다.
브릿지 다이오드(BD)는 4 개의 다이오드로 구성되며, 입력 교류 전원(AC)을 전파 정류하여, 입력 전압(VIN)을 생성한다. 브릿지 다이오드(BD)의 출력단은 제1 인덕터(L1)의 일단에 연결되어 있다. 제1 인덕터(L1)의 일단에는 입력 전압(VIN)이 공급되고, 제1 인덕터(L1)의 타단은 다이오드(D)의 애노드 전극에 연결되어 있다.
전력 스위치(Q)의 드레인 전극은 다이오드(D)의 애노드 전극 및 제1 인덕터(L1)의 타단에 연결되어 있다.
스위치 제어기(100)는 게이트 제어 신호(VG)를 통하여 전력 스위치(Q)의 온/오프를 제어한다. 스위치 제어기(100)는 피드백 전압(VFB)을 이용해 전력 스위치(Q)의 턴 오프 시점을 결정한다. 피드백(VFB) 전압은 출력 전압(VOUT)이 분배 저항(R1, R2)의 저항비(R2/(R1+R2))에 따라 분배된 전압이다. 그리고 스위치 제어기(100)는 제2 인덕터(L2)의 보조 전압(VAUX)을 이용해 전력 스위치(Q)의 턴 온 시점을 결정한다.
분배 저항(R1, R2)은 전압 분배기를 구성하며, 스위치 제어기(100)로 피드백 전압(VFB)을 제공한다. 피드백 전압(VFB)은 출력 전압(VOUT)이 분배 저항(R1, R2)의 저항비(R2/(R1+R2))에 따라 분배된 값이므로, 출력 전압(VOUT)에 대한 정보를 포함한다고 볼 수 있다.
제1 인덕터(L1)는 입력 전압(VIN)을 전달받고 출력 전압(VOUT)을 생성한다. 전력 스위치(Q)의 스위칭 동작에 의해 제1 인덕터(L1)에 흐르는 인덕터 전류(IL)가 제어된다.
제2 인덕터(L2)는 제1 인덕터(L1)에 대해 소정의 권선비(n)를 가지고 커플링 되어있다. 전력 스위치(Q)가 턴 온 상태인 경우, 제2 인덕터(L2)의 전압(VAUX)은 권선비(n)와 입력 전압(VIN)의 곱이다. 전력 스위치(Q)가 턴 오프 상태의 경우, 보조 전압(VAUX)은 입력 전압(VIN)에서 출력 전압(VOUT)을 뺀 전압(VIN-VOUT)에 권선비(n)를 곱한 값이다.
전력 스위치(Q)가 턴 온 되면, 다이오드(D)가 차단되며, 인덕터 전류(IL)는 전력 스위치(Q)를 통해 흐른다. 전력 스위치(Q)가 턴 온 되어 있는 기간 동안, 인덕터 전류(IL)가 증가하면서, 제1 인덕터(L1)는 에너지를 저장한다.
전력 스위치(Q)가 턴 오프되고 다이오드(D)가 도통되면, 인덕터 전류(IL)는 역률 보상 회로(10)의 출력단에 연결된 부하(미도시)로 흐르고, 커패시터(C)를 충전시킨다. 전력 스위치(Q)가 턴 오프되어 있는 기간 동안, 인덕터 전류(IL)는 다이오드(D)를 통해 흐르면서, 제1 인덕터(L1)에 저장된 에너지가 역률 보상 회로(10)의 출력단으로 전달된다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 스위치 제어기를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 스위치 제어기의 입력 및 출력 신호를 나타낸 도면이다.
스위치 제어기(100)는 오차 증폭기(110), 램프 신호 생성기, PWM 제어기를 포함하며, 제1 모드 및 제2 모드로 동작할 수 있다. 제1 모드는 피드백 전압(VFB)이 기준 전압(VREF)보다 작은 구간이고, 제2 모드는 피드백 전압(VFB)이 기준 전압(VREF)보다 큰 구간이다.
오차 증폭기(110)는 출력 전압(VOUT) 정보를 모니터링 한다. 오차 증폭기(110)의 비반전 단자(+)는 소정의 타겟 전압(VTAR)을 입력 받는다. 오차 증폭기(110)의 반전 단자(-)는 피드백 전압(VFB)를 입력 받는다. 오차 증폭기(110)의 출력 단자(O)는 제1 노드(N1)에 연결된다. 제1 노드(N1)는 후술할 제2 비교기(131)의 반전 단자(-)와 연결된다. 오차 증폭기(110)는 소정의 타겟 전압(VTAR)과 피드백 전압(VFB)의 차를 증폭하여 오차 증폭 신호(VCON)를 제1 노드(N1)로 출력한다. 오차 증폭 신호(VCON)는 PWM 제어기의 제2 비교기(131)의 반전 단자(-)에 입력된다. 또한, 오차 증폭 신호(VCON)는 제1 전류원(IB1)의 전류 값을 제어하는데 이용된다.
램프 신호 생성기는 전력 스위치(Q)가 턴 온 되어 있는 기간 동안 타겟 전압(VTAR) 및 피드백 전압(VFB)에 따라 다른 기울기를 가지는 램프 신호(VCT)를 생성한다.
램프 신호 생성기는 제1 비교기(121), 제1 래치(122), 제1 전류원(IB1), 제2 전류원(IB2), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2)를 포함한다.
램프 신호 생성기는 용량성 소자(CR)에 공급되는 전류를 충전하여 램프 신호(VCT)를 생성할 수 있다. 램프 신호 생성기는 용량성 소자(CR)에 공급되는 전류의 크기 조절을 통해서 램프 신호(VCT)의 기울기를 조절할 수 있다. 램프 신호(VCT)의 기울기는 전력 스위치(Q)의 턴 온 시간에 영향을 미친다. 구체적으로 램프 신호(VCT)의 기울기가 클수록 전력 스위치(Q)의 턴 온 시간이 짧아진다.
램프 신호 생성기는 제1 스위치(SW1)의 제어를 통해서 용량성 소자(CR)에 공급되는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로 램프 신호 생성기는 제1 모드에서 제1 스위치(SW1)를 턴 온 하여 제1 전류원(IB1) 및 제2 전류원(IB2)이 공급하는 전류를 기초로 램프 신호(VCT)를 생성할 수 있다. 즉, 제1 모드에서 용량성 소자(CR)에 공급되는 전류량은 IB1+IB2로 커지므로, 램프 신호(VCT)의 상승 기울기가 커지게 된다.
또한, 램프 신호 생성기는 제2 모드에서 제1 스위치(SW1)를 턴 오프 하여 제2 전류원(IB2)을 기초로 램프 신호(VCT)를 생성할 수 있다.
제1 전류원(IB1)의 일단에는 제1 스위치(SW1)의 일단이 연결되어 있고, 제1 스위치(SW1)의 타단은 제2 노드(N2)와 연결된다. 제2 노드(N2)는 제1 스위치(SW1)의 타단, 제2 스위치(SW2)의 일단 및 제2 비교기(131)의 비반전 단자(+)와 연결된다. 제2 스위치(SW2)의 타단은 접지(GROUND)에 연결된다.
전원(VCC)은 제1 전류원(IB1) 및 제2 전류원(IB2) 각각이 전류를 생성하기 위해 필요한 전압을 공급한다. 제1 스위치(SW1)의 스위칭 동작은 제1 제어 신호(S1)에 의해 제어된다.
제1 전류원(IB1)의 전류 크기는 오차 증폭 신호(VCON)에 의해 제어된다. 즉, 제1 전류원(IB1)이 공급하는 전류 크기는 피드백 전압(VFB)과 타겟 전압(VTAR)의 차이 값에 비례한다. 구체적으로 제1 전류원(IB1)의 크기는 오차 증폭 신호(VCON)에 소정의 계수 gm을 곱한 값 일 수 있다(IB1 = gm*VCON). 여기서 gm은 전술한 오차 증폭기(110)의 개방 전압 이득일 수 있다. 따라서 제1 스위치(SW1)가 턴 온 된 상태에서, 램프 신호(VCT)의 기울기는 오차 증폭신호(VCON) 크기에 기초하여 조절될 수 있다.
제2 전류원(IB2)의 전류 크기는 고정된 값인 DC 전류원으로 구성될 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 턴 오프된 상태인 제2 모드에서, 램프 신호 생성기는 제2 전류원(IB2)에만 기초하여 램프 신호(VCT)를 생성하므로 램프 신호의 기울기는 고정된 값을 가질 수 있다.
제1 비교기(121) 및 제1 래치(122)는 제1 제어 신호(S1)를 생성하여 제1 스위치(SW1)의 스위칭 동작을 제어한다.
제1 비교기(121)의 비반전 단자(+)는 피드백 전압(VFB)을 입력 받는다. 제1 비교기(121)의 반전 단자(-)는 소정의 기준 전압(VREF)을 입력 받는다. 제1 비교기(121)의 출력 단자(O)는 제1 래치(122)의 리셋 단자(R)에 연결되어 제1 비교 신호(C1)를 출력한다. 제1 래치(122)는 제1 스위치(SW1)의 스위칭 동작을 제어하는 제1 제어 신호(S1)을 출력한다. 제1 래치(122)의 리셋 단자(R)는 제1 비교기(121)의 출력 단자(O)로부터 제1 비교 신호(C1)를 입력 받는다. 제1 래치(122)의 셋 단자(S)는 초기화 단자와 연결되어 초기화 펄스(INIT)를 입력 받는다.
제1 비교기(121) 및 제1 래치(122)는 이와 같은 연결 구성을 통하여 피드백 전압(VFB)이 기준 전압(VREF) 보다 작은 제1 모드에서는 제1 스위치(SW1)를 턴 온 시키고, 피드백 전압(VFB)이 기준 전압(VREF) 보다 큰 제2 모드에서는 제1 스위치(SW1)를 턴 오프 시킨다.
제2 스위치(SW2)의 스위칭 동작은 제2 제어 신호(S2)에 의해 제어된다. 제2 래치(133)는 반전 출력 단자(Q')를 통해 제2 제어 신호(S2)를 생성하여 제2 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 제어한다. 따라서 제2 스위치(SW2)는 제2 래치(133)가 출력하는 게이트 제어 신호(VG)가 로우 값을 가질 때 턴 온 된다. 제2 스위치(SW2)가 턴 온 되면, 제2 노드(N2)는 접지와 연결되므로 램프 신호(VCT)는 0V의 전압을 가지게 된다. 즉, 램프 신호(VCT)는 전력 스위치(Q)가 턴 오프 되어 있는 기간(게이트 제어 신호(VG)가 로우) 동안 0의 값을 가지고, 전력 스위치(Q)가 턴 온(게이트 제어 신호(VG)가 하이)되어 있는 기간 동안 소정의 기울기를 가지는 파형을 가진다.
PWM 제어기는 보조 전압(VAUX), 램프 신호(VCT) 및 오차 증폭 신호(VCON)를 이용하여 전력 스위치(Q)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 게이트 제어 신호(VG)를 생성한다. PWM 제어기는 제2 비교기(131), 영교차 검출기(132), 제2 래치(133)를 포함한다.
제2 비교기(131)는 램프 신호(VCT)와 오차 증폭 신호(VCON)를 비교하여 제2 비교 신호(C2)를 생성하여 제2 래치(133)의 리셋 단자(R)로 출력한다. 제2 비교기(131)의 비반전 단자(+)는 램프 신호(VCT)를 입력 받고, 반전 단자(-)는 오차 증폭 신호(VCON)를 입력 받는다. 제2 비교기(131)의 출력 단자(O)는 제2 래치(133)의 리셋 단자(R)와 연결된다. 제2 비교기(131)는 램프 신호(VCT)가 오차 증폭 신호(VCON) 이상이면 하이 레벨의 제2 비교 신호(C2)를 생성하고, 램프 신호(VCT)가 오차 증폭 신호(VCON)보다 작으면 로우 레벨의 제2 비교 신호(C2)를 생성한다. 따라서 상승하던 램프 신호(VCT)가 오차 증폭 신호(VCON)에 도달하면, 그 시점에 하이 레벨의 제2 비교 신호(C2)가 출력된다.
영교차 검출기(132)는 보조 전압(VAUX)과 소정의 영교차 기준 전압(미도시)을 비교하고, 비교 결과에 따라 전력 스위치를 턴 온 시키기 위한 영교차 검출 신호(ZCD)를 생성한다. 영교차 검출기(132)가 생성한 영교차 검출 신호(ZCD)는 제2 래치(133)의 셋 단자에 입력된다. 영교차 검출기(132)는 히스테리시스 비교기로 구현될 수 있다. 상기 영교차 기준 전압은 0V 일 수 있다. 영교차 검출기(132)는 전력 스위치(Q)가 턴 오프된 후 감소하던 보조 전압(VAUX)이 영교차 기준 전압 이하가 되는 온 제어 시점에 동기되어 하이 레벨의 펄스를 가지는 영교차 검출 신호(ZCD)를 생성한다.
제2 래치(133)는 출력 단자(Q)를 통해서 게이트 제어 신호(VG)를 출력하고, 반전 출력 단자(Q')를 통해서 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. 제2 래치(133)는 셋 단자(S)에 로우 레벨의 신호가 입력되고 리셋 단자(R)에 하이 레벨의 신호가 입력되면, 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VG)를 출력한다. 그리고 제2 래치(133)는 셋 단자(S)에 하이 레벨의 신호가 입력되고 리셋 단자(R)에 로우 레벨의 신호가 입력되면, 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VG)를 출력한다.
이상 설명한 바와 같이 실시예에 따른 스위치 제어기(100)는 피드백 전압(VFB)을 기준 전압(VREF)과 비교하여, 피드백 전압(VFB)이 기준 전압(VREF)보다 작을 경우 제1 모드로 구동하고, 피드백 전압(VFB)이 기준 전압(VREF)보다 클 경우 제2 모드로 구동한다.
스위치 제어기(100)는 제1 모드에서 전력 스위치(Q)의 온 시간을 피드백 전압(VFB)이 타겟 전압(VTAR)에 근접할 수록 전력 스위치(Q)의 온 시간을 길게 제어한다.
스위치 제어기(100)는 제2 모드에서 전력 스위치(Q)의 온 시간을 일정하게 유지한다.
이러한 회로를 통하여 실시예에 따른 역률 보상 회로(10)는 상기 피드백 전압(VFB)과 상기 타겟 전압(VTAR)이 만나는 시점 즉, 출력 전압(VOUT)이 상기 타겟 전압(VTAR)까지 충분히 올라온 시점 부터는 전력 스위치(Q)의 온 시간이 일정하게 유지되므로 오버 슈트(over-shoot)의 출력 전압이 발생되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 역률 보상 회로(10)는 초기 구동시(제1 모드 구동시) 전력 스위치(Q)의 온 시간을 피드백 전압(VFB)이 타겟 전압(VTAR)에 근접할 수록 전력 스위치(Q)의 온 시간을 길게 제어함으로써, 출력 전압(VOUT)을 모니터링하여 시스템 안정도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 역률 보상 회로
100: 스위치 제어기
110: 오차 증폭기
121: 제1 비교기
122: 제1 래치
131: 제2 비교기
132: 영교차 검출기
133: 제2 래치

Claims (20)

  1. 입력 전압을 전달받아, 출력 전압을 공급하는 인덕터;
    상기 인덕터에 연결되어, 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류를 제어하는 전력 스위치; 및
    상기 출력 전압에 대한 정보를 포함한 피드백 전압 및 상기 인덕터 전압에 대한 정보를 포함한 보조 전압을 입력 받아 상기 전력 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어기; 를 포함하고,
    상기 스위치 제어기는 상기 피드백 전압이 기준 전압보다 작을 경우 제1 모드로 구동하고, 상기 피드백 전압이 상기 기준 전압보다 클 경우 제2 모드로 구동하는
    역률 보상 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는 상기 제1 모드에서 상기 전력 스위치의 온 시간을 상기 피드백 전압이 상기 출력 전압의 타겟 전압에 근접할 수록 전력 스위치의 온 시간을 길게 제어하고,
    상기 제2 모드에서 상기 전력 스위치의 온 시간을 일정하게 유지하는,
    역률 보상 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는
    상기 피드백 전압과 상기 타겟 전압의 차를 증폭하여 오차 증폭 신호를 출력하는 오차 증폭기;
    상기 전력 스위치가 턴 온 되어 있는 기간 동안 상기 출력 전압의 타겟 전압 및 상기 피드백 전압에 따라 다른 기울기를 가지는 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성기; 및
    상기 보조 전압, 상기 오차 증폭 신호, 및 상기 램프 신호를 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 게이트 제어 신호를 생성하는 PWM 제어기;를 포함하는
    역률 보상 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는
    상기 제1 모드에서 제1 전류원 및 제2 전류원이 공급하는 전류를 용량성 소자에 공급하여 램프 신호를 생성하고,
    상기 제2 모드에서 상기 제2 전류원이 공급하는 전류를 상기 용량성 소자에 공급하여 램프 신호를 생성하는
    역률 보상 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는
    상기 오차 증폭 신호 및 상기 램프 신호를 비교하여 제2 비교 신호를 생성하는 제2 비교기; 및
    상기 보조 전압과 소정의 영교차 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 전력 스위치를 턴 온 시키기 위한 영교차 검출 신호를 생성하는 영교차 검출기; 및
    상기 제2 비교 신호를 리셋 입력으로 받고, 상기 영교차 검출 신호를 셋 입력으로 받아 상기 게이트 제어 신호를 출력하는 제2 래치; 를 포함하는
    역률 보상 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는 상기 용량성 소자와 병렬 연결된 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치는 상기 PWM 제어기가 출력하는 상기 게이트 제어 신호의 반전 신호로 제어되는
    역률 보상 회로.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전류원이 공급하는 전류 크기는 상기 피드백 전압과 상기 타겟 전압의 차이 값에 비례하는
    역률 보상 회로.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는
    상기 제1 전류원 및 상기 용량성 소자를 연결하는 제1 스위치; 를 더 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압에 기초하여 제어되는
    역률 보상 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는
    상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 제1 비교 신호를 생성하는 제1 비교기; 및
    상기 제1 비교 신호를 리셋 입력으로 받고, 초기화 펄스를 셋 입력으로 받아 상기 제1 스위치를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하는 제1 래치; 를 더 포함하는
    역률 보상 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보조 전압은 상기 인덕터에 대해 소정의 권선비를 가지고, 상기 인덕터에 커플링 되어 있는 제2 인덕터의 전압인
    역률 보상 회로.
  11. 입력 전압을 전달받아, 출력 전압을 공급하는 인덕터;
    상기 인덕터에 연결되어, 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류를 제어하는 전력 스위치; 및
    상기 출력 전압에 대한 정보를 포함한 피드백 전압 및 상기 인덕터 전류에 대한 정보를 포함한 보조 전압을 입력 받아 상기 전력 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어기; 를 포함하고,
    상기 스위치 제어기는 초기 구동시 상기 피드백 전압의 레벨에 따라 상기 전력 스위치의 온 시간을 가변시키는 게이트 제어 신호를 생성하는,
    역률 보상 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는 제1 모드에서 상기 전력 스위치의 온 시간을 상기 피드백 전압이 상기 출력 전압의 타겟 전압에 근접할 수록 전력 스위치의 온 시간을 길게 제어하고,
    제2 모드에서 상기 전력 스위치의 온 시간을 일정하게 유지하는,
    역률 보상 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는
    상기 피드백 전압과 상기 타겟 전압의 차를 증폭하여 오차 증폭 신호를 출력하는 오차 증폭기;
    상기 전력 스위치가 턴 온 되어 있는 기간 동안 상기 출력 전압의 타겟 전압 및 상기 피드백 전압에 따라 다른 기울기를 가지는 램프 신호를 생성하는 램프 신호 생성기; 및
    상기 보조 전압, 상기 오차 증폭 신호, 및 상기 램프 신호를 이용하여 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 상기 게이트 제어 신호를 생성하는 PWM 제어기;를 포함하는
    역률 보상 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는
    상기 제1 모드에서 제1 전류원 및 제2 전류원이 공급하는 전류를 용량성 소자에 공급하여 램프 신호를 생성하고,
    상기 제2 모드에서 상기 제2 전류원이 공급하는 전류를 상기 용량성 소자에 공급하여 램프 신호를 생성하는
    역률 보상 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 PWM 제어기는
    상기 오차 증폭 신호 및 상기 램프 신호를 비교하여 제2 비교 신호를 생성하는 제2 비교기; 및
    상기 보조 전압과 소정의 영교차 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 전력 스위치를 턴 온 시키기 위한 영교차 검출 신호를 생성하는 영교차 검출기; 및
    상기 제2 비교 신호를 리셋 입력으로 받고, 상기 영교차 검출 신호를 셋 입력으로 받아 상기 게이트 제어 신호를 출력하는 제2 래치; 를 포함하는
    역률 보상 회로.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는 상기 용량성 소자와 병렬 연결된 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치는 상기 PWM 제어기가 출력하는 상기 게이트 제어 신호의 반전 신호로 제어되는
    역률 보상 회로.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전류원이 공급하는 전류 크기는 상기 피드백 전압과 상기 타겟 전압의 차이 값에 비례하는
    역률 보상 회로.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는
    상기 제1 전류원 및 상기 용량성 소자를 연결하는 제1 스위치; 를 더 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압에 기초하여 제어되는
    역률 보상 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 램프 신호 생성기는
    상기 피드백 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 제1 비교 신호를 생성하는 제1 비교기; 및
    상기 제1 비교 신호를 리셋 입력으로 받고, 초기화 펄스를 셋 입력으로 받아 상기 제1 스위치를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하는 제1 래치; 를 더 포함하는
    역률 보상 회로.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 보조 전압은 상기 인덕터에 대해 소정의 권선비를 가지고, 상기 인덕터에 커플링 되어 있는 제2 인덕터의 전압인
    역률 보상 회로.
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