KR102169689B1 - 정적 보호 회로를 포함하는 전력 관리 시스템 및 전략 관리 시스템의 제어 방법 - Google Patents

정적 보호 회로를 포함하는 전력 관리 시스템 및 전략 관리 시스템의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

정적 보호 회로를 포함하는 전력 관리 시스템이 개시된다. 전력 관리 시스템은 적어도 하나의 파워 변환기 및 주(main) 제어 회로를 포함할 수 있다. 파워 변환기들 각각은 파워 스테이지(stage)를 포함하고, 파워 스테이지의 정적(static) 비정상적인 상태를 감지하여 보호 신호를 발생하고, 각각의 인에이블 신호에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)을 안정화하여 직류 출력전압을 발생한다. 주 제어 회로는 파워 변환기들로부터 수신한 상기 보호 신호들 각각에 기초하여 상기 파워 변환기들 각각에 대한 상기 인에이블 신호를 발생한다. 따라서, 전력 관리 시스템은 파워 트랜지스터의 손상을 방지할 수 있고 전력 소모가 적고 신뢰도가 높다.

Description

정적 보호 회로를 포함하는 전력 관리 시스템 및 전략 관리 시스템의 제어 방법{POWER MANAGEMENT SYSTEM INCLUDING STATIC PROTECTING CIRCUIT AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 파워 컨버터들을 포함하는 전력관리 시스템에 관한 것이다.
최근에 환경적인 이유로 에너지 절약이 매우 요구되고 있다. 셀룰라 폰, 휴대용 개인 정보 단말기 등 배터리를 사용하는 휴대용 정보 처리 장치에서, 전력 소모의 절약은 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 스텝-다운 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터 등 스위치 모드 파워 서플라이가 각종 전자 기기에 사용되고 있다. 또한, 최근에 복수 개의 파워 변환기들을 포함하는 전력 관리 시스템이 사용되고 있다.
본 발명의 목적은 파워 트랜지스터를 보호할 수 있고 전력소모가 적은 전력관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 파워 트랜지스터를 보호할 수 있고 전력소모가 적은 전력관리 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전력 관리 시스템은 적어도 하나의 파워 변환기 및 주(main) 제어 회로를 포함할 수 있다.
파워 변환기들 각각은 파워 스테이지(stage)를 포함하고, 상기 파워 스테이지의 정적(static) 비정상적인 상태를 감지하여 보호 신호를 발생하고, 각각의 인에이블 신호에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)을 안정화하여 직류 출력전압을 발생한다. 주 제어 회로는 상기 파워 변환기들로부터 수신한 상기 보호 신호들 각각에 기초하여 상기 파워 변환기들 각각에 대한 상기 인에이블 신호를 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 정적 비정상적인 상태는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 상기 직류 파워 서플라이 전압에 단락(short)된 상태, 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 접지에 단락된 상태, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 상태, 또는 상기 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 상태를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 파워 변환기들 중에서 상기 정적 비정상적인 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 상기 주 제어 회로는 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 비활성화시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 파워 변환기들 중에서 상기 정적 비정상적인 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)은 각각 보호 신호를 발생하여 상기 주 제어 회로에 제공하고, 상기 주 제어 회로는 상기 보호 신호(또는 보호 신호들)에 기초하여 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 인가되는 상기 인에이블 신호를 디스에이블시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 파워 변환기들 각각은 정적(static) 보호 회로, 스위치 제어 회로 및 상기 파워 스테이지를 포함할 수 있다.
정적 보호 회로는 상기 인에이블 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 파워 스테이지의 스위치 노드의 전압을 감지하고 상기 보호 신호를 발생한다. 스위치 제어 회로는 상기 인에이블 신호에 응답하여 활성화되고, 스위치 구동신호를 발생한다. 파워 스테이지는 파워 스위치와 인덕터-커패시터 회로를 포함하고, 상기 스위치 구동신호에 응답하여 상기 직류 파워 서플라이 전압을 안정화하여 상기 직류 출력전압을 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 정적 보호 회로는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드의 전압을 감지하고 감지 신호를 발생하는 감지 블록, 및 상기 인에이블 신호 및 상기 감지 신호에 기초하여 상기 보호 신호를 발생하는 제어 블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 정적 보호 회로, 상기 스위치 제어 회로 및 상기 파워 스위치는 하나의 전력관리 집적회로(PMIC)에 내장될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 전력 관리 시스템은 상기 전력 관리 시스템이 정상 동작 중에 상기 파워 스테이지로부터 센싱 전압을 수신하고, 상기 센싱 전압에 기초하여 동적(dynamic) 인에이블 신호를 발생하여 상기 스위치 제어 회로에 제공하는 동적(dynamic) 보호 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 파워 스테이지는 제 1 파워 스위치, 제 2 파워 스위치, 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다.
제 1 파워 스위치는 상기 직류 파워 서플라이 전압과 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드 사이에 연결되고, 제 1 스위치 구동신호에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 제 2 파워 스위치는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드와 접지 사이에 연결되고, 제 2 스위치 구동신호에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 인덕터는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드와 출력 노드 사이에 연결되고, 커패시터는 상기 출력노드와 상기 접지 사이에 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 파워 변환기들 중에서 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 상기 직류 파워 서플라이 전압에 단락(short)된 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 상기 주 제어 회로는 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 비활성화시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 제 1 파워 스위치는 PMOS 파워 트랜지스터 및 다이오드를 포함할 수 있다.
PMOS 파워 트랜지스터는 상기 직류 파워 서플라이 전압과 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 스위치 구동신호에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 다이오드는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드에 연결된 애노드, 및 상기 직류 파워 서플라이 전압에 연결된 캐소드를 갖는다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 제 2 파워 스위치는 NMOS 파워 트랜지스터 및 다이오드를 포함할 수 있다.
NMOS 파워 트랜지스터는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드와 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 제 2 스위치 구동신호에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 다이오드는 상기 접지에 연결된 애노드, 및 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드에 연결된 캐소드를 갖는다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전력 관리 시스템의 제어 방법은 상기 전력관리 집적회로(PMIC)를 온(on)시키는 단계; 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생했는지를 판단하는 단계; 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생했으면, 상기 파워 변환기들을 비활성화시키는 단계; 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생하지 않았으면, 상기 파워 변환기들을 활성화시키는 단계; 상기 파워 변환기들 중에서 스위치 노드가 상기 직류 파워 서플라이 전압에 단락(short)된 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지, 또는 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 상기 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지를 판단하는 단계; 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 포함된 전력관리 집적회로의 파워 변환에 관련된 블록들을 비활성화시키는 단계; 및 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하지 않는 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 및 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)을 제외한 파워 변환기들에 대해 소프트 스타트(soft-start)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 파워 변환기들을 비활성화시키는 단계는 상기 전력관리 집적회로의 파워 변환에 관련된 블록들을 비활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 전력 관리 시스템의 제어 방법은 상기 파워 변환기들 중에서 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 상기 접지에 단락(short)된 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지, 또는 상기 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지를 판단하는 단계; 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 가 존재하는 경우, 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 포함된 상기 파워 변환기들을 비활성화시키는 단계; 및 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하지 않는 경우, 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 및 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 제외한 파워 변환기들에 대해 정상 동작(normal operation)을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 시스템은 정적 보호 회로를 포함하기 때문에 파워 트랜지스터의 손상을 방지할 수 있고 전력 소모가 적고 신뢰도가 높다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
도 4는 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 5는 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락(short)된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
도 7은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 8은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 9은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
도 10은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 11은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 직류 파워 서플라이 전압을 공급하는 파워 서플라이가 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
도 13은 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 14는 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 15는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템을 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
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" 또는 "가지다" 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템(100)을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력관리 시스템(100)은 파워 변환기들(120_1, … 120_n) 및 주(main) 제어 회로(110)를 포함할 수 있다.
파워 변환기들(120_1, … 120_n) 각각은 파워 스테이지(stage)(160)를 포함하고, 파워 스테이지(160)의 정적(static) 비정상적인 상태를 감지하여 보호 신호(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n)를 발생하고, 각각의 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP1, …, VSUPn)을 안정화하여 직류 출력전압(VOUT1, …, VOUTn)을 발생한다. 주 제어 회로(110)는 파워 변환기들(120_1, … 120_n)로부터 수신한 보호 신호들(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n) 각각에 기초하여 상기 파워 변환기들(120_1, … 120_n) 각각에 대한 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)를 발생한다.
파워 변환기들(120_1, … 120_n) 각각은 정적(static) 보호 회로(130), 스위치 제어 회로(150) 및 파워 스테이지(160)를 포함할 수 있다.
정적 보호 회로(130)는 인에이블 신호(VEN1)에 응답하여 활성화되고, 파워 스테이지(160)의 스위치 노드의 전압을 감지하고 보호 신호(PT_FLAG_1)를 발생한다. 스위치 제어 회로(150)는 인에이블 신호(VEN1)에 응답하여 활성화되고, 스위치 구동신호(VDRV1)를 발생한다. 파워 스테이지(160)는 파워 스위치(162)와 인덕터-커패시터 회로(166)를 포함하고, 스위치 구동신호(VDRV1)에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)을 안정화하여 직류 출력전압(VOUT1)을 발생한다.
실시예에 의하면, 상기 정적 비정상적인 상태는 파워 스테이지(160)의 상기 스위치 노드가 상기 직류 파워 서플라이 전압(VSUP1)에 단락(short)된 상태, 파워 스테이지(160)의 상기 스위치 노드가 접지에 단락된 상태, 인덕터-커패시터 회로(166)에 포함된 인덕터가 파워 스테이지(160)의 상기 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 상태, 또는 직류 파워 서플라이 전압(VSUP1)이 파워 스테이지(160)로부터 플로팅된 상태를 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 파워 변환기들(120_1, … 120_n) 중에서 상기 정적 비정상적인 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 주 제어 회로(110)는 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 비활성화시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 파워 변환기들(120_1, … 120_n) 중에서 상기 정적 비정상적인 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)은 각각 보호 신호(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n) 를 발생하여 주 제어 회로(110)에 제공하고, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(또는 보호 신호들) (PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n)에 기초하여 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 인가되는 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)를 디스에이블시킬 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 전력관리 시스템(100)은 정상 동작에 진입하기 전에, 정작 보호 회로를 이용하여 파워 변환기들에서 상기와 같은 보호 상태가 발생하는지를 체크하고, 보호 상태가 발생한 파워 변환기들의 구성 회로들을 비활성화시킬 수 있다. 따라서, 파워 변환기들에 포함된 파워 트랜지스터들을 보호할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 1의 전력관리 시스템(100)에서, 정적 보호 회로(130), 스위치 제어 회로(150) 및 파워 스위치(162)는 하나의 전력관리 집적회로(PMIC)에 내장될 수 있다. 또한, 주 제어 회로(110)도 상기 전력관리 집적회로(PMIC)에 내장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템의 제어 방법은 다음의 동작을 포함할 수 있다.
1) 상기 전력관리 집적회로(PMIC)를 온(on)시킨다 (S1).
2) 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생했는지를 판단한다 (S2).
3) 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생했으면, 상기 파워 변환기들을 비활성화시킨다 (S3).
4) 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생하지 않았으면, 상기 파워 변환기들을 활성화시킨다 (S5).
5) 상기 파워 변환기들 중에서 스위치 노드가 상기 직류 파워 서플라이 전압에 단락(short)된 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지, 또는 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 상기 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지를 판단한다 (S6).
6) 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 포함된 전력관리 집적회로의 파워 변환에 관련된 블록들을 비활성화시킨다 (S3).
7) 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하지 않는 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 및 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)을 제외한 파워 변환기들에 대해 소프트 스타트(soft-start)를 수행한다 (S7).
8) 상기 파워 변환기들 중에서 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 상기 접지에 단락(short)된 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지, 또는 상기 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지를 판단한다 (S8).
9) 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 가 존재하는 경우, 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 포함된 상기 파워 변환기들을 비활성화시킨다 (S3).
10) 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하지 않는 경우, 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 및 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 제외한 파워 변환기들에 대해 정상 동작(normal operation)을 수행한다 (S9).
실시예에 의하면, 상기 전력관리 시스템의 제어 방법은 상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생한 경우, 상기 파워 변환기들을 비활성화시킨 후(S3), 보호 상태가 발생한 파워 변환기들과 주 제어 회로 사이의 채널들을 턴 오프시는 단계(S4)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VIN)에 단락(short)된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다. 도 3에는 벅(buck) 컨버터의 파워 스테이지가 일례로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 파워 스테이지는 제 1 파워 스위치, 제 2 파워 스위치, 인덕터(L) 및 커패시터(COUT)를 포함할 수 있다.
제 1 파워 스위치는 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)과 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW) 사이에 연결되고, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 제 2 파워 스위치는 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW) 와 접지 사이에 연결되고, 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 인덕터는 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)와 출력 노드(NOUT) 사이에 연결되고, 커패시터는 출력 노드(NOUT)와 접지 사이에 연결된다.
제 1 파워 스위치는 PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 다이오드(D1)를 포함할 수 있다. PMOS 파워 트랜지스터(MP1)는 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)과 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW) 사이에 연결되고, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 다이오드(D1)는 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)에 연결된 애노드, 및 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 연결된 캐소드를 갖는다.
제 2 파워 스위치는 NMOS 파워 트랜지스터(MN1) 및 다이오드(D2)를 포함할 수 있다. NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)와 접지 사이에 연결되고, 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)에 응답하여 스위칭 동작을 한다. 다이오드(D2)는 접지에 연결된 애노드, 및 상기 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)에 연결된 캐소드를 갖는다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조하여 도 1의 전력관리 시스템(100)의 동작에 대해 설명한다.
도 3의 파워 스테이지는 벅(buck) 컨버터의 파워 스테이지이므로, 직류 출력전압(VOUT)은 파워 스테이지가 포함된 파워 변환기에 인가되는 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)보다 낮은 레벨을 가질 수 있다.
정상 상태(normal state)의 경우, 즉 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUO)에 단락(short)되지 않은 경우, 도 3의 파워 스테이지를 포함하는 전력관리 시스템(도 1의 100)의 동작은 다음과 같다.
제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)와 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)가 로직 "로우" 레벨을 가질 때, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)는 턴온 되고 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 턴오프 된다. 또한, 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)는 오프 상태가 된다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1), 인덕터(L) 및 커패시터(COUT)를 통해 전류가 흐를 수 있다. 또한, 이 때 인덕터(L)에 흐르는 전류는 출력 노드(NOUT)에 연결된 부하(미도시)를 통해 흐를 수 있다.
제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)와 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)가 로직 "하이" 레벨을 가질 때, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)는 턴오프 되고 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 턴온 된다. 또한, 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)는 오프 상태가 된다. 이 조건에서, NMOS 파워 트랜지스터(MN1), 인덕터(L) 및 커패시터(COUT)를 통해 전류가 흐를 수 있다. 또한, 이 때 인덕터(L)에 흐르는 전류는 출력 노드(NOUT)에 연결된 부하(미도시)를 통해 흐를 수 있다.
제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)가 로직 "하이" 레벨을 갖고 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)가 로직 "로우" 레벨을 가질 때, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 모두 턴오프 된다. 또한, 다이오드(D1)은 오프 상태가 되고 다이오드(D2)는 온 상태가 된다. 이 조건에서, 다이오드(D2), 인덕터(L) 및 커패시터(COUT)를 통해 전류가 흐를 수 있다. 또한, 이 때 인덕터(L)에 흐르는 전류는 출력 노드(NOUT)에 연결된 부하(미도시)를 통해 흐를 수 있다.
정상 상태(normal state)의 경우, 스위치 제어 회로(150)는 주 제어회로(110)으로부터 수신된 인에이블 신호(VEN1)에 기초하여 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 발생한다.
보호 상태가 발생한 경우, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 도 3의 파워 스테이지를 포함하는 전력관리 시스템(100)의 동작은 다음과 같다.
파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 정적 보호 회로(130)는 파워 스테이지(160)로부터 스위치 노드의 전압(VSW1)을 감지하고 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화한다. 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화되면, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(PT_FLAG_1)에 기초하여 인에이블 신호(VEN1)를 비활성화한다. 이 조건에서, 스위치 제어 회로(150)는 비활성화되고, 스위치 구동신호(VDRV1)를 비활성화 한다. 스위치 구동신호(VDRV1)는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 포함할 수 있으며, 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)는 로직 "하이"레벨을 가질 수 있고, 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 로직 "로우"레벨을 가질 수 있다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 모두 턴오프 된다.
따라서, 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, NMOS 파워 트랜지스터(MN1)가 턴 오프되므로 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 정적 보호 회로(130)는 주 제어 회로(110)로부터 수신한 인에이블 신호(VEN1)에 응답하여 비활성화 될 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 파워 변환기들(120_1, … 120_n) 중에서 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)은 각각 보호 신호(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n) 를 발생하여 주 제어 회로(110)에 제공하고, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(또는 보호 신호들) (PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n)에 기초하여 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 인가되는 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)를 디스에이블시킬 수 있다.
도 4는 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이고, 도 5는 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)되어 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)의 전압(VSW)이 기준 전압(VREF) 보다 커지면, 주 제어 회로(110)는 인에이블 신호(VEN)를 비활성화시키고, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)를 구동하는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)를 로직 "하이" 상태로 만들고, NMOS 파워 트랜지스터(MN1)를 구동하는 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 로직 "로우" 상태로 만든다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하지 않는다.
따라서, 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, NMOS 파워 트랜지스터(MN1)가 손상을 받는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참고하면, 종래의 정적(static) 보호 회로를 갖지 않은 전력관리 시스템에서, 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 펄스 파형을 가지며 PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하게 된다. 따라서, 종래의 전력관리 시스템은 파워 스테이지의 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)에 단락(short)된 경우, NMOS 파워 트랜지스터가 손상을 받을 수 있다.
도 6은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락(short)된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
보호 상태가 발생한 경우, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 접지에 단락(short)된 경우, 도 6의 파워 스테이지를 포함하는 전력관리 시스템(도 1의 100)의 동작은 다음과 같다.
파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 접지에 단락(short)된 경우, 정적 보호 회로(130)는 파워 스테이지(160)로부터 스위치 노드의 전압(VSW1)을 감지하고 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화한다. 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화되면, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(PT_FLAG_1)에 기초하여 인에이블 신호(VEN1)를 비활성화한다. 이 조건에서, 스위치 제어 회로(150)는 비활성화되고, 스위치 구동신호(VDRV1)를 비활성화 한다. 스위치 구동신호(VDRV1)는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 포함할 수 있으며, 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 접지에 단락(short)된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)는 로직 "하이"레벨을 가질 수 있고, 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 로직 "로우"레벨을 가질 수 있다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 모두 턴오프 된다.
따라서, 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 접지에 단락(short)된 경우, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)가 턴 오프되므로 PMOS 파워 트랜지스터(MP1)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 접지에 단락(short)된 경우, 정적 보호 회로(130)는 주 제어 회로(110)로부터 수신한 인에이블 신호(VEN1)에 응답하여 비활성화 될 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 파워 변환기들(120_1, … 120_n) 중에서 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)가 접지에 단락(short)된 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)은 각각 보호 신호(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n) 를 발생하여 주 제어 회로(110)에 제공하고, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(또는 보호 신호들) (PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n)에 기초하여 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 인가되는 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)를 디스에이블시킬 수 있다.
도 7은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이고, 도 8은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 7을 참조하면, 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락 되어 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)의 전압(VSW)이 접지 전압과 같아지면, 주 제어 회로(110)는 1 내지 2 클럭을 모니터링 한 후 인에이블 신호(VEN)를 비활성화시키고, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)를 구동하는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)를 로직 "하이" 상태로 만들고, NMOS 파워 트랜지스터(MN1)를 구동하는 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 로직 "로우" 상태로 만든다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하지 않는다.
따라서, 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)가 손상을 받는 것을 방지할 수 있다.
도 8을 참고하면, 종래의 정적(static) 보호 회로를 갖지 않은 전력관리 시스템에서, 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 펄스 파형을 가지며 PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하게 된다. 따라서, 종래의 전력관리 시스템은 파워 스테이지의 스위치 노드가 접지에 단락된 경우, PMOS 파워 트랜지스터가 손상을 받을 수 있다.
도 9은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
보호 상태가 발생한 경우, 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 경우, 도 9의 파워 스테이지를 포함하는 전력관리 시스템(도 1의 100)의 동작은 다음과 같다.
인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 경우, 정적 보호 회로(130)는 파워 스테이지(160)로부터 스위치 노드의 전압(VSW1)을 감지하고 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화한다. 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화되면, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(PT_FLAG_1)에 기초하여 인에이블 신호(VEN1)를 비활성화한다. 이 조건에서, 스위치 제어 회로(150)는 비활성화되고, 스위치 구동신호(VDRV1)를 비활성화 한다. 스위치 구동신호(VDRV1)는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 포함할 수 있으며, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)는 로직 "하이"레벨을 가질 수 있고, 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 로직 "로우"레벨을 가질 수 있다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 모두 턴오프 된다. 따라서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭 동작을 하지 않고, 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들은 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 경우, 정적 보호 회로(130)는 주 제어 회로(110)로부터 수신한 인에이블 신호(VEN1)에 응답하여 비활성화 될 수 있다.
도 10은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이고, 도 11은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 10을 참조하면, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅되어 파워 스테이지의 스위치 노드(NSW)의 전압(VSW)이 기준 전압(VREF) 보다 커지면, 주 제어 회로(110)는 인에이블 신호(VEN)를 비활성화시키고, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)를 구동하는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)를 로직 "하이" 상태로 만들고, NMOS 파워 트랜지스터(MN1)를 구동하는 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 로직 "로우" 상태로 만든다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하지 않는다.
따라서, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭 동작을 하지 않고, 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들은 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 11을 참고하면, 종래의 정적(static) 보호 회로를 갖지 않은 전력관리 시스템에서, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 펄스 파형을 가지며 PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하게 된다. 또한, 파워 스테이지의 스위치 노드의 전압(VSW)도 펄스 파형을 가진다. 따라서, 종래의 전력관리 시스템은 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅된 경우, 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들은 불필요한 전력 소모가 발생할 수 있고, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)의 신뢰성이 저하될 수 있다.
도 12는 직류 파워 서플라이 전압을 공급하는 파워 서플라이가 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 도 1의 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들을 구성하는 스위치 제어 회로와 파워 스테이지를 함께 나타낸 회로도이다.
보호 상태가 발생한 경우, 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이 직류 파워 서플라이 전압을 공급하는 파워 서플라이가 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 도 12의 파워 스테이지를 포함하는 전력관리 시스템(도 1의 100)의 동작은 다음과 같다.
직류 파워 서플라이 전압을 공급하는 파워 서플라이가 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 정적 보호 회로(130)는 파워 스테이지(160)로부터 스위치 노드의 전압(VSW1)을 감지하고 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화한다. 보호 신호(PT_FLAG_1)를 활성화되면, 주 제어 회로(110)는 보호 신호(PT_FLAG_1)에 기초하여 인에이블 신호(VEN1)를 비활성화한다. 이 조건에서, 스위치 제어 회로(150)는 비활성화되고, 스위치 구동신호(VDRV1)를 비활성화 한다. 스위치 구동신호(VDRV1)는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 포함할 수 있으며, 직류 파워 서플라이 전압을 공급하는 파워 서플라이가 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)는 로직 "하이"레벨을 가질 수 있고, 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 로직 "로우"레벨을 가질 수 있다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 모두 턴오프 된다. 따라서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭 동작을 하지 않고, 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들은 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 직류 파워 서플라이 전압을 공급하는 파워 서플라이가 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 정적 보호 회로(130)는 주 제어 회로(110)로부터 수신한 인에이블 신호(VEN1)에 응답하여 비활성화 될 수 있다.
도 13은 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 정적(static) 보호 회로를 갖는 도 1의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이고, 도 14는 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 종래의 전력관리 시스템의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 13을 참조하면, 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅되면, 주 제어 회로(110)는 1 내지 2 클럭을 모니터링 한 후 인에이블 신호(VEN)를 비활성화시키고, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)를 구동하는 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P)를 로직 "하이" 상태로 만들고, NMOS 파워 트랜지스터(MN1)를 구동하는 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)를 로직 "로우" 상태로 만든다. 이 조건에서, PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하지 않는다.
따라서, 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭 동작을 하지 않고, 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들은 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 14를 참고하면, 종래의 정적(static) 보호 회로를 갖지 않은 전력관리 시스템에서, 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 제 1 스위치 구동신호(VDRV_P) 및 제 2 스위치 구동신호(VDRV_N)는 펄스 파형을 가지며 PMOS 파워 트랜지스터(MP1) 및 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)는 스위칭을 하게 된다. 따라서, 종래의 전력관리 시스템은 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 경우, 전력관리 시스템에 포함된 파워 컨버터들은 불필요한 전력 소모가 발생할 수 있고, PMOS 파워 트랜지스터(MP1)와 NMOS 파워 트랜지스터(MN1)의 신뢰성이 저하될 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 15를 참조하면, 전력관리 시스템(200)은 파워 변환기들(220_1, … 220_n) 및 주(main) 제어 회로(210)를 포함할 수 있다.
파워 변환기들(220_1, … 220_n) 각각은 파워 스테이지(stage)(260)를 포함하고, 파워 스테이지(20)의 정적(static) 비정상적인 상태를 감지하여 보호 신호(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n)를 발생하고, 각각의 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP1, …, VSUPn)을 안정화하여 직류 출력전압(VOUT1, …, VOUTn)을 발생한다. 주 제어 회로(210)는 파워 변환기들(220_1, … 220_n)로부터 수신한 보호 신호들(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n) 각각에 기초하여 파워 변환기들(220_1, … 220_n) 각각에 대한 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)를 발생한다.
파워 변환기들(220_1, … 220_n) 각각은 정적(static) 보호 회로(230), 스위치 제어 회로(250), 파워 스테이지(260) 및 동적(dynamic) 보호 회로(240)를 포함할 수 있다.
도 15의 전력관리 시스템(200)은 도 1의 전력관리 시스템(200)에 동적 보호 회로(240)가 포함된 구성을 갖는다. 동적 보호 회로(240)는 전력관리 시스템(200)이 정상 동작 모드에서 동작하는 중에 시스템에 과전압이나 과전류 등 보호 상태가 발생할 경우 전력관리 시스템(200)에 포함된 파워 변환기들을 보호하는 기능을 한다.
도 15의 전력관리 시스템(200)은 도 1의 전력관리 시스템(200)과 유사하게 동작함으로, 그 동작 설명은 생략한다.
도 16은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전력관리 시스템(300)을 나타내는 블록도이다.
도 16을 참조하면, 전력관리 시스템(300)은 전력관리 집적회로(PMIC)(310) 및 수동 회로(330)를 포함할 수 있다.
전력관리 집적회로(PMIC)(310)는 파워 변환기들(PCON1, PCON2, PCON3) 및 주(main) 제어 회로(312)를 포함할 수 있다.
파워 변환기들(PCON1, PCON2, PCON3) 각각은 파워 스테이지(stage)를 포함하고, 파워 스테이지의 정적(static) 비정상적인 상태를 감지하여 보호 신호(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n)를 발생하고, 각각의 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP1, …, VSUPn)을 안정화하여 직류 출력전압을 발생한다. 주 제어 회로(310)는 파워 변환기들(PCON1, PCON2, PCON3)로부터 수신한 보호 신호들(PT_FLAG_1, … PT_FLAG_n) 각각에 기초하여 파워 변환기들(PCON1, PCON2, PCON3) 각각에 대한 인에이블 신호(VEN1, …, VENn)를 발생한다.
수동 회로(330)는 수동 소자들(331, 332, 333)을 포함할 수 있으며, 수동 소자들(331, 332, 333)은 전력관리 집적회로(PMIC)(310)의 외부에 배치될 수 있으며, 각각 파워 변환기들(PCON1, PCON2, PCON3)에 연결될 수 있다.
파워 변환기들(PCON1, PCON2, PCON3) 중에서 정적 비정상적인 상태가 발생한 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재할 경우, 주 제어 회로(312)는 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 비활성화시킬 수 있다.
상기에서는 주로 벅 컨버터를 포함하는 전력관리 시스템에 대해 주로 설명하였지만, 본 발명은 부스트 컨버터 또는 벅-부스트 컨버터를 포함하는 전력관리 시스템에도 적용할 수 있다.
본 발명은 전력관리 시스템에 적용이 가능하며, 특히 파워 컨버터들을 포함하는 전력관리 시스템에 적용이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200, 300: 전력관리 시스템
110, 210, 310: 주 제어 회로
120, 220: 파워 컨버터
130: 정적 보호 회로
150: 스위치 제어 회로
160: 파워 스테이지
240: 동적 보호 회로
310: PMIC
330: 수동 회로

Claims (10)

  1. 파워 스테이지(stage)를 포함하고, 상기 파워 스테이지의 정적(static) 비정상적인 상태를 감지하여 보호 신호를 발생하고, 인에이블 신호에 응답하여 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)을 안정화하여 직류 출력전압을 발생하는 파워 변환기; 및
    상기 파워 변환기로부터 수신한 상기 보호 신호에 기초하여 상기 파워 변환기에 대한 상기 인에이블 신호를 발생하는 주(main) 제어 회로를 포함하되,
    상기 파워 변환기는:
    상기 인에이블 신호에 응답하여 활성화되고, 상기 파워 스테이지의 스위치 노드의 전압을 감지하여 상기 보호 신호를 발생하는 정적(static) 보호 회로; 및
    상기 인에이블 신호에 응답하여 활성화되고, 스위치 구동신호를 발생하는 스위치 제어 회로를 포함하고,
    상기 파워 스테이지는 파워 스위치와 인덕터-커패시터 회로를 포함하고, 상기 스위치 구동신호에 응답하여 상기 직류 파워 서플라이 전압(VSUP)을 안정화하여 상기 직류 출력전압을 발생하며,
    상기 정적 비정상적인 상태는 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 상기 직류 파워 서플라이 전압에 단락(short)된 상태, 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 접지에 단락된 상태, 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 상태, 또는 상기 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 상태를 포함하는 전력 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 제어 회로는 상기 정적 비정상적인 상태가 발생한 상기 파워 변환기를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 정적 보호 회로는
    상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드의 전압을 감지하고 감지 신호를 발생하는 감지 블록; 및
    상기 인에이블 신호 및 상기 감지 신호에 기초하여 상기 보호 신호를 발생하는 제어 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정적 보호 회로, 상기 스위치 제어 회로 및 상기 파워 스위치는 하나의 전력관리 집적회로(PMIC)에 내장되는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 관리 시스템은
    상기 전력 관리 시스템이 정상 동작 중에 상기 파워 스테이지로부터 센싱 전압을 수신하고, 상기 센싱 전압에 기초하여 동적(dynamic) 인에이블 신호를 발생하여 상기 스위치 제어 회로에 제공하는 동적(dynamic) 보호 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 파워 스테이지는
    상기 직류 파워 서플라이 전압과 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드 사이에 연결되고, 제 1 스위치 구동신호에 응답하여 스위칭 동작을 하는 제 1 파워 스위치;
    상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드와 접지 사이에 연결되고, 제 2 스위치 구동신호에 응답하여 스위칭 동작을 하는 제 2 파워 스위치;
    상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드와 출력 노드 사이에 연결된 인덕터; 및
    상기 출력노드와 상기 접지 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템.
  9. 전력관리 집적회로(PMIC)를 갖는 파워 변환기들을 포함하는 전력관리 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 전력관리 시스템의 제어 방법은
    상기 전력관리 집적회로(PMIC)를 온(on)시키는 단계;
    상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생했는지를 판단하는 단계;
    상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생했으면, 상기 파워 변환기들을 비활성화시키는 단계;
    상기 전력관리 시스템에 보호 상태가 발생하지 않았으면, 상기 파워 변환기들을 활성화시키는 단계;
    상기 파워 변환기들 중에서 스위치 노드가 직류 파워 서플라이 전압에 단락(short)된 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지, 또는 인덕터-커패시터 회로에 포함된 인덕터가 파워 스테이지의 스위치 노드로부터 플로팅(floating)된 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지를 판단하는 단계;
    상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 포함된 전력관리 집적회로의 파워 변환에 관련된 블록들을 비활성화시키는 단계; 및
    상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하지 않는 경우, 상기 제 1 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 및 상기 제 2 파워 변환기(또는 파워 변환기들)을 제외한 파워 변환기들에 대해 소프트 스타트(soft-start)를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템의 제어 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전력 관리 시스템의 제어 방법은
    상기 파워 변환기들 중에서 상기 파워 스테이지의 상기 스위치 노드가 접지에 단락(short)된 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지, 또는 상기 직류 파워 서플라이 전압이 상기 파워 스테이지로부터 플로팅된 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하는지를 판단하는 단계;
    상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 가 존재하는 경우, 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 각각에 포함된 상기 파워 변환기들을 비활성화시키는 단계; 및
    상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 또는 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)가 존재하지 않는 경우, 상기 제 3 파워 변환기(또는 파워 변환기들) 및 상기 제 4 파워 변환기(또는 파워 변환기들)를 제외한 파워 변환기들에 대해 정상 동작(normal operation)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 시스템의 제어 방법.
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