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KR102001449B1 - 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치 - Google Patents

히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치 Download PDF

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KR102001449B1
KR102001449B1 KR1020170166897A KR20170166897A KR102001449B1 KR 102001449 B1 KR102001449 B1 KR 102001449B1 KR 1020170166897 A KR1020170166897 A KR 1020170166897A KR 20170166897 A KR20170166897 A KR 20170166897A KR 102001449 B1 KR102001449 B1 KR 102001449B1
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short
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Abstract

본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 전력변환 장치가 과전류 상태일 때 발생하는 과전류 보호신호에 따라 단락신호를 생성하는 단락신호 생성부; 상기 단락신호가 변화할 때 소정의 펄스폭을 갖는 소프트 스타트 제어신호를 출력하는 충방전 제어부; 및 상기 소프트 스타트 제어신호가 입력되면 상기 전력변환 장치가 소프트 스타트 동작을 수행하도록 소프트 스타트 전압을 출력하는 충방전부를 포함하고, 상기 소프트 스타트 동작은, 상기 과전류 상태가 지속되는 동안 히컵 시간 간격으로 반복되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치는, 단락 상황에서 소프트 스타트가 히컵으로 동작되도록 함으로써, 전력변환 장치를 보호하고 출력전압의 안정적인 재시작을 가능하게 할 뿐 아니라 수동 소자없이 간단하게 히컵 시간을 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치{Soft-start circuit with hiccup operation and power converting apparatus including the same}
본 발명은 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단락 상황에서 소프트 스타트가 히컵으로 동작되도록 함으로써, 전력변환 장치를 보호하고 출력전압의 안정적인 재시작을 가능하게 할 뿐 아니라 수동 소자없이 간단하게 히컵 시간을 생성할 수 있는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스위칭 레귤레이터와 같은 전력변환 장치는 구동시의 돌입전류로 인해 야기되는 문제를 방지하기 위해 소프트 스타트 기능이 구비되어 있는 경우가 많은데, 종래의 소프트 스타트 회로는 레귤레이터 구동 시에 출력을 접지(GND) 레벨에서 목표한 출력전압(VOUT)까지 전압을 점진적으로 증가시켜 구동 시의 돌입전류를 방지하는 단순한 기능만을 가지고 있다.
또한, 종래의 소프트 스타트 회로는 전원 인가시 외에 저전압차단(UVLO, Under-Voltage Lock-Out), 과온도, 과전류 및 단락 상태와 같이 다양한 비정상적인 상태에서 소프트 스타트 방식으로 스위칭을 재시작할 수 있는 기능을 제공하지 못하는 문제가 있다.
특히, 종래의 소프트 스타트 회로는 과전류 또는 단락 상태가 지속되는 동안에 전력변환 장치를 효과적으로 안전하게 보호하기 위한 수단으로서 효율적인 기능을 제공하지 못하는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단락 상황에서 소프트 스타트가 히컵으로 동작되도록 함으로써, 전력변환 장치를 보호하고 출력전압의 안정적인 재시작을 가능하게 할 뿐 아니라 수동 소자없이 간단하게 히컵 시간을 생성할 수 있는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 전력변환 장치의 소프트 스타트를 제어하는 소프트 스타트 회로에 있어서, 상기 전력변환 장치가 과전류 상태일 때 발생하는 과전류 보호신호에 따라 단락신호를 생성하는 단락신호 생성부; 상기 단락신호가 변화할 때 소정의 펄스폭을 갖는 소프트 스타트 제어신호를 출력하는 충방전 제어부; 및 상기 소프트 스타트 제어신호가 입력되면 상기 전력변환 장치가 소프트 스타트 동작을 수행하도록 소프트 스타트 전압을 출력하는 충방전부를 포함하고, 상기 소프트 스타트 동작은, 상기 과전류 상태가 지속되는 동안 히컵 시간 간격으로 반복되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 상기 단락신호 및 소프트 스타트 전압에 따라 히컵시간 제어신호를 출력하는 히컵시간 제어부 및 상기 히컵시간 제어신호가 입력되면 상기 단락신호 생성부를 초기화하도록 리셋 신호를 출력하는 초기화부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 상기 단락신호 생성부는 과전류 보호신호를 카운팅하는 카운터를 포함하고, 상기 초기화부는, 상기 히컵신호 제어신호에 의하여 세트되고 상기 과전류 보호신호에 의하여 리셋되는 리셋 신호를 출력하는 래치를 포함하고, 상기 리셋 신호는 상기 카운터의 리셋 단자에 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 상기 히컵 시간 간격은 상기 충방전부의 소프트 스타트 동작을 수행하는 데에 걸리는 시간에 의하여 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 상기 충방전 제어부는, 저전압차단 상태신호 및 과온도 보호신호에 따라 상기 전력변환 장치가 저전압 상태 및 과온도 상태에서 해제되거나, 상기 단락신호가 변화할 때 상기 충방전부가 충전되는 소프트 스타트 전압을 출력하도록 소프트 스타트 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로는, 상기 충방전 제어부는, 상기 단락신호가 변화할 때 소정의 펄스폭을 갖는 원샷 펄스를 생성하는 원샷 생성부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로를 구비한 전력변환 장치는, 상술한 소프트 스타트 회로; 상기 전력변환 장치의 출력 전압으로부터 생성된 피드백 신호와 상기 소프트 스타트 전압을 비교하여 스위칭 입력신호를 출력하는 비교부; 상기 스위칭 입력신호에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 스위칭 제어부; 상기 게이트 구동신호에 따라 스위칭 동작을 수행하여 스위칭 출력전압을 출력하는 하이사이드 스위치 및 로우사이드 스위치를 포함하는 스위치부; 및 상기 스위칭 출력전압을 필터링하여 출력전압을 생성하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로를 구비한 전력변환 장치는, 상기 스위칭 제어부는, 상기 스위칭 입력신호에 따라 상기 하이사이드 스위치가 소정의 시간으로 턴온되도록 온-타임 제어신호를 출력하는 온-타임 생성부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로 및 이를 구비한 전력변환 장치는, 단락 상황에서 소프트 스타트가 히컵으로 동작되도록 함으로써, 전력변환 장치를 보호하고 출력전압의 안정적인 재시작을 가능하게 할 뿐 아니라 수동 소자없이 간단하게 히컵 시간을 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로를 구비한 전력변환 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 도 1의 소프트 스타트부를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 초기화부를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 단락신호 생성부를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 히컵시간 제어부를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 충방전 제어부를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 충방전부를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로의 모의실험 파형을 도시한 파형도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
도 1은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로를 구비한 전력변환 장치를 도시한 블록도이다.
본 발명의 전력변환 장치는 DC/DC 컨버터와 같은 스위칭 레귤레이터 뿐 아니라 소프트 스타트 회로를 적용할 수 있는 일반적인 전력변환 장치일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 스위칭 레귤레이터에 대하여 그 작동원리를 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로를 구비한 전력변환 장치는, 전력변환 장치의 출력 전압으로부터 생성된 피드백 신호(VFB)와 소프트 스타트 전압(VSS)을 비교하여 스위칭 입력신호(COMP)를 출력하는 비교부(100)와, 상기 스위칭 입력신호(COMP)에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 스위칭 제어부(200)와, 상기 게이트 구동신호에 따라 스위칭 동작을 수행하여 스위칭 출력전압을 출력하는 하이사이드 스위치 및 로우사이드 스위치를 포함하는 스위치부 및 상기 스위칭 출력전압을 필터링하여 출력전압을 생성하는 필터 및 비교부(100)에서 피드백 신호(VFB)와 비교되는 소프트 스타트 전압(VSS)을 생성하는 소프트 스타트부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서 스위칭 제어부(200)는, 스위칭 입력신호(COMP)에 따라 스위치부의 구동신호를 생성하는 PWM 변조부와, 과전류 및 과온도 상태를 감지하는 과전류 및 과온도 보호회로를 포함할 수 있다. 이에 덧붙여, 전력변환 장치가 적응형 온-타임(AOT, Adaptive On-Time) 방식으로 구성되는 경우에 스위칭 제어부(200)는, 비교부(100)의 스위칭 입력신호(COMP)에 따라 스위치부의 하이사이드 스위치가 소정의 시간으로 턴온되도록 온-타임 제어신호를 출력하는 온-타임 생성부를 더 포함할 수도 있다.
먼저, 각 단자에 대해서 설명하면 다음과 같다.
소프트 스타트 전압(VSS)은, 전력변환 장치에 전원이 인가되어 동작을 시작할 때 또는 과전류, 과온도 또는 저전압차단 상태에서 전원변환 장치의 스위칭이 중단되었다가 다시 재시작할 때 출력전압의 급격한 상승에 의한 돌입 전류 또는 출력전압의 오버슈트를 방지하기 위하여 일정 시간 동안 커패시터의 충전에 의하여 서서히 상승하고 이에 따라 출력전압이 서서히 상승하도록 한다.
과전류 보호신호(OCP)는, 과부하 또는 부하측의 단락에 의하여 과전류가 발생할 때 이를 감지하여 과전류 상태임을 표시하는 신호이다.
과온도 보호신호(OTP)는, 전력변환 장치의 온도가 특정 온도 이상 상승할 때 회로의 보호를 위하여 과온도 상태임을 나타내는 신호이다.
저전압차단 상태신호(UVLO_OK)는, 전력변환 장치의 안정된 동작을 위하여 전력변환 장치에 인가되는 전원이 소정의 전압 이상인지 여부를 나타내는 신호이다. 여기에서 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)는 입력되는 전원이 소정의 전압 이상인 경우에 활성화되고 입력되는 전원이 소정의 전압 보다 작은 경우에는 비활성화된다.
스위칭 상태신호(HSON)는, 스위부의 하이사이드 스위치가 턴온되었는지 여부를 나타내는 신호이다. 예를 들어 하이사이드 스위치가 턴온되었을 때 하이이고 턴오프되었을 때 로우신호일 수 있다.
스위칭 입력신호(COMP)는, 비교부(100)에서 출력되어 스위칭 제어부(200)에 입력되는 신호로서 비교부(100)에서 피드백 신호(VFB)를 소프트 스타트 전압(VSS) 또는 비교신호(VC)와 비교하여 피드백 신호(VFB)가 소프트 스타트 전압(VSS) 또는 비교신호(VC)를 따라가도록 스위칭 제어부(200)를 제어하는 신호이다.
단락신호(SHORT)는, 과전류 보호신호(OCP)에 의하여 과전류 상태임이 감지되는 경우 회로가 단락상태임을 표시하는 신호로서, 이 신호는 과전류 상태에서 히컵시간 간격으로 발생과 해제를 반복한다. 또한 이 신호는 스위칭 제어부(200)에 입력되어 스위칭 동작의 차단과 해제를 제어할 수 있고, 이 신호가 해제된 경우에는 소프트 스타트로 스위칭 동작이 재개되며 해제 후에 여전히 과전류 상태로 감지되면 다시 활성화되어 스위칭 동작을 차단한다.
도 2는 본 발명에 따른, 도 1의 소프트 스타트부(300)를 도시한 블록도이다.
도 2에 따르면, 본 발명의 소프트 스타트부(300)는, 전력변환 장치가 과전류 상태일 때 발생하는 과전류 보호신호(OCP)에 따라 단락신호(SHORT)를 생성하는 단락신호 생성부(320)와, 상기 단락신호(SHORT)가 변화할 때 소정의 펄스폭을 갖는 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 출력하는 충방전 제어부(340)와, 상기 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)가 입력되면 상기 전력변환 장치가 소프트 스타트 동작을 수행하도록 소프트 스타트 전압(VSS)을 출력하는 충방전부(350)와, 상기 단락신호(SHORT) 및 소프트 스타트 전압(VSS)에 따라 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)를 출력하는 히컵시간 제어부(330), 및 상기 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)가 입력되면 상기 단락신호 생성부(320)를 초기화하도록 리셋 신호(RST)를 출력하는 초기화부(310)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 따라, 본 발명의 소프트 스타트 동작은, 과전류 상태가 지속되는 동안 히컵 시간 간격으로 반복될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 소프트 스타트부(300)의 초기화부(310)를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 초기화부(310)는 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)에 따라 전원이 저전압으로 판단되거나 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)에 따라 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값 이상으로 상승하여 소프트 스타트 동작을 재시작하고자 하는 경우 단락신호 생성부(320)를 초기화하도록 리셋 신호(RST)를 출력한다.
이에 덧붙여, 초기화부(310)는 스위칭 입력신호(COMP) 및 스위칭 상태신호(HSON)에 의해서도 리셋 신호(RST)를 출력할 수 있다. 예를 들어 도 3에 따르면 스위칭 입력신호(COMP)가 로우이고 스위칭 상태신호(HSON)가 하이일 때 초기화부(310)는 단락신호 생성부(320)를 초기화하는 리셋 신호(RST)를 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 소프트 스타트부(300)의 단락신호 생성부(320)를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 단락신호 생성부(320)는 리셋 상태가 해제되고 소정 횟수의 과전류 보호신호(OCP)가 발생한 후에 단락신호(SHORT)가 활성화되도록 카운터를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이 과전류 보호신호(OCP)를 소정 횟수 만큼 카운트한 후에 단락신호(SHORT)를 출력하는 이유는 전력변환 장치가 과전류 상태에 있음을 정확히 판정하여 불필요하게 스위칭이 차단되거나 소프트 스타트 동작이 수행되는 것을 방지하기 위함이다. 이를 통하여 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로 및 이를 이용한 전력변환 장치는 안정된 동작을 수행할 수 있다.
단락신호(SHORT)는 스위칭 제어부(200)에 입력되어 스위칭 동작을 차단하거나 해제할 수 있으므로 단락신호(SHORT)가 활성화된 구간에서는 전력변환 장치의 스위칭이 차단되고 단락신호(SHORT)가 비활성화된 구간에서는 소프트 스타트가 재개되고 전력변환 장치의 스위칭 동작이 다시 시작될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 소프트 스타트부(300)의 히컵시간 제어부(330)를 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 히컵시간 제어부(330)는 단락신호(SHORT) 및 소프트 스타트 전압(VSS)에 따라 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)를 출력한다. 더욱 상세하게는 히컵시간 제어부(330)는 단락신호(SHORT)가 활성화된 상태(과전류 상태 또는 단락상태)에서 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값 이상이 되면 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)를 활성화시킨다.
따라서, 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 과전류 상태에서 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값으로 충전되는 시간 간격(히컵시간 간격)으로 반복하여 출력된다. 여기에서 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 초기화부(310)에 입력되어 초기화부(310)가 단락신호 생성부(320)를 리셋시키는 리셋 신호(RST)를 출력하도록 하기 때문에 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)가 발생할 때마다 전력변환 장치의 소프트 스타트 및 스위칭 동작은 다시 시작할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 소프트 스타트부(300)의 충방전 제어부(340)를 도시한 회로도이다.
도 6에 따르면, 충방전 제어부(340)는, 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)가 비활성화되거나(전력변환 장치에 인가된 전원 전압이 소정값 보다 작거나) 과온도 보호신호(OTP)가 활성화되면 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 출력한다. 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)가 활성화되어 출력되면 소프트 스타트 전압(VSS)을 출력하는 충방전부(350)의 커패시터가 방전되어 소프트 스타트를 시작할 수 있는 초기 상태로 된다.
이에 덧붙여, 충방전 제어부(340)는 단락신호(SHORT)의 변화에 따라 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 출력할 수도 있다. 이를 위하여 충방전 제어부(340)는 단락신호(SHORT)를 입력으로 하는 원샷 생성부(341)를 더 포함할 수도 있다. 여기에서 원샷 생성부(341)는 단락신호(SHORT)의 상승 또는 하강 에지에 대해서 소정의 펄스폭을 갖는 원샷 펄스를 출력하여 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 소정의 펄스폭으로 활성화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 소프트 스타트부(300)의 충방전부(350)를 도시한 회로도이다.
도 7을 보면, 본 발명의 충방전부(350)는 소정의 전류에 의하여 충전되고 스위치에 의하여 방전되는 커패시터를 포함하고 커패시터의 일단에서는 소프트 스타트 전압(VSS)이 출력된다.
커패시터와 병렬로 연결된 스위치가 오프되면 커패시터는 전류원에 의하여 서서히 충전되므로 소프트 스타트 전압(VSS)은 소정의 기울기를 가지고 상승하는 전압이 된다. 소프트 스타트 전압(VSS)이 방전 상태에서 충전이 완료되는 구간이 소프트 스타트 동작 구간이며 비교부(100)는 전력변환 장치의 출력전압이 피드백되는 피드백 신호(VFB)와 소프트 스타트 전압(VSS)을 비교하여 양자가 같아지도록 스위칭 입력신호(COMP)를 출력하여 스위칭 제어부(200)에 공급하므로 소프트 스타트 전압(VSS)이 서서히 증가함에 따라서 전력변환 장치의 출력전압도 서서히 증가하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 소프트 스타트 회로를 구비한 전력변환 장치의 모의실험 파형을 도시한 파형도이다.
도 1에 도시되어 있는 본 발명의 전력변환 장치를 도 8의 파형도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
<모드 1>
도 8의 모드 1은 입력 전원(VIN)이 인가된 후에 진행되는 소프트 스타트 동작을 보여주는 구간이다.
전력변환 장치에 입력 전원(VIN)이 인가된 직후에는 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)가 비활성화되어 초기화부(310) 및 충방전 제어부(340)에 입력된다. 비활성화된 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)에 의하여 충방전 제어부(340)는 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 출력하여 충방전부(350)의 커패시터를 방전시킨다. 그리고, 비활성화된 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)에 의하여 초기화부(310)는 리셋 신호(RST)를 단락신호 생성부(320)에 제공하여 단락신호(SHORT)를 초기화하기 때문에 스위칭 제어부(200)와 스위치부(HS SW, LS SW)는 스위칭 동작이 가능한 상태로 된다.
이 후에 인가된 입력 전원(VIN)이 증가하여 소정값 이상이 되면 저전압 차단상태가 해제되어 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)가 활성화된다. 활성화된 저전압차단 상태신호(UVLO_OK)에 의하여 충방전 제어부(340)는 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 비활성화하여 출력하여 충방전부(350)의 커패시터는 충전이 시작되고 소프트 스타트 전압(VSS)은 서서히 증가한다.
이 때 비교부(100)는 전력변환 장치의 출력전압이 피드백되는 피드백 신호(VFB)와 소프트 스타트 전압(VSS)을 비교하여 양자가 같아지도록 스위칭 입력신호(COMP)를 출력하여 스위칭 제어부(200)에 공급하므로 소프트 스타트 전압(VSS)이 서서히 증가함에 따라서 전력변환 장치의 출력전압도 서서히 증가하는 소프트 스타트 동작을 수행하게 된다. 소프트 스타트 전압(VSS)이 증가하여 비교부(100)에 입력되는 비교신호(VC)보다 커지게 되면 비교부(100)는 피드백 신호(VFB)와 비교신호(VC)를 비교하여 피드백 신호(VFB)와 비교신호(VC)가 같아지도록 스위칭 입력신호(COMP)를 출력하게 된다. 여기에서 비교신호(VC)는 에러 앰프(미도시)의 출력으로서 소정의 기준 전압과 피드백 신호(VFB)가 에러 앰프에서 그 오차가 증폭되고 양자가 같아지게 스위칭 동작이 수행되도록 비교신호(VC)를 비교부(100)에 제공하게 된다.
소프트 스타트 전압(VSS)이 증가하여 비교부(100)에 입력되는 비교신호(VC)보다 커지게 되면 비교부(100)는 피드백 신호(VFB)와 비교신호(VC)를 비교하여 피드백 신호(VFB)와 비교신호(VC)가 같아지도록 스위칭 제어부(200)를 제어하게 되고 이 때부터 전력변환 장치는 정상 동작에 들어가게 된다.
<모드 2>
도 8의 모드 2는 전력변환 장치가 정상 동작 중에 과부하에 의한 과전류 또는 단락에 의한 과전류가 발생한 경우에 반복적인 소트트 스타트 동작이 히컵시간 간격으로 이루어지는 것을 보여주는 구간이다.
전력변환 장치가 정상 동작 중에 과전류 또는 단락 상태가 되면 스위치부에는 과전류가 흐르게 된다. 과전류 보호회로에서 과전류를 감지하면, 과전류 보호신호(OCP)가 활성화되어 출력된다. 활성화된 과전류 보호신호(OCP)는 초기화부(310)와 단락신호 생성부(320)에 각각 입력되고 이로 인하여 초기화부(310)는 리셋 신호(RST)를 비활성화하여 단락신호 생성부(320)의 리셋 상태를 해제한다.
이 때 과전류 보호신호(OCP)는 스위칭 동작에 의하여 반복적으로 발생할 수 있으며 이는 단락신호 생성부(320)에서 카운팅될 수 있다. 과전류 보호신호(OCP)의 발생 횟수가 단락신호 생성부(320)에서 소정값 이상 카운트되면 단락신호 생성부(320)는 회로 상태가 단락 또는 과전류 상태인 것으로 판단하여 단락신호(SHORT)를 활성화하여 출력한다.
활성화된 단락신호(SHORT)는 충방전 제어부(340)에 입력되어 소프트 스타트 제어신호(SS_CTRL)를 발생시키고 충방전부(350)의 소프트 스타트 전압(VSS)을 순간 방전시켜 소프트 스타트 전압(VSS)이 서서히 충전되도록 할 뿐 아니라 스위칭 제어부(200)의 스위칭 동작을 차단하여 과전류 또는 단락상태에서 스위치를 보호한다.
또한 활성화된 단락신호(SHORT)는 히컵시간 제어부(330)에 입력되고 서서히 충전이 시작된 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값 이상이 되면 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)를 활성화시킨다. 활성화된 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 초기화부(310)에 입력되고 단락신호 생성부(320)를 초기화하여 단락신호(SHORT)를 비활성화시킨다. 비활성화된 단락신호(SHORT)에 의하여 소프트 스타트 전압(VSS)은 방전되어 소프트 스타트 동작 및 스위칭 제어부(200)의 차단된 스위칭 동작이 다시 시작된다. 이 때 과전류 또는 단락 상태가 지속되는 상황이라면 과전류 보호신호(OCP)는 다시 발생하여 소정 횟수 이상이 카운팅되면 단락신호 생성부(320)는 단락신호(SHORT)를 다시 활성화시켜 스위칭 제어부(200)의 스위칭 동작을 다시 차단할 뿐 아니라 충방전부(350)의 소프트 스위칭 전압을 순간 방전시켜 소프트 스타트 전압(VSS)은 다시 서서히 충전되는 과정을 반복하게 된다.
따라서, 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 과전류 상태에서 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값으로 충전되는 시간 간격(히컵시간 간격)으로 반복하여 출력된다. 여기에서 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 초기화부(310)에 입력되어 초기화부(310)가 단락신호 생성부(320)를 리셋시키는 리셋 신호(RST)를 출력하도록 하기 때문에 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)가 발생할 때마다 전력변환 장치의 소프트 스타트 및 스위칭 동작은 다시 시작할 수 있다.
이상에서 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 단락 또는 과전류 상태에서 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값으로 충전되는 시간 간격(히컵시간 간격)으로 반복하여 출력된다고 하였으나, 히컵 동작을 소정 횟수 반복한 후에도 단락 또는 과전류 상태가 지속되는 경우에는 전력변환 장치의 스위칭 동작을 완전히 차단시키도록 구성하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이 히컵시간 제어신호(HC_CTRL)는 히컵시간 간격으로 반복하여 출력되고 히컵시간은 소프트 스타트 전압(VSS)이 소정값으로 충전되는 시간으로 결정되므로 본 발명의 소프트 스타트 회로는 히컵시간을 설정하기 위한 별도의 수동소자나 시간 설정 수단이 불필요하여 회로 구성이나 면적을 간단하게 하면서도 히컵 시간을 생성할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 본 발명이 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 비교부 200: 스위칭 제어부
300: 소프트 스타트부 310: 초기화부
320: 단락신호 생성부 330: 히컵시간 제어부
340: 충방전 제어부 341: 원샷 생성부
350: 충방전부 COMP: 스위칭 입력신호
SHORT: 단락신호 OCP: 과전류 보호신호
OTP: 과온도 보호신호 HSON: 스위칭 상태신호
UVLO_OK: 저전압차단 상태신호 VSS: 소프트 스타트 전압
SS_CTRL: 소프트 스타트 제어신호 RST: 리셋 신호
VFB: 피드백 신호 HC_CTRL: 히컵시간 제어신호
VC: 비교신호

Claims (8)

  1. 전력변환 장치의 소프트 스타트를 제어하는 소프트 스타트 회로에 있어서,
    상기 전력변환 장치가 과전류 상태일 때 발생하는 과전류 보호신호에 따라 단락신호를 생성하는 단락신호 생성부;
    상기 단락신호가 변화할 때 소정의 펄스폭을 갖는 소프트 스타트 제어신호를 출력하는 충방전 제어부;
    상기 소프트 스타트 제어신호가 입력되면 상기 전력변환 장치가 소프트 스타트 동작을 수행하도록 소프트 스타트 전압을 출력하는 충방전부;
    상기 단락신호 및 소프트 스타트 전압에 따라 히컵시간 제어신호를 출력하는 히컵시간 제어부 및
    상기 히컵시간 제어신호가 입력되면 상기 단락신호 생성부를 초기화하도록 리셋 신호를 출력하는 초기화부를 포함하고,
    상기 소프트 스타트 동작은, 상기 과전류 상태가 지속되는 동안 히컵 시간 간격으로 반복되는 것을 특징으로 하는, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단락신호 생성부는 과전류 보호신호를 카운팅하는 카운터를 포함하고,
    상기 초기화부는, 상기 히컵시간 제어신호에 의하여 세트되고 상기 과전류 보호신호에 의하여 리셋되는 리셋 신호를 출력하는 래치를 포함하고,
    상기 리셋 신호는 상기 카운터의 리셋 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히컵 시간 간격은 상기 충방전부의 소프트 스타트 동작을 수행하는 데에 걸리는 시간에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는, 저전압차단 상태신호 및 과온도 보호신호에 따라 상기 전력변환 장치가 저전압 상태 및 과온도 상태에서 해제되거나, 상기 단락신호가 변화할 때 상기 충방전부가 충전되는 소프트 스타트 전압을 출력하도록 소프트 스타트 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는, 상기 단락신호가 변화할 때 소정의 펄스폭을 갖는 원샷 펄스를 생성하는 원샷 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히컵 동작을 하는 소프트 스타트 회로.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항의 어느 한 항에 기재된 소프트 스타트 회로;
    상기 전력변환 장치의 출력 전압으로부터 생성된 피드백 신호와 상기 소프트 스타트 전압을 비교하여 스위칭 입력신호를 출력하는 비교부;
    상기 스위칭 입력신호에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 스위칭 제어부;
    상기 게이트 구동신호에 따라 스위칭 동작을 수행하여 스위칭 출력전압을 출력하는 하이사이드 스위치 및 로우사이드 스위치를 포함하는 스위치부; 및
    상기 스위칭 출력전압을 필터링하여 출력전압을 생성하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 스위칭 입력신호에 따라 상기 하이사이드 스위치가 소정의 시간으로 턴온되도록 온-타임 제어신호를 출력하는 온-타임 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환 장치.
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