KR101240685B1

KR101240685B1 - 듀얼모드 스위칭 레귤레이터

Info

Publication number: KR101240685B1
Application number: KR1020110097582A
Authority: KR
Inventors: 이수웅
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-03-11
Also published as: JP2013073617A; US20130076326A1

Abstract

본 발명은 듀얼모드 스위칭 레귤레이터에 관한 것으로, 입력단을 통한 입력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 비교 결과 신호를 출력하는 비교부; 상기 비교 결과 신호에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호 및 미리 연결된 바이패스 경로를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부; 상기 레귤레이트 경로상에 포함되고, 상기 입력전압을 미리 설정된 전압으로 변환하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터 선택 신호에 따라 상기 입력단과 출력단간의 레귤레이터를 포함하는 레귤레이터 경로를 온/오프 스위칭하는 레귤레이트 경로 선택부; 및 상기 바이패스 선택 스위칭 신호에 따라 상기 레귤레이터를 경유하지 않고, 상기 입력단과 출력단을 연결하는 바이패스 경로를 온/오프 스위칭하는 바이패스 경로 선택부를 포함할 수 있다.

Description

듀얼모드 스위칭 레귤레이터{DUAL MODE SWITCHING REGULATOR}

본 발명은, 저전압을 위한 바이패스 모드와 정상동작을 위한 레귤레이트 모드중 입력전압의 레벨에 따라 하나의 모드로 동작하여 효율을 높일 수 있는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.

일반적으로, 대부분의 상용 IC에 있어서 입력전압은 사용자의 필요에 따라 다양하게 사용되어질 수 있다. 실제 IC 내부회로가 최적화된 성능을 내기 위해서는, 다양한 입력전원 전압을 특정 레벨의 전원전압으로 바꾸어 내부회로에 공급해 주어야 하며, 이러한 기능을 수행하는 것이 레귤레이터이다.

통상, 레귤레이터는 특정범위내에서 변화하는 외부전압을 내부 회로에서 필요한 특정한 전원전압으로 변화시키는 역할을 수행한다. 특히 외부전압을 특정내부 전압으로 변환하기 위해, 스위칭 소자를 이용하는 스위칭 레귤레이터가 사용되는 경우도 있다.

기존의 스위칭 레귤레이터는, 외부전압이 낮은 경우에 레귤레이터의 전압강하를 최소화 하고자 LDO(Low DropOut) 레귤레이터를 사용하는 경우도 있다.

이러한 LDO 타입 레귤레이터에 대해 설명하면, 출력전압을 입력전압에 최대한 근접한 값으로 얻고자 할 때 사용하게 되며, 입력전압을 사전에 미리 설정된 일정한 전압으로 변환하여 출력한다.

그런데, 이러한 기존 스위칭 레귤레이터는, 입력전압이 출력전압보다 높을 경우에는 원하는 출력전압을 제공하는데 문제가 없으나, 입력전압이 출력전압보다 낮을 경우에는 스위칭 소자에 의해서 전압 강하가 더 발생되는 문제점이 있다.

즉, LDO 타입의 레귤레이터는 일반적인 구조의 레귤레이터에 비해 0.5V이상 전압강하를 줄일 수 있다는 장점이 있으나, LDO 타입의 레귤레이터에서도 어느정도정도의 전압강하가 발생되는 문제점이 있다. 여기서, 전압강하의 양은 레귤레이터의 로드(load) 전류와 패스 트랜지스터(Pass TR)의 출력저항의 곱으로 나타난다.

예를 들어, 0.2V 정도의 전압강하가 있는 LDO라고 할때, 5V의 입력전압이 들어온다면 4.8V 수준의 내부전압 생성이 가능하나, DC 전압에 대한 마진이 없어서 입력전압과 출력전압이 동일하거나 입력전압과 출력전압의 차이가 스위칭 소자(예, 트랜지스터)의 전압강하보다 낮은 수준인 경우에는, 레귤레이터로는 사용자가 원하는 특성을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 저전압을 위한 바이패스 모드와 정상동작을 위한 레귤레이트 모드중 입력전압의 레벨에 따라 하나의 모드로 동작하여 효율을 높일 수 있는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터를 제공한다.

본 발명의 제1 기술적인 측면은, 입력단을 통한 입력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 비교 결과 신호를 출력하는 비교부; 상기 비교 결과 신호에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호 및 미리 연결된 바이패스 경로를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부; 상기 레귤레이트 경로상에 포함되고, 상기 입력전압을 미리 설정된 전압으로 변환하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터 선택 신호에 따라 상기 입력단과 출력단간의 레귤레이터를 포함하는 레귤레이터 경로를 온/오프 스위칭하는 레귤레이트 경로 선택부; 및 상기 바이패스 선택 스위칭 신호에 따라 상기 레귤레이터를 경유하지 않고, 상기 입력단과 출력단을 연결하는 바이패스 경로를 온/오프 스위칭하는 바이패스 경로 선택부를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터를 제공한다.

본 발명의 제1 기술적인 측면에서, 상기 비교부는, 상기 입력전압을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 기준전압을 입력받는 반전 입력단과, 상기 입력전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 비교 결과 신호를 출력하는 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.

상기 연산 증폭기는, 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 로우레벨을 갖는 비교 결과 신호를 출력하고, 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮지 않으면 하이레벨을 갖는 비교 결과 신호를 출력하도록 이루어질 수 있다.

상기 스위칭 신호 생성부는, 상기 비교 결과 신호의 레벨을 포함하는 제1 스위칭 신호와 상기 제1 스위칭 신호의 레벨이 반전된 레벨을 갖는 제2 스위칭 신호를 포함하는 레귤레이터 선택 신호 및 바이패스 선택 신호를 생성하도록 이루어질 수 있다.

상기 스위칭 신호 생성부는, 상기 비교 결과 신호의 레벨을 반전하여 반전기를 포함하여, 상기 제1 스위칭 신호는 상기 비교 결과 신호의 레벨을 갖고, 상기 제2 스위칭 신호는 상기 비교 결과 신호의 레벨이 상기 반전기에 의해 반전된 레벨을 갖도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 레귤레이트 경로 선택부는, 상기 입력단과 상기 레귤레이터 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제1 스위치 소자; 및 상기 레귤레이터와 출력단 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제2 스위치 소자를 포함할 수 있다.

상기 제1 스위치 소자는, 제1 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,

상기 제1 트랜스 미션 게이트는, 상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제1 N-MOS 트랜지스터; 및 상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제1 P-MOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 제2 스위치 소자는, 제2 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,

상기 제2 트랜스 미션 게이트는, 상기 레귤레이트에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제2 N-MOS 트랜지스터; 및 상기 레귤레이트에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제2 P-MOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 바이패스 경로 선택부는, 상기 입력단과 출력단 사이의 바이패스 경로상에 형성되어, 상기 바이패스 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 온되고 그렇지 않으면 오프되는 제3 스위치 소자를 포함할 수 있다.

상기 제3 스위치 소자는, 제3 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,

상기 제3 트랜스 미션 게이트는, 상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제3 N-MOS 트랜지스터; 및 상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제3 P-MOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 기술적인 측면은, 입력단을 통한 입력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 비교 결과 신호를 출력하는 비교부; 상기 비교 결과 신호에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호 및 미리 연결된 바이패스 경로를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부; 상기 레귤레이트 경로상에 포함되고, 상기 입력전압을 미리 설정된 전압으로 변환하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터 선택 신호에 따라 상기 입력단과 출력단간의 레귤레이터를 포함하는 레귤레이터 경로를 온/오프 스위칭하는 레귤레이트 경로 선택부; 및 상기 바이패스 선택 스위칭 신호에 따라 상기 레귤레이터를 경유하지 않고, 상기 입력단과 출력단을 연결하는 바이패스 경로를 온/오프 스위칭하는 바이패스 경로 선택부를 포함하고,

상기 레귤레이트 경로 선택부는, 상기 입력단과 상기 레귤레이터 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제1 스위치 소자; 및 상기 레귤레이터와 출력단 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제2 스위치 소자를 포함하고,

상기 바이패스 경로 선택부는, 상기 입력단과 출력단 사이의 바이패스 경로상에 형성되어, 상기 바이패스 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 온되고 그렇지 않으면 오프되는 제3 스위치 소자를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터를 제안한다.

본 발명의 제2 기술적인 측면에서, 상기 비교부는, 상기 입력전압을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 기준전압을 입력받는 반전 입력단과, 상기 입력전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 비교 결과 신호를 출력하는 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 저전압을 위한 바이패스 모드와 정상동작을 위한 레귤레이트 모드중 입력전압의 레벨에 따라 하나의 모드로 동작하도록 하고, 특히 저전압인 경우 바이패스 모드로 동작하므로 전류 소모를 줄일 수 있고, 바이패스 모드에서 전압 강하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼모드 스위칭 레귤레이터의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 신호 생성부의 구현 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레귤레이트 경로 선택부 및 바이패스 경로 선택부의 구현 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 바이패스 경로 선택시의 신호 전달 경로도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레귤레이트 경로 선택시의 신호 전달 경로도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼모드 스위칭 레귤레이터의 전압 그래프.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼모드 스위칭 레귤레이터의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼모드 스위칭 레귤레이터는, 입력단(IN)을 통한 입력전압(Vin)과 미리 설정된 기준전압(Vref)을 비교하여 비교 결과 신호(Scom)를 출력하는 비교부(100)와, 상기 비교 결과 신호(Scom)에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로(PH2)를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호(SS10) 및 미리 연결된 바이패스 경로(PH1)를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호(SS20)를 생성하는 스위칭 신호 생성부(200)와, 상기 레귤레이트 경로(PH2)상에 포함되고, 상기 입력전압(Vin)을 미리 설정된 전압으로 변환하는 레귤레이터(300)와, 상기 레귤레이터 선택 신호(SS10)에 따라 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT)간의 레귤레이터(300)를 포함하는 레귤레이터 경로(PH2)를 온/오프 스위칭하는 레귤레이트 경로 선택부(400)와, 상기 바이패스 선택 스위칭 신호(SS20)에 따라 상기 레귤레이터(300)를 경유하지 않고, 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT)을 연결하는 바이패스 경로(PH1)를 온/오프 스위칭하는 바이패스 경로 선택부(500)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 비교부(100)는, 상기 입력단(IN)을 통해 입력되는 입력전압(Vin)과 미리 설정된 기준전압(Vref)을 비교하여, 상기 입력전압(Vin)과 기준전압(Vref)의 비교 결과에 따라 하이레벨 또는 로우레벨을 갖는 비교 결과 신호(Scom)를 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 비교부(100)는, 상기 입력전압(Vin)을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 기준전압(Vref)을 입력받는 반전 입력단과, 상기 입력전압(Vin)과 상기 기준전압(Vref)을 비교하여 상기 비교 결과 신호(Scom)를 출력하는 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.

이때, 상기 연산 증폭기는, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮으면 로우레벨을 갖는 비교 결과 신호(Scom)를 출력하고, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮지 않으면 하이레벨을 갖는 비교 결과 신호(Scom)를 출력할 수 있다.

또한, 상기 스위칭 신호 생성부(200)는, 상기 비교부(100)로부터의 비교 결과 신호(Scom)에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로(PH2)를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호(SS10) 및 미리 연결된 바이패스 경로(PH1)를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호(SS20)를 생성할 수 있다.

여기서, 상기 레귤레이트 경로(PH2)는 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 상기 레귤레이터(300)를 포함하여, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮지 않을 경우, 상기 입력전압을 레귤레이트하기 위한 경로이다.

그리고, 상기 바이패스 경로(PH1)는, 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 상기 레귤레이터(300)를 경유하지 않고, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮을 경우, 상기 입력단(IN)에서 출력단(OUT)까지 직행하는 경로이다.

상기 레귤레이터(300)는, 전술한 바와 같이 상기 레귤레이트 경로(PH2)상에 포함되며, 상기 입력전압(Vin)을 미리 설정된 전압으로 변환할 수 있다.

예를 들어, 미리 설정된 전압이 +5V 이라고 하면, 상기 레귤레이터(300)는 입력전압(Vin)이 +5V 보다 높아도 +5V로 일정하게 출력할 수 있다.

상기 레귤레이트 경로 선택부(400)는, 상기 레귤레이터 선택 신호(SS10)에 따라 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT)간의 레귤레이터(300)를 포함하는 레귤레이터 경로(PH2)를 온/오프 스위칭할 수 있다.

예를 들어, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮을 경우, 상기 레귤레이트 경로 선택부(400)는 레귤레이터 경로(PH2)를 오프시킬 것이고, 이와 달리, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮지 않을 경우, 상기 레귤레이트 경로 선택부(400)는 레귤레이터 경로(PH2)를 온시킬 것이다. 이때, 전력 소모를 줄이기 위해서는 상기 레귤레이터(300)에 공급되는 동작전원도 차단할 수 있다.

그리고, 상기 바이패스 경로 선택부(500)는, 바이패스 선택 스위칭 신호(SS20)에 따라 상기 레귤레이터(300)를 경유하지 않고, 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT)을 연결하는 바이패스 경로(PH1)를 온/오프 스위칭할 수 있다.

예를 들어, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮을 경우, 상기 바이패스 경로 선택부(500)는 바이패스 경로(PH1)를 온시키고, 이와 달리, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮지 않을 경우, 상기 바이패스 경로 선택부(500)는 바이패스 경로(PH1)를 오프시킨다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 신호 생성부의 구현 예시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 스위칭 신호 생성부(200)는, 상기 비교 결과 신호(Scom)의 레벨을 반전하여 반전기(210)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 스위칭 신호 생성부(200)는, 상기 비교 결과 신호(Scom)의 레벨을 포함하는 제1 스위칭 신호(SS1)와 상기 제1 스위칭 신호(SS1)의 레벨이 반전된 레벨을 갖는 제2 스위칭 신호(SS2)를 포함하는 레귤레이터 선택 신호(SS10) 및 바이패스 선택 신호(SS20)를 생성할 수 있다.

즉, 상기 제1 스위칭 신호(SS1)는 상기 비교 결과 신호(Scom)의 레벨을 갖고, 상기 제2 스위칭 신호(SS2)는 상기 비교 결과 신호(Scom)의 레벨이 상기 반전기(210)에 의해 반전된 레벨을 가질 수 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 상기 레귤레이트 경로 선택부(400)는, 상기 입력단(IN)과 상기 레귤레이터(300) 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호(SS10)에 따라 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제1 스위치 소자(SW41)와, 상기 레귤레이터(300)와 출력단(OUT) 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호(SS10)에 따라 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제2 스위치 소자(SW42)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바이패스 경로 선택부(500)는, 상기 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이의 바이패스 경로(PH1)상에 형성되어, 상기 바이패스 선택 신호(SS20)에 따라 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮으면 온되고 그렇지 않으면 오프되는 제3 스위치 소자(SW51)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 스위치 소자(SW41), 제2 스위치 소자(SW42) 및 제3 스위치 소자(SW51)는 스위칭 트랜지스터, 스위칭 다이오드 등의 스위칭 동작 가능한 소자로 구현될 수 있으며, 특히 전압 강하가 작은 트랜스 미션 게이트로 구현 가능하며, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레귤레이트 경로 선택부 및 바이패스 경로 선택부의 구현 예시도이다.

상기 제1 스위치 소자(SW41)는, 제1 트랜스 미션 게이트로 이루어질 수 있고, 이때, 상기 제1 트랜스 미션 게이트는, 상기 입력단(IN)에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트(300)에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호(SS1)를 입력받는 게이트를 갖는 제1 N-MOS 트랜지스터(NM1)와, 상기 입력단(IN)에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트(300)에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호(SS2)를 입력받는 게이트를 갖는 제1 P-MOS 트랜지스터(PM1)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 스위치 소자(SW42)는, 제2 트랜스 미션 게이트로 이루어질 수 있고, 이때, 상기 제2 트랜스 미션 게이트는, 상기 레귤레이트(300)에 연결된 드레인과, 상기 출력단(OUT)에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호(SS1)를 입력받는 게이트를 갖는 제2 N-MOS 트랜지스터(NM2)와, 상기 레귤레이트(300)에 연결된 드레인과, 상기 출력단(OUT)에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호(SS2)를 입력받는 게이트를 갖는 제2 P-MOS 트랜지스터(PM2)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 스위치 소자(SW51)는, 제3 트랜스 미션 게이트로 이루어질 수 있고, 이때, 상기 제3 트랜스 미션 게이트는, 상기 입력단(IN)에 연결된 드레인과, 상기 출력단(OUT)에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호(SS2)를 입력받는 게이트를 갖는 제3 N-MOS 트랜지스터(NM3)와, 상기 입력단(IN)에 연결된 드레인과, 상기 출력단(OUT)에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호(SS1)를 입력받는 게이트를 갖는 제3 P-MOS 트랜지스터(PM3)를 포함할 수 있다.

이와 같이 제1,제2 및 제3 스위칭 소자가 트랜스 미션 게이트로 구현되는 경우, 상기 제1 및 제2 트랜스 미션 게이트는 동기되어 동시에 온되거나 오프되고, 상기 제3 트랜스 미션 게이트는 제1 및 제2 트랜스 미션 게이트의 동작과는 반대로 온되거나 오프된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 바이패스 경로 선택시의 신호 전달 경로도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레귤레이트 경로 선택시의 신호 전달 경로도이며, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼모드 스위칭 레귤레이터의 전압 그래프이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮으면 상기 제1 및 스위칭 신호(SS1,SS2) 각각은 로우레벨 및 하이레벨을 가지게 되어, 제1 트랜스 미션 게이트의 제1 N-MOS 트랜지스터(NM1)와 제1 P-MOS 트랜지스터(PM1)가 턴오프되고, 또한 상기 제2 트랜스 미션 게이트의 제2 N-MOS 트랜지스터(NM2)와 제2 P-MOS 트랜지스터(PM2)가 턴오프되며, 그리고 상기 제3 트랜스 미션 게이트의 제3 N-MOS 트랜지스터(NM3)와 제3 P-MOS 트랜지스터(PM3)가 턴온된다.

이에 따라, 상기 바이패스 경로(PH1)는 연결되어, 상기 입력단(IN)을 통해 입력되는 입력전압(Vin)은 직접 출력단(OUT)으로 전달된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 바이패스 경로(PH1)를 통해 입력전압(Vin)이 바로 출력전압으로 전달되는 것을 알 수 있다.

다음, 도 5를 참조하면, 상기 입력전압(Vin)이 상기 기준전압(Vref)보다 낮지 않을 경우, 상기 제1 및 스위칭 신호(SS1,SS2) 각각은 하이레벨 및 로우레벨을 가지게 되어, 제1 트랜스 미션 게이트의 제1 N-MOS 트랜지스터(NM1)와 제1 P-MOS 트랜지스터(PM1)가 턴온되고, 또한 상기 제2 트랜스 미션 게이트의 제2 N-MOS 트랜지스터(NM2)와 제2 P-MOS 트랜지스터(PM2)가 턴온되며, 그리고 상기 제3 트랜스 미션 게이트의 제3 N-MOS 트랜지스터(NM3)와 제3 P-MOS 트랜지스터(PM3)가 턴오프된다.

이에 따라, 상기 레귤레이트 경로(PH2)는 연결되어, 상기 입력단(IN)을 통해 입력되는 입력전압(Vin)은 레귤레이트 경로(PH2)상의 레귤레이터(300)를 통해서 레귤레이트되고, 상기 레귤레이터(300)에서 레귤레이트된 전압이 출력단(OUT)으로 출력된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 레귤레이트 경로(PH2)를 통해 입력전압(Vin)이 일정한 전압(예, 5V)으로 레귤레이트되어 출력전압으로 전달되는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에서, 저전압을 위한 바이패스 모드와 정상동작을 위한 레귤레이트 모드중 입력전압의 레벨에 따라 하나의 모드로 동작하도록 하고, 특히 저전압인 경우 바이패스 모드로 동작하므로 전류 소모를 줄일 수 있고, 바이패스 모드에서 전압 강하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 효율을 높일 수 있다.

100; 비교부
200: 스위칭 신호 생성부
300: 레귤레이터
400: 경로 선택부
500: 바이패스 경로 선택부

Claims

입력단을 통한 입력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 비교 결과 신호를 출력하는 비교부;
상기 비교 결과 신호에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호 및 미리 연결된 바이패스 경로를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부;
상기 레귤레이트 경로상에 포함되고, 상기 입력전압을 미리 설정된 전압으로 변환하는 레귤레이터;
상기 레귤레이터 선택 신호에 따라 상기 입력단과 출력단간의 레귤레이터를 포함하는 레귤레이터 경로를 온/오프 스위칭하는 레귤레이트 경로 선택부; 및
상기 바이패스 선택 스위칭 신호에 따라 상기 레귤레이터를 경유하지 않고, 상기 입력단과 출력단을 연결하는 바이패스 경로를 온/오프 스위칭하는 바이패스 경로 선택부
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 비교부는,
상기 입력전압을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 기준전압을 입력받는 반전 입력단과, 상기 입력전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 비교 결과 신호를 출력하는 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제2항에 있어서, 상기 연산 증폭기는,
상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 로우레벨을 갖는 비교 결과 신호를 출력하고,
상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮지 않으면 하이레벨을 갖는 비교 결과 신호를 출력하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 신호 생성부는,
상기 비교 결과 신호의 레벨을 포함하는 제1 스위칭 신호와 상기 제1 스위칭 신호의 레벨이 반전된 레벨을 갖는 제2 스위칭 신호를 포함하는 레귤레이터 선택 신호 및 바이패스 선택 신호를 생성하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제4항에 있어서, 상기 스위칭 신호 생성부는,
상기 비교 결과 신호의 레벨을 반전하여 반전기를 포함하여,
상기 제1 스위칭 신호는 상기 비교 결과 신호의 레벨을 갖고,
상기 제2 스위칭 신호는 상기 비교 결과 신호의 레벨이 상기 반전기에 의해 반전된 레벨을 갖는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제5항에 있어서, 상기 레귤레이트 경로 선택부는,
상기 입력단과 상기 레귤레이터 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제1 스위치 소자; 및
상기 레귤레이터와 출력단 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제2 스위치 소자
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제6항에 있어서, 상기 제1 스위치 소자는, 제1 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,
상기 제1 트랜스 미션 게이트는,
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제1 N-MOS 트랜지스터; 및
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제1 P-MOS 트랜지스터
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제7항에 있어서, 상기 제2 스위치 소자는, 제2 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,
상기 제2 트랜스 미션 게이트는,
상기 레귤레이트에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제2 N-MOS 트랜지스터; 및
상기 레귤레이트에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제2 P-MOS 트랜지스터
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제5항에 있어서, 상기 바이패스 경로 선택부는,
상기 입력단과 출력단 사이의 바이패스 경로상에 형성되어, 상기 바이패스 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 온되고 그렇지 않으면 오프되는 제3 스위치 소자
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제9항에 있어서, 상기 제3 스위치 소자는, 제3 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,
상기 제3 트랜스 미션 게이트는,
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제3 N-MOS 트랜지스터; 및
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제3 P-MOS 트랜지스터
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
입력단을 통한 입력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 비교 결과 신호를 출력하는 비교부;
상기 비교 결과 신호에 따라 미리 연결된 레귤레이트 경로를 제어하기 위한 레귤레이트 선택 신호 및 미리 연결된 바이패스 경로를 제어하기 위한 바이패스 선택 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부;
상기 레귤레이트 경로상에 포함되고, 상기 입력전압을 미리 설정된 전압으로 변환하는 레귤레이터;
상기 레귤레이터 선택 신호에 따라 상기 입력단과 출력단간의 레귤레이터를 포함하는 레귤레이터 경로를 온/오프 스위칭하는 레귤레이트 경로 선택부; 및
상기 바이패스 선택 스위칭 신호에 따라 상기 레귤레이터를 경유하지 않고, 상기 입력단과 출력단을 연결하는 바이패스 경로를 온/오프 스위칭하는 바이패스 경로 선택부를 포함하고,
상기 레귤레이트 경로 선택부는, 상기 입력단과 상기 레귤레이터 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제1 스위치 소자; 및
상기 레귤레이터와 출력단 사이에 연결되어, 상기 레귤레이트 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 오프되고 그렇지 않으면 온되는 제2 스위치 소자를 포함하고,
상기 바이패스 경로 선택부는, 상기 입력단과 출력단 사이의 바이패스 경로상에 형성되어, 상기 바이패스 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 온되고 그렇지 않으면 오프되는 제3 스위치 소자
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제11항에 있어서, 상기 비교부는,
상기 입력전압을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 기준전압을 입력받는 반전 입력단과, 상기 입력전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 비교 결과 신호를 출력하는 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제12항에 있어서, 상기 연산 증폭기는,
상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 로우레벨을 갖는 비교 결과 신호를 출력하고,
상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮지 않으면 하이레벨을 갖는 비교 결과 신호를 출력하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제11항에 있어서, 상기 스위칭 신호 생성부는,
상기 비교 결과 신호의 레벨을 포함하는 제1 스위칭 신호와 상기 제1 스위칭 신호의 레벨이 반전된 레벨을 갖는 제2 스위칭 신호를 포함하는 레귤레이터 선택 신호 및 바이패스 선택 신호를 생성하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제14항에 있어서, 상기 스위칭 신호 생성부는,
상기 비교 결과 신호의 레벨을 반전하여 반전기를 포함하여,
상기 제1 스위칭 신호는 상기 비교 결과 신호의 레벨을 갖고,
상기 제2 스위칭 신호는 상기 비교 결과 신호의 레벨이 상기 반전기에 의해 반전된 레벨을 갖는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제15항에 있어서, 상기 제1 스위치 소자는, 제1 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,
상기 제1 트랜스 미션 게이트는,
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제1 N-MOS 트랜지스터; 및
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 레귤레이트에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제1 P-MOS 트랜지스터
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제16항에 있어서, 상기 제2 스위치 소자는, 제2 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,
상기 제2 트랜스 미션 게이트는,
상기 레귤레이트에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제2 N-MOS 트랜지스터; 및
상기 레귤레이트에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제2 P-MOS 트랜지스터
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제17항에 있어서, 상기 바이패스 경로 선택부는,
상기 입력단과 출력단 사이의 바이패스 경로상에 형성되어, 상기 바이패스 선택 신호에 따라 상기 입력전압이 상기 기준전압보다 낮으면 온되고 그렇지 않으면 오프되는 제3 스위치 소자
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.
제18항에 있어서, 상기 제3 스위치 소자는, 제3 트랜스 미션 게이트로 이루어지고,
상기 제3 트랜스 미션 게이트는,
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제2 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제3 N-MOS 트랜지스터; 및
상기 입력단에 연결된 드레인과, 상기 출력단에 연결된 소오스와, 상기 제1 스위칭 신호를 입력받는 게이트를 갖는 제3 P-MOS 트랜지스터
를 포함하는 듀얼모드 스위칭 레귤레이터.