KR101369173B1 - 시스템 온 칩 구현이 가능하고 100% 듀티 사이클 모드가 가능한 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법 - Google Patents

시스템 온 칩 구현이 가능하고 100% 듀티 사이클 모드가 가능한 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

시스템 온 칩 구현이 가능하고 100% 듀티 사이클 모드가 가능한 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터는 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자; 일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터; 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 공용 차지 펌프; 및 상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 입력 전원의 전압 레벨 또는 상기 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력함으로써, 시스템 온 칩(SoC) 구현이 가능하고, 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공할 수 있다.

Description

시스템 온 칩 구현이 가능하고 100% 듀티 사이클 모드가 가능한 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법 {Switching Mode Converter Enabling 100% Duty Cycle Mode For System On Chip And Method For Controlling Thereof}
본 발명은 스위칭 모드 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시스템 온 칩(SoC) 구현이 가능하고, 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공할 수 있는 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 벅 모드(스위칭 모드) 컨버터는 스위칭 소자로 MOS 트랜지스터 예를 들어, PMOS 또는 NMOS를 사용한다. 출력 전압에서 동작하는 스위칭 모드 컨버터에서, 입력 전압이 떨어지면 스위칭 모드 컨버터는 스위칭 소자의 온 타임을 증가시키기 위하여 듀티 사이클(D)을 증가시킨다. 여기서, 듀티 사이클(D)은 스위칭 소자의 온 타임에 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 곱한 것으로 정의될 수 있다.
스위칭 모드 컨버터는 듀티 사이클을 얼마나 크게 할 수 있는지에 대한 제한이 있으며, 스위칭 소자가 PMOS인 벅 컨버터의 경우 PMOS의 게이트가 그라운드(GND)로 간단하게 풀 다운되기 때문에 듀티 사이클은 100%까지 증가할 수 있다.
그러나, PMOS 출력 기기는 비교 성능이 NMOS에 비해 큰 반면 가격이 비싼 단점이 있다.
스위칭 소자로 NMOS가 사용되면, NMOS의 게이트에 소스보다 높은 전압을 인가하는 방법이 필요하다. 종래 기술에 따르면, 부트스트랩 커패시터(bootstrap capacitor)와 다이오드를 이용하여 게이트에 소스보다 높은 전압을 인가하였다. 즉, 도 1에 도시된 종래 일 실시예 기술에 따른 스위칭 모드 컨버터는, 하이 사이드 구동부(20), 로우 사이드 구동부(22), 하이 사이드 스위치(트랜지스터)(24), 로우 사이드 스위치(트랜지스터)(26), 다이오드(28), 부트스트랩 커패시터(30), 인덕터(32), 출력 커패시터(34), 출력 부하 저항(36), 및 입력 전압 VIN을 포함한다.
이런 종래 기술은 부트스트랩 커패시터를 재충전하기 위하여, 컨버터가 100% 듀티 사이클보다 작은 듀티 사이클을 유지해야 하는 단점이 있다. 따라서, 입력 공급 전압이 낮아져 100% 듀티 사이클이 필요한 경우 일부 부품을 동작시킬 수 없는 문제가 발생한다.
이런 문제를 해결하기 위하여 종래 일 실시예 기술에서, 100% 듀티 사이클 여부와 상관없이 완전한 하이 사이드 게이트 드라이브를 공급하기 위하여 고전력 차지 펌프를 사용하였다. 하지만, 고전력 차지 펌프는 실리콘 영역(또는 기반)에서는 매우 고가이고, 추가적인 외부 커패시터들이 사용되기 때문에 비용이 올라가고, 외부적인 영향이 많아지게 되는 문제점이 있었다.
미국등록특허 제6812782호 (등록일 2004.11.02.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 시스템 온 칩(SoC) 구현이 가능하고, 100% 듀티 사이클 모드를 안정적으로 제공할 수 있는 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 스위칭 소자의 100% 듀티 사이클 모드 여부에 따라서 공용 차지 펌프의 출력 전압 레벨을 제어함으로써, 스위칭 소자의 입력 전압이 일정 전압 이하로 떨어져도 컨버터의 출력 전압을 안정적으로 제공할 수 있고, 부트스트랩 커패시터의 충전과 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어할 수 있으며, 시스템 온 칩을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 100% 듀티 사이클 모드일 때 공용 차지 펌프로 입력되는 별도의 기준 전압을 스위칭 소자의 입력 전압 또는 컨버터의 출력 전압을 고려하여 조절함으로써, 공용 차지 펌프를 이용하여 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공할 수 있는 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터는 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자; 일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터; 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 공용 차지 펌프; 및 상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 입력 전원의 전압 레벨을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력할 수 있다.
상기 제어부는 상기 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력할 수 있다.
상기 제어부는 상기 스위칭 소자의 온 시간(on-time)을 감지하고, 상기 감지된 상기 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상인 경우 상기 듀티 사이클이 100% 인 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 검출된 상기 충전 전압이 미리 결정된 임계 전압 이하인 경우 상기 듀티 사이클이 100% 인 것으로 판단할 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 공용 차지 펌프의 출력단과 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측 사이에 연결되는 전류 소스를 더 포함할 수 있다.
더 나아가, 본 발명은 제2 전압과 상기 직류 전류의 출력단 사이에 연결되는 다이오드; 및 상기 부트스트랩 커패시터의 일측과 상기 스위칭 모드 컨버터의 출력단 사이에 연결되는 인덕터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체 소자는 다이오드 또는 스위칭 소자 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법은 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터를 충전하는 단계; 일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자를 온 시키는 단계; 상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하는 단계; 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 공용 차지 펌프로 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 단계; 및 상기 공용 차지 펌프는 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 온 칩이 가능한 전원회로는 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 제공하는 공용 차지 펌프; 상기 공용 차지 펌프의 출력 전압과 연결되며, 입력 전원의 전압을 제1 출력 전압으로 변환하는 스위칭 모드 컨버터; 및 상기 스위칭 모드 컨버터의 제1 출력 전압을 제2 출력 전압으로 변환하여 부하에 전달하며, 상기 공용 차지 펌프의 출력단과 연결되어 상기 공용 차지 펌프의 고전위 전압을 이용하는 로우 드랍 아웃 회로;를 포함하고, 상기 스위칭 모드 컨버터는 듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 스위칭 소자의 100% 듀티 사이클 모드 여부에 따라서 공용 차지 펌프의 출력 전압 레벨을 제어하여 부트스트랩 커패시터의 충전과 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어할 수 있기 때문에 시스템 온 칩(SoC) 구현이 가능하고, 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 공용 차지 펌프의 출력 전압 레벨에 대응하는 두 기준 전압을 사용하고, 100% 듀티 사이클 모드 여부에 따라 두 기준 전압을 스위칭하며, 100% 듀티 사이클 모드 시 선택되는 기준 전압을 스위칭 소자의 입력 전압 또는 컨버터의 출력 전압을 고려하여 조절함으로써, 스위칭 소자의 입력 전압이 일정 전압 이하로 떨어져도 컨버터의 출력 전압을 안정적으로 제공할 수 있으며, 공용 차지 펌프를 이용하여 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 스위칭 소자의 입력 전압 또는 컨버터의 출력 전압을 고려하여 100% 듀티 사이클 모드 시 선택되는 기준 전압의 레벨을 조절함으로써, 스위칭 소자의 게이트 전압이 필요 이상으로 높아지는 것을 방지하고, 이를 통해 스위칭 소자를 보호할 수 있다. 따라서, 본 발명은 스위칭 모드 컨버터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 공용 차지 펌프의 출력 전압 제어를 통하여 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공함으로써, 추가적인 외부 커패시터들을 필요로 하지 않고, 따라서 제품 단가가 오르는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 일 실시예 기술에 따른 동기식 스위칭 모드 컨버터의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터의 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 제어부의 다른 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 스위칭 모드 컨버터의 동작에 대한 일 실시예의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 단계 S640에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 단계 S640에 대한 다른 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 온 칩이 가능한 전원 회로에 대한 구성을 나타낸 것이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템 온 칩 구현이 가능하고 100% 듀티 사이클 모드가 가능한 스위칭 모드 컨버터 및 그 제어 방법을 첨부된 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터의 구성을 나타낸 것으로, 비동기식 스위칭 모드 컨버터에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 스위칭 모드 컨버터는 제2 기준 전압 생성부(210), 기준 전압 선택부(220), 공용 차지 펌프(230), 제어부(240), 전류 소스(250), 제1 다이오드(260), 스위칭 소자 구동부(270), 스위칭 소자(280), 부트스트랩 커패시터(290), 제2 다이오드(310) 및 인덕터(320)를 포함한다.
공용 차지 펌프(230)는 본 발명의 스위칭 모드 컨버터 뿐만 아니라 로우 드롭 아웃 레귤레이터(LDO: low dropout regulator)와 같은 추가적인 전하를 필요로 하는 다른 부품에도 전하를 공급하는 차지 펌프로, 제품 예를 들어 차량에서 차지 펌프를 필요로 하는 제품들이 공용으로 사용하는 차지 펌프이다.
이런 공용 차지 펌프(230)는 기준 전압 선택부(220)로부터 입력되는 기준 전압 예를 들어, 제1 기준 전압(Vref1) 또는 제2 기준 전압(Vref2)을 입력 받고, 입력 받은 기준 전압을 이용하여 생성된 출력 전압을 출력단을 통해 전류 소스(250)로 출력한다.
이 때, 전류 소스(250)가 구비되지 않는 경우에는 공용 차지 펌프(230)의 출력 전압은 부트스트랩 커패시터(290)와 스위칭 소자 구동부(270)로 직접 입력될 수 있다.
여기서, 공용 차지 펌프(230)는 입력되는 기준 전압이 다를 수 있기 때문에 출력되는 출력 전압 또한 달라질 수 있으며, 본 발명에서는 이런 공용 차지 펌프(230)의 출력 전압 레벨을 결정할 수 있는 기준 전압의 입력을 제어함으로써, 100% 듀티 사이클 모드를 수행할 수 있고, 공용 차지 펌프를 사용하기 때문에 시스템 온 칩 구현이 가능하다.
전류 소스(250)는 공유 차지 펌프(230)의 출력단에 연결되고, 일정한 출력 전류를 부트스트랩 커패시터(290)로 제공하고, 필요에 따라 출력 전류를 스위칭 소자(280)의 게이트 전압으로 제공할 수도 있다.
이 때, 전류 소스(250)는 필요에 따라 제어부(240)에 의한 출력 전류의 온/오프를 통하여 전류 소스(250)에 의해 제공되는 출력 전류를 출력하거나 출력하지 않을 수 있다.
이런, 전류 소스(250)는 LDO를 이용하여 구성할 수도 있고, 직렬 소자(series element) 등을 이용하여 구성할 수도 있다.
부트스트랩 커패시터(290)는 제2 다이오드(310)와 스위칭 소자(280) 사이의 노드와 전류 소스(250)의 출력단에 연결되고, 미리 결정된 공급 전압(VIN')을 제1 다이오드(260)를 통해 공급 받으며, 공급 전압(VIN')과 필요에 따라 전류 소스(250)로부터 출력되는 출력 전류를 이용하여 전압을 충전하고, 충전된 전압은 스위칭 소자 구동부(270)의 온/오프 제어에 의하여 스위칭 소자(280)의 게이트 전압으로 인가된다.
이 때, 부트스트랩 커패시터(290)는 스위칭 소자(280)의 드레인으로 입력되는 입력 전압(VIN)과 상이한 전압(VIN')을 제1 다이오드(260)를 통해 입력 받을 수 있는데, 공급 전압(VIN')은 입력 전압(VIN)을 이용하여 생성된 전압일 수도 있고, 별도의 전압에 의해 생성된 전압일 수도 있다. 물론, 공급 전압(VIN')과 입력 전압(VIN)이 상이한 전압으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않으면 입력 전압(VIN)을 공급 전압(VIN')으로 사용할 수도 있다.
여기서, 스위칭 소자(280)의 드레인으로 입력되는 입력 전압(VIN)은 제품 예를 들어, 차량의 배터리로부터 직접 출력되는 전압일 수도 있고, 차량의 배터리와 본 발명의 스위칭 모드 컨버터 사이에 형성된 특정 회로를 거쳐 입력된 전압일 수 있다.
스위칭 소자 구동부(270)는 스위치 구동 신호 예를 들어, PWM 신호(DRV)에 의한 제어를 통해 부트스트랩 커패시터(290)의 충전 전압을 스위칭 소자(280)의 게이트로 입력한다.
스위칭 소자 구동부(270)에 의하여 스위칭 소자(280)가 OFF 상태일 때에는, 스위칭 모드 컨버터의 벅 토폴로지(인덕터(320)와 커패시터(330)의 배치)의 동작 특성에 따라 제2 다이오드(310)가 ON 되며 제2 다이오드(310)와 스위칭 소자(280) 사이의 노드의 전압은 0에 가까운 전압으로 낮아진다. 이 때 제1 다이오드(260) 역시 ON 되어 공급 전압(VIN')으로부터 제1 다이오드(260)를 경유하여 부트스트랩 커패시터(290)로 전류가 흘러 부트스트랩 커패시터(290)가 충전된다.
스위칭 소자 구동부(270)에 의하여 스위칭 소자(280)가 ON 상태일 때에는, 제2 다이오드(310)는 OFF 되며, 제2 다이오드(310)와 스위칭 소자(280) 사이의 노드의 전압은 입력 전압(VIN)에 가까운 전압으로 높아진다. 스위칭 소자(280)가 ON 상태일 때에는 제1 다이오드(260)를 통한 부트스트랩 커패시터(290)의 충전이 이루어지지 않기 때문에 스위칭 소자(280)의 ON 상태가 장기간 지속되는 경우 부트스트랩 커패시터(290)의 누설 전류로 인하여 부트스트랩 커패시터(290)의 충전 상태가 열화되고, 이로 인하여 스위칭 소자(280)의 입력 전압(VIN) 전달 효율이 저하되는 문제가 발생한다. 이 때 스위칭 소자(280)의 게이트 전압과 부트스트랩 커패시터(290)의 충전 상태를 보상하기 위하여 공용 차지 펌프(230)와 전류 소스(250)가 이용될 수 있다.
제2 기준 전압 생성부(210)는 스위칭 소자(280)가 100% 듀티 사이클 모드인 경우 공용 차지 펌프(230)의 기준 전압으로 입력하기 위한 제2 기준 전압을 생성한다.
이 때, 제2 기준 전압 생성부(210)는 미리 설정된 전압 레벨을 갖는 제2 기준 전압을 생성할 수도 있으나, 이에 한정하지 않고 도시된 바와 같이 제어부(240)에 의한 제어를 통해 상황에 따라 상이한 전압 레벨을 갖는 제2 기준 전압을 생성할 수도 있다.
기준 전압 선택부(220)는 제1 기준 전압과 제2 기준 전압을 입력 받고, 제어부(240)에 의한 제어를 통하여 입력된 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나의 기준 전압을 선택하여 공용 차지 펌프(230)로 입력한다.
여기서, 제1 기준 전압은 100% 듀티 사이클 모드가 아닌 일반 모드(또는 기본 모드)에서 사용되는 기준 전압일 수 있고, 제2 기준 전압은 100% 듀티 사이클 모드에서 사용되는 기준 전압일 수 있다. 즉, 기준 전압 선택부(220)는 기본적으로 제1 기준 전압을 공용 차지 펌프(230)로 입력하고, 스위칭 소자(280)가 100% 듀티 사이클 모드로 동작하는 경우에 제1 기준 전압에서 제2 기준 전압으로 변경하여 공용 차지 펌프(230)로 입력한다.
제어부(240)는 100% 듀티 사이클 모드 여부를 감지하고 100% 듀티 사이클 여부에 따라 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나의 기준 전압이 공용 차지 펌프(230)로 입력될 수 있도록 기준 전압 선택부(220)를 제어한다.
즉, 제어부(240)는 일반 모드와 100% 듀티 사이클 모드에 따라 부트스트랩 커패시터(290)의 충전과 스위칭 소자(280)의 게이트 전압을 제어하도록 공용 차지 펌프(230)의 출력 전압 레벨을 조절할 수 있는 기준 전압의 입력을 제어한다.
이 때, 제어부(240)는 스위칭 소자 구동부(270)의 PWM 온 시간(on-time)을 감지하고 PWM 온 시간이 일정 시간(1 frequency) 이상이거나 스위칭 소자(280)의 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상이거나 100% 듀티 사이클 모드를 나타내는 별도의 커맨드(command)가 동작하거나 부트스트랩 커패시터(290)의 충전 전압(양단 간 전압 차이)이 미리 결정된 특정 전압 아래로 떨어지는 경우 100% 듀티 사이클 모드로 감지할 수 있다.
나아가, 제어부(240)는 스위칭 소자(280)로 입력되는 입력 전원(VIN)의 전압 레벨을 감지하고, 감지된 전압 레벨을 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절함으로써, 전압 레벨이 조절된 제2 기준 전압을 기준 전압 선택부(220)로 입력할 수도 있으며, 컨버터의 출력 전압(Vout)을 감지하고, 감지된 전압 레벨을 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절함으로써, 전압 레벨이 조절된 제2 기준 전압을 기준 전압 선택부(220)로 입력할 수도 있다. 또한, 제어부(240)는 상황에 따라 입력 전원(VIN)의 전압 레벨과 컨버터의 출력 전압(Vout)을 모두 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절할 수도 있다.
이 때, 제어부(240)는 입력 전원(VIN)의 전압 레벨의 범위 또는 컨버터의 출력 전압 레벨의 범위에 따라 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절할 수도 있으며, 미리 결정된 제2 기준 전압 생성 모델링을 이용하여 입력 전원(VIN)의 전압 레벨 또는 컨버터의 출력 전압 레벨에 따른 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절할 수도 있다.
필요에 따라 제어부(240)는 전류 소스(250)의 출력 전류 온/오프를 제어할 수도 있고, 공용 차지 펌프(230)의 출력 자체를 온/오프 제어할 수도 있다.
이와 같이, 제어부(240)는 100% 듀티 사이클 여부에 따라 공용 차지 펌프(230)로 입력되는 기준 전압을 선택적으로 제어하고, 이를 통해 부트스트랩 커패시터(290)로 제공되는 공용 차지 펌프(230)의 출력 전압 또는 출력 전류를 상이하게 조절할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 100% 듀티 사이클 모드인 경우 공용 차지 펌프(230)의 출력을 부트스트랩 커패시터(290)로 지속적으로 제공될 수 있도록 제어할 수 있다.
스위칭 소자(280)는 공용 차지 펌프(230)의 출력 전압과 공급 전압(VIN')에 의해 충전된 부트스트랩 커패시터(290)의 충전 전압과 스위칭 소자 구동부(270)의 PWM 제어에 의하여 온/오프되어 입력 전압(VIN)을 변환하여 출력한다.
이 때, 스위칭 소자(280)는 스위칭 모드 컨버터가 100% 듀티 사이클 모드인 경우에는 지속적으로 온되어 입력 전압(VIN)을 변환하여 출력할 수 있는데, 스위칭 소자(280)의 출력 전압은 게이트 전압과 입력 전압(VIN)에 의해 결정될 수 있다.
스위칭 소자(280)는 입력 전압(VIN)과 제2 다이오드(310)에 연결된다.
제2 다이오드(310)는 접지(GND)와 스위치 소자(280)에 연결되며, 제2 다이오드(310)를 사용함으로써, 비동기식 스위칭 모드 컨버터를 구성할 수 있다.
물론, 제2 다이오드(310)는 다른 스위칭 소자(트랜지스터)로 대체될 수 있으며, 스위칭 소자를 사용하는 경우에는 동기식 스위칭 모드 컨버터를 구성할 수 있다.
즉, 본 발명은 접지와 스위칭 소자(280) 사이에 다이오드 또는 다른 스위칭 소자 중 어느 하나를 포함하는 제1 반도체 소자를 형성함으로써, 스위칭 모드 컨버터를 동기식 또는 비동기식으로 만들 수 있다.
인덕터(320)는 스위칭 소자(280)의 온/오프에 따라 출력되는 전압을 이용하여 출력 커패시터(330)와 출력 부하 저항(340)에 출력 전압 Vout을 출력한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 스위칭 모드 컨버터는 100% 듀티 사이클 모드 여부에 따라 공용 차지 펌프의 출력 전압 레벨을 상이하게 제어하여 부트스트랩 커패시터의 충전과 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어함으로써 안정적인 100% 듀티 사이클 모드를 제공할 수 있으며, 추가적인 외부 커패시터들을 필요로 하지 않기 때문에 제품 단가가 오르는 것을 방지할 수 있다.
또한, 공용 차지 펌프를 사용함으로써 시스템 온 칩(SoC) 구현이 가능하고, 100% 듀티 사이클 모드 시 선택되는 기준 전압을 스위칭 소자의 드레인 입력 전압 또는 컨버터의 출력 전압을 고려하여 조절함으로써 스위칭 소자의 게이트 전압이 필요 이상으로 높아지는 것을 방지하고, 이를 통해 스위칭 소자를 보호할 수 있기 때문에 스위칭 모드 컨버터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 제어부(240)는 듀티 사이클 감지부(350), 입력 전압 감지부(360), 기준 전압 조절부(370) 및 기준 전압 입력 제어부(380)를 포함한다.
듀티 사이클 감지부(350)는 스위칭 모드 컨버터의 100% 듀티 사이클 모드 여부를 감지한다.
이 때, 듀티 사이클 감지부(350)는 스위칭 소자 구동부의 PWM 온 시간(on-time)을 감지하고 PWM 온 시간이 일정 시간(1 frequency) 이상이거나 스위칭 소자의 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상이거나 100% 듀티 사이클 모드를 나타내는 별도의 커맨드(command)가 동작하거나 부트스트랩 커패시터의 충전 전압(양단 간 전압 차이)이 미리 결정된 특정 전압 아래로 떨어지는 경우 100% 듀티 사이클 모드로 감지할 수 있다.
입력 전압 감지부(360)는 스위칭 소자의 드레인으로 입력되는 입력 전압의 레벨을 감지한다.
기준 전압 조절부(370)는 입력 전압 감지부(360)에 의해 감지된 입력 전압의 레벨을 고려하여 제2 기준 전압 생성부(210)에서 생성되는 제2 기준 전압의 레벨을 조절한다.
이 때, 기준 전압 조절부(370)는 입력 전압의 레벨에 대응하여 제2 기준 전압의 레벨을 결정하는 모델링 또는 함수 등을 이용하여 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수 있다. 또한, 기준 전압 조절부(370)는 입력 전압의 레벨 범위에 따른 조절 값을 미리 결정하고, 감지된 입력 전압의 레벨에 해당하는 레벨 범위의 조절 값으로 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수도 있다.
나아가, 기준 전압 조절부(370)는 듀티 사이클 감지부(350)에 의해 100% 듀티 사이클 모드로 감지되는 경우에만 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수도 있으며, 상황에 따라 100% 듀티 사이클 모드가 아니더라도 입력 전압의 레벨에 따라 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수도 있다.
기준 전압 입력 제어부(380)는 듀티 사이클 감지부(350)에 의해 100% 듀티 사이클 모드가 감지되면 공용 차지 펌프로 입력되는 기준 전압을 제1 기준 전압에서 제2 기준 전압으로 변경하여 입력되도록 기준 전압 선택부(220)를 제어한다.
도 4은 도 2에 도시된 제어부의 다른 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 제어부(240)는 듀티 사이클 감지부(410), 출력 전압 감지부(420), 기준 전압 조절부(430) 및 기준 전압 입력 제어부(440)를 포함한다.
듀티 사이클 감지부(410)는 스위칭 모드 컨버터의 100% 듀티 사이클 모드 여부를 감지한다.
이 때, 듀티 사이클 감지부(410)는 스위칭 소자 구동부의 PWM 온 시간(on-time)을 감지하고 PWM 온 시간이 일정 시간(1 frequency) 이상이거나 스위칭 소자의 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상이거나 100% 듀티 사이클 모드를 나타내는 별도의 커맨드(command)가 동작하거나 부트스트랩 커패시터의 충전 전압(양단 간 전압 차이)이 미리 결정된 특정 전압 아래로 떨어지는 경우 100% 듀티 사이클 모드로 감지할 수 있다.
출력 전압 감지부(420)는 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압의 레벨을 감지한다.
물론, 상황에 따라 출력 전압 감지부(420)는 스위칭 소자의 출력 전압을 감지할 수도 있다.
기준 전압 조절부(430)는 출력 전압 감지부(420)에 의해 감지된 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압 레벨을 고려하여 제2 기준 전압 생성부(210)에서 생성되는 제2 기준 전압의 레벨을 조절한다.
이 때, 기준 전압 조절부(430)는 출력 전압의 레벨에 대응하여 제2 기준 전압의 레벨을 결정하는 모델링 또는 함수 등을 이용하여 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수 있다. 또한, 기준 전압 조절부(430)는 출력 전압의 레벨 범위에 따른 조절 값을 미리 결정하고, 감지된 출력 전압의 레벨에 해당하는 조절 값으로 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수도 있다.
나아가, 기준 전압 조절부(430)는 듀티 사이클 감지부(410)에 의해 100% 듀티 사이클 모드로 감지되는 경우에만 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수도 있으며, 상황에 따라 100% 듀티 사이클 모드가 아니더라도 출력 전압의 레벨에 따라 제2 기준 전압의 레벨을 조절할 수도 있다.
기준 전압 입력 제어부(440)는 듀티 사이클 감지부(410)에 의해 100% 듀티 사이클 모드가 감지되면 공용 차지 펌프로 입력되는 기준 전압을 제1 기준 전압에서 제2 기준 전압으로 변경하여 입력되도록 기준 전압 선택부(220)를 제어한다.
도 5는 본 발명에 따른 스위칭 모드 컨버터의 동작에 대한 일 실시예의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 스위칭 모드 컨버터는 스위칭 모드 컨버터가 100% 듀티 사이클 모드인지 감지한다(S510).
이 때, 단계 S510은 스위칭 소자 구동부의 PWM 온 시간(on-time)을 감지하고 PWM 온 시간이 일정 시간(1 frequency) 이상이거나 스위칭 소자의 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상이거나 100% 듀티 사이클 모드를 나타내는 별도의 커맨드(command)가 동작하거나 부트스트랩 커패시터의 충전 전압(양단 간 전압 차이)이 미리 결정된 특정 전압 아래로 떨어지는 경우 스위칭 모드 컨버터가 100% 듀티 사이클 모드에 있는 것으로 감지할 수 있다.
단계 S510을 통하여 스위칭 모드 컨버터가 100% 듀티 사이클 모드에 있는지 판단하고, 100% 듀티 사이클 모드인 것으로 판단되면 스위칭 소자의 드레인 단자로 입력되는 입력 전압(VIN)을 감지한다(S520, S530).
스위칭 모드 컨버터는 스위칭 소자로 입력되는 입력 전압을 고려하여 100% 듀티 사이클 모드에서 공용 차지 펌프의 입력으로 사용하는 제2 기준 전압을 조절한다(S540).
이 때, 제2 기준 전압은 미리 결정된 모델링 또는 함수 등을 이용하여 감지되는 입력 전압의 레벨에 대응하는 레벨로 조절될 수 있다.
제2 기준 전압이 조절되면, 공용 차지 펌프로 입력되는 기준 전압을 기본 모드 즉, 100% 듀티 사이클 모드가 아닌 경우에 입력되는 제1 기준 전압에서 제2 기준 전압으로 변경 입력한다(S550).
공용 차지 펌프는 변경된 제2 기준 전압을 이용하여 레벨이 조절된 출력 전압을 제공하고, 조절된 출력 전압을 부트스트랩 커패시터로 지속적으로 제공함으로써, 부트스트랩 커패시터를 충전한다(S560).
상황에 따라 공용 차지 펌프의 출력단에 공용 차지 펌프의 출력 레벨에 따라 출력 전류가 결정되는 전류 소스를 구비하고, 이런 전류 소스의 출력 전류를 부트스트랩 커패시터로 지속적으로 제공함으로써, 부트스트랩 커패시터를 충전할 수 있다.
공용 차지 펌프로부터 지속적으로 출력되는 출력 전압에 의하여 부트스트랩 커패시터가 추가적으로 충전되면, 부트스트랩 커패시터의 충전 전압과 스위칭 소자의 지속적인 온을 이용하여 스위칭 소자의 드레인으로 입력되는 입력 전압을 일정 전압으로 변환하여 출력한다(S570).
여기서, 스위칭 소자의 출력 전압은 게이트 전압과 입력 전압에 의해 결정될 수 있다.
즉, 100% 듀티 사이클 모드이기 때문에 스위칭 소자를 한 주기 이상 지속적으로 온시키고, 스위칭 소자의 게이트에 입력되는 부트스트랩 커패시터의 충전 전압을 이용하여 스위칭 소자의 드레인으로 입력되는 입력 전압을 일정 전압으로 변환하여 출력하는 이런 과정을 통해 출력 단자에 일정 출력 전압을 제공한다.
비록, 도 5의 단계 S530과 S540에서 스위칭 소자의 입력 전압을 고려하여 제2 기준 전압을 조절하는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않으며 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압을 감지한 후 감지된 출력 전압을 고려하여 제2 기준 전압을 조절할 수도 있으며, 스위칭 소자의 입력 전압과 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압 모두를 고려하여 제2 기준 전압을 조절할 수도 있다.
또한, 단계 S530과 S540이 단계 S520 이후에 수행되는 것으로 기재되어 있지만, 이에 한정되지 않으며 단계 S510과 병렬적으로 수행될 수도 있으며, 단계 S510과 병렬적으로 수행되는 경우에는 단계 S520에 의해 100% 듀티 사이클 모드로 판단되면 조절된 기준 전압을 공용 차지 펌프의 입력으로 제공하는 단계 S550을 수행하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법은 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자 예컨대, 다이오드 또는 트랜지스터의 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터를 충전한다(S610).
이 때, 부트스트랩 커패시터는 입력 전원과 제1 반도체 소자의 다른 일측에 연결되는 스위칭 소자가 오프인 상태에서 충전될 수 있다.
부트스트랩 커패시터가 충전되면 입력 전원과 제1 반도체 소자의 다른 일측에 연결되는 스위칭 소자를 온 시키고, 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100% 듀티 사이클인지 판단한다(S620, S630).
이 때, 단계 S630에서 스위칭 소자 구동부의 PWM 온 시간(on-time)을 감지하고 PWM 온 시간이 일정 시간(1 frequency) 이상이거나 스위칭 소자의 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상이거나 100% 듀티 사이클 모드를 나타내는 별도의 커맨드(command)가 동작하거나 부트스트랩 커패시터의 충전 전압이 미리 결정된 특정 전압 아래로 떨어지는 경우 100% 듀티 사이클로 판단할 수 있다.
단계 S630 판단 결과, 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100% 듀티 사이클인 경우 미리 결정된 제2 기준 전압을 공용 차지 펌프의 기준 전압으로 입력하고, 100% 듀티 사이클이 아닌 경우 미리 결정된 제1 기준 전압을 공용 차지 펌프의 기준 전압으로 입력한다(S640, S650).
공용 차지 펌프는 입력된 기준 전압 즉, 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 입력된 기준 전압에 대응하는 출력 전압을 부트스트랩 커패시터로 제공한다(S660).
단계 S640에서의 제2 기준 전압은 그 레벨이 조절될 수 있으며, 제2 기준 전압의 전압 레벨은 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 입력 전원의 전압 레벨과 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압에 따라 조절될 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 일 예와 같이, 스위칭 소자로 입력되는 입력 전원의 전압 레벨을 감지하고, 감지된 입력 전원의 전압 레벨을 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절한 후 조절된 제2 기준 전압을 공용 차지 펌프로 입력한다(S710 내지 S730).
또한, 도 8에 도시된 다른 일 예와 같이, 스위칭 소자, 인덕터 및 부트스트랩 커패시터로 이루어진 스위칭 모드 컨버터의 토폴로지에 따른 출력 전압을 감지하고, 감지된 출력 전압을 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절한 후 전압 레벨이 조절된 제2 기준 전압을 공용 차지 펌프로 입력한다(S810 내지 S830).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 온 칩이 가능한 전원 회로에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 전원 회로는 기준 전압 입력부(910), 공용 차지 펌프(920), 제어부(931)를 포함하는 스위칭 모드 컨버터(930) 및 로우 드랍아웃(LDO) 회로(940)를 포함한다.
기준 전압 입력부(910)는 스위칭 모드 컨버터(930)를 구성하는 제어부(931)의 제어에 따라 제1 기준 전압(Vref1)과 제2 기준 전압(Vref2) 중 어느 하나를 공용 차지 펌프의 기준 전압으로 입력한다.
이 때, 제1 기준 전압은 100% 듀티 사이클 모드가 아닌 경우에 공용 차지 펌프(920)에서 LDO 회로(940) 등에 고전위 전압을 제공하기 위한 기준 전압일 수 있고, 제2 기준 전압은 100% 듀티 사이클 모드인 경우 공용 차지 펌프(920)에서 스위칭 모드 컨버터(930)에 100% 듀티 사이클 모드에 따라 부트스트랩 커패시터와 스위칭 소자의 게이트 단자 중 적어도 하나로 추가적인 전하를 제공하기 위한 기준 전압일 수 있다.
나아가, 제2 기준 전압은 제어부(931)의 제어에 의하여 그 전압 레벨이 조절될 수도 있다.
공용 차지 펌프(920)는 스위칭 모드 컨버터(930)와 LDO 회로(940) 등에 추가적인 전하를 제공하는 구성으로, 기준 전압 입력부(910)로부터 입력된 기준 전압에 대응하는 전압을 스위칭 모드 컨버터(930)와 LDO 회로(940) 중 적어도 하나로 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 별도의 차지 펌프를 사용하지 않고, 공용 차지 펌프(920)를 사용하기 때문에 시스템 온 칩을 구현하기 용이하고, 필요로 하는 공간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
스위칭 모드 컨버터(930)는 공용 차지 펌프(920)의 출력단과 연결되고, 입력 전원의 전압을 미리 결정된 제1 출력 전압으로 변환하여 LDO 회로(940)로 제공한다.
스위칭 모드 컨버터(930)에 포함된 제어부(931)는 스위칭 모드 컨버터(930)가 100% 듀티 사이클 모드인지 판단하고, 100% 듀티 사이클 모드 여부에 따라 제1 기준 전압(Vref1)과 제2 기준 전압(Vref2) 중 어느 하나가 공용 차지 펌프(920)로 입력되도록 기준 전압 입력부(910)를 제어한다.
이 때, 제어부는 스위칭 소자로 입력되는 입력 전원의 전압 레벨을 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절할 수도 있고, 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압을 고려하여 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절할 수도 있다.
도 9에 도시된 스위칭 모드 컨버터(930)는 도 2 내지 도 4에 기재된 기능을 모두 포함할 수 있다.
LDO 회로(940)는 스위칭 모드 컨버터(930)의 제1 출력 전압을 제2 출력 전압으로 변환하여 부하에 전달하며, 공용 차지 펌프(920)의 출력단과 연결되어 공용 차지 펌프(920)의 고전위 전압을 이용한다.
이 때, LDO 회로(940)는 패스 소자(미도시)가 n-타입 트랜지스터를 사용하는 경우 공용 차지 펌프의 고전위 전압을 이용할 수 있다.
이와 같이, 도 9에 도시된 전원 회로는 공용 차지 펌프의 출력이 스위칭 모드 컨버터와 LDO 회로에 모두 연결되지만, 스위칭 모드 컨버터에 포함된 제어부에 의한 제어를 통하여 스위칭 모드 컨버터가 100% 듀티 사이클 모드가 아닌 경우에는 공용 차지 펌프의 출력이 LDO 회로 또는 고전위 드라이버에 연결되어 공용 차지 펌프에서 출력되는 고전위 전압이 LDO 회로 또는 고전위 드라이버의 타겟 전압에 맞추어져 있고, 100% 듀티 사이클 모드와 같은 특수한 조건에서는 공용 차지 펌프의 출력이 스위칭 모드 컨버터로 연결되어 공용 차지 펌프에서 출력되는 고전위 전압이 스위칭 모드 컨버터의 입력 전압 또는 출력 전압을 고려하여 제어될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 성분 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자;
    일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터;
    제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 공용 차지 펌프; 및
    상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 입력 전원의 전압 레벨을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  3. 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자;
    일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터;
    제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 공용 차지 펌프; 및
    상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  4. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 스위칭 소자의 온 시간(on-time)을 감지하고, 상기 감지된 상기 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상인 경우 상기 듀티 사이클이 100% 인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  5. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 부트스트랩 커패시터의 충전 전압이 미리 결정된 임계 전압 이하인 경우 상기 듀티 사이클이 100% 인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  6. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공용 차지 펌프의 출력단과 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측 사이에 연결되는 전류 소스
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 전압과 상기 전류 소스의 출력단 사이에 연결되는 다이오드; 및
    상기 부트스트랩 커패시터의 일측과 상기 스위칭 모드 컨버터의 출력단 사이에 연결되는 인덕터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  8. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자는
    다이오드 또는 스위칭 소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터.
  9. 삭제
  10. 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터를 충전하는 단계;
    일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자를 온 시키는 단계;
    상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하는 단계;
    상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 공용 차지 펌프로 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 단계;
    상기 공용 차지 펌프는 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 단계는
    상기 입력 전원의 전압 레벨을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법.
  11. 일측이 접지와 연결된 제1 반도체 소자의 다른 일측과 연결되는 부트스트랩 커패시터를 충전하는 단계;
    일측이 상기 제1 반도체 소자의 상기 다른 일측과 입력 전원 사이에 연결되는 스위칭 소자를 온 시키는 단계;
    상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하는 단계;
    상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 공용 차지 펌프로 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 단계;
    상기 공용 차지 펌프는 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 상기 부트스트랩 커패시터의 다른 일측으로 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 단계는
    상기 스위칭 소자, 인덕터 및 커패시터로 이루어진 스위칭 모드 컨버터 토폴로지에 따른 출력 전압을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법.
  12. 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 듀티 사이클이 100%인지 판단하는 단계는
    상기 스위칭 소자의 온 시간(on-time)을 감지하고, 상기 감지된 상기 온 시간이 미리 결정된 기준 시간 이상인 경우 상기 듀티 사이클이 100% 인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스위칭 모드 컨버터의 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 제공하는 공용 차지 펌프;
    상기 공용 차지 펌프의 출력 전압과 연결되며, 입력 전원의 전압을 제1 출력 전압으로 변환하는 스위칭 모드 컨버터; 및
    상기 스위칭 모드 컨버터의 제1 출력 전압을 제2 출력 전압으로 변환하여 부하에 전달하며, 상기 공용 차지 펌프의 출력단과 연결되어 상기 공용 차지 펌프의 고전위 전압을 이용하는 로우 드랍 아웃 회로;
    를 포함하고,
    상기 스위칭 모드 컨버터는
    듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부
    를 포함하며,
    상기 제어부는
    상기 입력 전원의 전압 레벨을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력하는 것을 특징으로 하는 시스템 온 칩을 위한 전원 회로.
  15. 제1 기준 전압과 제2 기준 전압 중 어느 하나를 입력 받고, 상기 입력 받은 상기 어느 하나의 전압에 대응하는 출력 전압을 제공하는 공용 차지 펌프;
    상기 공용 차지 펌프의 출력 전압과 연결되며, 입력 전원의 전압을 제1 출력 전압으로 변환하는 스위칭 모드 컨버터; 및
    상기 스위칭 모드 컨버터의 제1 출력 전압을 제2 출력 전압으로 변환하여 부하에 전달하며, 상기 공용 차지 펌프의 출력단과 연결되어 상기 공용 차지 펌프의 고전위 전압을 이용하는 로우 드랍 아웃 회로;
    를 포함하고,
    상기 스위칭 모드 컨버터는
    듀티 사이클이 100%인지 판단하고, 상기 듀티 사이클의 100% 여부에 따라 상기 공용 차지 펌프로 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 중 어느 하나가 입력되도록 제어하는 제어부
    를 포함하며,
    상기 제어부는
    상기 스위칭 모드 컨버터의 출력 전압을 고려하여 상기 제2 기준 전압의 전압 레벨을 조절하고, 상기 전압 레벨이 조절된 상기 제2 기준 전압을 상기 공용 차지 펌프로 입력하는 것을 특징으로 하는 시스템 온 칩을 위한 전원 회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023243966A1 (ko) * 2022-06-17 2023-12-21 삼성전자 주식회사 디스플레이를 포함하는 전자 장치와 이의 동작 방법

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US5349284A (en) 1991-02-27 1994-09-20 Astec International, Ltd. Power factor boost converter power supply
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