KR20240032327A - 전원 공급 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 입력 전원을 변환하는 SMPS(Switched Mode Power Supply) 및 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치의 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트(Slew Rate)를 조절할 수 있다.

Description

전원 공급 장치 및 그의 동작 방법 {POWER SUPPLY DEVICE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 개시는 전자 장치로 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원 공급 장치에서 발생하는 EMI를 저감시키거나, 전력 효율을 개선하기 위한 전원 공급 장치에 관한 것이다.
최근 전자 장치들 간에 연결되어 동작하는 경우가 많아지면서, EMI(Electro Magnetic Interference)를 저감시키고자 하는 이슈가 증가하고 있다. EMI는 다른 전자 장치의 동작을 방해할 수 있고, 이에 따라 오작동을 일으키는 등 중대한 장해가 될 수 있어 EMI를 저감시키는 대책이 중요하다.
한편, 전원 공급 장치에서 발생하는 EMI는 스위칭 소자가 연결된 스위칭 노드의 링잉(Ringing)에 의해 발생할 수 있다. 또한, EMI 레벨은 스위칭 소자의 단위시간 당 전압의 변화인 슬루 레이트(Slew Rate)가 높을수록 높다.
이에, 전원 공급 장치의 EMI를 저감시키기 위한 방안으로, 스위칭 노드의 링잉를 줄이기 위한 R-C Snubber 회로를 추가하거나 스위칭 소자의 게이트 저항을 높게 설계하여 슬루 레이트를 낮추는 방안이 있다. 그러나, 이러한 방안은 Snubber 손실 또는 슬루 레이트 저감으로 인한 스위칭 손실로 인해 전원 공급 장치의 전력 효율이 낮은 문제가 있다.
본 개시는 전원 공급 장치의 EMI 레벨이 기준 값 이상인 경우에는 전원 공급 장치의 EMI를 감소시키고자 한다.
본 개시는 전원 공급 장치의 EMI 레벨이 기준 값 미만인 경우에는 전원 공급 장치의 전력 효율을 개선하고자 한다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 입력 전원을 변환하는 SMPS 및 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치의 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 부하가 작을수록 슬루 레이트를 증가시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 부하가 클수록 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 부하가 전자 장치의 최대 부하의 기설정된 기준 비율 미만인 경우에는 슬루 레이트를 제1 값으로 조절하고, 부하가 최대 부하의 기준 비율 이상인 경우에는 슬루 레이트를 제1 값 보다 작은 제2 값으로 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 적어도 하나의 스위칭 소자를 제어하는 게이트 드라이버에서 출력되는 전류를 조절하여 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 적어도 하나의 스위칭 소자의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득하고, 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치의 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 부하가 작을수록 게이트 드라이버에서 출력되는 전류를 증가시켜 스위칭 소자의 슬루 레이트를 크게 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 SMPS는 입력 전원이 인가되는 브리지 회로, 브리지 회로에 연결된 LLC 공진 회로 및 입력 전원의 역률을 개선하여 브리지 회로에 출력하는 역률 개선부를 더 포함할 수 있고, 컨트롤러는 역률 개선부에서 출력하는 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 전압 및 전류 중 적어도 하나가 클수록 슬루 레이트를 감소시키고, 전압 및 전류 중 적어도 하나가 작을수록 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러는 전자 장치의 부하를 기설정된 주기마다 획득하고, 제1 시점에서 획득한 부하보다 제1 시점보다 뒤의 시점인 제2 시점에서 획득한 부하가 더 높은 경우, 제2 시점의 슬루 레이트를 제1 시점에서 슬루 레이트보다 기설정된 소정 크기만큼 감소시킬 수 있다.
전자 장치의 부하가 작을수록 전자 장치에 공급해야 하는 전력이 적고, 스위칭 주파수가 높은 바, 전자 장치의 부하가 작을수록 전원 공급 장치가 포함하는 스위칭 소자의 슬루 레이트를 증가시켜 스위칭 손실을 감소시킴으로써 전력 효율을 개선할 수 있는 이점이 있다.
전자 장치의 부하가 클수록 전자 장치에 공급해야 하는 전력이 많고, 스위칭 주파수가 낮은 바, 전자 장치의 부하가 클수록 스위칭 소자의 슬루 레이트를 감소시켜 스위칭 노드의 링잉을 감소시킴으로써 EMI를 저감할 수 있는 이점이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 별도의 물리적인 구조의 변형 또는 추가 없이 스위칭 소자의 슬루 레이트를 조절할 수 있는 바, 비용 또는 부피 증가 등의 문제를 최소화하며 EMI 저감 및 전력 효율 개선이 가능하도록 PCB(Printed Circuit Board)를 효율적으로 설계 가능한 이점이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 전자 장치의 부하의 변화에 따라 슬루 레이트를 실시간으로 변경하여 EMI 저감 및 전력 효율 개선 효과 뿐만 아니라, 슬루 레이트의 급격한 변화로 인한 고장을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 스위칭 로스 및 스위칭 노드의 링잉을 측정한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 스위칭 로스 및 스위칭 노드의 링잉을 측정한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치 동작 주파수에 따른 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치 동작 주파수에 따른 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 출력 전압을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 주파수 특성 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 10은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 전력 효율을 나타낸 표이다.
도 12는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전원 공급 장치가 동작하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 13은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치가 동작하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
한편, 이어서 상술하는 전원 공급 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로. 도시된 구성요소들 중 일부는 실제 구현되는 전원 공급 장치(100)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다.
즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 블록에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치 및 그의 동작 방법을 설명한다. 전원 공급 장치는 전자 장치에 전원을 공급하는 장치일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받는 전자 장치는 전자의 운동을 이용하는 모든 전기 기기일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 기술되는 전자 장치는 디스플레이 장치일 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 네트워크 TV, HBBTV, 스마트 TV, LED TV, OLED TV 등이 될 수 있으며, 경우에 따라 스마트폰일 수 있다. 또한, 전자 장치는 디스플레이 장치 뿐만 아니라 전기 자동차, 에어컨, 냉장고, 전자레인지, 컴퓨터 등 모든 전기 기기일 수 있다.
한편, 본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 EMI 레벨은 전원 공급 장치에 포함된 스위칭 소자의 슬루 레이트에 의해 영향을 받을 수 있다. 스위칭 소자의 슬루 레이트는 출력 전압의 변화율을 의미한다. 예를 들면, 스위칭 소자가 온 되는 경우 출력 전압이 빠르게 상승할수록 슬루 레이트가 높은 것이다. 슬루 레이트가 높을수록 전류가 급변하여, 이로 인한 루프의 기생 성분으로 스위칭 노드의 링잉이 발생할 수 있다. 스위칭 노드의 링잉은 고주파 스위칭 노이즈이며, 이러한 스위칭 노드의 링잉에 의해 EMI가 발생할 수 있다.
관련하여, 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 스위칭 로스 및 스위칭 노드의 링잉을 측정한 도면이다.
도 1 내지 도 2의 x축은 시간을 나타내며, y축은 전압을 나타낸다.
도 1 내지 도 2는 동일한 동작 주파수에서 동작하는 전원 공급 장치의 스위칭 로스 및 스위칭 노드의 링잉을 측정한 도면이다. 예를 들면, 도 1 내지 도 2의 전원 공급 장치는 모두 300kHz에서 동작할 수 있다.
구체적으로, 도 1은 전원 공급 장치의 스위칭 소자의 슬루 레이트가 25V/ns인 경우의 스위칭 로스 및 스위치 노드의 링잉을 측정한 도면이다. 그리고, 도 2는 전원 공급 장치의 스위칭 소자의 슬루 레이트가 100V/ns인 경우의 스위칭 로스 및 스위치 노드의 링잉을 측정한 도면이다. 즉, 도 1의 슬루 레이트는 제 1 값을 갖을 수 있으며, 도 2의 슬루 레이트는 제1 값보다 큰 제2 값을 갖을 수 있다.
도 1 내지 도 2의 Δv는 스위칭 소자가 온 된 경우의 스위칭 소자의 전압의 증가량이다. 그리고, 도 1의 Δt1은 슬루 레이트가 25V/ns인 경우 스위칭 소자의 전압이 Δv만큼 증가하는 데 소요되는 시간이다. 또한, 도 2의 Δt2는 슬루 레이트가 100V/ns인 경우 스위칭 소자의 전압이 Δv만큼 증가하는 데 소요되는 시간이다. Δt1과 Δt2를 비교하면, Δt1이 Δt2보다 더 큰 값을 갖는다. 한편, 스위칭 소자의 전압 증가에 소요되는 시간이 클수록 스위칭 손실이 크므로, 슬루 레이트가 25V/ns인 경우에 슬루 레이트가 100V/ns 경우보다 스위칭 손실이 클 수 있다. 따라서, 슬루 레이트가 25V/ns인 경우에 슬루 레이트가 100V/ns인 경우 보다 전력 효율이 낮을 수 있다. 즉, 전원 공급 장치(100)가 동일한 동작 주파수에서 동작하는 경우 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트가 제1 값을 갖는 경우에 슬루 레이트가 제2 값을 갖는 경우보다 스위칭 손실이 클 수 있다. 따라서, 슬루 레이트가 제1 값을 갖는 경우에 슬루 레이트가 제2 값을 갖는 경우보다 전력 효율이 낮을 수 있다.
한편, 도 1의 re1은 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트가 25V/ns인 경우의 스위칭 노드의 링잉을 나타낸다. 그리고, 도 2의 re2는 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트가 100V/ns인 경우의 스위칭 노드의 링잉을 나타낸다. 도 1의 re1와 도 2의 re2를 비교하면, re1의 파형보다 re2의 파형이 더욱 뚜렷하다. 즉, 스위칭 노드의 링잉은 슬루 레이트가 25V/ns인 경우에 슬루 레이트가 100V/ns인 경우보다 작을 수 있다. 즉, 스위칭 노드의 링잉은 슬루 레이트가 제1 값을 갖는 경우에 슬루 레이트가 제2 값을 갖는 경우보다 작을 수 있다.
한편, 스위칭 노드의 링잉이 클수록 전원 공급 장치(100)의 EMI 레벨이 클 수 있다. 구체적으로, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3 내지 도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
도 3은 전원 공급 장치(100)의 스위칭 소자의 슬루 레이트가 25V/ns로 고정된 경우의 EMI 레벨을 측정한 도면이다. 그리고, 도 4는 전원 공급 장치의 슬루 레이트가 100V/ns로 고정된 경우의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
도 3 내지 도 4의 x축은 전원 공급 장치(100)의 EMI 주파수를 나타내며, y축은 EMI 레벨을 나타낸다. 또한, limit는 EMI 규격에 따라 허용되는 EMI 레벨의 한계를 나타내는 선이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 슬루 레이트가 25V/ns인 경우에는 EMI 주파수가 300MHz인 부분의 EMI 레벨이 limit를 초과하지 않을 수 있다. 그러나, 도 4를 참조하면, 슬루 레이트가 100V/ns인 경우에는 EMI 주파수가 300MHz인 부분의 EMI 레벨이 limit를 초과할 수 있다. 즉, 슬루 레이트가 제1 값보다 큰 제2 값인 경우에는 EMI 레벨이 limit를 초과하는 EMI가 발생할 수 있다.
이에, 전원 공급 장치(100)에서 EMI 레벨이 limit를 초과하는 EMI가 발생하지 않도록 하기 위하여 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트를 제2 값보다 낮은 제1 값으로 고정하는 방안이 있다.
예를 들면, 본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 EMI를 저감시키기 위한 방안으로, 스위칭 소자의 게이트 저항을 높게 설계하여 슬루 레이트를 낮추거나, 스위칭 노드의 링잉을 줄이기 위한 R-C Snubber 회로를 추가하는 방안이 있다. 그러나, 이러한 설계의 변경은 슬루 레이트 저감으로 인한 스위칭 손실 또는 Snubber 손실로 인해 전원 공급 장치(100)의 전력 효율이 낮은 문제가 있다.
또한, 슬루 레이트가 제2 값인 경우에는 슬루 레이트가 제1 값인 경우보다 스위칭 손실이 적을 수 있다. 이러한 경우에도 슬루 레이트를 제1 값으로 고정한다면, 도 1 내지 도 2에서 설명한 바와 같이 스위칭 손실에 따른 전력 효율이 저감되는 문제가 있다.
따라서, 본 개시의 전원 공급 장치는 SMPS에 포함되는 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 가변시켜 EMI 레벨을 최소화함과 동시에 전력 효율을 개선하고자 한다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 출력 전압을 측정한 그래프이다.
도 5의 x축은 전원 공급 장치의 동작 주파수를 나타내고, y축은 전원 공급 장치의 출력 전압을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 인 경우에는 전자 장치(200)의 부하에 관계없이 전원 공급 장치(100)의 출력이 동일할 수 있다. 한편, 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 와 상이한 경우에는 전자 장치(200)의 부하에 따라 전원 공급 장치(100)의 출력이 상이할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 전원 공급 장치가 500kHz의 동작 주파수를 갖으며 전자 장치의 부하가 500.000W인 경우의 출력 전압은 vo1이다. 그리고, 전원 공급 장치가 500kHz의 동작 주파수를 갖으며 전자 장치의 부하가 300.000W인 경우의 출력 전압은 vo2이다. 즉, 전자 장치의 부하가 상이하면 전원 공급 장치의 출력 전압이 상이할 수 있다. 한편, vo1과 vo2를 비교하면, vo2가 vo1보다 크다. 즉, 전자 장치의 부하가 작을수록 전원 공급 장치의 출력 전압이 클 수 있다. 또한, 전자 장치의 부하가 클수록 전원 공급 장치의 출력 전압이 작을 수 있다.
이처럼, 전원 공급 장치의 출력 전압은 일정하지 않을 수 있다. 이러한 일정하지 않은 전압을 전자 장치에 공급하는 경우 전자 장치의 고장이 유발될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 전원 공급 장치가 전자 장치에 일정한 전압을 공급할 수 있도록 전원 공급 장치의 출력 전압을 안정화 할 수 있다. 전원 공급 장치의 출력 전압을 안정화(Regulation)하기 위하여 Gain 값의 적용이 필요하다. Gain은 전원 공급 장치가 전자 장치에 공급하고자 하는 전압을 전원 공급 장치의 출력 전원으로 나눈 값으로 산출될 수 있다. 예를 들어, 전원 공급 장치가 전자 장치에 공급하고자 하는 전압이 24V이고, 전원 공급 장치의 출력 전압이 16.67V인 경우의 Gain은 24V/16.67V인 1.439이다.
Gain은 전원 공급 장치가 전자 장치에 공급하고자 하는 전압을 전원 공급 장치의 출력 전원으로 나눈 값이므로, 전원 공급 장치가 전자 장치에 일정한 전압을 공급하고자 하는 경우에 전원 공급 장치의 출력 전압이 낮을수록 Gain 값은 낮아질 수 있다. 예를 들어, 전원 공급 장치가 전자 장치에 공급하고자 하는 전압이 24V이고, 전원 공급 장치의 출력 전압이 15V인 경우의 Gain은 24V/15V인 0.096이다. 또한, 전원 공급 장치가 전자 장치에 공급하고자 하는 전압이 24V이고, 전원 공급 장치의 출력 전압이 17V인 경우의 Gain은 24V/17V인 1.412이다. 즉, 전원 공급 장치의 출력 전압이 15V인 경우의 Gain이 전원 공급 장치의 출력 전압이 17V인 경우보다 작다.
정리하면, 전자 장치의 부하가 감소하는 경우에 전원 공급 장치의 출력 전압이 증가한다. 전원 공급 장치의 출력 전압이 증가하면 이를 안정화하기 위한 Gain 값이 감소한다.
이어, 도 6을 참조하여 전원 공급 장치의 출력 전압을 안정화하기 위한 Gain 값과 전원 공급 장치의 동작 주파수의 관계에 관하여 설명한다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 주파수 특성 그래프이다.
구체적으로, 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치가 LLC 공진 컨버터를 포함하는 경우 전원 공급 장치의 주파수 특성 그래프이다.
도 6의 x축은 전원 공급 장치의 정규화 주파수(Normalized Frequency)를 나타낸다. 정규화 주파수는 전원 공급 장치의 동작 주파수를 공진 주파수로 나눈 값이다. 즉, 정규화 주파수는 전원 공급 장치의 동작 주파수에 비례한다. 그리고, y축은 전원 공급 장치의 Gain을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 전원 공급 장치의 출력 전압을 안정화하기 위하여 요구되는 Gain 값이 1.20인 경우에 정규화 주파수는 0.70이다. 그리고, 요구되는 Gain 값이 0.90인 경우에 정규화 주파수는 1.50이다. 즉, Gain 값이 제1 값인 경우의 정규화 주파수는 제1 정규화 주파수이다. 그리고, Gain 값이 제1 값보다 작은 제2 값인 경우의 정규화 주파수는 제1 정규화 주파수보다 큰 제2 정규화 주파수이다. 따라서, 전원 공급 장치는 Gain 값이 낮을수록 큰 정규화 주파수를 갖을 수 있다. 또한, 전원 공급 장치의 정규화 주파수는 동작 주파수에 비례한다. 즉, 전원 공급 장치는 Gain 값이 낮을수록 큰 동작 주파수를 갖을 수 있다.
도 5 내지 도 6을 정리하면, 전자 장치의 부하가 감소하는 경우에 전원 공급 장치의 출력 전압이 증가한다. 전원 공급 장치의 출력 전압이 증가하면 이를 안정화하기 위한 Gain 값이 감소한다. 그리고, Gain 값이 감소하면 전원 공급 장치의 정규화 주파수가 증가하는데, 이는 동작 주파수의 증가를 의미한다. 즉, 전자 장치의 부하가 작을수록 전원 공급 장치의 동작 주파수가 클 수 있다.
한편, 전원 공급 장치의 동작 주파수가 클수록 스위칭 손실이 증가할 수 있다. 구체적으로, 스위칭 손실은 Driving loss, Turn on loss, Turn off loss 및 Body diode loss로 구분된다. 이 중 Turn on loss는 전원 공급 장치의 동작 주파수와 관련이 없고, Driving loss, Turn off loss 및 Body diode loss는 전원 공급 장치의 동작 주파수에 비례한다. 즉, 전원 공급 장치의 동작 주파수가 증가하면 스위칭 손실이 증가한다. 상술한 바와 같이 전자 장치의 부하가 감소하면 전원 공급 장치의 동작 주파수가 증가할 수 있다. 따라서, 동작 주파수가 증가하면 스위칭 손실이 증가할 수 있다.
스위칭 손실 중 Turn off loss는 전압의 변화량에 비례하므로, 슬루 레이트가 감소하면 스위칭 손실이 증가한다. 상술한 바와 같이 전자 장치의 부하가 감소하면 스위칭 손실이 증가하여 전력 효율이 낮아질 수 있다. 이에, 본 개시는 슬루 레이트를 증가시켜 스위칭 손실을 감소시킴으로써 전력 효율을 개선하고자 한다.
따라서, 본 개시의 전원 공급 장치는 전자 장치의 부하에 기초하여 전원 공급 장치의 SMPS에 포함되는 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 제어함으로써 EMI 발생을 최소화함과 동시에 전력 효율을 개선하고자 한다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 전원 공급 장치(100)는 컨트롤러(110) 및 SMPS(120) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(100)는 외부에서 전원을 입력받아 전자 장치(200)로 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 밖에 구비될 수 있다. 또한, 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 내부에 구비되어 전자 장치(200)의 일 구성으로 형성될 수도 있다.
전원 공급 장치(100)가 전자 장치(200)에 공급한 전원은 전자 장치(200) 내부에 구비된 구성 및 전자 장치(200)의 외부에 연결되어 전원 공급이 필요한 모든 구성에 공급될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(200)가 디스플레이 장치인 경우, 전원 공급 장치(100)가 공급한 전원은 디스플레이 장치의 메인 컨트롤러, 디스플레이, 스피커 및 사용자 입력 인터페이스를 통해 연결된 외부 장치 중 적어도 하나 이상에 공급될 수 있다.
SMPS(120)는 게이트 드라이버(GB), 적어도 하나의 스위칭 소자(Q), LLC 공진 회로(112) 및 역률 개선부(123) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
SMPS(120)는 컨버터일 수 있다. 예를 들면, SMPS(120)는 LLC 공진 컨버터일 수 있다. SMPS(120)는 Buck converter, Boost converter, Flyback converter, Half-forward converter 등 다양한 전력 변환 Topology일 수 있다.
게이트 드라이버(GB)는 스위칭 소자(Q)를 구동하기 위한 전류를 출력하는 전류원 및 게이트를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(Q)는 반도체 스위치를 포함할 수 있고, 반도체 스위치는 FET(Field Effect Transistor), MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 WBG(Wide Band Gab) 소자일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 한편, WBG 소자는 SiC(Silicon Carbide) 또는 GaN(Gallium Nitride) 등일 수 있다.
SMPS(120)는 LLC 공진 회로(122)를 포함할 수 있다. 이 경우 SMPS(120)는 LLC 공진 컨버터일 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과하므로, SMPS(120)는 다른 전력 변환 Topology 일 수 있으며, LLC 공진 회로(122)가 아닌 입력 전원을 변환하기 위한 다른 회로를 포함할 수도 있다.
역률 개선부(123)는 전원 공급 장치(100)에 입력되는 전원의 역률을 개선하여 출력할 수 있다.
컨트롤러(110)에 관하여는 도 8을 참조하여 자세히 설명한다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 컨트롤러의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 컨트롤러(110)는 PFC 제어부(PC) 및 LLC 제어부(LC) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
PFC 제어부(PC)는 역률 개선부(123)가 전원 공급 장치(100)에 입력되는 전원의 역률을 개선하여 출력하도록 제어할 수 있다. PFC 제어부(PC)는 부하 획득부(111)를 포함할 수 있다.
부하 획득부(111)는 입력 전원의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 또는 부하 획득부(111)는 역률 개선부(123)에서 출력되는 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
부하 획득부(111)는 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득하고, 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득할 수 있다. 부하 획득부(111)는 획득한 부하를 슬루 레이트 획득부(112)로 송신할 수 있다.
LLC 제어부(LC)는 슬루 레이트 제어부(112) 및 게이트 출력부(113) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
슬루 레이트 제어부(112)는 부하 획득부(111)로부터 부하를 수신할 수 있다. 슬루 레이트 제어부(112)는 수신한 부하에 기초하여 스위칭 소자(Q)에 적용하고자 하는 슬루 레이트 값을 획득할 수 있다. 슬루 레이트 제어부(112)는 스위칭 소자(Q)가 획득한 슬루 레이트 값을 갖으며 구동할 수 있도록 전원 공급 장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 슬루 레이트 제어부(112)는 수신한 부하에 기초하여 스위칭 소자(Q)가 구동하기 위한 게이트 드라이버(미도시)의 전류원에서 출력되는 전류를 제어할 수 있다.
한편, 게이트 출력부(113)는 스위칭 소자(Q)가 슬루 레이트 제어부(112)가 제어한 게이트 드라이버(GB)의 전류원에서 출력되는 전류에 기초하여 구동될 수 있도록 게이트 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트는 슬루 레이트 제어부(112)에서 획득한 슬루 레이트 값으로 가변되어 구동할 수 있다. 이에 의해, 스위칭 소자(Q)가 연결된 스위칭 노드의 전압 또는 전압의 변화량이 가변될 수 있다. 즉, 스위칭 노드(Q)의 전압을 측정함으로서 슬루 레이트의 가변 여부를 획득할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 컨트롤러의 구성을 PFC 제어부(PC), LLC 제어부(LC), 부하 획득부(111), 슬루 레이트 제어부(112) 및 게이트 출력부(113)로 구분하였다. 다만, 이는 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 발명의 범위는 슬루 레이트를 제어하는 동작을 수행하는 모든 구성에 적용된다고 봄이 타당하다.
한편, 본 개시에 따른 전원 공급 장치(100)의 구조는 다양할 수 있다. 다음으로, 본 개시의 제1 및 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구조에 관하여 설명한다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 9를 참조하면, 전원 공급 장치(100)가 포함하는 SMPS(Switched Mode Power Supply)(120)는 LLC 공진 컨버터일 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 본 발명의 범위는 SMPS(Switched Mode Power Supply)(120)가 LLC 공진 컨버터인 경우에 한정되지 않으며, 모든 전력 변환 Topology일 수 있다.
SMPS (120)는 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(Q)는 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함할 수 있다. 즉, SMPS (120)는 하프 브리지 컨버터일 수 있다. 그리고, 도면에 도시되지 않았으나, SMPS(Switched Mode Power Supply)(120)는 제1 내지 제4 스위칭 소자를 포함하는 풀 브리지 컨버터일 수 있다.
도 10은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 회로도이다.
제2 실시 예는 제1 실시 예와 비교하여 역률 개선부(123)를 더 포함할 뿐 나머지는 동일하다.
도 10을 참조하면, SMPS(120)는 입력 전원이 인가되는 브리지 회로(121), 브리지 회로(121)에 연결된 LLC 공진 회로(122) 및 입력 전원의 역률을 개선하여 상기 브리지 회로에 출력하는 역률 개선부(123)를 더 포함할 수 있다.
역률 개선부(123)는 SMPS(120)에 인가되는 입력 전원의 역률을 개선하여 출력할 수 있다.
다음으로, 도 9 내지 도 10에서 설명한 바와 같은 전원 공급 장치의 전력 효율에 관하여 설명한다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 전력 효율을 나타낸 표이다. 구체적으로, 도 11은 전자 장치(200)의 부하와 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트에 따른 전원 공급 장치(100)의 전력 효율을 나타낸 표이다.
도 11을 참조하면, 슬루 레이트가 25V/ns인 경우의 전력 효율이 슬루 레이트가 100V/ns인 경우의 전력 효율보다 낮을 수 있다. 즉, 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트가 제1 값을 갖는 경우의 전력 효율이 슬루 레이트가 제1 값보다 큰 제2 값을 갖는 경우의 전력 효율보다 낮을 수 있다.
한편, 전자 장치(200)의 부하가 최대 부하의 30%인 경우에는 슬루 레이트가 25V/ns인 경우의 전력 효율이 87.1%이고, 슬루 레이트가 100V/ns인 경우의 전력 효율은 87.3%이다. 따라서, 전력 효율의 차이는 0.20%이다. 그리고, 전자 장치(200)의 부하가 최대 부하의 70%인 경우에는 슬루 레이트가 25V/ns인 경우의 전력 효율이 91.4%이고, 슬루 레이트가 100V/ns인 경우의 전력 효율은 91.5%이다. 따라서, 전력 효율의 차이는 0.15%이다. 이와 같이, 부하가 최대 부하의 30%인 경우의 슬루 레이트에 따른 전력 효율의 차이가 부하가 최대 부하의 70%인 경우의 슬루 레이트에 따른 전력 효율의 차이가 크다.
즉, 전자 장치(200)의 부하가 최대 부하에 가까울수록 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트 조절에 따른 전력 효율 차이가 줄어들 수 있다. 즉, 부하가 클수록 슬루 레이트를 감소시킴에 따른 효율 저하가 작다. 또한, 전자 장치(200)의 부하가 작을수록 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트 차이에 따른 전력 효율 차이가 커지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 부하가 작을수록 슬루 레이트를 감소시킴에 따른 효율 저하가 커진다는 것을 의미한다.
따라서, 전자 장치(200)의 부하를 소정 값을 기준으로 경부하와 중부하로 구분하고, 경부하인 경우 슬루 레이트를 증가시키고, 중부하인 경우 슬루 레이트를 감소시키는 방식으로 동작할 수 있다.
도 11의 표를 참고하면, 경부하와 중부하를 구분하는 기준 부하는 30%일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 경부하와 중부하를 구분하는 기준 부하는 50% 또는 다른 값일 수도 있다.. 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 부하가 경부하인 경우에는 슬루 레이트를 증가시켜 전력 효율을 개선하고자 한다.
이에, 본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 SMPS(120)에 포함되는 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절하고자 한다. 구체적으로, 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 부하가 전자 장치(200)의 최대 부하의 기설정된 기준 비율 이상인 경우에는 슬루 레이트를 제1 값으로 조절하고, 부하가 기준 비율 미만인 경우에는 슬루 레이트를 제1 값보다 큰 제2 값으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 기설정된 기준 비율이 최대 부하의 50%일 수 있다. 이 때, 전자 장치(200)의 부하가 최대 부하의 30%인 경우에는 슬루 레이트를 25V/ns로 조절할 수 있다. 또한, 전자 장치(200)의 부하가 최대 부하의 80%인 경우에는 슬루 레이트를 100V/ns로 조절할 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(200)의 부하가 기설정된 기준 비율 이상인 경우에는 전력 효율을 개선할 수 있고, 기설정된 기준 비율 미만인 경우에는 EMI를 저감할 수 있는 이점이 있다.
한편, 기준 부하는 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가가 되도록 하는 값일 수도 있다. 예를 들면, 전원 장치(200)의 부하가 경부하이면 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 이상이고, 전원 장치(200)의 부하가 중부하이면 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 미만일 수 있다.
이어, 도 12를 참조하여 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 동작 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 12는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전원 공급 장치가 동작하는 방법을 도시한 순서도이다.
컨트롤러(110)는 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다(S10).
컨트롤러(110)는 전원 공급 장치(100)에 입력되는 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치의 부하를 획득할 수 있다(S20).
입력 전원의 전압 및 전류는 전자 장치(200)의 부하가 클수록 크므로, 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득할 수 있다. 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 산출할 수 있다. 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나가 높을수록 전자 장치(200)의 부하가 큰 것으로 획득할 수 있다.
컨트롤러(110)는 획득한 부하에 기초하여 전원 공급 장치(100)의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다(S30).
컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하가 작을수록 슬루 레이트를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, SMPS(120)가 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함하는 하프 브리지 컨버터인 경우에, 컨트롤러(110)는 전자 장치(100)의 부하가 작을수록 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 슬루 레이트를 증가시킬 수 있다. 또는, 컨트롤러(100)는 전자 장치(100)의 부하가 작을수록 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다.
컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하가 클수록 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, SMPS(120)가 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함하는 하프 브리지 컨버터인 경우에, 컨트롤러(110)는 전자 장치(100)의 부하가 클수록 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다. 또는, 컨트롤러(100)는 전자 장치(100)의 부하가 클수록 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 슬루 레이트를 증가시킬 수 있다.
정리하면, 컨트롤러(110)는 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
또한, 컨트롤러(110)는 SMPS(120)에 입력된 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 마찬가지로, 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
정리하면, 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하여 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 동작 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 13은 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치가 동작하는 방법이 도시된 순서도이다.
컨트롤러(110)는 역률 개선부(123)의 출력 전압 및 출력 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다(S40).
역률 개선부(123)는 입력 전원의 역률을 조절하여 출력할 수 있다. 전원 공급 장치(100)가 역률 개선부(123)를 더 포함하는 경우, 컨트롤러(110)는 역률 개선부(1230)의 출력 전압 및 출력 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 한편, 전원 공급 장치(100)가 역률 개선부(123)를 더 포함하는 경우에도, 컨트롤러(110)는 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치의 부하를 획득할 수 있다(S50).
컨트롤러(110)는 획득한 역률 개선부(123)의 출력 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득할 수 있다. 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 산출할 수 있다. 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나가 높을수록 전자 장치(200)의 부하가 큰 것으로 획득할 수 있다.
한편, 컨트롤러(110)가 S40 단계에서 입력 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득한 경우에는, 획득한 스위칭 소자(Q)의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득할 수 있다.
컨트롤러(110)는 획득한 부하에 기초하여 전원 공급 장치(100)의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 조절할 수 있다(S60).
컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하가 작을수록 슬루 레이트를 증가시키고, 전자 장치(200)의 부하가 클수록 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다.
정리하면, 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 입력 전원이 인가되는 브리지 회로(121), 브리지 회로(121)에 연결된 LLC 공진 회로(122) 및 입력 전원의 역률을 개선하여 브리지 회로(121)에 출력하는 역률 개선부(123)를 더 포함할 수 있고, 컨트롤러(110)는 역률 개선부(123)에서 출력하는 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 슬루 레이트를 조절하는 역률 개선부(123)에서 출력하는 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 슬루 레이트를 조절할 수 있다. 그리고, 컨트롤러(110)는 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나가 클수록 슬루 레이트를 감소시키고, 전압 및 전류 중 적어도 하나가 작을수록 슬루 레이트를 감소시킬 수 있다.
이어, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)가 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절하는 구체적인 방법을 설명한다.
컨트롤러(110)는 적어도 하나의 스위칭 소자를 제어하는 게이트 드라이버(GB)에서 출력되는 전류를 조절하여 슬루 레이트를 조절할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하가 작을수록 게이트 드라이버(GB)에서 출력되는 전류를 증가시켜 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 크게 조절할 수 있다. 또는, 컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하가 클수록 게이트 드라이버(GB)에서 출력되는 전류를 감소시켜 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 작게 조절할 수 있다.
그리고, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)가 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절하는 방법을 설명한다. 전원 공급 장치(100)의 SMPS(120)는 게이트 저항 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(110)는 획득한 전자 장치(200)의 부하에 기초하여 게이트 저항 회로(미도시)의 저항 값을 조절함으로써 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다. 즉, 컨트롤러(110)는 획득한 전자 장치(200)의 부하가 작을수록 게이트 저항 회로(미도시)의 저항 값을 작게 조절하여 슬루 레이트를 크게 조절할 수 있다. 또는, 컨트롤러(110)는 획득한 전자 장치(200)의 부하가 클수록 게이트 저항 회로(미도시)의 저항 값을 크게 조절하여 슬루 레이트를 작게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 범위는 상술한 슬루 레이트 조절 방법에만 한정되지 않으며, 슬루 레이트를 가변하는 모든 방법에 대하여 적용된다고 봄이 타당하다.
한편, 본 개시의 제1 또는 제2 실시 예에 따른 전원 공급 장치는 도 12 내지 도 13에서 설명한 바와 상이하게 다양한 방법으로 동작할 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 전원 공급 장치(100)는 부하의 변동을 실시간으로 획득하며, 그에 따라 슬루 레이트도 실시간으로 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하를 기설정된 주기마다 획득하고, 제1 시점에서 획득한 부하보다 제1 시점보다 뒤의 시점인 제2 시점에서 획득한 부하가 더 높은 경우, 제2 시점의 슬루 레이트를 제1 시점의 슬루 레이트보다 기설정된 소정 크기만큼 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 기설정된 주기가 10초인 경우에, 제1 시점의 슬루 레이트가 100V/ns이고 획득한 부하는 최대 부하의 40%인 경우에, 제1 시점보다 10초 뒤인 제2 시점에서 획득한 부하가 최대 부하의 50%일 수 있다. 이 때, 기설정된 소정 크기가 10V/ns인 경우 컨트롤러(110)는 슬루 레이트를 90V/ns로 감소시킬 수 있다.
반대로, 컨트롤러(110)는 제1 시점에서 획득한 부하보다 제1 시점보다 뒤의 시점인 제2 시점에서 획득한 부하가 더 낮은 경우, 제2 시점의 슬루 레이트를 제1 시점의 슬루 레이트보다 기설정된 소정 크기만큼 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 기설정된 주기가 10초인 경우에, 제1 시점의 슬루 레이트가 90V/ns이고 획득한 부하는 최대 부하의 50%인 경우에, 제1 시점보다 10초 뒤인 제2 시점에서 획득한 부하는 최대 부하의 40%일 수 있다. 이 때, 기설정된 소정 크기가 10V/ns인 경우 컨트롤러(110)는 슬루 레이트를 100V/ns로 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 부하의 변화에 따라 슬루 레이트를 실시간으로 변경 가능하다. 이에 따라, 전원 공급 장치(100)의 부하의 변화에 따라 EMI 저감 및 전력 효율 개선 효과 중 어느 효과를 중점으로 얻을 것인지를 세세하게 조절할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 슬루 레이트를 기설정된 주기마다 변경함으로써, 슬루 레이트의 급격한 변화로 인한 고장을 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 전원 공급 장치(100)는 적어도 하나의 스위칭 소자(Q) 중 적어도 하나를 획득하고, 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득하며, 획득한 부하에 기초하여 상기 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다. SMPS(120)가 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함하는 경우, 컨트롤러(110)는 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2) 중 적어도 하나의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 전자 장치(200)의 부하가 클수록 스위칭 소자(Q)의 전압 및 전류가 클 수 있으므로, 컨트롤러(110)는 스위칭 소자(Q)의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 클수록 전자 장치(200)의 부하가 큰 것으로 획득할 수 있다. 그리고, 컨트롤러(110)는 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
그리고, 본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 컨트롤러(110)는 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수를 획득하고, 획득한 동작 주파수에 기초하여 전자 장치(200)의 부하를 획득할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 전자 장치(200)의 부하가 클수록 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 작으므로, 획득한 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 작을수록 전자 장치(200)의 부하가 큰 것으로 획득할 수 있는 것이다. 그리고, 컨트롤러(110)는 획득한 부하에 기초하여 적어도 하나의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 컨트롤러(110)는 전자 장치(200)의 부하와 비례하거나 반비례하는 모든 값을 획득하할 수 있다. 또한, 획득한 값에 기초하여 부하를 획득하고, 획득한 부하에 기초하여 슬루 레이트를 조절할 수 있다.
이어, 본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트 조절에 따른 효과에 관하여 설명한다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
도 14의 x축은 전원 공급 장치(100)의 EMI 주파수를 나타내며, y축은 EMI 레벨을 나타낸다. 또한, limit는 EMI 규격에 따라 허용되는 EMI 레벨의 한계를 나타내는 선이다.
도 14의 (a) 및 (b)는 도 3 내지 도 4와 동일하다. 즉, 도 14의 (a)는 전원 공급 장치(100)의 스위칭 소자의 슬루 레이트가 25V/ns로 고정된 경우의 EMI 레벨을 측정한 도면이다. 그리고, 도 11의 (b)는 전원 공급 장치(100)의 슬루 레이트가 100V/ns로 고정된 경우의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
도 14의 (c)는 전원 공급 장치(100)의 스위칭 소자(Q)의 슬루 레이트가 가변되는 경우의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
구체적으로, 전원 공급 장치(100)에서 기준 EMI 주파수(rf) 이상의 EMI가 발생하는 경우에는 슬루 레이트를 100V/ns으로 조절하고, 기준 EMI 주파수(rf) 미만의 EMI가 발생하는 경우에는 슬루 레이트를 25V/ns으로 조절한 경우 전원 공급 장치(100)의 EMI 레벨을 측정한 도면이다.
한편, 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수는 전자 장치(200)의 부하가 클수록 크다. 그리고, 전원 공급 장치(100)에서 발생하는 EMI 주파수는 동작 주파수가 클수록 크다. 즉, 전자 장치(200)의 부하가 제2 값인 경우에 전원 공급 장치(100)는 제1 동작 주파수에서 동작하고, 부하가 제2 값보다 낮은 제1 값인 경우에 전원 공급 장치(100)는 제1 동작 주파수 보다 큰 제2 동작 주파수에서 동작할 수 있다. 그리고, 전원 공급 장치(100)가 제1 동작 주파수에서 동작하는 경우에 제1 EMI 주파수(f1)를 갖는 EMI가 발생하고, 전원 공급 장치(100)가 제1 동작 주파수(f1)보다 큰 제2 동작 주파수(f2)에서 동작하는 경우에 제1 EMI 주파수보다 큰 제2 EMI 주파수(f2)가 발생할 수 있다.
한편, 도 14의 (a)를 참조하면 슬루 레이트가 25V/ns인 경우 제1 EMI 주파수(f1)를 갖는 EMI의 EMI 레벨은 limit를 초과하지 않는다. 반면, 도 11의 (b)를 참조하면 슬루 레이트가 100V/ns인 경우 제1 EMI 주파수(f1)를 갖는 EMI의 EMI 레벨은 limit를 초과한다. 따라서, 도 11의 (c)는 전원 공급 장치(100)가 제1 동작 주파수에서 동작하여 제1 EMI 주파수(f1)를 갖는 EMI가 발생하는 경우에 슬루 레이트를 25V/ns로 조절하여 EMI 레벨을 저감시킬 수 있다.
다음으로, 도 14의 (b)를 참조하면 슬루 레이트가 100V/ns인 경우 제2 EMI 주파수(f2)를 갖는 EMI의 EMI 레벨은 limit를 초과하지 않는다. 한편, 제2 EMI 주파수(f2)를 갖는 EMI가 발생하는 경우에는 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 제1 동작 주파수보다 큰 제2 동작 주파수를 갖는다. 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 제2 동작 주파수인 경우에는 전원 공급 장치(100)의 동작 주파수가 제1 동작 주파수인 경우보다 슬루 레이트를 증가시킴에 따른 전력 효율 개선 효과가 크다. 따라서, 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이 전원 공급 장치(100)가 제2 동작 주파수에서 동작하여 제2 EMI 주파수(f2)를 갖는 EMI가 발생하는 경우에 슬루 레이트를 100V/ns 로 조절하여 전력 효율을 개선할 수 있다.
정리하면, 본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 부하에 기초하여 EMI 발생을 저감하거나 전력 효율을 개선할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(200)의 부하가 기준 부하일 때 전원 공급 장치(100)에서 발생하는 EMI는 기준 EMI 주파수(rf)를 갖을 수 있다. 예를 들면, 기준 EMI 주파수(rf)는 400MHz일 수 있다. 또한, 전자 장치(200)의 부하가 제1 값을 갖는 경우 전원 공급 장치(100)에서 발생하는 제2 EMI 주파수(f2)는 500MHz일 수 있다. 그리고, 전자 장치(200)의 부하가 제2 값을 갖는 경우 전원 공급 장치(100)에서 발생하는 제1 EMI 주파수(f1)는 300MHz일 수 있다. 이에 따라, 전원 공급 장치(100)는 부하가 제2 값을 갖을 때 발생하는 EMI 레벨이 limit를 초과하지 않도록 슬루 레이트를 25V/ns로 조절할 수 있다. 또한, 전원 공급 장치(100)는 부하가 제1 값을 갖을 때 스위칭 손실을 저감하여 전력 효율을 개선하기 위하여 슬루 레이트를 100V/ns로 조절할 수 있다. 즉, 본 개시의 실시 예에 따른 전원 공급 장치(100)는 전자 장치(200)의 부하에 기초하여 슬루 레이트를 조절하여 EMI 레벨을 저감시키거나, 전력 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
상기와 같이 설명된 전원 공급 장치(100)는 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 전자 장치로 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서,
    적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 입력 전원을 변환하는 SMPS; 및
    상기 입력 전원의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 획득하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전자 장치의 부하를 획득하고, 상기 획득한 부하에 기초하여 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 조절하는
    전원 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 부하가 작을수록 상기 슬루 레이트를 증가시키는
    전원 공급 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 부하가 클수록 상기 슬루 레이트를 감소시키는
    전원 공급 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 부하가 상기 전자 장치의 최대 부하의 기설정된 기준 비율 이상인 경우에는 상기 슬루 레이트를 제1 값으로 조절하고, 상기 부하가 상기 최대 부하의 상기 기준 비율 미만인 경우에는 상기 슬루 레이트를 상기 제1 값 보다 큰 제2 값으로 조절하는
    전원 공급 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 적어도 하나의 스위칭 소자를 제어하는 게이트 드라이버에서 출력되는 전류를 조절하여 상기 슬루 레이트를 조절하는
    전원 공급 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 부하가 작을수록 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 전류를 증가시켜 상기 스위칭 소자의 슬루 레이트를 크게 조절하는
    전원 공급 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 획득하고,
    상기 획득한 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전자 장치의 부하를 획득하고, 상기 획득한 부하에 기초하여 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 슬루 레이트를 조절하는
    전원 공급 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 SMPS는
    상기 입력 전원이 인가되는 브리지 회로, 상기 브리지 회로에 연결된 LLC 공진 회로 및 상기 입력 전원의 역률을 개선하여 상기 브리지 회로에 출력하는 역률 개선부를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 역률 개선부에서 출력하는 전원의 전압 및 전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 슬루 레이트를 조절하는
    전원 공급 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 전압 및 전류 중 적어도 하나가 클수록 상기 슬루 레이트를 감소시키고,
    상기 전압 및 전류 중 적어도 하나가 작을수록 상기 슬루 레이트를 감소시키는
    전원 공급 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 전자 장치의 부하를 기설정된 주기마다 획득하고,
    제1 시점에서 획득한 부하보다 상기 제1 시점보다 뒤의 시점인 제2 시점에서 획득한 부하가 더 높은 경우, 상기 제2 시점의 상기 슬루 레이트를 상기 제1 시점에서 슬루 레이트보다 기설정된 소정 크기만큼 감소시키는
    전원 공급 장치.

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