KR101196027B1

KR101196027B1 - 집적 이상 다이오드 기능의 듀얼 입력 ｄｃ-ｄｃ 변환기

Info

Publication number: KR101196027B1
Application number: KR1020087001408A
Authority: KR
Inventors: 존 필립 바지넷
Original assignee: 리니어 테크놀러지 코포레이션
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2012-11-05
Also published as: CN101228681A; JP5222725B2; CN101228681B; US20070018502A1; US7709976B2; JP2009502110A; WO2007011370A1; KR20080037654A; EP1905149B1; EP1905149A1; TWI375390B; TW200705786A

Abstract

여러 전원들로부터 전력 기기로 전력을 공급하는 신규한 시스템은 제1 전원 그리고 제2 전원(first and second power sources)으로부터 각각 전력을 공급하는 제1 입력 전력 공급기 그리고 제2 입력 전력 공급기(first and second power supplies)를 구비한다. 입력 선택기 회로는 상기 제1 입력 전력 공급기 그리고 제2 입력 전력 공급기에 반응하여, DC-DC 변환기(converter) 같은 전력 레귤레이터(power regulator)에 공급되는 입력 전력 공급 신호를 만들고, 조정된(regulated) 출력 전력 공급 신호를 만든다. 상기 전력 레귤레이터는, 만약 상기 입력 전력 공급 신호가 상기 제1 입력 전력 공급기(power supply)에 의해 공급된다면 상기 입력 전력 공급 신호로부터 상기 출력 전력 공급 신호로의 변환(conversion)을 보조하도록 제어되는 제1 트랜지스터 장치(transistor device), 만약 상기 입력 전력 공급 신호가 상기 제2 입력 전력 공급기에 의해 공급된다면 상기 입력 전력 공급 신호로부터 상기 출력 전력 공급 신호로의 변환을 보조하도록 제어되는 제2 트랜지스터 장치를 포함한다.

DC 변환기(DC-DC converter), 전력 공급 장치(power supply system), 전력 레귤레이터(power regulator)

Description

집적 이상 다이오드 기능의 듀얼 입력 ＤＣ-ＤＣ 변환기{DUAL-INPUT DC-DC CONVERTER WITH INTEGRATED IDEAL DIODE FUNCTION}

본 발명은 전력 공급 장치들에 관한 것으로, 보다 특정하게는 입력 전원들 간에 선택을 해서(selecting between input power sources) 전력을 전자 기기(electronic device)에 공급하는 회로(circuitry) 및 방법론(methodology)에 관한 것이다.

대부분의 휴대용 전자 기기는 둘 또는 그 이상의 입력 전원들로부터 동작하는 능력을 제공한다. 1차(재충전 불가){primary (non-rechargeable)} 배터리 또는 2차(재충전 가능){secondary (rechargeable)} 배터리뿐만 아니라, 휴대용 전자 기기는 보조 전원(auxiliary power source), 이를테면 벽 어댑터(wall adaptor), 수퍼커패시터(supercapacitor), 보조 배터리(backup battery) 또는 범용직렬버스(USB) 포트를 사용할 수도 있다.

상기 입력 전원들로부터의 전력은 상기 휴대용 전자 기기 내에 제공되는 하나 또는 그 이상의 DC-DC 변환기들에 공급되어, 상기 입력 전압을 마이크로프로세서, 소형 하드디스크(miniature hard disk), 디지털 회로, 입력/출력 레일(rails), 라디오 주파수(radio frequency)와 오디오 회로 및 그 밖의 회로들에서 요구되는 정확한 바이어스 레벨로 조정한다.

대부분의 경우, 벽 어댑터(wall adaptor) 또는 다른 비(非)배터리(non-battery) 전원이 재충전 가능한 배터리에 의해 전력을 공급받는(powered by a rechargeable battery) 휴대용 장치에 연결되면, 그것은 상기 배터리 대신 전력을 공급하여 상기 배터리가 가능한 최단시간 내에 충전되도록 한다. 휴대용 장치가 재충전 불가능한 배터리에 의해 전력을 공급받는 경우에, 상기 보조 전원은 상기 재충전 불가능한 배터리가 교체되는 동안 휘발성(volatile) 메모리를 유지하기 위해 전력을 공급할 수 있다. 상기 보조 전원이 제거되면, 상기 휴대용 장치는 상기 배터리에 의해 전력을 공급받는다.

그러므로, 휴대용 전자 기기는 상기 배터리와 상기 보조 전력 공급기(the auxiliary power supply) 간의 스위치 오버(switchover)를 매끄럽게(seamless) 만드는 어떤 입력 전력 선택 수단들에 의존해야만 한다. 상기 스위치 오버 회로는 상기 입력 전원들이 상호간에 절대로 직접 연결되지 않고, 입력 전원이 선택되지 않은 경우에 그것들이 역방향 전류를 막도록 확실히 할 필요가 있다. 또한 주 전력 경로(main power path)에서 부가적인 저항들의 배치 또는 다이오드 순방향 전압 강하에 의한 시스템 효율 저하를 방지하기 위해 이상 다이오드 기능을 구현(implementing)하는 상기 스위치오버 회로(switchover circuitry)를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

따라서 휴대 전자 기기들 내에서 전력 효율을 최대화시키고 열 발생을 최소화시켜 보다 긴 배터리 수명을 제공하는 전원들 간의 선택 회로(a circuit for selecting between input power sources)가 필요하다. 더구나, 생산성과 비용을 개선하기 위해(to improve manufacturability and cost) 최소 개수의 구성 요소를 사용하여 상기 회로를 창작하는 것이 바람직하다.

본 발명은 여러 전원들로부터 전력 기기에 전력을 공급하는 신규한 시스템과 방법론을 제안한다. 본 발명의 일측에 따르면 전력 공급 장치는 제1 전원(first power source)으로부터 부하에 전력을 공급하는 제1 입력, 제2 전원(second power source)으로부터 상기 부하에 전력을 공급하는 제2 입력, 상기 제1 입력과 제2 입력에 연결되어 상기 제1 입력 또는 상기 제2 입력을 선택하는 입력 선택기(input selector) 및 제1 트랜지스터 장치(a first transistor device)를 구비하여 상기 입력 신호를 상기 부하에 공급되는 조정된 출력 신호로 변환하는 레귤레이터(regulator)를 포함한다. 상기 입력 선택기는 만약 상기 제1 입력이 선택되면 상기 제1 트랜지스터 장치가 활성화 되도록 제어하고, 만약 상기 제2 입력이 선택되면 활성화 되도록 제어되는 제2 트랜지스터 장치를 구비한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 트랜지스터 장치 그리고 제2 트랜지스터 장치는 병렬 연결된 전계효과 트랜지스터들(field-effect transistors)일 수 있다. 만약 상기 제2 입력이 선택되면 상기 제1 트랜지스터 장치는 비활성화될 수 있는 한편, 만약 상기 제1 입력이 선택되면 상기 제2 트랜지스터 장치가 비활성화될 수 있다.

상기 입력 선택기 회로(input selector circuit)는 상기 제1 입력과 상기 제2 입력에 반응하여 상기 제1 트랜지스터 장치와 상기 제2 트랜지스터 장치를 제어하는 감지 회로(sensing circuit)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 입력 선택기 회로는 상기 감지 회로에 의해 활성화되어 상기 제1 트랜지스터 장치와 제2 트랜지스터 장치 각각을 제어하는 제1 드라이버 회로와 제2 드라이버 회로(first and second driver circuits)를 포함할 수 있다.

상기 전력 레귤레이터(power regulator)는 상기 입력 신호에서 상기 출력 신호로의 변환을 제어하는 펄스 변조 제어 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 드라이버 회로와 제2 드라이버 회로는 상기 펄스 변조 제어 회로에 의해 제어되어 상기 제1 트랜지스터 장치와 상기 제2 트랜지스터 장치를 구동할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 전력 레귤레이터는 제1 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 제1 전력 공급 입력, 제2 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 제2 전력 공급 입력을 구비한다. 상기 전력 레귤레이터는 상기 제1 전력 공급 입력 또는 상기 제2 전력 공급 입력을 선택하여 입력 신호를 생산하는 입력 선택기 회로 및 상기 입력 신호를 조정된 출력 신호로 변환하는 전력 변환 회로(power converting circuit)를 포함한다. 상기 전력 변환 회로는 상기 입력 신호로부터 상기 출력 신호로의 변환을 제어하기 위한 펄스 변조 회로, 만약 상기 제1 전력 공급 입력이 선택되면 상기 입력 신호로부터 상기 출력 신호로의 변환을 보조하기 위해 상기 펄스 변조 회로에 의해 제어 가능한 제1 트랜지스터 장치, 만약 상기 제2 전력 공급 입력이 선택되면 상기 입력 신호로부터 상기 출력 신호로의 변환을 보조하기 위해 상기 펄스 변조회로에 의해 제어 가능한 제2 트랜지스터 장치를 포함한다.

본 발명의 방법에 따르면, 제1 전원 또는 제2 전원으로부터 전력 레귤레이터를 통해 전력 기기에 선택적으로 전력을 공급하기 위해 다음 단계들이 수행될 수 있다:

-상기 제1 전원 또는 상기 제2 전원을 선택하여 입력 전력 공급 신호(input power supply signal)를 상기 전력 레귤레이터로 공급하고 상기 전력 레귤레이터는 상기 입력 전력 공급 신호를 상기 전력 기기로 공급되는 조정된 출력 전력 공급 신호로 변환하는 제1 트랜지스터 스위치를 구비하는 단계;

-상기 제1 전원이 선택되면, 상기 제1 트랜지스터 스위치를 활성화 시켜 상기 입력 전력 공급 신호를 공급하는 단계; 및

-상기 제2 전원이 선택되면, 상기 제1 트랜지스터 스위치와 병렬로 배열된 제2 트랜지스터 스위치를 활성화 시켜 상기 입력 전력 공급 신호를 공급하는 단계.

상기 방법은 상기 제1 전원 또는 상기 제2 전원으로부터의 전력 공급을 감지하여 상기 제1 전원 또는 상기 제2 전원을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 부가적인 장점들 및 측면들은 아래의 상세한 기재를 통해서 당업자라면 분명히 알 수 있을 것이다. 상세한 기재에는 본 발명의 실시예들이 본 발명을 실시하기 위한 소기의 실시예를 통해서 보여지고 설명되어 있다. 후술되겠지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다른 실시예들에서 실시할 수 있으며, 이에 대한 몇 가지 상세한 사항들이 다양한 그리고 분명한 측면들에서 변형 가능하다. 따라서, 도면 및 기재는 한정적인 것이 아닌 사실상 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

본 발명의 실시예들에 대한 아래의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 연관하여 독해되었을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 상기 첨부된 도면들에서 특징들은 관련된 특징들을 비교하기 위해서라기 보다는 가장 잘 설명하기 위해서 도시되었다.

도 1은 입력 전원들 간의 선택을 하는 다이오드 회로를 도시한다.

도 2는 입력 전원들 간의 선택을 하는 모스펫 회로를 도시한다.

도 3은 듀얼-입력 DC-DC 변환기를 보여준다.

도 4는 도 3에서 보여진 상기 변환기의 단순화된 구성을 도시한다.

본 발명은 배터리 또는 벽 어댑터(wall adaptor)를 선택하는 회로의 예로 구성될 것이다(will be made). 하지만, 이곳에 서술된 본 발명의 개념은 어떠한 전원들(any power sources) 간의 선택에도 적용할 수 있다는 것을 분명히 알 수 있을 것이다.

도 1은 다양한 입력 전원들 간의 선택의 상기 개념을 도시하는 입력 선택기 회로 10을 보여준다. 상기 회로 10은 논리 OR 구성(logical OR configuration) 내에 연결되어 배터리 12와 벽 어댑터 14 간의 선택을 제공하는 직렬 다이오드들(series diodes) D1과 D2를 포함한다. 상기 입력 전원들 중의 하나에 의해 만들어진 전압이 상기 다이오드들 중의 하나에서의 전압 강하에 의해 나머지 전원에 의해 만들어진 전압보다 높으면, 전력은 높은 전압의 상기 전원으로부터 취해질 것이다. 상기 입력 전력은 그 출력 18에 조정된 DC 신호를 만들어내는 DC-DC 변환기 16에 공급된다.

상기 기술의 단점은 상기 입력 전력 경로가 상기 직렬 다이오드들을 통해 직접 공급된다는 것이다. 전형적인 실리콘 다이오드의 0.6V 전압강하는 상기 입력 전류에 직접 비례하는(directly proportional to the input current) 전력 손실을 준다. 이러한 손실은 상기 입력 전압이 감소함에 따라 더욱 현저해진다. 상기 실리콘 다이오드들이 그보다 훨씬 더 작은 전압강하를 가지는 쇼트키 정류기들(Schottky rectifiers)로 대체된다면 상기 전력 손실은 감소될 수 있다.

도 2는 도 1에서 보여지는 상기 다이오드 회로 10에 대해 향상된 입력 전력 선택 회로 20을 도시한다. 상기 입력 전력 선택 회로 20은 상기 입력 전원들 12, 14 사이에 연결된 P-채널 모스펫(MOSFET) 트랜지스터들 Q1과 Q2 및 상기 DC-DC 변환기 16을 포함한다. 모스펫 선택 채널들(MOSFET selection channels)을 가진 상기 입력 전력 선택 회로의 예들이 본 발명의 양수인(assignee of the present subject matter)인 리니어 테크놀로지사(Linear Technology Corporation)에 의해 개발된 LTC 4411과 LTC 4413 모놀리식 이상 다이오드들(monolithic ideal diodes)이다.

상기 모스펫(MOSFET) 트랜지스터들은 상기 다이오드들보다 더 작은 전압 강하를 만들기 위해 선형 영역(linear region)에서 동작한다. 상기 각 입력 전원을 상기 DC-DC 변환기 16에 연결하는 상기 모스펫(MOSFET) 양단의 상기 전압 강하는 상기 모스펫 트랜지스터의 드레인-소스 온-저항(the drain-source on-state resistance) Rds(on)에 비례하고, 이는 100mV 이하일 수 있다. 정상적인 순방향 동 작 동안, 각 모스펫 채널은 상기 전류에 비례하는 순방향 전압 강하를 만든다.

감지 회로 22는 상기 입력 전압원들 양쪽을 (both of the input voltage sources) 감지하여 더 높은 전압을 가진 상기 입력 전원에 연결된 상기 모스펫을 켠다(turn on). 동시에, 나머지 다른 상기 모스펫은 역방향 전도를 막기 위해 오프 상태로 구동된다(is driven to the off state). 상기 모스펫-기반의(MOSFET-based) 회로 20이 상기 다이오드-기반의 회로 10에 비해 향상을 가져오긴 하지만, 그것은 여전히 추가적인 저항을 상기 전력 경로 내에 가지고 있고 이는 상기 전류 제곱에 비례해 증가하는 상기 전력 손실을 초래한다. 결과적으로, 상기 시스템의 효율은 감소하고 배터리 수명이 짧아진다. 게다가, 입력 전압들을 감지하고 비교하기 위해, 그리고 상기 외부 모스펫들을 정확한 상태들(appropaiate states)에서 구동하기 위해 추가적 회로들이 요구된다.

도 3은 효율을 더 향상시켜 배터리 수명을 연장하는 듀얼-입력 레귤레이팅 시스템(dual-input regulating system) 30을 도시한다. 상기 레귤레이팅 시스템 30은 각각 배터리 12와 벽 어댑터 14와 같은 입력 전원들에 연결된 두 개의 입력들 42와 44 및 조정된 DC 출력 전압을 만들기 위한 출력 46을 구비한 DC-DC 변환기 40을 포함한다. 본 발명이 벅-부스트 레귤레이터(buck-boost regulator)로서 동작하는 상기 DC-DC 변환기 40의 예를 통해 만들어질 것이기는 하지만, 당업자라면 여기에 기재된 상기 개념이 벅 레귤레이터(buck regulator)로도 활용될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.

상기 DC-DC 변환기 40은 스위칭 레귤레이터 집적 회로(integrated circuit; IC) 내에서 배열될 수 있다. 어떤 외부 입력 전력 선택 회로도 상기 DC-DC 변환기 40의 외부에 제공되지 않는다. 게다가, 뒤에서 더 자세히 서술하겠지만, 상기 입력 전원 12와 상기 입력 전원 14 간의 선택을 하는 회로는 상기 DC-DC 변환기 40 내에 존재하는 상기 요소들 중의 일부를 이용해서 전력 조정 기능(power regulation function)을 수행한다. 이것은 효율을 확연히 향상시킨다. 동시에, 보다 적은 열이 발생되어 효율과 안정도를 더욱 향상시킨다.

도 4는 싱글 인덕터(single inductor) L, 펄스 폭 변조 제어 회로 50에 의해 제어되어 입력 전압 Vin에 대응한 조정된 DC 출력 전압 Vout을 상기 출력 46에 만들어내는 모스펫 스위치들(MOSFET switches) SWA, SWB, SWC 및 SWD 를 포함하는 예시적 DC/DC 변환기 40의 단순화된 구성을 보여준다. 상기 인덕터 L은 단자 52와 54 사이에 연결되어 있을 수 있다. 출력 커패시터 C는 상기 출력 단자 Vout에 연결되어 있다. 이러한 구성은 벅-부스트 전력 조정(buck-boost power regulation)을 보조해서 상기 입력 전압 Vin이 출력전압 Vout 보다 높거나 낮은 경우 조정된 출력 전압 Vout을 만든다.

특정하게는, 만약 상기 입력 전압 Vin이 상기 출력 전압 Vout보다 높은 경우, 상기 DC/DC 변환기 40은 벅 모드(buck mode)에서 동작한다. 이 모드에서는, 싱글 입력 전압원에 의한 Vin1만 존재한다고 가정하면, 모스펫(MOSFET) 스위치들 SWA와 SWB가 상기 벅 모드(buck mode)에서 상기 출력 전압 Vout을 조정하기 위해 요구되는 듀티 사이클(duty cycle) D_buck에서 상기 PWM 제어 회로 50에 의해 번갈아 가며 개폐된다(alternately switched). 스위치 SWA가 켜진(on) 경우, 스위치 SWB는 꺼진다(off). 유사하게, 스위치 SWA가 꺼진 경우, 스위치 SWB는 켜진다. 상기 벅 모드에서, 스위치 SWC는 항상 꺼져있고, 스위치 SWD는 항상 켜져있다.

만약 상기 입력 전압 Vin이 Vout보다 낮으면, 상기 DC/DC 변환기 40은 부스트 모드(boost mode)에서 동작한다. 이 모드에서는, 싱글 입력 전압원에 의한 Vin1만 존재한다고 가정하면, 스위치 SWA는 언제나 켜져있고, 스위치 SWB는 언제나 꺼져있고, 상기 부스트 모드에서 상기 출력 전압 Vout을 조정하기 위해 선택된 듀티 사이클(duty cycle) D_boost에서 상기 PWM 제어 회로 50에 의해 스위치 SWC와 SWD가 번갈아 가며 개폐된다.

만일 상기 입력 전압 Vin이 상기 출력 전압 Vout 근처에 있을 경우, 상기 DC/DC 변환기 40은 벅-부스트 모드(buck-boost mode)에서 동작하여 상기 벅 모드와 상기 부스트 모드 간의 부드러운 전환을 이룬다. 상기 벅-부스트 모드에서는, 상기 스위치들 SWA와 SWB는 듀티 사이클(duty cycle) D_buck에서 상기 PWM 제어 회로 50에 의해 번갈아 가며 개폐되고, 상기 스위치들 SWC와 SWD는 듀티 사이클(duty cycle) D_boost에서 상기 PWM 제어 회로 50에 의해 번갈아 가며 개폐된다. 상기 듀티 사이클들 D_buck과 D_boost는 제어되어 상기 입력 전압 Vin이 감소함에 따라 상기 벅 모드는 서서히 페이즈 아웃(phase out) 되도록 하고 상기 부스트 모드는 서서히 페이즈 인(phase in) 되도록 하거나, 또는 상기 입력 전압 Vin이 증가함에 따라 상기 부스트 모드에서 상기 벅 모드로의 점진적인 전환을 달성한다.

다른 한편으로는, 본 발명의 상기 DC/DC 변환기 40은 동기식 벅 레귤레이터(synchronous buck regulator)로서 구현될(implemented) 수 있다. 이 경우에는, 그것은 단지 모스펫 스위치들 SWA와 SWB를 포함한다.

상술한 상기 전력 조정(regulating) 기능에 더하여, 본 발명의 상기 DC/DC 변환기 40은 이를 테면 배터리 12나 벽 어댑터 14와 같은 여러 입력 전원들 간의 선택을 제공한다. 특정하게는, 상기 DC/DC 변환기 40은 제2 전원으로부터의 전력 공급을 보조하는 추가적인 모스펫 스위치 SWA'을 포함한다. 예를들면, 전력 조정을 수행하는 보통의 DC/DC 변환기 내에 전형적으로 제공된 상기 모스펫 스위치 SWA는 상기 인덕터 L에 연결된 하나의 전극(electrode)과 상기 벽 어댑터 14로부터 입력 전압 Vin1을 공급하는 상기 입력 44에 연결된 또 다른 전극을 구비할 수 있다. 상기 추가적인 모스펫 스위치 SWA'을 상기 스위치 SWA와 병렬로 연결될 수 있다. 상기 모스펫 스위치 SWA'의 한 전극은 상기 인덕터 L에 연결될 수 있고 다른 한 전극은 상기 배터리 12로부터 입력 전압 Vin2를 공급하는 상기 입력 42에 연결될 수 있다.

또한, 상기 DC/DC 변환기 40은 상기 전력 공급 입력들 42와 44에 연결되어 상기 전력 공급 입력들 42와 44들 중 어느 것이 더 높은 입력 전압을 을 공급하는지를 대부분의 실행 내에서(in the vast majority implementation) 결정하는 감지 회로 56을 포함한다. 다른 한편, 상기 입력들 중의 하나에 공급되는 전압이 프로그램 된 수준(programmed level)을 초과하면 항상 활성화 되도록 우선순위(priority)를 받을 수도 있다. 상기 감지 회로 56의 출력 신호들은 상기 PWM 제어 회로 50에 의해 제어되는 드라이버들 58과 60에 공급되어 상기 모스펫 스위치들 SWA와 SWA'의 게이트(gate)들을 구동시킨다.

만약 상기 벽 어댑터 14로부터의 상기 입력 전압 Vin1이 상기 배터리 12로부터의 상기 입력 전압 Vin2보다 낮으면, 상기 감지 회로 56은 상기 드라이버 58이 상기 SWA의 스위칭을 비활성화 하도록 제어하고 상기 드라이버 60이 상기 스위치 SWA 대신 작동하는 상기 추가적 모스펫 스위치 SWA'을 활성화 하도록 제어한다. 그러나, 상기 배터리 12로부터의 상기 입력 전압 Vin2가 상기 벽 어댑터 14로부터의 상기 입력 전압 Vin1보다 낮으면, 상기 감지 회로 56은 상기 드라이버 60이 상기 추가적 모스펫 스위치 SWA'의 스위칭을 비활성화 하도록 제어하고 상기 드라이버 58이 상기 모스펫 스위치 SWA의 스위칭을 활성화 하도록 제어한다. 따라서, 상기 감지 회로 56은 상기 각각의 입력 전압들이 나머지 다른 하나의 입력 전압보다 낮은 경우 상기 모스펫 스위치들 SWA와 SWA' 중의 하나를 비활성화시키고 나머지 다른 하나의 모스펫 스위치를 활성화 시킨다.

따라서, 만약 상기 입력 전압 Vin2가 상기 입력 전압 Vin1보다 낮으면, 상기 모스펫 스위치 SWA는 상기 PWM 제어 회로 50에 의해 제어되어 상술한 방식으로 전력 조정 과정(a power regulating procedure)에 참여하여 상기 입력 전압 Vin1에 대응하는 조정된 출력 전압 Vout 을 만든다. 그러나, 만약 상기 입력 전압 Vin1이 상기 입력 전압 Vin2보다 낮다면, 상기 추가적 모스펫 스위치 SWA'이 상기 스위치 SWA 대신 활성화 되어 상기 전력 조정 과정에 참여하여 상기 입력 전압 Vin2에 대응하는 조정된 출력 전압 Vout을 만든다.

상기 모스펫 스위치 SWA가 전력 조정 기능을 수행하기 위한 DC/DC 제어기(controller) 내에 이미 존재하기 때문에, 본 발명의 상기 입력 전력 선택 기능은 단지 하나의 추가적인 모스펫 트랜지스터를 필요로 한다. 게다가, 상기 추가적 모스펫 트랜지스터 SWA'은 상기 트랜지스터 SWA에 병렬로 연결되고 이 트랜지스터와 번갈아 동작한다(operates alternately). 그러므로, 상기 전력 경로(power path)에는 다른 어떤 추가적 저항도 없다(no additional resistance is introduced). 결과적으로, 상기 입력 전력 선택 회로의 전력 효율이 향상되어 상기 배터리 수명을 증가시킨다. 동시에, 보다 적은 열이 발생하여 효율과 안정성을 더욱 향상시킨다.

상기 추가적 모스펫 트랜지스터 SWA', 감지 회로 56 및 상기 드라이버들 58과 60은 상기 모스펫 스위치들 SWA, SWA, SWC 및 SWD와 다함께 스위칭 레귤레이터 집적 회로(switching regulator integrated circuit) 내에 집적될 수 있다. 그러므로, 상기 외부 회로는 완전히 없어지고, 상기 회로의 복잡도를 확연히 줄인다.

스위치들 SWA와 SWA'은 P-채널 모스펫 트랜지스터들을 사용하여 구현될 수 있다. 다른 한편, N-채널 모스펫 스위치들 또는 바이폴라 트랜지스터 스위치들이 사용될 수도 있다.

상술한 기재에서 본 발명의 측면들을 도시하고 설명하였다. 부가적으로, 본 발명은 소기의 실시예들만을 도시하고 설명하고 있지만, 상술한 바와 같이, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

상술한 실시예들은 본 발명을 실행하는데 있어서 알려진 소기의 실시예들을 설명하고, 당업자라면 본 발명의 특정한 적용 또는 사용들에 의해서 요구되는 그러한 또는 다른 실시예들을 포함하며 다양한 변형이 가능한 발명을 이용하도록 의도된다.

따라서 상기 기재는 본 발명을 본 명세서에서 설명되어 있는 형태에 한정하려고 의도되지 않는다. 또한, 후술되는 청구범위는 대안적 실시예들을 포함하도록 해석될 수 있다.

Claims

제1 전원으로부터 부하로 전력을 공급하는 제1 입력;

제2 전원으로부터 상기 부하로 전력을 공급하는 제2 입력;

상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 커플링되어(coupled) 상기 제1 입력 또는 상기 제2 입력을 선택하는 입력 선택기 회로; 및

벅-부스트 모드에서 동작하고, 입력 신호를 상기 부하에 공급되는 조정된 출력 신호로 변환하는 제1 트랜지스터 장치 및 싱글 인덕터 장치를 구비하도록 구성된 전력 레귤레이터

를 포함하고,

상기 입력 선택기 회로는 상기 제1 입력이 선택된 경우에 상기 제1 트랜지스터 장치가 활성화되도록 제어하고, 상기 제2 입력이 선택된 경우에 활성화되도록 제어되는 제2 트랜지스터 장치를 구비하고,

상기 제1 입력은 상기 제1 트랜지스터 장치에 직접적으로 전기적으로 연결되고,

상기 제2 입력은 상기 제2 트랜지스터 장치에 직접적으로 전기적으로 연결되고,

상기 제1 트랜지스터 장치 및 상기 제2 트랜지스터 장치는 상기 싱글 인덕터 장치에 전기적으로 연결되는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 트랜지스터 장치가 상기 제1 트랜지스터 장치와 병렬 연결되는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 입력이 선택되면 상기 제1 트랜지스터 장치는 비활성화 되고, 상기 제1 입력이 선택되면 상기 제2 트랜지스터 장치가 비활성화 되는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 입력 선택기 회로는 상기 제1 트랜지스터 장치와 상기 제2 트랜지스터 장치를 제어하기 위해 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 반응하는 감지 회로를 포함하는 전력 공급 장치.
제4항에 있어서,

상기 입력 선택기 회로는 상기 감지 회로에 의해 활성화 되어 상기 제1 트랜지스터 장치와 상기 제2 트랜지스터 장치 각각을 제어하는 제1 드라이버 회로와 제2 드라이버 회로를 더 포함하는 전력 공급 장치.
제5항에 있어서,

상기 전력 레귤레이터는 펄스 폭 또는 주파수 변조 제어 회로를 포함하여 상기 입력 신호로부터 상기 출력 신호로의 변환을 제어하는 전력 공급 장치.
제6항에 있어서,

상기 제1 드라이버 회로와 상기 제2 드라이버 회로는 상기 펄스 폭 또는 상기 주파수 변조 제어 회로에 의해 제어 가능하여 상기 제1 트랜지스터 장치와 상기 제2 트랜지스터 장치를 구동하는 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 트랜지스터 장치와 상기 제2 트랜지스터 장치는 전계효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터인 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 전력 레귤레이터는 DC와 DC 간의 변환을 제공하도록 구성된 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 입력 선택기 회로는 배터리로부터 공급되는 전력 또는 보조 전원으로부터 공급되는 전력을 선택하도록 구성되는 전력 공급 장치.
제1 전원으로부터 전력을 공급하는 제1 전력 공급 입력;

제2 전원으로부터 전력을 공급하는 제2 전력 공급 입력;

입력 신호를 조정된 출력 신호로 바꾸기 위해 벅-부스트 모드에서 동작하도록 구성된 전력 변환 회로; 및

상기 제1 전력 공급 입력 또는 상기 제2 전력 공급 입력을 선택하여 상기 입력 신호를 생성하는 입력 선택기 회로

를 포함하고,

상기 전력 변환 회로는

상기 입력 신호에서 상기 출력 신호로의 변환을 제어하는 펄스 변조기 회로;

만약 상기 제1 전력 공급 입력이 선택되면, 상기 입력 신호로부터 상기 출력 신호로의 변환을 보조하기 위해 상기 펄스 변조기 회로에 의해 제어 가능한 제1 트랜지스터 장치;

만약 상기 제2 전력 공급 입력이 선택되면, 상기 입력 신호에서 상기 출력 신호로의 변환을 보조하기 위해 상기 펄스 변조기 회로에 의해 제어될 수 있는 제2 트랜지스터 장치; 및

상기 제1 트랜지스터 장치 및 상기 제2 트랜지스터 장치에 전기적으로 연결된 싱글 인덕터 장치

를 포함하고,

상기 제1 전력 공급 입력은 상기 제1 트랜지스터 장치에 직접적으로 전기적으로 연결되고,

상기 제2 전력 공급 입력은 상기 제2 트랜지스터 장치에 직접적으로 전기적으로 연결되는 전력 레귤레이터.
제11항에 있어서,

상기 제2 트랜지스터 장치는 상기 제1 트랜지스터 장치와 병렬 연결되는 전력 레귤레이터.
제11항에 있어서,

상기 제1 트랜지스터 장치는 제1 모스펫 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 트랜지스터 장치는 제2 모스펫 트랜지스터를 포함하는 전력 레귤레이터.
제11항에 있어서,

상기 펄스 변조기 회로는 펄스 폭 또는 펄스 주파수 변조기를 포함하는 전력 레귤레이터.
제11항에 있어서,

상기 입력 선택기는 상기 제1 전력 공급 입력 또는 상기 제2 전력 공급 입력에 반응하는 감지 회로를 포함하여 상기 제1 트랜지스터 장치 제어 또는 상기 제2 트랜지스터 장치 제어를 선택적으로 활성화하는 전력 레귤레이터.
제15항에 있어서,

상기 입력 선택기 회로는 상기 감지 회로에 의해 선택적으로 활성화되는제1 드라이버 회로 그리고 제2 드라이버 회로를 더 포함하여 각각 상기 제1 트랜지스터 장치 그리고 상기 제2 트랜지스터 장치를 구동하는 전력 레귤레이터.
제11항에 있어서,

상기 전력 변환 회로는 DC와 DC 간의 변환을 제공하도록 구성된 전력 레귤레이터.
제11항에 있어서,

상기 입력 선택기 회로는 상기 전력 변환 회로와 함께 집적회로 내에서 배열되는 전력 레귤레이터.
벅-부스트 모드에서 동작하고 싱글 인덕터 장치를 구비하도록 구성된 전력 레귤레이터를 통하여 제1 전원 또는 제2 전원으로부터 전력 기기로 선택적으로 전력을 공급하는 방법에 있어서,

상기 제1 전원 또는 상기 제2 전원을 선택하여 입력 전력 공급 신호를 상기 전력 레귤레이터로 공급하고 상기 전력 레귤레이터는 상기 입력 전력 공급 신호를 상기 전력 기기로 공급되는 조정된 출력 전력 공급 신호로 변환하는 제1 트랜지스터 스위치를 구비하는 단계;

상기 제1 전원이 선택되면, 상기 제1 트랜지스터 스위치를 활성화 시켜 상기 입력 전력 공급 신호를 공급하는 단계; 및

상기 제2 전원이 선택되면, 상기 제1 트랜지스터 스위치와 병렬로 배열된 제2 트랜지스터 스위치를 활성화 시켜 상기 입력 전력 공급 신호를 공급하는 단계

를 포함하고,

상기 제1 트랜지스터 스위치 및 상기 제2 트랜지스터 스위치는 상기 싱글 인덕터 장치에 전기적으로 연결되고,

상기 제1 전원 및 상기 제2 전원으로부터의 상기 입력 전력 공급 신호는 각각 상기 제1 트랜지스터 스위치 및 상기 제2 트랜지스터 스위치에 직접적으로 공급되는 선택적 전력 공급 방법.
제19항에 있어서,

상기 제1 전원 또는 상기 제2 전원으로부터의 전력 공급을 감지하여 상기 제1 전원 또는 상기 제2 전원을 선택하는 단계를 더 포함하는 선택적 전력 공급 방법.
전력 공급 시스템에 있어서,

제1 전원으로부터 부하로 전력을 공급하는 제1 입력;

제2 전원으로부터 상기 부하로 전력을 공급하는 제2 입력;

상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 커플링되어(coupled) 상기 제1 입력 또는 상기 제2 입력을 선택하는 입력 선택기 회로; 및

부스트 모드에서 동작하고, 입력 신호를 상기 부하에 공급되는 조정된 출력 신호로 변환하는 제1 트랜지스터 장치 및 싱글 인덕터 장치를 구비하도록 구성된 전력 레귤레이터

를 포함하고,

상기 입력 선택기 회로는 상기 제1 입력이 선택된 경우에 상기 제1 트랜지스터 장치가 활성화되도록 제어하고, 상기 제2 입력이 선택된 경우에 활성화되도록 제어되는 제2 트랜지스터 장치를 구비하고,

상기 제1 입력은 상기 제1 트랜지스터 장치에 직접적으로 전기적으로 연결되고,

상기 제2 입력은 상기 제2 트랜지스터 장치에 직접적으로 전기적으로 연결되고,

상기 제1 트랜지스터 장치 및 상기 제2 트랜지스터 장치는 상기 싱글 인덕터 장치에 전기적으로 연결되는 전력 공급 시스템.