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KR20160070710A - 변조 모드 제어 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치 - Google Patents

변조 모드 제어 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치 Download PDF

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KR20160070710A
KR20160070710A KR1020150175150A KR20150175150A KR20160070710A KR 20160070710 A KR20160070710 A KR 20160070710A KR 1020150175150 A KR1020150175150 A KR 1020150175150A KR 20150175150 A KR20150175150 A KR 20150175150A KR 20160070710 A KR20160070710 A KR 20160070710A
Authority
KR
South Korea
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voltage
pwm
control signal
current
resistor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020150175150A
Other languages
English (en)
Inventor
이원태
장지훈
백형석
Original Assignee
페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페어차일드코리아반도체 주식회사 filed Critical 페어차일드코리아반도체 주식회사
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Abstract

변조 모드 제어 회로는, 적어도 하나의 전력 스위치에 의해 제어되는 출력 전압에 따르는 제어 전압과 소정의 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하는 변조 모드 제어부, 및 상기 적어도 하나의 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기 제1 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함한다.

Description

변조 모드 제어 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치{MODULATION MODE CONTROL CIRCUIT, SWITCH CONTROL CIRCUIT COMPRISING THE SAME, AND POWER SUPPLY DEVICE COMPRISING THE SWITCH CONTROL CIRCUIT}
변조 모드 제어 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치에 관한 것이다.
전력 공급 장치의 전력 공급을 제어하는 전력 스위치의 스위칭 동작은 펄스 주파수 변조(pulse frequency modulation, 이하, PFM) 모드 및 펄스 폭 변조(pulse width modulation, 이하, PWM) 모드 중 어느 하나로 제어될 수 있다. 전력 공급 장치는 부하에 따라 두 변조 모드 중 하나를 선택하여 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어할 필요가 있다.
실시 예를 통해 부하에 따라 변조 모드를 제어할 수 있는 회로와 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치를 제공하고자 한다.
실시 예에 따른 변조 모드 제어 회로는, 제어 전압과 소정의 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하는 변조 모드 제어부, 및 스위칭 주파수를 제어하는 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기 발진 제어 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 발진 제어 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함한다.
상기 변조 모드 제어부는, 상기 PWM 임계 전압과 상기 제어 전압을 비교하는 비교기, 외부에 연결된 제1 저항에 따라 PWM 임계 전압을 제언하는 PWM 임계 전압 생성기, 및 상기 PWM 임계 전압과 상기 제어 전압의 차에 기초하여 상기 PWM 기준 전압을 생성하는 PWM 기준 전압 생성기를 포함한다.
상기 PWM 임계 전압 생성기는, 상기 제1 저항의 전압을 소정의 기준 전압으로 제어하기 위한 제1 전류를 생성하고, 상기 제1 전류와 소정의 제2 전류를 합한 제3 전류를 미러링하여 제2 저항에 공급하며, 상기 제2 저항에 발생하는 전압에 소정의 오프셋 전압을 더해 상기 PWM 임계 전압을 생성할 수 있다.
상기 PWM 임계 전압 생성기는, 상기 제1 저항에 연결되어 있는 반전 단자 및 상기 기준 전압이 입력되는 비반전 단자를 포함하는 제1 연산 증폭기, 상기 제1 연산 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 게이트 및 상기 제1 저항에 연결되어 있는 일단을 포함하고, 상기 제1 연산 증폭기의 출력에 따라 상기 제1 전류가 흐르는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제2 전류를 싱크시키는 전류원, 및 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제3 전류를 미러링하여 상기 제2 저항에 공급하는 제1 전류 미러 회로를 포함할 수 있다.
상기 PWM 임계 전압 생성기는, 상기 제2 저항의 일단에 연결되어 있는 출력단 및 반전 단자, 및 상기 오프셋 전압이 입력되는 비반전 단자를 포함하는 제2 연산 증폭기를 더 포함하고, 상기 제2 저항에 상기 제3 전류가 흐르고, 상기 제2 저항의 타단의 전압이 상기 PWM 임계 전압이다.
상기 PWM 기준 전압 생성기는, 상기 제어 전압에 기초한 제4 전류를 생성하고, 소정의 기준 전압에 기초한 제5 전류를 생성하며, 상기 제5 전류와 상기 제4 전류의 차에 해당하는 전류와 상기 PWM 임계 전압을 이용하여 상기 PWM 기준 전압을 생성할 수 있다.
상기 PWM 기준 전압 생성기는, 상기 제어 전압이 입력되는 비반전 단자 및 제3 저항에 연결되어 있는 반전단자를 포함하는 제3 연산 증폭기, 상기 제3 연산 증폭기의 출력에 연결되어 있는 게이트 및 상기 제3 연산 증폭기의 반전단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 트랜지스터, 및 상기 제2 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제2 트랜지스터에 흐르는 상기 제4 전류를 미러링하는 제2 전류 미러 회로를 포함할 수 있다.
상기 PWM 기준 전압 생성기는, 상기 기준 전압이 입력되는 비반전 단자 및 제4 저항에 연결되어 있는 반전 단자를 포함하는 제4 연산 증폭기, 상기 제4 연산 증폭기의 출력에 연결되어 있는 게이트 및 상기 제4 연산 증폭기의 반전단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제3 트랜지스터, 및 상기 제3 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제3 트랜지스터에 흐르는 제5전류를 미러링하는 제3 전류 미러 회로를 포함할 수 있다.
상기 PWM 기준 전압 생성기는, 상기 PWM 임계 전압이 입력되는 비반전 단자, 반전 단자, 및 상기 반전 단자에 연결되어 있는 출력단을 포함하는 제5 연산 증폭기, 상기 제5 연산 증폭기의 출력단과 상기 PWM 기준 전압이 발생하는 노드 사이에 연결되어 있는 제5 저항, 및 상기 노드에 연결되어 있고, 상기 제4 전류를 미러링하는 제4 전류 미러 회로를 포함하며, 상기 제5 전류와 상기 제4 전류 간의 전류차가 상기 제5 저항을 통해 흐른다.
상기 제어 신호 생성부는, 상기 제어 전압과 상기 발진 제어 신호를 비교하는 제1 비교기, 상기 PWM 임계 전압과 상기 발진 제어 신호를 비교하는 제2 비교기, 및 상기 제1 비교기의 출력 및 상기 제2 비교기의 출력에 기초하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 AND 게이트를 포함할 수 있다.
상기 제어 신호 생성부는, PWM 모드에서 상기 스위칭 동작의 최대 주파수를 제어하는 제한 전압과 상기 발진 제어 신호를 비교하는 제3 비교기, 및 상기 제2 비교기의 출력과 상기 제3 비교기의 출력을 논리 합 연산하는 OR 게이트를 더 포함하고, 상기 AND 게이트는 상기 OR 게이트 출력 및 상기 제1 비교기의 출력을 논리 곱 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성한다.
실시 예에 따른 스위치 제어 회로는, 전력 공급을 제어하는 적어도 하나의 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다. 상기 스위치 제어 회로는, 상기 적어도 하나의 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 발진 제어 신호를 생성하는 발진 제어 신호 생성기, 상기 전력 공급의 출력 전압에 따르는 제어 전압과 외부 저항에 의해 결정되는 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하며, 상기 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기 제1 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하는 변조 모드 제어 회로, 및 상기 선택된 변조 모드에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 제어하기 위한 적어도 하나의 클록 신호를 생성하는 오실레이터를 포함한다.
상기 오실레이터는, 상기 선택된 변조 모드가 PFM 모드인 경우, 상기 제1 제어 신호에 기초해 상기 적어도 하나의 클록 신호를 생성할 수 있다.
상기 오실레이터는, 상기 제1 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 적어도 하나의 클록 신호를 하강시키고, 상기 제1 제어 신호의 상승 에지 시점부터 직전 스위칭 주기에서 상기 적어도 하나의 클록 신호의 인에이블 기간이 경과한 시점에 상기 적어도 하나의 클록 신호를 상승시킬 수 있다.
상기 오실레이터는, 상기 선택된 변조 모드가 PWM 모드인 경우, 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호에 기초해 상기 적어도 하나의 클록 신호를 생성할 수 있다.
상기 오실레이터는, 상기 제2 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 적어도 하나의 클록 신호를 상승시키고, 상기 제1 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 적어도 하나의 클록 신호를 하강시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 클록 신호는 제1 및 제2 클록 신호를 포함하고, 상기 오실레이터는, 상기 제2 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 제1 클록 신호를 상승시키고, 상기 제1 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 제1 클록 신호를 하강시키고 상기 제2 클록 신호를 상승시키며, 상기 제2 클록 신호의 상승 시점부터 상기 제1 클록 신호의 하이 레벨 기간과 동일한 기간이 경과한 시점에 상기 제2 클록 신호를 하강시킬 수 있다.
상기 오실레이터는, 상기 제2 클록 신호가 하강한 시점부터 제1 기간이 경과한 시점에 상기 발진 제어 신호를 상승시키고, 상기 제1 기간은 상기 발진 제어 신호가 상승하기 시작한 시점부터 상기 제2 제어 신호의 상승 에지 시점까지의 기간일 수 있다.
상기 발진 제어 신호 생성기는, 상기 적어도 하나의 클록 신호의 인에이블 기간 동안 증가하는 전압에 상기 전력 공급에 따른 전류를 감지한 전압을 더해 상기 발진 제어 신호를 생성할 수 있다.
실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 1차측 권선에 연결되어 있는 적어도 하나의 전력 스위치, 2차측 권선에 흐르는 전류를 동기 정류하여 출력 전압을 생성하는 적어도 하나의 동기 정류 스위치, 및 상기 출력 전압에 대응하는 제어 전압과 저항에 의해 결정되는 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하며, 상기 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기 제1 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하며, 상기 선택된 변조 모드에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 제어하기 위한 적어도 하나의 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 회로를 포함할 수 있다.
실시 예를 통해 부하에 따라 변조 모드를 제어할 수 있는 회로와 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치를 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 변조 모드 제어 회로가 적용된 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 변조 모드 제어 회로를 포함하는 스위치 제어 회로의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 PWM 임계 전압 생성기를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 PWM 기준 전압 생성기를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 신호들을 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 발진 제어 신호 생성기를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 신호들을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 발명에 대하여 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 발명의 실시 예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 스위칭 주파수는 스위칭 동작의 주파수이고, 듀티 싸이클은 한 스위칭 주기 중 스위치의 온 기간을 의미한다.
도 1은 실시 예에 따른 변조 모드 제어 회로가 적용된 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에서는 전력 공급 장치의 일 예로 공진형 컨버터가 도시되어 있으나 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 공진형 컨버터는 하프-브릿지 LLC 공진형 컨버터이지만, 발명이 적용될 수 있는 컨버터가 이에 한정되는 것은 아니다.
공진형 컨버터(1)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 트랜스포머(20), 게이트 구동회로(30), 제1 동기 정류 스위치(SR1), 제2 동기 정류 스위치(SR2), 및 스위치 제어 회로(10)를 포함한다.
제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 각각의 드레인과 소스 사이에는 바디 다이오드(BD1, BD2)가 형성되어 있다. 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2)는 전력 공급을 제어하는 전력 스위치이다.
제2 스위치(Q2)와 제1 스위치(Q1)는 입력 전압(Vin)과 1차측 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있고, 제2 스위치(Q2) 및 제1 스위치(Q1) 각각은 교대로 스위칭 동작한다. 제2 스위치(Q2)가 턴 오프 되고 제1 데드 타임 후에 제1 스위치(Q1)가 턴 온 되며, 제1 스위치(Q1)가 턴 오프 되고 제1 데드 타임 후에 제2 스위치(Q2)가 턴 온 된다.
제2 스위치(Q2)의 드레인은 입력 전압(Vin)에 연결되어 있고, 제2 스위치(Q2)의 소스와 제1 스위치(Q1)의 드레인이 노드(Nd)에서 연결되어 있으며, 제1 스위치(Q1)의 소스는 1차측 그라운드에 연결되어 있다. 제2 스위치(Q2) 및 제1 스위치(Q1)의 게이트 각각에는 게이트 전압(VG1, VG2)가 공급된다. 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)는 교대로 스위칭하며, 스위칭 동작에 따라 전력 공급이 제어된다. 예를 들어, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)의 스위칭 주파수가 감소할수록 전력 공급이 증가하고, 스위칭 주파수가 증가할수록 전력 공급이 감소한다.
입력 전압(Vin)과 노드(Nd) 사이에는 커패시터(Cr), 트랜스포머(20)의 1차측 권선(W1), 및 인덕터(Lr)가 직렬 연결되어 있다. 커패시터(Cr), 1차측 권선(W1), 및 인덕터(Lr) 사이에서 공진이 발생하고, 1차측에 입력되는 전류(Iin)는 공진에 의해 사인파로 제어된다.
트랜스포머(20)의 2차측에는 권선(W21)과 권선(W22)이 1차측 권선(W11)과 소정의 권선비로 절연 커플링되어 있다. 2차측 권선(W22)의 일단에는 제1 동기 정류 스위치(SR1)가 연결되어 있고, 제1 동기 전류 스위치(SR1)의 드레인과 소스 사이에는 바디 다이오드(BD3)가 형성되어 있다. 2차측 권선(W21)의 일단에는 제2 동기 정류 스위치(SR2)가 연결되어 있고, 제2 동기 정류 스위치(SR2)의 드레인과 소스 사이에는 바디 다이오드(BD4)가 형성되어 있다.
이하, 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2)를 통해 전류가 흐른다는 의미는 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2)가 턴 온 되어 전류가 흐르는 것뿐만 아니라 바디 다이오드(BD3, BD4)를 통해 전류가 흐르는 것을 포함한다.
제1 동기 정류 스위치(SR1)의 소스는 2차측 그라운드에 연결되어 있고, 드레인은 2차측 권선(W22)의 일단에 연결되어 있으며, 게이트에는 제1 게이트 전압(SRG1)이 입력된다. 제2 동기 정류 스위치(SR2)의 소스는 2차측 그라운드에 연결되어 있고, 드레인은 2차측 권선(W21)의 일단에 연결되어 있으며, 제2 게이트에는 제2 게이트 전압(SRG2)이 입력된다.
2차측 권선(W21)의 타단과 권선(W22)의 타단은 출력 노드(No)에 연결되어 있고, 커패시터(Co)는 출력 노드(No)와 2차측 그라운드 사이에 연결되어 있다. 출력 노드(No)의 전압이 출력 전압(Vo)이다.
2차측 권선(W22)에 흐르는 전류에 의해 바디 다이오드(BD3)가 도통되고, 제1 동기 정류 스위치(SR1)가 턴 온 된다. 그러면 2차측 권선(W22)의 전류가 제1 동기 정류 스위치(SR1)를 통해 정류되어 커패시터(Co)로 흐른다. 제1 동기 전류 스위치(SR1)를 통해 흐르는 전류를 이하 제1 동기 정류 전류(ISR1)라 한다.
2차측 권선(W21)에 흐르는 전류에 의해 바디 다이오드(BD4)가 도통되고, 제2 동기 정류 스위치(SR2)가 턴 온 된다. 그러면 2차측 권선(W21)의 전류가 제2 동기 정류 스위치(SR2)를 통해 정류되어 커패시터(Co)로 흐른다. 제2 동기 전류 스위치(SR2)를 통해 흐르는 전류를 이하 제2 동기 정류 전류(ISR2)라 한다.
제1 및 제2 동기 정류 전류(ISR1, ISR2)는 부하에 공급되거나, 커패시터(Co)를 충전시킬 수 있다. 커패시터(Co)에 의해 출력 전압(Vo)의 리플이 감쇄된다.
게이트 구동 회로(30)는 2차측 권선(W23), 두 개의 1차측 권선(W12, W13), 4 개의 저항(R2-R5), 및 두 개의 다이오드(D2, D3)를 포함한다.
2차측 권선(W23)의 일단에는 제1 구동 전압(PRDRV1)이 입력되고, 2차측 권선(W23)의 타단에는 제2 구동 전압(PRDRV2)이 입력된다. 1차측 권선(W12)의 일단과 제2 스위치(Q2)의 게이트 사이에는 저항(R2)과 다이오드(D2)가 병렬 연결되어 있고, 1차측 권선(W12)의 타단은 저항(R3)의 일단과 노드(Nd)에 연결되어 있다. 저항(R2), 저항(R3), 및 다이오드(D2)의 애노드는 제2 스위치(Q2)의 게이트에 연결되어 있다. 1차측 권선(W13)의 일단과 제1 스위치(Q1)의 게이트 사이에는 저항(R4)과 다이오드(D3)가 병렬 연결되어 있고, 1차측 권선(W13)의 타단은 저항(R5)의 일단과 1차측 그라운드에 연결되어 있다. 저항(R4), 저항(R5), 및 다이오드(D3)의 애노드는 제1 스위치(Q1)의 게이트에 연결되어 있다.
게이트 전압(VG1)에 따라 제1 스위치(Q1)가 스위칭 동작하고, 게이트 전압(VG2)에 따라 제2 스위치(Q2)가 스위칭 동작한다. 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)는 n 채널 트랜지스터이므로, 게이트 전압(VG1) 및 게이트 전압(VG2) 각각의 온 레벨은 하이 레벨이고, 오프 레벨은 로우 레벨이다.
제1 구동 전압(PRDRV1)이 하이 레벨이고, 제2 구동 전압(PRDRV2)이 로우 레벨이면, 1차측 권선(W12)의 전류는 저항(R3) 및 다이오드(D2)를 통해 흐르고, 1차측 권선(W13)의 전류는 저항(R4) 및 저항(R5)를 통해 흐른다. 그러면, 게이트 전압(VG1)은 제1 스위치(Q1)를 턴 온 시킬 수 있는 하이 레벨 전압으로 형성되어 제1 스위치(Q1)가 턴 온 되고, 게이트 전압(VG2)은 제2 스위치(Q2)의 소스 전압보다 낮은 전압이 되어 제2 스위치(Q2)가 턴 오프 된다.
제2 구동 전압(PRDRV2)이 하이 레벨이고, 제1 구동 전압(PRDRV2)이 로우 레벨이면, 1차측 권선(W12)의 전류는 저항(R2) 및 저항(R3)를 통해 흐르고, 1차측 권선(W13)의 전류는 저항(R5) 및 다이오드(D3)를 통해 흐른다. 그러면, 게이트 전압(VG2)은 제2 스위치(Q2)를 턴 온 시킬 수 있는 하이 레벨 전압으로 형성되어 제2 스위치(Q2)가 턴 온 되고, 게이트 전압(VG1)은 제1 스위치(Q1)의 소스 전압보다 낮은 전압이 되어 제1 스위치(Q1)가 턴 오프 된다.
입력 전류(Iin)가 인덕터(Lr)에 흐를 때, 2차측 권선(W24)에 전류가 유도되어 감지 전압(VCS)이 발생한다. 예를 들어, 공진에 의해 입력 전류(Iin)가 노드(Nd)를 향하는 방향으로 흐를 때, 2차측 권선(W24)의 전류는 저항(R7) 및 저항(R6)을 통해 2차측 그라운드로 흐른다. 그러면 입력 전류(Iin)에 대응하는 양의 감지 전압(VCS)이 발생한다. 공진에 의해 입력 전류(Iin)가 노드(Nd)로부터 나오는 방향으로 흐를 때, 2차측 권선(W24)의 전류는 2차측 그라운드로부터 저항(R6) 및 저항(R7)을 통해 흐른다. 그러면 입력 전류(Iin)에 대응하는 음의 감지 전압(VCS)이 발생한다. 감지 전압(VCS)은 핀(P9)을 통해 스위치 제어 회로(10)에 공급되고, 스위치 제어 회로(10)는 감지 전압(VCS)을 이용하여 과전류를 감지할 수 있다.
저항(R1)은 2차측 권선(W24)의 일단에 연결되어 있고, 저항(R1)의 타단은 커패시터(C1)의 일단 및 핀(P6)에 연결되어 있으며, 커패시터(C1)의 타단은 2차측 그라운드에 연결되어 있다. 저항(R1) 및 커패시터(C1)로 RC 필터를 통해 2차측 권선(W24)에 흐르는 전류에 대응하는 전압이 적분되고, 적분 결과는 부하에 공급되는 전류(이하, 부하 전류)에 대응하는 정보이다. 적분 결과는 부하를 감지하기 위한 전압으로, 이하 전류 감지 전압(VICS)라 한다.
스위치 제어 회로(10)는 제1 구동 전압(PRDRV1)이 출력되는 핀(P1), 제2 구동 전압(PRDRV2)이 출력되는 핀(P2), 제1 게이트 전압(SRG1)이 출력되는 핀(P3), 제2 게이트 전압(SRG2)이 출력되는 핀(P4), 제1 드레인 전압(SRD1)이 입력되는 핀(P5), 전류 감지 전압(VICS)이 입력되는 핀(P6), 피드백 전압(VFB)이 입력되는 핀(P7), 보상기가 연결된 핀(P8), 감지 전압(VCS)이 입력되는 핀(P9), PWM 임계 전압(PWM_VTH)을 제어하기 위한 저항(RPWM)이 연결된 핀(P10), 및 스위칭 주파수를 제어하는 저항(RMIN)이 연결된 핀(P11)을 포함한다.
스위치 제어 회로(10)는 감지 전압(VCS) 및 전류 감지 전압(VICS)을 감지하여 비-영전압 스위칭(non-zero voltage switching) 및 과전류 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.
핀(P5)은 저항(R8)을 통해 제1 동기 정류 스위치(SR1)의 드레인에 연결되어 있다. 핀(P7)은 두 개의 저항(RF1, RF2)이 연결된 노드에 연결되어 있다. 두 개의 저항(RF1, RF2)에 의해 출력 전압(Vo)이 분배되어 피드백 전압(VFB)이 생성된다.
핀(P8)에는 저항(R10), 커패시터(C2), 및 커패시터(C3)로 구성된 보상기(20)가 연결되어 있다. 커패시터(C3)는 직렬 연결된 저항(R10)과 커패시터(C2)에 병렬 연결되어 있고, 커패시터(C2)의 일전극 및 커패시터(C3)의 일전극은 핀(P8)에 연결되어 있다. 저항(R10)의 일단은 커패시터(C2)의 타전극에 연결되어 있고, 저항(R10)의 타단 및 커패시터(C3)이 타전극은 2차측 그라운드에 연결되어 있다.
스위치 제어 회로(10)는 피드백 전압(VFB)과 소정의 기준 전압 간의 차를 증폭하여 에러 전압을 생성하고, 보상기(20)에 의해 에러 전압이 보상되어 제어 전압(VCOMP)이 생성된다.
스위치 제어 회로(10)는 제어 전압(VCOMP)과 저항(RPWM)에 의해 결정되는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 결정한다.
스위치 제어 회로(10)는 저항(RMIN)에 의해 제어되는 전류를 이용한 발진 제어 신호(VSAW)를 생성하고, PFM 모드에서 발진 제어 신호(VSAW)와 제어 전압(VCOMP)를 이용하여 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)를 생성한다. 예를 들어, 스위치 제어 회로(10)는 발진 제어 신호(VSAW)가 상승하기 시작하는 시점부터 제어 전압(COMP)에 도달하는 시점까지의 기간 동안 제1 클록 신호(CLK1)를 하이 레벨로 생성하고, 하이 레벨 기간과 동일한 기간 동안 제1 클록 신호(CLK1)를 로우 레벨로 생성한다. 스위치 제어 회로(10)는 제1 클록 신호(CLK1)의 위상과 반전된 위상을 가지는 제2 클록 신호(CLK2)를 생성할 수 있다.
스위치 제어 회로(10)는 PWM 모드에서 발진 제어 신호(VSAW), PWM 임계 전압(PWM_VTH), 및 PWM 기준 전압(PWM_VR)을 이용하여 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)를 생성한다. 예를들어, 스위치 제어회로(10)는 발진 제어신호(VSAW)가 상승하다가 PWM 기준 전압(PWM_VR)에 도달한 제1 시점부터 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달한 제2 시점까지의 기간 동안 제1 클록 신호(CLK1)를 하이 레벨로 생성한다. 스위치 제어회로(10)는 제2 시점부터 다음 주기의 발진제어 신호(VSAW)가 PWM 기준 전압(PWM_VR)에 도달하는 시점까지의 기간 동안 제1 클록신호(CLK1)를 로우 레벨로 생성한다. 스위치 제어회로(10)는 제2 시점부터 제1 클록 신호(CLK1)의 하이 레벨 기간과 동일한 기간 동안 제2 클록신호(CLK2)를 하이 레벨로 생성하고 로우 레벨로 하강시킨다. 스위치 제어회로(10)는 제2 클록신호(CLK2)가 하강한 제3 시점부터 다음 주기의 발진제어 신호(VSAW)가 PWM 임계전압(PWM_VTH)에 도달하는 제4 시점까지 제2 클록 신호(CLK2)를 로우 레벨로 생성한다.
스위치 제어 회로(10)는 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)에 따라 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2) 각각의 스위칭 동작을 제어한다.
예를 들어, 스위치 제어 회로(10)는 제1 클록 신호(CLK1)의 상승 에지로부터 데드 타임만큼 지연된 시점에 제1 스위치(Q1)를 턴 온 하고, 제1 클록 신호(CLK1)의 하강 에지에 제1 스위치(Q1)를 턴 오프 한다. 스위치 제어 회로(10)는 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 에지로부터 데드 타임만큼 지연된 시점에 제2 스위치(Q2)를 턴 온 하고, 제2 클록 신호(CLK2)의 하강 에지에 제2 스위치(Q2)를 턴 오프 한다.
스위치 제어 회로(10)는 제1 스위치(Q1)의 턴 온에 동기되어 제1 동기 정류 스위치(SR1)를 턴 온 시키고, 제2 스위치(Q2)의 턴 온에 동기되어 제2 동기 정류 스위치(SR2)를 턴 온 시킨다. 스위치 제어 회로(10)는 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2) 각각을 소정의 온기간 동안 온 상태로 유지하고 턴 오프 한다.
예를 들어, 스위치 제어 회로(10)는 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2) 각각의 직전 스위칭 주기에서의 도통 기간을 기초로 현재 주기에서의 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2) 각각의 온기간을 결정할 수 있다.
제1 및 제2 동기 정류스위치(SR1, SR2) 각각의 직전스위칭 주기에서의 도통기간에서 소정의 마진을 차감하여 현재 주기의 온기간이 결정될 수 있다. 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2) 각각의 직전 스위칭 주기에서의 도통 기간은 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2) 각각에 연결된 바디 다이오드(BD3, BD4) 각각이 도통된 시점부터 차단되는 시점까지의 기간을 의미한다. 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2) 각각의 온기간 사이에 데드 타임이 존재한다.
이와 같은 제1 및 제2 동기 정류 스위치(SR1, SR2)의 스위칭 제어 방식은 일 예일 뿐, 발명이 이에한정되는 것은 아니다.
도 2는 실시 예에 따른 변조 모드 제어 회로를 포함하는 스위치 제어 회로의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
실시 예에 따른 스위치 제어 회로(10)는 발진 제어 신호 생성부(11), 변조 모드 제어회로(12), 오실레이터(13), 데드 타임부(14), 및 구동부(15)를 포함한다. 변조 모드 제어회로(12)는 변조 모드 제어부(100) 및 제어 신호 생성부(120)를 포함한다.
발진 제어 신호 생성부(11)는 스위칭 동작을 제어하기 위한 발진 제어 신호(VSW)를 생성한다. 스위칭 동작을 제어함은 스위칭 주파수 및 듀티 싸이클 중 적어도 하나를 제어하는 것을 의미한다.
발진 제어 신호 생성부(11)는 저항(RMIN)에 발생하는 전압(Vmin)이 기준 전압(VR1)이 되도록 저항(RMIN)에 공급되는 전류를 제어하고, 저항(RMIN)에 공급되는 전류를 복사하여 커패시터(C4)를 충전시킨다. 커패시터(C4)의 전압은 오실레이터(13)으로부터 공급되는 리셋 신호(VRE)에 의해 오프셋 전압으로 리셋된다. 커패시터(C4)의 전압이 발진 제어 신호(VSAW)가 된다.
연산 증폭기(111)와 트랜지스터(M1)는 전압-전류 변환기로서 동작한다. 연산 증폭기(111)의 출력단은 트랜지스터(M1)의 게이트에 연결되어 있고, 연산 증폭기(111)의 반전 단자(-)와 트랜지스터(M1)의 소스가 연결되어 있으며, 비반전 단자(+)에는 전압(VR1)이 입력된다.
연산 증폭기(111)의 반전 단자(-)에 입력되는 전압(Vmin)이 비반전 단자(+)에 입력되는 전압(VR1)과 동일하도록 트랜지스터(M1)에 전류가 흐른다. 전압(Vmin)은 저항(RMIN)과 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류에 따라 결정되므로, 저항(RMIN)에 따라 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류가 달라질 수 있다. 연산 증폭기(111)의 반전 단자(-)에 전압(Vmin)이 네거티브 피드백 되고, 피드백에 기초한 연산 증폭기(111)의 출력에 따라 트랜지스터(M1)가 제어된다.
트랜지스터(M2) 및 트랜지스터(M3)는 전류 미러 회로(114)를 구성하고, 트랜지스터(M2)에 흐르는 전류가 트랜지스터(M3)에 미러링된다. 트랜지스터(M2) 및 트랜지스터(M3) 각각의 게이트가 연결되어 있고, 트랜지스터(M2)는 게이트와 드레인이 연결되어 다이오드와 같이 동작한다. 트랜지스터(M2)의 소스 및 트랜지스터(M3)의 소스에 전압(VR)이 공급된다.
트랜지스터(M2)의 드레인은 트랜지스터(M1)의 드레인에 연결되어 있다. 따라서 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류는 트랜지스터(M2)에 흐른다. 트랜지스터(M3)의 드레인은 커패시터(C4)의 일전극에 연결되어 있다. 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류가 전류 미러 회로(114)에 의해 복사되어 커패시터(C4)에 공급될 때, 커패시터(C4)가 충전되어 발진 제어 신호(VSAW)가 증가한다.
연산 증폭기(112)의 비반전 단자(+)에는 전압(VR4)이 입력되고, 반전 단자(-)는 출력단과 함께 트랜지스터(113)의 소스에 연결되어 있다. 트랜지스터(113)의 게이트에는 리셋 신호(VRE)가 공급되고, 드레인은 커패시터(C4)의 일전극에 연결되어 있다. 연산 증폭기(112)의 반전 단자(-)와 출력단이 연결되어 있어, 전압(VR4)이 연산 증폭기(112)의 출력이 된다.
리셋 신호(VRE)는 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2) 중 어느 하나에 동기되어 발생한다. 리셋 신호(VRE)의 인에이블 기간 동안 발진 제어 신호(VSAW)는 전압(VR4)로 유지된다. 전압(VR4)은 발진 제어 신호(VSAW)의 오프셋 전압이다. 리셋 신호(VRE)의 디스에이블 기간 동안 발진 제어 신호(VSAW)는 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류에 따르는 기울기로 증가한다. 예를 들어, 리셋 신호(VRE)는 제1 클록 신호(CLK1)의 상승 시점에 동기되어 디스에이블되고, 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 시점에 동기되어 인에이블 될 수 있다.
도 2에 도시된 발진 제어 신호 생성기(11)는 발진 제어 신호(VSAW)를 생성하는 일 예시로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 커패시터(C4)의 전압에 전류 감지 전압(VICS)을 합하여 발진 제어 신호(VSAW)를 생성할 수도 있다. 아울러, 발진 제어 신호(VSAW)는 스위칭 주파수 및 듀티 싸이클을 결정하기 위한 신호의 일 예로서 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제어 신호 생성기(12)는 제어 전압(VCOMP), 발진 제어 신호(VSAW), PWM 임계 전압(PWM_VTH), 및 PWM 기준 전압(PWM_VR)을 입력 받고, 제어 전압(VCOMP)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과 및 PWM 임계 전압(PWM_VTH)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과에 기초해 스위칭 주파수를 결정하는 제1 제어 신호(PFMC)를 생성하고, PWM 기준 전압(PWM_VR)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과에 기초해 듀티 싸이클을 결정하는 제2 제어 신호(PWMC)를 생성한다.
제어 신호 생성기(12)는 4개의 비교기(121-123, 126), OR 게이트(124), 및 AND 게이트(125)를 포함한다.
4 개의 비교기(121-123, 126)는 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때 하이 레벨을 출력하고, 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 보다 작을 때 로우 레벨을 출력한다.
비교기(121)는 제어 전압(VCOMP)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과를 출력한다. 비교기(121)는 제어 전압(VCOMP)이 입력되는 반전 단자(-) 및 발진 제어 신호(VSAW)가 입력되는 비반전 단자(+)를 포함하고, 비교기(121)의 출력(S1)은 AND 게이트(125)에 입력된다.
비교기(122)는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과를 출력한다. 비교기(122)는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)이 입력되는 반전 단자(-) 및 발진 제어 신호(VSAW)가 입력되는 비반전 단자(+)를 포함하고, 비교기(122)의 출력(S2)은 OR 게이트(124)에 입력된다.
비교기(123)는 제한 전압(UPL)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과를 출력한다. 비교기(123)는 제한 전압(UPL)이 입력되는 반전 단자(-) 및 발진 제어 신호(VSAW)가 입력되는 비반전 단자(+)를 포함하고, 비교기(123)의 출력(S3)은 OR 게이트(124)에 입력된다.
비교기(126)는 PWM 기준 전압(PWM_VR)과 발진 제어 신호(VSAW)를 비교한 결과를 출력한다. 비교기(126)는 PWM 기준 전압(PWM_VR)이 입력되는 반전 단자(-) 및 발진 제어 신호(VSAW)가 입력되는 비반전 단자(+)를 포함하고, 비교기(126)의 출력은 제2 제어 신호(PWMC)이다. 예를 들어, 오실레이터(13)는 PWM 모드에서 제2 제어 신호(PWMC)에 따라 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)의 듀티 싸이클을 결정하여 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)를 생성할 수 있다.
OR 게이트(124)는 비교기(122)의 출력 및 비교기(123)의 출력을 논리 합 연산한 결과에 따라 출력(S4)을 결정하고, AND 게이트(125)로 출력한다. 제한 전압(UPL)은 PWM 모드에서의 최대 스위칭 주파수를 제한하는 전압이다. PWM 임계 전압(PWM_VTH)이 제한 전압(UPL)보다 큰 전압이 되더라도, 발진 제어 신호(VSAW)가 제한 전압(UPL)에 도달하는 시점에 OR 게이트(124)의 출력(S4)이 하이 레벨이 된다.
AND 게이트(125)는 비교기(121) 및 OR 게이트(124)의 출력을 논리 곱 연산하여 출력한다. AND 게이트(125)의 출력이 제1 제어 신호(PFMC)이다.
변조 모드 제어부(100)는 모드 임계 저항(RPWM)에 기초해 결정되는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)과 제어 전압(VCOMP)을 비교하여 변조 모드를 결정하고, PWM 임계 전압(PWM_VTH) 및 제어 전압(VCOMP)을 이용해 PWM 기준 전압(PWM_VR)을 생성한다. 모드 선택기(110), PWM 임계 전압 생성기(130), 및 PWM 기준 전압 생성기(150)를 포함한다.
모드 선택기(110)는 제어 전압(VCOMP)과 PWM 임계 전압(PWM_VTH)을 비교한 결과를 출력한다. 모드 선택기(110)는 제어 전압(VCOMP)이 입력되는 반전 단자(-) 및 PWM 임계 전압(PWM_VTH)이 입력되는 비반전 단자(+)를 포함하고, 비교 결과에 따라 모드 신호(MDS)를 생성한다. 모드 신호(MDS)는 오실레이터(13)로 전달된다.
모드 선택기(110)는 반전 단자(-)의 입력이 비반전 단자(+)의 입력 이하일 때 하이 레벨을 출력하고, 반전 단자(-)의 입력이 비반전 단자(+)의 입력 보다 클 때 로우 레벨을 출력한다. 따라서 제어 전압(VCOMP)이 PWM 임계 전압(PWM_VTH) 이하일 때, 모드 선택기(110)는 PWM 모드를 지시하는 하이 레벨의 모드 신호(MDS)를 생성한다. 제어 전압(VCOMP)이 PWM 임계 전압(PWM_VTH) 보다 클 때, 모드 선택기(110)는 PFM 모드를 지시하는 로우 레벨의 모드 신호(MDS)를 생성한다.
부하가 감소하면 출력 전압(Vo)의 상승으로 피드백 전압(VFB)이 증가한다. 그러면, 제어 전압(VCOMP)이 감소한다. 실시 예에서는, 경부하(light load) 조건에서, 제어 전압(VCOMP)이 PWM 임계 전압(PWM_VTH) 이하가 되어 변조 모드가 PFM 모드에서 PWM 모드로 변경된다. 이 때, PWM 임계 전압(PWM_VTH)은 저항(RPWM)에 의해 결정되고, PWM 모드에서 듀티 싸이클을 결정하는 PWM 기준 전압(PWM_VR) 역시 저항(RPWM)에 의해 제어될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 실시 예에 따른 PWM 임계 전압 생성기(130) 및 PWM 기준 전압 생성기(150)를 설명한다.
도 3은 실시 예에 따른 PWM 임계 전압 생성기를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, PWM 임계 전압 생성기(130)는 3 개의 연산 증폭기(131, 133, 134), 전류원(132), 트랜지스터(M4), 전류 미러 회로(135), 및 저항(R11)을 포함한다.
4 개의 트랜지스터(M5-M8)는 전류 미러 회로(135)를 구성한다. 직렬 연결되어 있는 두 개의 트랜지스터(M5, M6) 각각은 게이트와 드레인이 연결되어 다이오드와 같이 동작한다. 두 개의 트랜지스터(M7, M8)는 직렬 연결되어 있고, 트랜지스터(M6)의 게이트와 트랜지스터(M7)의 게이트가 연결되어 있으며, 트랜지스터(M5)의 게이트와 트랜지스터(M8)의 게이트가 연결되어 있다. 트랜지스터(M6)의 소스 및 트랜지스터(M7)의 소스에 전압(VR)이 공급된다. 트랜지스터(M5)의 드레인은 노드(N1)에 연결되어 있고, 트랜지스터(M8)의 드레인은 노드(N2)에 연결되어 있다. 전류(I2)는 전류(I1)와 전류(IR)의 합이고, 전류 미러 회로(135)에 의해 미러링되어 저항(R11)에 공급된다.
연산 증폭기(131)와 트랜지스터(M4)는 전압-전류 변환기로서 동작한다. 연산 증폭기(131)의 출력단은 트랜지스터(M4)의 게이트에 연결되어 있고, 연산 증폭기(131)의 반전 단자(-)와 트랜지스터(M4)의 소스가 연결되어 있으며, 비반전 단자(+)에는 전압(VB1)이 입력된다. 트랜지스터(M4)의 드레인은 노드(N1)에 연결되어 있다.
연산 증폭기(131)의 반전 단자(-)에 입력되는 전압(VPWM)이 비반전 단자(+)에 입력되는 전압(VB1)과 동일하도록 트랜지스터(M4)에 전류(I1)가 흐른다. 전압(VPWM)은 저항(RPWM)과 전류(I1)에 따라 결정되므로, 저항(RPWM)에 따라 트랜지스터(M4)에 흐르는 전류가 달라질 수 있다.
연산 증폭기(131)의 반전 단자(-)에 저항(RPWM)의 전압(VPWM)이 네거티브 피드백 되고, 연산 증폭기(131)는 피드백에 기초한 출력에 따라 트랜지스터(M4)가 제어된다. 그러면 전류(I1)는 전압(VB1)을 저항(RPWM)으로 나눈 값(VB1/RPWM)으로 제어된다.
전류원(132)은 노드(N1)에 연결되어 그라운드로 전류(IR)를 싱크시킨다. 저항(RPWM)이 핀(P10)에 연결되지 않은 경우, 블리딩 전류 경로(bleed current path)를 형성하기 위해 전류원(132)이 노드(N1)에 연결되어 있다. 즉, 핀(P10)에 저항(RPWM)이 연결되어 있지 않더라도 전류(I2)는 전류(IR)로 결정되고, 전류 미러 회로(135)에 의해 미러링 되어 저항(R11)에 공급된다.
저항(R11)은 노드(N2)와 연산 증폭기(133)의 출력단 사이에 연결되어 있다. 연산 증폭기(133)의 출력단과 반전 단자(-)가 연결되어 버퍼로 동작하고, 비반전 단자(+)에 입력되는 전압(VB2)이 연산 증폭기(133)의 출력단 전압이다. 따라서 노드(N2)의 전압은 전류(I2)와 저항(R11)을 곱한 전압에 전압(VB2)를 더한 전압(I2*R11+VB2)이 된다. 전압(VB2)는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)의 오프셋 전압이다.
연산 증폭기(134)는 출력단과 반전 단자(-)가 연결되어 버퍼로 동작하고, 비반전 단자(+)는 노드(N2)에 연결되어 있다. 연산 증폭기(134)는 노드(N2)의 전압을 PWM 임계 전압(PWM_VTH)으로 출력한다. PWM 임계 전압(PWM_VTH)을 나타내면 아래 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
PWM_VTH=I2*R11+VB2=(IR+VB1/RPWM)*R11+VB2
전류(IR), 전압(VB1), 전압(VB2), 및 저항(R11)은 PWM 임계 전압 생성기(130) 내부에 고정된 값이므로, 저항(RPWM)을 조절하여 PWM 임계 전압(PWM_VTH)을 제어할 수 있다.
저항(RPWM)에 VB1/RPWM의 전류가 흐르기 위해서는 연산 증폭기(131)의 게인은 충분히 크게 설정될 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 PWM 기준 전압 생성기를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, PWM 기준 전압 생성기(150)는 3 개의 연산 증폭기(151-153), 3 개의 전류 미러 회로(154-156), 두 개의 트랜지스터(M9, M16), 및 3 개의 저항(R12-R14)를 포함한다.
연산 증폭기(151)와 트랜지스터(M9)는 전압-전류 변환기로서 동작한다. 연산 증폭기(151)의 출력단은 트랜지스터(M9)의 게이트에 연결되어 있고, 연산 증폭기(151)의 반전 단자(-)와 트랜지스터(M9)의 소스가 연결되어 있으며, 비반전 단자(+)에는 제어 전압(VCOMP)이 입력된다.
연산 증폭기(151)의 반전 단자(-)에는 저항(R12)이 연결되어 있고, 연산 증폭기(151)의 반전 단자(-)의 전압(VR12)이 비반전 단자(+)의 제어 전압(VCOMP)과 동일하도록 트랜지스터(M9)에 전류(I3)가 흐른다. 전류(I3)는 제어 전압(VCOM)을 저항(R12)으로 나눈 값(VCOM/R12)이다.
전류 미러 회로(154)는 트랜지스터(M9)에 흐르는 전류(I3)를 미러링하여 전류 미러 회로(155)에 공급한다.전류 미러 회로(154)는 두 개의 트랜지스터(M10, M11)를 포함한다. 트랜지스터(M10)의 게이트와 드레인이 연결되어 다이오드와 같이 동작한다. 트랜지스터(M10)의 게이트와 트랜지스터(M11)의 게이트가 연결되어 있고, 트랜지스터(M10)의 소스 및 트랜지스터(M11)의 소스에는 전압(VR)이 공급된다. 트랜지스터(M10)의 드레인은 트랜지스터(M9)의 드레인에 연결되어 있다.
전류 미러 회로(154)에 의해 미러링된 전류(I3)는 전류 미러 회로(155)에 의해 다시 한 번 미러링된다. 전류 미러 회로(155)는 두 개의 트랜지스터(M12, M13)를 포함한다. 트랜지스터(M12)의 게이트와 드레인이 연결되어 다이오드와 같이 동작한다. 트랜지스터(M12)의 게이트와 트랜지스터(M13)의 게이트가 연결되어 있고, 트랜지스터(M12)의 소스 및 트랜지스터(M13)의 소스는 그라운드에 연결되어 있다. 트랜지스터(M12)의 드레인은 트랜지스터(M11)의 드레인에 연결되어 있다. 트랜지스터(M13)의 드레인은 노드(N3)에 연결되어 있다.
연산 증폭기(152)는 출력단과 반전 단자(-)가 연결되어 버퍼로 동작하고, 비반전 단자(+)에는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)이 입력된다. 연산 증폭기(152)는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)을 출력한다. 저항(R13)은 연산 증폭기(152)의 출력단과 노드(N3) 사이에 연결되어 있다.
연산 증폭기(153)와 트랜지스터(M16)는 전압-전류 변환기로서 동작한다. 연산 증폭기(153)의 출력단은 트랜지스터(M16)의 게이트에 연결되어 있고, 연산 증폭기(153)의 반전 단자(-)와 트랜지스터(M16)의 소스가 연결되어 있으며, 비반전 단자(+)에는 기준 전압(VR5)이 입력된다.
연산 증폭기(153)의 반전 단자(-)에는 저항(R14)이 연결되어 있고, 연산 증폭기(153)의 반전 단자(-)의 전압(VR14)이 비반전 단자(+)의 전압(VR5)과 동일하도록 트랜지스터(M16)에 전류(I4)가 흐른다. 전류(I4)는 기준 전압(VR5)을 저항(R14)으로 나눈 값(VR5/R12)이다.
전류 미러 회로(156)는 트랜지스터(M16)에 흐르는 전류(I4)를 미러링한다. 전류 미러 회로(156)는 두 개의 트랜지스터(M14, M15)를 포함한다. 트랜지스터(M15)의 게이트와 드레인이 연결되어 다이오드와 같이 동작한다. 트랜지스터(M14)의 게이트와 트랜지스터(M15)의 게이트가 연결되어 있고, 트랜지스터(M14)의 소스 및 트랜지스터(M15)의 소스에는 전압(VR)이 공급된다. 트랜지스터(M15)의 드레인은 트랜지스터(M16)의 드레인에 연결되어 있다.
전류 미러 회로(156)에 의해 미러링된 전류(I4)는 전류(I3)와 전류(I5)의 합니다. 전류(I5)는 노드(N3)의 전압과 PWM 임계 전압(PWM_VTH) 간의 전압 차를 저항(R13)으로 나눈 값이다. 노드(N3)의 전압은 PWM 기준 전압(PWM_VR)이므로 전류(I5)는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
I5=(PWM_VR-PWM_VTH)/R13
전류(I4)는 VR5/R14이고, 전류(I3)는 VCOMP/R12이며, 전류(I4)는 I3+I5이므로, 이를 정리하면 아래의 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
VR5/R14 = VCOMP/R12+(PWM_VR-PWM_VTH)/R13
수학식 3에서 저항값R12, R13, 및 R14가 모두 동일하다고 가정하면, 수학식3은 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.
[수학식 4]
VR5=VCOMP+PWM_VR-PWM_VTH
수학식 4를 기초로 PWM 기준 전압(PWM_VR)을 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
PWM_VR=PWM_VTH-VCOMP+VR5
여기서 기준 전압(VR5)이 고정된 값이다. 이와 같이, 실시 예에 따른 PWM 기준 전압(PWM_VR)는 PWM 임계 전압(PWM_VTH)과 제어 전압(VCOMP)에 따라 결정되고, 저항(RPWM)을 조절하여 PWM 임계 전압(PWM_VTH)이 변경된다면 PWM 기준 전압(PWM_VR)도 함께 변한다. 아울러, 부하의 변동에 따라 제어 전압(VCOMP)이 변하는 경우 PWM 기준 전압(PWM_VR) 역시 가변한다. 예를 들어, 제어 전압(VCOMP)이 감소하는 경우 PWM 기준 전압(PWM_VR)은 증가한다.
오실레이터(13)는 제1 제어 신호(PFMC), 제2 제어 신호(PWMC), 및 모드 신호(MDS)를 수신하고, 모드 신호(MDS)에 기초한 변조 모드에 따라 제1 제어 신호(PFMC) 및 제2 제어 신호(PWMC)를 이용하여 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)를 생성한다.
오실레이터(13)는 PFM 모드인 경우 제1 제어 신호(PFMC)에 따라 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)를 생성한다. 예를 들어, 오실레이터(13)는 제1 제어 신호(PFMC)의 상승 에지에 동기되어 제1 클록 신호(CLK1)를 하강 및 제2 클록 신호(CLK2)를 상승시키고, 제1 제어 신호(PFMC)의 상승 에지 시점부터 직전 스위칭 주기에서 제1 클록 신호(CLK1)의 인에이블 기간이 경과한 시점에 제1 클록 신호(CLK1)를 상승 및 제2 클록 신호(CLK2)를 하강시킬 수 있다. 오실레이터(13)가 PFM 모드에서 제1 및 제2 클록 신호(CLK2)를 생성하는데 있어, 제2 제어 신호(PWMC)는 관여하지 않는다.
오실레이터(13)는 PWM 모드인 경우 제1 제어 신호(PFMC) 및 제2 제어 신호(PWMC)에 따라 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2)를 생성한다. 예를 들어, 오실레이터(13)는 제2 제어 신호(PWMC)의 상승 에지에 동기되어 제1 클록 신호(CLK1)를 상승시키고, 제1 제어 신호(PFMC)의 상승 에지에 동기되어 제1 클록 신호(CLK1)를 하강 및 제2 클록 신호(CLK2)를 상승시키며, 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 시점부터 제1 클록 신호(CLK1)의 인에이블 기간이 경과한 시점에 제2 클록 신호(CLK2)를 하강시킬 수 있다.
오실레이터(13)는 PWM 모드에서 발진 제어 신호(VSAW)의 증가 시점부터 발진 제어 신호(VSAW)가 PWM 기준 전압(PWM_VR)에 도달한 시점까지의 기간을 카운트한다. 오실레이터(13)는 제2 클록 신호(CLK2)의 하강 시점으로부터 카운트된 기간이 경과한 시점에 발진 제어 신호(VSAW)를 상승시키기 위해 리셋 신호(VRE)를 로우 레벨로 하강시킬 수 있다.
구동부(15)는 제1 및 제2 클록 신호(CLK1, CLK2) 및 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2)의 데드 타임에 기초하여 제1 및 제2 구동 전압(PRDRV1, PRDRV2)을 생성한다.
구동부(15)는 제1 클록 신호(CLK1)의 상승 에지부터 데드 타임만큼 지연된 시점에 제1 구동 전압(PRDRV1)을 하이 레벨로 상승시키고, 제2 클록 신호(CLK2)의 하강 에지에 제2 구동 전압(PRDRV2)를 로우 레벨로 하강시킬 수 있다. 구동부(15)는 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 에지부터 데드 타임만큼 지연된 시점에 제2 구동 전압(PRDRV2)을 하이 레벨로 상승시키고, 제1 클록 신호(CLK2)의 하강 에지에 제1 구동 전압(PRDRV1)을 로우 레벨로 하강시킬 수 있다.
데드 타임부(14)는 데드 타임에 대한 정보(DT)를 구동부(15)에 전달한다.
이하, 도 5를 참조하여 실시 예에 따른 변조 모드 제어 방법을 설명한다.
도 5는 실시 예에 따른 신호들을 나타낸 도면이다.
시점 T0에 제1 클록 신호(CLK1)가 상승하고, 리셋 신호(VRE)가 로우 레벨이 되어 트랜지스터(113)가 턴 오프되어 발진 제어 신호(VSAW)가 상승하기 시작한다. 시점 T0부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T1에 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하이 레벨로 상승한다.
시점 T2에 상승하던 발진 제어 신호(VAW)가 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달하고, 비교기(122)의 출력(S2)는 하이 레벨로 상승하고, OR 게이트(124)의 출력(S4)도 하이 레벨로 상승한다.
시점 T3에 상승하던 발진 제어 신호(VSAW)가 제어 전압(VCOMP)에 도달하고, 비교기(121)의 출력(S1)이 하이 레벨로 상승하며, AND 게이트(125)의 출력인 제1 제어 신호(PFMC)도 하이 레벨로 상승한다. 시점 T3에 동기되어 리셋 신호(VRE)가 하이 레벨이 되어 트랜지스터(113)가 턴 온 되고, 커패시터(C4)의 방전으로 발진 제어 신호(VSAW)는 하강한다. 발진 제어 신호(VSAW)의 하강으로 비교기(121)의 출력(S1), 비교기(122)의 출력(S2), 및 OR 게이트(124)의 출력(S4)는 로우 레벨로 하강한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비교기(121)의 출력(S1)과 제1 제어 신호(PFMC)는 상승 후 바로 하강하여 펄스로 발생할 수 있다.
시점 T3의 제1 제어 신호(PFMC)의 펄스에 동기되어 오실레이터(13)는 제1 클록 신호(CLK1)를 하강시키고, 제2 클록 신호(CLK2)를 상승시킨다. 제1 클록 신호(CLK1)의 하강에 따라 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하강하고, 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 시점 T3로부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T4에 제2 구동 전압(PRDRV2)은 하이 레벨로 상승한다.
부하의 감소로 인해 제어 전압(VCOMP)이 감소하고, PWM 기준 전압(PWM_VR)이 증가한다. 시점 T5에 PWM 기준 전압(PWM_VR)이 증가하여 제어 전압(VCOMP)에 도달하고, 제2 제어 신호(PWMC)가 로우 레벨로 하강한다.
감소하던 제어 전압(VCOMP)이 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달한 시점 T6에 PWM 모드를 지시하는 모드 신호(MDS)가 하이 레벨로 상승한다.
시점 T3으로부터 제1 클록 신호(CLK1)의 하이 레벨 기간 T0-T3와 동일한 기간이 경과한 시점 T7에 오실레이터(13)는 제2 클록 신호(CLK2)를 하강시키고, 제1 클록 신호(CLK1)를 상승시킨다. 시점 T7에 리셋 신호(VRE)는 로우 레벨로 하강하여 트랜지스터(113)가 턴 오프 된다. 그러면 시점 T7부터 발진 제어 신호(VSAW)가 상승하기 시작한다.
시점 T8에 상승하던 발진 제어 신호(VSAW)가 PWM 기준 전압(PWM_VR)에 도달하고, 비교기(126)의 출력인 제2 제어 신호(PWMC)가 하이 레벨로 상승한다. 그러면 오실레이터(13)는 제2 제어 신호(PWMC)의 상승 에지에 동기되어 제1 클록 신호(CLK1)를 하이 레벨로 상승시킨다. 시점 T8로부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T9에 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하이 레벨로 상승한다.
시점 T10에 발진 제어 신호(VSAW)가 제어 전압(VCOMP)에 도달하여 비교기(121)의 출력(S1)이 하이 레벨로 상승한다. 시점 T11에 발진 제어 신호(VSAW)가 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달하고, 비교기(122)의 출력(S2)이 하이 레벨로 상승하며, OR 게이트(124)의 출력(S4)도 하이 레벨로 상승한다. 그러면, AND 게이트(125)의 출력인 제1 제어 신호(PFMC)도 하이 레벨로 상승한다.
시점 T11에 동기되어 리셋 신호(VRE)가 하이 레벨이 되어 트랜지스터(113)가 턴 온 되고, 커패시터(C4)의 방전으로 발진 제어 신호(VSAW)는 하강한다. 발진 제어 신호(VSAW)의 하강으로 비교기(121)의 출력(S1), 비교기(122)의 출력(S2), OR 게이트(124)의 출력(S4), 및 제1 제어 신호(PFMC)는 로우 레벨로 하강한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비교기(122)의 출력(S2), OR 게이트(124)의 출력(S4), 및 제1 제어 신호(PFMC)는 상승 후 바로 하강하여 펄스로 발생할 수 있다.
시점 T11의 제1 제어 신호(PFMC)의 펄스에 동기되어 오실레이터(13)는 제1 클록 신호(CLK1)를 하강시키고, 제2 클록 신호(CLK2)를 상승시킨다. 제1 클록 신호(CLK1)의 하강에 따라 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하강하고, 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 시점 T11로부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T12에 제2 구동 전압(PRDRV2)은 하이 레벨로 상승한다.
시점 T11로부터 제1 클록 신호(CLK1)의 하이 레벨 기간 T8-T11과 동일한 기간이 경과한 시점 T13에 오실레이터(13)는 제2 클록 신호(CLK2)를 하강시킨다. 제2 클록 신호(CLK2)의 하강에 따라 제2 구동 전압(PRDRV2)이 하강한다.
시점 T13부터 기간 T7-T8의 기간이 경과한 시점 T14에, 오실레이터(13)는 리셋 신호(VRE)를 로우 레벨로 하강시킨다. 트랜지스터(113)는 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 오프 되고, 시점 T14부터 발진 제어 신호(VSAW)가 증가하기 시작한다.
이와 같이, PWM 모드에서는 발진 제어 신호(VSAW)가 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달한 시점으로 스위칭 주파수가 결정되어, 스위칭 주파수가 일정하게 된다. 아울러, PWM 기준 전압(PWM_VR)에 따라 듀티 싸이클이 결정된다.
앞서 언급한 바와 같이, 발진 제어 신호(VSAW)는 커패시터(C4)에 충전되는 전압에 전류 감지 전압(VICS)이 더해져서 생성될 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 발진 제어 신호 생성기를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 발진 제어 신호 생성기(16)는 도 2에 도시된 발진 제어 신호 생성기(11)와 비교해 덧셈기(115)를 더 포함한다. 나머지 구성은 앞서 설명과 동일한 바 생략한다.
덧셈기(115)는 커패시터(C4)에 충전된 전압(VCT)와 전류 감지 전압(VICS)를 더해 발진 제어 신호(VASW1)를 생성한다.
발진 제어 신호(VASW1)을 이용한 변조 모드 제어 방식도 앞서 설명과 동일하다. 발진 제어 신호(VSAW1)는 4 개의 비교기(121, 122, 123, 126) 각각의 반전 단자(-)에 입력되고, 비반전 단자(-)에 입력되는 제어 전압(VCOMP), PWM 임계 전압(PWM_VTH), 제한 전압(UPL), 및 PWM 기준 전압(PWM_VR)과 비교된다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 신호들을 나타낸 도면이다.
시점 T20에 제1 클록 신호(CLK1)가 상승하고, 리셋 신호(VRE)가 로우 레벨이 되어 트랜지스터(113)가 턴 오프되어 전압(VCT)가 상승하기 시작한다. 전압(VCT)의 상승에 따라 발진 제어 신호(VSAW1)도 상승하기 시작한다. 시점 T20부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T21에 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하이 레벨로 상승한다.
시점 T22에 상승하던 발진 제어 신호(VAW1)가 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달하고, 비교기(122)의 출력(S2)은 하이 레벨로 상승하고, OR 게이트(124)의 출력(S4)도 하이 레벨로 상승한다.
시점 T23에 상승하던 발진 제어 신호(VSAW1)가 제어 전압(VCOMP)에 도달하고, 비교기(121)의 출력(S1)이 하이 레벨로 상승하며, AND 게이트(125)의 출력인 제1 제어 신호(PFMC)도 하이 레벨로 상승한다. 시점 T23에 동기되어 리셋 신호(VRE)가 하이 레벨이 되어 트랜지스터(113)가 턴 온 되고, 커패시터(C4)의 방전으로 발진 제어 신호(VSAW1) 및 전압(VCT)은 하강한다. 발진 제어 신호(VSAW)의 하강으로 비교기(121)의 출력(S1), 비교기(122)의 출력(S2), 및 OR 게이트(124)의 출력(S4)는 로우 레벨로 하강한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비교기(121)의 출력(S1)과 제1 제어 신호(PFMC)는 상승 후 바로 하강하여 펄스로 발생할 수 있다.
시점 T23의 제1 제어 신호(PFMC)의 펄스에 동기되어 오실레이터(13)는 제1 클록 신호(CLK1)를 하강시키고, 제2 클록 신호(CLK2)를 상승시킨다. 1 클록 신호(CLK1)의 하강에 따라 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하강하고, 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 시점 T23로부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T24에 제2 구동 전압(PRDRV2)은 하이 레벨로 상승한다.
부하의 감소로 인해 제어 전압(VCOMP)이 감소하고, PWM 기준 전압(PWM_VR)이 증가한다. 시점 T25에 PWM 기준 전압(PWM_VR)이 증가하여 제어 전압(VCOMP)에 도달하고, 제2 제어 신호(PWMC)가 로우 레벨로 하강한다.
감소하던 제어 전압(VCOMP)이 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달한 시점 T26에 PWM 모드를 지시하는 모드 신호(MDS)가 하이 레벨로 상승한다.
시점 T24로부터 제1 클록 신호(CLK1)의 하이 레벨 기간 T20-T23과 동일한 기간이 경과한 시점 T27에 오실레이터(13)는 제2 클록 신호(CLK2)를 하강시키고, 제1 클록 신호(CLK1)를 상승시킨다. 시점 T27에 리셋 신호(VRE)는 로우 레벨로 하강하여 트랜지스터(113)가 턴 오프 된다. 그러면 시점 T27부터 발진 제어 신호(VSAW1) 및 전압(VCT)이 상승하기 시작한다.
시점 T28에 상승하던 발진 제어 신호(VSAW1)가 PWM 기준 전압(PWM_VR)에 도달하고, 비교기(126)의 출력인 제2 제어 신호(PWMC)가 하이 레벨로 상승한다. 그러면 오실레이터(13)는 제2 제어 신호(PWMC)의 상승 에지에 동기되어 제1 클록 신호(CLK1)를 하이 레벨로 상승시킨다. 시점 T82로부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T29에 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하이 레벨로 상승한다.
시점 T30에 발진 제어 신호(VSAW1)가 제어 전압(VCOMP)에 도달하여 비교기(121)의 출력(S1)이 하이 레벨로 상승한다. 시점 T31에 발진 제어 신호(VSAW1)가 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달하고, 비교기(122)의 출력(S2)이 하이 레벨로 상승하며, OR 게이트(124)의 출력(S4)도 하이 레벨로 상승한다. 그러면, AND 게이트(125)의 출력인 제1 제어 신호(PFMC)도 하이 레벨로 상승한다.
시점 T31에 동기되어 리셋 신호(VRE)가 하이 레벨이 되어 트랜지스터(113)가 턴 온 되고, 커패시터(C4)의 방전으로 발진 제어 신호(VSAW1)는 하강한다. 발진 제어 신호(VSAW1)의 하강으로 비교기(121)의 출력(S1), 비교기(122)의 출력(S2), OR 게이트(124)의 출력(S4), 및 제1 제어 신호(PFMC)는 로우 레벨로 하강한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비교기(122)의 출력(S2), OR 게이트(124)의 출력(S4), 및 제1 제어 신호(PFMC)는 상승 후 바로 하강하여 펄스로 발생할 수 있다.
시점 T31의 제1 제어 신호(PFMC)의 펄스에 동기되어 오실레이터(13)는 제1 클록 신호(CLK1)를 하강시키고, 제2 클록 신호(CLK2)를 상승시킨다. 제1 클록 신호(CLK1)의 하강에 따라 제1 구동 전압(PRDRV1)이 하강하고, 제2 클록 신호(CLK2)의 상승 시점 T31로부터 데드 타임(DT)이 경과한 시점 T32에 제2 구동 전압(PRDRV2)은 하이 레벨로 상승한다.
시점 T31로부터 제1 클록 신호(CLK1)의 하이 레벨 기간 T28-T31과 동일한 기간이 경과한 시점 T33에 오실레이터(13)는 제2 클록 신호(CLK2)를 하강시킨다.
시점 T33부터 기간 T27-T28의 기간이 경과한 시점 T34에, 오실레이터(13)는 리셋 신호(VRE)를 로우 레벨로 하강시킨다. 트랜지스터(113)는 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 오프 되고, 시점 T34부터 발진 제어 신호(VSAW1)가 증가하기 시작한다.
앞선 실시 예와 동일하게, PWM 모드에서는 발진 제어 신호(VSAW1)가 PWM 임계 전압(PWM_VTH)에 도달한 시점에 기초하여 스위칭 주파수가 결정되어, 스위칭 주파수가 일정하게 된다. 아울러, PWM 기준 전압(PWM_VR)에 따라 듀티 싸이클이 결정된다.
이상에서 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 공진형 컨버터
Q1: 제1 스위치
Q2: 제2 스위치
20: 트랜스포머
30: 게이트 구동회로
SR1: 제1 동기 정류 스위치
SR2: 제2 동기 정류 스위치
10: 스위치 제어 회로
11, 16: 발진 제어 신호 생성기
12: 변조 모드 제어 회로
13: 오실레이터
14: 데드 타임부
15: 구동부
100: 변조 모드 제어부
110: 비교기
120: 제어 신호 생성부
130: PWM 임계 전압 생성기
150: PWM 기준 전압 생성기

Claims (20)

  1. 제어 전압과 소정의 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하는 변조 모드 제어부, 및
    스위칭 주파수를 제어하는 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기발진 제어 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 발진 제어 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하는 변조 모드 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조 모드 제어부는,
    상기 PWM 임계 전압과 상기 제어 전압을 비교하는 비교기,
    외부에 연결된 제1 저항에 따라 PWM 임계 전압을 제어하는 PWM 임계 전압 생성기, 및
    상기 PWM 임계 전압과 상기 제어 전압의 차에 기초하여 상기 PWM 기준 전압을 생성하는 PWM 기준 전압 생성기를 포함하는 변조 모드 제어 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 임계 전압 생성기는,
    상기 제1 저항의 전압을 소정의 기준 전압으로 제어하기 위한 제1 전류를 생성하고, 상기 제1 전류와 소정의 제2 전류를 합한 제3 전류를 미러링하여 제2 저항에 공급하며, 상기 제2 저항에 발생하는 전압에 소정의 오프셋 전압을 더해 상기 PWM 임계 전압을 생성하는 변조 모드 제어 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PWM 임계 전압 생성기는,
    상기 제1 저항에 연결되어 있는 반전 단자 및 상기 기준 전압이 입력되는 비반전 단자를 포함하는 제1 연산 증폭기,
    상기 제1 연산 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 게이트 및 상기 제1 저항에 연결되어 있는 일단을 포함하고, 상기 제1 연산 증폭기의 출력에 따라 상기 제1 전류가 흐르는 제1 트랜지스터,
    상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제2 전류를 싱크시키는 전류원, 및
    상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제3 전류를 미러링하여 상기 제2 저항에 공급하는 제1 전류 미러 회로를 포함하는 변조 모드 제어 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PWM 임계 전압 생성기는,
    상기 제2 저항의 일단에 연결되어 있는 출력단 및 반전 단자, 및 상기 오프셋 전압이 입력되는 비반전 단자를 포함하는 제2 연산 증폭기를 더 포함하고,
    상기 제2 저항에 상기 제3 전류가 흐르고, 상기 제2 저항의 타단의 전압이 상기 PWM 임계 전압인 변조 모드 제어 회로.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 기준 전압 생성기는,
    상기 제어 전압에 기초한 제4 전류를 생성하고, 소정의 기준 전압에 기초한 제5 전류를 생성하며, 상기 제5 전류와 상기 제4 전류의 차에 해당하는 전류와 상기 PWM 임계 전압을 이용하여 상기 PWM 기준 전압을 생성하는 변조 모드 제어 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 기준 전압 생성기는,
    상기 제어 전압이 입력되는 비반전 단자 및 제3 저항에 연결되어 있는 반전단자를 포함하는 제3 연산 증폭기,
    상기 제3 연산 증폭기의 출력에 연결되어 있는 게이트 및 상기 제3 연산 증폭기의 반전단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 트랜지스터, 및
    상기 제2 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제2 트랜지스터에 흐르는 상기 제4 전류를 미러링하는 제2 전류 미러 회로를 포함하는 변조 모드 제어 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 기준 전압 생성기는,
    상기 기준 전압이 입력되는 비반전 단자 및 제4 저항에 연결되어 있는 반전 단자를 포함하는 제4 연산 증폭기,
    상기 제4 연산 증폭기의 출력에 연결되어 있는 게이트 및 상기 제4 연산 증폭기의 반전단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제3 트랜지스터, 및
    상기 제3 트랜지스터의 타단에 연결되어 상기 제3 트랜지스터에 흐르는 제5전류를 미러링하는 제3 전류 미러 회로를 포함하는 변조 모드 제어 회로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 기준 전압 생성기는,
    상기 PWM 임계 전압이 입력되는 비반전 단자, 반전 단자, 및 상기 반전 단자에 연결되어 있는 출력단을 포함하는 제5 연산 증폭기,
    상기 제5 연산 증폭기의 출력단과 상기 PWM 기준 전압이 발생하는 노드 사이에 연결되어 있는 제5 저항, 및
    상기 노드에 연결되어 있고, 상기 제4 전류를 미러링하는 제4 전류 미러 회로를 포함하며,
    상기 제5 전류와 상기 제4 전류 간의 전류차가 상기 제5 저항을 통해 흐르는 변조 모드 제어 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는,
    상기 제어 전압과 상기 발진 제어 신호를 비교하는 제1 비교기,
    상기 PWM 임계 전압과 상기 발진 제어 신호를 비교하는 제2 비교기, 및
    상기 제1 비교기의 출력 및 상기 제2 비교기의 출력에 기초하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 AND 게이트를 포함하는 변조 모드 제어 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 신호 생성부는,
    PWM 모드에서 상기 스위칭 동작의 최대 주파수를 제어하는 제한 전압과 상기 발진 제어 신호를 비교하는 제3 비교기, 및
    상기 제2 비교기의 출력과 상기 제3 비교기의 출력을 논리 합 연산하는 OR 게이트를 더 포함하고,
    상기 AND 게이트는 상기 OR 게이트 출력 및 상기 제1 비교기의 출력을 논리 곱 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 변조 모드 제어 회로.
  12. 전력 공급을 제어하는 적어도 하나의 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 회로에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 발진 제어 신호를 생성하는 발진 제어 신호 생성기,
    상기 전력 공급의 출력 전압에 따르는 제어 전압과 외부 저항에 의해 결정되는 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하며, 상기 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기 제1 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하는 변조 모드 제어 회로, 및
    상기 선택된 변조 모드에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 제어하기 위한 적어도 하나의 클록 신호를 생성하는 오실레이터를 포함하는 스위치 제어 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 선택된 변조 모드가 PFM 모드인 경우,
    상기 제1 제어 신호에 기초해 상기 적어도 하나의 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 제1 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 적어도 하나의 클록 신호를 하강시키고, 상기 제1 제어 신호의 상승 에지 시점부터 직전 스위칭 주기에서 상기 적어도 하나의 클록 신호의 인에이블 기간이 경과한 시점에 상기 적어도 하나의 클록 신호를 상승시키는 스위치 제어 회로.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 선택된 변조 모드가 PWM 모드인 경우,
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호에 기초해 상기 적어도 하나의 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 제2 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 적어도 하나의 클록 신호를 상승시키고, 상기 제1 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 적어도 하나의 클록 신호를 하강시키는 스위치 제어 회로.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 클록 신호는 제1 및 제2 클록 신호를 포함하고,
    상기 오실레이터는,
    상기 제2 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 제1 클록 신호를 상승시키고,
    상기 제1 제어 신호의 상승 에지에 동기되어 상기 제1 클록 신호를 하강시키고 상기 제2 클록 신호를 상승시키며,
    상기 제2 클록 신호의 상승 시점부터 상기 제1 클록 신호의 하이 레벨 기간과 동일한 기간이 경과한 시점에 상기 제2 클록 신호를 하강시키는 스위치 제어 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 제2 클록 신호가 하강한 시점부터 제1 기간이 경과한 시점에 상기 발진제어 신호를 상승시키고,
    상기 제1 기간은 상기 발진 제어 신호가 상승하기 시작한 시점부터 상기 제2 제어 신호의 상승 에지 시점까지의 기간인 스위치 제어 회로.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 발진 제어 신호 생성기는,
    상기 적어도 하나의 클록 신호의 인에이블 기간 동안 증가하는 전압에 상기 전력 공급에 따른 전류를 감지한 전압을 더해 상기 발진 제어 신호를 생성하는 스위치 제어 회로.
  20. 1차측 권선에 연결되어 있는 적어도 하나의 전력 스위치,
    2차측 권선에 흐르는 전류를 동기 정류하여 출력 전압을 생성하는 적어도 하나의 동기 정류 스위치, 및
    상기 출력 전압에 대응하는 제어 전압과 저항에 의해 결정되는 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 따라 변조 모드를 선택하고, 상기 PWM 임계 전압 및 제어 전압을 이용해 PWM 기준 전압을 생성하며, 상기 발진 제어 신호와 상기 제어 전압을 비교한 결과 및 상기 제1 신호와 상기 PWM 임계 전압을 비교한 결과에 기초한 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 신호와 상기 PWM 기준 전압을 비교한 결과에 기초한 제2 제어 신호를 생성하며, 상기 선택된 변조 모드에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 제어하기 위한 적어도 하나의 클록 신호를 생성하는 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치.

KR1020150175150A 2014-12-10 2015-12-09 변조 모드 제어 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 전력 공급 장치 Withdrawn KR20160070710A (ko)

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