KR101615635B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 음의 문턱 전압(threshold voltage)을 가지는 스위칭 소자, 및 전원 단자와 접지 단자 사이에 연결되어, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고, 스위칭 소자는, 접지 단자에서 공급되는 접지 전압보다 높은 가상 접지 전압을 가지는 가상 접지 노드(node)에 연결되어, 구동 전압과 가상 접지 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 온(on)된다.

Description

반도체 장치{Semiconductor device}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스위칭 소자를 포함하는 반도체 장치 및 전원 장치에 관한 것이다.
전원 장치는 외부로부터 입력되는 입력 전원을 사용자가 원하는 레벨의 전압 또는 전류를 갖는 출력 전원으로 변환하여 해당 장치에 공급하는 장치로서, 휴대용 단말기, 노트북 등과 같은 가전 제품 등에 광범위하게 사용되고 있다. 한편, 최근에는 친환경적인 차량으로서, 전기 자동차, 하이브리드 자동자 및 연료 전지 자동차 등이 개발되어 실용화되고 있는데, 이들 차량에도 모터를 구동하기 위한 전원 장치가 탑재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 장치가 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 경우, 음의 전압을 발생하는 전압 발생기를 추가적으로 구비하지 않더라도 스위칭 소자의 온/오프를 효율적으로 제어할 수 있는 반도체 장치 및 전원 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 장치가 양의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 경우, 고전압을 발생하는 승압 변환기 또는 차지 펌프를 추가적으로 구비하지 않더라도 스위칭 소자의 온/오프를 효율적으로 제어할 수 있는 반도체 장치 및 전원 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 음의 문턱 전압(threshold voltage)을 가지는 스위칭 소자; 및 전원 단자와 접지 단자 사이에 연결되어, 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고, 상기 스위칭 소자는, 상기 접지 단자에서 공급되는 접지 전압보다 높은 가상 접지 전압을 가지는 가상 접지 노드(node)에 연결되어, 상기 구동 전압과 상기 가상 접지 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 온(on)된다.
일부 실시예에서, 상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결된 전압 분배부를 더 포함하고, 상기 전압 분배부는, 상기 전원 단자와 상기 가상 접지 노드 사이에 연결된 적어도 하나의 제1 수동 소자; 및 상기 가상 접지 노드와 상기 접지 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 제2 수동 소자를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 가상 접지 전압의 전압 레벨은, 상기 문턱 전압의 크기보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압이 인가되는 제어 단자 및 상기 가상 접지 노드에 연결되는 입력 단자를 가지는 N채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결된 전원부를 더 포함하고, 상기 전원부는, 상기 접지 단자에 연결된 음의 단자를 가지는 제1 전원; 및 상기 제1 전원의 양의 단자와 상기 전원 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 제2 전원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 가상 접지 노드는, 상기 적어도 하나의 제2 전원의 음의 단자에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제2 전원은 복수의 제2 전원들을 포함하고, 상기 가상 접지 노드는, 상기 복수의 제2 전원들 중 하나의 음의 단자에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 구동부는, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상기 전원 단자에서 제공되는 전원 전압 또는 상기 접지 단자에서 제공되는 상기 접지 전압을 상기 구동 전압으로써 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제1 및 제2 수동 소자 중 적어도 하나는 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자는 양의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자; 및 전원 단자와 접지 단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고, 상기 스위칭 소자는, 상기 전원 단자에서 공급되는 전원 전압보다 낮은 가상 전원 전압을 가지는 가상 전원 노드에 연결되어, 상기 구동 전압과 상기 가상 전원 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 오프된다.
일부 실시예에서, 상기 가상 전원 전압의 전압 레벨은, 상기 전원 전압과 상기 문턱 전압의 차이보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압이 인가되는 제어 단자 및 상기 가상 전원 노드에 연결되는 입력 단자를 가지는 P채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전원 장치는, 전원 단자와 접지 단자 사이에 직렬 연결되는 적어도 두 개의 수동 소자들을 포함하는 전압 분배부; 상기 적어도 두 개의 수동 소자들 사이의 가상 접지 노드에 연결되고 음의 문턱 전압을 가지는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 전원 전압과 다른 전압 레벨을 갖는 출력 전압을 제공하는 전압 변환부; 및 상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결되어, 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고, 상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압과 상기 가상 접지 노드의 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 온된다.
일부 실시예에서, 상기 가상 접지 노드의 전압은, 상기 문턱 전압의 크기보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압이 인가되는 제어 단자 및 상기 가상 접지 노드에 연결되는 입력 단자를 가지는 N채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결된 전원부를 더 포함하고, 상기 전원부는, 상기 접지 단자에 연결된 음의 단자를 가지는 제1 전원; 및 상기 제1 전원의 양의 단자와 상기 전원 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 제2 전원을 포함하고, 상기 가상 접지 노드는 상기 제2 전원의 음의 단자에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 전압 변환부는, 상기 전원 단자와 상기 가상 접지 노드 사이에 연결되어 풀 브릿지(full bridge) 회로를 구성하는 네 개의 스위칭 소자들을 포함하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부에서 출력되는 전압을 소정 레벨로 변환하는 변압기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 전압 분배부는, 상기 전원 단자와 제1 노드 사이에 연결되는 제1 수동 소자; 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 제2 수동 소자; 상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제3 수동 소자; 및 상기 제3 노드와 상기 접지 단자 사이에 연결되는 제4 수동 소자들을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 전압 변환부는, 상기 전원 단자 및 상기 제1 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 제1 스위칭 소자를 포함하는 제1 전압 변환부; 및 상기 제1 노드 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2 스위칭 소자를 포함하는 제2 전압 변환부를 포함하고, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압은 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자의 문턱 전압의 크기보다 크고, 상기 제3 노드의 전압은 상기 적어도 하나의 제2 스위칭 소자의 문턱 전압의 크기보다 클 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 구동부는, 상기 전원 단자 및 상기 제2 노드 사이에 연결되어, 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자를 구동하기 위한 제1 구동 전압을 제공하는 제1 구동부; 및 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되어, 상기 적어도 하나의 제2 스위칭 소자를 구동하기 위한 제2 구동 전압을 제공하는 제2 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭 소자가 음의 문턱 전압을 가지는 경우 스위칭 소자를 구동하는 구동부는 접지 단자에 연결시키고, 스위칭 소자는 접지 단자보다 높은 전압 레벨을 가지는 노드에 연결시킴으로써, 구동부에서 접지 전압이 공급되는 경우에 스위칭 소자에 음의 전압이 인가되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 반도체 장치는, 음의 전압을 발생하는 전압 발생기를 별도로 구비하지 않아도 된다. 이에 따라, 반도체 장치는 전체적으로 소모 전력이 감소하고, 회로의 구성이 간단해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 스위칭 소자는 문턱 전압의 크기보다 높은 전압 레벨을 가지는 노드에 연결시킴으로써, 구동부에서 접지 전압을 공급하는 경우에 스위칭 소자에 누설 전류가 발생하지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 반도체 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 N채널 트랜지스터들의 전류 대 전압 특성들의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1의 반도체 장치에 포함된 스위칭 소자의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 양의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 반도체 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 P채널 트랜지스터들의 전류 대 전압 특성들의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 반도체 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 장치(1)는 전원부(11), 전압 분배부(12), 구동부(13), 전압 변환부(14), 및 부하부(15)를 포함할 수 있다. 여기서, 전압 변환부(14)는 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자 및 수동 소자를 포함할 수 있다. 전압 변환부(14)는 전원부(11)로부터 공급받은 전원 전압을 변환하여 변환 전압을 생성하고, 스위칭 소자의 온/오프에 따라 부하부(15)에 변환 전압을 제공할 수 있다.
전원부(11)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 전원 전압을 제공한다. 여기서, 전원부(11)는 직렬로 연결된 복수의 전원들을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 복수의 전원들은 태양 전지들(solar cells, photovoltaic cells)을 포함할 수 있다. 이 경우, 반도체 PN 접합으로 구성된 태양 전지에 태양광이 입사되면 광 에너지에 의해 전자, 정공 쌍이 여기되고 분리되는데, 이러한 전자와 정공의 이동으로 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다. 그러나, 전원부(11)는 태양 전지에 한정되지 않고, 다른 실시예에서는, 이차전지와 같은 배터리를 포함할 수 있다.
전압 분배부(12)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 수동 소자(121, 122)를 포함한다. 본 실시예에서, 전압 분배부(12)는 두 개의 수동 소자들(121, 122)을 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 전압 분배부(12)는 세 개 이상의 수동 소자들을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 수동 소자(121, 122)는 커패시터일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 저항 또는 인덕터일 수도 있다.
구체적으로, 제1 수동 소자(121)는 전원 단자(VDD)와 제1 노드(N1) 사이에 연결되고, 제2 수동 소자(122)는 제1 노드(N1)와 접지 단자(GND) 사이에 연결된다. 제1 노드(N1)의 전압은 제1 수동 소자(121)와 제2 수동 소자(122)의 임피던스를 기초로, 전원 전압이 분배됨으로써 결정된다. 이에 따라, 제1 노드(N1)의 전압은 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압보다 높고, 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압보다는 낮은 레벨을 갖게 된다. 이때, 제1 노드(N1)의 전압은 전압 변환부(14)에 포함된 스위칭 소자의 문턱 전압의 크기보다 클 수 있다. 본 실시예에서, 제1 노드(N1)는 가상 접지 노드라고 할 수 있다.
구동부(13)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 전압 변환부(14)에 포함된 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 구체적으로, 구동부(13)는 외부로부터 제공되는 제어 신호(CON)에 따라 전원 전압 또는 접지 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있는다. 예를 들어, 구동부(13)는 피모스(PMOS) 트랜지스터와 엔모스(NMOS) 트랜지스터가 직렬 연결된 인버터로 구현될 수 있다. 그러나, 구동부(13)의 구성은 인버터에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
전압 변환부(14)에 포함된 수동 소자의 일단은 전원 단자(VDD)에 연결되고, 그 타단은 스위칭 소자에 연결될 수 있고, 수동 소자는 스위칭 소자에 변환 전압을 제공할 수 있다. 스위칭 소자는 수동 소자의 타단과 제1 노드(N1) 사이에 연결되어, 구동부(13)에서 제공되는 구동 전압에 따라 온(on)/오프(off)된다. 본 실시예에서, 스위칭 소자는 음의 문턱 전압을 가지는 N채널 트랜지스터일 수 있고, 예를 들어, GaN 또는 SiC 등으로 구현될 수 있다. 상술된 바와 같이, 제1 노드(N1)의 전압은 접지 전압보다 높은 전압 레벨, 구체적으로, 문턱 전압의 크기보다 높은 레벨을 가질 수 있다. 이 경우, 구동 전압과 제1 노드(N1)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면, 스위칭 소자는 온된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
부하부(15)는 전압 변환부(14)에 포함된 스위칭 소자의 온/오프에 따라 전압 변환부(14)로부터 변환 전압을 공급받을 수 있다. 부하부(15)의 구성은 실시예에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
도 2는 N채널 트랜지스터들의 전류 대 전압 특성들의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, X축은 N채널 트랜지스터의 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)을 나타내고, Y축은 N채널 트랜지스터의 드레인에 흐르는 전류(ID)를 나타낸다. 이때, 참조부호 NM1은 제1 N채널 트랜지스터의 전류 대 전압 특성을 나타내고, 참조부호 NM2는 제2 N채널 트랜지스터의 전류 대 전압 특성을 나타낸다.
제1 N채널 트랜지스터는 게이트와 소스 사이의 전압이 제1 임계 전압(VTN1)보다 크면 온되고, 게이트와 소스 사이의 전압이 제1 임계 전압(VTN1)보다 작으면 오프된다. 이때, 제1 임계 전압(VTN1)은 0 보다 큰 양의 값을 갖는다. 따라서, 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)이 0 V일 때에 제1 N채널 MOSFET의 드레인에는 전류가 흐르지 않는다. 이러한 제1 N채널 트랜지스터는 N채널 증가형(enhancement mode) 트랜지스터라고 할 수 있다.
한편, 제2 N채널 트랜지스터는 게이트와 소스 사이의 전압이 제2 임계 전압(VTN2)보다 크면 온되고, 게이트와 소스 사이의 전압이 제2 임계 전압(VTN2)보다 작으면 오프된다. 이때, 제2 임계 전압(VTN2)은 0 보다 작은 음의 값을 갖는다. 따라서, 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)이 0 V일 때에 제2 N채널 트랜지스터의 드레인에는 전류가 흐른다. 이러한 제2 N채널 트랜지스터는 N채널 공핍형(depletion mode) 트랜지스터라고 할 수 있다.
예를 들어, 제2 N채널 트랜지스터의 소스가 접지 단자에 연결되는 경우에, 제2 N채널 트랜지스터의 게이트에 0 V가 인가되면, 제2 N채널 트랜지스터는 온 상태가 되어서 누설 전류가 발생할 수 있다. 따라서, 제2 N채널 트랜지스터를 오프 상태로 만들기 위해서는, 제2 N채널 트랜지스터의 게이트에 음의 전압을 인가해야 한다. 그러나, 제2 N채널 트랜지스터의 게이트에 음의 전압을 인가하기 위해서는, 음의 전압을 생성하는 전압 생성기가 추가적으로 구비되어야 한다. 이 경우, 전체적으로 전력 소모가 증가하고, 추가적인 전압 생성기를 포함시킴으로 인하여 전체적인 구성이 복잡해지고, 비용이 증가하게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 본 실시예에서, 스위칭 소자는 음의 문턱 전압을 가지는 N채널 트랜지스터일 수 있으므로, 도 2의 그래프에서 참조부호 NM2와 같은 전류 대 전압 특성을 가질 수 있다. 따라서, 스위칭 소자가 접지 단자(GND)에 연결되는 경우, 스위칭 소자에서 누설 전류의 발생을 방지하기 위해서는 음의 전압을 발생하는 전압 생성기가 추가적으로 구비되어야 한다.
그러나, 본 실시예에서 구동부(13)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되는 반면, 스위칭 소자는 수동 소자의 타단과 제1 노드(N1) 사이에 연결된다. 따라서, 스위칭 소자는 구동 전압과 제1 노드(N1)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 온되고, 구동 전압과 제1 노드(N1)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 오프된다. 이때, 제1 노드(N1)의 전압은, 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압보다 크기 때문에, 구동 전압은 제1 노드(N1)의 전압에 비해 낮은 전압 레벨을 가질 수 있다. 이에 따라, 구동부(13)는 음의 전압을 발생하는 전압 생성기로부터 음의 전압을 제공받지 않더라도, 스위칭 소자의 온/오프를 제어할 수 있다.
예를 들어, 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압이 5 V이고, 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압이 0 V이고, 제1 노드(N1)의 전압이 2 V 이고, 스위칭 소자의 문턱 전압이 -1.5 V라고 하자. 이 경우, 구동부(13)는 제어 신호(CON)에 따라 구동 전압을 5 V 또는 0 V로 공급할 수 있다. 만약, 스위칭 소자가 접지 단자(GND)에 연결된다면, 스위칭 소자는 구동부(13)에서 제공되는 구동 전압 레벨의 변화에 관계 없이 항상 온 상태이다. 그러나, 본 실시예에서, 스위칭 소자는 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압(즉, 0 V)보다 높은 전압 레벨(즉, 2 V)을 가지는 제1 노드(N1)에 연결된다. 따라서, 구동 전압이 5 V인 경우 구동 전압과 제1 노드(N1) 사이의 전압은 3 V이므로 스위칭 소자는 온이 되고, 구동 전압이 0 V인 경우 구동 전압과 제1 노드(N1) 사이의 전압은 - 2 V이므로 스위칭 소자는 오프된다.
도 3은 도 1의 반도체 장치에 포함된 스위칭 소자의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 스위칭 소자는 기판(141), 하부 반도체층(142), 채널층(143), 상부 반도체층(144), 소스 전극(145), 게이트 전극(146), 및 드레인 전극(147)을 포함하는 HFET(Heterojunction Field Effect Transistor) 또는 HEMT(High Electron Mobility Transistor)일 수 있다. 다른 실시예예서, 스위칭 소자(14)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.
기판(141)은 반도체 기판일 수 있는데, 예를 들어, 실리콘(silicon), 사파이어(sapphire), 게르마늄(germanium), 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator), 실리콘-온-사파이어 또는 실리콘-게르마늄 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 기판(141) 상에는 버퍼층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
소스 전극(145), 게이트 전극(146) 및 드레인 전극(147)은 상부 반도체층(144) 상에 서로 이격되어 형성되고, 각각 전도성 물질을 포함할 수 있다. 소스 전극(145), 게이트 전극(146) 및 드레인 전극(147)의 상부에는 보호층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
하부 반도체층(142) 및 상부 반도체층(144)은 각각 서로 다른 밴드갭을 가진 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 반도체층(142)은 GaN, GaAs, InN 일 수 있고, 상부 반도체층(144)은 AlGaN, AlGaAs, AlInN 일 수 있다. 이때, 하부 반도체층(142)과 상부 반도체층(144) 사이의 밴드갭의 차이에 따라, 하부 반도체층(142)과 상부 반도체층(144)의 접합면에 2차원 전자 가스(2DEG, 2 Dimensional Electron Gas)층이 유도될 수 있다. 이때, 2차원 전자 가스 층은 채널층(143)으로 동작할 수 있다.
이와 같이, 스위칭 소자(14)에 채널층이(143)이 이미 형성되어 있으므로, 소스 전극(145)이 접지 단자에 연결되는 경우에는 게이트 전극(146)에 전압이 인가되지 않더라도(즉, 게이트 전극(146)에 인가되는 전압이 0 V인 경우에도) 채널층(143)에는 전류가 흐를 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 소스 전극(145)은 접지 전압보다 높은 전압 레벨, 구체적으로, 문턱 전압의 크기보다 높은 전압 레벨을 가지는 단자에 연결될 수 있다. 따라서, 게이트 전극(146)에 전압이 인가되지 않는 경우에는 채널층(143)에 전류가 흐르지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 양의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 반도체 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 장치(2)는 전원부(21), 전압 분배부(22), 구동부(23), 전압 변환부(24), 및 부하부(25)를 포함할 수 있다. 여기서, 전압 변환부(24)는 양의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자 및 수동 소자를 포함할 수 있다. 전압 변환부(24)는 전원부(21)로부터 공급받은 전원 전압을 변환하여 변환 전압을 생성하고, 스위칭 소자의 온/오프에 따라 부하부(25)에 변환 전압을 제공할 수 있다.
전원부(21)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 전원 전압을 제공한다. 여기서, 전원부(21)는 도 1의 반도체 장치(1)에 포함된 전원부(11)의 구성과 실질적으로 동일할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
전압 분배부(22)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 수동 소자(221, 222)를 포함한다. 본 실시예에서, 전압 분배부(22)는 두 개의 수동 소자들(221, 222)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 전압 분배부(22)는 세 개 이상의 수동 소자들을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 수동 소자(221, 222)는 커패시터일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 저항 또는 인덕터일 수도 있다.
구체적으로, 제1 수동 소자(221)는 전원 단자(VDD)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되고, 제2 수동 소자(222)는 제2 노드(N2)와 접지 단자(GND) 사이에 연결된다. 제2 노드(N2)의 전압은 제1 수동 소자(221)와 제2 수동 소자(222)의 임피던스를 기초로, 전원 전압이 분배됨으로써 결정된다. 이에 따라, 제2 노드(N2)의 전압은 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압보다는 낮고, 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압보다 높은 전압 레벨을 갖게 된다. 이때, 제2 노드(N2)의 전압은 전원 전압과 전압 변환부(24)에 포함된 스위칭 소자의 문턱 전압의 차이보다 작을 수 있다. 본 실시예에서, 제2 노드(N2)는 가상 전원 노드라고 할 수 있다.
구동부(23)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 구체적으로, 구동부(23)는 외부로부터 제공되는 제어 신호(CON)에 따라 전원 전압 또는 접지 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있는다. 예를 들어, 구동부(23)는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터가 직렬 연결된 인버터로 구현될 수 있다. 그러나, 구동부(23)의 구성은 인버터에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
전압 변환부(24)에 포함된 수동 소자의 일단은 접지 단자(GND)에 연결되고, 그 타단은 스위칭 소자에 연결될 수 있고, 수동 소자는 스위칭 소자에 변환 변압을 제공할 수 있다. 스위칭 소자는 수동 소자의 타단과 제2 노드(N2) 사이에 연결되어, 구동부(23)에서 제공되는 구동 전압에 따라 온/오프된다. 본 실시예에서, 스위칭 소자는 양의 문턱 전압을 가지는 P채널 트랜지스터일 수 있다. 상술된 바와 같이, 제2 노드(N2)의 전압은 전원 전압보다 낮은 전압 레벨, 구체적으로, 전원 전압과 문턱 전압의 차이보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 이 경우, 구동 전압과 제2 노드(N2)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면, 스위칭 소자는 오프된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
부하부(25)는 전압 변환부(24)에 포함된 스위칭 소자의 온/오프에 따라 전압 변환부(14)로부터 변환 전압을 공급받을 수 있다. 부하부(25)의 구성은 실시예에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
도 5는 P채널 트랜지스터들의 전류 대 전압 특성들의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, X축은 P채널 트랜지스터들의 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)을 나타내고, Y축은 P채널 트랜지스터의 드레인에 흐르는 전류(ID)를 나타낸다. 이때, 참조부호 PM1은 제1 P채널 트랜지스터의 전류 대 전압 특성을 나타내고, 참조부호 PM2는 제2 P채널 트랜지스터의 전류 대 전압 특성을 나타낸다.
제1 P채널 트랜지스터는 게이트와 소스 사이의 전압이 제1 임계 전압(VTP1)보다 크면 오프되고, 게이트와 소스 사이의 전압이 제1 임계 전압(VTP1)보다 작으면 온된다. 이때, 제1 임계 전압(VTP1)은 0 보다 작은 음의 값을 갖는다. 따라서, 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)이 0 V일 때에 제1 P채널 MOSFET의 드레인에는 전류가 흐르지 않는다. 이러한 제1 P채널 트랜지스터는 P채널 증가형 트랜지스터라고 할 수 있다.
한편, 제2 P채널 트랜지스터는 게이트와 소스 사이의 전압이 제2 임계 전압(VTP2)보다 크면 오프되고, 게이트와 소스 사이의 전압이 제2 임계 전압(VTP2)보다 작으면 온된다. 따라서, 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)이 0 V일 때에 제2 P채널 트랜지스터의 드레인에는 전류가 흐른다. 이러한 제2 P채널 트랜지스터는 P채널 공핍형 트랜지스터라고 할 수 있다.
예를 들어, 제2 P채널 트랜지스터의 소스가 전원 단자에 연결되는 경우에, 제2 P채널 트랜지스터의 게이트에 전원 전압이 인가되면, 제2 P채널 트랜지스터의 게이트와 소스 사이의 전압은 0 V가 되므로, 제2 P채널 트랜지스터는 온 상태가 되어서 누설 전류가 발생할 수 있다. 따라서, 제2 P채널 트랜지스터를 오프 상태로 만들기 위해서는, 제2 P채널 트랜지스터의 게이트에 전원 전압보다 높은 레벨의 전압을 인가해야 한다. 그러나, 제2 P채널 트랜지스터의 게이트에 전원 전압보다 높은 레벨의 전압을 인가하기 위해서는, 승압 회로 또는 전하 펌프 등이 추가적으로 구비되어야 한다. 이 경우, 전체적으로 전력 소모가 증가하고, 추가적인 구성을 포함시킴으로 인하여 전체적인 구성이 복잡해지고, 비용이 증가하게 된다.
다시 도 4를 참조하면, 본 실시예에서, 스위칭 소자는 양의 문턱 전압을 가지는 P채널 트랜지스터일 수 있으므로, 도 5의 그래프에서 참조부호 PM2와 같은 전류 대 전압 특성을 가질 수 있다. 따라서, 스위칭 소자가 전원 단자(VDD)에 연결되는 경우, 스위칭 소자에서 누설 전류의 발생을 방지하기 위해서는 승압 변환기 등과 같은 추가적인 구성이 구비되어야 한다.
그러나, 본 실시예에서 구동부(23)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되는 반면, 스위칭 소자는 수동 소자의 타단과 제2 노드(N2) 사이에 연결된다. 따라서, 스위칭 소자는 구동 전압과 제2 노드(N2)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 오프되고, 구동 전압과 제2 노드(N2)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 온된다. 이때, 제2 노드(N2)의 전압은, 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압보다 작기 때문에, 구동 전압은 제2 노드(N2)의 전압에 비해 높은 전압 레벨을 가질 수 있다. 이에 따라, 구동부(23)는 전원 전압보다 높은 전압을 발생하는 승압 변환기로부터 전압을 제공받지 않더라도, 스위칭 소자의 온/오프를 제어할 수 있다.
예를 들어, 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압이 5 V이고, 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압이 0 V이고, 제2 노드(N2)의 전압이 2 V 이고, 스위칭 소자의 문턱 전압이 1.5 V라고 하자. 이 경우, 구동부(23)는 제어 신호(CON)에 따라 구동 전압을 5 V 또는 0 V로 공급할 수 있다. 만약, 스위칭 소자가 전원 단자(VDD)에 연결된다면, 스위칭 소자는 구동부(23)에서 제공되는 구동 전압 레벨의 변화에 관계 없이 항상 온 상태이다. 그러나, 본 실시예에서, 스위칭 소자는 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압(즉, 5 V)보다 낮은 전압 레벨(즉, 2 V)을 가지는 제2 노드(N2)에 연결된다. 따라서, 구동 전압이 5 V인 경우 구동 전압과 제2 노드(N2) 사이의 전압은 3 V이므로, 스위칭 소자는 오프되고, 구동 전압이 0 V인 경우 구동 전압과 제2 노드(N2) 사이의 전압은 - 3 V이므로, 스위칭 소자는 온된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 6을 참조하면, 전원 장치(3)는 전원부(31), 전압 분배부(32), 구동부(33), 전압 변환부(34) 및 부하부(35)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 전압 변환부(34)는 전원부(31)에서 공급되는 전압을 승압시킨 승압 전압을 부하부(35)에 공급하는 승압 컨버터(boost converter)일 수 있다. 이 경우, 전압 변환부(34)는 인덕터(341), 스위칭 소자(342), 제1 다이오드(343), 제2 다이오드(344) 및 커패시터(345)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 실시예에서, 전압 변환부(34)는 강압 컨버터(buck converter)일 수 있다.
전원부(31)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 전원 전압을 제공한다. 여기서, 전원부(31)는 도 1의 반도체 장치(1)에 포함된 전원부(11)의 구성과 실질적으로 유사할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전압 분배부(32)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 커패시터(321, 322) 및 제2 커패시터(323)와 병렬 연결되는 저항(323)을 포함한다. 이때, 제1 및 제2 커패시터(321, 322)에 의해 전원 전압에서 노이즈 성분이 제거될 수 있다. 본 실시예에서, 전압 분배부(32)는 두 개의 커패시터(321, 322)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 전압 분배부(32)는 세 개 이상의 커패시터들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전압 분배부(32)는 두 개 이상의 저항, 인덕터, 커패시터, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다.
구체적으로, 제1 커패시터(321)는 전원 단자(VDD)와 가상 접지 노드(VN) 사이에 연결되고, 제2 커패시터(322)는 가상 접지 노드(VN)와 접지 단자(GND) 사이에 연결된다. 이로써, 가상 접지 노드(VN)의 전압은, 제1 커패시터(321)와 제2 커패시터(322)의 용량, 즉, 제1 커패시터(321)와 제2 커패시터(322)의 임피던스를 기초로, 전원 전압이 분배됨으로써 결정된다. 따라서, 가상 접지 노드(VN)의 전압은 접지 단자(GND)의 접지 전압보다 높고, 전원 단자의 전원 전압(VDD)보다는 낮은 레벨을 갖게 된다. 이때, 가상 접지 노드(VN)의 전압은 스위칭 소자(342)의 문턱 전압의 크기보다 커야 하므로, 제1 커패시터(321)와 제2 커패시터(322)의 용량은 스위칭 소자(342)의 문턱 전압의 크기를 기초로 결정된다.
구동부(33)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 스위칭 소자(342)를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 구체적으로, 구동부(33)는 외부로부터 제공되는 제어 신호(CON)에 따라 전원 전압 또는 접지 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있는다. 이 경우, 구동 전압은, 제어 신호(CON)에 따라 듀티비(duty ratio)가 조절되는 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호의 형태로 제공될 수 있다. 이하에서는, 펄스폭 변조 신호의 형태로 제공되는 구동 전압을 구동 신호라고 하기로 한다. 예를 들어, 구동부(33)는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터가 직렬 연결된 인버터로 구현될 수 있다. 그러나, 구동부(33)의 구성은 인버터에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
전압 변환부(34)는 인덕터(341), 스위칭 소자(342), 제1 다이오드(343), 제2 다이오드(344) 및 커패시터(345)를 포함할 수 있다. 전압 변환부(34)는 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압을 변환하여 승압 전압을 생성한다. 구체적으로, 구동부(33)에서 제공되는 구동 신호의 듀티비에 따라 스위칭 소자(342)가 온되는 시간과 오프되는 시간이 조절된다. 커패시터(345)에서는, 스위칭 소자(342)가 온되어 있는 동안에는 전하가 충전되고, 오프되어 있는 동안에는 전하가 방전되는데, 이에 따라 승압된 전압 레벨을 갖는 출력 전압이 부하부(35)에 제공될 수 있다. 이 경우, 부하부(35)에서 방전되는 정도에 따라 제어 신호(CON)가 조절됨으로써, 구동 신호의 듀티비는 적응적으로 조절될 수 있다.
인덕터(341)의 일단은 전원 단자(VDD)에 연결되고, 타단은 제2 다이오드(344)의 일단에 연결된다. 제2 다이오드(344)의 타단은 커패시터(345)의 일단에 연결되고, 커패시터(345)의 타단은 가상 접지 노드(VN)에 연결된다. 스위칭 소자(342)는 인덕터(341)의 타단과 가상 접지 노드(VN) 사이에 연결되고, 제1 다이오드(343)는 스위칭 소자(342)와 역방향으로 병렬 연결된다. 이때, 제1 다이오드(343)는 스위칭 소자(342)에 대한 기생 다이오드일 수 있다. 스위칭 소자(342)와 제1 다이오드(343)는 파워 스위칭 소자를 구성할 수 있다.
본 실시예에서, 스위칭 소자(342)는 음의 문턱 전압을 갖는 N채널 트랜지스터일 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자(342)는 인덕터(341)의 타단에 연결되는 드레인, 구동부(33)에서 공급되는 구동 전압이 인가되는 게이트, 및 가상 접지 노드(VN)에 연결되는 소스를 가진다. 이때, 스위칭 소자(342)는 게이트에 인가되는 구동 전압과 소스에 인가되는 가상 접지 전압의 차이가 문턱 전압보다 큰 경우에 온된다. 다시 말해, 스위칭 소자(342)는 구동 전압과 가상 접지 전압의 차이가 문턱 전압보다 작은 경우에는 오프된다.
예를 들어, 전원 단자(VDD)에서 공급되는 전원 전압이 5 V이고, 접지 단자(GND)에서 공급되는 접지 전압이 0 V이고, 가상 노드(VN)의 가상 접지 전압이 2 V 이고, 스위칭 소자(342)의 문턱 전압이 -1.5 V라고 하자. 이 경우, 구동부(33)는 제어 신호(CON)에 따라 구동 전압을 5 V 또는 0 V로 공급할 수 있다. 구동 전압이 5 V인 경우, 구동 전압과 가상 접지 전압의 차이가 3 V이므로, 스위칭 소자(342)는 온된다. 반면, 구동 전압이 0 V인 경우, 구동 전압과 가상 접지 전압의 차이가 - 2 V이므로, 스위칭 소자(342)는 오프된다. 따라서, 구동 전압이 0 V인 경우에 스위칭 소자(342)에는 누설 전류가 발생하지 않는다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 구동 전압이 음의 값을 갖지 않더라도, 스위칭 소자(342)는 온/오프를 제어할 수 있으므로, 음의 전압을 발생하는 전압 발생기를 추가적으로 구비하지 않아도 되므로, 회로 구성의 복잡도를 줄일 수 있고, 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 스위칭 소자(3')는 전원부(31'), 전압 분배부(32), 구동부(33), 전압 변환부(34) 및 부하부(35)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 스위칭 소자(3')는 도 6에 도시된 스위칭 소자(3)의 일부 구성을 변형한 것이다. 따라서, 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
전원부(31')는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 전원 전압을 제공한다. 여기서, 전원부(31')는 복수의 직렬 연결된 제1 내지 제3 전원들(311, 312, 313)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 전원(311)은 전원 단자(VDD)에 연결되는 양의 단자를 가지고, 제2 전원(312)은 제1 전원(311)의 음의 단자에 연결되는 양의 단자를 가지며, 제3 전원(313)은 제2 전원(312)의 음의 단자에 연결되는 양의 단자와 접지 단자(GND)에 연결되는 음의 단자를 가진다. 따라서, 제1 전원(311) 및 제2 전원(312)의 음의 단자의 전압 레벨은, 접지 단자(GND)의 전압 레벨보다 높다.
이때, 전원부(31')는 세 개의 전원들을 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 일 예에 불과하고 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 전원부(31')는 두 개의 전원 또는 네 개 이상의 전원들을 포함할 수 있다. 이때, 각 전원은 태양 전지일 수 있고, 통상의 이차 전지 등으로 구현될 수도 있다.
전압 분배부(32)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 커패시터(321, 322)를 포함한다. 구체적으로, 제1 커패시터(321)는 전원 단자(VDD)와 가상 접지 노드(VN) 사이에 연결되고, 제2 커패시터(322)는 가상 접지 노드(VN)와 접지 단자(GND) 사이에 연결된다. 이때, 가상 접지 노드(VN)는 제2 전원(312)의 음의 단자에 연결될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 가상 접지 노드(VN)는 제1 전원(311)의 음의 단자에 연결될 수도 있다.
전압 변환부(34)는 인덕터(341), 스위칭 소자(342), 제1 다이오드(343), 제2 다이오드(344) 및 커패시터(345)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 스위칭 소자(342)는 음의 문턱 전압을 갖는 N채널 트랜지스터일 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자(342)는 인덕터(341)의 타단에 연결되는 드레인, 구동부(33)에서 공급되는 구동 전압이 인가되는 게이트, 및 가상 접지 노드(VN), 즉, 제2 전원(312)의 음의 단자에 연결되는 소스를 가진다. 이때, 제2 전원(312)의 음의 단자의 전압은, 스위칭 소자(342)의 문턱 전압의 크기보다 커야 한다. 다른 실시예에서, 스위칭 소자(342)의 소스는 제1 전원(311)의 음의 단자에 연결될 수 있는데, 이 경우에도, 제1 전원(311)의 음의 단자의 전압은 스위칭 소자(342)의 문턱 전압의 크기보다 커야 한다. 또 다른 실시예에서, 스위칭 소자(342)의 소스는 가상 접지 노드(VN)에 연결되지 않고, 제1 전원(311) 또는 제2 전원(312)의 음의 단자에 연결될 수도 있다.
이때, 스위칭 소자(342)는 게이트에 인가되는 구동 전압과 소스에 인가되는 가상 접지 전압의 차이가 문턱 전압보다 큰 경우에 온된다. 다시 말해, 스위칭 소자(342)는 구동 전압과 가상 접지 전압의 차이가 문턱 전압보다 작은 경우에는 오프된다. 이와 같이, 본 실시예에 따르면, 구동 전압이 음의 값을 갖지 않더라도, 스위칭 소자(342)는 온/오프를 제어할 수 있으므로, 음의 전압을 발생하는 전압 발생기를 추가적으로 구비하지 않아도 되므로, 회로 구성의 복잡도를 줄일 수 있고, 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 8을 참조하면, 전원 장치(4)는 전압 분배부(41), 구동부(42), 전압 변환부(43) 및 정류부(44)를 포함할 수 있고, 전압 변환부(43)는 스위칭부(431) 및 변압부(432)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 전압 변환부(43)는 소정 전압 레벨을 갖는 DC 전압을 다른 전압 레벨을 갖는 DC 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 전원 장치(4)는 전기 자동차 또는 하이브리드(hybrid) 전기 자동차 등에 이용될 수 있다.
전압 분배부(41)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 포함하는데, 이때, 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이의 전압은 입력 전압(Vin)이다. 본 실시예에서, 전압 분배부(41)는 두 개의 커패시터(C1, C2)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 전압 분배부(41)는 세 개 이상의 커패시터들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전압 분배부(41)는 두 개 이상의 저항, 인덕터, 커패시터, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다.
구체적으로, 제1 커패시터(C1)는 전원 단자(VDD)와 가상 접지 노드(VN) 사이에 연결되고, 제2 커패시터(C2)는 가상 접지 노드(VN)와 접지 단자(GND) 사이에 연결된다. 가상 접지 노드(VN)의 전압은, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 용량, 즉, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 임피던스를 기초로, 전원 전압이 분배됨으로써 결정된다. 이에 따라, 가상 접지 노드(VN)의 전압은 접지 단자(GND)의 접지 전압보다 높고, 전원 단자의 전원 전압(VDD)보다는 낮은 레벨을 갖게 된다. 이때, 가상 접지 노드(VN)의 전압은 스위칭부(431)에 포함된 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)의 문턱 전압의 크기보다 커야 하므로, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 용량은 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)의 문턱 전압의 크기를 기초로 결정된다.
구동부(42)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 연결되어, 스위칭부(431)에 포함된 제1 스위칭 소자(M1)를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 도 8에서는 편의상 제1 스위칭 소자(M1)에 대한 구동부(42)만을 도시하였으나, 전원 장치(4)는 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4) 각각에 대한 네 개의 구동부들을 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 전원 장치(4)는 두 개의 구동부들을 구비할 수 있는데, 이 경우, 제1 및 제4 스위칭 소자(M1, M4)는 하나의 구동부에 연결되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(M2, M3)는 다른 하나의 구동부에 연결될 수 있다.
구체적으로, 구동부(42)는 외부로부터 제공되는 제어 신호(CON)에 따라 전원 전압 또는 접지 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있는다. 이 경우, 구동 전압은, 제어 신호(CON)에 따라 듀티비가 조절되는 펄스폭 변조 신호의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 구동부(42)는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터가 직렬 연결된 인버터로 구현될 수 있다. 그러나, 구동부(42)의 구성은 인버터에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
전압 변환부(43)는 스위칭부(431) 및 변압부(432)를 포함할 수 있다. 스위칭부(431)는 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4) 및 제1 내지 제4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)를 포함할 수 있고, 파워 모듈이라고 할 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 제1 스위칭 소자(M1)에 역방향으로 병렬 연결되고, 제2 다이오드(D2)는 제2 스위칭 소자(M2)에 역방향으로 병렬 연결되며, 제3 다이오드(D3)는 제3 스위칭 소자(M3)에 역방향으로 병렬 연결되고, 제4 다이오드(D4)는 제4 스위칭 소자(M4)에 역방향으로 병렬 연결된다. 제1 내지 제4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)는 각각 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)에 대한 기생 다이오드일 수 있다.
제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)은, 제1 및 제4 스위칭 소자(M1, M4)가 동시에 스위칭 온/오프되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(M2, M3)는 제1 및 제4 스위칭 소자(M1, M4)와 교번하여 스위칭 온/오프되는 풀 브릿지(full bridge) 방식으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제4 스위칭 소자(M1, M4)는 동시에 턴온되고, 이때, 제2 및 제3 스위칭 소자(M2, M3)는 동시에 턴오프된다. 따라서, 전원 단자, 제1 스위칭 소자(M1), 변압부(432), 제4 스위칭 소자(M4) 및 접지 단자(GND)로의 전류 경로가 형성된다. 한편, 제2 및 제3 스위칭 소자(M2, M3)는 동시에 턴온되고, 이때, 제1 및 제4 스위칭 소자(M1, M4)는 동시에 턴오프된다. 따라서, 전원 단자, 제2 스위칭 소자(M2), 변압부(432), 제3 스위칭 소자(M3) 및 접지 단자(GND)로의 전류 경로가 형성된다.
본 실시예에서, 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)은 음의 문턱 전압을 가지는 N채널 트랜지스터들일 수 있다. 구체적으로, 제1 스위칭 소자(M1)은 전원 단자(VDD)에 연결되는 드레인 및 구동 전압이 인가되는 게이트를 가진다. 제2 스위칭 소자(M2)는 제1 스위칭 소자(M1)은 전원 단자(VDD)에 연결되는 드레인 및 구동 전압이 인가되는 게이트를 가진다. 제3 스위칭 소자(M3)는 제1 스위칭 소자(M1)의 소스에 연결되는 드레인, 구동 전압이 인가되는 게이트 및 가상 접지 노드(VN)에 연결되는 소스를 가진다. 제4 스위칭 소자(M4)는 제2 스위칭 소자(M2)의 소스에 연결되는 드레인, 구동 전압이 인가되는 게이트 및 가상 접지 노드(VN)에 연결되는 소스를 가진다.
스위칭부(431)는 전원 단자(VDD)와 가상 접지 노드(VN) 사이에 연결되므로, 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4) 각각은 구동 전압과 가상 접지 노드(VN)의 가상 접지 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 온되고, 구동 전압과 가상 접지 노드(VN)의 가상 접지 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 오프된다. 따라서, 구동 전압이 0 V인 경우에도 제1 내지 제4 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4)에는 누설 전류가 발생하지 않는다.
변압부(432)는 스위칭부(431)로부터 스위칭된 전원의 전압 레벨을 기 설정된 전압 레벨로 변환한다. 구체적으로, 변압부(432)는 일차 권선과 이차 권선을 구비하는 트랜스포머를 포함할 수 있는데, 일차 권선과 이차 권선 사이의 권선 비는 전압 레벨 변환 비율에 따라 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 변압부(432)는 스위칭부(431)와 일차 권선 사이에 인덕터 또는 커패시터를 더 구비할 수도 있다.
정류부(44)는 전압 변환부(43)로부터 공급된 변환 전압을 정류하여 출력 전압(Vout)을 생성한다. 구체적으로, 정류부(44)는 네 개의 다이오드들(441, 442, 443, 444), 인덕터(445) 및 커패시터(446)룰 포함한다. 네 개의 다이오드들(441, 442, 443, 444)은 브릿지 다이오드 회로를 구성하여, 전압 변환부(43)에서 공급된 변환 전압을 전파 정류한다. 인덕터(445) 및 커패시터(446)는 로우 패스 필터(low pass filter)를 구성하여 브릿지 다이오드 회로의 출력에서 로우 패스 필터링을 수행함으로써, 리플(ripple)이 최소화된 직류 성분을 출력 전압(Vout)으로 제공한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 음의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자를 포함하는 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
도 9를 참조하면, 전원 장치(5)는 전압 분배부(51), 구동부(52), 전압 변환부(53) 및 정류부(54)를 포함할 수 있고, 전압 변환부(53)는 직렬 연결된 제1 내지 제4 전압 변환기들(531, 532, 533, 534)을 포함할 수 있다. 전원 장치(5)는 도 8에 도시된 전원 장치(4)에 대한 변형 실시예이다. 따라서, 이하에서는 중복된 설명은 생략하기로 한다.
전압 분배부(51)는 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 내지 제8 커패시터(C1 내지 C8)를 포함하는데, 이때, 전원 단자(VDD)와 접지 단자(GND) 사이의 전압은 입력 전압(Vin)이다. 본 실시예에서, 전압 분배부(51)는 여덟 개의 커패시터(C1 내지 C8)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 전압 분배부(51)는 여덟 개 이상의 커패시터들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전압 분배부(51)는 저항, 인덕터, 커패시터, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다.
구체적으로, 제1 커패시터(C1)는 전원 단자(VDD)인 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되고, 제2 커패시터(C2)는 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되고, 제3 커패시터(C3)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되고, 제4 커패시터(C4)는 제4 노드(N4)와 제5 노드(N5) 사이에 연결되고, 제5 커패시터(C5)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6) 사이에 연결되고, 제6 커패시터(C6)는 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7) 사이에 연결되고, 제7 커패시터(C7)는 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이에 연결되고, 제8 커패시터(C8)는 제8 노드(N8)와 제9 노드(N9) 사이에 연결된다.
제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이의 전압, 즉, 제2 커패시터(C1)에 걸리는 전압은 제1 스위칭부(531a)에 포함된 스위칭 소자들(M11, M12, M13, M14)의 문턱 전압의 크기보다 커야 한다. 또한, 제4 노드(N4)와 제5 노드(N5) 사이의 전압, 즉, 제4 커패시터(C4)에 걸리는 전압은 제2 스위칭부(532a)에 포함된 스위칭 소자들(M21, M22, M23, M24)의 문턱 전압의 크기보다 커야 한다. 또한, 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7) 사이의 전압, 즉, 제6 커패시터(C6)에 걸리는 전압은 제3 스위칭부(533a)에 포함된 스위칭 소자들(M31, M32, M33, M34)의 문턱 전압의 크기보다 커야 한다. 또한, 제8 노드(N8)와 제9 노드(N9)의 전압, 즉, 제8 커패시터(C8)에 걸리는 전압은 제4 스위칭부(534a)에 포함된 스위칭 소자들(M41, M42, M43, M44) 문턱 전압의 크기보다 커야 한다. 따라서, 제1 내지 제8 커패시터(C1 내지 C8)의 용량은 각 스위칭부(531a, 532a, 533a, 534a)에 포함된 스위칭 소자들의 문턱 전압의 크기를 기초로 결정된다.
구동부(52)는 제1 내지 제4 구동부들(521, 522, 523, 534)를 포함한다. 제1 구동부(521)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되어, 제1 스위칭부(531a)에 포함된 스위칭 소자(M11)를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 제2 구동부(522)는 제2 노드(N2)와 제5 노드(N5) 사이에 연결되어, 제2 스위칭부(532a)에 포함된 스위칭 소자(M23)를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 제3 구동부(523)는 제4 노드(N4)와 제7 노드(N7) 사이에 연결되어, 제3 스위칭부(533a)에 포함된 스위칭 소자(M33)를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다. 제4 구동부(524)는 제6 노드(N6)와 제9 노드(N9) 사이에 연결되어, 제4 스위칭부(534a)에 포함된 스위칭 소자(M43)를 구동하기 위한 구동 전압을 제공한다.
구체적으로, 제1 구동부(521)는 외부로부터 제공되는 제1 제어 신호(CON1)에 따라 전원 전압 또는 제3 노드(N3)의 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있는다. 제2 구동부(522)는 외부로부터 제공되는 제2 제어 신호(CON2)에 따라 제2 노드(N2)의 전압 또는 제5 노드(N5)의 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있다. 제3 구동부(523)는 외부로부터 제공되는 제3 제어 신호(CON3)에 따라 제4 노드(N4)의 전압 또는 제7 노드(N7)의 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있다. 제4 구동부(524)는 외부로부터 제공되는 제4 제어 신호(CON4)에 따라 제6 노드(N6)의 전압 또는 제9 노드(N9)의 전압을 구동 전압으로써 제공할 수 있다. 이 경우, 각 구동 전압은, 대응되는 제어 신호에 따라 듀티비가 조절되는 펄스폭 변조 신호의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 각 구동부(521, 522, 523, 524)는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터가 직렬 연결된 인버터로 구현될 수 있다. 그러나, 각 구동부(521, 522, 523, 524)의 구성은 인버터에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
도 9에서는 편의상 각 스위칭부(531a, 532a, 533a, 534a)에 포함된 네 개의 스위칭 소자들 중 하나의 스위칭 소자에 대한 구동부들(521, 522, 523, 534)만을 도시하였으나, 전원 장치(5)는 각 스위칭부(531a, 532a, 533a, 534a)에 포함된 네 개의 스위칭 소자들 각각에 대한 구동부들을 구비하여, 총 16개의 구동부들을 포함할 수 있다.
전압 변환부(53)는 직렬 연결된 제1 내지 제4 전압 변환기들(531, 532, 533, 534)을 포함할 수 있다. 이로써, 입력 전압(Vin)은 소정의 레벨들로 분할되어, 제1 내지 제4 전압 변환기들(531, 532, 533, 534)에 각각 인가될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 실시예에서, 전압 변환부(53)는 적어도 두 개 이상의 전압 변환기들을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 전압 변환기(531)는 제1 스위칭부(531a) 및 제1 변압기(T1)를 포함하고, 제1 스위칭부(531a)는 네 개의 스위칭 소자들(M11, M12, M13, M14) 및 네 개의 다이오드들(D11, D12, D13, D14)을 포함한다. 제2 전압 변환기(532)는 제2 스위칭부(532a) 및 제2 변압기(T2)를 포함하고, 제2 스위칭부(532a)는 네 개의 스위칭 소자들(M21, M22, M23, M24) 및 네 개의 다이오드들(D21, D22, D23, D24)을 포함한다. 제3 전압 변환기(533)는 제3 스위칭부(533a) 및 제3 변압기(T3)를 포함하고, 제3 스위칭부(533a)는 네 개의 스위칭 소자들(M31, M32, M33, M34) 및 네 개의 다이오드들(D31, D32, D33, D34)을 포함한다. 제4 전압 변환기(534)는 제4 스위칭부(534a) 및 제4 변압기(T4)를 포함하고, 제4 스위칭부(534a)는 네 개의 스위칭 소자들(M41, M42, M43, M44) 및 네 개의 다이오드들(D41, D42, D43, D44)을 포함한다.
이로써, 입력 전압(Vin)을 분할함으로써(즉, 직류 링크를 분할함으로써), 각 스위칭부들(531a, 532a, 533a, 534a) 및 각 변압기(T1, T2, T3, T4)는 저압 소자로 구현될 수 있다. 그러므로, 각 소자의 정격 전압을 줄일 수 있으므로, 각 소자가 온 상태인 경우의 저항이 감소될 수 있고, 이로써, 전원 장치(5)는 전체적으로 효율이 증가될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 내지 제4 스위칭부(531a, 532a, 533a, 534a)에 포함된 스위칭 소자들은 음의 문턱 전압을 가지는 N채널 트랜지스터들일 수 있다. 이하에서는, 제1 내지 제4 스위칭부(531a, 532a, 533a, 534a) 각각에 포함된 하나의 스위칭 소자에 대한 동작을 상술하기로 한다.
제1 스위칭부(531a)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되므로, 스위칭 소자(M11)는 제1 구동부(521)에서 제공되는 구동 전압과 제2 노드(N2)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 온되고, 구동 전압과 제2 노드(N2)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 오프된다. 이때, 제1 구동부(521)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되어 제1 노드(N1)의 전압 또는 제3 노드(N3)의 전압을 구동 전압으로 제공한다. 제1 구동부(521)가 제3 노드(N3)의 전압을 구동 전압으로 제공하는 경우, 제3 노드(N3)의 전압은 제2 노드(N2)의 전압보다 낮으므로 스위칭 소자(M11)는 오프되고, 이 경우 누설 전류가 발생하지 않는다. 제1 스위칭부(531a)에 포함된 다른 스위칭 소자들(M12, M13, M14)도 이와 유사하게 동작할 수 있다.
제2 스위칭부(532a)는 제2 노드(N2)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되므로, 스위칭 소자(M23)는 제2 구동부(522)에서 제공되는 구동 전압과 제4 노드(N4)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 온되고, 구동 전압과 제4 노드(N4)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 오프된다. 이때, 제2 구동부(522)는 제2 노드(N2)와 제5 노드(N5) 사이에 연결되어 제2 노드(N2)의 전압 또는 제5 노드(N5)의 전압을 구동 전압으로 제공한다. 제2 구동부(522)가 제5 노드(N5)의 전압을 구동 전압으로 제공하는 경우, 제5 노드(N3)의 전압은 제4 노드(N4)의 전압보다 낮으므로, 스위칭 소자(M23)는 오프되고, 이 경우 누설 전류가 발생하지 않는다. 제2 스위칭부(532a)에 포함된 다른 스위칭 소자들(M21, M22, M24)도 이와 유사하게 동작할 수 있다.
제3 스위칭부(533a)는 제4 노드(N4)와 제6 노드(N6) 사이에 연결되므로, 스위칭 소자(M33)는 제3 구동부(523)에서 제공되는 구동 전압과 제6 노드(N6)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 온되고, 구동 전압과 제6 노드(N6)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 오프된다. 이때, 제3 구동부(523)는 제4 노드(N4)와 제7 노드(N7) 사이에 연결되어 제4 노드(N4)의 전압 또는 제7 노드(N7)의 전압을 구동 전압으로 제공한다. 제3 구동부(523)가 제7 노드(N7)의 전압을 구동 전압으로 제공하는 경우, 제7 노드(N7)의 전압은 제6 노드(N6)의 전압보다 낮으므로, 스위칭 소자(M33)는 오프되고, 이 경우 누설 전류가 발생하지 않는다. 제3 스위칭부(533a)에 포함된 다른 스위칭 소자들(M31, M32, M34)도 이와 유사하게 동작할 수 있다.
제4 스위칭부(534a)는 제6 노드(N6)와 제8 노드(N8) 사이에 연결되므로, 스위칭 소자(M43)는 제4 구동부(524)에서 제공되는 구동 전압과 제8 노드(N8)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 크면 온되고, 구동 전압과 제8 노드(N8)의 전압의 차이가 문턱 전압보다 작으면 오프된다. 이때, 제4 구동부(524)는 제6 노드(N6)와 제9 노드(N9) 사이에 연결되어 제6 노드(N6)의 전압 또는 제9 노드(N9)의 전압을 구동 전압으로 제공한다. 제4 구동부(524)가 제9 노드(N9)의 전압을 구동 전압으로 제공하는 경우, 제9 노드(N9)의 전압은 제8 노드(N8)의 전압보다 낮으므로, 스위칭 소자(M43)는 오프되고, 이 경우 누설 전류가 발생하지 않는다. 제4 스위칭부(534a)에 포함된 다른 스위칭 소자들(M41, M42, M44)도 이와 유사하게 동작할 수 있다.
제1 변압기(T1)는 제1 스위칭부(531a)로부터 스위칭된 전원의 전압 레벨을 기 설정된 전압 레벨로 변환하고, 제2 변압기(T2)는 제2 스위칭부(532a)로부터 스위칭된 전원의 전압 레벨을 기 설정된 전압 레벨로 변환하고, 제3 변압기(T3)는 제3 스위칭부(533a)로부터 스위칭된 전원의 전압 레벨을 기 설정된 전압 레벨로 변환하고, 제4 변압기(T4)는 제4 스위칭부(541a)로부터 스위칭된 전원의 전압 레벨을 기 설정된 전압 레벨로 변환한다. 이로써, 전압 변환부(53)는 제1 내지 제4 변압기(T1 내지 T4)에서 출력되는 전압 레벨의 합을 정류부(54)로 제공한다.
정류부(54)는 전압 변환부(53)에서 공급된 변환 전압을 정류하여 출력 전압(Vout)을 생성한다. 구체적으로, 정류부(54)는 네 개의 다이오드들(541, 542, 543, 544), 인덕터(545) 및 커패시터(546)를 포함한다. 네 개의 다이오드들(541, 542, 543, 544)은 브릿지 다이오드 회로를 구성하여, 전압 변환부(43)에서 공급된 변환 전압을 전파 정류한다. 인덕터(545) 및 커패시터(546)는 로우 패스 필터를 구성하여 브릿지 다이오드 회로의 출력에서 로우 패스 필터링을 수행함으로써, 리플이 최소화된 직류 성분을 출력 전압(Vout)으로 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 음의 문턱 전압(threshold voltage)을 가지는 스위칭 소자; 및
    전원 단자와 접지 단자 사이에 연결되어, 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는, 상기 접지 단자에서 공급되는 접지 전압보다 높은 가상 접지 전압을 가지는 가상 접지 노드(node)에 연결되어, 상기 구동 전압과 상기 가상 접지 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 온(on)되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결된 전압 분배부를 더 포함하고,
    상기 전압 분배부는,
    상기 전원 단자와 상기 가상 접지 노드 사이에 연결된 적어도 하나의 제1 수동 소자; 및
    상기 가상 접지 노드와 상기 접지 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 제2 수동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가상 접지 전압의 전압 레벨은, 상기 문턱 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압이 인가되는 제어 단자 및 상기 가상 접지 노드에 연결되는 입력 단자를 가지는 N채널 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결된 전원부를 더 포함하고,
    상기 전원부는,
    상기 접지 단자에 연결된 음의 단자를 가지는 제1 전원; 및
    상기 제1 전원의 양의 단자와 상기 전원 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 제2 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가상 접지 노드는, 상기 적어도 하나의 제2 전원의 음의 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 전원은 복수의 제2 전원들을 포함하고,
    상기 가상 접지 노드는, 상기 복수의 제2 전원들 중 하나의 음의 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상기 전원 단자에서 제공되는 전원 전압 또는 상기 접지 단자에서 제공되는 상기 접지 전압을 상기 구동 전압으로써 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수동 소자 중 적어도 하나는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 양의 문턱 전압을 가지는 스위칭 소자; 및
    전원 단자와 접지 단자 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는, 상기 전원 단자에서 공급되는 전원 전압보다 낮은 가상 전원 전압을 가지는 가상 전원 노드에 연결되어, 상기 구동 전압과 상기 가상 전원 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 오프되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가상 전원 전압의 전압 레벨은, 상기 전원 전압과 상기 문턱 전압의 차이보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압이 인가되는 제어 단자 및 상기 가상 전원 노드에 연결되는 입력 단자를 가지는 P채널 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  13. 전원 단자와 접지 단자 사이에 직렬 연결되는 적어도 두 개의 수동 소자들을 포함하는 전압 분배부;
    상기 적어도 두 개의 수동 소자들 사이의 가상 접지 노드에 연결되고 음의 문턱 전압을 가지는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 전원 전압과 다른 전압 레벨을 갖는 출력 전압을 제공하는 전압 변환부; 및
    상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결되어, 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 제공하는 구동부를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압과 상기 가상 접지 노드의 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 큰 경우에 온되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가상 접지 노드의 전압은, 상기 문턱 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 상기 구동 전압이 인가되는 제어 단자 및 상기 가상 접지 노드에 연결되는 입력 단자를 가지는 N채널 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 전원 단자와 상기 접지 단자 사이에 연결된 전원부를 더 포함하고,
    상기 전원부는,
    상기 접지 단자에 연결된 음의 단자를 가지는 제1 전원; 및
    상기 제1 전원의 양의 단자와 상기 전원 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 제2 전원을 포함하고,
    상기 가상 접지 노드는 상기 제2 전원의 음의 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    상기 전원 단자와 상기 가상 접지 노드 사이에 연결되어 풀 브릿지(full bridge) 회로를 구성하는 네 개의 스위칭 소자들을 포함하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부에서 출력되는 전압을 소정 레벨로 변환하는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    상기 전원 단자와 제1 노드 사이에 연결되는 제1 수동 소자;
    상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 제2 수동 소자;
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 연결되는 제3 수동 소자; 및
    상기 제3 노드와 상기 접지 단자 사이에 연결되는 제4 수동 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    상기 전원 단자 및 상기 제1 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 제1 스위칭 소자를 포함하는 제1 전압 변환부; 및
    상기 제1 노드 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2 스위칭 소자를 포함하는 제2 전압 변환부를 포함하고,
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압은 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자의 문턱 전압의 크기보다 크고, 상기 제3 노드의 전압은 상기 적어도 하나의 제2 스위칭 소자의 문턱 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  20. 제19항에 있어서
    상기 구동부는,
    상기 전원 단자 및 상기 제2 노드 사이에 연결되어, 상기 적어도 하나의 제1 스위칭 소자를 구동하기 위한 제1 구동 전압을 제공하는 제1 구동부; 및
    상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 연결되어, 상기 적어도 하나의 제2 스위칭 소자를 구동하기 위한 제2 구동 전압을 제공하는 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
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