KR100734024B1 - Input voltage independent current mode full wave rectifier - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 전류형 전파 정류기의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a general current type full-wave rectifier.
도 2는 종래 전류형 전파 정류기의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a conventional current type full-wave rectifier.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an input voltage independent current full-wave rectifier according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 1 내지 도 3의 파형도로서, (a)는 전원 전압 파형이고, (b)는 정류기 입력 전압 파형이며, (c)는 전류원 또는 정류기에 인가되는 전류 파형이고, (d)는 정류기 인가 전류 파형이며, (e)는 정류기 인가 전류 파형이고, (f)는 이상적인 정류 파형이며, (g)는 정류기 출력 파형이고, (h)는 정류기 출력 파형이다.4 is a waveform diagram of FIGS. 1 to 3, wherein (a) is a power supply voltage waveform, (b) is a rectifier input voltage waveform, (c) is a current waveform applied to a current source or rectifier, and (d) is A rectifier applied current waveform, (e) is a rectifier applied current waveform, (f) is an ideal rectified waveform, (g) is a rectifier output waveform, and (h) is a rectifier output waveform.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 제 1 연산증폭부10: first operational amplifier
20 : 제 2 연산증폭부20: second operational amplifier
30 : 전류합산부30: current adding unit
M1 ~ M10 : MOSM1 ~ M10: MOS
본 발명은 전류형 전파 정류기에 관한 것으로, 특히 전류원과 전류원에 연결된 부하의 종류 및 크기에 무관하게 전류전파를 실현하기에 적당하도록 한 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기에 관한 것이다.The present invention relates to a current-type full-wave rectifier, and more particularly, to an input voltage independent current-type full-wave rectifier suitable for realizing current propagation regardless of the type and size of the current source and the load connected to the current source.
그래서 본 발명은 정현파 전류의 정류기에 관한 것으로 정현파 전류를 전파정류하고 평활하여 DC 전류값을 얻는데 사용한다. 정현파 전류를 전파정류하고, 평활회로 등 응용회로를 추가하면 정현파 전류의 실효값(Root Mean Square)을 얻을 수가 있으며, 이러한 정류기에는 전파정류기와 반파정류기가 있다. 반파정류기에 비해 효율이 대략 2배 정도 높은 전파 정류기가 본 발명에서 개선하고자 하는 기술의 분야이다.Accordingly, the present invention relates to a rectifier of sinusoidal currents, and is used to obtain a DC current value by full-wave rectifying and smoothing sinusoidal currents. By rectifying the sinusoidal current and adding an application circuit such as a smoothing circuit, the root mean square of the sinusoidal current can be obtained. Such rectifiers include full-wave rectifiers and half-wave rectifiers. A full-wave rectifier, which is approximately twice as efficient as a half-wave rectifier, is a field of technology to be improved in the present invention.
한편 정류기에서 전류의 실효값을 얻기 위한 전류형 전파정류기의 요구조건으로는, 정류기에 인가되는 전류의 크기와 파형이 전류기 입력 조건에 의한 왜곡됨이 없이 정류를 해야 더 정확한 실효값을 얻을 수 있기 때문에 정류기 자체가 신뢰도 높은 회로 구성이어야 하며, 정류기에 인가되는 전류의 크기에 무관하게 전파된 전류를 얻기 위해서는 정류기 회로의 입력전류크기의 범위(Input Dynamic Range)가 인가되는 전류의 크기보다 커야 한다.On the other hand, as a requirement of the current-type full-wave rectifier for obtaining the effective value of the current in the rectifier, it is possible to obtain a more accurate effective value only by rectifying without the distortion of the magnitude and waveform of the current applied to the rectifier. Therefore, the rectifier itself must be a circuit configuration of high reliability, and the input dynamic range of the rectifier circuit must be larger than the current applied to obtain the propagated current regardless of the magnitude of the current applied to the rectifier.
또한 전류형 전파 정류기에서 요구되는 또 하나의 요구조건은 입력전류의 크 기나 파형 자체에 정류기가 영향을 미쳐서는 안 된다는 것이다. 왜냐하면, 이상적인 전류원(부하의 조건에 관계없이 항상 일정한 전류의 크기와 파형을 내보내는 전류원)이 아닌 이상 모든 전류원은 부하의 종류와 전류원에 연결된 정류기의 회로 구성에 따라 크기 및 파형 왜곡이 발생하게 된다.Another requirement for current full-wave rectifiers is that the rectifier must not affect the magnitude of the input current or the waveform itself. This is because all current sources generate magnitude and waveform distortion depending on the type of load and the circuit configuration of the rectifier connected to the current source, unless it is an ideal current source (a current source that always emits a constant magnitude and waveform regardless of load conditions).
그러나 이러한 부하의 종류에 관계없는 이상적인 전류원을 실제로 만들거나 구성할 수 없기 때문에 이에 대한 다른 대안으로는 전류원과 부하와 그 부하에 연결된 전파정류기가 전류원의 부하의 종류나 크기에 민감하지 않은 회로구성이어야 하며, 이러한 요구 조건들을 만족하는 전류형 전파정류기 개발의 필요성이 대두하게 되었다.However, since it is impossible to actually make or configure an ideal current source irrespective of the type of load, another alternative is to use a circuit configuration in which the current source and the load and the full-wave rectifier connected to the load are not sensitive to the type or size of the load of the current source. In addition, there is a need for the development of a current type full-wave rectifier that meets these requirements.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전류원과 전류원에 연결된 부하의 종류 및 크기에 무관하게 전류전파를 실현할 수 있는 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above conventional problems, and an object of the present invention is an input voltage independent current type full-wave rectifier capable of realizing current propagation regardless of the type and size of the current source and the load connected to the current source. To provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기는,In order to achieve the above object, the input voltage independent current full-wave rectifier according to an embodiment of the present invention,
입력전류를 (-) 입력단자로 받고, Vbias를 (+) 입력단자로 받으며, (+) 출력단자는 제 2 연산증폭부와 연결되고, (-) 출력단자는 제 1 NMOS와 제 2 NMOS의 게이트에 연결되며, 입력전류를 연산증폭시키는 제 1 연산증폭부와; (-) 입력단자는 상기 제 1 연산증폭부의 (+) 출력단자와 연결되고, (+) 입력단자는 그라운드와 연결되며, 출력은 제 3 PMOS와 제 4 PMOS의 게이트에 연결되고, 상기 제 1 연산증폭부에서 나온 전류를 반전 증폭시키는 제 2 연산증폭부와; 게이트는 상기 제 1 연산증폭부의 (-) 출력단자와 연결되고, 소스는 전류합산부의 그라운드와 연결되며, 드레인은 입력전류와 상기 제 3 PMOS의 드레인에 연결되는 제 1 NMOS와; 게이트는 상기 제 1 연산증폭부의 (-) 출력단자와 연결되고, 소스는 상기 전류합산부의 그라운드와 연결되며, 드레인은 상기 전류합산부와 연결되는 제 2 NMOS와; 게이트는 상기 제 2 연산증폭부의 출력단자와 연결되고, 소스는 상기 전류합산부의 전원전압과 연결되며, 드레인은 입력전류와 상기 제 1 NMOS의 드레인에 연결되는 제 3 PMOS와; 게이트는 상기 제 2 연산증폭부의 출력단자와 연결되고, 소스는 상기 전류합산부의 전원전압과 연결되며, 드레인은 상기 전류합산부와 연결되는 제 4 PMOS와; 상기 제 1 NMOS, 상기 제 2 NMOS, 상기 제 3 PMOS, 상기 제 4 PMOS에서 출력된 전류를 더해주는 전류합산부;를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Receive input current as (-) input terminal, Vbias as (+) input terminal, (+) output terminal is connected to the second operational amplifier, and (-) output terminal to the gate of the first NMOS and the second NMOS A first operational amplifier connected to the first operational amplifier to amplify the input current; (-) Input terminal is connected to the (+) output terminal of the first operational amplifier, (+) input terminal is connected to the ground, the output is connected to the gate of the third and fourth PMOS, the first A second operational amplifier for inverting and amplifying the current from the operational amplifier; A first NMOS connected to a gate of a negative output terminal of the first operational amplifier, a source connected to a ground of a current adding unit, and a drain connected to an input current and a drain of the third PMOS; A second NMOS having a gate connected to the negative output terminal of the first operational amplifier, a source connected to the ground of the current adding unit, and a drain connected to the current adding unit; A third PMOS gate connected to an output terminal of the second operational amplifier, a source connected to a power supply voltage of the current adding unit, and a drain connected to an input current and a drain of the first NMOS; A fourth PMOS having a gate connected to the output terminal of the second operational amplifier, a source connected to a power supply voltage of the current adding unit, and a drain connected to the current adding unit; And a current summing unit for adding a current output from the first NMOS, the second NMOS, the third PMOS, and the fourth PMOS.
이하, 상기와 같은 본 발명, 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기의 기술적 사상에 따른 일 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention as described above, the technical spirit of the input voltage independent current type full-wave rectifier with reference to the drawings as follows.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an input voltage independent current full-wave rectifier according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 입력전류를 (-) 입력단자로 받고, Vbias를 (+) 입력 단자로 받으며, (+) 출력단자는 제 2 연산증폭부(Amp2)(20)와 연결되고, (-) 출력단자는 제 1 NMOS(M1)와 제 2 NMOS(M2)의 게이트에 연결되며, 입력전류를 연산증폭시키는 제 1 연산증폭부(Amp1)(10)와; (-) 입력단자는 상기 제 1 연산증폭부(10)의 (+) 출력단자와 연결되고, (+) 입력단자는 그라운드(GND)와 연결되며, 출력은 제 3 PMOS(M3)와 제 4 PMOS(M4)의 게이트에 연결되고, 상기 제 1 연산증폭부(10)에서 나온 전류를 반전 증폭시키는 제 2 연산증폭부(Amp2)(20)와; 게이트는 상기 제 1 연산증폭부(10)의 (-) 출력단자와 연결되고, 소스는 전류합산부(30)의 그라운드(GND)와 연결되며, 드레인은 입력전류와 상기 제 3 PMOS(M3)의 드레인에 연결되는 제 1 NMOS(M1)와; 게이트는 상기 제 1 연산증폭부(10)의 (-) 출력단자와 연결되고, 소스는 상기 전류합산부(30)의 그라운드(GND)와 연결되며, 드레인은 상기 전류합산부(30)와 연결되는 제 2 NMOS(M2)와; 게이트는 상기 제 2 연산증폭부(20)의 출력단자와 연결되고, 소스는 상기 전류합산부(30)의 전원전압(VDD)과 연결되며, 드레인은 입력전류와 상기 제 1 NMOS(M1)의 드레인에 연결되는 제 3 PMOS(M3)와; 게이트는 상기 제 2 연산증폭부(20)의 출력단자와 연결되고, 소스는 상기 전류합산부(30)의 전원전압(VDD)과 연결되며, 드레인은 상기 전류합산부(30)와 연결되는 제 4 PMOS(M4)와; 상기 제 1 NMOS(M1), 상기 제 2 NMOS(M2), 상기 제 3 PMOS(M3), 상기 제 4 PMOS(M4)에서 출력된 전류를 더해주는 전류합산부(30);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.As shown in the drawing, an input current is received as a negative input terminal, Vbias is received as a positive input terminal, and a positive output terminal is connected to the second
상기 제 1 연산증폭부(10)는, 완전 차동 증폭기(Full Differential Op-Amp)로 구성된 것을 특징으로 한다.The first
상기 전류합산부(30)는, 게이트는 드레인과 연결되고 동시에 제 6 NMOS(M6)와 연결되며, 소스는 그라운드(GND)와 연결되고, 드레인은 상기 제 4 PMOS(M4)의 드레인과 연결되는 제 5 NMOS(M5)와; 게이트는 상기 제 5 NMOS(M5)와 연결되고, 소스는 그라운드(GND)와 연결되며, 드레인은 제 10 PMOS(M10)의 게이트 및 드레인과 연결되는 제 6 NMOS(M6)와; 게이트는 드레인과 연결되고 동시에 제 8 PMOS(M8)와 연결되며, 소스는 전원전압(VDD)과 연결되고, 드레인은 상기 제 2 NMOS(M2)의 드레인과 연결되는 제 7 PMOS(M7)와; 게이트는 상기 제 7 PMOS(M7)와 연결되고, 소스는 전원전압(VDD)과 연결되며, 드레인은 제 9 PMOS(M9)의 드레인과 연결되어 출력전류(Io)를 내보내는 제 8 PMOS(M8)와; 게이트는 상기 제 10 PMOS(M10)와 연결되고, 소스는 전원전압(VDD)과 연결되며, 드레인은 상기 제 8 PMOS(M8)의 드레인과 연결되어 출력전류(Io)를 내보내는 제 9 PMOS(M9)와; 게이트는 드레인과 연결되고 동시에 제 6 NMOS(M6)와 연결되며, 소스는 전원전압(VDD)과 연결되고, 드레인은 상기 제 6 NMOS(M6)의 드레인과 연결되는 제 10 PMOS(M10);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용 어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.Referring to the preferred embodiment of the input voltage independent current-type full-wave rectifier according to the present invention configured as described above in detail with reference to the accompanying drawings as follows. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or precedent of a user or an operator, and accordingly, the meaning of each term should be interpreted based on the contents throughout the present specification. something to do.
먼저 본 발명은 전류원과 전류원에 연결된 부하의 종류 및 크기에 무관하게 전류전파를 실현하고자 한 것이다. 즉, 이상적인 전류형 전파 정류기인 경우 정류기에 인가되는 전류에 수반되는 입력 전압의 크기에 관계없이 인가되는 전류를 전파정류하게 된다. 그러나 일반적인 전류 정류기의 경우 전류의 크기와 부하조건에 따라 인가전압의 크기가 변하고, 따라서 전류 정류기 자체가 원하는 정류 동작을 하지 못하거나 또는 전류원이 이상적이 아닌 대부분의 전류원은 부하의 조건에 따라 전류원 자체의 크기가 변하게 된다. 따라서 본 발명은 전류원으로부터 인가되는 전류의 크기와 부하조건의 전압의 변동을 없도록 하여 일반적인 전류원의 경우에도 전류원의 전류 크기에 변화를 주지 않는 전류형 전파 정류기를 구현하고자 한 것이다.First, the present invention is intended to realize current propagation regardless of the type and size of the current source and the load connected to the current source. That is, in the case of the ideal current type full-wave rectifier, the applied current is full-wave rectified regardless of the magnitude of the input voltage accompanying the current applied to the rectifier. However, in the case of general current rectifiers, the magnitude of the applied voltage changes according to the magnitude of the current and the load conditions. Therefore, most current sources in which the current rectifier itself does not perform the desired rectification operation or the current source is not ideal, depending on the load conditions. The size of will change. Therefore, the present invention is intended to implement a current-type full-wave rectifier that does not change the current magnitude of the current source even in the case of a general current source by avoiding the variation of the magnitude of the current applied from the current source and the voltage of the load condition.
그래서 본 발명의 전류형 전파 정류기는 입력전류를 받아들이는 제 1 연산증폭부(Op-Amp1)(10)와 제 1 연산증폭부(10)의 플러스(+) 출력단자에서 나온 전류를 반전 증폭시키는 제 2 연산증폭부(Op-Amp2)(20), 제 1 연산증폭부(10)의 마이너스(-) 출력단자와 제 2 연산증폭부(20)의 출력을 받아서 증폭시키는 트랜지스터 4개(M1 ~ M4) 및 트랜지스터(M1 ~ M4)의 출력 전류를 더해주는 전류합산부(30) 등으로 구성되며, 출력 측에서 연산증폭부의 입력으로 궤환 시키는 연결선 등이 포함된다.Therefore, the current-type full-wave rectifier of the present invention inverts and amplifies the current from the positive (+) output terminal of the first operational amplifier (Op-Amp1) 10 and the first
제 1 연산증폭부(Op-Amp1)(10)는 완전 차동 증폭부(Full Differential Op-Amp)로 구성하며, 이는 입력 전류의 크기나 입력 부하의 종류에 관계없이 일정한 전압을 유지시키기 위해 차동증폭부의 정극성 입력단자에 적절한 임의의 직류전압을 가해주도록 연결 구성된다.The first operational amplifier (Op-Amp1) 10 is composed of a full differential op amp, which is differentially amplified to maintain a constant voltage regardless of the magnitude of the input current or the type of the input load. It is configured to apply any DC voltage appropriate to the negative positive input terminal.
또한 제 1 연산증폭부(Op-Amp1)(10)의 마이너스(-) 출력 단자는 NMOS 트랜지스터 M1과 M2의 게이트에, 플러스(+) 출력단자는 제 2 연산증폭부(20)의 마이너스 입력단자에, 그리고 제 2 연산증폭부(20)의 출력단자는 PMOS 트랜지스터 M3과 M4의 게이트에 연결하고 NMOS, PMOS 의 드레인은 전류의 합을 구하기 위한 전류합산부(30)에 연결된다.In addition, the negative (-) output terminal of the first operational amplifier (Op-Amp1) 10 is connected to the gates of the NMOS transistors M1 and M2, and the positive (+) output terminal is connected to the negative input terminal of the second
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 제시하고자 하는 전류형 정류기가 포함된 전체회로 구성을 보면 도 1의 전류형 전파정류기 개념도와 같이 전류원 Is가 있고 전류원 자체에 고유하게 있는 전원전류저항 Rs가 직렬로 연결되며, 전류원 Is에서 나온 전류 Is는 Rs를 거쳐 부하(Load)에 인입된다.Looking at the overall circuit configuration including the current-type rectifier to be proposed in the present invention, as shown in the current-type full-wave rectifier concept of Figure 1 is a current source Is and the power supply current resistance Rs inherent in the current source itself is connected in series, in the current source Is The exiting current Is enters the load via Rs.
부하 입력단과 전원 단자 마이너스 전압(GND) 사이에 전압 Vs(도 4의 (a) 참조)가 걸리게 되고, 이어서 부하를 통과한 전류인 입력전류 Ii는 계속하여 전류형 전파 정류기에 인가된다. 부하에서 누설전류가 없다고 가정하면(Is = Ii) 전원전류 Is의 크기는 변하지 않은 채 전류형 전파 정류기에 인가되며, 이 전류에 의해 부하(Load) 양단간에 전원전압 Vs와 입력전압 Vi 사이의 전압차(= Vs - Vi)가 발생하게 된다. 그리고 전류형 전파 정류기의 입력전압(Vi)(도 4의 (b) 참조) 전류형 전 파 정류기의 동작점에 영향을 미침과 동시에 전류원의 동작 자체에도 영향을 주게 된다. 왜냐하면 Is 자체가 이상적인 전류원(도 4의 (c) 참조)이 (Rs = 0)아니기 때문에 부하와 전원전류저항 Rs에 의해 전류원 Is의 동작점이 변할 수 있기 때문이다.A voltage Vs (see Fig. 4A) is applied between the load input terminal and the power terminal negative voltage GND, and then the input current Ii, which is the current passing through the load, is subsequently applied to the current type full-wave rectifier. Assuming there is no leakage current at the load (Is = Ii), the magnitude of the supply current Is is applied to the current-type full-wave rectifier without changing the size, and this voltage is the voltage between the supply voltage Vs and the input voltage Vi between both ends of the load. A difference (= Vs-Vi) is generated. In addition, the input voltage Vi of the current wave rectifier (see (b) of FIG. 4) affects the operating point of the current wave rectifier and also affects the operation of the current source itself. This is because the operating point of the current source Is can be changed by the load and the supply current resistance Rs because Is itself is not an ideal current source (see (c) of FIG. 4).
도 2에 표시된 종래의 전류형 전파회로도를 예로 보면, 도 1에서 부하를 통과한 전류 Ii(도 4의 (c) 참조)는 도 2의 NMOS M1의 드레인에 인가되고, NMOS M1의 드레인과 게이트, NMOS M2 의 게이트가 연결되어 전류미러를 구성하므로 인입된 전류 Ii는 NMOS M1의 드레인과 소스를 통하여 GND로 흐르게 되며 동일한 크기의 전류가 NMOS M2의 소스에서 그라운드(GND(로 흐르게 된다.Taking the conventional current type propagation circuit diagram shown in FIG. 2 as an example, the current Ii (see FIG. 4C) passing through the load in FIG. 1 is applied to the drain of NMOS M1 of FIG. 2, and the drain and gate of NMOS M1 are shown. As the gate of NMOS M2 is connected to form a current mirror, the incoming current Ii flows to GND through the drain and source of NMOS M1, and the same current flows from the source of NMOS M2 to ground (GND).
한편 도 2에서 트랜지스터 NMOS M1의 드레인에 직렬로 연결된 NMOS 트랜지스터 M3 소스에는 트랜지스터 M1의 드레인과 소스전압 Vi의 크기에 따라 전류가 흐름과 멈춤을 반복하게 된다. 즉, 정현파전류가 양의 상태(Positive)인 경우 트랜지스터 M1에 흐르는 전류는 전류원으로부터 인입되는 전류 Ii가 대부분을 담당하게 되어 M3에는 전류가 적게 흐르게 된다. 이것은 Ii에 의해 Vi가 커져서 M3의 게이트에 인가된 바이어스 전압 Vbias와 Vi의 차이가 줄어들어 M3에 흐르는 전류는 적어지기 때문이며, 반대로 Ii 가 부극성(Ii가 적어짐)일 때에는 전류미러에 의해 M2에 드레인에서 소스로 흐르는 전류가 적어지는 대신 M3의 바이어스 전압과 Vi(Ii가 적어지면 Vi도 적어짐)의 차이가 커져 M3에 흐르는 전류가 커져서 결국 Ii가 정극성이나 부극성 모두의 경우에 트랜지스터 M4의 드레인에 흐르는 전류는 M3과 M2의 드레인 전류의 합으로 나타나므로 전파정류된 전류가 흐르게 된다.Meanwhile, in FIG. 2, current flows and stops repeatedly in the NMOS transistor M3 source connected in series with the drain of the transistor NMOS M1 according to the magnitude of the drain of the transistor M1 and the source voltage Vi. That is, when the sinusoidal current is positive, the current flowing through the transistor M1 is mostly taken by the current Ii drawn from the current source, so that less current flows in the M3. This is because Vi increases due to Ii, and the difference between bias voltages Vbias and Vi applied to the gate of M3 decreases, so that the current flowing in M3 decreases. On the contrary, when Ii is negative (Ii decreases), drain to M2 by the current mirror. Instead of decreasing the current flowing from the source to the source, the difference between the bias voltage of M3 and Vi (the less Vi, the less Vi) increases, resulting in a larger current in M3, which eventually drains transistor M4 when Ii is both positive and negative. Since the current flowing through is represented by the sum of the drain currents of M3 and M2, the full-wave rectified current flows.
하지만, 이러한 종래 회로에서의 문제는 도 2에서 Vi가 Ii의 크기에 의해서만 결정된다는 가정하에 완벽한 정류 동작을 하게 되는 바, 실제의 상황에서는 도 1에서와 같이, 도 2의 종래의 전류형 전파 정류기의 회로에 전류 Ii가 인가되기 전에 부하를 통과하여 전류형 전파 정류기에 인입되기 때문에 실제로 Vi는 전류원 Is에 연결된 부하와 전류형 전파 정류기의 입력조건(상태)에 따라서도 바뀌게 되어 위의 설명과 같은 완벽한 전류 전파 동작을 하지 못하게 된다.However, this problem in the conventional circuit is a full rectification operation under the assumption that Vi in Fig. 2 is determined only by the size of Ii, in a practical situation, as in Fig. 1, in the actual current conventional full-wave full-wave rectifier of Fig. Since Vi is introduced into the current-type full-wave rectifier through the load before the current Ii is applied to the circuit of, the Vi actually changes depending on the load connected to the current source Is and the input condition (state) of the current-type full-wave rectifier. Full current propagation will fail.
예를 들면, Ii의 전류가 크면서 도 1에 보인 봐와 같은 부하가 크면 부하에서의 전압 강하가 커지므로 도 2의 트랜지스터 M3의 게이트 전압이 고정되어 있고, Vi의 직류전압 레벨은 낮아지므로 트랜지스터 M3은 정상적인 동작을 할 수 있는 상태에 있게 되나, M1의 게이트 전압이 낮아져서 M1이 정상 동작을 할 수 없게 되어 입력전류 Ii가 인가될 때, 이 조건에서는 파형이 도 4의 (e) 처럼 Ii의 부극성 부근이 클램프(Clamp)되는 현상이 나타나고, 이때의 출력전류 Io는 도 4의 (h) 처럼 왜곡이 심한 파형이 된다.For example, if Ii has a large current and a large load as shown in Fig. 1, the voltage drop at the load will be large, so that the gate voltage of transistor M3 in Fig. 2 is fixed, and the DC voltage level of Vi is low. M3 is in a state capable of normal operation, but when the gate voltage of M1 is lowered so that M1 cannot operate normally, and the input current Ii is applied, the waveform appears in Ii as shown in (e) of FIG. 4. Clamping occurs near the negative polarity, and the output current Io at this time becomes a waveform with a high distortion as shown in FIG.
한편, Ii가 크고 부하가 적어지거나, 도 2의 M3 게이트 전압 Vbias 전압이 낮으면 Ii가 정극성 부근에서 도 4의 파형도 (d) 처럼 클램프(Clamp)되고, 이의 출력 파형은 도 4의 (g)에서와 같은 왜곡이 있는 전류 정류 파형이 나타나게 된다.On the other hand, when Ii is large and the load is low, or when the M3 gate voltage Vbias voltage of FIG. 2 is low, Ii is clamped in the vicinity of the positive polarity as shown in the waveform diagram of FIG. 4, and the output waveform thereof is shown in FIG. A distortion current rectifying waveform, as in g), appears.
따라서 본 발명의 회로도인 도 3과 같이 완전 차동 연산증폭기인 제 1 연산증폭부(Op-Amp1)(10)의 마이너스 입력단자에 전류 Ii를 인가시키고 플러스 단자에는 Vbias를 인가하도록 연결하고, Op-Amp1의 플러스 출력은 제 2 연산증폭부(Op-Amp2)(20)의 마이너스 입력단자에 연결하고, Op-Amp1의 마이너스 출력단자는 NMOS 트랜지스터 M1과 M2의 공통 게이트에 연결한다. 제 2 연산증폭부(20)의 플러스 입력 단자는 저장한다.Therefore, as shown in FIG. 3 of the circuit diagram of the present invention, the current Ii is applied to the negative input terminal of the first operational amplifier (Op-Amp1) 10, which is a fully differential operational amplifier, and the positive terminal is connected such that Vbias is applied and Op- The positive output of Amp1 is connected to the negative input terminal of the second operational amplifier (Op-Amp2) 20, and the negative output terminal of the Op-Amp1 is connected to the common gate of the NMOS transistors M1 and M2. The positive input terminal of the second
한편, Op-Amp2의 출력단자는 PMOS 트랜지스터 M3과 M4의 게이트에 공통으로 연결한다. 또한, NMOS M1의 드레인은 PMOS M3의 드레인에 연결하고, M1과 M3의 공통 드레인은 Op-Amp1의 마이너스 입력단자에 연결하여 부궤환 회로를 완성하게 된다. 또한, PMOS M3의 게이트와 PMOS M4 게이트가 연결되고, NMOS M1의 게이트와 NMOS M2의 게이트가 연결되며, M1과 M2의 소스들은 GND에, PMOS M3 와 M4의 소스들은 VDD에 연결한다.On the other hand, the output terminal of Op-Amp2 is commonly connected to the gates of the PMOS transistors M3 and M4. In addition, the drain of the NMOS M1 is connected to the drain of the PMOS M3, and the common drain of M1 and M3 is connected to the negative input terminal of Op-Amp1 to complete the negative feedback circuit. In addition, the gate of PMOS M3 and the gate of PMOS M4 are connected, the gate of NMOS M1 and the gate of NMOS M2 are connected, the sources of M1 and M2 are connected to GND, and the sources of PMOS M3 and M4 are connected to VDD.
PMOS M4의 드레인은 NMOS M5의 드레인에 연결되고, M5의 드레인과 게이트는 서로 직접 연결되어 M6의 게이트에 연결되며, M5와 M6의 소스들은 GND에 연결되어 전류미러를 구성한다.The drain of the PMOS M4 is connected to the drain of the NMOS M5, the drain and the gate of the M5 is directly connected to each other to the gate of M6, the sources of M5 and M6 are connected to GND to form a current mirror.
또한, NMOS M2의 드레인은 PMOS M7의 드레인과 연결되며 동시에 M7의 게이트와 직접 연결되어 PMOS M8의 게이트에 연결되어 전류미러를 구성한다. M7과 M8의 소스는 VDD에 연결한다. PMOS M10의 드레인은 NMOS M6의 드레인과 연결되며, M10의 드레인은 M10의 게이트에 직접 연결하며, PMOS M9의 게이트에 연결하여 전류미러를 구성한다. M9와 M10의 소스는 전원전압 VDD에 연결한다. In addition, the drain of the NMOS M2 is connected to the drain of the PMOS M7 and at the same time directly connected to the gate of the M7 is connected to the gate of the PMOS M8 to form a current mirror. The sources of M7 and M8 connect to VDD. The drain of the PMOS M10 is connected to the drain of the NMOS M6, the drain of the M10 is directly connected to the gate of the M10, and constitutes a current mirror by connecting to the gate of the PMOS M9. The sources of M9 and M10 are connected to the supply voltage VDD.
마지막으로 M8과 M9는 드레인을 서로 묶어 직접 연결하여 전류합산부(30)를 완성한다.Finally, M8 and M9 bundle the drains and directly connect the drains to complete the current adding
이러한 본 발명의 동작을 보면 먼저, 정현파 전류 Ii는 Op-Amp1의 마이너스 단자에 인가되고, 인가되는 전류가 정극성(또는 크기가 커지는 구간)에서는 Op- Amp1의 플러스 입력단자에 연결된 Vbias 전압 차가 커지게 되며 이는 Op-Amp1의 플러스 출력단자전압은 감소하게 되며, Op-Amp2의 출력단자전압은 증가하게 된다. 그러면 PMOS M3과 M4의 게이트 전압이 증가하여 M3과 M4의 드레인에 흐르는 전류는 감소한다. 이때 동시에 Op-Amp1의 마이너스 출력단자의 전압은 증가하므로 M1과 M2의 게이트 전압이 증가하여 M1과 M2의 드레인 전류는 증가하게 된다.Referring to the operation of the present invention, first, the sine wave current Ii is applied to the negative terminal of Op-Amp1, and when the applied current is positive polarity (or a large period), the Vbias voltage difference connected to the positive input terminal of Op-Amp1 is large. This decreases the positive output terminal voltage of Op-Amp1 and increases the output terminal voltage of Op-Amp2. As a result, the gate voltages of the PMOS M3 and M4 are increased to decrease the current flowing in the drains of the M3 and M4. At the same time, since the voltage at the negative output terminal of Op-Amp1 increases, the gate voltage of M1 and M2 increases, and the drain current of M1 and M2 increases.
반대로 입력전류 Ii가 부극성(또는 전류가 감소하는 구간)이면 M3과 M4의 드레인 전류가 증가하고, M1과 M2의 드레인 전류가 감소하게 된다. M2의 드레인 전류가 감소하면 M7과 M8의 드레인 전류가 감소하게 되고, 이때 M4의 드레인 전류가 증가하므로 계속해서 M5, M6, M10, M9의 드레인 전류는 전류미러 동작에 의해서 증가하게 된다.On the contrary, when the input current Ii is negative (or a section in which the current decreases), the drain current of M3 and M4 increases and the drain current of M1 and M2 decreases. As the drain current of M2 decreases, the drain current of M7 and M8 decreases. At this time, since the drain current of M4 increases, the drain current of M5, M6, M10, M9 continues to increase by the current mirror operation.
M8과 M9의 드레인은 서로 직접 연결되어 있으므로 M8의 드레인 전류가 감소할 때 M9의 드레인 전류는 증가하므로 입력 전류 Ii가 부극성으로 감소하면 M9의 드레인 전류가 증가하고, 반대로 Ii가 정극성으로 증가(또는 커지면)하면, M8의 드레인 전류는 커지고 M9 드레인 전류는 작아지는 동작에 따라 Ii가 정극성이나 부극성 모두 출력 전류Io는 커지는 동작을 하게 되어 전파정류가 이루어진다(도 4의 파형도 (f) 참조).Since the drains of M8 and M9 are directly connected to each other, when the drain current of M8 decreases, the drain current of M9 increases, so if the input current Ii decreases to negative polarity, the drain current of M9 increases, and conversely, Ii increases to positive polarity. When the drain current of M8 increases (or increases), the output current Io becomes larger in both positive and negative polarities as the drain current of M8 becomes larger and the M9 drain current becomes smaller, resulting in full wave rectification (Fig. 4 (f) ) Reference).
한편 설명한 바와 같이 입력 전류 Ii가 정극성으로 증가하여 Op-Amp1의 마이너스 입력단자 전압이 증가하면 M3의 드레인 전압이 낮아지고 이 전압은 Op-Amp1 의 마이너스 입력단자에 연결되어 있으므로, Op-Amp1의 마이너스 전압은 부극성 궤환 동작에 의해 일정하게 유지된다. 이는 Op-Amp1의 마이너스 입력단자 전압은 플 러스 입력단자 전압인 Vbias 전압과 항상 동일하게 유지된다.As described above, if the input current Ii increases positively and the negative input terminal voltage of Op-Amp1 increases, the drain voltage of M3 decreases and this voltage is connected to the negative input terminal of Op-Amp1. The negative voltage is kept constant by the negative feedback operation. This means that the negative input terminal voltage of Op-Amp1 is always the same as Vbias voltage which is the voltage of the input terminal.
이러한 동작을 통하여 전류형 전파 정류기의 동작이 완전히 구현됨과 동시에 입력전류 Ii의 크기와 Ii의 전압에 무관한, 즉, 도 1에서 부하를 통과함으로써 생기는 전압변화에 무관한 안정된 동작을 하게 된다.Through this operation, the operation of the current-type full-wave rectifier is fully realized, and at the same time, the stable operation is independent of the magnitude of the input current Ii and the voltage of Ii, that is, the voltage change caused by passing the load in FIG. 1.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 입력 전압 독립 전류형 전파 정류기는 이상적인 전류원이 아닌 실용전원 전류원으로 나오는 정현파 전류가 부하를 통과하면서 생길 수 있는 전압 변동에 무관하게 전파정류를 할 수 있으며, 이러한 일정하게 안정된 정류기 전압에 의해 실용 전류원의 동작 또한 안정화시키는 효과가 있다.As described above, the input voltage independent current full-wave rectifier according to the present invention can be full-wave rectified regardless of the voltage fluctuation that can occur when the sine wave current coming from the utility power current source, not the ideal current source through the load. The constant rectifier voltage also stabilizes the operation of the utility current source.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.Although the above has been described as being limited to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto and various changes, modifications, and equivalents may be used. Therefore, the present invention can be applied by appropriately modifying the above embodiments, it will be obvious that such application also belongs to the scope of the present invention based on the technical idea described in the claims below.
Claims (3)
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KR1020070034729A KR100734024B1 (en) | 2007-04-09 | 2007-04-09 | Input voltage independent current mode full wave rectifier |
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KR20190000920A (en) * | 2009-07-02 | 2019-01-03 | 톰슨 라이센싱 | Methods and apparatus for video encoding and decoding binary sets using adaptive tree selection |
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2007
- 2007-04-09 KR KR1020070034729A patent/KR100734024B1/en not_active IP Right Cessation
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