KR101603776B1 - Voltage regulator - Google Patents

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KR101603776B1
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권오순
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엘아이지넥스원 주식회사
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    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
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Abstract

A voltage regulator with high electric power conversion efficiency is disclosed. A voltage regulator according to the present invention comprises: first and second switches connected in parallel between an input power source and an A node; a power charger/discharger part equipped with a diode and a super capacitor connected between the A node and an L node in series; a third switch connected in parallel to the charger/discharger between the A node and the L node; a fourth switch connected between a C node which is between the super capacitor and the diode, and a ground power source; an LDO connected between the L node and a load to apply constant voltage to the load; a control unit detecting the voltage level of the A node and the L node and controlling the first, third and fourth switches.

Description

높은 전력변환 효율을 갖는 전압 레귤레이터{VOLTAGE REGULATOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a voltage regulator having a high power conversion efficiency,

본 발명은 전압 레귤레이터에 관한 것으로, 특히 높은 전력변환효율을 갖는 전압 레귤레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage regulator, and more particularly to a voltage regulator having a high power conversion efficiency.

부하로 전력을 안정적으로 공급하는 전압 레귤레이터로 현재는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 와 LDO(Low-Dropout)가 가장 보편적으로 사용되고 있다. SMPS는 전력 변환 효율이 우수하다는 장점이 있는 반면, EMI(ElectroMagnetic Interference) 및 EMC(ElectroMagnetic Compatibility) 등에 취약하다는 문제가 있다. 그리고 LDO는 EMI/EMC 특성이 좋은 반면, 전력 변환 효율이 나쁘다는 단점이 있다. 이에 SMPS와 LDO의 장점을 취합한 SCALDO(Supercapacitor Assisted Low Dropout)가 개발되었다.Switching Mode Power Supply (SMPS) and Low-Dropout (LDO) are the most commonly used voltage regulators that provide stable supply of power to the load. While SMPS has an advantage of excellent power conversion efficiency, it is vulnerable to EMI (ElectroMagnetic Interference) and EMC (ElectroMagnetic Compatibility). And LDOs have good EMI / EMC characteristics, but they have poor power conversion efficiency. SCALDO (Supercapacitor Assisted Low Dropout), which combines the advantages of SMPS and LDO, has been developed.

도1 은 기존의 SCALDO의 구성을 나타낸다.1 shows the configuration of a conventional SCALDO.

도1 에 도시된 SCALDO는 입력전압과 내부에 구비되는 LDO간의 전압차이에 의해 낭비되는 전력을 슈퍼캐패시터에 저장했다가 재사용함으로써 전력변환효율을 높인다. SCALDO는 전력의 재사용을 위해 4개의 스위치(SW1 ~ SW4)와 슈퍼캐패시터(C)를 사용하며, 슈퍼캐패시터(C)의 캐패시턴스가 수F 단위로 높기 때문에 수Hz 수준의 낮은 주파수로 스위치(SW1 ~ SW4)를 스위칭하여 구동할 수 있어 EMI/EMC 특성이 우수하다는 장점을 갖는다.SCALDO shown in FIG. 1 increases the power conversion efficiency by storing and reusing the power wasted by the voltage difference between the input voltage and the LDO provided in the supercapacitor. SCALDO uses four switches (SW1 to SW4) and a super capacitor (C) for reuse of electric power. Since the capacitance of the supercapacitor (C) is high in several F units, SW4 can be switched and driven to have an advantage of excellent EMI / EMC characteristics.

그러나 기존의 SCALDO에서 스위치(SW1 ~ SW4)로 MOSFET를 사용하면, 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)가 턴오프되고, 제2 및 제4 스위치(SW2, SW4)가 턴온되는 경우 슈퍼캐패시터(C)에 저장된 전력이 LDO로 전달되지 못하고, 제3 스위치(SW)의 MOSFET 바디 다이오드(body diode)효과로 인해, 도1 에 도시된 누설 경로(lp)를 따라 방전되는 문제점이 있다. 이로 인해 현재 Solid State Relay 혹은 Photovoltaic Relay와 같은 릴레이를 스위치(SW1 ~ SW4)로 사용하고 있으나, 릴레이는 턴온 저항(Ron)이 크고 스위칭 구동을 위해 일정한 양의 전류를 소모하기 때문에, 구동 시 상당한 전력소모가 발생한다. 이는 SCALDO 전체의 전력변환효율을 낮추는 주요원인이 된다.However, when the MOSFET is used as the switches SW1 to SW4 in the conventional SCALDO, when the first and third switches SW1 and SW3 are turned off and the second and fourth switches SW2 and SW4 are turned on, The power stored in the capacitor C is not transferred to the LDO and is discharged along the leakage path lp shown in FIG. 1 due to the MOSFET body diode effect of the third switch SW. As a result, current relays such as a solid state relay or a photovoltaic relay are used as the switches (SW1 to SW4), but since relays have a large turn-on resistance (Ron) and consume a certain amount of current for switching operation, Consumption occurs. This is a major cause of lowering the power conversion efficiency of SCALDO as a whole.

또한 SCALDO는 입력 전압과 출력 전압 차에 의해 불필요하게 소모되는 전력을 슈퍼캐패시터(C)에 저장하였다가 재사용하도록 구성된다. 즉 입력 전압(Vin)이 슈퍼캐패시터(C)의 전압(VC) 및 LDO(VL)로 분배되어 Vin = VC + VL 이 된다. 그러나 동작 초기에 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)기 턴온되고, 제2 및 제4 스위치(SW2, SW4)가 턴오프된 상태에서 슈퍼캐패시터(C)의 초기 전압이 VC = 0이므로, Vin = VL 이 되어 슈퍼캐패시터(C)가 충전되기까지의 짧은 시간 동안 입력 전압(Vin)이 출력단의 LDO로 그대로 전달된다. 따라서 LDO가 손상될 가능성이 높다. 이는 입력 전압과 출력 전압 사이의 전압차가 클수록 더욱 심각한 문제가 된다.SCALDO is also configured to store and reuse unnecessary power consumed by the input voltage and output voltage difference in the super capacitor (C). That is, the input voltage V in is divided by the voltage V C of the supercapacitor C and the LDO (V L ) to become V in = V C + V L. However, since the initial voltage of the supercapacitor C is V C = 0 in the state where the first and third switches SW1 and SW3 are turned on at the beginning of operation and the second and fourth switches SW2 and SW4 are turned off , V in = V L and the input voltage V in is directly transferred to the output stage LDO for a short time until the super capacitor C is charged. Therefore, LDO is likely to be damaged. The larger the voltage difference between the input voltage and the output voltage, the more serious the problem becomes.

한국 공개 특허 제10-2014-0089814호 (2014.07.16공개)Korean Patent Publication No. 10-2014-0089814 (published on July 16, 2014)

본 발명의 목적은 높은 전력 변환 효율을 갖는 전압 레귤레이터를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a voltage regulator having a high power conversion efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 전압 레귤레이터는 입력 전원과 A 노드 사이에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 스위치; 상기 A 노드와 L 노드 사이에 직렬로 연결되는 슈퍼캐패시터와 다이오드를 구비하는 전력 충방전부; 상기 전력 충방전부와 병렬로 상기 A 노드와 L 노드 사이에 연결되는 제3 스위치; 상기 슈퍼캐패시터와 상기 다이오드 사이의 C 노드와 접지 전원 사이에 연결되는 제4 스위치; 상기 L 노드와 부하 사이에 연결되어 상기 부하로 정전압을 인가하는 LDO; 및 상기 A 노드와 상기 L 노드의 전압 레벨을 감지하여 상기 제1, 제3 및 제4 스위치를 제어하는 제어부; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage regulator including first and second switches connected in parallel between an input power source and an A node; A power boosting unit including a super capacitor and a diode connected in series between the A node and the L node; A third switch connected between the node A and the node L in parallel with the power supply; A fourth switch connected between a node C between the supercapacitor and the diode and a ground power source; An LDO connected between the L node and the load for applying a constant voltage to the load; And a control unit for controlling the first, third, and fourth switches by sensing voltage levels of the A node and the L node, .

상기 제1 및 제3 스위치는 PMOS 트랜지스터로 구현되고, 상기 제2 및 제4 스위치는 NMOS 트랜지스터로 구현되는 것을 특징으로 한다.The first and third switches are implemented as PMOS transistors, and the second and fourth switches are implemented as NMOS transistors.

상기 제2 스위치는 게이트로 상기 제2 스위치의 문턱 전압(VSW2_th)보다 높고 상기 LDO를 구동하기 위한 최소입력전압(VLDO_min) 과 제2 스위치의 문턱전압의 합(VLDO_min + VSW2_th)보다 낮은 값을 갖는 제1 기준 전압(Vref1)이 인가되는 것을 특징으로 한다.The second switch has a gate which is higher than a threshold voltage ( VSW2_th ) of the second switch and lower than a sum (V LDO_min + V SW2_th ) of a minimum input voltage (V LDO_min ) for driving the LDO and a threshold voltage of the second switch And a first reference voltage (Vref1) having a value is applied.

상기 제어부는 상기 전압 레귤레이터의 동작 초기에 상기 제1 및 제4 스위치로 제1 레벨의 제1 제어 신호를 인가하고, 상기 제3 스위치로 제2 레벨의 제2 제어 신호를 인가하여 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 제3 및 제4 스위치를 턴온하여 상기 레귤레이터를 예비 충전 모드로 구동하는 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit applies a first control signal of a first level to the first and fourth switches at an initial stage of operation of the voltage regulator and applies a second control signal of a second level to the third switch, And the third and fourth switches are turned on to drive the regulator in the preliminary charging mode.

상기 제어부는 상기 예비 충전 모드에서 상기 A 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 A 노드의 전압 레벨이 상기 제1 기준 전압(Vref1)에서 상기 제2 스위치의 문턱 전압(VSW2_th)보다 낮은 레벨로 기설정된 제2 기준 전압(Vref2 < Vref1- VSW2_th)을 초과하는지 판별하고, 상기 A 노드의 전압 레벨이 상기 제2 기준 전압을 초과하면, 상기 제1 및 제2 제어 신호를 반전하여 충전 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.The control unit senses the voltage level of the node A in the pre-charge mode, and the voltage level of the node A is lower than the threshold voltage (V SW2_th ) of the second switch at the first reference voltage (Vref1) to determine if it exceeds a predetermined second reference voltage (Vref2 <Vref1- SW2_th V) and, when the voltage level of the node a is greater than the second reference voltage, turn the first and second control signals are switched to the charging mode, .

상기 제어부는 상기 충전 모드에서 상기 L 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 L 노드의 전압 레벨이 상기 최소입력전압(VLDO_min)으로 기설정된 제3 기준 전압(Vref3 = VLDO_min) 보다 낮아지는지 판별하고, 상기 L 노드의 전압 레벨이 상기 제3 기준 전압 보다 낮아지면, 상기 제1 및 제2 제어 신호를 반전하여 방전 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.The controller senses the voltage level of the L node in the charging mode to determine whether the voltage level of the L node is lower than a predetermined third reference voltage (Vref3 = V LDO_min ) to the minimum input voltage (V LDO_min ) And when the voltage level of the L node is lower than the third reference voltage, the first and second control signals are inverted to switch to the discharge mode.

상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 L 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 L 노드의 전압 레벨이 상기 제3 기준 전압 보다 낮아지면, 상기 제1 및 제2 제어 신호를 반전하여 상기 충전 모드로 재전환하는 것을 특징으로 한다.The control unit senses the voltage level of the L node in the discharge mode, and when the voltage level of the L node becomes lower than the third reference voltage, the control unit inverts the first and second control signals, .

상기 제어부는 상기 충전 모드 및 상기 방전 모드에서 상기 A 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 A 노드의 전압 레벨이 제2 기준 전압 이하이면, 상기 제1 및 제4 스위치로 제1 레벨의 상기 제1 제어 신호를 인가하고, 상기 제3 스위치로 제2 레벨의 상기 제2 제어 신호를 인가하여 상기 예비 충전 모드로 재전환하는 것을 특징으로 한다.Wherein the controller senses a voltage level of the node A in the charge mode and the discharge mode, and when the voltage level of the node A is lower than a second reference voltage, the first and fourth switches The control signal is applied and the second control signal of the second level is applied to the third switch to switch back to the preliminary charging mode.

상기 전압 레귤레이터는 상기 L 노드와 상기 접지 전원 사이에 상기 LDO와 병렬로 연결되는 부하 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The voltage regulator may further include a load capacitor connected between the L node and the ground power supply in parallel with the LDO.

따라서, 본 발명의 스위치 구동용 전력소비량을 줄여 높은 전력변환효율을 얻을 수 있으며, 동작초기에 내부 LDO에 과전압이 인가되는 것을 방지하여 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있으며, LDO의 내압 요구치를 낮추어 저비용으로 제작 가능하다.Therefore, it is possible to obtain a high power conversion efficiency by reducing the power consumption for the switch driving of the present invention, to prevent the overvoltage from being applied to the internal LDO at the beginning of operation, to secure safety and reliability, .

도1 은 기존의 SCALDO의 구성을 나타낸다.
도2 는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 레귤레이터를 나타낸다.
도3 은 도2 의 전압 레귤레이터의 제어부의 동작 알고리즘을 나타낸다.
도4 내지 도6 은 도2 의 전압 레귤레이터의 동작 모드에 따른 등가회로를 나타낸다.
도7 은 도1 의 전압 레귤레이터 동작 시의 각 노드에서의 전압 파형을 나타낸다.
1 shows the configuration of a conventional SCALDO.
2 shows a voltage regulator according to an embodiment of the present invention.
3 shows an operation algorithm of the control unit of the voltage regulator of FIG.
4 to 6 show an equivalent circuit according to the operation mode of the voltage regulator of FIG.
7 shows a voltage waveform at each node in the operation of the voltage regulator of FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.

명세서 전체에서, 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. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.

도2 는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 레귤레이터를 나타낸다.2 shows a voltage regulator according to an embodiment of the present invention.

도2 를 참조하면, 본 발명의 전압 레귤레이터는 4개의 스위치(SW1 ~ SW4)와 슈퍼캐패시터(C), 다이오드(D), LDO(LDO) 및 제어부(CON)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the voltage regulator of the present invention includes four switches SW1 to SW4, a supercapacitor C, a diode D, an LDO (LDO), and a control unit CON.

4개의 스위치(SW1 ~ SW4) 중 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 입력 전원과 A 노드(ndA) 사이에 병렬로 연결된다. 제1 스위치(SW1)는 전압 레귤레이터가 동작 수행 중 슈퍼캐패시터(C)의 충전 여부를 조절하기 위한 충전 스위치로서 이용된다. 제1 스위치(SW1)는 제어부(CON)로부터 인가되는 제1 제어 신호(Q1)에 응답하여 온/오프되어 입력 전압(Vin)을 A 노드(ndA)로 전달하여 슈퍼캐패시터(C)를 충전한다. 제1 스위치(SW1)는 입력 전압(Vin)을 전달하는 과정에서 전압 강하가 발생하지 않도록 PMOS 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하다.The first switch SW1 and the second switch SW2 of the four switches SW1 to SW4 are connected in parallel between the input power source and the node A (IN). The first switch SW1 is used as a charge switch for controlling whether or not the voltage regulator is charged while the operation of the voltage regulator is performed. The first switch SW1 is turned on / off in response to the first control signal Q1 applied from the control unit CON to transfer the input voltage Vin to the node A to charge the supercapacitor C . The first switch SW1 is preferably implemented as a PMOS transistor so that a voltage drop does not occur during the transfer of the input voltage Vin.

그리고 제2 스위치(SW2)는 전압 레귤레이터가 정상 동작을 수행하기 이전 예비 충전 모드에서 슈퍼캐패시터(C)를 미리 충전하기 위한 사전 충전 스위치로서 기능을 수행한다. 제2 스위치(SW2)의 게이트에는 기설정된 전압 레벨을 갖는 제1 기준 전압(Vref1)이 항시 인가된다. 제2 스위치(SW2)는 빠른 스위칭 동작 및 제어의 용이성을 위해 NMOS 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하며, 제1 기준 전압(Vref1)은 제2 스위치(SW2)의 문턱 전압(VSW2_th)보다 높고 LDO를 구동하기 위한 최소입력전압(VLDO_min)과 제2 스위치의 문턱전압의 합(VLDO_min + VSW2_th)보다 낮은 전압 레벨에서 설정된다. 또한 제2 스위치(SW2)가 NMOS 트랜지스터로 구현됨에 따라, 예비 충전 모드 시에 LDO(LDO)로 큰 전압 레벨의 입력 전압(Vin)이 슈퍼캐패시터(C)가 충전되기까지의 짧은 시간 동안 LDO(LDO)로 그대로 전달되는 것을 방지한다. 즉 LDO(LDO)가 손상되는 것을 방지한다.The second switch SW2 functions as a pre-charge switch for precharging the supercapacitor C in the pre-charge mode before the voltage regulator performs a normal operation. A first reference voltage Vref1 having a predetermined voltage level is always applied to the gate of the second switch SW2. The second switch SW2 is preferably implemented as an NMOS transistor for fast switching operation and ease of control and the first reference voltage Vref1 is higher than the threshold voltage V SW2_th of the second switch SW2, (V LDO_min + V SW2_th ) of the minimum input voltage (V LDO_min ) for driving and the threshold voltage of the second switch (V LDO_min + V SW2_th ). The second switch SW2 is implemented as an NMOS transistor so that the input voltage V in of the large voltage level to the LDO LDO in the preliminary charging mode is supplied to the LDO 2 for a short time before the super capacitor C is charged. (LDO). That is, the LDO (LDO) is prevented from being damaged.

도1 에 도시된 종래의 SCALDO는 1개의 스위치(SW1)가 입력 전압(Vin)을 슈퍼캐패시터(C)로 전달하도록 구성되었으나, 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 병렬로 연결되는 2개의 스위치(SW1, SW2)가 전압 레귤레이터의 동작 모드에 따라 서로 다르게 온/오프되어 입력 전압(Vin)을 슈퍼캐패시터(C)로 전달하도록 구성된다.The conventional SCALDO shown in FIG. 1 is configured such that one switch SW1 transfers the input voltage Vin to the supercapacitor C, but as shown in FIG. 2, in the present invention, two The switches SW1 and SW2 are configured to be turned on and off differently according to the operation mode of the voltage regulator so as to transmit the input voltage Vin to the super capacitor C. [

슈퍼캐패시터(C)와 다이오드(D)는 A 노드(ndA)와 L 노드(ndL) 사이에 직렬로 연결된다. 슈퍼캐패시터(C)는 A 노드(ndA)를 통해 입력 전압(Vin)을 인가받아 충전하고, 충전된 전압을 다이오드(D1)을 통해 LDO(LDO)로 방전할 수 있도록 A 노드(ndA)로 + 전극이 연결되고, 다이오드(D)로 - 전극이 연결되도록 구성된다.The supercapacitor C and the diode D are connected in series between the A node (ndA) and the L node (ndL). The supercapacitor C receives the input voltage Vin through the node A and charges the capacitor A to the node A to discharge the charged voltage to the LDO through the diode D1. Electrode is connected, and the - electrode is connected to the diode (D).

슈퍼캐패시터(C)는 예비 충전 모드 시에 충전 전압이 0V 인 상태로부터 제2 기준 전압(Vref2) 레벨까지 충전되고, 이후 충전 모드 및 방전 모드에서는 충전과 방전이 교대로 수행된다.The super capacitor C is charged from the charge voltage of 0 V to the second reference voltage Vref2 level in the preliminary charge mode and then charged and discharged alternately in the charge mode and the discharge mode.

한편 다이오드(D)는 L 노드(ndL)로 인가되어 LDO(LDO)로 전달되어야 하는 입력 전압(Vin) 또는 슈퍼캐패시터(C)의 방전 전압이 슈퍼캐패시터(C)로 역류하지 않도록 보호하는 역할을 수행한다.Meanwhile, the diode D protects the input voltage Vin or the discharge voltage of the supercapacitor C, which is applied to the L node ndL, to be transferred to the LDO (LDO) from flowing back to the supercapacitor C .

슈퍼캐패시터(C)와 다이오드(D)는 입력 전압(Vin)을 인가받아 충전하고, LDO로 방전하는 전력 충방전부로서 기능을 수행한다.The supercapacitor C and the diode D function as a power supply for charging the input voltage Vin and discharging it to the LDO.

한편 제3 스위치(SW3)는 A 노드(ndA)와 L 노드(ndL) 사이에 입력 충방전부와 병렬로 연결된다. 제3 스위치(SW3)는 제어부(CON)로부터 인가되는 제2 제어 신호(Q2)에 응답하여 온/오프되어, 전압 레귤레이터의 동작 모드에 따라 입력 전압(Vin)이 전달되는 경로를 변경하여 슈퍼캐패시터(C)가 충전 또는 방전하도록 조절한다. 제3 스위치(SW3) 또한 전압 강하가 발생하지 않도록 제1 스위치(SW1)과 마찬가지로 PMOS 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하다.On the other hand, the third switch SW3 is connected in parallel with the input charging portion between the A node (ndA) and the L node (ndL). The third switch SW3 is turned on / off in response to the second control signal Q2 applied from the control unit CON to change the path through which the input voltage Vin is delivered according to the operation mode of the voltage regulator, (C) is charged or discharged. The third switch SW3 is also preferably implemented as a PMOS transistor like the first switch SW1 so that no voltage drop occurs.

슈퍼캐패시터(C)와 다이오드(D) 사이의 C 노드(ndC)와 접지 전압(Vss) 사이에 연결되는 제4 스위치(SW4)는 제1 스위치(SW1)과 마찬가지로 제1 제어 신호(Q1)에 응답하여 온/오프 되고, 제3 스위치(SW)와 함께 전압 레귤레이터의 동작 모드에 따라 입력 전압(Vin)이 전송되는 경로를 변경하여 전압 레귤레이터의 등가 회로가 변형되도록 한다. 접지 전압(Vss)에 연결되는 제4 스위치(SW4)는 풀다운 트랜지스터로서 NMOS 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하다.The fourth switch SW4 connected between the node C and the ground voltage Vss between the super capacitor C and the diode D is connected to the first control signal Q1 in the same manner as the first switch SW1 And changes the path through which the input voltage Vin is transmitted in accordance with the operation mode of the voltage regulator together with the third switch SW so that the equivalent circuit of the voltage regulator is deformed. The fourth switch SW4 connected to the ground voltage Vss is preferably implemented as an NMOS transistor as a pull-down transistor.

L 노드(ndL)와 부하(LOAD) 사이에 연결되는 LDO(LDO)는 L 노드(ndL)을 통해 전달되는 전압을 인가받아 기설정된 전압 레벨의 안정적인 전압으로 변환하여 부하(LOAD)로 출력한다. LDO(LDO)는 상기한 종래의 LDO를 그대로 활용하여 구현될 수 있다. LDO(LDO)는 공지된 기술이므로, LDO의 세부 구성에 대해서는 상세하게 설명하지 않는다.The LDO (LDO) connected between the L node (ndL) and the load (LOAD) converts the voltage transferred through the L node (ndL) into a stable voltage of a predetermined voltage level and outputs it to the load LOAD. The LDO (LDO) can be implemented using the conventional LDO as it is. Since the LDO (LDO) is a well-known technology, the detailed configuration of the LDO is not described in detail.

그리고 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전압 레귤레이터는 L 노드(ndL)와 접지 전압(Vss) 사이에 연결되어 LDO(LDO)로 불필요한 신호가 인가되는 것을 방지하는 캐패시터(CLDO)를 더 구비한다.As shown in FIG. 2, the voltage regulator of the present invention includes a capacitor C LDO connected between an L node ndL and a ground voltage Vss to prevent an unnecessary signal from being applied to the LDO LDO Respectively.

한편 제어부(CON)는 A 노드(ndA) 및 L 노드(ndL)의 전압 레벨(VA, VL)을 감지하고, 제1 및 제2 신호(Q1, Q2)를 제1, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW3, SW4)로 인가하여 제1, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW3, SW4)의 온/오프를 제어한다. 제어부(CON)은 제1 및 제4 스위치(SW1, SW4)로는 제1 제어 신호(Q1)을 인가하고, 제3 스위치(SW3)로는 제2 제어 신호(Q2)를 인가한다.Meanwhile, the control unit CON senses the voltage levels V A and V L of the node A and the node L and outputs the first and second signals Q1 and Q2 to the first, 4 switches SW1, SW3, and SW4 to control ON / OFF of the first, third, and fourth switches SW1, SW3, and SW4. The control unit CON applies the first control signal Q1 to the first and fourth switches SW1 and SW4 and the second control signal Q2 to the third switch SW3.

도3 은 도2 의 전압 레귤레이터의 제어부의 동작 알고리즘을 나타내고, 도4 내지 도6 은 도2 의 전압 레귤레이터의 동작 모드에 따른 등가회로를 나타내며, 도7 은 도1 의 전압 레귤레이터 동작 시의 각 노드에서의 전압 파형을 나타낸다.FIG. 3 shows an operation algorithm of the control unit of the voltage regulator of FIG. 2, FIGS. 4 to 6 show equivalent circuits according to the operation mode of the voltage regulator of FIG. 2, And the voltage waveforms in FIG.

도3 내지 도7 을 참조하여 본 발명의 전압 레귤레이터의 동작을 설명하면, 제어부(CON)는 우선 전압 레귤레이터의 정상 동작 수행 전 예비 충전 모드(도7 의 a 구간) 시에 제1 레벨(여기서는 하이 레벨)의 제1 제어 신호(Q1)와 제2 레벨(여기서는 로우 레벨) 의 제2 제어 신호(Q2)를 출력한다(S10).The operation of the voltage regulator of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7. First, the control unit CON controls the voltage level of the first level (here, high level) in the preliminary charging mode Level) and the second control signal Q2 of the second level (here, low level) (S10).

제1 스위치(SW1)가 PMOS 트랜지스터로 구현되고 제4 스위치(SW4)가 NMOS 트랜지스터로 구현된 경우, 제1 스위치(SW1)는 제1 레벨의 제1 제어 신호(Q1)에 응답하여 오프 상태를 유지하는 반면, 제4 스위치(SW4)는 턴온 된다. 그리고 PMOS 트랜지스터로 구현되는 제3 스위치(SW3)는 제2 레벨의 제2 제어 신호(Q2)에 응답하여 턴온 된다.When the first switch SW1 is implemented as a PMOS transistor and the fourth switch SW4 is implemented as an NMOS transistor, the first switch SW1 is turned off in response to the first control signal Q1 of the first level While the fourth switch SW4 is turned on. And the third switch SW3 implemented by the PMOS transistor is turned on in response to the second control signal Q2 of the second level.

그리고 게이트로 제1 기준 전압(Vref1)이 인가되는 제2 스위치(SW2)는 입력 전압(Vin)과 A 노드(ndA) 사이의 전압차에 의해 턴온 된다. 제2 스위치(SW2)가 턴온될 때, A 노드(ndA)의 전압(VA)은 슈퍼캐패시터(C)가 충전되기 이전 상태이므로, 0V 이다. 이에 입력 전압(Vin)은 오프 상태인 제1 스위치(SW1)가 아닌 제2 스위치(SW2)를 통해 A 노드(ndA)로 전달된다. 그러나 제2 스위치(SW2)가 NNMOS 트랜지스터며, 제2 스위치(SW2)의 게이트로 제2 스위치(SW2)를 온 시키기 위한 제1 기준 전압(Vref1)이 인가되고 있는 상태이므로, A 노드(ndA)에는 제1 기준 전압(Vref1)에서 제2 스위치(SW2)의 문턱값(VSW2_th)을 차감한 전압 레벨(Vref1- VSW2_th)이 인가된다. 즉 도4 의 등가회로에 도시된 바와 같이, A 노드(ndA)의 전압(Vref1- VSW2_th)이 입력 전압(Vin)을 대체하는 등가 입력 전압으로 구현된다.The second switch SW2 to which the first reference voltage Vref1 is applied to the gate is turned on by the voltage difference between the input voltage Vin and the A node At. When the second switch SW2 is turned on, the voltage V A at the node A is 0 V since it is in a state before the super capacitor C is charged. Accordingly, the input voltage Vin is transferred to the node A (A) through the second switch SW2 instead of the first switch SW1 in the off state. However, since the second switch SW2 is an NNMOS transistor and the first reference voltage Vref1 for turning on the second switch SW2 is applied to the gate of the second switch SW2, A voltage level Vref1- Vsw2_th obtained by subtracting the threshold value Vsw2_th of the second switch SW2 from the first reference voltage Vref1 is applied. That is, as illustrated in the equivalent circuit of Figure 4, the voltage (V Vref1- SW2_th) of the node A (ndA) is implemented as an equivalent input voltage, replacing the input voltage (Vin).

그리고 제3 스위치(SW3)가 턴온 된 상태이므로, A 노드(ndA)와 L 노드(ndL)가 구분되지 않아 등가회로에서는 LDO(LDO)가 A 노드(ndA)에 직접 연결되는 형태가 된다. 또한 제4 스위치(SW4)가 턴온 된 상태이므로, 슈퍼캐패시터(C)는 A 노드(ndA)와 접지 전압(Vss) 사이에 연결되는 형태로 구성된다. 즉 슈퍼캐패시터(C)가 LDO(LDO)와 병렬로 연결된다. 그리고 다이오드(D)는 C 노드(ndC)와 L 노드(ndL) 사이에 연결되므로, 역방향으로 연결되어 오픈 상태로서 등가회로에서는 생략되었다.Since the third switch SW3 is turned on, the LDO (LDO) is directly connected to the A node in the equivalent circuit because the A node and the L node are not distinguished. Since the fourth switch SW4 is turned on, the supercapacitor C is connected between the node A and the ground voltage Vss. In other words, the supercapacitor C is connected in parallel with the LDO (LDO). Since the diode D is connected between the C node (ndC) and the L node (ndL), the diode D is connected in the reverse direction and is in the open state and is omitted in the equivalent circuit.

등가회로에서는 등가 입력 전압(Vref1- VSW2_th)이 입력 전압(Vin)을 대체하는 형태로 표현하였으나, 실제 A 노드(ndA)의 전압 레벨은 도7 에 도시된 바와 같이 슈퍼캐패시터(C)가 충전되어감에 따라 증가하게 된다. 이에 슈퍼캐패시터(C)는 예비 충전 모드(a 구간)에서 등가 입력 전압(Vref1- VSW2_th)까지 충전될 수 있다. 즉 A 노드(ndA)의 전압 레벨은 슈퍼캐패시터(C)가 충전되지 않은 0V 로부터 등가 입력 전압(Vref1- VSW2_th) 레벨까지 상승할 수 있다.In the equivalent circuit, the equivalent input voltage Vref1- Vsw2_th is expressed in a form in which the input voltage Vin is substituted, but the voltage level of the A node actually becomes higher than the voltage level of the supercapacitor C And increases with the increase in the number. The super capacitor (C) may be charged in the pre-charging mode (a period) equivalent to the input voltage (V Vref1- SW2_th). In other words, the voltage level of the A node (in) can rise from the non-charged 0 V of the supercapacitor C to the equivalent input voltage (Vref1 - V SW2 - th ) level.

한편 제어부(CON)는 A 노드(ndA)의 전압 레벨을 감지하여(S20), A 노드(ndA)의 전압 레벨이 기설정된 제2 기준 전압(Vref2)를 초과하는지 판별한다(S30). A 노드(ndA)의 전압 레벨이 기설정된 제2 기준 전압(Vref2)를 초과하는 것으로 판별되면, 제1 및 제2 제어 신호(Q1, Q2)를 반전하여 전압 레귤레이터를 충전 모드(도7 의 b 구간)로 전환한다(S40). 여기서 제2 기준 전압(Vref2)은 슈퍼캐패시터(C)의 충전 전압, 즉 예비 충전 모드에서 A 노드(ndA)의 최대 전압인 등가 입력 전압(Vref1- VSW2_th)보다 낮은 전압 레벨로 설정된다.On the other hand, the control unit CON senses the voltage level of the node A (S20), and discriminates whether the voltage level of the node A (A) exceeds the predetermined second reference voltage Vref2 (S30). When it is determined that the voltage level of the node A is higher than the predetermined second reference voltage Vref2, the first and second control signals Q1 and Q2 are inverted to set the voltage regulator in the charging mode (S40). Wherein the second reference voltage (Vref2) is set to the charging voltage, i.e., voltage level lower than the maximum voltage of the equivalent input voltage (V Vref1- SW2_th) of the node A (ndA) in the pre-charge mode of the super capacitor (C).

따라서 예비 충전 모드(a 구간)에서 슈퍼캐패시터(C)는 제2 기준 전압(Vref2)까지 충전되며, 슈퍼캐패시터(C)에 충전되는 전압 레벨에 대응하는 전압이 LDO(LDO)로 인가되므로, 전압 레귤레이터의 동작 초기에 LDO(LDO)로 큰 전압이 인가되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the supercapacitor C is charged up to the second reference voltage Vref2 in the precharge mode (period a), and the voltage corresponding to the voltage level charged in the supercapacitor C is applied to the LDO (LDO) It is possible to prevent a large voltage from being applied and damaged by the LDO (LDO) at the beginning of the operation of the regulator.

충전 모드(b 구간)에서 제어부(CON)는 제1 및 제2 제어 신호(Q1, Q2)를 반전하여 제2 레벨의 제1 제어 신호(Q1)과 제1 레벨의 제2 제어 신호(Q2)를 제1, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW3, SW4)로 인가한다.The control unit CON inverts the first and second control signals Q1 and Q2 to switch the first control signal Q1 of the second level and the second control signal Q2 of the first level, To the first, third, and fourth switches SW1, SW3, and SW4.

따라서 제1 스위치(SW1)은 턴온되고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)는 턴오프 된다. 제1 스위치(SW1)가 턴온되면, 입력 전압(Vin)이 곧바로 A 노드(ndA)에 인가되어, A 노드(ndA)의 전압 레벨이 입력 전압(Vin)과 동일해짐에 따라 제2 스위치(SW2)는 턴오프 된다.Accordingly, the first switch SW1 is turned on and the third and fourth switches SW3 and SW4 are turned off. When the first switch SW1 is turned on, the input voltage Vin is immediately applied to the node A and the second switch SW2 is turned on as the voltage level of the node A becomes equal to the input voltage Vin. Is turned off.

그리고 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 턴오프 되었으므로, 도5 의 등가회로에 도시된 바와 같이, 입력 전압(Vin)으로부터 슈퍼캐패시터(C)와 다이오드(D) 및 LDO(LDO)가 직렬로 연결된다. A 노드(ndA)의 전압 레벨이 입력 전압(Vin)으로 순간적으로 상승하지만, 슈퍼캐패시터(C)와 LDO(LDO)가 직렬로 연결되었으므로, 충전 모드 초기에 LDO(LDO)로 인가되는 L 노드(ndL)의 전압(VLDO)은 입력 전압(Vin)에서 슈퍼캐패시터(C)에 충전된 충전과 다이오드(D)의 문턱전압(VD)의 합이 차감된 전압(Vin - (Vc + VD))가 된다. 예비 충전 모드에서 슈퍼캐패시터(C)는 제2 기준 전압(Vref2)만큼 충전되므로, 충전 모드 초기의 L 노드(ndL)의 전압(VLDO)은 도7 에 도시된 바와 같이, Vin - (Vref2 + VD)가 된다. 여기서 제2 기준 전압(Vref2)은 충전 모드 초기의 슈퍼캐패시터(C)에 충전된 슈퍼캐패시터 전압(Vc)이다.The supercapacitor C and the diode D and the LDO LDO are turned off from the input voltage Vin as shown in the equivalent circuit of Fig. 5 because the third and fourth switches SW3 and SW4 are turned off. They are connected in series. Since the voltage level of the A node instantaneously rises to the input voltage Vin but the supercapacitor C and the LDO LDO are connected in series, the voltage of the L node (LDO) applied to the LDO (LDO) voltage (V LDO) of ndL) is the sum of the threshold voltage (V D) of the charge and a diode (D) charging the super capacitor (C) from an input voltage (Vin) subtracting the voltage (Vin - (Vc + V D )). Since the supercapacitor C is charged by the second reference voltage Vref2 in the preliminary charging mode, the voltage V LDO of the L node ndL at the beginning of the charging mode is Vin - (Vref2 + V D ). Here, the second reference voltage Vref2 is the supercapacitor voltage Vc charged in the super capacitor C at the initial stage of the charge mode.

그러나 이는 예비 충전 모드에서 슈퍼캐패시터(C)에 인가되는 전압의 최대치가 제2 기준 전압(Vref2)로 설정되어 있기 때문이며, 충전 모드에서는 입력 전압(Vin)이 인가되므로, 슈퍼캐패시터(C)에는 제2 기준 전압(Vref2) 이상의 전압이 충전된다. 상기한 L 노드(ndL)에서의 전압은 Vin - (Vc + VD)이고 이 값은 충전이 진행됨에 따라 제3 기준 전압(Vref3 = VLDO_min)까지 떨어지게 되므로, 이를 계산하면, 충전 모드에서 슈퍼캐패시터(C)에는 Vc = Vin - (Vref3 + VD)의 전압이 충전된다.This is because the maximum value of the voltage applied to the supercapacitor C in the preliminary charging mode is set to the second reference voltage Vref2 and the input voltage Vin is applied in the charging mode, The voltage equal to or higher than the two reference voltages Vref2 is charged. Since the voltage at the L node (ndL) is Vin - (Vc + V D ) and this value drops to the third reference voltage (Vref3 = V LDO_min ) as the charging progresses, a capacitor (C) is Vc = Vin - the voltage (Vref3 + V D) is charged.

그리고 슈퍼캐패시터(C)가 충전되어 슈퍼캐패시터 전압(Vc)이 높아질수록 도7 과 같이 LDO(LDO)로 인가되는 L 노드(ndL)의 전압 레벨은 낮아진다.As the supercapacitor C is charged and the supercapacitor voltage Vc becomes higher, the voltage level of the L node ndL applied to the LDO (LDO) becomes lower as shown in Fig.

제어부(CON)는 L 노드(ndL)의 전압 레벨(VLDO)을 감지하여(S50), L 노드(ndL)의 전압 레벨(VLDO)이 LDO(LDO)를 구동하기 위한 최소입력전압(VLDO_min)로 기설정된 제3 기준 전압(Vref3 = VLDO_min) 보다 낮아지는지 판별한다(S60).The controller (CON) is by detecting a voltage level (V LDO) of the L node (ndL) (S50), L node (ndL) voltage level (V LDO) to a minimum input voltage (V for driving the LDO (LDO) of LDO_min ) is lower than a predetermined third reference voltage (Vref3 = V LDO_min ) (S60).

제어부(CON)는 L 노드(ndL)의 전압 레벨(VLDO)이 제3 기준 전압(Vref3) 보다 낮아진 것으로 판별되면, 다시 제1 및 제2 제어 신호(Q1, Q2)를 반전하여 전압 레귤레이터를 방전 모드(도7 의 c 구간)로 전환한다.The control unit CON inverts the first and second control signals Q1 and Q2 again to determine whether the voltage level V LDO of the L node ndL is lower than the third reference voltage Vref3, To the discharge mode (section c in Fig. 7).

방전 모드(c 구간)에서 제어부(CON)는 다시 제1 레벨의 제1 제어 신호(Q1)을 제1 및 제4 스위치(SW1, SW4)로 인가하고, 제2 레벨의 제2 제어 신호(Q2)를 제3 스위치(SW3)로 인가한다. 따라서 제1 스위치(SW1)는 턴오프되고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)는 턴온 된다. 그리고 제2 스위치(SW2)는 방전 모드에서 A 노드(ndA)의 전압 레벨이 이전 충전모드에서의 슈퍼커패시터(C) 충전으로 인해 상승된 상태(VA > Vref3 > Vref1 - VSW2_th), 즉 제2 스위치(SW2)의 소스 전압(VA)과 문턱전압(VSW2_th)의 합이 게이트 전압(Vref1)보다 크기 때문에 턴온되지 않는다.In the discharge mode (period c), the control unit CON again applies the first control signal Q1 of the first level to the first and fourth switches SW1 and SW4, and the second control signal Q2 of the second level To the third switch SW3. Accordingly, the first switch SW1 is turned off, and the third and fourth switches SW3 and SW4 are turned on. In the discharge mode, the second switch SW2 is in a state where the voltage level of the node A is raised due to the charging of the supercapacitor C in the previous charging mode (V A > Vref 3> Vref 1 - V SW 2 - th ) 2 is not turned on because the sum of the source voltage (V A ) and the threshold voltage (V SW2_th ) of the switch (SW2) is larger than the gate voltage (Vref1).

제1 스위치(SW1)가 오프되고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 턴온 된 상태이므로, 도6 의 등가회로에 도시된 바와 같이, 방전 모드(c 구간)에서는 입력 전압(Vin)이 생략된다. 그리고 슈퍼캐패시터(C)에 충전된 전압(Vc)은 방전 모드 초기에 최대 충전 전압(Vc_max)로 턴온된 제3 스위치(SW3)를 통해 L 노드(ndL)로 인가되고, L 노드(ndL)로 인가된 전압(VLDO = Vc_max)은 다이오드(D)에 의해 C 노드(ndC)로 인가되지 않고, LDO(LDO)로 인가된다. 즉 슈퍼캐패시터에 저장된 전력이 LDO(LDO)로 방전된다. 그리고 슈퍼 캐패시터(C)가 방전함에 따라 L 노드(ndL)의 전압 레벨(VLDO)이 낮아진다.Since the first switch SW1 is turned off and the third and fourth switches SW3 and SW4 are turned on, as shown in the equivalent circuit of Fig. 6, in the discharge mode (section c) Is omitted. The voltage Vc charged in the supercapacitor C is applied to the L node ndL via the third switch SW3 turned on at the maximum charge voltage Vc_max at the initial stage of the discharge mode and is supplied to the L node ndL The applied voltage (V LDO = Vc_max) is not applied to the C node (ndC) by the diode (D) and is applied to the LDO (LDO). That is, the power stored in the super capacitor is discharged to the LDO (LDO). As the supercapacitor C discharges, the voltage level (V LDO ) of the L node (ndL) is lowered.

이에 제어부(CON)는 낮아지는 L 노드(ndL)의 전압 레벨(VLDO)을 다시 감지한다(S50). 그리고 L 노드의 전압 레벨(VLDO)이 제3 기준 전압(Vref3 = VLDO_min) 보다 낮아지는지 판별한다(S60). 이는 슈퍼캐패시터(C)가 과방전되었는지 여부를 판별하기 위함이다. 만일 L 노드의 전압 레벨(VLDO)이 제3 기준 전압(Vref3) 보다 낮은 것으로 판별되면, 제어부(CON)는 다시 제1 및 제2 제어 신호(Q1, Q2)를 반전한다.The control unit CON again detects the voltage level V LDO of the L node ndL which is going to be lowered (S50). Then, it is determined whether the voltage level (V LDO ) of the L node is lower than the third reference voltage (Vref3 = V LDO_min ) (S60). This is to determine whether or not the super capacitor C is overdischarged. If it is determined that the voltage level V LDO of the L node is lower than the third reference voltage Vref3, the control unit CON again inverts the first and second control signals Q1 and Q2.

제1 및 제2 제어 신호(Q1, Q2)가 반전되면, 제1 스위치(SW1)은 턴온되고, 제2 내지 제4 스위치(SW2 ~ SW4)는 오프 된다. 따라서 도5 의 등가회로와 같이 구성되어 다시 충전 모드(b 구간)로 동작을 수행한다. 즉 전압 레귤레이터는 충전 모드(b 구간)와 방전 모드(c 구간)를 반복하여, 슈퍼캐패시터(C)를 충방전한다.When the first and second control signals Q1 and Q2 are inverted, the first switch SW1 is turned on and the second to fourth switches SW2 to SW4 are turned off. Therefore, it is configured as shown in the equivalent circuit of FIG. 5 and operates again in the charging mode (section b). That is, the voltage regulator repeatedly discharges the super capacitor C by repeating the charging mode (section b) and the discharging mode (section c).

상기에서는 제어부(CON)가 예비 충전 모드(a 구간)에서만 A 노드(ndA)의 전압 레벨(VA)를 감지하여 충전 모드(b 구간)로 전환하는 것으로 설명하였으나, 경우에 따라서 제어부(CON)는 충전 모드(b 구간) 및 방전 모드(c 구간)에서도 A 노드(ndA)의 전압 레벨(VA)를 감지하여 예비 충전 모드(a 구간)로 전환할 수 있다. 이는 슈퍼캐패시터(C)가 의도하지 않은 과방전으로 슈퍼캐패시터 전압(Vc)의 전압 레벨이 제2 기준 전압(Vref2)보다 낮아지게 되는 경우, LDO(LDO)에 순간적인 큰 전압이 인가되어 LDO(LDO)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.In the above description, the control unit CON detects the voltage level V A of the node A and switches to the charging mode (period b) only in the pre-charging mode (period a). However, The voltage level V A of the node A can be sensed and switched to the pre-charge mode (section a) even in the charging mode (section b) and the discharge mode (section c). This is because when the voltage level of the supercapacitor voltage Vc becomes lower than the second reference voltage Vref2 due to unexpected overdischarge of the super capacitor C, an instantaneous large voltage is applied to the LDO LDO, LDO) is prevented from being damaged.

상기한 바와 같이, 본 발명의 전압 레귤레이터는 제1 내지 제4 스위치(SW1 ~ SW4)를 모두 MOSFET로 구현할 수 있어, 스위치를 구동하기 위한 전력소비량을 줄여 높은 전력변환효율을 얻을 수 있다.As described above, the voltage regulator of the present invention can realize all of the first to fourth switches SW1 to SW4 as a MOSFET, so that the power consumption for driving the switch can be reduced and a high power conversion efficiency can be obtained.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (9)

입력 전원과 A 노드 사이에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 스위치;
상기 A 노드와 L 노드 사이에 직렬로 연결되는 슈퍼캐패시터와 다이오드를 구비하는 전력 충방전부;
상기 전력 충방전부와 병렬로 상기 A 노드와 L 노드 사이에 연결되는 제3 스위치;
상기 슈퍼캐패시터와 상기 다이오드 사이의 C 노드와 접지 전원 사이에 연결되는 제4 스위치;
상기 L 노드와 부하 사이에 연결되어 상기 부하로 정전압을 인가하는 LDO; 및
상기 A 노드와 상기 L 노드의 전압 레벨을 감지하여 상기 제1, 제3 및 제4 스위치를 제어하는 제어부; 를 포함하는 전압 레귤레이터.
First and second switches connected in parallel between an input power supply and an A node;
A power boosting unit including a super capacitor and a diode connected in series between the A node and the L node;
A third switch connected between the node A and the node L in parallel with the power supply;
A fourth switch connected between a node C between the supercapacitor and the diode and a ground power source;
An LDO connected between the L node and the load for applying a constant voltage to the load; And
A control unit for sensing the voltage level of the A node and the L node and controlling the first, third and fourth switches; And a voltage regulator.
제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제3 스위치는 PMOS 트랜지스터로 구현되고,
상기 제2 및 제4 스위치는 NMOS 트랜지스터로 구현되는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
The method of claim 1, wherein the first and third switches are implemented as PMOS transistors,
And the second and fourth switches are implemented as NMOS transistors.
제2 항에 있어서, 상기 제2 스위치는
게이트로 상기 제2 스위치의 문턱 전압(VSW2_th)보다 높고 상기 LDO를 구동하기 위한 최소입력전압(VLDO_min)과 제2 스위치의 문턱전압의 합(VLDO_min + VSW2_th)보다 낮은 값을 갖는 제1 기준 전압(Vref1)이 인가되는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
3. The apparatus of claim 2, wherein the second switch
The in gate having a value below the minimum input voltage (V LDO_min) to the sum (V LDO_min + V SW2_th) of the threshold voltage of the second switch is higher than a threshold voltage (V SW2_th) for driving the LDO of the second switch 1 &lt; / RTI &gt; reference voltage (Vref1) is applied.
제3 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 전압 레귤레이터의 동작 초기에 상기 제1 및 제4 스위치로 제1 레벨의 제1 제어 신호를 인가하고, 상기 제3 스위치로 제2 레벨의 제2 제어 신호를 인가하여 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 제3 및 제4 스위치를 턴온하여 상기 레귤레이터를 예비 충전 모드로 구동하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
4. The apparatus of claim 3, wherein the control unit
The first control signal of the first level is applied to the first and fourth switches at the beginning of the operation of the voltage regulator and the second control signal of the second level is applied to the third switch to turn off the first switch And the third and fourth switches are turned on to drive the regulator in a preliminary charging mode.
제4 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 예비 충전 모드에서 상기 A 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 A 노드의 전압 레벨이 상기 제1 기준 전압(Vref1)에서 상기 제2 스위치의 문턱 전압(VSW2_th)보다 낮은 레벨로 기설정된 제2 기준 전압(Vref2 < Vref1- VSW2_th)을 초과하는지 판별하고, 상기 A 노드의 전압 레벨이 상기 제2 기준 전압을 초과하면, 상기 제1 및 제2 제어 신호를 반전하여 충전 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
5. The apparatus of claim 4, wherein the control unit
The voltage level of the node A is lower than the threshold voltage V SW2_th of the second switch at the first reference voltage Vref1 by sensing the voltage level of the node A in the pre- Wherein the first control signal is switched to the charge mode when the voltage level of the node A exceeds the second reference voltage by inverting the first and second control signals to determine whether the voltage level of the node A exceeds the reference voltage Vref2 < Vref1 - V SW2_th , Voltage regulator.
제5 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 충전 모드에서 상기 L 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 L 노드의 전압 레벨이 상기 최소입력전압(VLDO_min)으로 기설정된 제3 기준 전압(Vref3 = VLDO_min) 보다 낮아지는지 판별하고, 상기 L 노드의 전압 레벨이 상기 제3 기준 전압 보다 낮아지면, 상기 제1 및 제2 제어 신호를 반전하여 방전 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
6. The apparatus of claim 5, wherein the control unit
The voltage level of the L node is discriminated in the charging mode to determine whether the voltage level of the L node is lower than a predetermined third reference voltage (Vref3 = V LDO_min ) by the minimum input voltage (V LDO_min ) And when the voltage level of the node becomes lower than the third reference voltage, inverts the first and second control signals to switch to the discharge mode.
제6 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 방전 모드에서 상기 L 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 L 노드의 전압 레벨이 상기 제3 기준 전압 보다 낮아지면, 상기 제1 및 제2 제어 신호를 반전하여 상기 충전 모드로 재전환하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
7. The apparatus of claim 6, wherein the control unit
Wherein the controller detects the voltage level of the L node in the discharge mode and reverses the first and second control signals to switch to the charge mode when the voltage level of the L node becomes lower than the third reference voltage Voltage regulator.
제7 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 충전 모드 및 상기 방전 모드에서 상기 A 노드의 전압 레벨을 감지하여, 상기 A 노드의 전압 레벨이 제2 기준 전압 이하이면, 상기 제1 및 제4 스위치로 제1 레벨의 상기 제1 제어 신호를 인가하고, 상기 제3 스위치로 제2 레벨의 상기 제2 제어 신호를 인가하여 상기 예비 충전 모드로 재전환하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
8. The apparatus of claim 7, wherein the control unit
The first node receives the first control signal of the first level by the first and fourth switches when the voltage level of the node A is lower than the second reference voltage by sensing the voltage level of the node A in the charge mode and the discharge mode, And applies the second control signal of the second level to the third switch to switch back to the pre-charge mode.
제8 항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터는
상기 L 노드와 상기 접지 전원 사이에 상기 LDO와 병렬로 연결되는 부하 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
9. The voltage regulator of claim 8, wherein the voltage regulator
And a load capacitor connected between the L node and the ground power supply in parallel with the LDO.
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