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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-02
(54)【発明の名称】電源供給装置
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20240625BHJP
H03K 17/00 20060101ALI20240625BHJP
H03K 17/56 20060101ALI20240625BHJP
H05B 45/375 20200101ALI20240625BHJP
H05B 45/38 20200101ALI20240625BHJP
H05B 45/385 20200101ALI20240625BHJP
H05B 45/50 20220101ALI20240625BHJP
H02M 3/28 20060101ALI20240625BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 C
H03K17/00 A
H03K17/56 A
H05B45/375
H05B45/38
H05B45/385
H05B45/50
H02M3/28 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023571829
(86)(22)【出願日】2021-05-25
(85)【翻訳文提出日】2023-11-17
(86)【国際出願番号】 KR2021006507
(87)【国際公開番号】W WO2022244906
(87)【国際公開日】2022-11-24
(31)【優先権主張番号】10-2021-0065732
(32)【優先日】2021-05-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523436274
【氏名又は名称】ベク，ジョン ハク
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥＫ， Ｊｏｎｇ Ｈａｋ
【住所又は居所原語表記】１９７， Ｓｅｏｕｎ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ Ｓｅｏｕｌ ０６６０８ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100121382
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 託嗣
(72)【発明者】
【氏名】ベク，ジョン ハク
【テーマコード（参考）】
3K273
5H730
5J055
【Ｆターム（参考）】
3K273AA08
3K273AA10
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3K273BA32
3K273BA34
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5J055GX01
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(57)【要約】
本発明の一側面による電源供給装置は、第１端子及び制御信号の入力を受ける第２端子を含み、前記第１端子及び前記第２端子の間の電圧と閾値電圧との間の大きさを比較してオン又はオフ（Ｏｎ－ＯＦＦ）されるように動作するスイッチ、及び前記第１端子と接続されて前記第１端子のソース電圧の大きさを変更する保護素子を含み、前記第１端子のソース電圧の大きさは、前記保護素子がない時よりも上昇するように調整できる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源供給装置において、第１端子及び制御信号の入力を受ける第２端子を含み、前記第１端子及び前記第２端子の間の電圧と閾値電圧との間の大きさを比較してオン又はオフ（Ｏｎ－ＯＦＦ）するように動作するスイッチと、
前記第１端子と接続されて前記第１端子のソース電圧の大きさを変更する保護素子とを含み、
前記第１端子のソース電圧の大きさは、前記保護素子がない時よりも上昇するように調整される電源供給装置。
【請求項2】
前記スイッチ及び前記保護素子を含む入力電源部の入力電源を用いて出力電源を生成するスイッチング変換部と、前記スイッチング変換部の動作制御信号を生成する駆動制御部と、
前記スイッチング変換部及び前記駆動制御部のうちの少なくとも１つに電源を供給する電源発生部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項3】
前記保護素子は、前記スイッチング変換部のグラウンド及び前記第１端子と接続されるように形成され、
前記制御信号が印加されて前記スイッチがオンになると、前記ソース電圧が前記第１端子に印加されるように構成され、
予め決定された大きさの複数の抵抗素子及び予め決定された大きさの閾値電圧を有する複数のダイオードのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の電源供給装置。
【請求項4】
前記スイッチは、前記第１端子と前記第２端子との電圧差と、前記閾値電圧とを比較してオン又はオフになるように動作することを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。
【請求項5】
前記駆動制御部は、前記スイッチをオンにするための電圧値である第１端子及び前記第２端子の電圧差の最大値が変更された前記閾値電圧の絶対値の大きさを超えるように前記制御信号を決定することを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。
【請求項6】
前記スイッチング変換部は、前記駆動制御部に接続され、前記保護素子と前記グラウンドとの間に備えられるフィードバック抵抗素子を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。
【請求項7】
前記スイッチング変換部は、前記フィードバック抵抗素子と並列接続され、前記保護素子と前記グラウンドとの間に設けられる緩衝キャパシタを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の電源供給装置。
【請求項8】
前記出力電源の伝達を受けて駆動される製品負荷を更に含み、前記駆動制御部は、
前記フィードバック抵抗素子に流れる電流に基づいて、
前記入力電源及びインダクタを介して前記製品負荷に対応する前記出力電源を提供できる前記制御信号を決定することを特徴とする請求項６に記載の電源供給装置。
【請求項9】
前記スイッチは、インダクタと接続される第３端子を含み、
前記駆動制御部は、
前記閾値電圧の変更と独立して前記フィードバック抵抗素子に流れる電流に基づいて、前記第３端子を介して伝達される電流の量を決定する前記制御信号を決定することを特徴とする請求項６に記載の電源供給装置。
【請求項10】
前記保護素子は、第１方向に直列接続されている少なくとも１つのダイオードを含む第１ダイオードグループと、前記第１方向と反対方向である第２方向に直列接続されている少なくとも１つのダイオードを含む第２ダイオードグループを並列接続して形成されることを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器に用いられる電源供給装置及びその駆動方式に関する。
【背景技術】
【0002】
ＬＥＤ照明機器の電源供給装置であるスイッチモード電源供給装置（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ；以下ＳＭＰＳ）が高レベル放射線による環境に一定以上露出すると、ＳＭＰＳは破壊される。ＳＭＰＳが破壊されると、ＬＥＤ照明機器に電源が供給されず、照明機器がこれ以上動作できなくなる致命的な問題が発生する。従って、原子力発電所のように高レベル放射線地域という空間の特殊性を有する場所にてＬＥＤ照明機器のような電子機器を用いるためには、装置内の電源供給装置が破壊される問題を必ず解決しなければならない。
【0003】
本発明の説明のために、原子力発電所という場所とＬＥＤ照明という電子機器を例として用いたが、これは本発明を限定しようとする意図ではない。全ての電子機器には、必ず電源を供給するための電源供給装置が必要である。従って、本発明は、空間の特殊性により環境ストレスが発生し得る場所で用いる電子機器の電源供給装置及び駆動方式に関するものと理解しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、宇宙空間のように太陽の活動により宇宙放射線（ｃｏｓｍｉｃ ｒａｙｓ）が高い環境空間であるか、又は原子力発電所の原子炉格納容器のように電磁波又は放射線が強い環境空間のように環境ストレスが発生し得る場所で用いる電子機器に用いられる電源供給装置及びその駆動方式を提供することにある。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に限らず、言及していない更に他の課題は、以下の記載から通常の技術者が明確に理解できるだろう。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するための本発明の一側面による電源供給装置は、第１端子及び制御信号の入力を受ける第２端子を含み、前記第１端子及び前記第２端子の間の電圧と閾値電圧との間の大きさを比較してオン又はオフ（Ｏｎ－Ｏｆｆ）するように動作するスイッチと、前記第１端子と接続されて前記第１端子のソース電圧の大きさを変更する保護素子と、を含み、前記第１端子のソース電圧の大きさは、前記保護素子がない時よりも上昇するように調整できる。
【0007】
本発明の一実施例による電源供給装置は、前記スイッチ及び前記保護素子を含む入力電源部の入力電源を用いて出力電源を生成するスイッチング変換部と、前記スイッチング変換部の動作制御信号を生成する駆動制御部と、前記スイッチング変換部及び前記駆動制御部のうちの少なくとも１つに電源を供給する電源発生部と、を更に含むことができる。
【0008】
また、保護素子は、前記スイッチング変換部のグラウンド及び前記第１端子と接続されるように形成され、前記制御信号が印加されて前記スイッチがオンになると、前記ソース電圧が前記第１端子に印加されるように構成され、予め決定された大きさの複数の抵抗素子及び予め決定された大きさの閾値電圧を有する複数のダイオードのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【0009】
また、スイッチは、前記第１端子と前記第２端子との電圧差と、前記閾値電圧とを比較してオン又はオフになるように動作できる。
【0010】
更に、駆動制御部は、前記スイッチをオンにするための電圧値である第１端子及び前記第２端子の電圧差の最大値が変更された前記閾値電圧の絶対値の大きさを超えるように前記制御信号を決定できる。
【0011】
また、スイッチング変換部は、前記駆動制御部に接続され、前記保護素子と前記グラウンドとの間に備えられるフィードバック抵抗素子を更に含むことができる。
【0012】
更に、スイッチング変換部は、前記フィードバック抵抗素子と並列接続され、前記保護素子と前記グラウンドとの間に設けられる緩衝キャパシタを更に含むことができる。
【0013】
本発明の一実施例による電源供給装置は、前記出力電源の伝達を受けて駆動される製品負荷を更に含み、このとき、駆動制御部は、前記フィードバック抵抗素子に流れる電流に基づいて、前記入力電源及びインダクタを介して前記製品負荷に対応する前記出力電源を提供できる前記制御信号を決定できる。
【0014】
また、スイッチは、インダクタと接続される第３端子を含み、このとき、駆動制御部は、前記閾値電圧の変更と独立して前記フィードバック抵抗素子に流れる電流に基づいて、前記第３端子を介して伝達される電流の量を決定する前記制御信号を決定できる。
【0015】
また、保護素子は、第１方向に直列接続される少なくとも１つのダイオードを含む第１ダイオードグループと、前記第１方向と反対方向である第２方向に直列接続される少なくとも１つのダイオードを含む第２ダイオードグループを並列接続して形成できる。本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【0016】
本発明の実施例によれば、環境ストレスが発生し得る空間で用いる電子機器の電源供給装置が環境ストレスにより誤動作するか、又は破壊されるのを防止して、ストレスが存在する環境で電子機器に安定的に電源を供給できる。
【0017】
また、本発明の実施例によれば、電源供給装置の破壊が懸念される環境でも電子機器を用いることができる。
【0018】
更に、本発明の実施例によれば、電源供給装置で用いられる半導体スイッチ素子の漏れ電流を低減できる。
【0019】
発明の効果は、以上で言及した効果に限らず、言及していない更に他の効果は、以下の記載から通常の技術者が明確に理解できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】一実施例による電源供給装置のブロック図である。
【図2a】一実施例によるブーストコンバータの回路構成図である。
【図2b】他の実施例による電源供給装置が用いられたフライバック（ｆｌｙｂａｃｋ）回路である。
【図2c】一実施例による保護素子の有無に応じた閾値電圧と制御信号を示すグラフである。
【図3a】一実施例による保護素子がダイオードからなることを示す図である。
【図3b】一実施例による保護素子がダイオードからなることを示す図である。
【図3c】一実施例による保護素子がダイオードからなることを示す図である。
【図4a】一実施例による保護素子が抵抗からなることを示す図である。
【図4b】一実施例による保護素子が抵抗からなることを示す図である。
【図5a】一実施例によるフィードバック抵抗と緩衝キャパシタが接続されていることを示す図である。
【図5b】一実施例による緩衝キャパシタの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施例に制限されるものではなく、互いに異なる多様な形態に実現することができる。但し、本実施例は本発明の開示を完全なものにし、本発明の属する技術分野における通常の技術者に本発明の範囲を完全に理解させるために提供されるものであり、本発明は請求項の範囲により定義されるに過ぎない。
【0022】
本明細書で用いられる用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数型は特に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素以外に１つ以上の他の構成要素の存在又は追加を排除しない。明細書全体に亘って同一の図面符号は同一の構成要素を示し、「及び／又は」は言及された構成要素のそれぞれ及び１つ以上の全ての組み合わせを含む。たとえ、「第１」、「第２」などが多様な構成要素を叙述するために用いられていても、これらの構成要素は、これらの用語により制限されないのは当然である。これらの用語は、単に１つの構成要素を他の構成要素と区別するために用いる。従って、以下で言及される第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素でもあり得るのは言うまでもない。
【0023】
他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野における通常の技術者が共通して理解できる意味として用いられる。また、一般に用いられる辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈されない。
【0024】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0025】
放射線による環境で用いられる電子機器の電源供給装置が破壊される問題を解決するための従来の技術は、電源供給装置を構成する部品のうち放射線に弱い部品が放射線に露出されるのを最小化して保護しようとする受動的な回避方法でアプローチしていた（特許文献０００１）。しかし、従来の放射線遮蔽を用いた方式によれば、放射線を完全に遮蔽することが不可能なため、一定以下の低い水準の放射線吸収線量（ａｂｓｏｒｂｅｄ ｄｏｓｅ）の環境でのみ一部適用が可能であるという限界がある。従って、より確実な問題解決方式が必要である。
【0026】
問題を解決するために提案する本発明の実施例を説明するために、高レベル放射線による環境において電源供給装置が破壊される原因は、次の通りである。電源供給装置を構成する複数の部品素子が放射線による環境に露出すると、放射線の影響により素子の電気的特性（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）が変わる。そのため、過電流が流れることになると、スイッチ素子が破壊され、これにより、電源供給装置も破壊されて動作しなくなる。
【0027】
このような原因分析結果を基に、本発明を実現するための好適な実施例を、図面を参照して説明する。
【0028】
図１は、本発明の一実施例による電源供給装置のブロック図（Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ）である。実施例による電源供給装置は、入力電源部（Ｉｎｐｕｔ Ｐｏｗｅｒ、１００）を介して供給される直流又は交流（ＡＣ ｏｒ ＤＣ）の入力電源を用い、スイッチ（Ｓｗｉｔｃｈ、ＳＷ、２５０）を含み、含まれているスイッチ２５０の動作を用いて出力電源を生成するスイッチング変換部（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、２００）と、スイッチング変換部２００のスイッチ２５０の動作を制御するための制御信号（Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ；ＶＳＩＧ）を生成する駆動制御部（Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、３００）と、スイッチング変換部２００及び駆動制御部３００に必要な電源を供給する電源発生部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、４００）を含む。
【0029】
このとき、実施例のスイッチング変換部２００のスイッチ２５０は、半導体スイッチ素子として実現できる。半導体スイッチ素子は、Ｎ型（Ｎ－ｔｙｐｅ）又はＰ型（Ｐ－Ｔｙｐｅ）金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下ＭＯＳＦＥＴ）や、ＮＰＮ型又はＰＮＰ型バイポーラ接合トランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下ＢＪＴ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として実現される。
【0030】
実施例のスイッチング変換部２００は、スイッチ２５０を動作して目標（ｔａｒｇｅｔ）とする出力電源を送り出す構造を有する様々な形態の電源供給装置が含まれる。例として、様々な形態の電源供給装置としては、ＳＭＰＳと線形レギュレータ（Ｌｉｎｅａｒ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）が含まれる。例として、ＳＭＰＳは、インダクタ又はキャパシタを用いる方式又はトランスフォーマ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の使用可否によって、非絶縁型と絶縁型方式、非絶縁型にはバック、ブースト、バック-ブースト、チューク（Ｃｕｋ）及びセピック（ｓｅｐｉｃ）方式、そして絶縁型にはフライバック、プッシュ－プル（ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ）及び絶縁型チューク方式が含まれる。
【0031】
このとき、実施例の駆動制御部３００は、スイッチング変換部２００を制御するための制御信号を生成する。
【0032】
このとき、実施例の電源発生部４００は、スイッチング変換部２００と駆動制御部３００に必要な電源を生成する。
【0033】
図１を参照して、本発明の一実施例による電源供給装置の駆動方式を詳察すると、本発明の好適な実施例の動作をより詳細に説明するための一実施例として、ブーストコンバータを用いて説明する。説明のために様々な種類の電源供給装置のうちブーストコンバータを用いるのは理解を促進するためのものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。なお、説明するにあたり、前述したのと同一であるか、又は類似する要素については、説明を省略できる。
【0034】
図２ａは、一実施例によるブーストコンバータの回路構成図であり、図２ｂは、他の実施例による電源供給装置が用いられたフライバック（ｆｌｙｂａｃｋ）回路であり、図２ｃは、一実施例による保護素子の有無に応じた閾値電圧と制御信号を示すグラフである。
【0035】
図２ａ及び図２ｂを参照すると、スイッチング変換部２００は、電流の流れを制御するスイッチ（ＳＷ、２５０）としてＮ型ＭＯＳＦＥＴを用い、スイッチ２５０と相補的動作を行い、電流の流れを制御するダイオード（Ｄ、２２０）を用いることができる。
【0036】
図２ａに示したブースト回路の場合には、エネルギーを貯蔵するインダクタ（Ｌ、２１０）及びキャパシタ（Ｃ、２３０）を含んでおり、スイッチ２５０を制御するための制御信号を生成する駆動制御部３００と、駆動制御部３００に電源を供給する電源発生部４００とを含むことができる。
【0037】
一方、スイッチ２５０は、ソース端子に対応する第１端子及び制御信号の入力を受ける第２端子を含むことができる。
【0038】
制御信号ＶＳＩＧは、駆動制御部３００がスイッチ２５０を制御するために伝達する信号を意味し得る。第２端子は、ゲート端子に対応できる。
【0039】
スイッチ２５０は、第１端子及び第２端子の間の電圧と、スイッチ２５０素子の閾値電圧との大きさを比較してオン又はオフ（Ｏｎ－ＯＦＦ）動作を行える。
【0040】
スイッチ２５０は、第１端子と第２端子の電圧の大きさの差と閾値電圧Ｖｔｈとの差に基づいて動作できる。
【0041】
具体的に、第１端子と第２端子の電圧の差が閾値電圧よりも大きいと、スイッチ２５０がオン動作し、第１端子と第２端子の電圧の差が閾値電圧よりも小さいと、スイッチ２５０がオフ動作できる。
【0042】
一方、スイッチ２５０は、保護素子Ｐ２と接続できる。保護素子Ｐ２は、電流の流れによってスイッチ２５０の第１端子であるソース端子の電圧を、既存の保護素子が接続されていない場合よりも高い電圧とする役割を果たす。
【0043】
このような保護素子Ｐ２は、スイッチング変換部２００のスイッチ素子のソース端子である第１端子と接続できる。
【0044】
ここで、保護素子Ｐ２が接続されているスイッチのソース端の電圧は、保護素子が備えられていない場合のソース端の電圧よりも増加し得る。
【0045】
スイッチ２５０に放射能が照射されると、スイッチ閾値電圧の特性は、放射能照射前の閾値電圧の特性と値が変わることになる。例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴの場合は、放射能が照射された場合に閾値電圧が低くなり、放射能の量に応じて負の電圧にも変更されうる。
【0046】
この場合、保護素子がなければ、スイッチの第２信号に印加される駆動制御部の制御信号の低い電圧レベルでは、放射能によって閾値電圧が低くなったスイッチを完全にオフさせることができない。
【0047】
保護素子がない場合には、放射能が照射されて変更された閾値電圧のレベルよりも制御信号の電圧レベルが低くないため、スイッチをオフさせることができず、スイッチに過多な電流が流れる恐れがある。
【0048】
即ち、保護素子がなければ、制御信号と関係なく、スイッチング変換部に電流が過度に流れてしまい、スイッチに損傷が発生し得る。
【0049】
但し、図２ａのように、スイッチング変換部２００に保護素子が備えられると、スイッチ２５０の第１端子の電圧がスイッチの第２端子電圧よりも高くなり、スイッチング変換部２００に過電流が流れるのを防止できる。
【0050】
スイッチ２５０は、第１端子と前記第２端子との電圧差と、閾値電圧Ｖｔｈとを比較してオン又はオフできる。
【0051】
図２ｃを参照すると、スイッチの閾値電圧が正常な場合Ｒ２１と、放射線が照射されてスイッチの閾値電圧が低くなった場合Ｒ２２、Ｒ２３を示している（Ａ、Ｂ、Ｃは正数であり、各値の絶対値の大きさは、Ｃ＞Ｂ＞Ａを満す）。
【0052】
ＡＶの大きさを有する正常なスイッチ２５０に放射線が照射されていない場合Ｒ２１には、駆動制御部が出力する制御信号に基づいてＶｇｓがＡＶを超えるとスイッチがオン動作し、ＡＶ未満であるとスイッチがオフとなる。
【0053】
反面、スイッチ２５０に放射線が照射されて、閾値電圧Ｖｔｈが既存の閾値電圧よりも減少してＡＶから－ＢＶに減少した場合、Ｒ２１のような制御信号を入力として受けると、常に閾値電圧よりもＶｇｓが大きいので、スイッチがオン動作することになる（Ｒ２２）。
【0054】
この場合には、あまりにも大量の電流がスイッチング変換部に流れて、スイッチング変換部に過負荷がかかる恐れがある。
【0055】
従って、保護素子を通じてスイッチのソース端子の電圧を増加させてスイッチに印加されるＶｇｓを減少させると、制御信号に従ってスイッチをオン又はオフできるので、スイッチング変換部２００の正常な動作が可能である（Ｒ２３）。
【0056】
一方、保護素子Ｐ２は、予め決定された大きさの抵抗素子や、ダイオード素子、又は抵抗素子とダイオード素子から構成できる。
【0057】
一方、駆動制御部３００は、第１端子及び第２端子の電圧差の最大値が変更された閾値電圧の絶対値の大きさを超えるように制御信号を決定できる。
【0058】
例えば、閾値電圧ＶｔｈがＡＶよりも減少した－ＢＶの場合、スイッチ２５０のオフ区間の場合にスイッチング変換部のショートを防止するためには、第１端子と第２端子の電位差、即ちＶｇｓが－ＢＶよりも小さくなければならない。
【0059】
一実施例によって、保護素子Ｐ２によりスイッチ２５０のソース電圧の最小値が－ＣＶとなる場合、ソース電圧に制御信号が付加されてＶｇｓが－ＢＶよりも大きい場合にはスイッチがオン動作し、－ＢＶよりも小さい場合にはオフ動作できる（Ｒ２３）。
【0060】
このような実施例において、制御信号の大きさが－ＢＶと－ＣＶの差よりも小さければ、Ｖｇｓが常に－ＢＶよりも小さいため、スイッチが常にオフになるので、スイッチの正常な動作のために制御信号の最大値は、少なくとも－ＢＶと－ＣＶの差を超えなければならない。従って、駆動制御部は、第１端子及び第２端子の電圧差の最大値が、変更された閾値電圧の絶対値の大きさを超える制御信号を出力してスイッチング変換部の動作を制御できる。
【0061】
駆動制御部３００は、入力電源１００及びインダクタ２１０を介して前記製品負荷に対応する出力電源を提供できる前記制御信号を決定できる。
【0062】
以下では、図２ａで実現されるブースタ動作を説明する。
【0063】
更に図２ａを参照すると、ブーストコンバータは、入力として受けた電圧を昇圧して出力するＳＭＰＳであって、制御信号によってスイッチ２５０のオンオフ（Ｏｎ－Ｏｆｆ）デューティ比（Ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）を制御して入力電圧Ｖｉｎを基準に出力電圧ＶＯＵＴの昇圧の大きさを下式１によって決定する。
【0064】
【数1】
【0065】
ここで、入力電圧Ｖｉｎは、交流電圧であるか、又は直流電圧であり得る。このとき、入力電圧が交流電圧の場合は、入力電源部に整流部（図示せず）を更に含むことができ、整流部は用途に応じて多様に実現できる。本実施例では、直流電圧の場合を例として用いる。
【0066】
実施例によるブーストコンバータの動作を説明すると、次の通りである。電源発生部４００は、電源を生成して駆動制御部３００に電源を供給し、スイッチング変換部２００にあるスイッチ２５０を制御するために駆動制御部３００で制御信号ＶＳＩＧを生成できる。
【0067】
このとき、電圧レベルの制御信号ＶＳＩＧによってスイッチ２５０が導通（Ｏｎ）されると、入力電圧Ｖｉｎからインダクタ２１０を通過する電流ＩＬは、ダイオード２２０の漏れ電流（Ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）を除いて、ダイオード２２０の方向には電流が流れず(ＩＤ≒０)、スイッチ２５０に流れる電流ＩＭのみ流れながら（ＩＬ≒ＩＭ）、エネルギーがインダクタ２１０に貯蔵される。
【0068】
その後、制御信号によってスイッチ２５０が遮断されると、スイッチ２５０に流れる電流ＩＭは流れず、反面、インダクタ２１０に蓄積されたエネルギーと入力電圧Ｖｉｎが加わってダイオード２２０を通過する電流ＩＤが流れながら（ＩＬ≒ＩＤ）、出力電圧ＶＯＵＴは昇圧される。このとき、キャパシタ２３０は、出力電圧ＶＯＵＴを格納し、安定的に製品負荷Ｌｏａｄに出力電圧を供給する。
【0069】
駆動制御部３００で生成した制御信号ＶＳＩＧがスイッチング変換部２００のスイッチ２５０のゲートに直接接続されて動作を制御し、このとき、制御信号ＶＳＩＧは０ＶからＶＤＤにスイングする。
【0070】
【0071】
【0072】
図３ａを参照すると、スイッチ２５０に接続されている保護素子Ｐ３ａがダイオードで接続されていることを示している。
【0073】
ダイオードは、特定の閾値電圧を有しており、電流が流れると、電流の量に応じてスイッチ２５０のソース端にダイオードの閾値電圧又はそれ以上の上昇した電圧を印加できる。
【0074】
一方、保護素子Ｐ３ａは、スイッチの閾値電圧が変更される範囲を考慮して決定できる。
【0075】
後述する説明では、フィードバック抵抗の大きさは非常に小さいことを仮定して説明する。
【0076】
例えば、スイッチ２５０に放射線が照射されて図２ｃのように閾値電圧が－ＢＶに変更され、保護素子は、閾値電圧がＤＶである４つのダイオードを直列接続することで構成できる。
【0077】
Ｄは正数であり、以下ではＢの絶対値が４Ｄの絶対値よりも小さいことを仮定して説明する。
【0078】
上述した構成を通じて保護素子Ｐ３ａによる電圧の増加が閾値電圧の絶対値を超えるように構成できる。
【0079】
上述した構成により、スイッチのソース端に４ＤＶの上昇した電圧を印加できる。スイッチのソース端の電圧が増加すると、制御信号が０Ｖに入力される場合にＶｇｓが－４ＤＶになって閾値電圧が－ＢＶに減少してもスイッチがオフ動作できる。
【0080】
一方、４ＤＶとの差がＶｔｈを超える制御信号が印加されると、ＶｇｓがＶｔｈよりも大きくなるので、スイッチがオン動作できる。
【0081】
【0082】
一方、本発明の他の実施例によれば、ダイオードは、方向性を異にして図３ｃのような形態で構成できる。
【0083】
具体的に、図３ｃでは、複数のダイオードが一方向に直列接続され、他の方向のダイオードと並列に逆方向に接続されている形態を示している。
【0084】
具体的に、第１方向に直列接続されている複数のダイオードは、第１ダイオードグループＧ３１を形成できる。
【0085】
また、第１方向と反対方向である第２方向に直列接続されているダイオードは、第２ダイオードグループＧ３２を形成できる。
【0086】
第２ダイオードグループＧ３２に含まれているダイオードは、１つのダイオードからなることもでき、複数のダイオードからなることもできる。
【0087】
第１ダイオードグループと第２ダイオードグループは、並列に接続できる。
【0088】
このように保護素子を形成する場合においては、ダイオードの接続形態に制限がなく、本明細書に言及した接続方法以外にもダイオードで保護素子が備えられる形態に制限はない。
【0089】
【0090】
抵抗素子は、電流が流れると、流れる電流に対応して電圧が印加されるので、スイッチング変換部２００の動作が行われて電流が流れると、該当電流だけスイッチソース端に電圧が増加し得る。
【0091】
一方、保護素子Ｐ４ａ、Ｐ４ｂは、スイッチの閾値電圧が変更される範囲を考慮して決定できる。
【0092】
図４ａのように、スイッチ２５０に放射線が照射されて閾値電圧が－ＥＶに変更される場合、保護素子Ｐ４ａは、抵抗の大きさがＫオーム（Ω）となり、保護素子Ｐ４ａに１Ａが流れると、保護素子に電圧としてＫＶが印加される（Ｅ、Ｋは正数であり、Ｅの絶対値はＫよりも小さい）。
【0093】
上述した構成によりソース端に、上昇したＫＶの電圧が印加される。このようにスイッチのソース端の電圧が増加すると、制御信号が０Ｖに入力される場合にＶｇｓが－ＫＶになって閾値電圧が－ＥＶに変更されてもスイッチがオフ動作できる。
【0094】
即ち、（Ｋ－Ｅ）Ｖ以上の制御信号が印加されると、Ｖｇｓが－ＥＶよりも大きくなるので、スイッチがオン動作できる。
【0095】
【0096】
一方、上述した保護素子の具備形態は、本発明を説明するための一実施例に過ぎず、スイッチ素子のソース端の電圧を上昇させることができる要素であれば、保護素子の種類及び具現形態に制限はない。
【0097】
図５ａは、一実施例によるフィードバック抵抗素子Ｆと緩衝キャパシタＣ１が接続されていることを示す図であり、図５ｂは、一実施例による緩衝キャパシタＣ１の機能を説明するグラフである。また、図５ａは、保護素子がダイオードで直列接続の形態で構成されていることを示している（Ｐ５）。
【0098】
図５ａを参照すると、駆動制御部は、フィードバック抵抗素子Ｆと接続されてフィードバック抵抗素子に流れる電流をセンシングできる。
【0099】
これに基づいて駆動制御部３００は、スイッチング変換部を制御できる。
【0100】
具体的に、駆動制御部３００は、フィードバック抵抗素子Ｆに電流が多く流れると、スイッチがオフになるように制御信号を伝達してフィードバック抵抗素子Ｆに流れる電流を減少させることができる。
【0101】
具体的に、駆動制御部３００は、フィードバック抵抗素子Ｆに電流が少なく流れると、スイッチがオンになるように制御信号を伝達してフィードバック抵抗素子Ｆに流れる電流を増加させることができる。
【0102】
フィードバック抵抗素子Ｆの大きさは、任意に決定されることができるが、上述したスイッチング変換部のブースティング動作を行うように決定できる。
【0103】
一方、図５ａと図５ｂを共に参照すると、スイッチのオンオフに応じて、スイッチには変化の差が大きい電流を流すことができる。このような電流の急激な変化Ｇ５１を防止するために、スイッチング変換部には、フィードバック抵抗素子Ｆと並列接続され、保護素子５と前記グラウンドとの間に備えられる緩衝キャパシタＣ１を更に含むことができる。
【0104】
図５ｂのグラフＧ５１は、緩衝キャパシタが備えられていない電流の流れを示すグラフであり、Ｇ５２は、緩衝キャパシタが備えられた場合の電流の流れを示すグラフである。
【0105】
緩衝キャパシタが備えられていない場合Ｇ５１にスイッチの動作が変わるｔ５１時点で電流の流れが急激に変わる反面、緩衝キャパシタが備えられたＧ５２の場合には、スイッチの動作が変わるｔ５２時点でキャパシタの電荷充電によって急激な電流の変化を防止できる。
【0106】
このような動作により、緩衝キャパシタに電荷が充電されてスイッチのオンオフ動作が行われても電流の変化を低減してスイッチング変換部の動作を安定させることができる。
【0107】
本発明の実施例と関連して説明された方法又はアルゴリズムの段階は、ハードウェアで直接実現現されるか、ハードウェアによって実行されるソフトウェアモジュールで実現されるか、又はこれらの結合によって実現できる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、着脱型ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、又は本発明の属する技術分野において周知となっている任意の形態のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に常に存在することもできる。
【0108】
以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の技術者は、本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更することなく、他の具体的な形態に実施され得るということが理解できるだろう。従って、以上で述べた実施例はあらゆる面で例示的なものであり、制限的ではないものとして理解すべきである。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【国際調査報告】