KR101018847B1 - 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력 전력 스위칭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치에 관한 것으로, 입력단은 전원공급부의 출력단과 연결되고, 전원공급부의 출력단으로부터 입력되는 전압을 변환하여 출력단으로 출력하도록 된 DC-DC 변환기와; 드레인단은 상기 전원공급부의 출력단과 연결되고 소스단은 상기 광대역 증폭기의 전원 입력단과 연결된 스위칭 트랜지스터와, 애노드단은 상기 DC-DC 변환기의 출력단과 연결되고 캐소드단은 상기 스위칭 트랜지스터의 소스단과 연결된 다이오드와, 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 게이트 전압을 선택적으로 인가하도록 된 스위칭 구동회로로 이루어져 광대역 증폭기의 전원 입력단을 상기 전원공급부의 출력단과 DC-DC 변환기의 출력단으로 선택적으로 스위칭하도록 된 스위칭부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치가 제공된다. 따라서 광대역 증폭기를 편리하게 고출력 또는 저출력 모드로 구현함과 동시에 전력의 손실을 최소화하는 효과를 얻게 된다.

광대역 증폭기, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode), NMOS 트랜지스터(N-Channel Metal-Oxide Transistor), DC-DC 변환기

Description

고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력 전력 스위칭장치{High Efficiency Dual Mode Output Power Switching Apparatus For Wideband Amplifier}

본 발명은 광대역 증폭기의 출력 전력을 스위칭하는 장치에 관한 것으로, 특히 고출력과 저출력 전력이 모두 사용되는 경우에 있어서 고출력 및 저출력 전력에 최적화되도록 광대역 증폭기의 출력 전력을 선택적으로 이중모드 스위칭하여 전력 효율을 극대화하도록 개선된 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력 전력 스위칭장치에 관한 것이다.

일반적으로 광대역 증폭기는 넓은 대역의 주파수 신호를 최소한의 일그러짐 내에서 증폭하기 위한 장치로서, 이득과 대역폭의 곱이 큰 진공관이나 트랜지스터를 사용하여 이루어지며, 특히 트랜지스터를 이용한 증폭기는 전력 효율과 같은 경제성이나 소형화의 측면에 유리하여 널리 이용되고 있다. 이와 같은 광대역 증폭기는 바이어스 동작점에 따라 증폭이득과 전력 특성이 변화되므로, 트랜지스터의 드레인에는 적정 수준의 바이어스전압을 인가하여 설정된 출력전력을 구현하는 것이 중요하다.

이러한 광대역 증폭기에 의해 출력전력을 구현함에 있어서, 높은 출력 전력 을 구현하여야 하는 경우에는 고출력 광대역 증폭기(High Power Broadband Amplifier)가 활용되고, 낮은 출력 전력을 구현하여야 하는 경우에는 저출력 광대역 증폭기(Low Power Broadband Amplifier)가 활용되고 있으나, 고출력과 저출력이 모두 사용되어야 하는 경우에는 고출력 광대역 증폭기와 저출력 광대역 증폭기중 어느 하나의 증폭기만으로는 고출력 모드와 저출력 모드에 동시에 최적화하기 어려운 문제가 발생하게 된다.

도 1은 종래의 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭 장치를 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭 장치는 두 개의 광대역 증폭기를 이용하여 구현되는데, 그 중 하나는 고출력 전력특성을 갖는 고출력 광대역 증폭기(1)이고, 다른 하나는 저출력 전력특성을 갖는 저출력 광대역 증폭기(2)이다. 상기 고출력 광대역 증폭기(1)와 저출력 광대역 증폭기(2)의 입력단과 출력단은 각각 입력부 스위치(3)와 출력부 스위치(4)로 연결되어 고출력 모드와 저출력 모드에 따라 선택적으로 스위칭되는 구조로 이루어진다. 즉, 고출력 전력을 구현하여야 하는 고출력 모드에서는 입력부 스위치(3)와 출력부 스위치(4)는 각각 고출력 광대역 증폭기(1)의 입력단(A1)과 출력단(A2)으로 접점되며, 고출력 광대역 증폭기(1)에는 고출력 전력특성을 갖도록 높은 전압(Vdd1)이 인가되어 고출력 전력을 얻게 된다. 또한, 저출력 전력을 구현하여야 하는 저출력 모드에서는 입력부 스위치(3)와 출력부 스위치(4)는 각각 저출력 광대역 증폭기(1)의 입력단(B1)과 출력단(B2)으로 접점되며, 저출력 광대역 증폭기(1)에는 저출력 전력특성을 갖도록 낮은 전압(Vdd2)이 인가되어 저출력 전력을 얻게 된다.

그러나, 이와 같은 방식의 스위칭장치는 두 개의 광대역 증폭기를 선택적으로 스위칭하여 고출력모드와 저출력모드를 구현하여야 하는 번거로움이 있으며, 두 개의 광대역 증폭기에 각각 전원 전압을 인가하여야 하는 관계로 손실되는 전력이 과대하게 발생하는 문제가 발생하고 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로, 하나의 광대역 증폭기를 이용하여 드레인 전압을 스위칭하여 전원을 인가함으로서 이중모드의 출력전력을 구현할 수 있도록 개선된 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치는 입력단은 전원공급부의 출력단과 연결되고, 전원공급부의 출력단으로부터 입력되는 전압을 변환하여 출력단으로 출력하도록 된 DC-DC 변환기와; 광대역 증폭기의 전원 입력단을 상기 전원공급부의 출력단과 DC-DC 변환기의 출력단으로 선택적으로 스위칭하도록 된 스위칭부를 포함하여 구성되며,
상기 스위칭부는 드레인단은 상기 전원공급부의 출력단과 연결되고 소스단은 상기 광대역 증폭기의 전원 입력단과 연결된 스위칭 트랜지스터와, 애노드단은 상기 DC-DC 변환기의 출력단과 연결되고 캐소드단은 상기 스위칭 트랜지스터의 소스단과 연결된 다이오드, 및 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 게이트 전압을 선택적으로 인가하도록 된 스위칭 구동회로를 포함하여 구성되고,
상기 스위칭 구동회로는 드레인단의 출력을 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단으로 출력하도록 이루어진 트랜지스터와 입력되는 전압을 반전하여 상기 트랜지스터의 게이트단으로 출력하도록 된 인버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다이오드는 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)인 것이 바람직하다.

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본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치에 의하면, 광대역 증폭기에 전원 전압을 선택적으로 스위칭하여 인가함으로서 하나의 광대역 증폭기로 고효율모드와 저효율모드에 대하여 최적의 출력전력 특성을 얻을 수 있으므로 전력 손실을 최소화할 수 있으며, 광대역 증폭기의 효율을 개선할 수 있게 되는 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치의 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스위칭장치는 DC-DC 변환기(20)와, 스위칭부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 DC-DC 변환기(20)는 그 입력단은 전원공급부(미도시)의 출력단과 연결되며, 전원공급부의 출력단으로부터 입력되는 전압을 변환하여 출력단으로 출력하는 역할을 수행한다.

스위칭부(30)는 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)을 전원공급부의 출력 단(C1)과 DC-DC 변환기(20)의 출력단(C2)으로 선택적으로 스위칭하도록 이루어진다. 이때, 상기 스위칭부(30)는 광대역 증폭기로 높은 출력을 구현할 것인지 낮은 출력을 구현할 것인지의 여부에 따라서 선택적으로 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)을 전원공급부의 출력단(C1) 또는 DC-DC 변환기(20)의 출력단(C2)으로 스위칭한다.

일예로, 광대역 증폭기(10)를 고출력모드로 사용하고자 하는 경우, 스위칭부(30)는 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)을 전원공급부의 출력단(C1)으로 스위칭하며, 전원공급부의 전압(Vdd)이 전원 입력단(P1)으로 입력됨에 따라 고출력 전력을 얻게 된다. 또한 광대역 증폭기(10)를 저출력모드로 사용하고자 하는 경우, 스위칭부(30)는 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)을 DC-DC 변환기(20)의 출력단(C2)으로 스위칭하며, DC-DC 변환기(20)는 전원공급부의 전압(Vdd)을 낮추어 출력단으로 출력하므로 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)에는 DC-DC 변환기(20)에 의해 낮아진 전압이 입력됨에 따라 저출력 전력을 얻게 된다.

이상에서는 DC-DC 변환기(20)에서 전압을 낮추는 것을 예로 들어 설명하였으나, 다른 일예로 전원공급부의 전압(Vdd)을 낮게 설정한 다음, 광대역 증폭기(10)를 저출력모드로 사용하고자 하는 경우, 스위칭부(30)는 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)을 전원공급부의 출력단(C1)으로 스위칭하며, 전원공급부의 전압(Vdd)이 전원 입력단(P1)으로 입력됨에 따라 낮은 출력 전력을 얻도록 하고, 반대로 광대역 증폭기(10)를 고출력모드로 사용하고자 하는 경우, 스위칭부(30)는 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)을 DC-DC 변환기(20)의 출력단(C2)으로 스위칭하고, DC- DC 변환기(20)는 전원공급부의 전압(Vdd)을 높여서 출력단으로 출력하여 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)에는 DC-DC 변환기(20)에 의해 높아진 전압이 입력됨에 따라 고출력 전력을 얻도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 본 발명의 스위칭장치는 고출력모드인지 저출력모드인지 여부에 따라 스위칭부(30)로 스위칭하여 광대역 증폭기(10)에 선택적으로 높은 전압(High Vdd) 또는 낮은 전압(Low Vdd)을 인가하는 것으로, 하나의 광대역 증폭기(10)로 이중 모드의 출력 전력 특성을 구현할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치의 구성도이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 스위칭장치를 구성하는 스위칭부(30)는 스위칭 트랜지스터(31)와, 다이오드(32) 및 스위칭 구동회로(33)를 포함하여 이루어진다.

상기 스위칭 트랜지스터(31)는 NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor)트랜지스터로서 광대역 증폭기(10)의 고출력/저출력 모드에 따라 On 또는 Off되도록 이루어지며, 그 드레인단(D1)은 전원공급부의 출력단과 연결되고, 소스단(S1)은 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)과 연결된다.

상기 다이오드(32)는 상기 스위칭 트랜지스터(31)과 같이 광대역 증폭기(10)의 고출력/저출력 모드에 따라 On 또는 Off되도록 이루어지는데, 그 애노드단(A)은 DC-DC 변환기(20)의 출력단과 연결되고, 캐소드단(C)은 상기 스위칭 트랜지스터(31)의 소스단(S1)으로 연결되어 설치된다. 상기 다이오드(32)는 특히, 고속동작 에 유리하고 순방향 전압강하가 낮은 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 스위칭 구동회로(33)는 광대역 증폭기(10)의 고출력/저출력 모드에 따라서 스위칭 트랜지스터(31)의 게이트단(G1)에 게이트 전압을 선택적으로 인가하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 스위칭 구동회로(33)는 트랜지스터(33a)와, 인버터(33b)로 구성되는데, 상기 트랜지스터(33a)는 NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor)트랜지스터로서 그 드레인단(D2)은 상기 스위칭 트랜지스터(31)의 게이트단(G1)으로 연결되어 트랜지스터(33a)의 드레인단(D2) 출력이 스위칭 트랜지스터(31)의 게이트단(G1)으로 입력되도록 이루어지며, 상기 인버터(33b)는 입력되는 전압신호(Control)를 반전하여 상기 트랜지스터(33a)의 게이트단(G2)으로 출력되도록 이루어진다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치의 작동과정을 설명하기로 한다.

우선, 광대역 증폭기(10)를 구동함에 있어서, 높은 출력 전력을 구현할 것인지(고출력모드) 혹은 낮은 출력 전력을 구현할 것인지(저출력모드) 여부를 판단하여, 해당 출력모드(고출력모드 또는 저출력모드)가 결정되면, 이에 해당하는 입력 전압신호(Control)를 스위칭 구동회로(33)의 입력단으로 입력한다. 일예로, 광대역 증폭기(10)를 고출력모드로 구현하고자 하는 경우, 상기 전압신호로 높은 입력 전압을 스위칭 구동회로(33)의 입력단으로 입력하는데, 입력된 전압은 인버터(33b)에 의해 반전되어 트랜지스터(33a)의 게이트단(G2)에 인가되므로 트랜지스터(33a)는 Turn-Off되며, 트랜지스터(33a)의 드레인단(D2)에는 높은 전압이 출력되어 스위칭 트랜지스터(31)의 게이트단(G1)으로 입력된다. 이와 같이 높은 전압이 입력된 스위칭 트랜지스터(31)는 Turn-On되어 높은 전압이 광대역 증폭기(10)의 전압 입력단(P1)으로 인가되며, 이로 인해 광대역 증폭기(10)는 고출력 전력 특성으로 입력신호(Input)를 증폭시킨다. 이때, 스위칭 트랜지스터(31)의 드레인단(D1)과 소스단(S1)의 전압차는 크지 않으며, DC-DC 변환기(20)에 의해 다이오드(32)의 애노드단(A) 전압은 낮아지게 되는 관계로, 다이오드(32)는 OFF되며, 이로 인해 DC-DC 변환기(20)에 의해 낮아진 전압이 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)으로 인가되지 않는다.

만약, 광대역 증폭기(10)를 저출력 모드로 구현하고자 하는 경우, 전압신호로 낮은 입력 전압을 스위치 구동회로(33)의 입력단으로 입력하는데, 이때, 트랜지스터(33a)의 게이트단(G2)에는 높은 입력 전압이 입력되어 트랜지스터(33a)는 Turn-On되고, 드레인단(D2)의 풀업저항(Pull-Up Resistor)(R)으로 흐르는 전류로 인해 트랜지스터(33a)의 드레인단(D2)에는 낮은 전압이 출력되어 스위칭 트랜지스터(31)의 게이트단(G1)으로 입력되므로 스위칭 트랜지스터(31)는 Turn-Off되게 된다. 이와 동시에, 다이오드(32)로는 전류가 흐르면서 DC-DC 변환기(20)에 의해 낮아진 전압이 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)으로 인가되고, 이로 인해 광대역 증폭기(10)는 저출력 전력 특성으로 입력신호(Input)를 증폭시키는 것이다.

이와 같이 본 발명의 스위칭장치는 스위칭 구동회로(33)의 입력단에 광대역 증폭기의 고출력/저출력 모드에 따라 전압 신호를 선택적으로 인가하는 간단한 스위칭 동작에 의하여 광대역 증폭기(10)의 전원 입력단(P1)으로 고전압 또는 저전압을 선택적으로 인가시킴으로서, 편리하게 이중모드 출력 전력을 구현할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치의 개략도.

도 3은 본 발명의 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치의 구성도.

♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧

10 : 광대역 증폭기 20 : DC-DC 변환기 30 : 스위칭부

31 : 스위칭 트랜지스터 32 : 다이오드 33 : 스위칭 구동회로

33a : 트랜지스터 33b : 인버터

Claims (4)

1. 입력단은 전원공급부의 출력단과 연결되고, 전원공급부의 출력단으로부터 입력되는 전압을 변환하여 출력단으로 출력하도록 된 DC-DC 변환기와; 광대역 증폭기의 전원 입력단을 상기 전원공급부의 출력단과 DC-DC 변환기의 출력단으로 선택적으로 스위칭하도록 된 스위칭부;를 포함하여 구성되며,

   상기 스위칭부는 드레인단은 상기 전원공급부의 출력단과 연결되고 소스단은 상기 광대역 증폭기의 전원 입력단과 연결된 스위칭 트랜지스터와, 애노드단은 상기 DC-DC 변환기의 출력단과 연결되고 캐소드단은 상기 스위칭 트랜지스터의 소스단과 연결된 다이오드, 및 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 게이트 전압을 선택적으로 인가하도록 된 스위칭 구동회로를 포함하여 구성되며,

   상기 스위칭 구동회로는 드레인단의 출력을 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단으로 출력하도록 이루어진 트랜지스터와, 입력되는 전압을 반전하여 상기 트랜지스터의 게이트단으로 출력하도록 된 인버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치.
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4. 청구항 1에 있어서,

   상기 다이오드는 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)인 것을 특징으로 하는 고효율 이중모드 광대역 증폭기 출력전력 스위칭장치.

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