KR102346020B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 장치가 제공된다. 반도체 장치는, TA(Travel Adaptor)(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제1 노드(LX1)에 제공하는 제1 트랜지스터(MT1) 및 제2 트랜지스터(MT2); 상기 제2 트랜지스터(MT2)와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제1 노드(LX1)에 제공하는 제3 트랜지스터(MT3); 및 제2 노드(VSYS)를 통해, 상기 노드(LX)에 연결된 제1 인덕터(LM)로부터 제2 전압(VSYS)을 제공받고, 상기 제2 전압(VSYS)을 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)으로서 제3 노드(VBAT)에 제공하는 제4 트랜지스터(MT4)를 포함한다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치, 구체적으로는 배터리 충전용 반도체 장치(즉, 충전기)에 관한 것이다.
모바일 장치 또는 휴대용 장치는 전원을 공급받기 위해 배터리를 사용한다. 배터리를 충전하기 위해 다양한 방식이 사용되는데, 그 예로서 직접 충전(direct charging), 스위칭 충전(switching charging) 방식 등을 들 수 있다. 일반적으로 직접 충전 방식이 충전 효율이 스위칭 충전 방식의 충전 효율보다 높다.
직접 충전 방식을 할 경우 정전압(constant voltage) 제어의 한계가 있어 스위칭 충전 방식을 함께 사용할 수 있다. 그런데 이를 위해 직접 충전기와 스위칭 충전기를 별도로 구현하는 경우 제품의 사이즈가 커지게 된다.
따라서 배터리 충전 시 발생하는 열을 감소시키면서도 제품의 사이즈를 줄이기 위해 직접 충전기와 스위칭 충전기를 단일 칩으로 구현할 필요가 있다. 나아가 배터리 충전 시간을 단축하기 위해, 직접 충전 방식과 스위칭 충전 방식을 적절히 함께 사용하면서도 복수의 충전기를 사용하는 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 충전 효율을 높이고 발열을 감소시키면서도 그 사이즈를 줄일 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 배터리의 고속 충전이 가능한 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, TA(Travel Adaptor)로부터 입력받은 제1 전압을 제1 노드에 제공하는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터; 상기 제2 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 제3 트랜지스터; 및 제2 노드를 통해, 상기 제1 노드에 연결된 제1 인덕터로부터 제2 전압을 제공받고, 상기 제2 전압을 배터리를 충전하기 위한 제3 전압으로서 제3 노드에 제공하는 제4 트랜지스터를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치는, TA로부터 제공받은 제1 전압을 이용하여 배터리를 직접 충전(direct charging)하는 제1 충전기; 및 상기 제1 전압을 이용하여, 상기 제1 충전기와 병렬로 상기 배터리를 직접 충전하는 제2 충전기를 포함하고, 상기 제1 전압의 전압 레벨은, 어플리케이션 프로세서(Application Processor, AP)의 제어에 따라 그 값이 증가 또는 감소하도록 조정된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 4는 도 2의 반도체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 도 6의 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 8은 도 6의 반도체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 도 10의 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 12는 도 10의 반도체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 시스템(1)은 반도체 장치(10a), 배터리(20), 전력 관리 회로(Power Management Integrated Circuit, PMIC)(30) 및 어플리케이션 프로세서(40)를 포함한다.
반도체 장치(10a)는 외부로부터 전력을 공급받고, 배터리(20)를 충전하기 위한 충전기를 포함한다. 그리고 반도체 장치(10a)는 반도체 시스템(1) 내의 배터리(20), PMIC(30) 등에 전력을 전달하는 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 반도체 장치(10a)는 TA(Travel Adaptor), USB(Universal Serial Bus) 전원 등으로부터 전력을 공급받을 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 반도체 장치(10a)는 일반 충전(normal charging), 고속 충전(fast charging), 직접 충전(direct charging) 등 다양한 방식을 이용하여 배터리(20)를 충전할 수 있다. 특히 일반 충전과 고속 충전은 스위칭 충전 방식으로 구현될 수 있고, 직접 충전은 배터리(20)에 TA를 직접 연결하는 방식으로 구현될 수 있다.
예컨대 5 W 내지 15 W 정도의 충전 용량을 지원하는 일반 충전과, 예컨대 15 W 내지 20 W 정도의 충전 용량을 지원하는 고속 충전은 약 90 %의 충전 효율을 갖고, 직접 충전은 약 96 % 내지 약 98 %의 충전 효율을 갖는다. 따라서 직접 충전을 하는 것이 열 방출이 적게 되지만, 직접 충전만을 사용할 경우 정전압(constant voltage) 제어에 한계가 있어 스위칭 충전 방식을 함께 사용하게 된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 장치(10a)는 스위칭 충전 방식으로 동작하는 스위칭 충전기와 직접 충전 방식으로 동작하는 직접 충천기를 단일의 충전기로 구현하여 배터리 충전 시 발생하는 열을 감소시키면서도 제품의 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 반도체 장치(10a)는 복수의 충전기를 포함하도록 구현되어 배터리의 충전 시간을 단축할 수 있다.
한편, 배터리(20)는 반도체 시스템(1)에 장착되어 어플리케이션 프로세서(40)를 비롯한 반도체 시스템(1)의 여러 요소에 전원을 공급함으로써, 반도체 시스템(1)이 휴대 가능하도록 한다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 배터리(20)는 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리, 니켈 수소(Ni-MH) 배터리, 리튬 이온 배터리 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 관리 회로(30)는 반도체 시스템(1)의 여러 요소에 대한 전력 관리를 수행한다. 구체적으로, 전력 관리 회로(30)는 반도체 시스템(1)의 전력 효율을 높이기 위해, 미리 결정된 정책에 따라 어플리케이션 프로세서(40)를 비롯한 반도체 시스템(1)의 여러 요소에 대한 전력 공급을 제어할 수 있다. 일례로, 전력 관리 회로(30)는 필요에 따라 반도체 시스템(1)을 슬립 모드(sleep mode)에 진입시키거나, 슬립 모드에 있는 반도체 시스템(1)을 웨이크 업(wake up)할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(40)는 반도체 시스템(1)을 전반적으로 제어한다. 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 하나 이상의 IP(Intellectual Property)를 포함하는 시스템 온 칩(System-on-chip)으로 구현될 수 있다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 반도체 장치(10a)가 TA로부터 전력을 공급받는 경우, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA와 통신하여 TA로부터 출력되어 반도체 장치(10a)에 입력되는 전압의 전압 레벨을 조정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(10a)는 TA(50)로부터 전력을 공급받으며, 과전압 보호 회로(Over Voltage Protection circuit, OVP)(11), 충전기(12), 인덕터(L)를 포함한다.
과전압 보호 회로(11)는 TA(50)로부터 제공되는 전압이 과전압에 해당하는 경우, 충전기(12)와의 전기적인 접속을 끊어 충전기(12)를 비롯한 반도체 장치(10a) 내부의 회로들의 손상을 방지하기 위한 것이다. 본 실시예에서는 과전압 보호 회로(11)가 도시되어 있으나, 구체적인 구현 목적에 따라 과전압 보호 회로(11)는 생략되거나, 본 실시예와는 다른 위치에 구현될 수도 있음은 해당 기술의 통상의 기술자에게 자명하다.
충전기(12)는 복수의 단자를 포함한다. 구체적으로, 충전기(12)는, 예컨대 과전압 보호 회로(11)를 통해 TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 노드(LX)에 제공하는 단자, 인덕터(L)를 통해 노드(LX)로부터 제공받은 제2 전압(VSYS)을 입력받는 제2 노드(VSYS)에 연결된 단자, 그리고 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)을 출력하는 단자 등을 포함한다.
여기서 제2 노드(VSYS)는 예컨대, 전력 관리 회로(30)와 같은 로드(load)에 연결될 수 있다.
반도체 장치(10a)는 스위칭 충전과 직접 충전을 번갈아 수행할 수 있다. 구체적으로 반도체 장치(10a)는 일반 충전 및 고속 충전 등을 포함하는 스위칭 충전을 수행하다가, 미리 정해진 조건이 만족되면 직접 충전을 수행할 수 있다. 이와 같은 동작에 대한 구체적인 설명은 도 3 및 도 4와 관련하여 후술하도록 한다.
도 3은 도 2의 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 회로도이고, 도 4는 도 2의 반도체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 충전기(12)는 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제3 트랜지스터(MT3) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 포함한다.
제1 트랜지스터(MT1) 및 제2 트랜지스터(MT2)는 각각 신호(MQ1, MQ2)에 게이팅되어, TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 노드(LX)에 제공한다. 여기서, 제1 트랜지스터(MT1)와 제2 트랜지스터(MT2)는 서로 직렬 연결될 수 있다.
제3 트랜지스터(MT3)는 제2 트랜지스터(MT2)와 직렬 연결되고, 신호(MQ3)에 게이팅되어 접지 전압을 노드(LX)에 제공한다.
제4 트랜지스터(MT4)는 제2 노드(VSYS)를 통해, 노드(LX)에 연결된 인덕터(L)로부터 제2 전압(VSYS)을 제공받는다. 그리고 제4 트랜지스터(MT4)는 신호(MQ4)에 게이팅되어 제2 전압(VSYS)을, 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)으로서 제3 노드(VBAT)에 제공한다.
이 경우, TA(50)로부터 제공된 전류는 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 인덕터(L) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 통해 배터리(20)에 제공되며, 이에 따라 배터리(20)가 충전된다.
특히 주목할 점은, TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)은 어플리케이션 프로세서(40)의 제어에 따라 그 전압 레벨이 조정될 수 있다는 점이다. 이에 따라 충전기(12)는 조정된 제1 전압(VTA)을 이용하여 배터리(20)를 직접 충전(direct charging)하는 직접 충전기(direct charger)로서 동작할 수 있다는 점이다.
구체적으로, 충전기(12)는 신호(MQ2, MQ3)를 제어하여 트랜지스터(MT2, MT3)를 스위칭하여 스위칭 충전 방식으로 배터리(20)를 충전하는 스위칭 충전기(switching charger)로서 동작할 수 있다. 또한, 충전기(12)는 신호(MQ1 내지 MQ4)를 제어하여 트랜지스터(MT1, MT2, MT4)를 턴 온하고 트랜지스터(MT3)를 턴 오프하여 TA(50)와 배터리(20)를 직접 연결함으로써, 가변 제1 전압(VTA)을 이용한 직접 충전기로서 동작할 수 있다.
이어서 도 4를 참조하면, 반도체 장치(10a)는, T1 구간에서 일반 충전 및 고속 충전 등을 이용하여 스위칭 충전을 수행한다. 이에 따라 충전 전류(ICHG)가 배터리(20)에 공급되면서, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 상승하게 된다.
T1 구간 동안, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 직접 충전을 수행할 수 있는 범위에 해당하는지 여부를 판단한다.
예를 들어, 어플리케이션 프로세서(40)는, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨이, 미리 설정된 최소 배터리 전압(VBATSET _MIN)의 전압 레벨과 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨 사이의 범위에 해당하는 지 여부로, 직접 충전의 수행 가능 여부를 결정할 수 있다.
배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 직접 충전을 수행할 수 있는 범위에 해당되는 것으로 판단된 경우, T2 구간 동안, 어플리케이션 프로세서(40)는 충전기(12)를 동작시키고 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 초기화하는 등, 배터리(20)에 대한 직접 충전을 준비한다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을, 당시 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨과 동일하도록 설정할 수 있다.
T3 구간 동안, 충전기(12)는 배터리(20)에 대해 직접 충전을 수행한다. 충전기(12)가 직접 충전을 수행하는 동안에도, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 계속 조정할 수 있다.
예를 들어, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET _MIN)보다 작은 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정될 수 있다. 이와 다르게, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
또 다른 예로, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET_MIN)보다 작은 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정될 수 있다. 이와 다르게, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
충전기(12)의 충전 전압이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨에 도달하면, T4 구간 동안, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 충전기(12)의 동작을 중단함으로써 직접 충전을 종료한다. 그리고 반도체 장치(10a)는 다시 스위칭 충전 모드로 전환한다.
T5 구간에서는 배터리(20)에 대해 정전압 충전(constant voltage charging) 또는 정전류 충전(constant current charging)이 수행되고, T6 구간에서는 배터리(20)에 대한 충전이 종료된다.
이와 같은 충전 방식에 따라, 직접 충전 방식과 스위칭 충전 방식을 함께 사용하여 배터리 충전 시 발생하는 열을 감소시키고 배터리 충전 시간을 단축할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 시스템(2)은 반도체 장치(10b), 배터리(20), 전력 관리 회로(30) 및 어플리케이션 프로세서(40)를 포함한다.
본 실시예에서는, 도 1에서 이미 설명한 중복되는 내용은 생략하고, 도 1의 실시예와 다른 점을 위주로 기술하도록 한다.
반도체 장치(10b)는 외부로부터 전력을 공급받고, 배터리(20)를 충전하기 위한 메인 충전기(Main Charger, MC)(100) 및 제1 서브 충전기(first Sub Charger, SC1)(120)를 포함한다.
메인 충전기(100)와 제1 서브 충전기(120)는 서로 병렬적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 메인 충전기(100)가 배터리(20)에 대한 충전을 먼저 시작한 후, 제1 서브 충전기(120)가 별도로 배터리(20)에 대한 충전을 수행할 수 있다. 한편, 제1 서브 충전기(120)가 배터리(20)에 대한 충전을 계속하는 중, 메인 충전기(100)가 배터리(20)에 대한 충전을 먼저 종료할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치(10b)는 TA(50)로부터 전력을 공급받으며, 과전압 보호 회로(11), 메인 충전기(100), 제1 인덕터(LM), 제1 서브 충전기(120) 및 제2 인덕터(LS1)를 포함한다.
도 2와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 과전압 보호 회로(11)는 구체적인 구현 목적에 따라 생략되거나, 본 실시예와는 다른 위치에 구현될 수도 있다.
메인 충전기(100)는 복수의 단자를 포함한다. 구체적으로, 메인 충전기(100)는, 예컨대 과전압 보호 회로(11)를 통해 TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제1 노드(LX1)에 제공하는 단자, 제1 인덕터(LM)를 통해 제1 노드(LX1)로부터 제공받은 제2 전압(VSYS)을 입력받는 제2 노드(VSYS)에 연결된 단자, 그리고 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)을 출력하는 단자 등을 포함한다.
여기서 제2 노드(VSYS)는 예컨대, 전력 관리 회로(30)와 같은 로드(load)에 연결될 수 있다.
제1 서브 충전기(120)는 적어도 하나의 단자를 포함한다. 구체적으로, 제1 서브 충전기(120)는, 예컨대 과전압 보호 회로(11)를 통해 TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제4 노드(LX2)에 제공하는 단자를 포함한다.
제4 노드(LX2)로부터 출력된 전압은, 제4 노드(LX2)와 제3 노드(VBAT) 사이에 연결된 제2 인덕터(LS1)를 통해 배터리(20)에 제공될 수 있다.
반도체 장치(10b)는 스위칭 충전과 직접 충전을 번갈아 수행할 수 있다. 구체적으로 반도체 장치(10b)는 일반 충전 및 고속 충전 등을 포함하는 스위칭 충전을 수행하다가, 미리 정해진 조건이 만족되면 직접 충전을 수행할 수 있다. 이와 같은 동작에 대한 구체적인 설명은 도 7 및 도 8와 관련하여 후술하도록 한다.
도 7은 도 6의 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 회로도이고, 도 8은 도 6의 반도체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 메인 충전기(100)는 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제3 트랜지스터(MT3) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 포함한다.
제1 트랜지스터(MT1) 및 제2 트랜지스터(MT2)는 각각 신호(MQ1, MQ2)에 게이팅되어, TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제1 노드(LX1)에 제공한다. 여기서, 제1 트랜지스터(MT1)와 제2 트랜지스터(MT2)는 서로 직렬 연결될 수 있다.
제3 트랜지스터(MT3)는 제2 트랜지스터(MT2)와 직렬 연결되고, 신호(MQ3)에 게이팅되어 접지 전압을 제1 노드(LX1)에 제공한다.
제4 트랜지스터(MT4)는 제2 노드(VSYS)를 통해, 제1 노드(LX1)에 연결된 제1 인덕터(LM)로부터 제2 전압(VSYS)을 제공받는다. 그리고 제4 트랜지스터(MT4)는 신호(MQ4)에 게이팅되어 제2 전압(VSYS)을, 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)으로서 제3 노드(VBAT)에 제공한다.
이 경우, TA(50)로부터 제공된 전류는 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제1 인덕터(LM) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 통해 배터리(20)에 제공되며, 이에 따라 배터리(20)가 충전된다.
한편, 제1 서브 충전기(120)는 제5 트랜지스터(S1_T1), 제6 트랜지스터(S1_T2) 및 제7 트랜지스터(S1_T3)를 포함한다.
제5 트랜지스터(S1_T1) 및 제6 트랜지스터(S1_T2)는 각각 신호(S1_Q1, S1_Q2)에 게이팅되어, TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제4 노드(LX2)에 제공한다. 여기서 제5 트랜지스터(S1_T1)와 제6 트랜지스터(S1_T2)는 서로 직렬 연결될 수 있다.
제7 트랜지스터(S1_T3)는 제6 트랜지스터(S1_T2)와 직렬 연결되고, 신호(S1_Q3)에 게이팅되어 접지 전압을 제4 노드(LX2)에 제공한다.
이 경우, TA(50)로부터 제공된 전류는 제5 트랜지스터(S1_T1), 제6 트랜지스터(S1_T2) 및 제2 인덕터(LS1)를 통해 배터리(20)에 제공되며, 이에 따라 배터리(20)가 충전된다.
특히 주목할 점은, TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)은 어플리케이션 프로세서(40)의 제어에 따라 그 전압 레벨이 조정될 수 있으며, 메인 충전기(100) 및 제1 서브 충전기(120)는 조정된 제1 전압(VTA)을 이용하여 배터리(20)를 직접 충전하는 직접 충전기로서 동작한다는 점이다.
구체적으로, 메인 충전기(100)는 신호(MQ2, MQ3)를 제어하여 트랜지스터(MT2, MT3)를 스위칭하여 스위칭 충전 방식으로 배터리(20)를 충전하는 스위칭 충전기로서 동작할 수 있다. 또한, 메인 충전기(100)는 신호(MQ1 내지 MQ4)를 제어하여 트랜지스터(MT1, MT2, MT4)를 턴 온하고 트랜지스터(MT3)를 턴 오프하여 TA(50)와 배터리(20)를 직접 연결함으로써, 가변 제1 전압(VTA)을 이용한 직접 충전기로서 동작할 수 있다.
이와 유사하게, 제1 서브 충전기(120)는 신호(S1_Q2, S1_Q3)를 제어하여 트랜지스터(S1_T2, S1_T3)를 스위칭하여 스위칭 충전 방식으로 배터리(20)를 충전하는 스위칭 충전기로서 동작할 수 있다. 또한, 제1 서브 충전기(120)는 신호(S1_Q1 내지 S1_Q3)를 제어하여 트랜지스터(S1_T1, S1_T2)를 턴 온하고 트랜지스터(S1_T3)를 턴 오프하여 TA(50)와 배터리(20)를 직접 연결함으로써, 가변 제1 전압(VTA)을 이용한 직접 충전기로서 동작할 수 있다.
한편, 메인 충전기(100)와 제1 서브 충전기(120)가 함께 배터리(20)에 대한 직접 충전을 수행하는 경우, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류는, 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제1 인덕터(LM) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 포함하는 제1 경로를 따라 제공되는 제1 충전 전류와, 제5 트랜지스터(S1_T1), 제6 트랜지스터(S1_T2) 및 제2 인덕터(LS1)를 포함하는 제2 경로를 따라 제공되는 제2 충전 전류를 적어도 하나 포함할 수 있다.
이어서 도 8을 참조하면, 반도체 장치(10b)는, T1 구간에서 일반 충전 및 고속 충전 등을 이용하여 스위칭 충전을 수행한다. 이에 따라 충전 전류(ICHG)가 배터리(20)에 공급되면서, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 상승하게 된다.
T1 구간 동안, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 직접 충전을 수행할 수 있는 범위에 해당하는지 여부를 판단한다.
예를 들어, 어플리케이션 프로세서(40)는, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨이, 미리 설정된 최소 배터리 전압(VBATSET _MIN)의 전압 레벨과 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨 사이의 범위에 해당하는 지 여부로, 직접 충전의 수행 가능 여부를 결정할 수 있다.
배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 직접 충전을 수행할 수 있는 범위에 해당되는 것으로 판단된 경우, T2 구간 동안, 어플리케이션 프로세서(40)는 메인 충전기(100)를 동작시키고 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 초기화하는 등, 배터리(20)에 대한 직접 충전을 준비한다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을, 당시 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨과 동일하도록 설정할 수 있다.
T3 내지 T5 구간 동안, 메인 충전기(100)는 배터리(20)에 대해 직접 충전을 수행한다. 메인 충전기(100)가 직접 충전을 수행하는 동안에도, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 계속 조정할 수 있다.
예를 들어, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET _MIN)보다 작은 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정될 수 있다. 이와 다르게, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
또 다른 예로, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET_MIN)보다 작은 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정될 수 있다. 이와 다르게, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
특히 주목할 점은, T4 구간 동안, 제1 서브 충전기(120)도 배터리(20)에 대해 직접 충전을 수행한다는 점이다. 제1 서브 충전기(120)가 직접 충전을 수행하는 동안에도, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 앞서 설명한 방식으로 계속 조정할 수 있다. 그리고 제1 서브 충전기(120)의 충전 전압이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨에 도달하면, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 제1 서브 충전기(120)의 동작을 중단함으로써 직접 충전을 종료한다. 그러나, 본 실시예에서는, 이 경우에도 메인 충전기(100)의 충전은 중단되지 않는다.
이후, 메인 충전기(100)의 충전 전압이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET_MAX)의 전압 레벨에 도달하면, T6 구간 동안, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 메인 충전기(100)의 동작을 중단함으로써 직접 충전을 종료한다. 그리고 반도체 장치(10b)는 다시 스위칭 충전 모드로 전환한다.
T7 구간에서는 배터리(20)에 대해 정전압 충전 또는 정전류 충전이 수행되고, T8 구간에서는 배터리(20)에 대한 충전이 종료된다.
이와 같은 충전 방식에 따라, 직접 충전 방식과 스위칭 충전 방식을 함께 사용하여 배터리 충전 시 발생하는 열을 감소시키고, 특히 복수의 충전기를 이용하여 직접 충전을 수행함으로써 배터리 충전 시간을 단축할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 시스템(3)은 반도체 장치(10c), 배터리(20), 전력 관리 회로(30) 및 어플리케이션 프로세서(40)를 포함한다.
본 실시예에서는, 도 1에서 이미 설명한 중복되는 내용은 생략하고, 도 1의 실시예와 다른 점을 위주로 기술하도록 한다.
반도체 장치(10c)는 외부로부터 전력을 공급받고, 배터리(20)를 충전하기 위한 메인 충전기(Main Charger, MC)(100) 및 제2 서브 충전기(second Sub Charger, SC2)(140)를 포함한다.
메인 충전기(100)와 제2 서브 충전기(140)는 서로 병렬적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 메인 충전기(100)가 배터리(20)에 대한 충전을 먼저 시작한 후, 제2 서브 충전기(140)가 별도로 배터리(20)에 대한 충전을 수행할 수 있다. 한편, 제2 서브 충전기(140)가 배터리(20)에 대한 충전을 계속하는 중, 메인 충전기(100)가 배터리(20)에 대한 충전을 먼저 종료할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치(10c)는 TA(50)로부터 전력을 공급받으며, 과전압 보호 회로(11), 메인 충전기(100), 제1 인덕터(LM), 제2 서브 충전기(140) 및 제3 인덕터(LS2)를 포함한다.
도 2와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 과전압 보호 회로(11)는 구체적인 구현 목적에 따라 생략되거나, 본 실시예와는 다른 위치에 구현될 수도 있다.
메인 충전기(100)는 복수의 단자를 포함한다. 구체적으로, 메인 충전기(100)는, 예컨대 과전압 보호 회로(11)를 통해 TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제1 노드(LX1)에 제공하는 단자, 제1 인덕터(LM)를 통해 제1 노드(LX1)로부터 제공받은 제2 전압(VSYS)을 입력받는 제2 노드(VSYS)에 연결된 단자, 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)을 출력하는 단자, 그리고 TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제5 노드(BYP)를 통해 제2 서브 충전기(140)에 전달하기 위한 단자 등을 포함한다.
여기서 제2 노드(VSYS)는 예컨대, 전력 관리 회로(30)와 같은 로드(load)에 연결될 수 있다.
제2 서브 충전기(140)는 적어도 하나의 단자를 포함한다. 구체적으로, 제2 서브 충전기(140)는, 예컨대 제5 노드(BYP)를 통해 메인 충전기(100)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제6 노드(LX3)에 제공하는 단자를 포함한다.
제6 노드(LX3)로부터 출력된 전압은, 제6 노드(LX3)와 제3 노드(VBAT) 사이에 연결된 제3 인덕터(LS2)를 통해 배터리(20)에 제공될 수 있다.
반도체 장치(10c)는 스위칭 충전과 직접 충전을 번갈아 수행할 수 있다. 구체적으로 반도체 장치(10c)는 일반 충전 및 고속 충전 등을 포함하는 스위칭 충전을 수행하다가, 미리 정해진 조건이 만족되면 직접 충전을 수행할 수 있다. 이와 같은 동작에 대한 구체적인 설명은 도 10 및 도 11과 관련하여 후술하도록 한다.
도 11은 도 10의 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 회로도이고, 도 12는 도 10의 반도체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 메인 충전기(100)는 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제3 트랜지스터(MT3) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 포함한다.
제1 트랜지스터(MT1) 및 제2 트랜지스터(MT2)는 각각 신호(MQ1, MQ2)에 게이팅되어, TA(50)로부터 입력받은 제1 전압(VTA)을 제1 노드(LX1)에 제공한다. 여기서, 제1 트랜지스터(MT1)와 제2 트랜지스터(MT2)는 서로 직렬 연결될 수 있다.
제3 트랜지스터(MT3)는 제2 트랜지스터(MT2)와 직렬 연결되고, 신호(MQ3)에 게이팅되어 접지 전압을 제1 노드(LX1)에 제공한다.
제4 트랜지스터(MT4)는 제2 노드(VSYS)를 통해, 제1 노드(LX1)에 연결된 제1 인덕터(LM)로부터 제2 전압(VSYS)을 제공받는다. 그리고 제4 트랜지스터(MT4)는 신호(MQ4)에 게이팅되어 제2 전압(VSYS)을, 배터리(20)를 충전하기 위한 제3 전압(VBAT)으로서 제3 노드(VBAT)에 제공한다.
이 경우, TA(50)로부터 제공된 전류는 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제1 인덕터(LM) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 통해 배터리(20)에 제공되며, 이에 따라 배터리(20)가 충전된다.
한편, 제2 서브 충전기(140)는 제8 트랜지스터(S2_T1) 및 제9 트랜지스터(S2_T2)를 포함한다.
제8 트랜지스터(S1_T1)는 각각 신호(S2_Q1)에 게이팅되어, 제5 노드(BYP)를 통해 입력받은 제1 전압(VTA)을 제6 노드(LX3)에 제공한다.
제9 트랜지스터(S2_T2)는 제8 트랜지스터(S2_T1)와 직렬 연결되고, 신호(S2_Q2)에 게이팅되어 접지 전압을 제6 노드(LX3)에 제공한다.
이 경우, TA(50)로부터 제공된 전류는 제1 트랜지스터(MT1), 제8 트랜지스터(S2_T1) 및 제3 인덕터(LS2)를 통해 배터리(20)에 제공되며, 이에 따라 배터리(20)가 충전된다.
특히 주목할 점은, TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)은 어플리케이션 프로세서(40)의 제어에 따라 그 전압 레벨이 조정될 수 있으며, 메인 충전기(100) 및 제2 서브 충전기(140)는 조정된 제1 전압(VTA)을 이용하여 배터리(20)를 직접 충전하는 직접 충전기로서 동작한다는 점이다.
구체적으로, 메인 충전기(100)는 신호(MQ2, MQ3)를 제어하여 트랜지스터(MT2, MT3)를 스위칭하여 스위칭 충전 방식으로 배터리(20)를 충전하는 스위칭 충전기로서 동작할 수 있다. 또한, 메인 충전기(100)는 신호(MQ1 내지 MQ4)를 제어하여 트랜지스터(MT1, MT2, MT4)를 턴 온하고 트랜지스터(MT3)를 턴 오프하여 TA(50)와 배터리(20)를 직접 연결함으로써, 가변 제1 전압(VTA)을 이용한 직접 충전기로서 동작할 수 있다.
이와 유사하게, 제2 서브 충전기(140)는 신호(S1_Q1, S1_Q2)를 제어하여 트랜지스터(S2_T1, S2_T2)를 스위칭하여 스위칭 충전 방식으로 배터리(20)를 충전하는 스위칭 충전기로서 동작할 수 있다. 또한, 제2 서브 충전기(140)는 신호(MQ1, S2_Q1, S2_Q3)를 제어하여 트랜지스터(MT1, S2_T1)를 턴 온하고 트랜지스터(S2_T2)를 턴 오프하여 TA(50)와 배터리(20)를 직접 연결함으로써, 가변 제1 전압(VTA)을 이용한 직접 충전기로서 동작할 수 있다.
한편, 메인 충전기(100)와 제2 서브 충전기(140)가 함께 배터리(20)에 대한 직접 충전을 수행하는 경우, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류는, 제1 트랜지스터(MT1), 제2 트랜지스터(MT2), 제1 인덕터(LM) 및 제4 트랜지스터(MT4)를 포함하는 제1 경로를 따라 제공되는 제1 충전 전류와, 제1 트랜지스터(MT1), 제8 트랜지스터(S2_T1) 및 제3 인덕터(LS2)를 포함하는 제2 경로를 따라 제공되는 제2 충전 전류를 적어도 하나 포함할 수 있다.
이어서 도 12를 참조하면, 반도체 장치(10c)는, T1 구간에서 일반 충전 및 고속 충전 등을 이용하여 스위칭 충전을 수행한다. 이에 따라 충전 전류(ICHG)가 배터리(20)에 공급되면서, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 상승하게 된다.
T1 구간 동안, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 직접 충전을 수행할 수 있는 범위에 해당하는지 여부를 판단한다.
예를 들어, 어플리케이션 프로세서(40)는, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨이, 미리 설정된 최소 배터리 전압(VBATSET _MIN)의 전압 레벨과 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨 사이의 범위에 해당하는 지 여부로, 직접 충전의 수행 가능 여부를 결정할 수 있다.
배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)이 직접 충전을 수행할 수 있는 범위에 해당되는 것으로 판단된 경우, T2 구간 동안, 어플리케이션 프로세서(40)는 메인 충전기(100)를 동작시키고 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 초기화하는 등, 배터리(20)에 대한 직접 충전을 준비한다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을, 당시 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨과 동일하도록 설정할 수 있다.
T3 내지 T5 구간 동안, 메인 충전기(100)는 배터리(20)에 대해 직접 충전을 수행한다. 메인 충전기(100)가 직접 충전을 수행하는 동안에도, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 계속 조정할 수 있다.
예를 들어, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET _MIN)보다 작은 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정될 수 있다. 이와 다르게, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
또 다른 예로, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET_MIN)보다 작은 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정될 수 있다. 이와 다르게, 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
특히 주목할 점은, T4 구간 동안, 제2 서브 충전기(140)도 배터리(20)에 대해 직접 충전을 수행한다는 점이다. 제2 서브 충전기(140)가 직접 충전을 수행하는 동안에도, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 앞서 설명한 방식으로 계속 조정할 수 있다. 그리고 제2 서브 충전기(140)의 충전 전압이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨에 도달하면, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 제2 서브 충전기(140)의 동작을 중단함으로써 직접 충전을 종료한다. 그러나, 본 실시예에서는, 이 경우에도 메인 충전기(100)의 충전은 중단되지 않는다.
이후, 메인 충전기(100)의 충전 전압이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET_MAX)의 전압 레벨에 도달하면, T6 구간 동안, 예컨대 어플리케이션 프로세서(40)는 메인 충전기(100)의 동작을 중단함으로써 직접 충전을 종료한다. 그리고 반도체 장치(10c)는 다시 스위칭 충전 모드로 전환한다.
T7 구간에서는 배터리(20)에 대해 정전압 충전 또는 정전류 충전이 수행되고, T8 구간에서는 배터리(20)에 대한 충전이 종료된다.
이와 같은 충전 방식에 따라, 직접 충전 방식과 스위칭 충전 방식을 함께 사용하여 배터리 충전 시 발생하는 열을 감소시키고, 특히 복수의 충전기를 이용하여 직접 충전을 수행함으로써 배터리 충전 시간을 단축할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법은 다음과 같다.
단계(S1301)에서, 반도체 장치에 TA(50)가 플러그 인(plug in)된다.
단계(S1303)에서, 반도체 장치는 일반 충전을 시작한다.
단계(S1305)에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 플러그 인 된 TA(50)가 급속 충전기(fast charger)인지 여부를 판단한다. 만일 플러그 인 된 TA(50)가 급속 충전기에 해당하지 않는 경우(S1305, N), 반도체 장치는 일반 충전을 계속한다(S1307). 그러나 이와 다르게 플러그 인 된 TA(50)가 급속 충전기에 해당하는 경우(S1305, Y) 단계(S1309)로 진행한다.
단계(S1309)에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 플러그 인 된 TA(50)가 직접 충전기(direct charger)인지 여부를 판단한다. 만일 플러그 인 된 TA(50)가 직접 충전기에 해당하지 않는 경우(S1309, N), 반도체 장치는 급속 충전을 수행한다(S1311). 그러나 이와 다르게 플러그 인 된 TA(50)가 직접 충전기에 해당하는 경우(S1309, Y) 단계(S1313)로 진행한다.
단계(S1313)에서, 어플리케이션 프로세서(40)는, 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨이, 미리 설정된 최소 배터리 전압(VBATSET _MIN)의 전압 레벨과 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX)의 전압 레벨 사이의 범위에 해당하는 지 여부로, 직접 충전의 수행 가능 여부를 판단한다. 만일 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨이 상기 범위에 해당하지 않는 경우(S1313, N), 반도체 장치는 급속 충전을 수행한다(S1311). 그러나 이와 다르게 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨이 상기 범위에 해당하는 경우(S1313, Y), 단계(S1315)로 진행하여 배터리(20)에 대한 직접 충전을 수행한다.
단계(S1315)에서 진행되는 배터리(20)에 대한 직접 충전은 도 14 및 도 15와 관련하여 상세하게 후술하도록 한다.
단계(S1315)에서의 직접 충전이 종료되면, 반도체 장치는 다시 급속 충전을 수행한다(S1311).
이어서, 도 14를 참조하면, 도 13의 단계(S1315)에 따라 단계(S1401)에서 배터리(20)에 대한 직접 충전이 시작된다.
단계(S1403) 내지 단계(S1411)가 직접 충전이 수행되는 과정에 해당하고, 단계(S1413)에서는 직접 충전이 종료되었는지 여부가 판단된다.
구체적으로, 단계(S1403)에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을, 당시 배터리(20)의 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨과 동일하도록 설정할 수 있다.
단계(S1405) 및 단계(S1409)에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 조정할 수 있다.
단계(S1405)에서, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET _MIN)보다 작은 경우, 또는 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최소 전류 값(ISET _MIN)보다 작은 경우(S1405, N), 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 증가하도록 조정(S1407)될 수 있다.
단계(S1407)에서, TA(50)로부터 제공되는 입력 전류(IIN)의 값이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우, 또는 배터리(20)에 제공되는 충전 전류(ICHG)의 값과 제2 노드(VSYS)에 제공되는 로드 전류(ISYS)의 값의 합이 미리 설정된 최대 전류 값(ISET _MAX)보다 큰 경우(S1409, N), 제1 전압(VTA)은 그 전압 레벨이 감소하도록 조정될 수 있다.
이후 단계(S1413)에서 직접 충전이 종료되었는지 판단하여, 종료된 경우 단계(S1415)로 진행하여 제1 전압(VTA)의 값을 디폴트 값으로 설정한다.
이후 단계(S1415)는 직접 충전 종료 후 스위칭 충전으로 복귀하는 것을 나타낸다. 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 단계(S1417)는 도 13의 단계(S1311)에 대응될 수 있다.
이어서, 도 15를 참조하면, 단계(S1501)에서 직접 충전이 시작되면, 단계(S1503)에서, 어플리케이션 프로세서(40)는 TA(50)로부터 제공되는 제1 전압(VTA)의 전압 레벨을 초기화하는 등, 배터리(20)에 대한 직접 충전을 준비한다.
이후 단계(S1507)에서 어플리케이션 프로세서(40)는, 메인 충전기(100)의 충전 전압(MAIN_CHG_BAT)이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX) 미만인지 여부를 판단하여, 메인 충전기(100)를 동작시킬 지 여부를 결정한다. 만일 메인 충전기(100)의 충전 전압(MAIN_CHG_BAT)이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX) 미만인 경우(S1507, Y), 메인 충전기(100)가 동작하여 직접 충전을 수행하고(S1509), 그렇지 않은 경우(S1507, N) 메인 충전기(100)의 동작이 중단된다(S1511).
한편, 단계(S1505)에서 판단한 결과 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)가 존재하는 경우(S1505, Y), 단계(S1513)에서 어플리케이션 프로세서(40)는, 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)의 충전 전압(SMALL_CHG_BAT)이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX) 미만인지 여부를 판단하여, 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)를 동작시킬 지 여부를 결정한다. 만일 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)의 충전 전압(SMALL_CHG_BAT)이 미리 설정된 최대 배터리 전압(VBATSET _MAX) 미만인 경우(S1513, Y), 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)가 동작하여 직접 충전을 수행하고(S1515), 그렇지 않은 경우(S1513, N) 메인 충전기(100)의 동작이 중단된다(S1517).
이후 단계(S1519)는 직접 충전 종료 후 스위칭 충전으로 복귀하는 것을 나타낸다. 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 단계(S1523)는 도 13의 단계(S1311)에 대응될 수 있다.
다만 본 실시예의 경우 스위칭 충전으로 복귀하기 위해서는 메인 충전기(100)에 의한 직접 충전과, 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)에 의해 직접 충전이 모두 종료되어야 한다. 따라서 메인 충전기(100)의 직접 충전은 종료되었으나 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)의 직접 충전이 종료되지 않은 경우나, 제1 서브 충전기(120) 또는 제2 서브 충전기(140)의 직접 충전은 종료되었으나 메인 충전기(100)의 직접 충전이 종료되지 않은 경우에는 대기를 할 필요가 있다(S1521).
이제까지 설명한 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 직접 충전 방식과 스위칭 충전 방식을 함께 사용하여 배터리 충전 시 발생하는 열을 감소시키고, 특히 복수의 충전기를 이용하여 직접 충전을 수행함으로써 배터리 충전 시간을 단축할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1, 2, 3: 반도체 시스템 10a, 10b, 10c: 반도체 장치
20: 배터리 30: PMIC
40: 어플리케이션 프로세서

Claims (11)

  1. TA(Travel Adaptor)로부터 입력받은 제1 전압을 제1 노드에 제공하는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 제3 트랜지스터;
    제2 노드를 통해, 상기 제1 노드에 연결된 제1 인덕터로부터 제2 전압을 제공받고, 상기 제2 전압을 배터리를 충전하기 위한 제3 전압으로서 제3 노드에 제공하는 제4 트랜지스터;
    상기 TA로부터의 상기 제1 전압을 제4 노드에 제공하는 제5 트랜지스터 및 제6 트랜지스터; 및
    상기 제6 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제4 노드에 제공하는 제7 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제4 노드로부터 출력된 전압은, 상기 제4 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제2 인덕터를 통해 상기 배터리에 제공되는 반도체 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 TA로부터의 상기 제1 전압을 제5 노드에 제공하고, 상기 제5 노드를 통해 입력받은 상기 제1 전압을 제6 노드에 제공하는 제8 트랜지스터; 및
    상기 제8 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제6 노드에 제공하는 제9 트랜지스터를 더 포함하는 반도체 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제6 노드로부터 출력된 전압은, 상기 제6 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제3 인덕터를 통해 상기 배터리에 제공되는 반도체 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 장치는,
    상기 배터리에 대해 스위칭 충전을 수행하기 위해 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터를 스위칭하고,
    상기 배터리에 대해 직접 충전을 수행하기 위해 상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터를 턴 온하고, 상기 제3 트랜지스터를 턴 오프하는 반도체 장치.
  7. TA(Travel Adaptor)로부터 제공받은 제1 전압을 이용하여 배터리에 대한 직접 충전(direct charging)을 수행하는 제1 충전기; 및
    상기 제1 전압을 이용하여, 상기 제1 충전기와 병렬로 상기 배터리에 대한 직접 충전을 수행하는 제2 충전기를 포함하고,
    상기 제1 전압의 전압 레벨은, 어플리케이션 프로세서(Application Processor, AP)의 제어에 따라 그 값이 증가 또는 감소하도록 조정되고,
    상기 제1 충전기는,
    상기 TA로부터 입력받은 상기 제1 전압을 제1 노드에 제공하는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제1 노드에 제공하는 제3 트랜지스터; 및
    제2 노드를 통해, 상기 제1 노드에 연결된 제1 인덕터로부터 제2 전압을 제공받고, 상기 제2 전압을 상기 배터리를 충전하기 위한 제3 전압으로서 제3 노드에 제공하는 제4 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 충전기는,
    상기 TA로부터의 상기 제1 전압을 제4 노드에 제공하는 제5 트랜지스터 및 제6 트랜지스터; 및
    상기 제6 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제4 노드에 제공하는 제7 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 충전기는,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 TA로부터의 상기 제1 전압을 제5 노드에 제공하고, 상기 제5 노드를 통해 입력받은 상기 제1 전압을 제6 노드에 제공하는 제8 트랜지스터; 및
    상기 제8 트랜지스터와 직렬 연결되고 접지 전압을 상기 제6 노드에 제공하는 제9 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치.
  11. 삭제
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