듀티 변동이 억제되는 공진형 인버터 document_id A220623015395

본 발명은 공진형 인버터에 관한 것으로서, 특히 기생 커패시터로 인한 듀티(duty) 변동이 억제되는 공진형 인버터에 관한 것이다. 도 1은 종래의 공진형 인버터의 일 예를 나타내 보인 도면이다. 도 1을 참조하면, 외부저항(RT)에 따라 구동주파수가 변경되도록 하기 위한 것으로서, 이를 위하여 오피앰프(OP Amp)(111)와 트랜지스터(M3)로 이루어진 전압/전류 변환기(110)가 외부저항(RT)에 연결된다. 구체적으로 오피앰프(111)의 비반전단자(+)에는 기준전압(VREF)이 인가되고, 오피앰프(111)의 반전단자(-)와 트랜지스터(M3)의 소스단자가 외부저항(RT)에 연결된다. 트랜지스터(M3)의 드레인단자는 전류미러(current mirror)(120)에 연결된다. 전류미러(120)는 2개의 트랜지스터들(M4, M5)로 구성되며, 이 전류미러(120)에 의해 외부저항(RT)에 흐르는 전류(IC)에 비례하는 전류가 출력된다. 전류미러(120)로부터의 출력은 전류제어발진기(CCO; Current Controlled Oscillator)(130)에 입력된다. 전류제어발진기(130)는 입력된 전류미러(120)로부터의 출력에 따라 구형의 출력클락(CLK)을 발생시킨다. 이 출력클락(CLK)은 데드타임 발생기(140)에 입력되고, 데드타임 발생기(140)는 하이-사이드 입력신호(HIN) 및 로우-사이드 입력신호(LIN)를 발생시킨다. 하이-사이드 입력신호(HIN)는 하이-사이드 드라이버(150)에 입력되고, 로우-사이드 입력신호(LIN)는 로우-사이드 드라이버(160)에 입력된다. 하이-사이드 드라이버(150)는 입력되는 하이-사이드 입력신호(HIN)에 따라 트랜지스터(M1)를 컨트롤한다. 로우-사이드 드라이버(160)는 입력되는 로우-사이드 입력신호(LIN)에 따라 트랜지스터(M2)를 컨트롤한다. 트랜지스터(M1)의 소스단자와 트랜지스터(M2)의 드레인단자는 상호 연결되고, 그 연결되는 접점에는 공진탱크(170)가 연결되며, 동시에 출력단자로서 기능한다. 도 2는 도 1의 공진형 인버터의 동작을 나타내 보인 파형도이다. 도 2를 도 1과 함께 참조하면, 외부저항(RT)을 통해 흐르는 전류(IC)는 아래의 수학식 1과 같다. 이 전류(IC)에 비례하는 전류가 전류미러(120)를 통해 전류제어발진기(CCO)(130)로 입력되고, 이 전류에 의해 결정되는 출력주파수를 갖는 출력클락(CLK)이 전류제어발진기(CCO)(130)로부터 출력된다. 전류제어발진기(CCO)(130)로부터의 출력클락(CLK)은 데드타임 발생기(140)로 입력된다. 공진인버터 회로를 구성하는 트랜지스터들(M1, M2)이 동시에 턴온되면 트랜지스터들(M1, M2)을 통해 흐르는 관통전류(shoot-through current)에 의해 소자가 파괴될 수 있으므로, 데드타임 발생기(140)는 트랜지스터들(M1, M2)이 동시에 턴온되지 않도록 적절하게 제어된 하이-사이드 입력신호(HIN)와 로우-사이드 입력신호(LIN)를 발생시킨다. 하이-사이드 입력신호(HIN)는 하이-사이드 드라이버(150)로 입력되어 트랜지스터(M1)를 구동하는 구동신호를 발생시킨다. 마찬가지로 로우-사이드 입력신호(LIN)는 로우-사이드 드라이버(160)로 입력되어 트랜지스터(M2)를 구동시킨다. 앞서 언급한 바와 같이, 데드타임 발생기(140)에 의해 트랜지스터들(M1, M2)이 동시에 턴온 되지 않으며, 따라서 하이-사이드 입력신호(HIN)와 로우-사이드 입력신호(LIN)가 모두 로우(low) 상태인 데드타임(td)이 존재한다. 이 데드타임(td) 동안 출력신호(OUTPUT)의 천이(transition)가 이루어진다. 최종적으로, 하이-사이드 입력신호(HIN)가 하이(high)인 경우, 트랜지스터(M1)는 턴온되고 트랜지스터(M2)는 턴오프되는 상태이므로 하이상태의 출력신호(OUTPUT)가 발생한다. 반면에 로우-사이드 입력신호(LIN)가 하이인 경우, 트랜지스터(M1)는 턴오프되고 트랜지스터(M2)는 턴온되는 상태이므로 로우상태의 출력신호(OUTPUT)가 발생한다. 도 3은 도 1의 공진형 인버터의 정전결합 현상을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다 먼저 도 3을 참조하면, 공진형 인버터의 출력단자와, 외부저항(RT)과 전압/전류 변환기(110)가 연결되는 접점 사이에 기생 커패시터(Cp)가 생길 수 있다. 기생 커패시터(Cp)는 공진형 인버터 소자가 배치되는 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)상의 여러 패턴들에 의해 발생하는 등 여러 원인들에 의해 발생할 수 있다. 이와 같은 기생 커패시터(Cp)에 의해, 외부저항(RT)으로 흐르는 전류(IC)는 출력신호(OUTPUT)의 상태에 영향을 받게 된다. 구체적으로, 기생 커패시터(Cp)의 존재로 인하여, 출력신호(OUTPUT)에 연동되어 외부저항(RT)으로 흐르는 전류(IC)의 크기가 변동되고, 이는 전류제어발진기(CCO)(130)의 듀티(duty)와 출력주파수를 변화시키는 효과를 나타낸다. 이와 같은 현상을 억제하기 위해서는, 기생 커패시터(Cp)의 용량을 감소시켜야 하지만, 기생 커패시터(Cp)는 여러 물리적인 원인들에 의해 발생하는 것이므로 현실적으로 용이하지 않다. 외부저항(RT)으로 흐르는 전류(IC)의 크기를 증대시켜 기생 커패시터(Cp)를 통해 흐르는 전류(IP)의 영향을 상대적으로 축소시키는 방법도 있지만, 이 경우 전류제어발진기(CCO)(130) 내부의 발진용 커패시터(미도시)의 크기가 커지며, 이는 트랜지스터들(M1, M2)을 제어하는 회로를 집적회로(IC; Integrated Circuit)로 구현하는데 어려움을 유발하고, 또 구현하더라도 많은 실리콘면적을 요한다는 한계가 있다.