KR100641259B1 - 승압형 스위칭 레귤레이터 회로 - Google Patents

승압형 스위칭 레귤레이터 회로 Download PDF

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Abstract

전지로부터 공급된 전원 전압이, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에서, 불필요하게 승압되게 되어, 전지를 소모시킨다. 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 클 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을 출력 전압으로서 출력하고, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 작을 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을, 소정의 출력 전압으로 되도록 승압시키며, 이에 의해 승압된 전압을 출력 전압으로서 출력하도록, 출력을 절환하는 스위치를 구비한다.
전원 전압, 발광 다이오드, 캐소드 전압, 출력 전압, 전원 전압 검출 회로

Description

승압형 스위칭 레귤레이터 회로{BOOST SWITCHING REGULATOR CIRCUIT}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 전원 전압과 충전 전압의 관계를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 전원 전압과 발광 다이오드의 캐소드 전압의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 발광 다이오드의 캐소드 전류와 발광 다이오드의 소정의 캐소드 전압의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시 하는 도면.
도 9는 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면.
도 10은 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 전원 전압과 충전 전압의 관계를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기준 전압 발생 회로
3 : 에러 앰프
5 : PWM 회로
7 : 드라이버 회로
9a, 9c : 스위칭 트랜지스터
9b : 다이오드
11 : 코일
13 : 컨덴서
15, 21a, 21b, 21c : 스위치
17a, 17b, 17c : 발광 다이오드
19a, 19b, 19c : 드라이버 회로
23 : 최저 전압 검출 회로
25 : 캐소드 전압 검출 회로
27 : 전원 전압 검출 회로
본 발명은, 휴대 기기에 탑재되는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 관한 것이다.
휴대 전화나 PDA(Personal Digital Assistance) 등의 휴대 기기는, 휴대 기기에 탑재된 전지(2차 전지를 포함함)로부터 공급되는 전원 전압으로 구동되고 있다. 이 전지로부터 공급되는 전원 전압은, 휴대 기기의 사용 등에 수반하여 저하된다. 이 때문에, 상술한 바와 같은 휴대 기기에는, 전지로부터 공급되는 전원 전압이 저하되어도, 휴대 기기를 구동할 수 있도록, 저하된 전원 전압을 소정의 출력 전압으로 승압시키는 승압 회로가 탑재되어 있다. 이러한 승압 회로 중 하나에 승압형 스위칭 레귤레이터 회로가 있다. 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를, 도 9에 도시한다.
도 9에 도시한 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 초퍼형으로, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 드라이버 회로(7), 스위칭 트랜지스터(9a), 다이오드(9b), 코일(11), 및 컨덴서(13)를 구비하고, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi를 소정의 출력 전압 Vo로 승압시켜 출력한다.
기준 전압 발생 회로(1)는, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 소정의 출력 전압 Vo를 설정하기 위한 기준 전압 Vb를 발생시키는 회로로서, 그 출력부가 에러 앰프(3)의 입력부의 한쪽에 접속되어 있다. 에러 앰프(3)는, 상술한 기준 전압 Vb와, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로로부터 출력된 소정의 출력 전압 Vo를 비교 연 산하고, 이 비교 연산의 결과에 기초한 오차 신호를 출력하는 회로이다. 또한, 에러 앰프(3)는, 그 출력부가 PWM 회로(5)의 입력부에 접속되어 있다. 또한, 오차 신호는, 기준 전압 Vb와 출력 전압 Vo의 차가 클수록 커진다.
PWM 회로(5)는, 에러 앰프(3)로부터 출력된 오차 신호에 기초하여, PWM 신호의 듀티비를 설정하고, 이것을 출력하는 회로로서, 그 출력부가 드라이버 회로(7)의 입력부에 접속되어 있다. 또한 상술한 PWM 신호의 듀티비는, 오차 신호의 값이 클수록, 커지게 된다. 또한, PWM 회로(5)가 삼각파와 오차 신호를 비교하는 것이면, PWM 신호는 삼각파쪽이 오차 신호보다 클 때에, 로우 레벨로 된다. 드라이버 회로(7)는, PWM 회로(5)로부터 출력된 PWM 신호(의 진폭)를, 후술하는 스위칭 트랜지스터(9a)를 스위칭 제어할 수 있을 정도로 증폭하는 증폭 회로로서, 그 출력부가 스위칭 트랜지스터(9a)의 게이트에 접속되어 있다.
스위칭 트랜지스터(9a)는, 드라이버 회로(7)로부터 출력된 PWM 신호가 게이트에 인가되며, 이 PWM 신호가 하이 레벨일 때에 온하는 n 채널형의 FET이다. 또한, 스위칭 트랜지스터(9a)는, 드레인이 코일(11)에 접속되며, 소스가 접지되어 있다. 코일(11)은, 스위칭 트랜지스터(9a)의 스위칭 제어에 따라, 흐르는 전류량이 제어되는 코일로서, 한쪽의 단자가 여기서는 도시하지 않은 전지에 접속되며, 다른쪽의 단자가 다이오드(9b)의 애노드와 스위칭 트랜지스터(9a)의 드레인에 접속되어 있다.
다이오드(9b)는, 후술하는 컨덴서(13)가 방전하였을 때의 전류의 역류를 방지하기 위한 다이오드로서, 애노드가 코일(11)에 접속되고, 캐소드가 컨덴서(13)의 한쪽의 단자에 접속되어 있다. 컨덴서(13)는, 다이오드(9b)의 캐소드측 전압을 유지하는 컨덴서로서, 한쪽의 단자가 접지되며, 다른쪽의 단자가 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 출력 단자에 접속되고, 이 출력 단자로부터 출력 전압 Vo를 출력한다. 또한, 이 출력 전압 Vo는, 상술한 에러 앰프(3)의 입력 단자의 한쪽에 귀환된다. 이상의 구성에 의해, 도 9에 도시한 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi를, 소정의 출력 전압 Vo로 승압시켜 출력하고 있다. 다음으로, 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 동작에 대하여 설명한다.
기준 전압 발생 회로(1)에서 발생한 기준 전압 Vb는, 에러 앰프(3)의 한쪽의 입력 단자에 입력된다. 한편, 에러 앰프(3)의 다른쪽의 입력 단자에는, 출력 전압 Vo가 입력된다. 여기서, 출력 전압 Vo는, 전원 전압 Vi로부터, 다이오드(9)의 순방향 전압 Vf를 뺀 전압(Vo=Vi-Vf)으로 된다. 에러 앰프(3)는, 입력된 2개의 전압값을 비교하여, 출력 전압 Vo와 기준 전압 Vb의 차에 따른 오차 신호를 출력한다. 또한, 상술한 바와 같이 오차 신호는, 기준 전압 Vb와 출력 전압 Vo의 차가 클수록, 커진다.
다음으로, PWM 회로(5)는, 에러 앰프(3)로부터 출력된 오차 신호에 따라, 출력하는 PWM 신호의 듀티비를 설정하고, 듀티비가 설정된 PWM 신호를 출력한다. 여기서, PWM 신호의 듀티비는, 상술한 바와 같이, 오차 신호의 값이 클수록, 큰 값으로 출력된다(하이 레벨의 시간이 길어진다). PWM 회로(5)가 삼각파와 오차 신호를 비교하는 것이면, PWM 신호는 삼각파쪽이 오차 신호보다 클 때에 로우 레벨로 된 다. PWM 회로(5)로부터 출력된 PWM 신호는, 드라이버 회로(7)에 입력되며, 상술한 바와 같이 스위칭 트랜지스터(9a)의 스위칭 제어가 가능한 정도로 증폭된다. 드라이버 회로(7)에 의해 증폭된 PWM 신호는, 스위칭 트랜지스터(9a)의 게이트에 인가되어, 스위칭 트랜지스터(9a)를 스위칭 제어한다. 이하, 이 스위칭 제어에 대하여 상세하게 설명한다.
PWM 회로(5)로부터 출력된(드라이버 회로(7)에 의해 증폭된) PWM 신호가 하이 레벨일 때, 스위칭 트랜지스터(9a)가 온으로 된다. 이 때, 코일(11)에 전류가 흐른다.
다음으로, PWM 회로(5)로부터 출력된(드라이버 회로(7)에 의해 증폭된) PWM 신호가 로우 레벨로 되면, 스위칭 트랜지스터(9a)가 오프로 된다. 이 때, 코일(11)에는 흐르는 전류량의 변화에 따른 코일 전압 Vl이 발생한다. 이에 의해, 출력 전압 Vo는, 전원 전압 Vi와 코일(11)에 발생한 코일 전압 Vl을 가한 전압(Vo=Vi+Vl)으로 됨과 함께, 이 전압 Vo가 다이오드(9b)를 통해 컨덴서(13)에 충전된다. 이와 같이, 스위칭 트랜지스터(9a)의 스위칭 제어에 의해, 전원 전압 Vi의 승압이 행해져, 승압된 전압 Vo가, 출력 전압으로서 출력된다.
이상 설명한 바와 같이, 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에서는, 전지로부터 공급되는 전원 전압이 저하될 수록, 전원 전압을 승압시키고 있었기 때문에, 전지로부터 공급되는 전원 전압이 저하되어도, 소정의 출력 전압으로 출력할 수 있었다.
한편, 상술한 바와 같은 휴대 기기에 탑재되는 전지의 전원 전압은, 휴대 기기를 구동시키기 위해 필요한 전압을 상회하는 경우가 있다. 예를 들면, 휴대 전화 등에 탑재되는 3V 사양의 Li 이온 전지는, 만충전 시에 4V 이상의 전원 전압이 얻어지지만, 휴대 기기를 동작시키기 위해 필요한 출력 전압은 4V 이하이다(예를 들면 IC를 구동시키기 위해서는 +3.3V 정도이면 충분하다).
이 때문에, 전지로부터 공급되는 전원 전압이, 휴대 기기를 구동할 수 있을 정도의 전압일 때에, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 구동시키게 되면, 불필요한 전력을 소비하게 되어, 전지의 소모를 빠르게 한다. 또한, 전원 전압 Vi를 승압시키지 않고 출력시켰다고 해도, 다이오드의 순방향 전압 Vf만큼 저하되는 만큼, 휴대 기기에 탑재된 전지에의 부담을 증대시켰다. 도 10은 전원 전압 Vi의 저하에 의해, 증대되는 전지의 소비 전류 i의 양태를 도시하는 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 소정의 출력 전압 Vo는, 다이오드(9b)의 순방향 전압 Vf에 의한 강하분만큼 불필요하게 승압되어, 전지의 소비 전류 i를 소비해야만 하므로, 전지에의 부담을 증대시키게 된다.
본 발명은 이상의 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 휴대 기기에 탑재된 전지의 부담을 경감하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 구성은, 전지로부터 공급된 전원 전압을 승압시킨 전압을 출력 전압으로서 출력하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로로 서, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 클 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을 출력 전압으로서 출력하고, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 작을 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을, 소정의 출력 전압으로 되도록 승압시키며, 이에 의해 승압된 전압을 출력 전압으로서 출력하도록, 출력을 절환하는 스위치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 구성은, 출력 전압에 의해, 발광 다이오드를 구동시킴과 함께, 발광 다이오드의 캐소드 전압에 기초하여, 출력을 절환하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 구성은, 발광 다이오드의 전류량에 따라, 출력을 절환하는 캐소드 전압의 값을 변경하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 구성은, 출력 전압에 의해 구동시키는 발광 다이오드를 복수 구비하고, 복수의 발광 다이오드의 캐소드 전압 중 가장 낮은 캐소드 전압에 기초하여, 출력을 절환하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 구성은, 발광 다이오드에 흐르는 전류량에 따라, 소정의 출력 전압을 변화시키는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 여기서, 본 실시예의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 휴대 전화 또는 PDA 등의 휴대 기기에 탑재되며, 휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압을 승압하고, 승압한 전압을 출력 전압으로서 휴대 기기에 탑재된 부재(예를 들면 발광 다이오드 등)에 공급하고 있는 것으로 한다. 또한, 종래예와 마찬가지의 또는 대응하는 부재에는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다. 이하, 제1∼제4 실시 예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
「제1 실시예」
도 1은 제1 실시예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 드라이버 회로(7), 스위칭 트랜지스터(9a), 다이오드(9b), 코일(11), 컨덴서(13)를 구비하고, 또한, 스위치(15)와 전원 전압 검출 회로(27)를 구비하는 구성이다.
스위치(15)는, 후술하는 전원 전압 검출 회로(27)로부터 출력된 절환 신호에 기초하여, 온/오프된다. 이 스위치(15)는, 한쪽의 단자가 여기서는 도시하지 않은 휴대 기기에 탑재된 전지에 접속되며, 다른쪽의 단자가 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 출력 단자에 접속되고, 절환 단자가 후술하는 전원 전압 검출 회로(27)의 출력부에 접속되어 있다.
또한, 전원 전압 검출 회로(27)는, 상술한 휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi를 검출하고, 검출한 전원 전압 Vi가 소정의 출력 전압 Vo 이상인지의 여부를 판정하며, 그 판정 결과에 기초한 절환 신호를 출력하는 회로이다. 이 전원 전압 검출 회로(27)는, 입력부가 휴대 기기에 탑재된 전지에 접속되며, 출력부가 상술한 스위치(15)의 절환 단자에 접속되어 있다.
즉, 제1 실시예에 따른 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에서는, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi를 검출하고, 검출한 전원 전압 Vi에 기초하여 스위치(15)의 온/오프를 제어한다. 다음으로 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi는, 전원 전압 검출 회로(27)에 의해 검출된다. 이 전원 전압 검출 회로(27)에 의해 검출된 전원 전압 Vi가, 소정의 출력 전압 Vo 이상일 때, 전원 전압 검출 회로(27)는, 절환 신호에 의해 스위치(15)를 온시킨다. 또한, 전원 전압 Vi가, 소정의 출력 전압 Vo 이상일 때는, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 및 드라이버 회로(7)가, 구동하지 않도록 전원 공급을 정지시킨다. 따라서, 휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi는 승압되지 않고, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 출력 단자로부터 그 상태 그대로의 전압(전원 전압 Vi)으로 출력된다.
이에 의해, 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi가, 휴대 기기를 구동할 수 있을 정도의 전압(소정의 출력 전압 Vo 이상)일 때에는, 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로와 같은, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 구동시키는 것에 의한 불필요한 전력의 소비를 줄일 수 있다. 또한, 다이오드(9b)에서 순방향 전압 Vf만큼 저하되는 만큼의 손실이 발생하는 경우도 없기 때문에, 전지를 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 이 전원 전압 검출 회로(27)에 의해 검출된 전원 전압 Vi가, 소정의 출력 전압 Vo 이하일 때는, 전원 전압 검출 회로(27)는, 절환 신호에 의해 스위치(15)를 오프한다. 또한, 전원 전압 Vi가, 소정의 출력 전압 Vo 이하일 때는, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 및 드라이버 회로(7)를 구동할 수 있도록 전원 공급을 한다. 스위치(15)가 오프로 되며, 또한, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 드라이버 회로(7)가 구동되기 때문에, 승압형 스 위칭 레귤레이터 회로는, 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로와 마찬가지로, 휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi를 소정의 출력 전압 Vo로 승압하여 출력할 수 있다.
도 2에, 전원 전압 Vi의 저하에 의해, 증대하는 전지의 소비 전류 i의 양태를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 도시한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 다이오드(9b)에서 순방향 전압 Vf만큼 저하되는 만큼의 손실이 발생하는 경우도 없기 때문에, 보다 낮은 전압까지, 전원 전압 Vi를 승압하지 않고 출력 전압으로서 출력할 수 있다. 이 때문에, 전지의 소비 전류 i를 경감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi가, 소정의 출력 전압 Vo에 비해 클 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi를 출력 전압으로서 출력하고, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi가, 소정의 출력 전압 Vo에 비해 작을 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압 Vi를, 소정의 출력 전압 Vo로 되도록 승압시키며, 이에 의해 승압된 전압을 출력 전압으로서 출력하도록, 출력을 절환하는 스위치를 구비하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 전지에의 부담을 저감하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시예에서는, 초퍼형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 설명하였지만, 다이오드(9b) 대신에 스위칭 트랜지스터를 이용하여 동기 정류형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로로서도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 도 3은 동기 정류형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면이다.
도 3에서, 스위칭 트랜지스터(9c)는, 드라이버 회로(7)로부터 출력된 PWM 신호가 게이트에 인가되며, 이 PWM 신호가 로우 레벨일 때에 온하는 p 채널형 스위칭 FET이다. 이 스위칭 트랜지스터(9c)는, 게이트가 드라이버 회로(7)의 출력부에 접속되며, 드레인이 코일(11)과 스위칭 트랜지스터(9a)의 드레인에 접속되고, 소스가 컨덴서(13)의 한쪽의 단자에 접속되어 있다. 즉, 스위칭 트랜지스터(9c)는, 스위칭 트랜지스터(9a)가 온일 때 오프로 되며, 스위칭 트랜지스터(9a)가 오프일 때 온으로 되는 스위치로서 기능한다. 또한, 코일(11) 및 컨덴서(13)의 충방전에 대해서는, 초퍼형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로와 마찬가지이다. 따라서, 다이오드(9b) 대신에 스위칭 트랜지스터(9c)를 배치하는 동기 정류형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로이어도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
「제2 실시예」
휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi를, 소정의 출력 전압 Vo로 하여, 휴대 기기에 탑재된 발광 다이오드 등의 반도체 부품을 구동시킬 때, 발광 다이오드의 온도 특성이나 변동의 영향을 받아, 스위치의 절환이 적절하게 이루어지지 않아 불필요하게 전지를 소모하게 된다. 이것을, 이하에 설명한다.
휴대 기기에 탑재된 발광 다이오드는, 애노드에 소정의 출력 전압 Vo로서 인가하여, 정전류 회로에 의해 순방향 전류(일례로서, 1㎃∼20㎃)를 흘림으로써 발광한다. 발광 다이오드의 순방향 전압은, 기본적으로 정전류 회로에 의해 설정되는 순방향 전류에 의해 정해지지만, 온도 특성 등에 대하여 발광 다이오드마다의 변동 이 있기 때문에 발광 다이오드마다 상이하다. 또한, 발광 다이오드에 인가하는 전압 Vo는, 발광 다이오드의 순방향 전압 이상이어야만 하고, 검출한 전원 전압 Vi가 소정의 출력 전압 Vo 이상인지의 여부를 판정하는 기준 전압 Vb는, 발광 다이오드의 순방향 전압이 가장 변동된 경우(가장 큰 경우)를 상정하여 설정해야만 한다(즉, 사전에 조금 높게 설정해야만 한다). 일례로서, 발광 다이오드의 캐소드 전압은, 상술한 1㎃∼20㎃에서 동작시킨 경우, 0.15V∼0.4V 정도 변동되는데, 그 전류량에 따라 온도 특성도 변동된다.
따라서, 발광 다이오드의 순방향 전압이 그다지 변동되지 않은 경우에는, 전원 전압 Vi에 의해, 발광 다이오드에 소요의 순방향 전압을 공급할 수 있음에도 불구하고, 상술한 바와 같이 스위치를 오프하여, 전원 전압 Vi를 소요의 순방향 전압 이상으로 승압하게 되어, 휴대 기기에 탑재된 전지에 불필요한 부담을 주게 된다.
따라서, 제2 실시예에서는, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 출력 전압에 의해, 발광 다이오드를 구동시킬 때는, 전원 전압을 발광 다이오드의 애노드가 아니라, 발광 다이오드를 통한 캐소드로부터 검출하고, 검출한 캐소드 전압에 기초하여 스위치의 온/오프를 절환하는 구성으로 한다. 이하, 제2 실시예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 제2 실시예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도시하는 도면이다. 도 4에서, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 드라이버 회로(7), 스위칭 트랜지스터(9a), 다이오드(9b), 코일(11), 컨덴서(13)를 구비하고, 또한, 발광 다이오드(17a), 드라이버 회 로(19a), 및 캐소드 전압 검출 회로(25)를 구비한다.
여기서, 발광 다이오드(17a)는, 상술한 휴대 기기에 탑재된 발광 다이오드로서, 애노드가 컨덴서(13)의 한쪽의 단자에 접속되며, 캐소드가 후술하는 드라이버 회로(19a)의 출력부와, 캐소드 전압 검출 회로(25)의 입력부와, 에러 앰프(3)의 한쪽의 입력부에 접속되어 있다. 또한, 드라이버 회로(19a)는, 발광 다이오드(17a)에 흘리는 전류량을 조정하는 정전류 회로로서, 출력부가 발광 다이오드(17a)의 캐소드에 접속되어 있다. 또한, 캐소드 전압 검출 회로(25)는, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압을 검출하고, 검출한 캐소드 전압이 소정의 캐소드 전압 이상인지의 여부를 판정하며, 그 판정 결과에 기초하여 스위치(15)의 온/오프를 제어하는 절환 신호를 출력하는 회로이다. 또한, 캐소드 전압 검출 회로(25)는, 입력부에 발광 다이오드(17a)의 캐소드가 접속되고, 출력부가 스위치(15)의 절환 입력부에 접속되어 있다. 다음으로, 동작에 대하여 설명한다. 또한, 스위치(15)는 온 상태인 것으로 한다.
휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi는, 출력 전압 Vo로서, 스위치(15)를 통해 발광 다이오드(17a)의 애노드에 인가된다. 한편, 드라이버 회로(19a)는, 발광 다이오드(17a)의 순방향 전류를 설정한다. 그리고, 발광 다이오드(17a)는, 순방향 전류가 설정됨으로써 정해지는 순방향 전압이 인가된다. 따라서, 발광 다이오드(17a)의 캐소드에는, 애노드에 인가된 출력 전압 Vo로부터, 상술한 순방향 전압을 뺀 전압으로 된다.
캐소드 전압 검출 회로(25)는, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압을 검출하 고, 검출한 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압이, 소정의 캐소드 전압 이상인지의 여부를 판정한다. 그리고, 캐소드 전압 검출 회로(25)는, 검출한 캐소드 전압이 소정의 캐소드 전압 이상이면, 스위치(15)를 그 상태 그대로 계속해서 온하도록 절환 신호를 출력한다. 이에 의해, 휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi는 승압되지 않고, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로의 출력 단자로부터 그 상태 그대로의 전압(전원 전압 Vi)으로 출력된다.
휴대 기기에 탑재된 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi가 저하되어 가면, 발광 다이오드(17a)는, 상술한 순방향 전압의 전위차를 유지하면서, 캐소드 전압이 전지로부터 공급되는 전원 전압 Vi의 저하에 수반하여 저하된다. 그리고, 캐소드 전압 검출 회로(25)에 의해, 검출된 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압이, 소정의 캐소드 전압 이하로 되었을 때, 스위치(15)를 오프하도록 절환 신호를 출력함과 함께, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 의해 전원 전압 Vi를 승압하여, 발광 다이오드(17a)의 애노드에 인가한다. 또한, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압은 에러 앰프(3)에 귀환되며, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압은 일정한 값으로 유지된다.
전원 전압 Vi와 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압의 양태를 도 5에 도시한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압은, 전원 전압 Vi의 저하에 따라 저하된다. 그리고, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 소정의 캐소드 전압 이하로 되었을 때에 스위치(15)를 오프하고, 전원 전압 Vi의 승압을 개시한다. 여기서, 발광 다이오드(17a)에 흐르는 순방향 전류가, 드라이버 회로 (19a)에 의해 일정화되어 있다. 이 때문에, PWM 회로(5)는, 발광 다이오드(17a)의 온도 특성이나 변동에 의해, 순방향 전압이 변동되었다고 해도, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압이 일정하게 되도록, 발광 다이오드(17a)의 애노드 전압을, 순방향 전압의 변동에 따라 인가시킬 수 있다. 이에 의해, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 전원 전압 Vi를 불필요하게 승압시키지 않고, 발광 다이오드(17a)를 구동시킬 수 있어, 전지에의 부담을 경감할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 발광 다이오드(17a)의 캐소드 전압은, 일정한 전압으로 되도록 귀환되어 있다. 한편, 발광 다이오드(17a)에 흐르는 순방향 전류는 드라이버 회로(19a)에 의해 제어되어 있다. 드라이버 회로(19a)는, 전류 미러 회로 등의 전류원에 의해 구성되며, 상술한 발광 다이오드(17a)에 흐르는 순방향 전류에 따라, 구동하는 데 필요한 단자 전압(필요 전압)이 변동된다. 예를 들면, 발광 다이오드(17a)의 순방향 전류가 작을 때(드라이버 회로(19a)의 전류량이 작을 때)는, 드라이버 회로(19a)의 필요 전압은 낮아지고, 발광 다이오드(17a)의 순방향 전류가 클 때(드라이버 회로(19a)의 전류량이 클 때)는, 드라이버 회로(19a)의 필요 전압은 커진다.
이와 같이 드라이버 회로(19a)의 필요 전압이, 그 전류량에 따라 변동됨에도 불구하고, 스위치(15)의 온/오프를 제어하는 캐소드 전압 검출 회로(25)의 소정의 캐소드 전압을 일정한 값으로 고정하게 되면, 전원 전압 Vi를 불필요하게 승압시켜 전지에 부담을 주게 된다. 따라서, 도 6에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(17a)에 흐르는 순방향 전류에 따라, 출력을 절환하는 소정의 캐소드 전압의 값을 변경 함으로써, 보다 전지에의 부담을 경감한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예에서는, 출력 전압에 의해, 발광 다이오드를 구동시킴과 함께, 발광 다이오드의 캐소드 전압에 기초하여, 출력을 절환하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 발광 다이오드의 온도 특성에 의존하지 않고 출력을 절환하여, 전류의 소비를 억제한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 초퍼형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 설명하였지만, 제1 실시예에 설명한 바와 같은 동기 정류형이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다.
「제3 실시예」
상술한 바와 같은 발광 다이오드가, 휴대 기기에 복수 탑재된 경우, 각각의 발광 다이오드의 특성이 서로 달라, 그 특성에 따라, 상술한 바와 같은 스위치의 온/오프 제어를 해야만 한다. 이러한 특성이 서로 다른 발광 다이오드가 복수 탑재된 경우에는, 복수개 있는 발광 다이오드의 캐소드 전압 중, 가장 낮은 캐소드 전압에 기초하여 스위치의 온/오프를 제어하면, 불필요하게 승압을 하지 않고, 각각의 발광 다이오드를 구동하는 데 필요한 전압을 공급할 수 있다. 이하, 제3 실시예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 제3 실시예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로이다. 도 7에서, 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 기준 전압 발생 회로(1), 에러 앰프(3), PWM 회로(5), 드라이버 회로(7), 스위칭 트랜지스터(9a), 다이오드(9b), 코일(11), 컨덴 서(13)를 구비하고, 또한, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c), 드라이버 회로(19a, 19b, 19c), 스위치(21a, 21b, 21c), 최저 전압 검출 회로(23) 및 캐소드 전압 검출 회로(25)를 구비하는 구성이다.
발광 다이오드(17a, 17b, 17c)는, 각각 R(적), G(녹), B(청)의 3원색을 갖는 발광 다이오드로서, 상술한 휴대 기기에 탑재되어 있다. 이 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)는, 각각의 애노드가 컨덴서(13)의 한쪽의 단자에 접속되며, 캐소드가 후술하는 드라이버 회로(19a, 19b, 19c)에 접속되어 있다. 드라이버 회로(19a, 19b, 19c)는, 각각 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)에 흐르는 전류를 제어하는 전류 제어 회로로서, 각각의 출력부가 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)의 캐소드에 접속되어 있다. 스위치(21a, 21b, 21c)는, 각각 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)와 최저 전압 검출 회로(23)를 접속하는 스위치이다. 최저 전압 검출 회로(23)는, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)의 각각의 캐소드 전압 중 가장 낮은 전압을 검출하고, 검출한 캐소드 전압을 출력하는 전압 검출 회로이다. 또한, 최저 전압 검출 회로(23)는, 입력부에, 스위치(21a, 21b, 21c)가 접속되고, 출력부에 캐소드 전압 검출 회로(25)가 접속되어 있다. 다음으로 동작에 대하여 설명한다.
최저 전압 검출 회로(23)는, 스위치(21a, 21b, 21c)를 차례차례로 절환하여, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)의 각각의 캐소드 전압을 검출한다. 그리고, 최저 전압 검출 회로(23)는, 검출한 캐소드 전압 중 가장 낮은 캐소드 전압을 출력한다. 출력된 캐소드 전압은, 에러 앰프(3)와 캐소드 전압 검출 회로(25)에 입력된다. 캐소드 전압 검출 회로(25)는, 입력된 캐소드 전압에 기초하여, 스위치(15)의 온/ 오프를 절환한다.
여기서, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)의 각각의 애노드에는, 동일 전압이 인가되어 있다. 또한, 스위치(15)의 절환을, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)의 캐소드 전압 중 가장 낮은 캐소드 전압에 기초하여 행하고 있다. 이 때문에, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)에는, 각각을 구동하는 데 필요한 순방향 전압을 인가할 수 있다. 또한, 캐소드 전압이 높은 발광 다이오드에 대해서는, 드라이버 회로(19a, 19b, 19c)가, 순방향 전류를 흘리는 데 필요한 순방향 전압이 인가된다. 이에 의해, 캐소드 전압이 높은 발광 다이오드에는, 이 순방향 전압에 따른 캐소드 전압이 인가된다. 이 때문에, 전원 전압 Vi는, 불필요하게 승압되지 않고, 모든 발광 다이오드를 구동하는 데 필요한 전압을 출력할 수 있어, 전지에의 부담을 경감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제3 실시예에 설명하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 복수개 있는 발광 다이오드 중 가장 낮은 캐소드 전압을 검출하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 복수개 있는 발광 다이오드를 구동하는 데 필요한 전압을 인가함과 함께, 불필요하게 전압을 승압시키지 않고, 보다 효율이 좋은 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 초퍼형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 설명하였지만 제1 실시예에 설명한 바와 같은 동기 정류형이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다.
「제4 실시예」
상술한 바와 같이 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)에는, 전류량에 따른 순방향 전압이 인가되어 있으면 된다. 이 때문에, 발광 다이오드에 흐르는 전류량에 따라, 소정의 출력 전압 Vo(발광 다이오드의 애노드 전압)를 변동시킴으로써, 전원 전압 Vi를 불필요하게 승압시키는 것이 없어져, 보다 전지의 부담을 경감할 수 있다. 제4 실시예에 관한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 도 8에 도시한다. 도 8에 도시한 바와 같이 기준 전압 발생 회로(1)를, 드라이버 회로(19a, 19b, 19c)의 전류 설정 정보에 따라 기준 전압 Vb를 변경시킨다. 이에 의해, 소정의 출력 전압 Vo(발광 다이오드의 애노드 전압)는, 발광 다이오드(17a, 17b, 17c)에 흐르는 전류량에 따라 변경할 수 있다. 따라서, 전원 전압 Vi를 불필요하게 승압시키는 것이 없어져, 보다 전지의 부담을 경감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제4 실시예에 설명하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로는, 발광 다이오드에 전류량에 따라, 소정의 출력 전압을 변화시키는 구성으로 하였다. 이에 의해, 보다 전력 소비가 적은 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 초퍼형의 승압형 스위칭 레귤레이터 회로에 대하여 설명하였지만 제1 실시예에 설명한 바와 같은 동기 정류형이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다.
본 발명에 따르면, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 클 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을 출력 전압으로서 출력하고, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 작을 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을, 소정의 출력 전압으로 되도록 승압시키며, 이에 의해 승압된 전압 을 출력 전압으로서 출력함으로써, 전지의 부담을 경감한 승압형 스위칭 레귤레이터 회로를 실현할 수 있다.

Claims (5)

  1. 전지로부터 공급된 전원 전압을 승압시킨 전압을 출력 전압으로서 출력하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로로서,
    전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 클 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을 출력 전압으로서 출력하고, 전지로부터 공급된 전원 전압이, 소정의 출력 전압에 비해 작을 때에는, 전지로부터 공급된 전원 전압을, 소정의 출력 전압으로 되도록 승압시키며, 이에 의해 승압된 전압을 출력 전압으로서 출력하도록, 출력을 절환하는 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    출력 전압에 의해, 발광 다이오드를 구동시킴과 함께, 발광 다이오드의 캐소드 전압에 기초하여, 출력을 절환하는 것을 특징으로 하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    발광 다이오드의 전류량에 따라, 출력을 절환하는 캐소드 전압의 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    출력 전압에 의해 구동시키는 발광 다이오드를 복수 구비하고, 복수의 발광 다이오드의 캐소드 전압 중 가장 낮은 캐소드 전압에 기초하여, 출력을 절환하는 것을 특징으로 하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    발광 다이오드의 전류량에 따라, 소정의 출력 전압을 변화시키는 것을 특징으로 하는 승압형 스위칭 레귤레이터 회로.
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