KR101325184B1 - Over-voltage protection circuit and semiconductor device having the over-voltage protection circuit - Google Patents

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Abstract

정격사양 이상의 과전압이 입력될 경우에 내부 회로를 보호하는 과전압 보호 회로가 개시된다. 본 발명의 실시예의 일측면에 따르면, 입력되는 외부 전압의 변동에 독립하여 내부 전압을 제공하는 션트 레귤레이터 회로, 상기 내부 전압을 이용하여 상기 션트 레귤레이터에 공급될 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 회로 및 상기 외부 전압의 변동을 모니터링하여 상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴온 또는 턴오프하는 제어 신호를 생성하는 외부 입력 전압 모니터링 회로를 포함하는 과전압 보호 회로가 제공된다.An overvoltage protection circuit is disclosed that protects an internal circuit when an overvoltage of more than the rated specification is input. According to an aspect of an embodiment of the present invention, a shunt regulator circuit for providing an internal voltage independent of the variation of the external voltage input, a reference voltage generation circuit for generating a reference voltage to be supplied to the shunt regulator using the internal voltage; An overvoltage protection circuit is provided that includes an external input voltage monitoring circuit for monitoring a change in the external voltage to generate a control signal that turns on or off the shunt regulator circuit and the reference voltage generator.

Description

과전압 보호 회로 및 이를 구비한 반도체 장치{Over-voltage protection circuit and semiconductor device having the over-voltage protection circuit}Overvoltage protection circuit and semiconductor device having same {Over-voltage protection circuit and semiconductor device having the over-voltage protection circuit}

본 발명은 반도체 회로 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 정격사양 이상의 과전압이 입력될 경우에 내부 회로를 보호하는 과전압 보호 회로에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor circuit device, and more particularly, to an overvoltage protection circuit that protects an internal circuit when an overvoltage exceeding a rated specification is input.

입력 전압에 의존하지 않고 일정한 전압을 부하에 공급하는 대표적인 전압 레귤레이터로 션트(shunt) 회로가 있다. 션트 회로는 입력 전압이 증가하더라도, 출력 전압을 일정하게 유지시키는 동작을 한다. 션트 회로가 내부 전압을 일정하게 유지시키기 위해서는, 별도의 기준 전압 공급 회로로부터 기준 전압을 공급받아야 하며, 외부 전원의 공급 여부에 상관없이 지속적으로 턴온 상태를 유지하여야 한다. A typical voltage regulator that supplies a constant voltage to the load without depending on the input voltage is a shunt circuit. The shunt circuit operates to keep the output voltage constant even though the input voltage increases. In order for the shunt circuit to keep the internal voltage constant, the reference voltage must be supplied from a separate reference voltage supply circuit, and must be continuously turned on regardless of whether or not an external power supply is supplied.

이러한 구동 조건은 션트 회로 및 그 부가 회로의 소모 전력이 부하의 소모 전력에 비해 상대적으로 작은 경우에는 큰 문제를 야기하지 않는다. 그러나 기존 션트 회로 및 그 부가 회로의 소모 전력이 부하에서 소모되는 전력과 비슷하거나 큰 경우에는 이러한 구동 조건은 상당한 설계 제약이 된다. 특히 기준 전압을 공급하는 기준 전압 공급 회로는 설계된 회로에서 상당한 면적을 차지하며, 전력 역시 상당한 양을 소모한다.
This driving condition does not cause a big problem when the power consumption of the shunt circuit and its additional circuits is relatively small compared to the power consumption of the load. However, if the power dissipation of the existing shunt circuit and its additional circuits is similar to or greater than the power dissipated at the load, this driving condition is a significant design constraint. In particular, the reference voltage supply circuit that supplies the reference voltage occupies a considerable area in the designed circuit, and also consumes a considerable amount of power.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0061334호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0061334 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0083871호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0083871

본 발명의 실시예에서는, 외부 전원의 크기에 의존하지 않고 일정한 내부 전압을 출력하는 과전압 보호 회로를 제공한다. 특히, 과전압 보호 회로는 외부 전원이 정격 전압 범위에서 입력될 경우 턴오프됨으로써, 과전압 보호 회로가 포함된 전체 회로의 전력 소모를 감소시킬 수 있는 과전압 보호 회로를 제공한다.
In an embodiment of the present invention, there is provided an overvoltage protection circuit that outputs a constant internal voltage without depending on the size of an external power supply. In particular, the overvoltage protection circuit provides an overvoltage protection circuit that can be turned off when the external power source is input in the rated voltage range, thereby reducing the power consumption of the entire circuit including the overvoltage protection circuit.

본 발명의 실시예의 일측면에 따르면, 입력되는 외부 전압을 이용하여 내부 전압을 일정하게 유지하는 션트 레귤레이터 회로, 상기 내부 전압을 이용하여 상기 션트 레귤레이터 회로에 공급될 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 회로 및 상기 외부 전압의 변동을 모니터링하여 상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴온 또는 턴오프하는 제어 신호를 생성하는 외부 입력 전압 모니터링 회로를 포함하는 과전압 보호 회로가 제공된다. According to an aspect of an embodiment of the present invention, a shunt regulator circuit for keeping an internal voltage constant using an external voltage input, a reference voltage generation circuit for generating a reference voltage to be supplied to the shunt regulator circuit using the internal voltage And an external input voltage monitoring circuit for monitoring a change in the external voltage to generate a control signal for turning on or off the shunt regulator circuit and the reference voltage generator.

본 발명의 실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 과전압 보호 회로를 포함하는 반도체 장치가 제공된다.
According to another aspect of an embodiment of the present invention, a semiconductor device including the overvoltage protection circuit is provided.

본 발명의 일실시예에 따른 과전압 보호 회로는, 일반적인 과전압 보호 회로에 비해 구조를 단순화함으로써, 과전압 보호 회로가 차지하는 면적을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 정상적인 동작시에는 과전압 보호 회로에서 가장 전력을 많이 소모하는 부분을 턴오프시킴으로써, 전력 소모를 크게 감소시킬 수 있다.
The overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention can greatly reduce the area occupied by the overvoltage protection circuit by simplifying the structure as compared to the general overvoltage protection circuit. In addition, during normal operation, power consumption may be greatly reduced by turning off the most power-consuming part of the overvoltage protection circuit.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로를 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 외부 전압 모니터링 회로를 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 외부 전압 모니터링 회로의 히스테리시스 설정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기준 전압 생성 회로 및 션트 레귤레이터 회로를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로의 턴오프 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로의 턴온 작동을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. For the sake of clarity, throughout the accompanying drawings, like elements have been assigned the same reference numerals. It is to be understood that the present invention is not limited to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, but may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
1 is a block diagram schematically illustrating an overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating an external voltage monitoring circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph for explaining hysteresis setting of the external voltage monitoring circuit of FIG. 2.
4 is a circuit diagram illustrating a reference voltage generation circuit and a shunt regulator circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the turn-off operation of the overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the turn-on operation of the overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로를 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.1 is a block diagram schematically illustrating an overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 과전압 보호 회로는 외부 전압 모니터링 회로(100), 기준 전압 생성 회로(200) 및 션트 레귤레이터 회로(300)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로는 외부 전압(VDD)이 입력 허용 전압을 초과하지 않는 동안에는 과전압 보호 회로의 일부를 턴오프시켜서, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.Referring to FIG. 1, the overvoltage protection circuit includes an external voltage monitoring circuit 100, a reference voltage generation circuit 200, and a shunt regulator circuit 300. The overvoltage protection circuit according to the embodiment of the present invention can turn off a part of the overvoltage protection circuit while the external voltage VDD does not exceed the input allowable voltage, thereby reducing unnecessary power consumption.

외부 전압 모니터링 회로(100)는 과전압 보호 회로로 입력되는 외부 전압을 모니터링하여 기준 전압 생성 회로(200) 및 션트 레귤레이터 회로(300)를 제어하는 제어 신호를 출력한다. 외부 전압은 실질적으로 입력 허용 전압이지만, 입력되는 외부 전압은 정격 전압보다 크거나 작게 변동할 수 있다. 입력 허용 전압은, 예를 들면, 3.3V, 5V, 12V와 같은 직류 전압일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않으며, 적용 분야에 따라 다양한 크기의 입력 허용 전압의 선택이 가능하다. 여기서 직류 전압은 실질적인 직류 전압, 즉, 리플(ripple)을 가진 직류 전압도 포함한다. 외부 전압이 실질적으로 입력 허용 전압이거나 입력 허용 전압보다 작으면, 외부 전압 모니터링 회로(100)는 턴오프 제어 신호를 생성하며, 외부 전압이 실질적으로 입력 허용 전압을 초과하면, 외부 전압 모니터링 회로(100)는 턴온 제어 신호를 생성한다.The external voltage monitoring circuit 100 outputs a control signal for controlling the reference voltage generating circuit 200 and the shunt regulator circuit 300 by monitoring the external voltage input to the overvoltage protection circuit. The external voltage is substantially an input allowable voltage, but the input external voltage may fluctuate larger or smaller than the rated voltage. The input allowable voltage may be, for example, a DC voltage such as 3.3V, 5V, or 12V, but is not limited thereto, and an input allowable voltage of various magnitudes may be selected according to an application. The DC voltage here also includes a substantial DC voltage, that is, a DC voltage with ripple. If the external voltage is substantially the input allowable voltage or less than the input allowable voltage, the external voltage monitoring circuit 100 generates a turn-off control signal, and if the external voltage is substantially above the input allowable voltage, the external voltage monitoring circuit 100 ) Generates a turn-on control signal.

기준 전압 생성 회로(200)는 내부 전압(DVDD)을 이용하여 기준 전압을 생성한다. 기준 전압은 션트 레귤레이터 회로(300)로 제공되어 부하로 공급되는 전류를 조절하는데 이용된다. 부하는 내부 전압이 인가되는 회로로서, 과전압 보호 회로가 포함된 반도체 회로의 나머지 부분이다. 본 발명의 실시예에 따른 기준 전압 생성 회로(200)는 제어 신호에 의해 턴온 또는 턴오프된다.The reference voltage generation circuit 200 generates a reference voltage using the internal voltage DVDD. The reference voltage is provided to the shunt regulator circuit 300 and used to regulate the current supplied to the load. The load is a circuit to which an internal voltage is applied, and is the remainder of the semiconductor circuit including the overvoltage protection circuit. The reference voltage generation circuit 200 according to the embodiment of the present invention is turned on or off by a control signal.

션트 레귤레이터 회로(300)는 내부 전압을 일정하게 유지한다. 이를 위해, 션트 레귤레이터 회로(300)는 입력 허용 전압을 초과하여 발생한 전류 증가분을 바이패스시킴으로써, 부하로 전달되는 전류의 양을 일정하게 한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 션트 레귤레이터 회로(300)는 제어 신호에 의해 턴온 또는 턴오프된다. 션트 레귤레이터 회로(300)가 턴온된 상태, 즉, 외부 전압이 입력 허용 전압을 초과한 상태에서는, 일반적인 션트 레귤레이터로 동작한다. 그러나, 션트 레귤레이터 회로(300)가 턴오프된 상태, 즉, 외부 전압이 입력 허용 전압 내에서 변동하는 상태에서는, 외부 전압과 실질적으로 동일한 내부 전압을 부하에 공급한다.The shunt regulator circuit 300 keeps the internal voltage constant. To this end, the shunt regulator circuit 300 bypasses the current increase that exceeds the input allowable voltage, thereby making the amount of current delivered to the load constant. On the other hand, the shunt regulator circuit 300 according to an embodiment of the present invention is turned on or off by a control signal. When the shunt regulator circuit 300 is turned on, that is, when the external voltage exceeds the input allowable voltage, the shunt regulator circuit 300 operates as a general shunt regulator. However, in the state where the shunt regulator circuit 300 is turned off, that is, the state in which the external voltage fluctuates within the input allowable voltage, the internal voltage substantially equal to the external voltage is supplied to the load.

한편, 기준 전압 생성 회로(200)와 션트 레귤레이터 회로(300)는 내부 전압에 의해 동작한다. 션트 레귤레이터 회로(300)는 내부 전압을 감지하여 바이패스할 전류량을 결정하는 피드백 구조를 가진다. 또한, 기준 전압 생성 회로(200)도 내부 전압을 이용하여 션트 레귤레이터 회로(300)에 제공될 기준 전압을 발생한다. 즉, 별도의 전원에 의해 동작하는 종래의 기준 전압 생성 회로와 달리 본 발명의 실시예에 따른 기준 전압 생성 회로(200)는 션트 레귤레이터 회로(300)의 피드백에 이용되는 내부 전압을 동일하게 이용한다. 이로 인해, 내부 전압의 변동에 의한 영향이 기준 전압 생성 회로(200)와 션트 레귤레이터 회로(300)에 실질적으로 동일하게 적용된다.
Meanwhile, the reference voltage generator circuit 200 and the shunt regulator circuit 300 operate by internal voltages. The shunt regulator circuit 300 has a feedback structure that senses an internal voltage and determines an amount of current to bypass. In addition, the reference voltage generation circuit 200 also generates a reference voltage to be provided to the shunt regulator circuit 300 using the internal voltage. That is, unlike the conventional reference voltage generation circuit operated by a separate power source, the reference voltage generation circuit 200 according to the embodiment of the present invention uses the same internal voltage used for the feedback of the shunt regulator circuit 300. For this reason, the influence of the variation of the internal voltage is applied to the reference voltage generating circuit 200 and the shunt regulator circuit 300 substantially the same.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 외부 전압 모니터링 회로를 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이며, 도 3은 도 2의 외부 전압 모니터링 회로의 히스테리시스 설정을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating an external voltage monitoring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph for explaining hysteresis setting of the external voltage monitoring circuit of FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 외부 전압 모니터링 회로(100)는 전압 분배 회로(110), 히스테리시스 설정 회로(120) 및 비교 회로(130)를 포함한다.2, an external voltage monitoring circuit 100 according to an embodiment of the present invention includes a voltage distribution circuit 110, a hysteresis setting circuit 120, and a comparison circuit 130.

전압 분배 회로(110)는 외부 전압을 입력 받는다. 일 실시예에서, 전압 분배 회로(110)는 직렬로 연결된 복수의 저항으로 구현할 수 있다. 직렬로 연결된 복수개의 저항은 외부 전압을 저항비에 의해 분배하여, 외부 전압의 변동을 감지하는데 이용된다.The voltage distribution circuit 110 receives an external voltage. In one embodiment, the voltage distribution circuit 110 may be implemented with a plurality of resistors connected in series. The plurality of resistors connected in series divides the external voltage by the resistance ratio, and is used to detect a change in the external voltage.

히스테리시스 설정 회로(120)는 입력 허용 전압의 마진 m1을 설정한다. 마진 m1은 입력 신호 LXV, LXY에 의해 결정될 수 있다. 입력 신호 LXV, LXY는 내부 전압을 이용하여 생성될 수 있다. 정상적인 상태에서, 외부 전압은 내부 전압과 실질적으로 동일하다. 따라서 입력 허용 전압은 내부 전압이다. 그러나 비정상적인 상태, 예를 들어, 입력 허용 전압을 초과한 외부 전압이 인가되면, 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로가 턴온된다. 과전압 보호 회로가 턴온된 상태에서 외부 전압이 입력 허용 전압 사이에서 변동하면, 과전압 보호 회로는 턴온과 턴오프가 반복되는 불필요한 동작이 유발된다. 따라서 과전압 보호 회로는 입력 허용 전압을 초과하는 순간부터 턴온되지만, 턴온된 상태에서는 입력 허용 전압보다 일정한 마진을 주어서, 입력 허용 전압을 중심으로 외부 전압이 변동되더라도 과전압 보호 회로가 턴온과 턴오프를 반복하지 않도록 한다. The hysteresis setting circuit 120 sets a margin m1 of the input allowable voltage. The margin m1 may be determined by the input signals LXV and LXY. The input signals LXV and LXY can be generated using internal voltages. Under normal conditions, the external voltage is substantially equal to the internal voltage. Therefore, the input allowable voltage is the internal voltage. However, if an abnormal state, for example, an external voltage exceeding the input allowable voltage is applied, the overvoltage protection circuit according to the embodiment of the present invention is turned on. If the external voltage fluctuates between the input allowable voltages while the overvoltage protection circuit is turned on, the overvoltage protection circuit causes unnecessary operation in which turn on and turn off are repeated. Therefore, the overvoltage protection circuit turns on from the moment when it exceeds the input allowable voltage, but in the turned on state, it gives a constant margin than the input allowable voltage, so that the overvoltage protection circuit repeats the turn-on and turn-off even if the external voltage is fluctuated around the input allowable voltage. Do not do it.

비교 회로(130)는 션트 레귤레이터 회로 및 기준 전압 생성 회로를 턴온 또는 턴오프하는 제어 신호를 생성한다. 비교 회로(130)는 분배된 외부 전압 및 입력 허용 전압의 마진 m1을 입력 받는다. 비교 회로(130)는 션트 레귤레이터 회로 및 기준 전압 생성 회로를 턴온시키는 제어 신호를 출력하는 동안 외부 전압이 상기 마진 내에서 변동하면, 턴온시키는 제어 신호를 유지한다. 그러나, 외부 전압이 상기 마진으로 설정된 전압 DVDD-m1이하로 떨어지면, 비교 회로(130)는 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴오프시키는 제어 신호를 출력한다.
The comparison circuit 130 generates a control signal for turning on or off the shunt regulator circuit and the reference voltage generation circuit. The comparison circuit 130 receives a margin m1 of the divided external voltage and the input allowable voltage. The comparison circuit 130 maintains the control signal to turn on if the external voltage fluctuates within the margin while outputting the control signal to turn on the shunt regulator circuit and the reference voltage generator circuit. However, when the external voltage falls below the voltage DVDD-m1 set as the margin, the comparison circuit 130 outputs a control signal for turning off the shunt regulator circuit and the reference voltage generation circuit.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기준 전압 생성 회로 및 션트 레귤레이터 회로를 도시한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a reference voltage generation circuit and a shunt regulator circuit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 기준 전압 생성 회로(200)는 저항(210) 및 다이오드(230)를 포함한다. 기준 전압 생성 회로(200)는 스위칭 트랜지스터(220)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the reference voltage generation circuit 200 includes a resistor 210 and a diode 230. The reference voltage generation circuit 200 may further include a switching transistor 220.

저항(210)과 다이오드(230)는 노드 1과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 노드 1은 부하에 전원을 공급하는 내부 전압이 걸리는 노드이다. 저항(210)은 형성된 노드 1과 접지 사이에 형성된 전류 경로를 통과하는 전류의 양을 최소화하기 위해 노드 분리 저항(305)에 비해 상대적으로 큰 저항값을 가질 수 있다. 다이오드(230)는 순방향 전류에 대해 일정한 전압 강하를 갖는 PN 접합 다이오드이다. 저항(210)은 다이오드(230)의 P단에 연결된다. 저항(210)과 다이오드(230) 사이의 노드 VA에 걸리는 전압은 기준 전압으로 션트 레귤레이터 회로(300)에 입력된다.Resistor 210 and diode 230 are connected in series between node 1 and ground. Node 1 is a node with an internal voltage that powers the load. The resistor 210 may have a larger resistance value than the node isolation resistor 305 to minimize the amount of current passing through the current path formed between the formed node 1 and ground. Diode 230 is a PN junction diode having a constant voltage drop with respect to the forward current. The resistor 210 is connected to the P terminal of the diode 230. The voltage across node VA between resistor 210 and diode 230 is input to shunt regulator circuit 300 as a reference voltage.

한편, 저항(210)과 다이오드(230) 사이에 스위칭 트랜지스터(220)가 연결될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(220)는 NMOS 트랜지스터로 도시되어 있으나, PMOS 트랜지스터 또는 다른 형태의 스위칭 소자로도 구현될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(220)에는 제어 신호가 입력되어 스위칭 동작을 제어한다. 스위칭 트랜지스터(220)의 게이트는 제어 신호를 입력 받으며, 드레인은 노드 VA에 연결되며, 소스는 다이오드의 P단에 연결될 수 있다. Meanwhile, the switching transistor 220 may be connected between the resistor 210 and the diode 230. The switching transistor 220 is illustrated as an NMOS transistor, but may also be implemented as a PMOS transistor or other type of switching element. A control signal is input to the switching transistor 220 to control the switching operation. A gate of the switching transistor 220 may receive a control signal, a drain may be connected to the node VA, and a source may be connected to the P terminal of the diode.

한편, 도 4를 계속 참조하면, 션트 레귤레이터 회로(300)는 노드 분리 저항(305), 내부 전압 분배 저항(310, 315), 다이오드(330), 증폭기(340), 바이패스 트랜지스터(350)를 포함한다. 션트 레귤레이터 회로(300)는 스위칭 트랜지스터(320, 325)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 4, the shunt regulator circuit 300 may include the node isolation resistor 305, the internal voltage divider resistors 310 and 315, the diode 330, the amplifier 340, and the bypass transistor 350. Include. The shunt regulator circuit 300 may further include switching transistors 320 and 325.

노드 분리 저항(305)는 외부 전압과 노드 1 사이에 연결된다. 정상적인 상태에서 인가되는 외부 전압을 내부 전압으로 부하에 제공하기 위해서, 노드 분리 저항(305)의 저항값은 실질적으로 작게 설계될 수 있다. 이를 통해, 노드 분리 저항(305)에 의해 걸리는 전압 강하가 최소화될 수 있다.Node isolation resistor 305 is coupled between the external voltage and node 1. In order to provide an external voltage applied to the load as an internal voltage in a normal state, the resistance value of the node isolation resistor 305 may be designed to be substantially small. As a result, the voltage drop applied by the node isolation resistor 305 may be minimized.

내부 전압 분배 저항(310, 315)과 다이오드(330)는 노드 1과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 저항(310, 315)은 형성된 노드 1과 접지 사이에 형성된 전류 경로를 통과하는 전류의 양을 최소화하기 위해 노드 분리 저항(305)에 비해 상대적으로 큰 저항값을 가질 수 있다. 다이오드(330)는 순방향 전류에 대해 일정한 전압 강하를 갖는 PN 접합 다이오드이다. 도 4에서는 1개의 다이오드가 표시되어 있으나, 다이오드(330)은 복수의 다이오드가 병렬로 연결될 수 있다. 저항(315)은 다이오드(330)의 P단에 연결된다. 한편, 저항(315)과 다이오드(330) 사이에 스위칭 트랜지스터(320)가 연결될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(320)는 NMOS 트랜지스터로 도시되어 있으나, PMOS 트랜지스터 또는 다른 형태의 스위칭 소자로도 구현될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(220)에는 제어 신호가 입력되어 스위칭 동작을 제어한다. 스위칭 트랜지스터(320)의 게이트는 제어 신호를 입력 받으며, 드레인은 저항(315)에 연결되며, 소스는 다이오드(330)의 P단에 연결될 수 있다. 내부 전압 분배 저항(310, 315) 사이의 노드 VB에 걸리는 전압은 션트 레귤레이터 회로(300)에 입력된다.Internal voltage divider resistors 310 and 315 and diode 330 are connected in series between node 1 and ground. The resistors 310 and 315 may have a larger resistance value than the node isolation resistor 305 to minimize the amount of current passing through the current path formed between the formed node 1 and ground. Diode 330 is a PN junction diode having a constant voltage drop with respect to the forward current. Although one diode is shown in FIG. 4, the diode 330 may have a plurality of diodes connected in parallel. The resistor 315 is connected to the P terminal of the diode 330. Meanwhile, the switching transistor 320 may be connected between the resistor 315 and the diode 330. The switching transistor 320 is illustrated as an NMOS transistor, but may also be implemented as a PMOS transistor or other type of switching element. A control signal is input to the switching transistor 220 to control the switching operation. A gate of the switching transistor 320 may receive a control signal, a drain may be connected to the resistor 315, and a source may be connected to the P terminal of the diode 330. The voltage across node VB between internal voltage divider resistors 310 and 315 is input to shunt regulator circuit 300.

한편, 노드 1과 접지 사이에 바이패스 트랜지스터(350)가 연결된다. 바이패스 트랜지스터(350)의 게이트는 증폭기(340)의 출력단에 연결되며, 드레인은 노드 1에 연결되며, 소스는 접지에 연결된다. 한편, 바이패스 트랜지스터(350)와 접지 사이에 스위칭 트랜지스터(325)가 연결될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(325)는 NMOS 트랜지스터로 도시되어 있으나, PMOS 트랜지스터 또는 다른 형태의 스위칭 소자로도 구현될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(325)에는 제어 신호가 입력되어 스위칭 동작을 제어한다. 스위칭 트랜지스터(325)의 게이트는 제어 신호를 입력 받으며, 드레인은 바이패스 트랜지스터(350)의 소스에 연결되며, 소스는 접지에 연결될 수 있다.Meanwhile, the bypass transistor 350 is connected between the node 1 and the ground. The gate of the bypass transistor 350 is connected to the output terminal of the amplifier 340, the drain is connected to the node 1, the source is connected to ground. Meanwhile, the switching transistor 325 may be connected between the bypass transistor 350 and the ground. The switching transistor 325 is shown as an NMOS transistor, but may also be implemented as a PMOS transistor or other type of switching element. The control signal is input to the switching transistor 325 to control the switching operation. The gate of the switching transistor 325 receives a control signal, the drain is connected to the source of the bypass transistor 350, the source may be connected to ground.

증폭기(340)의 입력단은 노드 VA 및 노드 VB에 각각 연결되며, 출력단은 바이패스 트랜지스터(350)에 연결된다. 증폭기(340)의 입력단과 출력단은 내부 전압에 대해 positive feedback 구조를 갖는다. 증폭기(340)의 +입력단은 노드 VB에 연결되며, -입력단은 노드 VA에 각각 연결된다. 증폭기(340)의 출력단은 바이패스 트랜지스터(350)의 게이트에 연결된다. 한편, 증폭기(340)는 제어 신호에 의해 턴온 또는 턴오프된다.The input terminal of the amplifier 340 is connected to the node VA and the node VB, respectively, and the output terminal is connected to the bypass transistor 350. The input terminal and output terminal of the amplifier 340 has a positive feedback structure with respect to the internal voltage. The + input terminal of the amplifier 340 is connected to the node VB, and the-input terminal is connected to the node VA, respectively. The output terminal of the amplifier 340 is connected to the gate of the bypass transistor 350. On the other hand, the amplifier 340 is turned on or off by the control signal.

여기서, 다이오드(330)는 온도 차이에 의한 보상 기능을 가지며, 다이오드(230)는 온도 차이에 의한 보상 기능과 기준 전압을 발생시키는 기능을 함께 가진다. 다이오드(230, 330)는 BGR(band gap reference)로도 구현될 수 있다. 그러나 본 실시예에서는 BJT로 구현하는 대신 PN 접합 구조를 갖는 다이오드를 사용함으로써, 제조 공정을 단순화할 수 있다.
Here, the diode 330 has a function of compensating by the temperature difference, and the diode 230 has a function of compensating by the temperature difference and a function of generating a reference voltage. The diodes 230 and 330 may also be implemented as band gap references (BGRs). However, in the present embodiment, a manufacturing process can be simplified by using a diode having a PN junction structure instead of implementing the BJT.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로의 턴오프 작동을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the turn-off operation of the overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 다시 참조하면, 외부 전압이 입력 허용 전압을 초과하지 않으면, 외부 전압 모니터링 회로(100)에 의해 기준 전압 생성 회로(200)는 턴오프(점선으로 표시)되며, 션트 레귤레이터 회로(300)도 노드 분리 저항(305)을 제외한 나머지 부분은 턴오프(점선으로 표시)된다. 따라서 입력된 외부 전압은 실질적으로 내부 전압과 동일하며, 부하로 전달된다. 도 4에 도시된 스위칭 트랜지스터(230, 330, 35)는 턴오프시키는 제어 신호에 의해, 각각이 위치한 노드 1과 접지 사이의 전류 경로를 차단하며, 증폭기(340) 또한 제어 신호에 의해 턴오프된다. Referring back to FIG. 3, if the external voltage does not exceed the input allowable voltage, the reference voltage generation circuit 200 is turned off (indicated by a dashed line) by the external voltage monitoring circuit 100, and the shunt regulator circuit 300 is provided. The remainder except for the node isolation resistor 305 is turned off (indicated by dashed lines). Thus, the input external voltage is substantially the same as the internal voltage and is delivered to the load. The switching transistors 230, 330, 35 shown in FIG. 4 block the current path between node 1 and ground, each of which is turned off by a control signal that turns off, and the amplifier 340 is also turned off by the control signal. .

일반적인 과전압 방지 회로는, 과전압이 입력될 경우를 대비하여, 항상 턴온 상태를 유지하므로, 상당한 양의 전력을 소모한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로는, 외부 전압이 입력 허용 전압 이내일 때는, 과전압 보호 회로의 대부분을 턴오프함으로써 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 특히, 외부 전압이 과전압 보호 회로가 내장된 배터리 셀과 같은 전원에서 제공되는 경우에도 전력 소모를 줄이는 장점이 있다.The general overvoltage protection circuit always turns on in case of overvoltage input, and therefore consumes a considerable amount of power. However, the overvoltage protection circuit according to the embodiment of the present invention can reduce unnecessary power consumption by turning off most of the overvoltage protection circuits when the external voltage is within the input allowable voltage. In particular, there is an advantage of reducing power consumption even when the external voltage is provided from a power supply such as a battery cell with an overvoltage protection circuit.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로의 턴온 작동을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the turn-on operation of the overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 다시 참조하면, 외부 전압이 입력 허용 전압을 초과하면, 외부 전압 모니터링 회로(100)에 의해 기준 전압 생성 회로(200) 및 션트 레귤레이터 회로(300)는 턴온된다. 션트 레귤레이터 회로(300)는 증가된 외부 전압에 의한 전류 증가분을 바이패스 트랜지스터(350)를 통해 접지로 바이패스 시킴으로써, 내부 전압을 유지한다.Referring back to FIG. 3, when the external voltage exceeds the input allowable voltage, the reference voltage generation circuit 200 and the shunt regulator circuit 300 are turned on by the external voltage monitoring circuit 100. The shunt regulator circuit 300 maintains the internal voltage by bypassing the current increase due to the increased external voltage to the ground through the bypass transistor 350.

외부 전압 모니터링 회로(100)는 입력되는 외부 전압이 입력 허용 전압을 초과하면, 기준 전압 생성 회로(200) 및 션트 레귤레이터 회로(300)를 턴온시키는 제어 신호를 생성한다. 턴온시키는 제어 신호가 입력되면, 스위칭 트랜지스터(220, 320, 325)는 턴온시키는 제어 신호에 의해, 각각이 위치한 노드 1과 접지 사이의 전류 경로를 연결하며, 증폭기(340) 또한 제어 신호에 의해 턴온된다.The external voltage monitoring circuit 100 generates a control signal for turning on the reference voltage generating circuit 200 and the shunt regulator circuit 300 when the input external voltage exceeds the input allowable voltage. When a control signal for turning on is input, the switching transistors 220, 320, and 325 connect a current path between the node 1 and ground, each of which is located by a control signal for turning on, and the amplifier 340 also turns on by the control signal. do.

스위칭 트랜지스터(220, 320, 325)가 턴온되면, 노드 1과 접지 사이의 제1 전류 경로에 위치한 기준 전압 생성 회로(200)의 노드 VA는 흐르는 전류 i1의 크기에 독립적인 전압 Vdiode가 일정하게 유지된다. 노드 VA에서의 전압 Vdiode는 기준 전압으로서 증폭기(340)에 입력된다. When the switching transistors 220, 320, 325 are turned on, the node VA of the reference voltage generation circuit 200 located in the first current path between node 1 and ground maintains a constant voltage Vdiode independent of the magnitude of the flowing current i1. do. The voltage Vdiode at node VA is input to amplifier 340 as a reference voltage.

또한, 노드 1과 접지 사이의 제2 전류 경로에 위치한 내부 전압 분배 저항(310, 315)에 의해 전압 분배된 노드 VB의 전압은 DVDD x R2/(R1+R2) + Vdiode이다. 상술한 바와 같이, 제2 전류 경로에 위한 다이오드(330)는 온도차에 의한 보상 기능을 갖는다. 온도 상승에 따라 저항값은 감소되지만, 다이오드의 저항값은 증가한다. 따라서 내부 전압 분배 저항(310, 315)의 저항값이 온도에 의해 변화되더라도 다이오드(330)에 걸리는 전압 Vdiode에 의해 분배된 전압이 보상되므로, 온도 변화에 따른 전압의 분배 비율은 일정하게 유지될 수 있다.Further, the voltage of node VB voltage-divided by internal voltage divider resistors 310 and 315 located in the second current path between node 1 and ground is DVDD x R2 / (R1 + R2) + Vdiode. As described above, the diode 330 for the second current path has a compensation function by the temperature difference. The resistance value decreases with increasing temperature, but the resistance value of the diode increases. Therefore, even if the resistance values of the internal voltage distribution resistors 310 and 315 are changed by temperature, the voltage divided by the voltage Vdiode applied to the diode 330 is compensated, and thus the distribution ratio of the voltage according to the temperature change can be kept constant. have.

한편, 제1 경로와 제2 경로는 모두 내부 전압에 의해 동작되며, 다이오드(230, 330)에 의해 유지되는 전압 역시 동일하다. 따라서, 노드 VA와 노드 VB 사이의 차이 역시 내부 전압의 변동 비율에 동일하게 비례하여 변화하게 된다.Meanwhile, both the first path and the second path are operated by internal voltages, and the voltages maintained by the diodes 230 and 330 are also the same. Therefore, the difference between the node VA and the node VB also changes in proportion to the rate of change of the internal voltage.

증폭기(340)는 노드 VA와 노드 VB 사이의 차이 VB-VA에 비례하는 출력 전압 VAO를 출력한다. 출력된 VAO는 바이패스 트랜지스터(350)의 게이트-소스 전압 Vgs를 증가시켜서, 노드 1에서 접지 사이의 전류 경로를 통하는 전류 i3의 양을 조절한다. Positive feedback 구조에 의해, i3로 외부 전압 증가에 따른 전류 증가분이 부하로 인입되지 않으므로, 부하로 전달되는 전류 i4의 양은 일정하게 유지된다. 제1, 제2, 및 제3 전류 경로를 통해 접지로 바이패스되는 전류 i1, i2, i3 중 i3의 크기가 가장 크다. 즉, 바이패스 트랜지스터(350)는 내부 전압에 의해 부하로 전달되는 전류의 양을 게이트 제어신호에 의해서 조절한다.
The amplifier 340 outputs an output voltage VAO that is proportional to the difference VB-VA between the node VA and the node VB. The output VAO increases the gate-source voltage Vgs of the bypass transistor 350 to adjust the amount of current i3 through the current path between node 1 to ground. Due to the positive feedback structure, the current increase due to the external voltage increase to i3 is not drawn into the load, so the amount of current i4 delivered to the load is kept constant. The magnitude of i3 of the currents i1, i2, i3 that is bypassed to ground through the first, second, and third current paths is the largest. That is, the bypass transistor 350 adjusts the amount of current delivered to the load by the internal voltage by the gate control signal.

본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로는, 배터리 셀의 PCM(Protection Circuit Module)에 적용될 수 있다. PCM의 일반적인 과전압 보호 동작은, 입력되는 외부 전압이 입력 허용 전압을 초과하면, 외부 전압을 전기적으로 분리시킨다. 따라서 회로 구조가 상당히 복잡하다. 또한 PCM의 과전압 보호 기능은 PCM의 일부로서 외부 전압이 없는 상황에서도 계속해서 동작해야 한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 과전압 보호 회로는, 정상적인 상황에서는 외부 전압을 모니터링하는 기능만 턴온되어 있으므로, 외부 전압이 입력 허용 전압을 초과하는 경우에만 필요한 대부분의 회로를 턴오프시킴으로써, 전력 소모를 상당히 줄일 수 있다.
The overvoltage protection circuit according to an embodiment of the present invention may be applied to a protection circuit module (PCM) of a battery cell. The general overvoltage protection operation of the PCM electrically disconnects the external voltage when the input external voltage exceeds the input allowable voltage. Therefore, the circuit structure is quite complicated. PCM's overvoltage protection must also continue to operate in the absence of external voltages as part of the PCM. However, the overvoltage protection circuit according to the embodiment of the present invention, since only the function of monitoring the external voltage is turned on under normal circumstances, the power consumption is reduced by turning off most circuits necessary only when the external voltage exceeds the input allowable voltage. Can be significantly reduced.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .

100: 외부 전압 모니터링 회로
200: 기준 전압 생성 회로
300: 션트 레귤레이터 회로100: external voltage monitoring circuit
200: reference voltage generation circuit
300: shunt regulator circuit

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 입력되는 외부 전압을 이용하여 내부 전압을 일정하게 유지하는 션트 레귤레이터 회로;
상기 내부 전압을 이용하여 상기 션트 레귤레이터에 공급될 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 회로; 및
상기 외부 전압의 변동을 모니터링하여 상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴온 또는 턴오프하는 제어 신호를 생성하는 외부 입력 전압 모니터링 회로를 포함하되,
상기 외부 입력 전압 모니터링 회로는 상기 외부 전압이 입력 허용 전압 이내이면, 상기 턴오프 신호를 생성하여 상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴오프하고, 상기 션트 레귤레이터 회로는 상기 외부 입력 전압을 상기 내부 전압으로 출력하며,
상기 외부 입력 전압 모니터링 회로는 상기 외부 입력 전압이 입력 허용 전압을 초과하면, 상기 턴온 신호를 생성하여 상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴온하되, 상기 션트 레귤레이터 회로는 상기 외부 입력 전압에 독립하여 일정한 내부 전압을 출력하는 과전압 보호 회로.
A shunt regulator circuit for keeping an internal voltage constant using an external voltage input;
A reference voltage generation circuit for generating a reference voltage to be supplied to the shunt regulator using the internal voltage; And
An external input voltage monitoring circuit for monitoring a change in the external voltage to generate a control signal for turning on or off the shunt regulator circuit and the reference voltage generator,
The external input voltage monitoring circuit generates the turnoff signal to turn off the shunt regulator circuit and the reference voltage generation circuit when the external voltage is within an input allowable voltage, and the shunt regulator circuit reads the external input voltage. Output with internal voltage,
The external input voltage monitoring circuit generates the turn-on signal to turn on the shunt regulator circuit and the reference voltage generation circuit when the external input voltage exceeds an input allowable voltage, the shunt regulator circuit being independent of the external input voltage. Overvoltage protection circuit that outputs a constant internal voltage.
제3항에 있어서, 상기 션트 레귤레이터 회로는,
상기 내부 전압을 분배하는 전압 분배 회로;
상기 분배된 내부 전압과 상기 기준 전압의 차이에 따른 게이트 제어신호를 생성하며, 상기 제어 신호에 의해 턴온 또는 턴오프되는 증폭기; 및
상기 내부 전압에 의해 부하로 전달되는 전류의 양을 상기 게이트 제어신호에 의해서 조절하는 제1 트랜지스터를 포함하는 과전압 보호 회로.
The shunt regulator circuit of claim 3, wherein
A voltage divider circuit for dividing the internal voltage;
An amplifier generating a gate control signal according to a difference between the divided internal voltage and the reference voltage, and being turned on or off by the control signal; And
And a first transistor configured to adjust an amount of current delivered to a load by the internal voltage by the gate control signal.
제4항에 있어서, 상기 전압 분배 회로는,
상기 내부 전압을 분배하는 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항;
상기 제1 및 제2 저항과 직렬로 연결되며, 양단에 일정한 전압이 걸리는 다이오드; 및
상기 제1 및 제2 저항과 상기 다이오드에 의해 형성된 전류 경로에 위치하며, 상기 제어 신호에 의해 상기 전류 경로를 온 또는 오프 스위칭하는 트랜지스터를 포함하는 과전압 보호 회로.
The circuit of claim 4, wherein the voltage divider circuit comprises:
First and second resistors connected in series to divide the internal voltage;
A diode connected in series with the first and second resistors and having a constant voltage across the first and second resistors; And
And a transistor positioned in a current path formed by the first and second resistors and the diode, and configured to switch the current path on or off by the control signal.
제4항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터의 출력단과 접지 사이의 전류 경로에 위치하며, 상기 제어 신호에 의해 상기 전류 경로를 온 또는 오프 스위칭하는 트랜지스터를 더 포함하는 과전압 보호 회로.
The overvoltage protection circuit of claim 4, further comprising a transistor positioned in a current path between an output terminal of the first transistor and a ground, and configured to switch the current path on or off by the control signal.
제3항에 있어서, 상기 기준 전압 생성 회로는,
내부 전압이 인가되는 노드에 일단이 연결된 저항;
상기 저항과 직렬로 연결되며, 양단에 일정한 전압이 걸리는 다이오드; 및
상기 저항과 상기 다이오드에 의해 형성된 전류 경로에 위치하며, 상기 제어 신호에 의해 상기 전류 경로를 온 또는 오프 스위칭하는 트랜지스터를 포함하는 과전압 보호 회로.
The circuit of claim 3, wherein the reference voltage generation circuit comprises:
A resistor connected at one end to a node to which an internal voltage is applied;
A diode connected in series with the resistor and having a constant voltage across the resistor; And
And a transistor positioned in a current path formed by the resistor and the diode, the transistor switching on or off the current path by the control signal.
제3항에 있어서, 상기 외부 전압 모니터링 회로는,
상기 외부 전압을 분배하는 직렬로 연결된 복수의 저항;
입력 허용 전압의 마진을 설정하는 히스테리시스 설정 회로; 및
상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴온시키는 제어 신호를 출력하는 동안, 상기 외부 전압이 상기 마진 내에서 변동하면 상기 턴온시키는 제어 신호를 유지하고, 상기 외부 전압이 상기 마진을 벗어나면 상기 션트 레귤레이터 회로 및 상기 기준 전압 생성 회로를 턴오프시키는 제어 신호를 출력하는 비교 회로를 포함하는 과전압 보호 회로.
The method of claim 3, wherein the external voltage monitoring circuit,
A plurality of resistors connected in series for dividing the external voltage;
A hysteresis setting circuit for setting a margin of an input allowable voltage; And
While outputting a control signal for turning on the shunt regulator circuit and the reference voltage generating circuit, the control signal for turning on is maintained when the external voltage fluctuates within the margin, and when the external voltage is out of the margin, the shunt And a comparison circuit for outputting a control signal for turning off the regulator circuit and the reference voltage generation circuit.
청구항 3의 과전압 보호 회로를 포함하는 반도체 장치.A semiconductor device comprising the overvoltage protection circuit of claim 3.
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