KR101157851B1 - 승압형 스위칭 레귤레이터 - Google Patents

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KR101157851B1
KR101157851B1 KR1020080011256A KR20080011256A KR101157851B1 KR 101157851 B1 KR101157851 B1 KR 101157851B1 KR 1020080011256 A KR1020080011256 A KR 1020080011256A KR 20080011256 A KR20080011256 A KR 20080011256A KR 101157851 B1 KR101157851 B1 KR 101157851B1
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다케시 나카타니
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]
승압 동작 정지시에, 승압형 스위칭 레귤레이터가 출력 전압을 확실히 출력하지 않도록 한다.
[해결 수단]
PMOS 트랜지스터 (Q1) 의 게이트에 하이 신호가 인가되어 트랜지스터 (Q1) 가 오프되는 경우, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 에 있어서의 높은 쪽의 전압이 전원 전압으로서 버퍼 (171) 에 공급되고, 그 버퍼 (171) 에 의해 트랜지스터 (Q1) 의 게이트에 높은 쪽의 전압이 인가되므로, 트랜지스터 (Q1) 가 확실히 오프될 수 있다. 따라서, 승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작 정지시에는, 출력 전압 (VOUT) 을 출력하는 트랜지스터 (Q1) 가 확실히 오프되도록 할 수 있고, 또한, 스위치 (3) 에 의해 트랜지스터 (Q1) 의 백 게이트에 입력 전압 (VDD) 에 기초한 전압이 인가되므로, 트랜지스터 (Q1) 에 의한 기생 바이폴라 트랜지스터는 온되지 않는다.
승압형 스위칭 레귤레이터, 비교 회로, 분압 회로, 트랜지스터, 버퍼

Description

승압형 스위칭 레귤레이터{BOOST SWITCHING REGULATOR}
본 발명은, 초퍼 방식의 승압형 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.
종래의 승압형 스위칭 레귤레이터에 대하여 설명한다. 도 2 는, 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터를 나타내는 블록도이다.
이 승압형 스위칭 레귤레이터에서는, 버퍼 (181) 에 의해 제어된 트랜지스터 (Q11) 가 오프 (OFF) 되고, 버퍼 (182) 에 의해 제어된 트랜지스터 (Q12) 가 온 (ON) 되어, 입력 전원 (35) 으로부터의 전류가 코일 (L10) 및 트랜지스터 (Q12) 를 통해 그라운드로 흐른다. 이 때, 에너지가 코일 (L10) 에 축적된다. 그 후, 트랜지스터 (Q12) 가 오프되고 나서, 트랜지스터 (Q11) 가 온되어, 코일 (L10) 에 축적된 에너지가 트랜지스터 (Q11) 를 통해 출력 단자에 접속된 콘덴서 (C10) 에 축적된다. 출력 단자의 출력 전압 (VOUT) 은, 저항 (도시 생략) 을 통해 제어 회로 (18) 에 전달되고, 그 전압에 기초하여, 제어 회로 (18) 는, 출력 전압 (VOUT) 을 입력 전원 (35) 의 입력 전압 (VDD) 보다 높은 일정한 전압으로 하도록, 트랜지스터 (Q11) 및 트랜지스터 (Q12) 를 제어한다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참 조).
버퍼 (181) 는, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 사이에서 스윙된 전압을 트랜지스터 (Q11) 에 출력하고, 버퍼 (182) 는, 입력 전압 (VDD) 과 그라운드 전압 사이에서 스윙된 전압을 트랜지스터 (Q12) 에 출력하고 있다.
또한, 트랜지스터 (Q11) 의 백 게이트 (back gate) 전압은, 출력 전압 (VOUT) 으로 되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2005-160198호
그러나, 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터에서는, 승압 동작 정지시에 입력 전압 (VDD) 이 인가되면, 코일 (L10) 및 백 게이트 전압이 일정하지 않은 트랜지스터 (Q11) 의 기생 바이폴라 트랜지스터에 의해, 입력 전압 (VDD) 에 기초한 출력 전압 (VOUT) 이 출력되어 버릴 가능성이 있다.
또한, 승압 동작 정지시에 출력 전압 (VOUT) 이 출력되어 있지 않은 경우, 버퍼 (181) 로의 전원 공급이 없어지므로, 트랜지스터 (Q11) 가 온되어 버릴 가능성이 있다. 그러면, 입력 전압 (VDD) 이 인가되면, 코일 (L10) 및 트랜지스터 (Q11) 에 의해, 입력 전압 (VDD) 에 기초한 출력 전압 (VOUT) 이 출력되어 버릴 가능성이 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 승압 동작 정지시에 출력 전압을 확실히 출력하지 않는 승압형 스위칭 레귤레이터를 제공한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 초퍼 방식의 승압형 스위칭 레귤레이터로서, 입력 단자에 일단이 접속된 코일의 타단과 출력 단자와의 사이에 설치되고, 상기 출력 단자로부터 출력 전압을 출력하는 제 1 트랜지스터, 상기 코일의 타단과 그라운드 사이에 설치된 제 2 트랜지스터, 상기 출력 단자와 상기 그라운드 사이에 설치된 분압 회로, 상기 분압 회로로부터의 출력 전압에 기초하여, 상기 출력 단자의 출력 전압을 일정한 전압으로 하도록 상기 제 1 트랜지스터를 구동시키는 제 1 버퍼, 상기 분압 회로로부터의 출력 전압에 기초하여, 상기 출력 단자의 출력 전압을 일정한 전압으로 하도록 상기 제 2 트랜지스터를 구동시키는 제 2 버퍼, 상기 입력 단자의 입력 전압과 상기 출력 단자의 출력 전압을 비교하는 비교 회로, 상기 비교 회로의 비교 결과에 기초하여, 상기 입력 단자의 입력 전압과 상기 출력 단자의 출력 전압에 있어서의 높은 쪽의 전압을 전원 전압으로서 상기 제 1 버퍼에 공급하는 제 1 스위치, 상기 비교 회로의 비교 결과에 기초하여, 상기 높은 쪽의 전압을 전원 전압으로서 상기 제 2 버퍼에 공급하는 제 2 스위치, 및 상기 제 1 트랜지스터의 백 게이트를 상기 코일의 타단 또는 상기 출력 단자에 접속하는 제 3 스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 승압형 스위칭 레귤레이터를 제공한다.
본 발명에서는, 트랜지스터의 게이트에 하이 신호가 인가되어 그 트랜지스터가 오프되는 경우, 입력 전압과 출력 전압에 있어서의 높은 쪽의 전압이 전원 전압으로서 제 1 버퍼 및 제 2 버퍼에 공급되고, 이들 버퍼에 의해 트랜지스터의 게이트에 높은 쪽의 전압이 인가되므로, 트랜지스터가 확실히 오프될 수 있다. 따라서, 승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작 정지시에는, 출력 전압을 출력하는 트랜지스터가 확실히 오프되도록 할 수 있으므로, 승압형 스위칭 레귤레이터는 출력 전압을 확실히 출력하지 않는다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 초퍼 방식의 승압형 스위칭 레귤레이터의 구성에 대하여 설명한다. 도 1 은, 승압형 스위칭 레귤레이터를 나타내는 블록도이다.
승압형 스위칭 레귤레이터는, 입력 단자에 입력 전압 (VDD) 이 인가되고, 출력 단자로부터 출력 전압 (VOUT) 을 출력한다.
이 승압형 스위칭 레귤레이터는, 입력 단자에 입력 전원 (25) 이 접속되고, 출력 단자에 출력 용량 (C) 이 접속되어 있다. 또한, 승압형 스위칭 레귤레이터는, 입력 단자와 출력 단자 사이에 코일 (L) 이 설치되어 있다.
승압형 스위칭 레귤레이터는, 저항 (R1), 저항 (R2), PMOS 트랜지스터 (Q1), NMOS 트랜지스터 (Q2), 스위치 (1), 스위치 (2), 스위치 (3), 비교 회로 (4) 및 제어 회로 (17) 를 구비하고 있다. 제어 회로 (17) 는, 입력 단자 (171A) 를 갖는 버퍼 (171), 입력 단자 (172A) 를 갖는 버퍼 (172) 및 버퍼 제어 회로 (도시 생략) 를 구비하고 있다.
다음에, 승압형 스위칭 레귤레이터의 동작에 대하여 설명한다.
버퍼 (171) 에 의해 제어된 트랜지스터 (Q1) 가 오프되고, 버퍼 (172) 에 의해 제어된 트랜지스터 (Q2) 가 온되어, 입력 전원 (25) 으로부터의 전류가 코일 (L) 및 트랜지스터 (Q2) 를 통해 그라운드로 흐른다. 이 때, 에너지가 코일 (L) 에 축적된다. 그 후, 트랜지스터 (Q2) 가 오프되고 나서, 트랜지스터 (Q1) 가 온되어, 코일 (L) 에 축적된 에너지가 트랜지스터 (Q1) 를 통해 출력 단자에 접속된 콘덴서 (C) 에 축적된다. 출력 단자의 출력 전압 (VOUT) 은, 저항 (R1) 및 저항 (R2) (분압 회로) 을 통해 제어 회로 (17) 에 전달되고, 그 분압 회로로부터의 출력 전압에 기초하여, 제어 회로 (17) 는, 출력 전압 (VOUT) 을 입력 전원 (25) 의 입력 전압 (VDD) 보다 높은 일정한 전압으로 하도록, 트랜지스터 (Q1) 및 트랜지스터 (Q2) 를 구동시킨다.
스위치 (1), 스위치 (2) 및 비교 회로 (4) 에는, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 의 양방이 공급되어 있다. 비교 회로 (4) 는, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 을 비교하여, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 중에서 높은 쪽의 전압을 검출하고, 그 높은 쪽의 전압을 스위치 (1) 및 스위치 (2) 에 대하여 지정한다. 스위치 (1) 및 스위치 (2) 는, 그 높은 쪽의 전압을 전원 전압으로서 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 에 각각 공급한다. 이 높은 쪽의 전압에 의해, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 가 각각 구동된다. 즉, 입력 전압 (VDD) > 출력 전압 (VOUT) 인 경우, 버퍼 (171) 또는 버퍼 (172) 의 전원 전압은 스위치 (1) 또는 스위치 (2) 의 온 저항에 의한 전압 강하 후의 입력 전압 (VDD) 이고, 입력 전압 (VDD) < 출력 전압 (VOUT) 인 경우, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 의 전원 전압은 스위치 (1) 또는 스위치 (2) 의 온 저항에 의한 전압 강하 후의 출력 전압 (VOUT) 이다. 이 때, 버퍼 (171) 의 입력 단자 (171A) 의 전압이 하이 또는 로우가 되면, 버퍼 (171) 의 출력 전압 (트랜지스터 (Q1) 의 게이트 전압) 이 하이 또는 로우가 된다. 또한, 버퍼 (172) 의 입력 단자 (172A) 의 전압이 하이 또는 로우가 되면, 버퍼 (172) 의 출력 전압 (트랜지스터 (Q2) 의 게이트 전압) 이 하이 또는 로우가 된다.
버퍼 제어 회로가, 제어 회로 (17) 내부의 출력단의 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 를 제어하고, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 는, 트랜지스터 (Q1) 및 트랜지스터 (Q2) 를 각각 구동시킨다. 트랜지스터 (Q1) 와 트랜지스터 (Q2) 는 교대로 온되고, 트랜지스터 (Q1) 는 트랜지스터 (Q1) 와 트랜지스터 (Q2) 의 온 오프의 타이밍 및 입력 전압 (VDD) 에 기초하여, 출력 단자로부터 직류의 출력 전압 (VOUT) 을 출력한다. 이 출력 전압 (VOUT) 은 승압되어 있으므로, 입력 전압 (VDD) 보다 전압값이 높아져 있다.
다음에, 스위치 (3) 의 동작에 대하여 설명한다.
승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작 정지시에는, 스위치 (3) 는, 트랜지스터 (Q1) 의 백 게이트를 입력 단자측의 코일 (L) 에 접속한다. 버퍼 (171) 가 하이 신호를 트랜지스터 (Q1) 에 출력하여 트랜지스터 (Q1) 는 오프되고, 버퍼 (172) 가 로우 신호를 트랜지스터 (Q2) 에 출력하여 트랜지스터 (Q2) 는 오프되고, 출력 전압 (VOUT) 이 출력되지 않는다. 이 때, 비교 회로 (4) 가, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 을 비교하여, 높은 쪽의 전압인 입력 전압 (VDD) 을 검출하고, 입력 전압 (VDD) 을 스위치 (1) 및 스위치 (2) 에 대하여 지정하고 있다. 스위치 (1) 및 스위치 (2) 는, 입력 전압 (VDD) 을 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 에 각각 공급하고 있다. 이 높은 쪽의 전압인 입력 전압 (VDD) 에 의해, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 가 각각 구동하고 있다. 따라서, 버퍼 (171) 로부터의 하이 신호는 높은 쪽의 전압인 입력 전압 (VDD) 이 되고, 버퍼 (172) 로부터의 로우 신호는 그라운드 전압이 되어 있다.
이렇게 하면, PMOS 트랜지스터 (Q1) 의 게이트에 하이 신호가 인가되어 트랜지스터 (Q1) 가 오프되는 경우, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 에 있어서의 높은 쪽의 전압이 전원 전압으로서 버퍼 (171) 에 공급되고, 그 버퍼 (171) 에 의해 트랜지스터 (Q1) 의 게이트에 높은 쪽의 전압이 인가되므로, 트랜지스터 (Q1) 가 확실히 오프될 수 있고, 트랜지스터 (Q1) 와 트랜지스터 (Q2) 가 동시에 온되지 않게 된다. 따라서, 승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작 정지시에는, 출력 전압 (VOUT) 을 출력하는 트랜지스터 (Q1) 가 확실히 오프되도록 할 수 있으므로, 승압형 스위칭 레귤레이터는 출력 전압 (VOUT) 을 확실히 출력하지 않는다.
또한, 승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작 정지시에는, 스위치 (3) 에 의해 트랜지스터 (Q1) 의 백 게이트에 입력 전압 (VDD) 에 기초한 전압이 인가되므로, 트랜지스터 (Q1) 에 의한 기생 바이폴라 트랜지스터는 온되지 않는다.
또한, 스위치 (1) 및 스위치 (2) 가 설치되고, 이들에 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 가 각각 접속되므로, 버퍼 (171) 또는 버퍼 (172) 의 전원 전압은 스위치 (1) 또는 스위치 (2) 의 온 저항에 의한 전압 강하 후의 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 에 있어서의 높은 쪽의 전압이 된다. 따라서, 버퍼 (171) 의 전원 전압은, 스위치 (2) 의 온 저항과 관계없이, 스위치 (1) 의 온 저항에만 의존하고, 버퍼 (172) 의 전원 전압은, 스위치 (1) 의 온 저항과 관계없이, 스위치 (2) 의 온 저항에만 의존한다. 따라서, 예를 들어, 버퍼 (172) 가 구동하여, 큰 전류가 스위치 (2) 로 흐르고, 스위치 (2) 의 온 저항에 발생하는 전압이 높아져도, 버퍼 (171) 의 전원 전압은 스위치 (2) 의 온 저항에 발생하는 전압과 관계없으므로, 버퍼 (171) 의 전원 전압은 변동하지 않고, 버퍼 (171) 는 오작동하지 않는다.
승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작시에는, 스위치 (3) 는, 트랜지스터 (Q1) 의 백 게이트를 출력 단자에 접속한다. 버퍼 (171) 가 하이 신호를 트랜지스터 (Q1) 에 출력하여 트랜지스터 (Q1) 가 오프되는 경우, 버퍼 (172) 도 하이 신호를 트랜지스터 (Q2) 에 출력하여 트랜지스터 (Q2) 가 온되고, 버퍼 (171) 가 로우 신호를 트랜지스터 (Q1) 에 출력하여 트랜지스터 (Q1) 가 온되는 경우, 버퍼 (172) 도 로우 신호를 트랜지스터 (Q2) 에 출력하여 트랜지스터 (Q2) 가 오프되고, 트랜지스터 (Q1) 와 트랜지스터 (Q2) 는 교대로 온되어, 출력 전압 (VOUT) 이 출력된다. 이 때, 비교 회로 (4) 가, 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 을 비교하여, 높은 쪽의 전압인 출력 전압 (VOUT) 을 검출하여, 출력 전압 (VOUT) 을 스 위치 (1) 및 스위치 (2) 에 대하여 지정하고 있다. 스위치 (1) 및 스위치 (2) 는, 출력 전압 (VOUT) 을 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 에 각각 공급하고 있다. 이 높은 쪽의 전압인 출력 전압 (VOUT) 에 의해, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 가 각각 구동하고 있다. 따라서, 버퍼 (171) 또는 버퍼 (172) 로부터의 하이 신호는 높은 쪽의 전압인 출력 전압 (VOUT) 이 되고, 버퍼 (171) 또는 버퍼 (172) 로부터의 로우 신호는 그라운드 전압이 되어 있다.
이렇게 하면, PMOS 트랜지스터 (Q1) 및 NMOS 트랜지스터 (Q2) 의 게이트에 하이 신호가 인가되어 트랜지스터 (Q1) 가 오프되고 트랜지스터 (Q2) 가 온되는 경우, 트랜지스터 (Q1) 및 트랜지스터 (Q2) 의 게이트에 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 에 있어서의 높은 쪽의 전압이 인가되므로, 트랜지스터 (Q1) 및 트랜지스터 (Q2) 가 확실히 온 오프될 수 있어, 트랜지스터 (Q1) 와 트랜지스터 (Q2) 가 동시에 온되지 않게 된다. 따라서, 승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작시에, 트랜지스터 (Q1) 와 트랜지스터 (Q2) 는 정상적으로 교대로 온되고, 승압형 스위칭 레귤레이터는 정상적으로 승압 동작할 수 있다.
또한, 승압형 스위칭 레귤레이터에 의한 승압 동작시에, 트랜지스터 (Q2) 의 게이트에 입력 전압 (VDD) 과 출력 전압 (VOUT) 에 있어서의 높은 쪽의 전압이 인가되므로, 트랜지스터 (Q2) 의 온 저항이 작아진다. 따라서, 입력 단자, 코일 (L), 트랜지스터 (Q2) 및 그라운드의 경로에 있어서, 코일 (L) 에 의한 전력 변환 효율이 높아진다.
또한, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 는, 버퍼가 아니고 인버터이어도 된다. 이 때, 버퍼 (171) 및 버퍼 (172) 를 제어하는 제어 회로는, 버퍼가 아니라 인버터를 제어하도록 회로 설계된다.
도 1 은 승압형 스위칭 레귤레이터를 나타내는 블록도.
도 2 는 종래의 승압형 스위칭 레귤레이터를 나타내는 블록도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 2, 3: 스위치 4: 비교 회로
17: 제어 회로 25: 입력 전원
171: 버퍼 171A: 입력 단자
172: 버퍼 172A: 입력 단자
Q1, Q2: 트랜지스터 L: 코일
C: 출력 용량 VDD: 입력 전압
VOUT: 출력 전압 R1, R2: 저항

Claims (1)

  1. 초퍼 방식의 승압형 스위칭 레귤레이터로서,
    입력 단자에 일단이 접속된 코일의 타단과 출력 단자와의 사이에 설치되고, 상기 출력 단자로부터 출력 전압을 출력하는, 제 1 트랜지스터,
    상기 코일의 타단과 그라운드 사이에 설치된, 제 2 트랜지스터,
    상기 출력 단자와 상기 그라운드 사이에 설치된, 분압 회로,
    상기 분압 회로로부터의 출력 전압에 기초하여, 상기 출력 단자의 출력 전압을 일정한 전압으로 하도록 상기 제 1 트랜지스터를 구동시키는, 제 1 버퍼,
    상기 분압 회로로부터의 출력 전압에 기초하여, 상기 출력 단자의 출력 전압을 일정한 전압으로 하도록 상기 제 2 트랜지스터를 구동시키는, 제 2 버퍼,
    상기 입력 단자의 입력 전압과 상기 출력 단자의 출력 전압을 비교하는, 비교 회로,
    상기 비교 회로의 비교 결과에 기초하여, 상기 입력 단자의 입력 전압과 상기 출력 단자의 출력 전압에 있어서의 높은 쪽의 전압을 전원 전압으로서 상기 제 1 버퍼에 공급하는, 제 1 스위치,
    상기 비교 회로의 비교 결과에 기초하여, 상기 높은 쪽의 전압을 전원 전압으로서 상기 제 2 버퍼에 공급하는, 제 2 스위치, 및
    상기 제 1 트랜지스터의 백 게이트 (back gate) 를 상기 코일의 타단 또는 상기 출력 단자에 접속하는, 제 3 스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 승 압형 스위칭 레귤레이터.
KR1020080011256A 2007-02-07 2008-02-04 승압형 스위칭 레귤레이터 KR101157851B1 (ko)

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