KR101442331B1 - 과전압 보호 회로 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과전압 보호 회로 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 과전압 보호 회로는 저항분배기, 기준전압 공급부, 비교기 및 인버터를 포함하고, 인버터는 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제1 내지 제3 반도체 스위칭 소자의 직병렬 조합회로로 구성되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 상기 제1 반도체 스위칭 소자와, 상기제2 반도체 스위칭 소자 또는 제3 반도체 스위칭 소자가 구동됨으로써, 외부전압이 내부회로에서 요구되는 전압범위일 때는 그 외부전압을 출력하도록 하고, 외부전압이 내부회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)일 경우에는 그 외부전압을 차단하여 내부회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 함으로써 외부의 과전압으로부터 내부회로를 보호하도록 구성된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, IC 내에 간단하게 구현 가능하고, 외부로부터 입력되는 과전압을 정밀하게 제어함으로써 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있다.

Description

과전압 보호 회로 및 그 방법{Overvoltage protection circuit and method thereof}
본 발명은 과전압 보호 회로 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 IC (Integrated Circuit) 내에 간단하게 구현 가능하고, 외부로부터 입력되는 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있는 과전압 보호 회로 및 그 방법에 관한 것이다.
최근, 휴대 전화, 디지털 카메라 등과 같은, 2차 전지를 내장한 전자 기기가 널리 사용되고 있다. 그러한 기기에 AC 어댑터가 접속되어 있는 경우, 기기는 AC 어댑터로부터 공급되는 전력에 의해 작동할 수 있고, 동시에 2차 전지가 충전될 수 있다. 그러한 기기가 널리 사용됨에 따라, 전압 출력이 다른 여러 가지 AC 어댑터가 사용되고 있다. AC 어댑터에 대해서는 한정된 종류의 커넥터가 이용가능하므로, 다른 전압을 출력하는 AC 어댑터가 동일 종류의 커넥터를 가질 수도 있다. 따라서, 부적합한 AC 어댑터가 실수로 전자 기기에 접속될 수도 있다.
예를 들면, 임의의 전자 기기의 반도체 장치의 내구 전압보다 높은 전압을 출력하는 AC 어댑터가 그 전자 기기에 접속되면, 반도체 장치는 손상되거나 파괴될 수도 있다.
모든 회로는 정해진 전원전압의 범위 내에서 동작해야 한다. 정해진 범위이상의 전원전압을 과전압이라 부르고, 이와 같은 과전압의 영향으로 회로가 셧 다운 (shut down) 되기도 하고, 회로의 브레이크다운(breakdown)이 발생할 수도 있다. 따라서, 동작가능한 전원전압 이상의 입력전압이 들어오는 것을 막기 위해 시스템마다 과전압 보호회로를 사용한다. 특히 이를 IC(Integrated Circuit)에서 구현할 경우 다이오드, 고전압 트랜지스터 등에 의해 면적이 크게 증대하게 되므로 IC에 적용함에 있어서 어려움이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 10-2008-0041190 한국 공개특허공보 공개번호 10-2010-0083871
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, IC 내에 간단하게 구현 가능하고, 외부로부터 입력되는 과전압을 정밀하게 제어함으로써 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있는 과전압 보호 회로 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 과전압 보호 회로는,
복수의 저항으로 구성되며, 외부전원으로부터 전압을 입력받아 전압 강하하여 전원전압보다 상대적으로 작은 크기의 전압으로 분배하여 제공하는 저항분배기;
미리 설정된 일정 크기의 기준전압을 공급하는 기준전압 공급부;
상기 저항분배기에 의해 분배되어 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부로부터 공급된 기준전압을 각각 입력받아 비교하고, 그 비교결과에 따라 로우 또는 하이(low 또는 high) 신호를 출력하는 비교기; 및
상기 비교기로부터의 출력신호(low 또는 high)를 입력받아 비교기의 출력신호와 반대되는 신호(high 또는 low)를 출력하는 인버터를 포함하고,
상기 인버터는,
그 일측 전극단자가 외부의 전원과 접속되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제1 반도체 스위칭 소자;
상기 제1 반도체 스위칭 소자와 직렬로 접속되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제2 반도체 스위칭 소자; 및
상기 제1 반도체 스위칭 소자와 상기 제2 반도체 스위칭 소자 사이에 상기 제2 반도체 스위칭 소자와 병렬로 상기 제1 반도체 스위칭 소자에 접속되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제3 반도체 스위칭 소자를 포함하며,
상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 상기 제1 반도체 스위칭 소자와, 상기제2 반도체 스위칭 소자 또는 제3 반도체 스위칭 소자가 구동됨으로써, 외부로부터 입력되는 전압이 내부회로에서 요구되는 전압범위일 때는 그 외부로부터 입력되는전압을 출력하도록 하고, 외부로부터 입력되는 전압이 내부회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)일 경우에는 그 외부로부터 입력되는 전압을 차단하여 내부회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 함으로써 외부의 과전압으로부터 내부회로를 보호하도록 구성된 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 저항분배기는 그 일단이 상기 외부전원에 접속되고 타단은 전압분배를 위한 공통 노드에 접속되는 제1 저항과, 그 일단은 상기 공통 노드에 접속되고 타단은 그라운드(GND)에 접속되는 제2 저항으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 비교기는 상기 저항분배기에 의해 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부로부터 공급된 기준전압을 각각 입력받아 비교하고, 상기 저항분배기에 의해 제공된 전압이 기준전압보다 작을 경우에는 로우(low) 신호를 출력하고, 상기 저항분배기에 의해 제공된 전압이 기준전압보다 클 경우에는 하이(high) 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3 반도체 스위칭 소자는 FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1, 제2 및 제3 반도체 스위칭 소자는 MOSFET(Metal -oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성된다.
또한, 바람직하게는 상기 제1 반도체 스위칭 소자는 고전압형 MOSFET(Metal -oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성된다. 이는 고전압의 외부 전원전압이 인가되는 경우의 충격에 견딜 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 과전압 보호방법은,
저항분배기, 기준전압 공급부, 비교기 및 인버터를 포함하는 과전압 보호회로를 이용한 과전압 보호방법으로서,
a) 상기 비교기에 의해 상기 저항분배기로부터 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부로부터 공급된 기준전압을 각각 입력받아 비교하는 단계;
b) 상기 비교결과에 따라, 상기 비교기에 의해 로우(low) 또는 하이(high) 신호를 출력하는 단계;
c) 상기 인버터에 의해 상기 비교기로부터의 출력신호(low 또는 high)를 입력받아, 비교기의 출력신호와 반대되는 신호(high 또는 low)를 출력하는 단계;
d) 상기 인버터에 의해 하이 신호가 출력될 경우에는, 외부로부터 입력되는 전압을 내부 회로에서 요구되는 전압범위로 판단하여 그 외부로부터 입력되는 전압을 내부회로로 출력하는 단계; 및
e) 상기 인버터에 의해 로우 신호가 출력될 경우에는, 상기 외부로부터 입력되는 전압을 내부 회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)으로 판단하여 그 외부로부터 입력되는 전압을 차단하여 내부 회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단계 b)에서 상기 비교기는 비교결과 상기 저항분배기로부터 제공된 전압이 기준전압보다 작을 경우에는 로우(low) 신호를 출력하고, 상기 저항분배기로부터 제공된 전압이 기준전압보다 클 경우에는 하이(high) 신호를 출력한다.
또한, 상기 단계 d)에서 상기 인버터는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자 및 제2 반도체 스위칭 소자를 구동시킴으로써 외부로부터 입력되는 전압을 내부회로로 출력한다.
또한, 상기 단계 e)에서 상기 인버터는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자 및 제3 반도체 스위칭 소자를 구동시킴으로써 외부로부터 입력되는 전압을 차단하여 내부 회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, IC 내에 간단하게 구현 가능하고, 외부로부터 입력되는 과전압을 정밀하게 제어함으로써 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 과전압 보호 회로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 과전압 보호 회로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2의 과전압 보호 회로에 있어서, 인버터의 내부 회로 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 과전압 보호 방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 과전압 보호 회로의 동작을 도식적으로 설명하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 과전압 보호 회로에 있어서, 외부 전원전압 가변시의 내부 전원전압의 관계를 보여주는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
여기서, 본 발명의 실시 예를 본격적으로 설명하기에 앞서, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 종래 과전압 보호 회로의 일 예에 대하여 먼저 설명해 보기로 한다.
도 1은 종래 과전압 보호 회로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 과전압 보호 회로는 제1, 제2 PNP형 BJT (Bipolar Junction Transistor)(Q1,Q2)와, 제너(Zener) 다이오드(D1) 및 제1∼제3 저항들(R1,R2,R3)의 직병렬 조합회로로 구성되어 있다.
이상과 같은 구성의 종래 과전압 보호 회로는 특정 전압(예를 들면, 5V) 이상의 전압이 회로에 인가되면 전원전압이 부하(IC)에 전달되는 것을 차단하게 되는데, 이때 차단 스위치 역할을 하는 것이 제1 트랜지스터(Q1)이다. 제2 트랜지스터 (Q2)는 입력전압에 따라 제1 트랜지스터(Q1)의 스위칭 동작을 조정하게 된다. 즉, 입력전압이 일정 수준보다 클 경우에는 제1 트랜지스터(Q1)가 오프(OFF)되도록 하고, 입력전압이 적당한 범위의 값이면 제1 트랜지스터(Q1)를 온(ON)시키는 것이다.
한편, 과전압이 입력될 경우, 제너 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)는 과전압 입력시에도 Vz을 유지하게 되고, 제2 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 전류가 증가하게 되므로 제1 트랜지스터(Q1)를 오프(OFF) 시킬 수 있게 된다.
그러나 이상과 같은 종래 과전압 보호 회로는 도시된 바와 같이 제너 다이오드(D1)에 의존하게 되므로, 과전압에 대한 정밀한 제어가 어렵고, 또한 바이폴라 트랜지스터(Bipolar transistor)(Q1,Q2)와 제너 다이오드(D1)가 상대적으로 부피가 크고, 그러한 구성요소들을 반도체 제조 공정에서 제공하지 않는 경우가 많거나, 설령 제공하는 경우에도 추가적인 마스크 레이어(mask layer)가 필요하게 되므로 회로의 특성 저하 및 비용이 많이 소요된다는 문제가 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 과전압 보호 회로에서의 문제점들을 개선하기 위해 제안된 것으로서, IC 내에 간단하게 구현 가능하고, 외부로부터 입력되는 과전압을 정밀하게 제어함으로써 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있는 과전압 보호 회로 및 그 방법을 제공하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 과전압 보호 회로의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 과전압 보호 회로는 저항분배기(210), 기준전압 공급부(220), 비교기(230), 인버터(240)를 포함하여 구성된다.
상기 저항분배기(210)는 복수의 저항으로 구성되며, 외부전원(Vext)으로부터 전압을 입력받아 전압 강하하여 전원전압보다 상대적으로 작은 크기의 전압으로 분배하여 제공한다. 여기서, 이와 같은 저항분배기(210)는, 도시된 바와 같이, 그 일단이 외부전원(Vext)에 접속되고 타단은 전압분배를 위한 공통 노드(N)에 접속되는 제1 저항(R1)과, 그 일단은 상기 공통 노드(N)에 접속되고 타단은 그라운드(GND)에 접속되는 제2 저항(R2)으로 구성될 수 있다.
상기 기준전압 공급부(220)는 미리 설정된 일정 크기의 기준전압을 공급한다. 여기서, 이와 같은 기준전압 공급부(220)는 온도 및 외부 환경에 따라 전압의 레벨이 변화되지 않는 안정된 기준전압(Vref)을 공급하는 것이 바람직하다. 따라서, 이와 같은 기준전압 공급부(220)로는 BGR(band gap reference) 전압 발생기가 사용될 수 있다. 또한, 이와 같은 기준전압 공급부(220)는 외부로부터 기준전압 (Vref)을 공급받는 방식으로 구성될 수도 있다.
상기 비교기(230)는 상기 저항분배기(210)에 의해 분배되어 제공된 전압 (Vcomp_in)과 상기 기준전압 공급부(220)로부터 공급된 기준전압(Vref)을 각각 입력받아 비교하고, 그 비교결과에 따라 로우(low) 또는 하이(high) 신호를 출력한다. 여기서, 이와 같은 비교기(230)는 상기 저항분배기(210)에 의해 제공된 전압 (Vcomp_in)과 상기 기준전압 공급부(220)로부터 공급된 기준전압(Vref)을 각각 입력받아 비교하고, 상기 저항분배기(210)에 의해 제공된 전압(Vcomp_in)이 기준전압(Vref)보다 작을 경우에는 로우(low) 신호를 출력하고, 상기 저항분배기(210)에 의해 제공된 전압(Vcomp_in)이 기준전압(Vref)보다 클 경우에는 하이(high) 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 여기서, 또한 이와 같은 비교기(230)의 전원전압으로는 도시된 바와 같이 Vref가 사용되며, 이는 회로보호를 위한 것이다. 비교기(230)의 출력이 하이(High)일 경우, 그 하이 신호가 Vref로 한정됨에 따라, 본 발명에서는 후술되는 인버터(240)의 구조를 일반적인 인버터 구조가 아닌 도 3과 같은 인버터 구조를 사용한다.
상기 인버터(240)는 상기 비교기(230)로부터의 출력신호(low 또는 high 신호)를 입력받아 비교기의 출력신호와 반대되는 신호(high 또는 low 신호)를 출력한다. 여기서, 이와 같은 인버터(240)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 일측 전극단자(소스 단자)가 외부의 전원(VDD)과 접속되며, 상기 비교기(230)로부터의 출력을 자신의 게이트 단자를 통해 입력받아 구동하는 제1 반도체 스위칭 소자(M1)와; 그 제1 반도체 스위칭 소자(M1)와 직렬로 접속되며, 상기 비교기(230)로부터의 출력을 자신의 게이트 단자를 통해 입력받아 구동하는 제2 반도체 스위칭 소자(M2); 및 상기 제1 반도체 스위칭 소자(M1)와 상기 제2 반도체 스위칭 소자(M2) 사이에 상기 제2 반도체 스위칭 소자(M2)와 병렬로 상기 제1 반도체 스위칭 소자(M1)에 접속되며, 상기 비교기(230)로부터의 출력을 자신의 게이트 단자를 통해 입력받아 구동하는 제3 반도체 스위칭 소자(M3)를 포함한다.
또한, 이상과 같은 인버터(240)는 상기 비교기(230)로부터의 출력을 입력받아 상기 제1 반도체 스위칭 소자(M1)와, 상기제2 반도체 스위칭 소자(M2) 또는 제3 반도체 스위칭 소자(M3)가 구동됨으로써, 외부로부터 입력되는 전압(이하 '외부전압'이라 함)이 내부회로에서 요구되는 전압범위일 때는 그 외부전압을 출력하도록 하고, 외부전압이 내부회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)일 경우에는 그 외부전압을 차단하여 내부회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 함으로써 외부의 과전압으로부터 내부회로를 보호하도록 구성된다. 상기 인버터(240)의 입력전압 하이(High) 신호는 기준전압 (Vref)으로 한정되며, 이는 인버터(240)의 VDD보다 작은 신호이므로 도 3과 같은 구조의 회로가 필요하다. 왜냐하면, 하이(High) 입력에서 제1 반도체 스위칭 소자 (M1)를 턴 오프(Turn off) 시킬 수 없기 때문이다. 따라서 이때 제3 반도체 스위칭 소자(M3)를 통하여 제3 반도체 스위칭 소자(M3)가 하이(High) 입력에서 턴 온(Turn on)되면 출력(Output)을 로우(Low)로 만들 수 있게 되는 것이다.
여기서, 이상과 같은 인버터(240)를 구성하는 상기 제1, 제2 및 제3 반도체 스위칭 소자(M1,M2,M3)는 FET(Field Effect Transistor)으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1, 제2 및 제3 반도체 스위칭 소자(M1,M2,M3)는 MOSFET(Metal-oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성된다.
또한, 바람직하게는 상기 제1 반도체 스위칭 소자(M1)는 고전압형 MOSFET (Metal-oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성된다. 이는 고전압의 외부 전원전압이 인가되는 경우의 충격에 견딜 수 있도록 하기 위한 것이다.
그러면, 이하에서는 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 과전압 보호 회로의 동작과, 본 발명의 과전압 보호 회로에 의한 과전압 보호 방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 과전압 보호 방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 과전압 보호 방법은, 전술한 바와 같은 저항분배기(210), 기준전압 공급부(220), 비교기(230) 및 인버터(240)를 포함하는 과전압 보호 회로를 이용한 과전압 보호 방법으로서, 먼저 상기 비교기(230)에 의해 상기 저항분배기(210)로부터 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부(220)로부터 공급된 기준전압(Vref)을 각각 입력받아 비교한다(단계 S401, S402).
그리고, 비교결과에 따라, 상기 비교기(230)에 의해 로우(low) 또는 하이(high) 신호를 출력한다. 예를 들면, 상기 단계 S402의 비교결과 상기 저항분배기(210)로부터 제공된 전압이 기준전압보다 작을 경우에는 비교기(230)는 로우 (low) 신호를 출력하고(단계 S403), 상기 저항분배기(210)로부터 제공된 전압이 기준전압보다 클 경우에는 비교기(230)는 하이(high) 신호를 출력한다(단계 S404).
이렇게 하여 비교기(230)로부터 하이 또는 로우 신호가 출력되면, 상기 인버터(240)는 상기 비교기(230)로부터의 출력신호(low 또는 high)를 입력받아, 비교기 (230)의 출력신호와 반대되는 신호(high 또는 low)를 출력한다(단계 S405, S406).
그리고, 상기 인버터(240)에 의해 하이 신호가 출력될 경우에는, 외부로부터 입력되는 전압(이하 '외부전압'이라 함)을 내부회로에서 요구되는 전압범위로 판단하여 그 외부전압을 내부회로로 출력한다(단계 S407). 이때, 상기 인버터(240)는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자(M1) 및 제2 반도체 스위칭 소자(M2)를 구동시킴으로써 외부전압을 내부회로로 출력한다. 즉 도 3으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 상기 인버터(240)는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자(M1)를 턴 온 구동시킴으로써 외부전압을 내부회로로 출력할 수 있다. 이 경우 자신의 내부의 제2 반도체 스위칭 소자(M2) 및 제3 반도체 스위칭 소자(M3)를 턴 오프 시킬 수 있다.
또한, 상기 인버터(240)에 의해 로우 신호가 출력될 경우에는, 상기 외부전압을 내부회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)으로 판단하여 그 외부전압을 차단한다(단계 S408). 즉, 내부회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 한다. 이는 내부회로로 외부전압이 공급되지 못하도록 차단하는 것을 의미하며, 이에 의해 내부회로가 외부의 과전압으로부터 보호되는 것이다.
이때, 상기 인버터(240)는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자(M1) 및 제3 반도체 스위칭 소자(M3)를 구동시킴으로써 외부전압을 차단하여 내부 회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 한다.
여기서, 이상과 같은 본 발명의 과전압 보호 회로 및 그 방법과 관련하여 실제적인 하나의 예를 들어, 도 5 및 도 6을 참조하면서 부연 설명해 보기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 과전압 보호 회로의 동작을 도식적으로 설명하는 도면이고, 도 6은 외부 전원전압 가변시의 내부 전원전압의 관계를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 과전압 보호 회로가 3V∼5V에서 동작하는 회로라고 가정하기로 한다. 즉, 과전압 보호 회로는 5V를 초과하는 전압이 입력되면 과전압으로 판단하고, 출력을 내보내지 않는 회로인 것으로 가정하기로 한다. 또한, 기준전압 공급부(220)로부터 공급되는 기준전압(Vref)은 임의로 2V 라고 정하기로 한다. 외부의 전원전압(Vext)이 5V 이하로 입력되면, 저항분배기(210)의 출력(Vcomp_in)은 2V 이하가 되고, 외부의 전원전압(Vext)이 5V를 초과하면 저항분배기(210)의 출력(Vcomp_in)은 2V를 초과하도록 설정한다. 예를 들어, 제1 저항인R1=14.3kohm이고, 제2 저항인 R2=10kohm이면 이상과 같은 동작을 할 수 있게 된다.
그러면, 도 2에서 외부 전원전압(Vext)으로 정해진 범위의 전압인 4V가 입력되었다고 가정하자. 그러면, 저항분배기(210)의 출력은 기준전압(Vref)인 2V보다 작은 1.65V의 전압을 출력할 것이고, 따라서 비교기(230)의 출력은 로우(low)가 된다. 이에 따라 후단의 인버터(240)는 입력신호와 반대의 신호를 출력하므로, 로우 (low) 신호를 입력받아 하이(high) 신호를 출력하게 된다. 이때, 인버터(240)의 전원전압은 외부로부터의 공급전압이므로 인버터의 출력전압, 즉 최종적으로 내부회로에 공급되는 전원전압(INT_Supply)은 외부로부터 공급되는 전원전압(EXT_ Supply)(즉, 4V)이 되는 것이다.
이번에는 과전압이 공급되었을 때, 즉 5V를 초과하는 전압이 공급된 경우의 과전압 보호 회로의 동작에 대해 설명해 보기로 한다. 예를 들어, 외부로부터의 공급 전원전압(EXT_ Supply)으로서 5.1V가 공급되었다고 가정하자. 이 경우 저항분배기(210)의 출력은 2.1V이므로 비교기(230)는 하이(high)를 출력하게 될 것이고, 그에 따라 인버터(240)의 출력은 로우(low)가 된다. 이와 같이 인버터(240)의 출력이 로우(low)일 경우, 인버터(240)는 도 3의 회로에서 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자(M1) 및 제3 반도체 스위칭 소자(M3)를 구동시켜 외부전압을 차단하고, 그 결과 내부회로에 공급되는 전압은 0(zero)V로 된다. 이와 같이 과전압 입력시에는 내부회로에 0V를 전달하므로, 과전압으로부터 회로를 보호할 수 있게 되는 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 과전압 보호 회로는, 제너(Zener) 다이오드나 BJT(Bipolar Junction Transistor)와 같은 구성요소를 사용하지 않으므로 종래의 과전압 보호 회로의 구조에 비해 비교적 부피가 작고, IC 내에 구현이 가능하며, 제너 다이오드, BJT 등에 의한 공정비용 추가를 방지할 수 있다.
또한, 종래의 과전압 보호 회로는 제너 다이오드와 BJT의 특성에 의해 과전압 보호구간의 변화율이 비교적 크지만, 본 발명의 과전압 보호 회로는 그와 같은 구성요소를 사용하지 않으므로 매우 정밀한 과전압 보호 기능을 수행할 수 있고, 그 결과 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210...저항분배기 220...기준전압 공급부
230...비교기 240...인버터

Claims (12)

  1. 복수의 저항으로 구성되며, 외부전원으로부터 전압을 입력받아 전압 강하하여 전원전압보다 상대적으로 작은 크기의 전압으로 분배하여 제공하는 저항분배기;
    미리 설정된 일정 크기의 기준전압을 공급하는 기준전압 공급부;
    상기 저항분배기에 의해 분배되어 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부로부터 공급된 기준전압을 각각 입력받아 비교하고, 그 비교결과에 따라 로우(low) 또는 하이(high) 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기로부터의 출력신호(low 또는 high)를 입력받아 비교기의 출력신호와 반대되는 신호(high 또는 low)를 출력하는 인버터를 포함하고,
    상기 인버터는,
    그 일측 전극단자가 외부의 전원과 접속되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제1 반도체 스위칭 소자;
    상기 제1 반도체 스위칭 소자와 직렬로 접속되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제2 반도체 스위칭 소자; 및
    상기 제1 반도체 스위칭 소자와 상기 제2 반도체 스위칭 소자 사이에 상기 제2 반도체 스위칭 소자와 병렬로 상기 제1 반도체 스위칭 소자에 접속되며, 상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 구동하는 제3 반도체 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 비교기로부터의 출력을 입력받아 상기 제1 반도체 스위칭 소자와, 상기제2 반도체 스위칭 소자 또는 제3 반도체 스위칭 소자가 구동됨으로써, 외부로부터 입력되는 전압이 내부회로에서 요구되는 전압범위일 때는 그 외부로부터 입력되는 전압을 출력하도록 하고, 외부로부터 입력되는 전압이 내부회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)일 경우에는 그 외부로부터 입력되는 전압을 차단하여 내부회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 함으로써 외부의 과전압으로부터 내부회로를 보호하도록 구성된 과전압 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항분배기는 그 일단이 상기 외부전원에 접속되고 타단은 전압분배를 위한 공통 노드에 접속되는 제1 저항과, 그 일단은 상기 공통 노드에 접속되고 타단은 그라운드(GND)에 접속되는 제2 저항으로 구성된 과전압 보호 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준전압 공급부는 BGR(band gap reference) 전압 발생기인 과전압 보호 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 저항분배기에 의해 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부로부터 공급된 기준전압을 각각 입력받아 비교하고, 상기 저항분배기에 의해 제공된 전압이 기준전압보다 작을 경우에는 로우(low) 신호를 출력하고, 상기 저항분배기에 의해 제공된 전압이 기준전압보다 클 경우에는 하이(high) 신호를 출력하도록 구성된 과전압 보호 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 반도체 스위칭 소자는 FET(Field Effect Transistor)로 구성된 과전압 보호 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 반도체 스위칭 소자는 MOSFET(Metal-oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성된 과전압 보호 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반도체 스위칭 소자는 고전압형 MOSFET(Metal-oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성된 과전압 보호 회로.
  8. 저항분배기, 기준전압 공급부, 비교기 및 인버터를 포함하는 과전압 보호회로를 이용한 과전압 보호방법으로서,
    a) 상기 비교기에 의해 상기 저항분배기로부터 제공된 전압과 상기 기준전압 공급부로부터 공급된 기준전압을 각각 입력받아 비교하는 단계;
    b) 상기 비교결과에 따라, 상기 비교기에 의해 로우(low) 또는 하이(high) 신호를 출력하는 단계;
    c) 상기 인버터에 의해 상기 비교기로부터의 출력신호(low 또는 high)를 입력받아, 비교기의 출력신호와 반대되는 신호(high 또는 low)를 출력하는 단계;
    d) 상기 인버터에 의해 하이 신호가 출력될 경우에는, 외부로부터 입력되는 전압을 내부 회로에서 요구되는 전압범위로 판단하여 그 외부로부터 입력되는 전압을 내부회로로 출력하는 단계; 및
    e) 상기 인버터에 의해 로우 신호가 출력될 경우에는, 상기 외부로부터 입력되는 전압을 내부 회로에서 요구되는 전압보다 더 큰 전압(과전압)으로 판단하여 그 외부로부터 입력되는 전압을 차단하여 내부 회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 하는 단계를 포함하는 과전압 보호 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 상기 비교기는 비교결과 상기 저항분배기로부터 제공된 전압이 기준전압보다 작을 경우에는 로우(low) 신호를 출력하고, 상기 저항분배기로부터 제공된 전압이 외부전압이 기준전압보다 클 경우에는 하이(high) 신호를 출력하는 과전압 보호 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단계 d)에서 상기 인버터는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자를 턴 온 구동시킴으로써 외부로부터 입력되는 전압을 내부회로로 출력하는 과전압 보호 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 단계 e)에서 상기 인버터는 자신의 내부의 제1 반도체 스위칭 소자 및 제3 반도체 스위칭 소자를 구동시킴으로써 외부로부터 입력되는 전압을 차단하여 내부 회로에 공급되는 전압을 0(zero)V로 하는 과전압 보호 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 인버터는 자신의 내부의 제2 반도체 스위칭 소자 및 제3 반도체 스위칭 소자를 턴 오프시키는 과전압 보호 방법.
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