KR101361606B1 - 과도 상태에서의 돌입 전류 감소 방법 및 돌입 전류 감소 장치 - Google Patents

Abstract

전력 변환기의 초기 과도 상태에서 외부 전원으로부터의 돌입 전류를 줄이기 위한 소프트 스타트 제어에 관하여 개시한다. 이를 위해 제어부의 기준 전압을 출력 캐패시터와 크게 차이가 나지 않도록 천천히 상승시킴과 동시에 과전류 감지 이득을 조정한다. 이로써 외부 전원에서 들어오는 돌입 전류를 감소시켜 전력 변환기의 신뢰성을 높이고 주변 회로의 오 동작을 방지할 수 있다

Description

과도 상태에서의 돌입 전류 감소 방법 및 돌입 전류 감소 장치{Method and Device of Reducing an Inrush Current in an Initial Unstable State}

본 발명은 전력 변환기의 소프트 스타트 제어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 변환기의 초기 과도 상태에서 외부 전원으로부터 유입되는 돌입 전류를 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

전력 변환기를 초기에 동작시키는 경우, 일반적으로 내부에서 생성되는 밴드갭 전압과 출력 캐패시터의 전압 차이가 크다. 따라서, 제어기는 큰 전류를 이용하여 출력 캐패시터를 충전시키려 하게 되고 이러한 성분은 외부 전원에서 보았을 때 큰 돌입전류(inrush current)로 보이며, 전력 변환기의 신뢰성뿐만 아니라 주변 회로 동작에도 나쁜 영향을 미치게 된다. 이는 제어기의 기준 전압을 출력 캐패시터와 크게 차이가 나지 않도록 천천히 상승시켜 작은 유입 전류로도 충전할 수 있게 함으로써 어느 정도 개선이 가능하다. 그러나 완전한 초기상태에서는 너무 낮은 전압 레벨로 인해 제어기의 이득 및 대역폭이 줄어들어 원하는 레벨로 제어하는 것이 용이하지 않다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전압레벨에 상관없이 초기 과도 상태에서 외부 전원에 의한 돌입전류를 감소시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 과도 상태에서의 돌입 전류 감소 방법은, 기준 전압을 생성하는 단계, 일정 기울기를 가지고 증감하는 제 1 신호를 발생하는 단계, 상기 기준 전압과 상기 제 1 신호를 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 과전류 방지 기능을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 과전류 방지 기능을 제어하는 단계는, 상기 기준 전압과 상기 제 1 신호의 비교 결과에 따라 과전류 감지 이득을 증감하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 과전류 감지 이득을 증감하는 단계는, 상기 제 1 신호가 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 과전류 감지 이득을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 과전류 감지 이득을 증감하는 단계는, 상기 제 1 신호가 상기 기준 전압보다 큰 경우 상기 과전류 감지 이득을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 과전류 감지 이득의 증감에 따라 돌입 전류 감소 구간을 과도상태 전구간으로 확장할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 기준 전압은 내부 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며, 상기 제 1 신호는 상기 내부 전압이 일정 기울기를 갖도록 변화시킨 신호일 수 있다.

다른 실시 예에서, 상기 기준 전압은 내부 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며, 상기 제 1 신호는 상기 과전류 방지 기능을 통해 제어되는 출력신호를 통해 유도된 것일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 돌입 전류 감소 장치는, 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성부, 상기 기준 전압과 일정 기울기를 갖고 증감하는 제 1 신호를 비교하여 과전류 감지 이득을 제어하는 이득 제어부, 및 상기 이득 제어부의 결과에 따라 과전류 방지 기능을 제어하기 위한 과전류 방지 신호 생성부를 포함한다.

상기 이득 제어부는, 상기 기준 전압과 상기 제 1 신호의 비교 결과에 따라 과전류 감지 이득을 증감할 수 있다.

상기 이득 제어부는, 상기 제 1 신호가 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 과전류 감지 이득을 증가시킬 수 있다. 상기 이득 제어부는, 상기 제 1 신호가 상기 기준 전압보다 큰 경우 상기 과전류 감지 이득을 감소시킬 수 있다.

상기 돌입 전류 감소 장치는 상기 과전류 감지 이득의 증감에 따라 돌입 전류 감소 구간을 과도상태 전구간으로 확장할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 기준 전압은 내부 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며, 상기 돌입 전류 감소 장치는 상기 내부 전압이 일정 기울기를 갖도록 변화시켜 상기 제 1 신호를 생성하는 램프-업 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에서, 상기 기준 전압은 내부 전압의 레벨 변화를 통해 생성되 며, 상기 돌입 전류 감소 장치는 상기 과전류 방지 기능을 통해 제어되는 출력신호에 기초하여 상기 제 1 신호를 생성하는 출력전압 감지부를 더 포함할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 외부 전원에서 들어오는 돌입 전류를 감소시킴으로써 전력 변환기의 신뢰성을 높이고 주변 회로의 오 동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미 인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전력 변환 장치(100)를 나타내는 블록도이다.

전력 변환 장치(100)는 직류 전원전압(VIN)보다 낮은 직류 출력전압(VOUT)을 발생시키는 DC-DC 컨버터로, 밴드 갭 기준 전압(BGR)에 기초하여 다양한 전압 레벨을 갖는 기준 전압들을 발생시키고 직류 전원전압(VIN)을 안정화시키며 안정화된 직류 출력전압(VOUT)을 발생시킨다.

도 1을 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 기준 전압 생성부(110), 램프-업 신호 생성부(120), 이득 제어부(130), 과전류 방지 신호 생성부(140), 제어부(150), 파워 스위치 및 구동 회로부(160), 및 전류 검출부(170)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 돌입 전류 감소 장치는 기준 전압 생성부(110), 이득 제어부(130), 및 과전류 방지 신호 생성부(140)를 포함하여 구성되며, 도 1의 실시 예에서 램프-업 신호 생성부(120)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 전력 변환 장치(100)의 동작을 설명한다.

기준 전압 생성부(110)에서 발생된 밴드 갭 기준 전압(BGR)에 기초하여 램프-업 신호 생성부(120)를 통해 천천히 상승하는 제 1 신호(REF)를 발생시킨다.

상기 제 1 신호(REF)는 기준 전압 생성부(110)에서 발생된 기준전압(Vr)과 이득 제어부(130)에서 서로 비교된다. 또한 상기 제 1 신호(REF)는 제어부(150)의 기준 전압으로 제공될 수 있다. 비교 결과 상기 제 1 신호(REF)가 상기 기준 전압(Vr)보다 작은 경우, 전류 검출부(170)가 파워 스위치 및 구동 회로부(160)에 흐르는 전류(Ipmos)를 검출하여 발생시킨 검출 전류 신호(CS, OCS)를 제어하여 과전류 감지 이득을 증가시킨다. 높아진 과전류 감지 이득에 기초하여 발생된 과전류 방지 신호(OCP)는, 제어부(150)가 원하더라도 스위치 전류가 임의로 정한 전류 레벨을 넘지 못하도록 과전류 제한 레벨을 낮추어 제어하는 소프트 스타트 제 1 방식으로 돌입 전류를 감소시킨다.

반대로 상기 제 1 신호(REF)가 상기 기준 전압(Vr)보다 작지 않은 경우, 제어부의 기준 전압을 출력 캐패시터와 크게 차이가 나지 않도록 천천히 상승시키는 소프트 스타트 제 2 방식으로 돌입 전류를 감소시킨다.

도 2는 기준전압 생성부(110)를 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 기준 전압 생성부(110)는 밴드 갭 기준 전압 발생부(110a) 및 기준 전압 발생기(110b)를 포함하여 구성된다.

밴드 갭 기준 전압 발생부(110a)는 스타트-업 회로(start-up circuit)(111), PMOS 트랜지스터들(MP111, MP112, MP113), 저항들(R111, R112, R113), PNP 트랜지스터들(Q111, Q112) 및 연산증폭기(112)를 포함하여 구성될 수 있다. 스타트-업 회로(111)는 파워 인에이블 신호(P_EN)에 응답하여 밴드 갭 기준 전압 발생부(110a)의 동작이 개시되도록 한다. 스타트-업 회로(111)의 출력단자는 연산증폭기(112)의 반전 입력단자에 결합되어 있다.

연산증폭기(112)의 반전 입력단자는 저항(R111)과 PNP 트랜지스터(Q111) 사이에, 비반전 입력단자는 저항(R112)과 저항(R113) 사이에 결합되어 부귀환이 정귀환보다 우세하도록 하며, 이는 밴드 갭 기준 전압 발생부(110a)가 안정적으로 동작하도록 한다.

PMOS 트랜지스터들(MP111, MP112, MP113)의 각 소스는 직류 전원전압(VIN)에 결합되어 있고, 게이트는 연산증폭기(112)의 출력단자에 결합되어 있다. 저항(R111)은 PMOS 트랜지스터(MP112)의 드레인과 연산증폭기(112)의 반전 입력단자 사이에 결합되어 있고, 저항(R112)은 PMOS 트랜지스터(MP113)의 드레인과 연산증폭기(112)의 비반전 입력단자 사이에 결합되어 있다.

PNP 트랜지스터(Q111)는 연산증폭기(112)의 반전 입력단자에 결합된 에미터, 접지에 연결된 베이스 및 콜렉터를 갖는다.

저항(R113)은 연산증폭기(112)의 비반전 입력단자와 PNP 트랜지스터(Q112)의 에미터 사이에 결합되어 있다. PMOS 트랜지스터(MP113)의 드레인에서 밴드 갭 기준 전압(BGR)이 출력되고, PMOS 트랜지스터(MP111)의 드레인에서 밴드 갭 기준전류(ISEN_BGR)가 출력된다. 예컨대, 밴드 갭 기준 전압(BGR)은 약 1.25V이다.

밴드 갭 기준 전압 발생부(110a)는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다. 따라서, 도 2에 도시된 밴드 갭 기준 전압 발생부(110a)의 동작에 대한 설명은 생략한다.

기준 전압 발생기(110b)는 연산증폭기(113), 및 저항들(R114, R115)을 포함 하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 기준 전압 발생기(110b)의 동작을 설명한다.

기준 전압 발생기(110b)는 밴드 갭 기준 전압(BGR)과 같은 내부 전압의 레벨 변화를 통하여 기준 전압(Vr)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 기준 전압 발생기(110b)는 밴드 갭 기준 전압(BGR)에 응답하여 저항들(R114, R115)로 구성된 전압 분배기를 통해 제 2 전압 레벨을 가지는 기준 전압(Vr)을 발생시킨다.

도 3은 램프-업 신호 생성부(120)를 도시한 회로도이다.

도 3을 참조하면, 램프-업 신호 생성부(120)는 트랜스 컨덕턴스 증폭기(Operational Transconductance Amplifier, 121) 및 캐패시터(C121)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 램프-업 신호 생성부(120)의 동작을 설명한다.

밴드 갭 기준 전압(BGR)이 트랜스 컨덕턴스 증폭기(121)의 비반전 입력단자에 입력된다. 밴드 갭 기준 전압(BGR)이 트랜스 컨덕턴스 증폭기(121)의 비반전 입력단자에 입력되면, 캐패시터(C121)가 충전되기 시작하고 그에 따라 일정 기울기를 갖고 증감하는 선형적인 제 1 신호(REF)가 생성된다.

도 4는 이득 제어부(130)를 도시한 회로도이다.

도 4을 참조하면, 이득 제어부(130)는 비교기(131) 및 전압 발생부(130a)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 이득 제어부(130)의 동작을 설명한다.

제 1 신호(REF), 즉 캐패시터(C121) 양단의 전압이 증가하여 기준 전압(Vr)보다 커지면, 비교기(131)의 출력신호인 과전류 조절 신호(OCR)는 로직 “하이” 상태가 된다. 따라서 NMOS 트랜지스터(MN131)가 켜지고 전류 감지 회로에서 제공되는 감지 전류가 저항들(R131, R132)의 병렬결합에 의해 작아진 합성 저항을 통해 흐르므로 과전류 감지 이득이 작아진다.

반대로 제 1 신호(REF)가 기준 전압(Vr)보다 작은 경우, 비교기(131)의 출력신호인 과전류 조절 신호(OCR)는 로직 “로우” 상태가 된다. 따라서 NMOS 트랜지스터(MN131)가 턴오프되고 전류 감지 회로에서 제공되는 감지 전류가 하나의 저항(R132)만을 통해 흐르므로 과전류 감지 이득은 커진다.

따라서 제 1 신호(REF)와 기준 전압(Vr)의 비교결과에 따라 조정된 과전류 감지 이득에 의해 전압 발생부(130a)의 출력(Vocs)이 조정된다.

도 5는 과전류 방지 신호 생성부(140)를 도시한 회로도이다.

도 5를 참조하면, 과전류 방지 신호 생성부(140)는 비교기(141)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 과전류 방지 신호 생성부(140)의 동작을 설명한다.

과전류 방지 신호 생성부(140)는 전압 발생부(130a)의 출력(Vocs)과 상기 밴드 갭 기준 전압(BGR)을 비교하여 과전류 방지 신호(OCP)를 생성한다.

도 6은 제어부(150)를 도시한 회로도이다.

제어부(150)는 파워 스위치 및 구동 회로부(160)의 P형 파워 MOS 트랜지스 터(PMP)에 흐르는 전류(Ipmos)를 나타내는 검출전압 신호(CS), 일정 기울기를 가지고 증감하는 제 1 신호(REF) 및 직류 출력 전압(VOUT)에 기초하여 펄스 폭 변조신호(PWM)를 생성한다. 도 6을 참조하면, 제어부(150)는 피드백 회로(151), 주파수 보상회로(152) 및 비교기(153)를 포함하여 구성될 수 있다.

피드백 회로(151)는 저항들(R151, R152)로 이루어진 전압 분배기 구조를 포함하여 구성될 수 있다.

주파수 보상회로(152)는 저항들(R153, R154), 캐패시터(C151) 및 연산증폭기(154)를 포함하는 적분기(Integrator)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 제어부(150)의 동작을 설명한다.

주파수 보상회로(152)는 피드백 회로(151)에서 발생된 출력전압의 피드백 전압신호(FB)와 제 1 신호(REF)를 두 입력으로 하여 주파수 보상된 피드백 전압신호를 생성한다. 여기서 상기 주파수 보상된 피드백 전압신호를 제어신호(VC)라고 칭한다. 비교기(153)는 상기 제어신호(VC)와 검출전압 신호(CS)를 비교하고 펄스 폭 변조 신호(PWM)를 발생시킨다.

도 7은 파워 스위치 및 구동 회로부(160)를 도시한 회로도이다. 도 7을 참조하면, 파워 스위치 및 구동 회로부(160)는 P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)와 N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN), 게이트 구동회로(161), 로우 패스 필터(162)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 상기한 구성을 갖는 파워 스위치 및 구동 회로부(160)의 동작을 설명한다.

게이트 구동회로(161)는 과전류 방지 신호(OCP) 및 펄스 폭 변조 신호(PWM)에 응답하여 PMOS 게이트 구동신호(VGP) 및 NMOS 게이트 구동신호(VGN)를 발생시킨다. P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)와 N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN)는 게이트 구동신호들(VGP, VGN)에 응답하여 스위칭 동작을 하여 직류 전원(POWER SOURCE)의 출력인 직류 전원전압(VIN)을 로우 패스 필터(162)에 전달한다. 게이트 구동회로(161)는 과전류 방지 신호(OCP)가 로직 "하이"가 되면 PMOS 게이트 구동 신호를 오프시켜 직류 전원으로부터의 경로를 차단하여 인덕터(LS)를 통하여 더 이상 전류가 증가하지 못하게 한다. 게이트 구동회로(161)는 RS 플립플롭을 포함할 수 있다.

로우 패스 필터(162)는 전기 에너지를 생성하고 저장한다. P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)가 온 상태이고 N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN)가 오프 상태일 때, 직류 전원전압(VIN)에 대응하는 전류가 P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP), 인덕터(LS) 및 캐패시터(CS)를 통해 흐른다.

P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)가 오프 상태이고 N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN)가 온 상태일 때, 인덕터(LS) 에 흐르던 전류가 N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN) 및 캐패시터(CS)를 통해 흐른다.

N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN)가 오프 상태일 때일 때, N형 파워 MOS 트랜지스터(PMN)에 기생적으로 존재하는 역 병렬 다이오드(anti-parallel diode), 인덕터(LS) 및 캐패시터(CS)를 통해 전류가 흐른다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.

도 8을 참조하면, 전력 변환 장치(200)는 기준 전압 생성부(210), 램프-업 신호 생성부(220), 이득 제어부(230), 과전류 방지 신호 생성부(240), 제어부(250), 파워 스위치 및 구동 회로부(260), 전류 검출부(270), 및 출력전압 감지부(280)를 포함하여 구성된다. 출력전압 감지부(280)는 저항들(R201, R202)로 이루어진 전압 분배기 구조를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 돌입 전류 감소 장치는 기준 전압 생성부(210), 이득 제어부(230), 및 과전류 방지 신호 생성부(240)를 포함하여 구성되며, 도 8의 실시 예에서 출력전압 감지부(280)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

도 8에 도시된 전력 변환 장치(200)는 기준 전압(Vr)이 램프-업 신호 생성부를 통해 발생된 제 1 신호(REF)와 비교되어 과전류 감지 이득을 조정하는 것이 아니라, 출력전압(VOUT)을 분배한 제 1 신호(Vo)와 비교되어 과전류 감지 이득을 조정한다는 점이 도 1에 도시된 전력 변화 장치(100)와 다르다. 램프-업 신호 생성부(220)를 통해 발생된 제 1 신호(REF)와 출력전압(VOUT)의 분배된 제 1 신호(Vo)는 실질적으로 같은 파형을 이룬다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 소프트 스타트 제어에 의한 돌입 전류 감소 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 9는 도 1 의 블록도에 대응되는 돌입 전류 감소를 위한 소프트 스타트 제어 방법을 나타내고, 도 10은 도 8 의 블록도에 대응되는 돌입 전류 감소를 위한 소프트 스타트 제어 방법을 나타낸다. 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 돌입 전류 감소를 위한 소프트 스타트 제어 방법을 설명한다.

먼저 밴드 갭 기준 전압(BGR)을 생성한다(S91).

생성된 밴드 갭 기준 전압(BGR)에 기초하여 천천히 상승하는 제 1 신호(REF)를 생성한다(S92).

상기 밴드 갭 기준 전압(BGR)에 기초하여 기준전압(Vr)을 생성한다(S93).

생성된 제 1 신호(REF)와 기준 전압(Vr)을 비교한다(S94).

비교 결과, 상기 제 1 신호(REF)가 상기 기준 전압(Vr)보다 작은 경우 과전류 조절 신호(OCR)를 활성화시킨다(S95).

활성화된 과전류 조절 신호(OCR)에 따라 과전류 감지 이득을 높인다(S97).

높아진 과전류 감지 이득에 기초하여 과전류 방지 신호(OCP)를 생성한다(S99).

생성된 과전류 방지 신호(OCP)에 의하여, 제어부가 원하더라도 스위치 전류가 임의로 정한 전류 레벨을 넘지 못하도록 과전류 제한 레벨을 낮추어 제어하는 소프트 스타트 제 1 방식으로 돌입 전류를 감소시킨다(S910).

비교 결과, 상기 제 1 신호(REF)가 상기 기준 전압(Vr)보다 작지 않은 경우 과전류 조절 신호(OCR)를 비활성화시킨다(S96).

이에 따라, 제어부의 기준 전압을 출력 캐패시터와 크게 차이가 나지 않도록 천천히 상승시키는 소프트 스타트 제 2 방식으로 돌입 전류를 감소시킨다(S98).

도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 돌입 전류 감소를 위한 소프트 스타트 제어 방법을 설명한다.

먼저 출력 전압(VOUT)을 감지하고(S101), 밴드 갭 기준 전압(BGR)을 생성한 다(S102).

감지된 출력전압(VOUT)으로 제 1 신호(Vo)를 생성하고(S103), 상기 밴드 갭 기준 전압(BGR)에 기초하여 기준전압(Vr)을 생성한다(S104).

상기 제 1 신호(Vo)와 상기 기준 전압(Vr)을 비교한다(S105).

비교 결과, 상기 제 1 신호(Vo)가 상기 기준 전압(Vr)보다 작은 경우 과전류 조절 신호(OCR)를 활성화시킨다(S106).

활성화된 과전류 조절 신호(OCR)에 따라 과전류 감지 이득을 높인다(S108).

높아진 과전류 감지 이득에 기초하여 과전류 방지 신호(OCP)를 생성한다(S110).

생성된 과전류 방지 신호(OCP)에 의하여, 제어부가 원하더라도 스위치 전류가 임의로 정한 전류 레벨을 넘지 못하도록 과전류 제한 레벨을 낮추어 제어하는 소프트 스타트 제 1 방식으로 돌입 전류를 감소시킨다(S111).

비교 결과, 상기 제 1 신호(Vo)가 상기 기준 전압(Vr)보다 작지 않은 경우 과전류 조절 신호(OCR)를 비활성화시킨다(S107).

이에 따라, 제어부의 기준 전압을 출력 캐패시터와 크게 차이가 나지 않도록 천천히 상승시키는 소프트 스타트 제 2 방식으로 돌입 전류를 감소시킨다(S109).

도 11은 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작을 나타내는 내부 신호의 타이밍도이다.

이하, 도 11 및 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작을 살펴본다.

인에이블 신호(P_EN)가 로직 로우에서 로직 하이로 천이됨에 따라 기준전압 생성부(110)가 동작하여 밴드갭 기준전압(BGR)과 기준전압(Vr)이 생성된다.

램프-업 신호 생성부(120)는 밴드갭 기준전압(BGR)에 응답하여 일정 기울기를 갖고 증가하는 제 1 신호(REF)를 생성한다.

전류 검출부(170)는 파워 스위치 및 구동 회로부(160)의 P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)에 흐르는 전류(Ipmos)를 감지하여 검출 전류 신호(OCS)를 생성한다. 검출 전류 신호(OCS)는 이득 제어부(130)를 통해 전압 출력(Vocs)으로 변환된다. 이 때, 제 1 신호(REF)가 기준전압(Vr)보다 낮을 경우 비교기(131)의 출력신호인 과전류 조절 신호(OCR)가 로직 로우가 되고, 이로 인해 이득 제어부(130)의 과전류 감지 이득이 증가하게 되어 상대적으로 작은 전류가 흘러도 전압 출력(Vocs)이 문턱 전압(threshold voltage)에 도달하게 된다.

과전류 방지 신호 생성부(140)는 전압 발생부(130a)의 출력(Vocs)과 밴드 갭 기준 전압(BGR)을 비교하여 과전류 방지 신호(OCP)를 생성한다.

과전류 방지 신호(OCP)는 제어부(150)로 인가되어 PWM 신호를 로직 하이로 만들고, 이로 인해 파워 스위치 및 구동 회로부(160)의 P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)가 오프된다.

제 1 신호(REF)가 증가하여 기준전압(Vr)을 초과하면 비교기(131)의 출력신호인 과전류 조절 신호(OCR)가 로직 하이가 된다. 이때는 과전류 감지 이득을 낮추어 상대적으로 큰 전류가 P형 파워 MOS 트랜지스터(PMP)에 흐르면 전압 출력(Vocs)이 문턱전압(threshold voltage)에 도달하여 과전류 방지 신호(OCP)가 로직 하이가 된다.

도 12은 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작을 나타내는 내부 신호의 타이밍도이다.

제 1 신호(REF)와 기준 전압(Vr)을 비교하는 도 11의 타이밍도와 다르게 도 12에서는 제 1 신호(REF)가 아닌 센싱한 출력 전압(Vo)과 기준전압(Vr)을 비교한다. 출력 전압(Vo)이 기준전압(Vr) 보다 작을 경우, 비교기(131)의 출력신호인 과전류 조절 신호(OCR)가 로직 로우가 되어 과전류 감지 이득을 높이고 반대로 초과하면 과전류 조절 신호(OCR)가 로직 하이가 되어 과전류 감지 이득을 낮춘다.

그 밖의 동작은 상술한 도 11과 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.

도 2는 도 1의 전력 변환 장치에 포함되어 있는 기준 전압 생성부의 하나의 실시 예를 나타내는 회로도이다.

도 3은 도 1의 전력 변환 장치에 포함되어 있는 램프-업 신호 생성부의 하나의 실시 예를 나타내는 회로도이다.

도 4은 도 1의 전력 변환 장치에 포함되어 있는 이득 제어부의 하나의 실시 예를 나타내는 회로도이다.

도 5는 도 1의 전력 변환 장치에 포함되어 있는 과전류 방지 신호 생성부의 하나의 실시 예를 나타내는 회로도이다.

도 6은 도 1의 전력 변환 장치에 포함되어 있는 제어부의 하나의 실시 예를 나타내는 회로도이다.

도 7은 도 1의 전력 변환 장치에 포함되어 있는 파워 스위치 및 구동 회로부의 하나의 실시 예를 나타내는 회로도이다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타내는 블록도이다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 소프트 스타트 제어에 의한 돌입 전류 감소 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 11은 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동 작을 나타내는 내부 신호의 타이밍도이다.

도 12은 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작을 나타내는 내부 신호의 타이밍도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200,: 전력 변환 장치

110, 210 : 기준 전압 생성부

120, 220 : 램프-업 신호 생성부

130, 230 : 이득 제어부

140, 240 : 과전류 방지 신호 생성부

150, 250 : 제어부

160, 260 : 파워 스위치 및 구동 회로부

170, 270 : 전류 검출부

280 : 출력 전압 감지부

Claims (14)

1. 기준 전압을 생성하는 단계;

   일정 기울기를 가지고 증감하는 제 1 신호를 발생하는 단계;

   상기 기준 전압과 상기 제 1 신호를 비교하는 단계; 및

   상기 비교 결과에 따라 과전류 방지 기능을 제어하는 단계를 포함하고,

   상기 과전류 방지 기능을 제어하는 단계는, 상기 기준 전압과 상기 제 1 신호의 비교 결과에 따라 과전류 감지 이득을 증감하는 단계를 포함하는 과도 상태에서의 돌입 전류 감소 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 과전류 감지 이득을 증감하는 단계는, 상기 제 1 신호가 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 과전류 감지 이득을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 과전류 감지 이득을 증감하는 단계는, 상기 제 1 신호가 상기 기준 전압보다 큰 경우 상기 과전류 감지 이득을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 과전류 감지 이득의 증감에 따라 돌입 전류 감소 구간을 과도상태 전구간으로 확장하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 전압은 밴드 갭 기준 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며, 상기 제 1 신호는 상기 밴드 갭 기준 전압이 일정 기울기를 갖도록 변화시킨 신호인 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 전압은 밴드 갭 기준 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며, 상기 제 1 신호는 상기 과전류 방지 기능을 통해 제어되는 출력신호를 통해 유도된 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 방법.
8. 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성부;

   상기 기준 전압과 일정 기울기를 갖고 증감하는 제 1 신호를 비교하여 과전류 감지 이득을 제어하는 이득 제어부; 및

   상기 이득 제어부의 결과에 따라 과전류 방지 기능을 제어하기 위한 과전류 방지 신호 생성부를 포함하는 돌입 전류 감소 장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 8항에 있어서,

    상기 기준 전압은 밴드 갭 기준 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며,

    상기 밴드 갭 기준 전압이 일정 기울기를 갖도록 변화시켜 상기 제 1 신호를 생성하는 램프-업 신호 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 장치.
14. 제 8항에 있어서,

    상기 기준 전압은 밴드 갭 기준 전압의 레벨 변화를 통해 생성되며,

    상기 과전류 방지 기능을 통해 제어되는 출력신호에 기초하여 상기 제 1 신호를 생성하는 출력전압 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 감소 장치.

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