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KR102321012B1 - 소비전력 저감형 전력변환장치 - Google Patents

소비전력 저감형 전력변환장치 Download PDF

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KR102321012B1
KR102321012B1 KR1020150044471A KR20150044471A KR102321012B1 KR 102321012 B1 KR102321012 B1 KR 102321012B1 KR 1020150044471 A KR1020150044471 A KR 1020150044471A KR 20150044471 A KR20150044471 A KR 20150044471A KR 102321012 B1 KR102321012 B1 KR 102321012B1
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switch
capacitor
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pin
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류영기
박태영
정상훈
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매그나칩 반도체 유한회사
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Abstract

본 발명은 소비전력 저감형 전력변환장치이다. 본 발명은 전원전압(Vcc)을 메인 IC의 동작 전원으로 변환하는 레귤레이터, 디스에이블 모드 또는 인에이블 모드의 전압 레벨을 검출하는 모드 검출핀(DIS pin), 상기 모드 검출 핀에 연결되어 모드 변환 신호를 출력하는 모드 신호 출력부, 및 상기 메인 IC로 상기 동작 전원을 공급 또는 차단하도록 상기 모드 신호 출력부의 출력 신호에 따라 전원 경로를 스위칭 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며, 상기 모드 검출 핀에는 모드 선택을 위한 제1 스위치, 및 상기 제1 스위치의 스위칭 동작에 따라 충전 및 방전 동작하는 제1 캐패시터가 연결된다. 제1 캐패시터의 캐패시터 용량은 수 nF 내지 수십 nF로서, 종래 전력변환장치의 바이패스 캐패시터가 가지는 수 uF 내지 수십 uF보다 작다.

Description

소비전력 저감형 전력변환장치{Power consumption reduced type Power converter}
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력변환장치의 출력단 부하와 상관없이 소비 전력을 최소화하도록 한 소비 전력 저감형 전력변환장치에 관한 것이다.
전력변환장치(power converter)는 컴퓨터 및 TV 등 각종 전자기기의 구동에 필요한 전력을 변환하여 공급해주는 장치를 의미한다. 넓은 뜻으로는 변압기, 회전변류기, 수은 정류기 등도 포함되지만, 최근에서는 반도체 소자를 사용한 반도체 전력 변환기를 의미한다.
상기 전력변환장치에는 소비 전력을 줄이기 위해 통상의 디스에이블 모드(Disable mode)가 마련되어 있다. 다른 말로 파워 다운 모드(Power down mode) 또는 슬리핑 모드(Sleeping mode)라고 하기도 한다. 상기 모드는 전력변환장치의 메인 회로가 동작을 수행하지 않을 경우 구동전류를 최소한으로 소모하도록 일부 기능의 동작을 억제하는 것이다. 반면 정상 동작하는 경우는 인에이블 모드(Enable mode) 또는 노말 모드(Normal mode)라고 한다.
전력변환장치에서 상기 인에이블 모드(enable mode)와 상기 디스에이블 모드(disable mode)는 일련의 조건에 따라 변환동작이 수행된다.
상기 모드 변환에 대한 동작은 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 전력변환장치의 구성도를 참조하여 살펴보기로 한다. 도 1은 전력변환장치의 에너지 소비를 감소하기 위한 회로로서 사용자(user)가 파워 소모를 제어할 수 있는 구조를 가진다.
첫 번째, 전력변환장치가 디스에이블 모드로 진입하는 경우이다.
디스에이블 모드로 진입하는 조건은 피드백 블럭(Feed back blcok)의 전압 레벨을 풀-업(Pull-up) 하는 경우가 있다. 하지만 피드백 블럭의 전압 레벨이 변경될 경우 후단에 마련된 7-비트 카운터(7-bit counter)의 동작 주파수가 변경된다. 그러면 디스에이블 모드로의 모드 변환 시간이 변경되는 문제가 있다. 다시 말해 디스에이블 모드로 동작을 수행하지만 전력변환장치 회로 내의 오실레이터(oscillator)가 동일하다면 피드백(Feed Back)에 따른 동작 주파수가 변하기 때문에 디스에이블 모드로 변환하는 시간이 변함으로서 원하는 동작 모드가 정확하게 수행되지 못하였다. 그래서 종래에는 카운터를 위한 추가적인 오실레이터(oscillator)가 필요하였다. 즉, 종래 전력변환장치에는 피드백 블럭의 전압 레벨과 상관없이 7-비트 카운터의 동작 주파수를 안정되게 출력시킬 수 있는 회로가 추가로 구성되어야 했던 것이다.
두 번째, 전력변환장치에 마련된 바이패스 캐패시터(CBP)를 이용하여 인에이블 모드로 진입하는 경우이다.
디스에이블 모드에서 인에이블로 진입하기 위해서는 상기 바이패스 캐패시터에 충전된 전압이 모두 방전되어야 하는 조건을 만족해야 한다. 그런데, 종래 전력변환장치의 바이패스 캐패시터는 대용량의 캐패시터로서 예컨대 캐패시터 사이즈가 대략 수 uF 내지 수십 uF인 사이즈를 가진다. 따라서 방전되는 시간만큼 응답 시간(response time)이 길어지고, 또한 전원 스위치에 과도한 스트레스(stress)가 유기될 수 있는 문제가 있다.
미국공개특허공보 US 2011-0255310 A1(2011. 10. 20. METHOD AND APPARAUTS FOR IMPLEMENTING AN UNGEGULATED DORMANT MODE WITH AN EVENT COUNTER IN A POWER CONVERTER)
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디스에이블 모드와 인에이블 모드의 변환에 필요한 시간을 줄이도록 한 소비전력 저감형 전력변환장치를 제공하는 것이다. 즉 모드 변환 속도를 빠르게 변환하여 전력 손실을 최소화한다.
본 발명의 다른 목적은 디스에이블 모드의 주기를 용이하게 설정할 수 있도록 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 전원전압(Vcc)을 메인 IC의 동작 전원으로 변환하는 레귤레이터; 디스에이블 모드 또는 인에이블 모드의 전압 레벨을 검출하는 모드 검출핀(DIS pin); 상기 모드 검출 핀에 연결되어 모드 변환 신호를 출력하는 모드 신호 출력부; 및 상기 메인 IC로 상기 동작 전원을 공급 또는 차단하도록 상기 모드 신호 출력부의 출력 신호에 따라 전원 경로를 스위칭 제어하는 스위칭 제어부를 포함하고, 상기 모드 검출 핀에는 모드 선택을 위한 제1 스위치, 및 상기 제1 스위치의 스위칭 동작에 따라 충전 및 방전 동작하는 제1 캐패시터가 연결되는 소비전력 저감형 전력변환장치를 제공한다.
상기 제1 캐패시터는, 캐패시터 용량이 수 nF ~ 수십 nF 인 것을 특징으로 한다.
상기 메인 IC는 초기 기동시 디스에이블 모드 상태인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 스위치가 턴-오프 상태이면 상기 모드 검출핀의 전압 레벨은 하이 레벨 상태 또는 로우 레벨 상태이고, 상기 제1 스위치가 턴-온 되면 상기 모드 검출핀의 전압 레벨은 로우 레벨 상태 또는 하이 레벨 상태인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 스위치가 턴-오프 되면 상기 제1 캐패시터는 충전되면서 상기 메인 IC는 디스에이블 모드가 되고, 상기 제1 스위치가 턴-온 되면 상기 제1 캐패시터는 방전되면서 상기 메인 IC는 인에이블 모드가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 IC가 디스에이블 모드로 동작시, 인에이블 모드로 동작하기 위한 주기를 결정하는 주기 결정핀(TIM pin)이 상기 스위칭 제어부에 더 연결된다.
상기 주기 결정핀에는 제2 캐패시터가 연결되고, 상기 제2 캐패시터의 용량에 따라 결정된 주기마다 인에이블 모드가 자동으로 동작하는 오토 인에이블 모드가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 IC는, 상기 오토 인에이블 동작에 따라 인에이블 모드로 동작하는 도중, 부하 조건에 따라 상기 인에이블 모드로 동작할 필요가 없는 경우가 되면 다시 디스에이블 모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.
상기 모드 검출핀(DIS pin)은, 상기 메인 IC가 인에이블 모드로 동작하는 동안에는 상기 모드 검출핀의 전압을 일정한 레벨로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 IC는 상기 주기 결정핀과 연결된 상기 제2 캐패시터에 일정 레벨의 전압을 충전하여 인에이블(enable) 되는 소오싱(Sourcing) 방식 또는 상기 제2 캐패시터에 충전된 전압을 방전시켜 인에이블(enable) 되는 싱킹(Sinking) 방식으로 동작하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 IC는, 상기 오토 인에이블 모드로 동작하는 도중 상기 제1 스위치(SW1)가 턴-온되면 상기 오토 인에이블 모드는 중지하고 소프트 스타트(Soft Start)로 동작하거나, 또는 소프트 스타트(Soft Start)로 동작하는 도중 상기 제1 스위치(SW1)가 턴-오프되면 상기 소프트 스타트(Soft Start)는 중지하고 상기 오토 인에이블 모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 소비전력 저감형 전력변환장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 전력변환장치에 메인 IC의 인에이블 모드 또는 디스에이블 모드를 검출하는 모드 검출핀이 추가 구성되며, 그 모드 검출핀에 모드 변환을 위한 소용량 캐패시터를 연결하였다. 이때 소용량 캐패시터는 종래 전력변환장치에서 사용된바 있는 바이패스용 캐패시터보다 용량이 작은 캐패시터(수 nF ~ 수십 nF)가 사용된다. 따라서, 충/방전 시간 단축으로 인해 응답시간(Response time)이 빠르며 모드 선택을 위한 스위치 소자의 스트레스(Stress)가 최소화되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 메인 IC의 디스에이블 모드 구간 중 인에이블 모드를 자동으로 실행할 수 있는 주기를 설정하고 있다. 따라서 모드 변환에 따른 별도의 스위칭 동작이 발생하지 않기 때문에, 스위칭 동작에 따라 발생하는 전력 소모를 줄일 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력변환장치의 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소비전력 저감형 전력변환장치를 설명하는 구성도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력변환장치의 동작 상태를 설명하는 타이밍도
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 모드 변환 기능을 제공하는 모드 검출핀(pin) 및 상기 모드 검출핀에 연결된 소용량 캐패시터(수 nF ~ 수십 nF)를 이용하여 메인 IC에 안정적으로 전원을 공급하면서 모드 변환을 수행한다. 아울러 디스에이블 모드의 주기 설정 및 오토 인에이블(Auto enable) 기능에 따라 상기 모드 검출핀에 연결된 스위치(SW1)의 스위칭 동작 없이 빠른 모드 변환이 가능토록 하는 것을 기본적인 기술적 요지로 한다.
그리고 본 발명의 전력변환장치는 플라이백(flyback) 방식, 포워드(forward) 방식, LLC(Two inductors and one capacitor) 방식, 또는 쿡(cuk) 방식 등 다양한 방식이 적용되는 전원공급장치(Switching Mode Power Supply ; SMPS)에 사용될 수 있다.
이하 본 발명에 의한 소비전력 저감형 전력변환장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소비전력 저감형 전력변환장치를 설명하는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 소비전력 저감형 전력변환장치(이하, '전력변환장치'라 함)에는 레귤레이터(regulator)(110), 모드 신호 출력부(120), 스위칭 제어부(130) 및 메인 IC(140)의 구성을 포함한다.
레귤레이터(110)는 전원전압(Vcc)을 메인 IC(140)가 동작할 수 있는 동작 전원으로 변환하는 역할을 수행한다. 그래서 레귤레이터(110)에는 전원전압(Vcc) 핀(112)이 연결된다. 전원전압(Vcc) 핀(112)으로부터 공급되는 전원전압(Vcc)이 메인 IC(140)의 동작 전원으로 사용될 것이다. 상기 전원전압(Vcc) 핀(112)에는 소정 용량의 캐패시터가 더 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 다만 상기 캐패시터가 연결될 경우 전원전압(Vcc)을 안정되게 공급할 수 있기 때문에 전체 회로가 더 안정되게 구동될 수는 있다. 그리고 레귤레이터(110)에는 고전압(High Voltage : HV)이 공급되어야 하기 때문에 레귤레이터(110)에는 고전압 핀(101)이 연결된다. 물론, 레귤레이터(110)와 고전압 핀(101) 사이에 전력 스위칭 소자(Q)(102)가 마련되어 레귤레이터(110)는 고전압(HV)을 선택적으로 인가받게 된다. 여기서 전력 스위칭소자(Q)(102)는 JFET(Junction Field Effect Transistor), 공핍형 MOSFET(Depletion MOSFET), LDMOSFET(Laterally double-diffused MOSFET), DMOSFET(Double diffused MOSFET) 등이 사용될 수 있다.
모드 신호 출력부(120)는 모드 신호를 출력하는 역할을 수행한다. 모드 신호는 디스에이블 모드 신호 또는 인에이블 모드 신호를 말한다. 이를 위해 모드 신호 출력부(120)에는 모드 검출핀(이하 'DIS 핀'이라 함)(122)이 연결된다. DIS 핀(122)은 전력변환장치가 디스에이블 모드 및 인에이블 모드로 동작하는 동안은 전압레벨은 일정하게 유지된다.
DIS 핀(122)에는 제1 스위치(SW1)와 제1 캐패시터(C1)(또는 '바이패스 캐패시터'라 함)가 연결된다. 제1 스위치(SW1)와 제1 캐패시터(C1)는 병렬 구조이다. 여기서 제1 스위치(SW1)는 동작 모드인 상기 디스에이블 모드 신호 또는 인에이블 모드를 선택할 수 있도록 스위칭 동작하며, 제1 스위치(SW1)의 턴-온 또는 턴-오프 동작에 따라 제1 캐패시터(C1)에는 전하가 충전되거나 방전된다. 또한 제1 스위치(SW1)의 스위칭 동작에 따라 전하가 충전 또는 방전되는 제1 캐패시터(C1)는 종래 전력변환장치의 바이패스 캐패시터(도 1 참조)보다 용량이 작은 바이패스 캐패시터가 사용된다. 예컨대 바이패스 캐패시터의 사이즈는 수 nF ~ 수십 nF가 사용된다. 이처럼 더 작은 용량의 제1 캐패시터(C1)를 사용하기 때문에 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전하의 방전시간이 단축되어 빠른 응답시간(response time)을 가질 수 있고, 제1 스위치(SW1)에서 발생하는 스트레스(stress)를 줄일 수 있다. 한편, DIS 핀(122)의 전압 레벨은 제1 스위치(SW1)의 상태에 따라 하이 레벨 또는 로우 레벨을 가진다. 예컨대, 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 상태이면 DIS 핀(122)의 전압 레벨은 하이 레벨 상태 또는 로우 레벨 상태가 되고, 반대로 제1 스위치(SW1)가 턴-온 상태이면 DIS 핀(122)의 전압 레벨은 로우 레벨 상태 또는 하이 레벨 상태가 된다.
모드 신호 출력부(120)에는 전력변환장치의 동작을 제어하는 메인 IC(140)가 연결된다. 메인 IC(140)는 레귤레이터(110)의 전원 공급 여부에 따라 전력변환장치를 디스에이블 모드 또는 인에이블 모드로 동작시키는 역할을 한다.
레귤레이터(110)와 메인 IC(140)와의 전원 경로를 단속하는 제2 스위치(SW2)가 연결된다. 제2 스위치(SW2)는 스위칭 제어부(130)에 의해 턴-온 또는 턴-오프 동작한다. 턴-오프 된 상태에서는 모드 신호를 검출하는 모드 신호 출력부(120) 이외의 다른 구성 소자들로는 전원 공급이 차단된다.
모드 신호 출력부(120)의 출력 신호에 따라 제2 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부(130)가 구성된다. 즉 스위칭 제어부(130)는 디스에이블 모드 또는 인에이블 모드를 검출하는 모드 신호에 따라 제2 스위치(SW2)의 스위칭 동작을 제어하게 된다. 예컨대 인에이블 모드로 동작하다가 메인 IC(140)가 아무런 동작을 하지 않으면 디스에이블 모드로 모드 변환시키도록 제2 스위치(SW2)를 턴-오프 시킨다. 반대의 경우 제2 스위치(SW2)는 턴-온 된다.
스위칭 제어부(130)는 오토 인에이블 동작에 따라 제2 스위치(SW2)의 동작을 제어하는 기능도 더 수행한다. 이를 위해 스위칭 제어부(130)에는 주기 결정핀(이하, 'TIM 핀'이라 함)(132) 및 제2 캐패시터(C2)가 직렬로 연결된다. TIM 핀(132)는 제2 캐패시터(C2)의 용량에 따라 결정된 주기마다 인에이블 동작을 자동 수행하도록 하는 역할을 제공한다. 다시 말해 TIM 핀(132)은 메인 IC(140)가 디스에이블 모드로 동작하는 도중에 인에이블 모드로 동작하는 동작 주기를 제공하는 것이다. 이후에는 부하 조건에 따라 인에이블 모드로 계속 동작하거나 또는 디스에이블 모드로 동작될 것이다. 이처럼 상기 오토 인에이블 동작이 수행되면, 모드 변환을 위한 제1 스위치(SW1)의 스위칭 동작을 배제할 수 있다. 그만큼 소비전력을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력변환장치의 동작 상태를 설명하는 타이밍도이다.
도 3에서 (A)는 고전압(HV) 레벨, (B)는 전원전압 레벨, (C)는 DIS 핀의 전압레벨, (D) 제1 스위치의 전압 레벨, (E)는 소프트 스타트 상태의 전압 레벨, (F) 및 (G)는 TIM 핀의 전압레벨을 말한다. 그리고 상기 TIM 핀은 전압을 충전하여 전력변환장치를 인에이블 시키는 방식(즉, Sourcing type) 또는 상기 TIM 핀의 전압을 방전하여 전력변환장치를 인에이블 시키는 방식(즉, Sinking type)으로 동작 가능하기 때문에, 전압레벨이 (F) 및 (G)와 같이 서로 반대일 수 있다.
이어서는 상기한 구성을 가지는 전력변환장치의 동작을 위에서 설명한 도 3과 함께 살펴보기로 한다.
전력변환장치의 초기 상태는 제2 스위치(SW2)가 턴-오프 상태이고, 메인 IC(140)에는 어떠한 전원도 공급되지 않고 있다.
전력변환장치의 동작을 위해 전력 스위칭 소자(Q)(102)를 턴-온 하면 HV 핀(101)을 통해 도 3의 (A)와 같은 파형 형태로 고전압(High Voltage)이 공급된다.
상기 고전압이 인가되면 레귤레이터(110)는 Vcc 핀(112)을 통해 전원전압(Vcc)을 공급받기 시작한다. 상기 전원전압(Vcc)이 인가되는 시작 시점은 전력변환장치가 기동하는 시점 'a'부터이다. 즉 고전압이 인가되는 시점이라 할 수 있다. 그리고 상기 전원전압(Vcc)은 일정 레벨에 도달할 때까지 시점 'a'부터 점진적으로 증가하고, 시점 'c' 이후가 되면 레귤레이터(110)는 상기 전원전압(Vcc)을 메인 IC(140)의 동작 전원으로 변환하기 위한 상태를 유지한다. 한편, 전원전압(Vcc)이 공급되면 제1 캐패시터(C1)에 전하가 충전되기 시작할 것이다. 이때 제1 캐패시터(C1)는 종래 전력변환장치의 바이패스 캐패시터의 용량(즉, 수 uF ~ 수십 uF)보다 더 작은 용량(즉, 수 nF ~ 수십 nF)을 가지며, 이에 따라 종래보다 더 빠른 시점인 시점 'b'에 전하 충전이 완료될 수 있다. 이에 충전완료되면 시점 'b' 이후부터 DIS 핀(122)의 전압레벨은 일정하게 유지된다.
한편 Vcc 핀(112) 및 DIS 핀(122)의 전압레벨이 일정 레벨을 유지하더라도 제2 스위치(SW2)는 턴-오프 상태이기 때문에 메인 IC(140)는 디스에이블 모드 상태를 유지한다. 즉 메인 IC(140)는 초기 구동할 때부터 디스에이블 모드 상태를 갖는다.
그 상태에서 제1 스위치(SW1)가 턴-온 동작한다. 제1 스위치(SW1)가 턴-온 동작하는 시점은 시점 'f'이다. 그 전까지는 제1 스위치(SW1)는 턴-오프 상태로서 로우 레벨 값을 가지고, 시점 'f'에서 턴-온 동작하면 하이 레벨 값을 가지게 된다. 그러면 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전하는 방전되며, 이에 DIS 핀(122)의 전압 레벨은 하이 레벨 상태에서 로우 레벨 상태로 변동되게 된다. 여기서 본 실시 예는 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 상태에서는 DIS 핀(122)이 하이 레벨 상태이고, 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되면 DIS 핀(122)이 로우 레벨 상태가 되는 것으로 설명하고 있지만, 이와 반대로 본 발명의 전력변환장치는 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 상태에서 DIS 핀(122)은 로우 레벨 상태, 제1 스위치(SW1)가 턴-온 상태에서 DIS 핀(122)은 하이 레벨 상태가 되게 구현할 수도 있다.
상기 DIS 핀(122)의 전압 레벨 변동은 모드 신호 출력부(120)가 인지한다. 모드 신호 출력부(120)는 모드 변환신호를 출력하고, 상기 모드 변환신호는 스위칭 제어부(130)로 인가된다. 스위칭 제어부(130)는 제2 스위치(SW2)를 턴-온 동작시키는 제어신호를 출력한다. 그리고 상기 제어신호에 따라 제2 스위치(SW2)가 턴-온 되면, 전원전압(Vcc)은 메인 IC(140)로 공급된다. 그 결과 메인 IC(140)는 인에이블 모드 상태가 되어 일련의 동작을 수행하게 된다. 도면에서 인에이블 모드 구간은 시점 'f' 내지 시점 'h'까지이다.
이처럼 디스에이블 모드에서 인에이블 모드로 모드 변환시 DIS 핀(122)의 전압 레벨 변동에 따라 모드 변환과정이 수행되기 때문에, 종래와 같이 모드 변환을 위해 어떠한 다른 외부 소자, 예컨대 광-커플러(Opto-coupler)에 전류를 공급하지 않아도 된다. 상기 광-커플러는 종래 전력변환장치의 모드 변환을 위해 제공되는 소자를 말한다.
그리고, 도 3의 (F) 및 (G)와 같이 TIM 핀(132)이 전압을 충전하여 인에이블 시키는 소오싱 타입(Sourcing type) 또는 상기 TIM 핀(132)이 전압을 방전하여 인에이블 시키는 싱크 타입(Sinking type)으로 동작하는 도중, 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되면, 메인 IC(140)는 인에이블 모드로 동작하게 된다.
한편, 메인 IC(140)가 인에이블 모드로 동작하는 도중, 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 동작한다(시점 'h'). 그러면 제1 캐패시터(C1)에 전하가 충전되고 아울러 DIS 핀(122)의 전압 레벨은 로우 레벨 상태에서 하이 레벨 상태로 천이된다. 모드 신호 출력부(120)는 이와 같은 DIS 핀(122)의 전압 레벨 변동을 인지한다. 따라서, 스위칭 제어부(130)는 제2 스위치(SW2)를 턴-오프 동작시키는 제어신호를 출력한다. 상기 제어 신호에 따라 제2 스위치(SW2)가 턴-오프 되면, 메인 IC(140)는 전원전압(Vcc)을 공급받지 못하게 된다. 그 결과 메인 IC(140)는 시점 'h '부터 다시 디스에이블 모드 상태로 동작한다. 이후, 제1 스위치(SW1)가 턴-온되지 않으면 메인 IC(140)는 계속 디스에이블 모드 상태를 유지할 것이다.
이와 같이 제1 스위치(SW1) 조작에 따라 모드 변환이 발생하면 스위칭 제어부(130)에 의해 제2 스위치(SW2)가 턴-온, 턴-오프 동작하면서 메인 IC(140)에는 전원이 공급 또는 차단되는 과정이 반복적으로 수행된다. 이때, 상기 모드 변환은 빠르게 수행된다. 이는 상술한 바와 같이 제1 캐패시터(C1)는 종래 전력변환장치에 사용된 바이패스용 캐패시터의 용량보다 용량이 작아 그만큼 충전/방전 시간을 단축할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따르면 전력변환장치는 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 상태로서 디스에이블 모드로 동작하는 동안 상기 제2 캐패시터(C2)에 의해 결정된 주기마다 인에이블 동작을 자동으로 수행하고 있다. 이를 '오토 인에이블 동작'이라 할 수 있다. 상기 오토 인에이블 동작은 상기 결정된 주기가 짧을수록, 즉 제2 캐패시터(C2)의 용량이 작을수록 더 자주 발생한다.
상기 오토 인에이블 동작에 따라서 인에이블 모드가 된 경우 전력변환장치는 인에이블 모드로 동작할 것이다. 그러다가 부하 조건에 따라 인에이블 모드로 동작할 필요가 없는 경우가 되면 다시 디스에이블 모드로 진입하여 동작한다.
한편, 전력변환장치의 메인 IC(140)는 소프트 스타트(Soft Start)로 동작할 수 있는데, 이때 상기 오토 인에이블 동작과의 상관관계를 살펴보기로 한다.
먼저 메인 IC(140)가 오토 인에이블 모드로 동작하는 도중에, 도 3 (E)의 b와 c 사이, d와 e 사이에서와 같이 메인 IC(140)를 구동하기 위한 소프트 스타트(Soft Start) 신호가 발생할 수 있다. 소프트 스타트 신호가 발생하더라도 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 상태이면 메인 IC(140)는 계속 오토 인에이블 모드로 동작한다. 그러나 제1 스위치(SW1)가 턴-온(시점 f) 동작하여 인에이블 신호(하이 레벨상태)가 인가되는 경우가 발생할 수 있다. 그러면 메인 IC(140)는 오토 인에이블 동작을 중지하고 소프트 스타트를 수행하게 된다.
반면, 도 3의 시점 k와 시점 l 구간에서와 같이 메인 IC(140)가 소프트 스타트로 동작하는 도중에 제1 스위치(SW1)가 턴-오프(시점 l) 동작하여 디스에이블 신호(로우 상태)가 인가될 수 있다. 그러면 메인 IC(140)는 상기 소프트 스타트 동작을 중지하고 다시 오토 인이에블 동작을 수행하게 된다.
이와 같이 본 실시 예는 전력변환장치의 2가지 모드 중 디스에이블 모드로 동작시 모드 검출을 위한 블록만 제외하고 나머지 모든 블록들에는 전원 공급을 차단하며, 디스에이블 모드 구간 중 인에이블 모드를 수행하기 위한 주기 설정 및 부하 조건에 따른 오토 인에이블(Auto enable) 동작을 수행하여 소비 전력을 줄이도록 구성됨을 기술적 요지로 제공한다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 레귤레이터 112 : Vcc 핀
120 : 모드 신호 출력부 122 : 모드 검출 핀(DIS pin)
130 : 스위칭 제어부 132 : 주기 결정핀(TIM pin)
140 : 메인 IC

Claims (13)

  1. 전원전압(Vcc)을 메인 IC의 동작 전원으로 변환하는 레귤레이터;
    디스에이블 모드 또는 인에이블 모드의 모드 선택을 위한 제1 스위치;
    상기 제1 스위치와 병렬 연결되며, 상기 제1 스위치의 스위칭 동작에 따라 모드 검출핀(DIS pin)의 전압레벨을 변화시키도록 충전 및 방전 동작하는 제1 캐패시터;
    상기 제1 캐패시터의 충전 또는 방전에 따라 디스에이블 모드 또는 인에이블 모드의 전압 레벨을 검출하는 모드 검출핀(DIS pin);
    상기 모드 검출 핀에 연결되어 모드 변환 신호를 출력하는 모드 신호 출력부; 및
    상기 메인 IC로 상기 동작 전원을 공급 또는 차단하도록 상기 모드 신호 출력부의 출력 신호에 따라 전원 경로를 스위칭 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터는,
    캐패시터 용량이 수 nF ~ 수십 nF 인 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 IC는 초기 기동시 디스에이블 모드 상태인 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 턴-오프 상태이면 상기 모드 검출핀의 전압 레벨은 하이 레벨 상태이고,
    상기 제1 스위치가 턴-온 상태이면 상기 모드 검출핀의 전압 레벨은 로우 레벨 상태인 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 턴-오프 상태이면 상기 모드 검출핀의 전압 레벨은 로우 레벨 상태이고,
    상기 제1 스위치가 턴-온 상태이면 상기 모드 검출핀의 전압 레벨은 하이 레벨 상태인 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 턴-오프 되면 상기 제1 캐패시터는 충전되면서 상기 메인 IC는 디스에이블 모드가 되고,
    상기 제1 스위치가 턴-온 되면 상기 제1 캐패시터는 방전되면서 상기 메인 IC는 인에이블 모드가 되는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 IC가 디스에이블 모드로 동작시,
    인에이블 모드로 동작하기 위한 주기를 결정하는 주기 결정핀(TIM pin)이 상기 스위칭 제어부에 더 연결되는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주기 결정핀에는 제2 캐패시터가 연결되고,
    상기 제2 캐패시터의 용량에 따라 결정된 상기 주기마다 인에이블 모드가 자동으로 동작하는 오토 인에이블 모드가 수행되는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 IC는,
    상기 오토 인에이블 동작에 따라 인에이블 모드로 동작하는 도중,
    부하 조건에 따라 상기 인에이블 모드로 동작할 필요가 없는 경우가 되면 다시 디스에이블 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 검출핀(DIS pin)은,
    상기 메인 IC가 인에이블 모드로 동작하는 동안에는 상기 모드 검출핀의 전압을 일정한 레벨로 유지하는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 IC는
    상기 주기 결정핀과 연결된 상기 제2 캐패시터에 일정 레벨의 전압을 충전하여 인에이블(enable) 되는 소오싱(Sourcing) 방식 또는 상기 제2 캐패시터에 충전된 전압을 방전시켜 인에이블(enable) 되는 싱킹(Sinking) 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 IC는,
    상기 오토 인에이블 모드로 동작하는 도중 상기 제1 스위치(SW1)가 턴-온되면 상기 오토 인에이블 모드는 중지하고 소프트 스타트(Soft Start)로 동작하는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 메인 IC는,
    상기 소프트 스타트(Soft Start)로 동작하는 도중 상기 제1 스위치(SW1)가 턴-오프되면 상기 소프트 스타트(Soft Start)는 중지하고 상기 오토 인에이블 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 소비전력 저감형 전력변환장치.
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