KR100973521B1

KR100973521B1 - 듀얼 모드 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR100973521B1
Application number: KR1020097015318A
Authority: KR
Inventors: 게리 제이. 밸런틴; 케이쓰 바르그로프; 폴 엘. 찬; 조나단 클라렌; 찰스 제이. 페르시코; 월터 찰스 스코트; 섬포우 시트히데스
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2010-08-03
Also published as: WO2003005528A3; EP1413036A2; KR20090082521A; AU2002322381A8; IL159680A0; US20030006651A1; KR20040013016A; US6774508B2; AU2002322381A1; WO2003005528A8; EP1413036B1; WO2003005528A2

Abstract

배터리(102)는 스위칭 모드 전력 공급(SMPS)(104)을 통해 무선 전화기의 전력 증폭기(106)에 전력을 공급한다. SMPS는 증폭기의 최대 전력 필요량들보다 낮은 커패시티를 갖고 있다. 증폭기 전력 필요량 임계치가 초과되었음을 제어기(116)가 탐지하면, 제어기는 SMPS와 병렬인 스위치(114)를 폐쇄하며, 전력이 SMPS를 통과하지 않고 배터리로부터 증폭기로 흐르게 한다. 이러한 구조는 보다 소형의 SMPS를 사용할 수 있게 하고 증폭기가 고 전력 상태 하에서 이러한 잡음에 최소한으로 견딜 수 있는 경우 증폭기에 대한 SMPS 발생 잡음을 제거한다.

Description

듀얼 모드 전원 공급 장치{DUAL MODE POWER SUPPLY}

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 저 부하 및 저 전압에서 그리고 고 부하에서 저 잡음으로 전력을 효율적으로 공급할 수 있는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

트랜시버, 특히 무선 전화기용 트랜시버들은 다수의 요건이 있다. 전화기들은 일반적으로 배터리를 통해 전원을 공급받는데, 이는 재충전 사이에 배터리 수명을 연장하기 위해 전원이 효율적이어야 한다는 것을 의미한다. 전화기는 일반적으로 휴대 가능하며, 이는 전화기(및 이에 따라 그 전원 공급 장치) 역시 소형이고 가벼워야 한다는 것을 의미한다. 마지막으로, (이동) 전화기는 (고정된) 기지국과 통신하며, 이는 전화기와 기지국 사이의 거리가 상당히 변화할 것임을 의미한다. 그리고 이것은 신호들을 송수신하는데 필요한 전력이 상당히 변화할 것임을 의미한다.

스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)는 DC-DC 전원 장치이다. SMPS 설계는 이를 매우 효율적이게 하고, 따라서 이러한 장치가 무선 전화기 및 다른 배터리 전원 전자 기기들에 널리 사용되게 한다. 그 이름이 의미하는 바와 같이, SMPS는 DC 전압을 빠르게 온/오프 스위칭하지만, 듀티 사이클이 잘 제어되어 출력 전압이 마찬가지로 잘 제어될 수 있게 한다. 이러한 양호한 제어는 넓은 범위의 배터리 상태들 및 훨씬 더 넓은 범위의 전력 요구로 확장할 수 있다. SMPS의 사이즈는 일반적으로 전화기(또는 다른 부하들)의 최대 설계 전력 요건들이 충족될 것을 여전히 보장하면서 가능한 한 작게(소형, 경량 및 저가) 선택된다.

본 출원인은 종래 기술에서 간과된 설계의 기회를 언급하였다: 부하가 다양한 전력량들에 대한 요건을 가질 때, 저 전력 상태에서는 저 전압이 유리하며, 고 전력 상태에서는 저 잡음이 요구된다.

전원 공급 장치 부하의 전력 요건이 로우(low)인 경우, 예를 들어 부하가 끌어들이는 전류가 인가 전압에 상당히 둔감하다면, 저 전압이 유리하다. 이는 부하가 무선 전화기의 일반적인 무선 주파수 전력 증폭기일 때 사실이다. 이 경우에 더 낮은 전압은 배터리로부터 끌어내는 전력을 감소시킨다.

이동 전화기의 전력 증폭기의 예를 다시 사용하면, 증폭기가 큰 부하를 나타내는 경우 전원 공급 장치가 저 잡음과 고 전압을 갖는 것이 중요하다. 이 경우에 전송되는 전력은 높고, (cdmaOne 또는 cdma2000과 같은 진보된 시스템에서) 수신되는 전력은 낮다. 수신되는 전력이 낮을 때는 전원 공급 장치가 수신 신호를 마스크할 수 있는 과도한 잡음을 시스템에 유도하지 않는 것이 매우 중요하다. 고 전압은 높은 전송 전력이 더 쉽게 발생하게 할 수 있다.

이러한 공동 목적(고 전력에서 저 잡음과 고 전압 및 저 전력에서 저 전압)을 달성하기 위해, 출원인은 저 전력에서는 SMPS를 사용하고 고 전력에서는 SMPS를 바이패스한다. 이는 여러 가지 장점을 갖는다. 고 전력 요구의 경우, 전력은 SMPS를 통과하지 않고 배터리에서 전력 증폭기로 흐르기 때문에, SMPS로부터의 잡음은 전력 증폭기에 전혀 유도되지 않는다. SMPS는 부하의 전력 요건들의 이러한 상층부를 다룰 필요가 없기 때문에, 더 소형으로 가볍고 저렴하게 제작될 수 있다. SMPS는 더 작아지기 때문에, 회로로 스위칭될 때에도 그 자체가 더 낮은 전력을 소모하고, 물론 회로에서 스위칭 아웃(swtich out)되면, 전력을 전혀 소모하지 않는다. 가장 중요하게는, 전력 증폭기에 의한 전력 소모가 감소한다. SMPS와 바이패스 간의 전환이 적절히 구성되면, 전력 증폭기는 경제적인 저 전압으로부터의 동작에 대부분의 시간을 소비할 수 있다. 이는 cdmaOne 또는 cdma2000과 같은 진보된 전력 제어를 이용하는 시스템 내에서 동작할 때 특히 사실이다.

도 1은 본 발명의 장치 실시예(100)의 블록도이다.

종래 기술에서, 전류는 배터리(102)에서 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS, 104)로, 다음으로 트랜시버 전력 증폭기(106)로, 다시 배터리로 돌아온다. 전력 증폭기는 송신 신호 프로세서(108)로부터 신호들을 획득하고 이 신호들을 증폭하여 상기 증폭된 신호들을 인터페이스(110)에 인가하며, 안테나(112)를 통해 상기 증폭된 신호를 송신한다.

전력 증폭기(106)에서 인터페이스(110)로의 소정의 출력 전력을 위해, 전력 증폭기는 본래 한 범위의 인가 전압을 위한 배터리(102)로부터 정전류를 끌어온다. 이것은 (상기 SMPS(104) 또는 다른 것으로부터의) 인가 전압이 소정의 출력 전력에 도달할 수 있게 하는 한 사실이다. 따라서 높은 출력 전력을 위해, 증폭기가 최대 가용 전압을 갖게 되도록 SMPS(104)를 통과하지 않고 배터리로부터 증폭기(106)로 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 증폭기(106)로부터의 출력 전력의 더 낮은 필요량들의 경우, 증폭기(106)에 인가되는 전압이 감소할 수 있다. 증폭기(106)로의 전류는 거의 동일하고 SMPS는 효율적이기 때문에, 배터리로부터의 전류가 감소하고 전력 소비 이익이 있다.

도 1은 SMPS(104)와 병렬로 스위치(114)가 추가되고, SMPS(104)가 전력 증폭기(106)에 대한 최대 전력 필요량보다 더 낮은 커패시티로 만들어진 본 발명의 일 실시예를 도시하고 있다. 제어기(116)는 전력 증폭기에 대한 전력 필요량이 얼마인지를 감지한다. 이러한 감지는 도 1에 도시되어 있는 SMPS(104), 스위치(114) 또는 다른 구성요소로부터 발생하거나 또는 외부 제공 명령으로부터 발생할 수 있다. 종종, 무선 전화가 접촉하는 기지국이 전화의 전력 설정을 제어한다. 이것은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 무선 전화에서 특히 그러하다.

이 전력 필요량이 소정의 임계치를 초과할 때, 제어기(116)는 스위치(114)를 닫는다. 이것은 전류(및 전력)가 SMPS(104)를 통과하지 않고 배터리(102)로부터 전력 증폭기(106)로 흐르게 한다. 전력 필요량이 다시 임계치 이하로 떨어지면, 제어기(116)는 스위치(114)를 다시 개방한다. 전력 필요량들이 증가하고 있을 때 제1 임계치를 사용하고 전력 필요량들이 감소하고 있을 때 (더 낮은) 제2 임계치를 사용하는 것은 바람직한 히스테리시스(hysteresis)를 유도한다. 이것은 전력 필요량들이 임계치 근처에 있을 때 스위치(114)가 반복적으로 개방되고 다시 폐쇄되어 시스템에 바람직하지 않게 잡음이 삽입되는 것을 방지한다.

또한, 타이머(118)를 제어기(116)에 삽입함으로써 히스테리시스가 유도되어 스위치(114)가 마지막으로 개방되어 미리 결정된 기간이 경과할 때까지 스위치(114)가 폐쇄되지 않거나 스위치가 마지막으로 폐쇄되어 미리 결정된 기간이 경 과할 때까지 스위치(114)가 개방되지 않거나 또는 둘 다 이루어진다. 이러한 타이머 제공 히스테리시스는 상기 설명한 임계치 제공 히스테리시스 대신 또는 추가로 유도될 수 있다.

병렬 스위치(114)가 폐쇄될 때, 통상적인 SMPS(104)는 전압 강하의 감소를 감지하고 동작을 멈춘다. SMPS(104)가 통상적이지 않다면, SMPS(104)는 하나 이상의 직렬 스위치(미도시)를 개방함으로써 회로로부터 제거될 수 있다.

스위치(114)가 폐쇄될 때, 전력 증폭기(106)는 자신에게 제공되는 특정 전압 레벨에 더 이상 의존하지 않을 수 있다. 그러므로 전력 증폭기(106)는 고 전력 상태에서 가변 전압 레벨을 허용하도록 구성되어야 한다. 그러한 구조의 설계는 특히 이러한 허용이 중간 및 저 전력 상태에는 필요하지 않기 때문에, 당업자 수준이다.

SMPS(104)의 커패시티가 시스템의 요건에 맞추어질 수 있다면, 임계치는 통상적으로 그러한 커패시티와 같도록 선택된다. 그러한 두 파라미터 모두는 일반적으로 고 전력 및 저 전력 상황 하에서 전력 증폭기(106)의 평균 전력 소모를 최소화하도록 설정된다. 그러한 최소화는 종종 전체 전화기의 평균 전력 소모를 전체적으로 최소화하거나 적어도 거의 그에 근접하게 한다. 때로는 원하는 이점의 특징이 가까이 있는 애플리케이션의 전력 증폭기의 전력 소모보다 더 중요한 다른 인자(비용, 부피, 무게 등)를 포함한다. 이러한 상황에서, 이들 두 파라미터는 이에 따라 적절히 조정되어야 한다. 커패시티와 임계치(또는 히스테리시스가 사용되는 경우에는 임계치)를 계산하기 위해서 루틴 소프트웨어 시뮬레이션이 사용될 수 있 다.

때때로, 정확하게 올바른 크기를 갖는 SMPS(104)가 이용 가능하지 않고, 다음으로 더 큰 크기가 사용되어야 한다. 이 경우에, 임계치는 SMPS(104)의 커패시티나 임의의 편리한 더 낮은 레벨로 설정될 수 있다. 이전과 같이, 선택되는 실제 레벨은, (역시 이전과 같이) 장점의 다른 특징들이 애플리케이션에 즉시 적용될 수 있을지라도, 일반적으로 전력 증폭기(106)에 의한 전력 소모를 최소화하기 위해 필요한 레벨이다.

도 1은 SMPS(104), 전력 증폭기(106), 또는 스위치(114)와는 별개인 제어기(116)를 도시한다. 종종 제어기를 별도의 컴포넌트로 구성하는 것이 편리하다.

다른 상황에서, 제어기는 SMPS, 전력 증폭기 또는 스위치의 일부이며, 개념상으로만 개별적이다.

도 1은 전력 증폭기(106)를 구동하는 SMPS(104)을 도시한다. 그러나 전력 증폭기(106)는 다양한 전력량들에 대한 요건을 가진 임의의 부하로 대체될 수 있으며, 전력은 고 전력 상태에서 저 잡음을 가진다. 마찬가지로, 스위치(114)는 SMPS(104)를 통과하지 않고 배터리(102)로부터 부하(106)로 전력을 공급하기 위한 임의의 편리한 수단으로 대체될 수 있다. 대신에, 배터리(102)는 고 전력 상태에서 충분히 낮은 잡음을 가지며 부하(106)에 의하여 허용될 수 있는 미조정 전압(고 전력 상태에서)을 갖는 임의의 전원으로 대체될 수 있다.

도 2는 본 발명의 방법 실시예(200)의 흐름도이다. 정상적인 환경하에서, SMPS에 전력이 공급된다(202). 부하에 의하여 요구되는 전력이 임계치를 초과한다 면(204), 제어기가 작동하여(206) 회로에서 SMPS의 기능을 마비시키기 위하여 스위치를 닫고(208), 부하에는 SMPS 없이 전력이 공급된다(210). 부하에 의하여 요구되는 전력이 임계치(204)를 초과하지 않는다면, 부하(210)의 전력 공급은 회로의 SMPS에 의해 계속된다. 개별 임계치들은 앞서 언급된 바와 같이 히스테리시스를 유도하는데 종종 바람직하다.

본 발명은 산업상 이용 가능하며 스위치 모드 전원 공급 장치로 부하에 경제적으로 전력을 공급하고자 할 때마다 실시 및 사용될 수 있다.

장치 및 방법의 다양한 모드가 기술되었지만, 본 발명의 진의 및 범위는 이에 한정되는 것이 아니라 다음 청구범위 및 그 등가물에 한정되며, 본 발명으로서 청구된다.

도 1은 본 발명의 장치 실시예의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 방법 실시예의 흐름도이다.

Claims

평균 전력 소비를 줄이기 위한 전자 회로로서,

전원;

상기 전원에 의해 전력이 공급되고, 부하(load)에 대한 미리 결정된 최대 전력 필요량(requirement)보다 낮은 커패시티(capacity)를 갖는 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS);

상기 SMPS에 의해 전력이 공급되는 부하; 및

상기 부하에 인가될 전력이 임계치보다 높을 때 상기 전원으로부터의 전력을 상기 SMPS를 통과하지 않고 상기 부하에 인가하기 위한 스위칭 디바이스를 포함하며,

상기 임계치는 상기 SMPS의 커패시티보다 낮거나 같고,

상기 전원으로부터의 전력을 상기 SMPS를 통과하지 않고 상기 부하에 인가하기 위한 상기 스위칭 디바이스는 상기 SMPS와 병렬인 스위치, 및 상기 스위치에 연결되는 제어기를 포함하며,

상기 제어기는 상기 부하에 인가될 전력을 감지하고 상기 감지된 전력을 상기 임계치와 비교함으로써, 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 높을 때는 상기 스위치를 폐쇄하고, 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치를 개방하도록 구성되고,

상기 제어기는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 높을 때는 상기 스위치가 마지막으로 개방된 이래로 미리 결정된 시간 주기가 경과할 때까지 상기 스위치의 폐쇄를 지연하도록, 또는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치가 마지막으로 폐쇄된 이래로 미리 결정된 시간 주기가 경과할 때까지 상기 스위치의 개방을 지연하도록, 또는 상기 스위치의 폐쇄의 지연과 상기 스위치의 개방의 지연을 모두 수행하도록 구성되는 타이머를 더 포함하는, 평균 전력 소비를 줄이기 위한 전자 회로.
제1항에 있어서,

상기 전원은 배터리를 포함하는, 평균 전력 소비를 줄이기 위한 전자 회로.
제1항에 있어서,

상기 부하는 트랜시버 전력 증폭기를 포함하는, 평균 전력 소비를 줄이기 위한 전자 회로.
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제1항에 있어서,

상기 임계치는 제 1 임계치 및 상기 제 1 임계치보다 더 낮은 제 2 임계치를 포함하며, 상기 제어기는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 제 2 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치를 개방함으로써, 상기 제 2 임계치보다 더 높은 상기 제 1 임계치에서의 상기 스위치의 폐쇄와 상기 더 낮은 제 2 임계치에서의 상기 스위치의 개방 사이에 히스테리시스를 유도하도록 구성되는, 평균 전력 소비를 줄이기 위한 전자 회로.
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평균 전력 소비를 줄이도록 부하에 전력을 공급하기 위한 방법으로서,

전원에 의해 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)에 전력을 공급하는 단계;

상기 SMPS에 의해 상기 부하에 전력을 공급하는 단계; 및

상기 부하에 인가될 전력이 임계치보다 높을 때 상기 전원으로부터의 전력을 상기 SMPS를 통과하지 않고 상기 부하에 인가하는 단계를 포함하며,

상기 SMPS는 상기 부하에 대한 미리 결정된 최대 전력 필요량보다 낮은 커패시티를 갖고,

상기 임계치는 상기 SMPS의 커패시티보다 낮거나 같으며,

상기 전원으로부터의 전력을 상기 SMPS를 통과하지 않고 상기 부하에 인가하는 상기 단계는,

상기 SMPS와 병렬인 스위치에 연결되는 제어기를 작동시키는 단계 ― 상기 제어기는 상기 부하에 인가될 전력을 감지하고 상기 감지된 전력을 상기 임계치와 비교함으로써, 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 높을 때는 상기 스위치를 폐쇄하고, 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치를 개방하도록 구성됨 ―; 및

상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 높을 때는 상기 스위치가 마지막으로 개방된 이래로 미리 결정된 시간 주기가 경과할 때까지 상기 스위치의 폐쇄를 지연하는 단계, 또는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치가 마지막으로 폐쇄된 이래로 미리 결정된 시간 주기가 경과할 때까지 상기 스위치의 개방을 지연하는 단계, 또는 상기 스위치의 폐쇄를 지연하는 단계 및 상기 스위치의 개방을 지연하는 단계를 모두 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 방법.
제9항에 있어서,

상기 전원은 배터리를 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 방법.
제9항에 있어서,

상기 부하는 트랜시버 전력 증폭기를 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 방법.
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제9항에 있어서,

상기 임계치는 제 1 임계치 및 상기 제 1 임계치보다 더 낮은 제 2 임계치를 포함하고, 상기 방법은 상기 부하에 인가될 전력이 상기 제 2 임계치보다 낮을 때 상기 스위치를 개방하는 단계; 및 상기 부하에 인가될 전력이 상기 제 2 임계치보다 높을 때 상기 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 포함함으로써, 상기 제 2 임계치보다 더 높은 상기 제 1 임계치에서의 상기 스위치의 폐쇄와 상기 더 낮은 제 2 임계치에서의 상기 스위치의 개방 사이에 히스테리시스를 유도하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 방법.
삭제
평균 전력 소비를 줄이도록 부하에 전력을 공급하기 위한 장치로서,

전원에 의해 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)에 전력을 공급하기 위한 수단;

상기 SMPS에 의해 상기 부하에 전력을 공급하기 위한 수단; 및

상기 부하에 인가될 전력이 임계치보다 높을 때 상기 전원으로부터의 전력을 상기 SMPS를 통과하지 않고 상기 부하에 인가하기 위한 수단을 포함하며,

상기 SMPS는 상기 부하에 대한 미리 결정된 최대 전력 필요량보다 낮은 커패시티를 갖고,

상기 임계치는 상기 SMPS의 커패시티보다 낮거나 같으며,

상기 전원으로부터의 전력을 상기 SMPS를 통과하지 않고 상기 부하에 인가하기 위한 상기 수단은 상기 SMPS와 병렬인 스위치, 및 상기 스위치에 연결되는 제어기를 포함하고,

상기 제어기는 상기 부하에 인가될 전력을 감지하고 상기 감지된 전력을 상기 임계치와 비교함으로써, 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 높을 때는 상기 스위치를 폐쇄하고, 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치를 개방하도록 구성되며,

상기 제어기는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 높을 때는 상기 스위치가 마지막으로 개방된 이래로 미리 결정된 시간 주기가 경과할 때까지 상기 스위치의 폐쇄를 지연하도록, 또는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 임계치보다 낮을 때는 상기 스위치가 마지막으로 폐쇄된 이래로 미리 결정된 시간 주기가 경과할 때까지 상기 스위치의 개방을 지연하도록, 또는 상기 스위치의 폐쇄의 지연과 상기 스위치의 개방의 지연을 모두 수행하도록 구성되는 타이머를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 장치.
제17항에 있어서,

상기 전원은 배터리를 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 장치.
제17항에 있어서,

상기 부하는 트랜시버 전력 증폭기를 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 장치.
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제17항에 있어서,

상기 임계치는 제 1 임계치 및 상기 제 1 임계치보다 더 낮은 제 2 임계치를 포함하고, 상기 장치는 상기 부하에 인가될 전력이 상기 제 2 임계치보다 낮을 때 상기 스위치를 개방하기 위한 수단; 및 상기 부하에 인가될 전력이 상기 제 2 임계치보다 높을 때 상기 스위치를 폐쇄하기 위한 수단을 더 포함함으로써, 상기 제 2 임계치보다 더 높은 상기 제 1 임계치에서의 상기 스위치의 폐쇄와 상기 더 낮은 제 2 임계치에서의 상기 스위치의 개방 사이에 히스테리시스를 유도하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 장치.
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