KR101316385B1 - Voltage regulator of having soft-start circuit - Google Patents

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KR101316385B1
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김영일
이상선
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A voltage regulator having a soft-start circuit secures stable operating characteristics in initial start-up operation by selecting a charging voltage having lamp response characteristics. CONSTITUTION: A soft-start unit (210) generates a soft-start voltage having lamp response characteristics in a start-up state by the operation of a charging mode and a normal mode. A voltage selection unit (220) generates a negative input signal by selecting one among a reference voltage and the soft-start voltage. An error amplifier (230) amplifies a difference between the negative input signal and a positive input signal. A power transistor generates a driving current according to an output signal of the error amplifier and the difference of the input voltages. A feedback unit (240) generates an output voltage according to the driving current and a feedback voltage according to a resistance ratio of feedback resistors and provides the feedback voltage to the voltage selection unit as the positive input signal.

Description

소프트 스타트 회로를 가지는 전압 레귤레이터{Voltage Regulator of having Soft-Start Circuit}Voltage Regulator with Soft-Start Circuit

본 발명은 전압 레귤레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소프트 스타트 기능을 가지는 전압 레귤레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage regulator, and more particularly to a voltage regulator having a soft start function.

전압 레귤레이터는 입력전압의 변동에도 불구하고 일정한 레벨의 전압을 생성하는 소자이다. 전압 레귤레이터는 입력전압이 가지는 레벨에 비해 낮은 레벨을 구현하면서, 입력전압이 가지는 레벨이 변동을 최소화하거나, 일정한 레벨을 형성한다.Voltage regulators are devices that generate a constant level of voltage despite variations in input voltage. The voltage regulator realizes a level lower than that of the input voltage, while the level of the input voltage minimizes variation or forms a constant level.

도 1은 종래 기술에 따라 통상의 전압 레귤레이터를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional voltage regulator according to the prior art.

도 1을 참조하면 기준전압 Vref는 에러 엠프(100)의 음의 입력단에 인가된다. 파워 트랜지스터 QP는 PMOS이며, 소스 단자에는 입력전압 Vin이 인가된다. 또한, 드레인 단자에는 2개의 분압저항들 R1, R2가 피드백 요소로 구비된다. 분압저항들 R1, R2로부터 추출된 피드백 전압 Vfb는 에러 엠프(100)의 양의 입력단에 인가된다.Referring to FIG. 1, reference voltage Vref is applied to the negative input terminal of error amplifier 100. The power transistor QP is a PMOS, and an input voltage Vin is applied to the source terminal. In addition, the drain terminal is provided with two voltage dividers R1 and R2 as feedback elements. The feedback voltage Vfb extracted from the voltage dividers R1 and R2 is applied to the positive input terminal of the error amplifier 100.

상기 도 1에서 에러 엠프(100)에는 양의 전원전압 VDD가 공급된다. 입력전압 Vin도 VDD 레벨을 중심으로 다소의 변동을 가진다. 따라서, 에러 엠프(100)의 출력은 VDD 레벨 이하로 설정되는 특징을 가진다. 또한, 출력전압 Vout의 최대치는 에러 엠프(100)의 출력신호에 의해 상기 파워 트랜지스터 QP가 트라이오드 영역에서 동작할 경우의 값으로 제한되는 특징이 있다.In FIG. 1, a positive power supply voltage VDD is supplied to the error amplifier 100. The input voltage Vin also has some variation centering on the VDD level. Therefore, the output of the error amplifier 100 is set to be equal to or lower than the VDD level. In addition, the maximum value of the output voltage Vout is limited to the value when the power transistor QP operates in the triode region by the output signal of the error amplifier 100.

또한, 최초로 전원이 인가되거나, 입력전압 Vin이 공급되는 스타트-업 상태에서 출력전압 Vout은 낮은 레벨을 가지며, 이는 에러 엠프(100)의 양의 입력단에 인가된다. 에러 엠프(100)의 음의 입력단에는 기준전압이 인가되므로 에러 엠프(100)의 입력신호들의 차이는 매우 큰 상태가 된다. 따라서, 에러 엠프(100)의 출력신호는 매우 낮은 레벨을 유지한다. 이는 파워 트랜지스터 QP의 소스-게이트 단자의 전압차 Vsg가 커짐을 의미하고, 포화영역에서 동작하는 파워 트랜지스터 QP의 전류가 매우 큰 값을 가지게 된다. 따라서, 피드백 요소에 따른 피드백 전압 Vfb는 매우 큰 값을 가진다.In addition, in the start-up state in which power is initially applied or the input voltage Vin is supplied, the output voltage Vout has a low level, which is applied to the positive input terminal of the error amplifier 100. Since the reference voltage is applied to the negative input terminal of the error amplifier 100, the difference between the input signals of the error amplifier 100 becomes a very large state. Therefore, the output signal of the error amplifier 100 maintains a very low level. This means that the voltage difference Vsg of the source-gate terminal of the power transistor QP becomes large, and the current of the power transistor QP operating in the saturation region has a very large value. Therefore, the feedback voltage Vfb according to the feedback element has a very large value.

매우 큰 레벨을 가지는 피드백 전압 Vfb에 의해 에러 엠프(100)는 다시 양의 방향으로 높은 입력 전압차를 가지며, 높은 레벨의 출력전압을 형성한다. 따라서, 파워 트랜지스터 QP의 소스-게이트 간의 전압 Vsg는 낮은 레벨을 가진다. 상술한 동작을 살펴보면, 안정화된 정상상태로 진입하기 위해 에러 엠프(100) 및 출력전압 Vout은 높은 변동폭을 가진다. 따라서, 정상상태로 진입하기 까지 시간이 소모된다. 또한, 높은 구동전류가 반복적으로 발생되는 현상으로 인해 노이즈가 개입될 가능성이 높으며, 이를 통해 파워 트랜지스터 QP 및 에러 엠프(100)의 동작불량을 유발할 수 있다.By the feedback voltage Vfb having a very large level, the error amplifier 100 again has a high input voltage difference in the positive direction and forms a high level output voltage. Therefore, the voltage Vsg between the source and the gate of the power transistor QP has a low level. Looking at the above operation, the error amplifier 100 and the output voltage Vout has a high fluctuation range in order to enter the stabilized steady state. Therefore, it takes time to enter the steady state. In addition, noise may be more likely to intervene due to a phenomenon in which a high driving current is repeatedly generated, which may cause a malfunction of the power transistor QP and the error amplifier 100.

따라서, 스타트 업 상태에서 안정적인 동작을 수행하고, 출력전압 Vout이 빠르게 정상상태로 진입할 수 있는 전압 레귤레이터는 요청된다 할 것이다.Therefore, a voltage regulator capable of performing stable operation in the start-up state and allowing the output voltage Vout to quickly enter a steady state will be required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소프트 스타트 동작을 수행할 수 있는 전압 레귤레이터를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a voltage regulator capable of performing a soft start operation.

상술한 과제를 이루기 위한 본 발명은, 입력전압을 수신하고, 충전모드 및 정상모드의 동작을 통해 스타트 업 상태에서 램프 응답 특성을 가지는 소프트 스타트 전압을 생성하기 위한 소프트 스타트부; 상기 소프트 스타트 전압을 수신하고, 기준 전압 및 상기 소프트 스타트 전압 중 어느 하나를 선택하여 음의 입력신호로 생성하기 위한 전압 선택부; 상기 음의 입력신호 및 양의 입력신호의 차이를 증폭하기 위한 에러 엠프; 상기 에러 엠프의 출력신호 및 상기 입력전압의 차이에 따른 구동전류를 생성하기 위한 파워 트랜지스터; 및 상기 구동전류에 따라 출력전압을 생성하고, 궤환저항들의 저항비에 따른 궤환전압을 생성하며, 상기 궤환전압을 상기 전압 선택부에 공급하여 상기 양의 입력신호로 제공하기 위한 궤환부를 포함하는 전압 레귤레이터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a soft start unit for receiving an input voltage and generating a soft start voltage having a lamp response characteristic in a start-up state through operation of a charging mode and a normal mode; A voltage selector for receiving the soft start voltage and selecting one of a reference voltage and the soft start voltage to generate a negative input signal; An error amplifier for amplifying a difference between the negative input signal and the positive input signal; A power transistor for generating a driving current according to a difference between an output signal of the error amplifier and the input voltage; And a feedback unit configured to generate an output voltage according to the driving current, generate a feedback voltage according to a resistance ratio of feedback resistors, and supply the feedback voltage to the voltage selector to provide the positive input signal as a positive input signal. Provide a regulator.

본 발명에 따르면, 입력전압의 공급이 개시되는 스타트 업 상태에서 커패시터를 통한 충전전압이 형성된다. 충전전압은 서서히 레벨이 증가하는 램프 응답 특성을 가진다. 충전전압은 충전모드에서 전압 선택부에 의해 선택되고, 에러 엠프의 음의 입력단에 입력된다. 이를 통해 전압 레귤레이터는 정상 레벨에서 맥류하는 현상이 감소되며, 커패시터의 설정 및 궤환저항의 설정에 따라 빠른 정상상태를 구현할 수 있으며, 에러 엠프 및 다른 능동소자의 오동작을 방지할 수 있다.According to the present invention, a charging voltage through the capacitor is formed in the start-up state in which supply of the input voltage is started. The charging voltage has a ramp response characteristic that gradually increases in level. The charging voltage is selected by the voltage selector in the charging mode and input to the negative input terminal of the error amplifier. This reduces voltage pulsation at the normal level, enables a fast steady state by setting the capacitor and setting the feedback resistor, and prevents error amplifiers and other active devices from malfunctioning.

도 1은 종래 기술에 따라 통상의 전압 레귤레이터를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 소프트 스타트 동작을 수행하는 전압 레귤레이터를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 2의 전압 레귤레이터를 상세히 도시한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 2의 전압 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 타이밍도들이다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional voltage regulator according to the prior art.
2 is a block diagram illustrating a voltage regulator for performing a soft start operation according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram illustrating in detail the voltage regulator of FIG. 2 according to a preferred embodiment of the present invention.
4 and 5 are timing diagrams for describing an operation of the voltage regulator of FIG. 2 according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예Example

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 소프트 스타트 동작을 수행하는 전압 레귤레이터를 도시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a voltage regulator for performing a soft start operation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 전압 레귤레이터는 소프트 스타트부(210), 전압 선택부(220), 에러 엠프(230), 파워 트랜지스터 MP 및 궤환부(240)를 가진다.2, the voltage regulator includes a soft start unit 210, a voltage selector 220, an error amplifier 230, a power transistor MP, and a feedback unit 240.

입력전압 Vin은 소프트 스타트부(210), 전압 선택부(220) 및 파워 트랜지스터 MP에 공급된다.The input voltage Vin is supplied to the soft start unit 210, the voltage selector 220 and the power transistor MP.

소프트 스타트부(210)는 입력전압 Vin과 접지 사이에 연결되며, 기준전압 Vref_in이 인가된다. 상기 소프트 스타트부(210)는 입력전압 Vin이 공급되는 시점에서부터 충전동작을 수행한다. 충전동작이 수행되는 충전모드에서 소프트 스타트부(210)는 램프 응답 특성을 가지는 소프트 스타트 전압 Vss를 형성한다. 소프트 스타트 전압 Vss는 전압 선택부(220)에 입력된다. 또한, 충전모드 이외의 정상모드에서는 소프트 스타트 전압 Vss는 입력전압 Vin으로 설정된다. 따라서, Vin의 레벨을 가지는 소프트 스타트 전압 Vss는 소프트 스타트(210)부로부터 전압 선택부(220)에 입력된다.The soft start unit 210 is connected between the input voltage Vin and ground, and a reference voltage Vref_in is applied. The soft start unit 210 performs a charging operation from the time when the input voltage Vin is supplied. In the charging mode in which the charging operation is performed, the soft start unit 210 forms a soft start voltage Vss having a lamp response characteristic. The soft start voltage Vss is input to the voltage selector 220. In addition, in the normal mode other than the charging mode, the soft start voltage Vss is set to the input voltage Vin. Therefore, the soft start voltage Vss having the level of Vin is input from the soft start 210 to the voltage selector 220.

상기 전압 선택부(220)에는 소프트 스타트부(210)의 소프트 스타트 전압 Vss, 기준전압 Vref_in 및 궤환전압 Vfb가 입력된다. 상기 소프트 스타트부(210)의 출력인 소프트 스타트 전압 Vss는 충전모드 또는 정상모드에 따라 다른 형태의 신호이다. 예컨대, 충전모드에서는 램프 응답 특성을 가지는 Vss가 전압 선택부(220)에 입력되고, 정상모드에서는 입력전압 Vin의 일정 레벨을 가지는 신호가 입력된다. 또한, 상기 전압 선택부(220)는 입력되는 소프트 스타트의 출력신호 Vss 및 기준전압 Vref_in 중 어느 하나를 선택하여 음의 입력신호 V-를 생성하고, 궤환전압 Vfb에 따른 양의 입력신호 V+를 생성한다. 생성된 2개의 입력신호들은 에러 엠프(230)에 공급한다.The soft start voltage Vss, the reference voltage Vref_in, and the feedback voltage Vfb of the soft start unit 210 are input to the voltage selector 220. The soft start voltage Vss, which is the output of the soft start unit 210, is a signal of a different type depending on the charging mode or the normal mode. For example, Vss having a lamp response characteristic is input to the voltage selector 220 in the charging mode, and a signal having a predetermined level of the input voltage Vin is input in the normal mode. In addition, the voltage selector 220 selects any one of an input soft start output signal Vss and a reference voltage Vref_in to generate a negative input signal V- and generate a positive input signal V + according to the feedback voltage Vfb. do. The two input signals generated are supplied to the error amplifier 230.

상기 에러 엠프(230)의 양의 입력단자에는 양의 입력신호 V+가 입력되고, 음의 입력단자에는 음의 입력신호 V-가 입력된다. 양의 입력신호 V+에는 궤환전압 Vfb의 성분이 포함되며, 음의 입력신호 V-에는 소프트 스타트부의 출력신호 성분이 포함된다. 에러 엠프(230)는 양의 입력신호 V+와 음의 입력신호 V-의 차이를 증폭하여 파워 트랜지스터 MP의 게이트 단자에 인가한다.A positive input signal V + is input to the positive input terminal of the error amplifier 230, and a negative input signal V− is input to the negative input terminal. The positive input signal V + includes the component of the feedback voltage Vfb, and the negative input signal V- includes the output signal component of the soft start section. The error amplifier 230 amplifies the difference between the positive input signal V + and the negative input signal V− and applies it to the gate terminal of the power transistor MP.

파워 트랜지스터 MP는 PMOS 트랜지스터로 구성되고, 소스 단자에는 입력전압 Vin이 인가된다. 또한, 드레인 단자에는 궤환부(240)가 연결되고, 드레인 단자를 통해 출력전압 Vout이 생성된다. 파워 트랜지스터 MP는 에러 엠프(230)에서 인가되는 전압에 따라 포화영역에서 동작하여 구동전류 Idr을 생성한다. 구동전류 Idr은 궤환부(240)를 구성하는 제1 궤환저항 R1 및 제2 궤환저항 R2를 흐른다.The power transistor MP is composed of a PMOS transistor, and an input voltage Vin is applied to a source terminal. In addition, the feedback unit 240 is connected to the drain terminal, and the output voltage Vout is generated through the drain terminal. The power transistor MP operates in the saturation region according to the voltage applied from the error amplifier 230 to generate the driving current Idr. The driving current Idr flows through the first feedback resistor R1 and the second feedback resistor R2 constituting the feedback unit 240.

궤환부(240)는 파워 트랜지스터 MP와 접지 사이에 연결되고, 제1 궤환저항 R1 및 제2 궤환저항 R2를 흐르는 구동전류 Idr에 의해 제1 궤환저항 R1과 파워 트랜지스터 MP의 드레인 단에서 출력전압 Vout이 생성된다. 또한, 제1 궤환저항 R1과 제2 궤환저항 R2 사이에는 궤환전압 Vfb가 생성된다. 궤환전압 Vfb는 전압 선택부(220)로 입력된다.The feedback unit 240 is connected between the power transistor MP and ground, and the output voltage Vout at the drain terminal of the first feedback resistor R1 and the power transistor MP by the driving current Idr flowing through the first feedback resistor R1 and the second feedback resistor R2. Is generated. The feedback voltage Vfb is generated between the first feedback resistor R1 and the second feedback resistor R2. The feedback voltage Vfb is input to the voltage selector 220.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 2의 전압 레귤레이터를 상세히 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating in detail the voltage regulator of FIG. 2 according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 소프트 스타트부(210)는 제1 전류원 I1, 충전 커패시터 Cch, 스위치(211) 및 비교기(212)를 가진다. 입력전압 Vin의 공급이 개시되면, 제1 전류원 I1은 전류를 공급한다. 따라서, 충전 커패시터 Cch에는 전하가 축적되고, 전하의 축적에 의해 소프트 스타트 전압 Vss는 상승된다. 소프트 스타트 전압 Vss는 비교기(212)의 양의 입력단에 인가된다. 비교기(212)의 음의 입력단에는 기준전압 Vref_in이 입력된다. 충전동작의 초기에 소프트 스타트 전압 Vss는 기준전압 Vref_in보다 낮은 값을 가진다. 따라서, 비교기(212)는 로우 레벨을 출력하고, 스위치(211)는 오프 상태를 유지한다. 따라서, 스프트 스타트부(210)는 시간의 경과에 따라 서서히 증가하는 소프트 스타트 전압 Vss를 출력한다.Referring to FIG. 3, the soft start unit 210 has a first current source I1, a charging capacitor Cch, a switch 211, and a comparator 212. When the supply of the input voltage Vin is started, the first current source I1 supplies current. Therefore, charge is accumulated in the charging capacitor Cch, and the soft start voltage Vss is raised by the accumulation of charge. The soft start voltage Vss is applied to the positive input terminal of the comparator 212. The reference voltage Vref_in is input to the negative input terminal of the comparator 212. At the beginning of the charging operation, the soft start voltage Vss has a value lower than the reference voltage Vref_in. Thus, comparator 212 outputs a low level, and switch 211 remains off. Accordingly, the shift start unit 210 outputs a soft start voltage Vss that gradually increases with time.

만일, 충전동작이 충분이 수행되면, 소프트 스타트 전압 Vss는 기준전압 Vref_in 이상이 된다. 따라서, 비교기(212)는 하이 레벨을 출력하고, 스위치(211)를 도통시킨다. 따라서, 소프트 스타트부(210)는 입력전압 Vin을 소프트 스타트 전압 Vss로 하여 출력한다. 입력전압 Vin의 레벨은 기준전압 Vref_in을 상회한다.If sufficient charging operation is performed, the soft start voltage Vss becomes equal to or greater than the reference voltage Vref_in. Thus, the comparator 212 outputs a high level and causes the switch 211 to conduct. Therefore, the soft start unit 210 outputs the input voltage Vin as the soft start voltage Vss. The level of the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref_in.

전압 선택부(220)는 소프트 스타트부(210)의 출력인 소프트 스타트 전압 Vss 및 기준전압 Vref_in을 수신한다. 또한, 부궤환부(220)의 궤환전압 Vfb를 수신한다. 특히, 입력되는 소프트 스타트 전압 Vss 및 기준전압 Vref_in 중 어느 하나를 선택하여 에러 엠프(230)의 음의 입력신호 V-로 공급한다. 또한, 궤환전압 Vfb를 선택하여 에러 엠프(230)의 양의 입력신호 V+로 공급한다. 이를 위해 전압 선택부(220)는 제2 전류원 I2, 제3 전류원 I3, 제1 선택 트랜지스터 MS1, 제2 선택 트랜지스터 MS2 및 제3 선택 트랜지스터 MS3을 가진다. 제2 전류원 I2에는 제1 선택 트랜지스터 MS1 및 제2 선택 트랜지스터 MS2가 연결되며, 제2 전류원 I2의 전류 공급 동작에 의해 제1 선택 트랜지스터 MS1 및 제2 선택 트랜지스터 MS2의 소스 단자의 바이어스는 결정될 수 있다. 또한, 제3 전류원 I3에는 제3 선택 트랜지스터 MS3이 연결되고, 소스 단자의 바이어스를 결정한다.The voltage selector 220 receives the soft start voltage Vss and the reference voltage Vref_in, which are outputs of the soft start unit 210. In addition, the feedback voltage Vfb of the negative feedback unit 220 is received. In particular, one of the input soft start voltage Vss and the reference voltage Vref_in is selected and supplied to the negative input signal V− of the error amplifier 230. In addition, the feedback voltage Vfb is selected and supplied to the positive input signal V + of the error amplifier 230. The voltage selector 220 includes a second current source I2, a third current source I3, a first select transistor MS1, a second select transistor MS2, and a third select transistor MS3. The first select transistor MS1 and the second select transistor MS2 are connected to the second current source I2, and the bias of the source terminal of the first select transistor MS1 and the second select transistor MS2 may be determined by the current supply operation of the second current source I2. . In addition, a third select transistor MS3 is connected to the third current source I3 to determine the bias of the source terminal.

선택 트랜지스터들의 소스 단자들의 바이어스의 결정은 제2 전류원 I2 및 제3 전류원 I3이 공급하는 전류량에 의해 결정된다. 만일, 선택 트랜지스터들이 상호간에 동일한 W/L을 가지고, 동일한 문턱전압 Vth을 가지는 경우, 각각의 선택 트랜지스터를 흐르는 전류는 K(Vsg - ｜Vth｜)2으로 결정된다. 이를 통해 각각의 선택 트랜지스터의 소스-게이트 전압 Vsg는 결정되며, 소스단의 바이어스도 결정된다.The determination of the bias of the source terminals of the select transistors is determined by the amount of current supplied by the second current source I2 and the third current source I3. If the select transistors have the same W / L and have the same threshold voltage Vth, the current flowing through each select transistor is determined to be K (Vsg-| Vth |) 2 . Through this, the source-gate voltage Vsg of each select transistor is determined, and the bias of the source terminal is also determined.

따라서, 제1 선택 트랜지스터 MS1 및 제2 선택 트랜지스터 MS2의 소스 단자와 입력전압 Vin 사이에 연결된 제2 전류원 I2가 공급하는 전류에 의해 입력되는 소프트 스타트 전압 Vss 및 기준전압 Vref_in 중 어느 하나는 선택된다.Accordingly, either one of the soft start voltage Vss and the reference voltage Vref_in input by the current supplied by the second current source I2 connected between the source terminal of the first select transistor MS1 and the second select transistor MS2 and the input voltage Vin is selected.

에러 엠프(230)는 전압 선택부(220)에 연결되고, 기준전압 Vref_in 및 소프트 스타트 전압 Vss 중 어느 하나가 반영된 음의 입력신호 V-를 음의 입력단자로 공급받고, 궤환전압 Vfb가 반영된 양의 입력신호 V+를 양의 입력단자에 입력받으며, 2개의 입력단자에 인가되는 전압들의 차이를 증폭한다.The error amplifier 230 is connected to the voltage selector 220, receives a negative input signal V- reflecting any one of the reference voltage Vref_in and the soft start voltage Vss to the negative input terminal, and reflects the feedback voltage Vfb. The input signal of V + is input to the positive input terminal and amplifies the difference between the voltages applied to the two input terminals.

에러 엠프(230)의 출력은 파워 트랜지스터 MP의 게이트 단자로 인가된다. 파워 트랜지스터 MP는 소스 단자에 입력전압 Vin이 인가되며, 포화영역에서 동작한다. 따라서, 소스-게이트 단자 사이의 전압 Vsg에 따라 구동전류 Idr을 형성한다. 구동전류 Idr은 궤환부(240)의 궤환저항들 R1, R2를 흐른다. 또한, 출력전압 Vout은 파워 트랜지스터 MP의 드레인 단자와 제1 궤환저항 R1 사이에 형성된다. 또한, 궤환전압 Vfb는 제1 궤환저항 R1 및 제2 궤환저항 R2 사이에 형성되며, 전압 선택부(220)에 입력된다.The output of the error amplifier 230 is applied to the gate terminal of the power transistor MP. The power transistor MP is applied with an input voltage Vin at a source terminal and operates in a saturated region. Therefore, the driving current Idr is formed in accordance with the voltage Vsg between the source and gate terminals. The driving current Idr flows feedback resistors R1 and R2 of the feedback unit 240. The output voltage Vout is formed between the drain terminal of the power transistor MP and the first feedback resistor R1. In addition, the feedback voltage Vfb is formed between the first feedback resistor R1 and the second feedback resistor R2 and is input to the voltage selector 220.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 2의 전압 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 타이밍도들이다.4 and 5 are timing diagrams for describing an operation of the voltage regulator of FIG. 2 according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 소프트 스타트부의 동작양상이 개시된다.Referring to Figures 3 and 4, the operation of the soft start unit is disclosed.

먼저, 입력전압 Vin이 인가되기 시작하는 스타트 업 상태에서 제1 전류원 I1은 동작을 개시한다. 따라서, 충전 커패시터 Cch에는 전하가 축적되고, 충전전압 Vch는 선형적으로 증가한다. 따라서, 충전전압 Vch는 0V에서부터 서서히 상승하는 선형 램프의 응답특성을 가진다. 충전전압 Vch는 비교기(212)의 양의 입력단에 인가된다.First, the first current source I1 starts to operate in the start-up state when the input voltage Vin starts to be applied. Thus, charge is accumulated in the charging capacitor Cch, and the charging voltage Vch increases linearly. Therefore, the charging voltage Vch has a response characteristic of the linear lamp gradually rising from 0V. The charging voltage Vch is applied to the positive input terminal of the comparator 212.

충전전압 Vch가 기준전압 Vref_in보다 낮은 레벨을 가지는 경우, 비교기(212)는 로우 레벨을 출력하고, 스위치(211)를 오프시킨다. 따라서, 소프트 스타트부(210)는 0V에서 서서히 상승하는 램프 응답 특성을 가지는 충전전압 Vch를 소프트 스타트 전압 Vss로 출력한다.When the charging voltage Vch has a level lower than the reference voltage Vref_in, the comparator 212 outputs a low level and turns off the switch 211. Accordingly, the soft start unit 210 outputs the charging voltage Vch having the ramp response characteristic gradually rising at 0 V as the soft start voltage Vss.

따라서, 충전모드에서는 소프트 스타트 전압 Vss는 충전전압 Vch를 선택하고 이를 출력한다.Therefore, in the charging mode, the soft start voltage Vss selects the charging voltage Vch and outputs it.

또한, 시간 T1에서 충전전압 Vch가 기준전압 Vref_in 이상인 경우, 충전모드는 정상모드로 변경된다. 비교기(212)는 하이 레벨을 출력하고, 스위치(211)는 도통된다. 따라서, 입력전압 Vin이 소프트 스타트 전압 Vss으로 선택된다. 따라서, 상기 도 4에서 시간 T1에서 소프트 스타트 전압 Vss는 입력전압 Vin의 레벨로 점프하는 양상이 나타난다.In addition, when the charging voltage Vch is greater than or equal to the reference voltage Vref_in at time T1, the charging mode is changed to the normal mode. Comparator 212 outputs a high level, and switch 211 is turned on. Therefore, the input voltage Vin is selected as the soft start voltage Vss. Accordingly, the soft start voltage Vss jumps to the level of the input voltage Vin at time T1 in FIG. 4.

상기 도 3 및 도 4에서 설명된 바와 같이 소프트 스타트부는 충전모드에서는 충전전압 Vch를 출력하고, 정상모드에서는 입력전압 Vin을 출력한다. 또한, 충전모드는 충전전압 Vch가 기준전압 Vref_in 보다 낮은 레벨을 가지는 동안 수행되고, 충전전압 Vch가 기준전압 Vref_in 이상인 경우, 정상모드의 동작을 수행한다.3 and 4, the soft start unit outputs the charging voltage Vch in the charging mode and outputs the input voltage Vin in the normal mode. In addition, the charging mode is performed while the charging voltage Vch has a level lower than the reference voltage Vref_in, and when the charging voltage Vch is higher than or equal to the reference voltage Vref_in, the normal mode operation is performed.

도 5를 참조하면, 상기 도 4에 개시된 2개의 모드 동작시의 전압 선택부의 동작에 따른 음의 입력신호 V-의 상태가 개시된다.Referring to FIG. 5, the state of the negative input signal V− according to the operation of the voltage selector in the two mode operations disclosed in FIG. 4 is disclosed.

먼저, 소프트 스타트부(210)가 충전전압 Vch를 소프트 스타트 전압 Vss로 출력하는 경우, 전압 선택부(220)는 충전전압 Vch성분을 선택하고, 이를 에러 엠프(220)의 음의 입력신호 V-로 사용한다. 전압 선택부(220)의 제1 선택 트랜지스터 MS1은 충전전압 Vch에 의해 턴온된다. 이는 충전전압 Vch가 기준전압 Vref_in보다 낮은 값을 가진데 기인한다. 제1 선택 트랜지스터 MS1의 턴온에 의해 에러 엠프의 음의 입력단에는 Vch+Vsg(제1 선택 트랜지스터의 소스-게이트 전압)의 전압이 인가된다. 또한, 기준전압 Vref_in은 충전전압 Vch보다 높은 레벨을 가지므로 제2 선택 트랜지스터 MS2는 오프 상태를 유지한다. First, when the soft start unit 210 outputs the charge voltage Vch as the soft start voltage Vss, the voltage selector 220 selects the charge voltage Vch component, and the negative input signal V− of the error amplifier 220 is selected. Used as. The first selection transistor MS1 of the voltage selector 220 is turned on by the charging voltage Vch. This is because the charging voltage Vch has a lower value than the reference voltage Vref_in. By turning on the first select transistor MS1, a voltage of Vch + Vsg (source-gate voltage of the first select transistor) is applied to the negative input terminal of the error amplifier. In addition, since the reference voltage Vref_in has a level higher than the charging voltage Vch, the second selection transistor MS2 is maintained in the off state.

또한, 제3 선택 트랜지스터 MS3의 게이트 단자에는 궤환전압 Vfb가 인가되며, 턴온된 제3 선택 트랜지스터 MS3에 의해 에러 엠프(230)의 양의 입력단자에는 Vfb+Vsg(제3 선택 트랜지스터의 소스-게이트 전압)의 전압이 인가된다. 에러 엠프(230)는 2개의 입력단자에 인가되는 전압차를 증폭하고, 이를 파워 트랜지스터 MP의 게이트 단자에 전달한다.The feedback voltage Vfb is applied to the gate terminal of the third select transistor MS3, and Vfb + Vsg (the source-gate of the third select transistor) is applied to the positive input terminal of the error amplifier 230 by the turned-on third select transistor MS3. Voltage) is applied. The error amplifier 230 amplifies the voltage difference applied to the two input terminals and transfers it to the gate terminal of the power transistor MP.

만일, 충전전압 Vch가 지속적으로 증가하여, 정상모드로 진입하는 경우, 제1 선택 트랜지스터 MS1의 게이트 단자에는 입력전압 Vin인 소프트 스타트 전압 Vss가 인가된다. 즉, 상기 입력전압 Vin은 기준전압 Vref_in보다 높은 값을 가지도록 설정된다. 따라서, 전압 선택부(220)에서 제2 선택 트랜지스터 MS2가 턴온된다. 턴온된 제2 선택 트랜지스터 MS2에 의해 에러 엠프(230)의 음의 입력단에는 Vref_in+Vsg(제2 선택 트랜지스터의 소스-게이트 전압)의 전압이 인가된다.If the charging voltage Vch is continuously increased to enter the normal mode, the soft start voltage Vss, which is the input voltage Vin, is applied to the gate terminal of the first selection transistor MS1. That is, the input voltage Vin is set to have a value higher than the reference voltage Vref_in. Therefore, the second select transistor MS2 is turned on in the voltage selector 220. A voltage of Vref_in + Vsg (source-gate voltage of the second selection transistor) is applied to the negative input terminal of the error amplifier 230 by the turned-on second selection transistor MS2.

따라서, 에러 엠프의 음의 입력단에는 정상모드 시의 전압인 Vref_in+Vsg이 입력된다.Therefore, Vref_in + Vsg, which is the voltage in the normal mode, is input to the negative input terminal of the error amplifier.

본 발명에서는 선택 트랜지스터들의 소스-게이트 전압 Vsg가 상호간에 동일한 것으로 설정하여 설명을 진행한다. 다만, 실시의 형태에 따라 소스-게이트 전압들은 상호간에 상이할 수 있다.In the present invention, the description will be made by setting the source-gate voltage Vsg of the selection transistors to be identical to each other. However, depending on the embodiment, the source-gate voltages may be different from each other.

또한, 본 발명에서 전압 선택부(220)의 음의 입력신호 V-는 낮은 레벨로부터 선형적으로 증가하는 램프 응답 특성을 가지는 전압이 인가된다. 이는 충전모드에서 Vref_in + Vsg까지 증가하며, 이후의 정상모드에는 Vref_in + Vsg 상태를 유지한다.Also, in the present invention, a voltage having a ramp response characteristic that increases linearly from a low level is applied to the negative input signal V− of the voltage selector 220. This increases to Vref_in + Vsg in the charging mode, and maintains the state of Vref_in + Vsg in the subsequent normal mode.

램프 응답 특성을 가지는 충전구간에서 전압 레귤레이터는 특정의 DC 레벨을 중심으로 맥류하는 응답특성을 보이지 않으며, 특정의 DC 특성을 향해 지속적으로 증가하는 특성을 가진다.In the charging section having a lamp response characteristic, the voltage regulator does not show a response characteristic that pulsates around a specific DC level, and has a characteristic of continuously increasing toward a specific DC characteristic.

즉, 충전구간에서 전압 선택부(220)의 전압이 서서히 증가하면, 에러 엠프(230)의 출력레벨은 감소한다. 이는 파워 트랜지스터 MP의 게이트 전압의 감소를 의미한다. 포화영역에서 동작하는 파워 트랜지스터 MP의 구동전류 Idr은 (Vsg-Vth)2에 비례하는 특성을 가진다. 따라서 감소된 게이트 전압에 의해 구동전류 Idr은 증가한다. 이는 출력전압 Vout 및 궤환전압 Vfb의 상승을 유발한다. 따라서, 궤환전압 Vfb는 증가하며, 증가된 충전전압 Vch와의 차이를 상쇄한다. 다만, 궤환저항들의 선택에 따라 에러 엠프(230)는 정상상태에 도달하기에 적합한 출력전압을 빠르게 선택할 수 있으며, 이를 통해 파워 트랜지스터 MP의 구동전류 Idr을 형성할 수 있다.That is, when the voltage of the voltage selector 220 gradually increases in the charging section, the output level of the error amplifier 230 decreases. This means a reduction in the gate voltage of the power transistor MP. The driving current Idr of the power transistor MP operating in the saturation region has a characteristic proportional to (Vsg-Vth) 2 . Therefore, the driving current Idr increases due to the reduced gate voltage. This causes an increase in the output voltage Vout and the feedback voltage Vfb. Therefore, the feedback voltage Vfb increases, and offsets the difference from the increased charging voltage Vch. However, according to the selection of the feedback resistors, the error amplifier 230 may quickly select an output voltage suitable for reaching a steady state, thereby forming the driving current Idr of the power transistor MP.

충전구간에서의 충전동작이 완료되면, 통상의 레귤레이팅 동작이 수행된다. 따라서, 에러 엠프의 음의 입력단에는 기준전압 Vref_in + Vsg가 인가되며, 궤환 전압 Vfb의 레벨에 따라 차이값이 증폭된다.When the charging operation in the charging section is completed, the normal regulating operation is performed. Therefore, the reference voltage Vref_in + Vsg is applied to the negative input terminal of the error amplifier, and the difference value is amplified according to the level of the feedback voltage Vfb.

따라서, 충전구간 이외의 시간영역에서 램프 응답 특성을 가지는 충전전압 Vss는 에러 엠프의 음의 입력단에 반영되지 않으며, 기준전압 성분만이 반영된다.Therefore, the charging voltage Vss having the lamp response characteristic in the time domain other than the charging section is not reflected to the negative input terminal of the error amplifier, and only the reference voltage component is reflected.

본 발명에 따르면, 에러 엠프의 음의 입력단에는 서서히 증가하는 램프 응답 특성을 가지는 신호가 인가된다. 또한, 출력전압이 정상상태에 근접하면, 에러 엠프의 음의 입력단에는 기준전압이 반영된 신호가 인가되며 정상상태를 유지한다. 따라서, 초기 입력전압 또는 전원전압이 공급되는 스타트 업 상태에서 출력전압의 급격한 변동 또는 에러 엠프에서의 급격한 변동을 통한 전압 레귤레이터의 오동작은 방지되며, 빠른 응답속도의 구현과 함께 일정한 출력신호의 레벨을 유지하는 정상상태로의 진입이 가능해진다.According to the present invention, a signal having a gradually increasing ramp response characteristic is applied to the negative input terminal of the error amplifier. In addition, when the output voltage approaches the normal state, a signal reflecting the reference voltage is applied to the negative input terminal of the error amplifier and maintains the normal state. Therefore, a malfunction of the voltage regulator due to a sudden fluctuation in the output voltage or a sudden fluctuation in the error amplifier in the start-up state in which the initial input voltage or the power supply voltage is supplied is prevented, and the level of the output signal is constant with a high response speed. It is possible to enter the steady state.

210 : 소프트 스타트부 220 : 전압 선택부
230 : 에러 엠프 240 : 궤환부210: soft start unit 220: voltage selection unit
230: error amplifier 240: feedback unit

Claims (7)

입력전압을 수신하고, 충전모드 및 정상모드의 동작을 통해 스타트 업 상태에서 램프 응답 특성을 가지는 소프트 스타트 전압을 생성하기 위한 소프트 스타트부;
상기 소프트 스타트 전압을 수신하고, 기준 전압 및 상기 소프트 스타트 전압 중 어느 하나를 선택하여 음의 입력신호로 생성하기 위한 전압 선택부;
상기 음의 입력신호 및 양의 입력신호의 차이를 증폭하기 위한 에러 엠프;
상기 에러 엠프의 출력신호 및 상기 입력전압의 차이에 따른 구동전류를 생성하기 위한 파워 트랜지스터; 및
상기 구동전류에 따라 출력전압을 생성하고, 궤환저항들의 저항비에 따른 궤환전압을 생성하며, 상기 궤환전압을 상기 전압 선택부에 공급하여 상기 양의 입력신호로 제공하기 위한 궤환부를 포함하는 전압 레귤레이터.A soft start unit for receiving an input voltage and generating a soft start voltage having a lamp response characteristic in a start-up state through operation of a charging mode and a normal mode;
A voltage selector for receiving the soft start voltage and selecting one of a reference voltage and the soft start voltage to generate a negative input signal;
An error amplifier for amplifying a difference between the negative input signal and the positive input signal;
A power transistor for generating a driving current according to a difference between an output signal of the error amplifier and the input voltage; And
A voltage regulator for generating an output voltage according to the driving current, generating a feedback voltage according to a resistance ratio of feedback resistors, and supplying the feedback voltage to the voltage selector to provide the positive input signal as a positive input signal. . 제1항에 있어서, 상기 소프트 스타트부는,
상기 입력전압의 공급에 따라 전류를 발생하는 제1 전류원;
상기 제1 전류원의 공급에 따른 충전전압을 생성하는 충전 커패시터;
상기 충전전압 및 상기 기준전압을 비교하기 위한 비교기; 및
상기 비교기의 출력에 따른 온/오프 동작을 수행하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.The method of claim 1, wherein the soft start unit,
A first current source generating a current in response to the supply of the input voltage;
A charging capacitor generating a charging voltage according to the supply of the first current source;
A comparator for comparing the charging voltage and the reference voltage; And
And a switch configured to perform an on / off operation according to the output of the comparator. 제2항에 있어서, 상기 충전모드에서 상기 충전전압은 상기 기준전압보다 낮은 레벨을 유지하고, 상기 비교기는 상기 스위치를 오프시키고, 상기 충전전압이 상기 소프트 스타트 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.The voltage regulator of claim 2, wherein in the charging mode, the charging voltage maintains a level lower than the reference voltage, the comparator turns off the switch, and the charging voltage generates the soft start voltage. . 제3항에 있어서, 상기 정상모드에서 상기 비교기는 상기 스위치를 온시키고, 상기 입력전압이 상기 소프트 스타트 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.4. The voltage regulator as claimed in claim 3, wherein in the normal mode, the comparator turns on the switch and the input voltage generates the soft start voltage. 제2항에 있어서, 상기 전압 선택부는,
상기 입력전압에 연결된 제2 전류원에 연결되고, 상기 소프트 스타트 전압을 수신하는 제1 선택 트랜지스터;
상기 제2 전류원에 연결되고, 상기 기준전압을 수신하는 제2 선택 트랜지스터; 및
상기 입력전압에 연결된 제3 전류원에 연결되고, 상기 궤환전압을 수신하는 제3 선택 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.The method of claim 2, wherein the voltage selector,
A first select transistor connected to a second current source connected to the input voltage and receiving the soft start voltage;
A second selection transistor connected to the second current source and configured to receive the reference voltage; And
And a third select transistor connected to a third current source connected to the input voltage and receiving the feedback voltage. 제5항에 있어서, 상기 충전모드에서 상기 제1 선택 트랜지스터는 턴온되고, 상기 소프트 스타트 전압 성분을 상기 음의 입력신호로 형성하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.6. The voltage regulator as claimed in claim 5, wherein in the charging mode, the first selection transistor is turned on and forms the soft start voltage component as the negative input signal. 제6항에 있어서, 상기 정상모드에서 상기 제2 선택 트랜지스터는 턴온되고, 상기 기준전압 성분을 상기 음의 입력신호로 형성하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.7. The voltage regulator of claim 6, wherein in the normal mode, the second selection transistor is turned on and forms the reference voltage component as the negative input signal.
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