KR100499526B1 - Ｄｃ-ｄｃ 변환기의 구동회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 출력전압이 낮을 경우와 출력전압이 높을 경우에도 DC-DC 변환기의 효율을 항상 일정하게 유지하게 하는 DC-DC 변환기와 구동방법을 제공하기 위한 것으로서, 입력전원과, 상기 입력전원의 안정화를 위해 병렬로 연결된 커패시터와, 상기 입력전원과 연결된 인덕터와, 상기 인덕터와 에노드 부분이 연결된 다이오드와, 상기 인덕터와 다이오드의 에노드가 연결된 부분에 연결된 다수개의 스위치용 트랜지스터와, 상기 다이오드의 캐소드에 연결된 출력전원과, 상기 출력전원을 안정화시키기 위해 병렬로 연결된 커패시터와, 스위치용 단자가 다수 개 형성되고, 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터를 제어하여 적어도 하나 이상 온시키는 DC-DC 변환기를 포함하여 구성되는데 있다.
Description
본 발명은 DC-DC 변환기(Converter)에 관한 것으로, 특히 DC-DC 변환기의 효율을 최대한으로 사용할 수 있는 구동회로에 관한 것이다.
일반적으로 전류를 사용하여 디스플레이를 구동하는 디스플레이 장치(FED, 유기EL, LED 등)들은 실내의 모드와 실외의 모드에서 시인성을 높여주기 위해서, 어두운 실내에서는 낮은 전압과 낮은 전류로 파워의 소모를 최소화하면서 구동을 수행하고, 밝은 실외에서는 높은 전류와 높은 전압으로 휘도를 높여서 디스플레이를 하고 있다.
그러나 이러한 시스템은 소형의 휴대용 기기에 응용이 될 경우에는 공간적인 제약으로 인해 DC-DC 변환기를 하나 정도만 사용하고 있기 때문에, 낮은 전력과 높은 전력 모두에서 좋은 효율을 갖는 DC-DC 변환기를 설계하는 것은 무척 어려운 문제이다.
일반적으로 높은 전력에서 최대의 효율을 내는 경우는 전력이 낮아질수록 효율이 떨어지게 되며, 또한 낮은 전력에서 최대의 효율을 내는 경우는 전력이 높아질수록 전력은 떨어지게 된다.
DC-DC 변환기의 효율은 전체 시스템의 효율과 직접적으로 관계되기 때문에 이의 효율적인 사용은 중요한 문제가 된다.
도 1 은 종래 기술에 따른 스위칭 Tr 내장형 DC-DC 변환기의 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 1을 보면, 입력전원으로 Vin이 있으며, 출력전원으로 Vout이 있다.
그리고 입력 전하(charge)를 저장하기 위한 인덕터로서 L1과, 입력된 전하(charge)를 출력으로만 보내기 위한 다이오드로서 D1이 있다. 아울러 입력전원을 안정화시키기 위한 커패시터인 C1과, 출력전원을 안정화시키기 위한 커패시터인 C2가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위해 피드백(feedback) 전압을 만드는 저항으로서 R1과 R2가 있다.
또한, DC-DC 변환기(10)의 구조는 입력전원을 받아들이는 핀으로 IN이 있으며, 상기 DC-DC 변환기(10)의 동작을 제어하기 위한 SHDN과, 내부에 설치된 스위치용 트랜지스터와 연결된 핀으로 SW가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위한 핀으로 FB와, 그라운드(ground)와 연결된 핀으로 GND가 있다.
도 2 는 종래 기술에 따른 스위칭 Tr 외장형 DC-DC 변환기의 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 2를 보면, 입력전원으로 Vin이 있으며, 출력전원으로 Vout이 있다.
입력 전하(charge)를 저장하기 위한 인덕터로서 L11과, 입력된 전하(charge)를 출력으로만 보내기 위하여 다이오드로서 D11이 있다. 아울러 입력전원을 안정화 시키기 위한 커패시터인 C11과, 출력전원을 안정화시키기 위한 커패시터인 C12가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위해 피드백(feedback) 전압을 만드는 저항으로서 R11과 R12가 있으며, 스위치용 트랜지스터로 Tr11이 있다.
또한, DC-DC 변환기(10)의 구조는 입력전원을 받아들이는 핀으로 IN이 있으며, 상기 DC-DC 변환기(10)의 동작을 제어하기 위한 SHDN과, 외부에 설치된 스위치용 트랜지스터를 구동하기 위한 핀으로 SW가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위한 핀으로 FB와, 그라운드(ground)와 연결된 핀으로 GND가 있다.
이상에서 설명한 종래 기술에 따른 DC-DC 변환기의 구동회로는 다음과 같은 문제점이 있다.
도 1, 2의 구조와 같이, 하나의 인덕터와 하나의 다이오드와 하나의 스위치용 트랜지스터를 사용하기 때문에, 출력전압이 낮을 경우에 최적화를 시키면 출력전압이 높아질 경우에는 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다. 또한, 출력전압이 높은 경우에 최적화를 시켜 놓으면 출력전압이 낮아질 경우에 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 출력전압이 낮을 경우와 출력전압이 높을 경우에도 DC-DC 변환기의 효율을 항상 일정하게 유지하게 하는 DC-DC 변환기와 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 다른 목적은 입력전원에서 출력전원으로의 변환효율을 최대한으로 하기 위한 DC-DC 변환기 및 그 구동 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC-DC 변환기의 구동회로의 특징은 입력전원과, 상기 입력전원의 안정화를 위해 병렬로 연결된 커패시터와, 상기 입력전원과 연결된 인덕터와, 상기 인덕터와 에노드 부분이 연결된 다이오드와, 상기 인덕터와 다이오드의 에노드가 연결된 부분에 연결된 다수개의 스위치용 트랜지스터와, 상기 다이오드의 캐소드에 연결된 출력전원과, 상기 출력전원을 안정화시키기 위해 병렬로 연결된 커패시터와, 스위치용 단자가 다수 개 형성되고, 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터를 제어하여 적어도 하나 이상 온시키는 DC-DC 변환기를 포함하여 구성되는데 있다.
이때, 상기 DC-DC 변환기는 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터와 다수개의 스위치용 단자가 각각 연결되고, 그 중 하나의 트랜지스터와 하나의 DC-DC 변환기의 스위치용 단자는 디폴트값(Default)으로 사용하게 되며, 다른 스위치용 트랜지스터와 다른 DC-DC 변환기의 스위치용 단자의 신호는 DC-DC 변환기의 디폴트(default) 스위치용 단자의 신호와 외부에서 입력되는 제어신호를 조합해서 생성하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터는 게이트에 입력되는 전압에 따라 전류용량이 바뀌는 것이 바람직하다.
이때, 상기 게이트에 입력되는 전압은 상기 DC-DC 변환기의 외부에서 인가되는 제어신호에 의해 게이트에 입력되는 전압을 바꾸는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터가 DC-DC 변환기 내부에 구성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 DC-DC 변환기는 입력전원을 받아들이는 IN과, 상기 DC-DC 변환기의 동작을 제어하는 SHDN과, 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터를 구동하기 위한 다수개의 SW와, 출력전압을 조절하는 FB와, 그라운드(ground)와 연결하는 GND를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 DC-DC 변환기의 구동회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 의한 스위치 Tr 외장형 DC-DC 변환기의 구동회로를 나타낸 도면이다.
도 3을 보면, 입력전원으로 Vin이 있으며, 출력전원으로 Vout이 있다.
그리고 입력 전하(charge)를 저장하기 위한 인덕터로서 L21과, 입력된 전하(charge)를 출력으로만 보내기 위하여 다이오드로서 D21이 있다. 아울러 입력전원을 안정화시키기 위한 커패시터인 C21과, 출력전원을 안정화시키기 위한 커패시터인 C22가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위해서 피드백(feedback) 전압을 만드는 저항으로서 R21과 R22와, 스위치용 트랜지스터로서 Tr21과 Tr22가 있다.
또한, DC-DC 변환기(110)의 구조는 입력전원을 받아들이는 핀으로 IN이 있으며, 상기 DC-DC 변환기(110)의 동작을 제어하기 위해서 SHDN과, 외부에 설치된 스위치용 트랜지스터를 구동하기 위한 핀으로 SW1과 SW2가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위한 핀으로 FB와, 그라운드(ground)와 연결된 핀으로 GND가 있다.
상기 DC-DC 변환기(110)와 외부에 장착된 트랜지스터들(Tr21, Tr22)은 응용을 위하여 하나의 DC-DC 변환모듈(100)로 만들 수 있다.
이와 같이 구성되는 도 3에서 나타내고 있는 DC-DC 변환기(110)의 동작을 살펴보면, 보통의 경우에는 트랜지스터 하나만(Tr21) 동작을 하기 때문에, 종래의 구조와 같은 동작을 하게 된다. 추가로 출력쪽의 전압이 높아지거나 아니면 외부에서 임의의 신호에 의하여 출력쪽의 파워가 많이 필요할 경우에, 여분의 트랜지스터(Tr22)가 동작을 하여서 출력전압이 높아지거나 혹은 출력쪽의 파워가 많이 필요할 경우더라도 효율의 감소가 없이 동작을 하게 된다.
도 4 는 본 발명에 따른 스위칭 Tr 외장형 DC-DC 변환기 구동회로의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4를 보면, 입력전원으로 Vin이 있으며, 출력전원으로 Vout이 있다.
그리고 입력 전하를 저장하기 위한 인덕터로서 L31과, 입력된 전하를 출력으로만 보내기 위하여 다이오드로서 D31이 있다. 아울러 입력전원을 안정화시키기 위해서 커패시터인 C31과, 출력전원을 안정화시키기 위한 커패시터인 C32가 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위해서 피드백(feedback) 전압을 만드는 저항으로서 R31과 R32와, 스위치용 트랜지스터로서 Tr31과 Tr32가 있다.
또한, 외부에서 들어오는 제어신호로 모드가 있으며, 외부에서 들어오는 제어신호와 스위치용 트랜지스터의 구동신호를 조합해서 새로운 트랜지스터 제어신호를 만드는 논리곱(AND)(220)이 있다.
또한, DC-DC 변환기(210)의 구조는 입력전원을 받아들이는 핀으로 IN이 있으며, 상기 DC-DC 변환기(210)의 동작을 제어하기 위해서 SHDN과, 외부에 설치된 스위치용 트랜지스터를 구동하기 위한 핀으로 SW3이 있다. 그리고 출력전압을 조절하기 위한 핀으로 FB와, 그라운드(ground)와 연결된 핀으로 GND가 있다.
이때, 상기 DC-DC 변환기(210)와, 외부에 장착된 논리곱(AND)(220)과, 외부에 장착된 트랜지스터들(Tr31, Tr32)은 응용을 위하여 하나의 DC-DC 변환모듈(200)로 만들 수 있다.
이와 같이 구성되는 도 4에서 나타내고 있는 DC-DC 변환기(210)의 동작을 살펴보면, 보통의 경우에는 트랜지스터 하나만(Tr31) 동작을 하기 때문에, 종래의 구조와 같은 동작을 하게 된다.
그리고 여분의 트랜지스터(Tr32)의 제어신호는 논리곱(AND)(220)의 신호에 의하여 결정된다.
상기 논리곱(220)의 입력을 살펴보면, 하나의 입력은 DC-DC 변환기(210)에서 나오는 트랜지스터(Tr31)의 제어신호이며, 또 하나의 신호는 외부 모드(mode)에서 입력되는 신호이다.
따라서, DC-DC 변환기(210)에서 나오는 신호는 계속 동작을 하지만, 외부에서 입력되는 신호가 로우(low) 일 경우에는 상기 논리곱(220)의 출력신호는 항상 로우(low)를 유지하기 때문에 여분의 트랜지스터(Tr32)는 동작을 하지 않게 된다.
그리고, 외부에서 입력되는 신호(Mode)가 하이(high) 일 경우에는 DC-DC 변환기에서 나오는 트랜지스터(Tr31)의 제어신호와 같은 신호로 트랜지스터(Tr32)를 제어하게 된다.
추가로 출력쪽의 전압이 높아지거나 아니면 외부에서 임의의 신호에 의하여 출력쪽의 파워가 많이 필요할 경우에, 여분의 트랜지스터(Tr32)가 동작을 하여서 출력전압이 높아지거나 혹은 출력쪽의 파워가 많이 필요할 경우더라도 효율의 감소가 없이 동작을 하게 된다.
도 5(a)(b)는 종래의 DC-DC 변환기와 본 발명의 DC-DC 변환기의 효율을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 5(a)를 보면, 종래 기술에 의한 DC-DC 변환기의 구동을 사용하였을 경우의 효율곡선을 보여주고 있는데, 높은 로드 전류(Load Current)에서도 동작을 하기 위해서 일반적으로 사용하는 전류치(I1Typ)에서는 낮은 효율(65% 정도)을 나타내고 있으며, 또한 높은 전류 레벨에서도 동작을 하게 만들면 일반적으로 높은 전류치에서는(I2Typ) 좋은 효율을(85% 정도) 보여주고 있다.
도 5(b)를 보면, 본 발명에 의한 DC-DC 변환기의 구동을 사용하였을 경우의 효율곡선을 보여주고 있는데, 낮은 전류치(I1 Typ)에서 동작을 가장 효율이 좋게(85% 정도) 설계를 하고, 높은 전류치(I2 Typ)에서는 회로의 구성이 바뀌기 때문에 여기에서도 비교적 높은 효율(80% 정도)을 나타내고 있다.
이와 같은 구동방법은 도 1 혹은 도 2의 구조에서도 트랜지스터의 게이트에 입력되는 제어신호의 전압을 조절해서 스위치용 트랜지스터의 전류를 제어하도록 구성하면, 출력전압이 높아지거나 혹은 출력쪽의 파워가 많이 필요할 경우더라도 효율의 감소없이 동작을 하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 DC-DC 변환기의 구동회로는 간단한 시스템으로 낮은 전력 상태일 때와 높은 전력 상태일 경우에 회로의 구성을 다르게 설정을 하여서, DC-DC 변환기의 효율을 최대한으로 만들어서 사용할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1 은 종래 기술에 따른 스위칭 Tr 내장형 DC-DC 변환기의 구동회로를 나타낸 도면
도 2 는 종래 기술에 따른 스위칭 Tr 외장형 DC-DC 변환기의 구동회로를 나타낸 도면
도 3 은 본 발명에 의한 스위치 Tr 외장형 DC-DC 변환기의 구동회로를 나타낸 도면
도 4 는 본 발명에 따른 스위칭 Tr 외장형 DC-DC 변환기 구동회로의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 5(a)(b)는 종래의 DC-DC 변환기와 본 발명의 DC-DC 변환기의 효율을 그래프로 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100, 200 : DC-DC 변환모듈 110, 210 : DC-DC 변환기
220 : 논리곱
Claims (6)
- 입력전원과,상기 입력전원의 안정화를 위해 병렬로 연결된 커패시터와,상기 입력전원과 연결된 인덕터와,상기 인덕터와 에노드 부분이 연결된 다이오드와,상기 인덕터와 다이오드의 에노드가 연결된 부분에 연결된 다수개의 스위치용 트랜지스터와,상기 다이오드의 캐소드에 연결된 출력전원과,상기 출력전원을 안정화시키기 위해 병렬로 연결된 커패시터와,스위치용 단자가 다수 개 형성되고, 상기 다수개의 스위치용 트랜지스터를 제어하여 적어도 하나 이상 온시키는 DC-DC 변환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기의 구동회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 DC-DC 변환기는상기 다수개의 스위치용 트랜지스터와 다수개의 스위치용 단자가 각각 연결되고, 그 중 하나의 트랜지스터와 하나의 DC-DC 변환기의 스위치용 단자는 디폴트값(Default)으로 사용하게 되며, 다른 스위치용 트랜지스터와 다른 DC-DC 변환기의 스위치용 단자의 신호는 DC-DC 변환기의 디폴트(default) 스위치용 단자의 신호와 외부에서 입력되는 제어신호를 조합해서 생성하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기의 구동회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 다수개의 스위치용 트랜지스터는 게이트에 입력되는 전압에 따라 전류용량이 바뀌는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기의 구동회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 게이트에 입력되는 전압은 상기 DC-DC 변환기의 외부에서 인가되는 제어신호에 의해 게이트에 입력되는 전압을 바꾸는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기의 구동회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 다수개의 스위치용 트랜지스터가 DC-DC 변환기 내부에 구성되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기의 구동회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 DC-DC 변환기는입력전원을 받아들이는 IN과,상기 DC-DC 변환기의 동작을 제어하는 SHDN과,상기 다수개의 스위치용 트랜지스터를 구동하기 위한 다수개의 SW와,출력전압을 조절하는 FB와,그라운드(ground)와 연결하는 GND를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기의 구동회로.
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