KR102520589B1 - 저전계 충전용 커패시터를 이용한 전력손실보호 집적회로 - Google Patents

저전계 충전용 커패시터를 이용한 전력손실보호 집적회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력손실보호 집적회로에 관한 것으로, 벅 컨버터의 출력단자와 저전계 충전 커패시터 사이의 전기적 경로 상에 차단 소자를 배치함으로써, 초기 기동 시에는 저전계 충전 커패시터 전압으로의 전류 흐름을 제한하여 벅 컨버터의 출력 전압의 안정성을 보장하고, 일정 시간 경과 후 저전계 충전 커패시터 전압과 벅 컨버터의 출력전압이 거의 동일하게 되면 차단 소자가 완전 턴온(fully turn-on)되어 저전계 충전 커패시터 전압과 벅 컨버터의 출력전압을 전기적으로 연결한다.

Description

저전계 충전용 커패시터를 이용한 전력손실보호 집적회로{POWER LOSS PROTECTION INTEGRATED CIRCUIT USING LOW VOLATAGE CAPACITOR}
본 발명은 저전계 충전용 커패시터를 이용한 전력손실보호 집적회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정상 전력 공급 상태에서 저전계 충전용 커패시터에 에너지를 저장하였다가, 전력 공급이 차단될 때에 저전계 충전용 커패시터에 충전된 에너지를 활용하여 비상 전력을 메인 시스템에 공급하는 회로에 관한 것이다.
일반적으로 메모리 장치들 및 메모리 컨트롤러를 포함하는 메모리 시스템은 외부로부터 전력을 공급받아 동작한다. 따라서, 의도하지 않게 메모리 시스템으로의 전력 공급이 차단되는 경우에 처리 중인 데이터가 유실될 수 있다. 이러한 비상 상황에 대비하기 위하여 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 메모리 시스템은 보조 전원 장치를 구비한다. 보조 전원 장치는 메모리 시스템에 정상적으로 전력이 공급되는 상태에서 커패시터에 에너지를 저장하고, 전력 공급이 차단되는 상황에서는 이를 즉시 감지하여 커패시터에 미리 충전된 에너지를 사용하여 비상 전력을 공급한다.
종래 보조 전원 장치에 사용되는 커패시터로는 전해 커패시터, 탄탈 커패시터, 세라믹 커패시터 등과 같이 고전계 커패시터가 사용되고 있다. 커패시터의 에너지는 전압의 제곱에 비례하는데, 고전계 커패시터를 사용하는 경우에는 전압을 극대화하여 에너지의 총량을 증가시킨다. 고전계 커패시터는 단위 면적당 정전 용량(capacitance)가 작고, 내압이 크며, 고가이다. 따라서, 고전계 커패시터를 사용하는 보조 전원 장치는 고전압 소자를 사용해야 하고, 고전압 소자는 그 자체 사이즈가 매우 크기 때문에 칩 사이즈가 커져서 설계가 복잡해질 수밖에 없다.
이러한 고전계 커패시터를 사용하는 보조 전원의 문제점을 해결하고자 본 발명자는 정상 전력 공급 상태에서 벅/부스트 컨버터 컨트롤러가 벅 모드로 동작함으로써 전력 중 일부를 사용하여 저전계 충전용 커패시터에 에너지를 저장하고, 전력 공급이 차단될 때에는 벅/부스트 컨버터 컨트롤러가 부스트 모드로 동작함으로써 저전계 충전용 커패시터에 충전된 에너지를 활용하여 비상 전력을 메인 시스템에 공급하는 전력손실보호 집적회로를 개발하였다(대한민국 특허출원번호 제10-2022-0104603호).
다만, 본 발명자에 의해 개발된 전력손실보호 집적회로는 벅/부스트 컨버터 및 고 전류 인덕터(high current inductor)가 필요하므로, 보다 간단한 구조의 저전계 충전용 커패시터를 이용한 전력손실보호 집적회로가 요구되고 있다.
KR 10-2017-0028096 A
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 벅 컨버터의 출력단자와 저전계 충전 커패시터 사이의 전기적 경로 상에 차단 소자를 배치함으로써, 초기 기동 시에는 저전계 충전 커패시터 전압으로의 전류 흐름을 제한하여 벅 컨버터의 출력 전압의 안정성을 보장하고, 일정 시간 경과 후 저전계 충전 커패시터 전압과 벅 컨버터의 출력전압이 거의 동일하게 되면 차단 소자가 완전 턴온(fully turn-on)되어 저전계 충전 커패시터 전압과 벅 컨버터의 출력전압을 전기적으로 연결하는 전력손실보호 집적회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로는 외부의 저전계 충전 커패시터를 비상 전원으로 메인 시스템에 비상 전력을 공급하는 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 외부 전원과 상기 메인 시스템 사이를 잇는 제1 전기적 경로 상에 배치되되, 외부 전원으로부터 입력전력이 인가되는 정상 상태에서는 상기 제1 전기적 경로를 유지시키되, 상기 입력전력이 중단되는 비상 상태에서 상기 제1 전기적 경로를 차단하는 전류 스위칭부; 인덕터의 일단과 연결되는 하나의 노드에 연결된 2개의 스위칭 소자를 포함하는 벅 컨버터 스위치 회로, 및 상기 벅 컨버터 스위치 회로와 연동하여 벅 컨버터로 동작하는 벅 컨버터 컨트롤러를 포함하고, 상기 인덕터의 타단에 연결된 출력단자에서 출력전압을 출력하는 벅 컨버터부; 및 상기 출력단자와 상기 저전계 충전 커패시터 사이를 잇는 제2 전기적 경로 상에 배치되는 차단 소자를 포함하고, 상기 차단 소자가 상기 제2 전기적 경로 상에 흐르는 전류의 양을 제어하여, 상기 저전계 충전 커패시터를 충전하는 전류 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 저전계 충전 커패시터는, 인가 가능한 최대 허용 전압이, 상기 출력전압의 최대치보다 크거나 같을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 전류 제어부는, 상기 정상 상태에서, 상기 저전계 충전 커패시터의 전압이 상기 출력전압보다 작을 때에, 상기 출력전압이 기설정된 소정의 전압 범위를 유지하는 한도에서, 소정의 충전 전류를 상기 저전계 충전 커패시터에 공급하여, 상기 저전계 충전 커패시터를 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 충전 전류는, 상기 제2 전기적 경로 상에서 흐를 수 있는 최대 전류의 양보다 작은 양의 전류일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 전류 제어부는, 상기 정상 상태에서, 상기 저전계 충전 커패시터의 전압이 상기 출력전압에 근접하거나 동일해지는 소정의 전압 범위일 때에, 상기 차단 소자가 완전 턴온(fully turn-on)될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 전류 제어부는, 상기 비상 상태에서, 상기 차단 소자가 완전 턴온(fully turn-on)된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 전류 제어부는, 상기 차단 소자를 제어하는 차단 소자 컨트롤러;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 차단 소자는, 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로에 있어서, 상기 저전계 충전 커패시터의 전압을 측정하는 커패시터 전압측정부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 입력전압을 강압하여 저전계로 충전용 커패시터에 에너지를 저장할 수 있도록 전력손실보호 집적회로가 구조화됨으로써, 벅 컨트롤러 및 그 주변 회로를 고전압이 아닌 저전압 소자로 구성할 수 있으므로, 종래 고전압 소자를 사용하는 보조 전원 장치 대비 칩 면적을 줄일 수 있고, 설계를 단순화할 수 있으며, 고전압으로 인한 불량을 사전에 차단할 수 있다.
또한, 벅/부스트 컨버터 및 고 전류 인덕터(high current inductor) 없이도, 정상 전력 공급 상태에서 저전계 충전용 커패시터에 에너지를 저장하고, 전력 공급이 차단될 때에 저전계 충전용 커패시터에 저장된 에너지를 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로가 정상 상태에서 동작하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로가 비상 상태에서 동작하는 과정을 설명하는 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로가 정상 상태에서 동작하는 과정을 설명하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로가 비상 상태에서 동작하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로(100)는 외부의 저전계 충전 커패시터(400)를 비상 전원으로 메인 시스템(300)에 비상 전력을 공급하는 전력손실보호 집적회로에 있어서, 외부 전원(200)과 메인 시스템(300) 사이를 잇는 제1 전기적 경로 상에 배치되되, 외부 전원(200)으로부터 입력전력(VIN)이 인가되는 정상 상태에서는 제1 전기적 경로를 유지시키되, 입력전력(VIN)이 중단되는 비상 상태에서 제1 전기적 경로를 차단하는 전류 스위칭부(110), 인덕터(500)의 일단과 연결되는 하나의 노드에 연결된 2개의 스위칭 소자(121a, 121b)를 포함하는 벅 컨버터 스위치 회로(121), 및 벅 컨버터 스위치 회로(121)와 연동하여 벅 컨버터로 동작하는 벅 컨버터 컨트롤러(123)를 포함하고, 인덕터(500)의 타단에 연결된 출력단자에서 출력전압(VOUT)을 출력하는 벅 컨버터부(120), 및 출력단자와 저전계 충전 커패시터(400) 사이를 잇는 제2 전기적 경로 상에 배치되는 차단 소자(131)를 포함하고, 차단 소자(131)가 제2 전기적 경로 상에 흐르는 전류의 양을 제어하여, 저전계 충전 커패시터(400)를 충전하는 전류 제어부(130)를 포함한다.
본 발명은 정상 전력 공급 상태에서 충전 커패시터(400)에 에너지를 저장하였다가, 전력 공급이 차단될 때에 충전 커패시터(400)에 충전된 에너지를 활용하여 비상 전력을 메인 시스템(300)에 공급하는 전력손실보호 집적회로(100)에 관한 것이다.
여기서, 메인 시스템(300)은 전력손실보호 집적회로(100)로부터 전력을 공급받아 소정의 기능을 수행하는 소자의 집합체이다. 일례로, 메인 시스템(300)은 SSD(Solid State Drive) 또는 그 SSD 내의 소자들일 수 있다. SSD는 반도체 기반의 스토리지 장치로서, 의도하지 않은 갑작스러운 공급 전원 차단 상황에서도 처리 중인 데이터가 유실되지 않도록 비상 전원을 공급할 수 있는 전력손실보호 집적회로(100)를 구비할 수 있다. 이 경우, 전력손실보호 집적회로(100)는 SSD 내의 PMIC 등과 같은 전력관리소자에 전력을 공급하여 NAND 플래시 메모리에 데이터가 안정적으로 저장되도록 지원한다.
전력손실보호 집적회로(100)는 외부 전원(200)으로부터 정상적으로 전력이 공급되는 상황에서 메인 시스템(300)에 전력을 공급함과 동시에, 일부 전력을 사용하여 외부의 충전 커패시터(400)에 에너지를 저장하였다가, 전력 공급이 차단되는 비상 상황에서 충전 커패시터(400)에 저장된 에너지를 사용하여 메인 시스템(300)에 비상 전력을 공급할 수 있도록 구성된 집적회로이다.
본 발명의 실시예에 따른 집적회로(100)는 전류 스위칭부(110), 벅 컨버터부(120), 및 전류 제어부(130)를 포함한다.
전류 스위칭부(110)는 외부 전원(200)과 메인 시스템(300)을 잇는 제1 전기적 경로 상에 배치되어, 제1 전기적 경로를 유지하거나 차단한다. 제1 전기적 경로는 전류가 흐르는 통로로서, 전류 스위칭부(110)에 의해 제1 전기적 경로를 따라 흐르는 전류가 조절될 수 있다. 여기서, 제1 전기적 경로는 정상 상태에서만 유지되어 전류 흐름을 허용한다. 정상 상태는 외부 전원(200)으로부터 입력전압(VIN)이 인가되는 상태를 말하고, 이 경우에 전력손실보호 집적회로(100)는 입력전압(VIN)에 대응하여 소정의 전압을 출력하고, 그 출력을 메인 시스템(300)에 대한 전력으로 공급한다. 이에 반해, 의도하지 않게 외부 전원(200)으로부터 전력 공급이 중단되는 비상 상태에서는, 전력손실보호 집적회로(100)가 이에 응답하여, 전류 스위칭부(110)로 하여금 제1 전기적 경로를 차단(비활성화)한다. 제1 전기적 경로가 차단되는 경우에, 전류의 흐름도 차단되므로, 외부의 충전 커패시터(400)에 저장된 에너지에 의해 공급되는 비상 전력이 그 제1 전기적 경로를 따라 유실되지 않게 된다.
전류 스위칭부(110)는 전자퓨즈(eFuse)를 포함할 수 있다. 전자퓨즈는 내장된 MOSFET이 온/오프(ON/OFF) 되면서 전류 흐름을 제어하는 전자식 스위칭 소자이다. 도시되지는 않았지만, 외부 전원(200)으로부터의 전력 공급 여부를 감지하는 회로가 전력 공급을 감지하여 제어 신호를 생성하고, 그 제어 신호에 대응하여 전자퓨즈 컨트롤러(eFuse Controller)가 전자퓨즈의 온/오프를 제어할 수 있다. 다만, 전류 스위칭부(110)가 반드시 전자퓨즈로 구현되어야 하는 것은 아니고, 전술한 전류 흐름을 허용 내지 차단할 수 있는 회로이기만 하면 특별한 한정은 없다.
벅 컨버터부(120)는 벅 컨버터 스위치 회로(121), 및 벅 컨버터 컨트롤러(123)를 포함한다.
벅 컨버터 스위치 회로(121)는 2개의 스위칭 소자(121a, 121b)가 하나의 노드에 연결된다. 여기서, 스위칭 소자(121a, 121b)가 연결된 노드는 인덕터(500)의 일단과 연결될 수 있고, 인덕터(500)는 전력손실보호 집적회로(100)의 외부에 배치될 수 있다. 스위칭 소자(121a, 121b)는 트랜지스터에 의해 구현될 수 있고, 일례로 교대로 온/오프를 반복하는 2개의 MOSFET일 수 있다. 또한, MOSFET에는 기생 다이오드가 부착될 수 있고, 부트스트랩 커패시터(bootstrap capacitor)가 벅 컨버터 컨트롤러(123)와 인덕터(500)의 일단 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 인덕터(500)의 타단에 출력단자가 연결되어, 출력단자에서 전압을 출력하고, 그 출력전압이 메인 시스템(300)에 대한 전력으로 공급된다.
벅 컨버터 컨트롤러(123)는 스위칭 소자(121a, 121b)의 온/오프를 제어하는데, 인덕터(500) 및 벅 컨버터 스위치 회로(121)와 연동하여 벅 컨버터로 동작하게 한다.
여기서, 벅 컨버터부(120)는 정상 상태에서만 벅 컨버터로 동작하고, 비상 상태에서는 동작하지 않는다.
벅 컨버터는 입력전압(VIN)을 강압하여 출력하는 컨버터로서, 입력전압(VIN)보다 상대적으로 낮은 전압을 출력한다. 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로(100)는 정상 상태에서, 벅 컨버터부(120)의 출력을 메인 시스템(300)에 공급하는 전력으로 사용한다. 즉, 정상 상태에서, 전류 스위칭부(110)는 제1 전기적 경로를 유지하여 입력전압(VIN)을 벅 컨버터부(120)에 입력으로 공급하고, 벅 컨버터부(120)는 입력전압(VIN)을 강압하여 출력전압(VOUT)을 생성하고, 그 출력전압(VOUT)을 이용하여 메인 시스템(300)에 전력을 공급함과 동시에, 출력전압(VOUT)의 일부를 사용하여 충전 커패시터(400)를 충전한다. 이렇게 정상 상태에서 벅 컨버터부(120)가 벅 컨버터로 작동하므로, 충전 커패시터(400)로서 저전계 커패시터를 사용할 수 있다. 이때 사용되는 저전계 충전 커패시터(400)의 일례로는, 슈퍼 커패시터를 들 수 있다. 또한, 저전계 충전 커패시터(400)는 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)에 의해 충전되므로, 저전계 충전 커패시터(400)에 인가 가능한 최대 허용 전압은, 출력전압(VOUT)의 최대치보다 크거나 같아야 한다. 여기서, 인가 가능한 최대 허용 전압은 커패시터의 정격전압(rated volage)이거나, 또는 그 정격전압에 허용오차(tolerance)를 고려하여 정할 수 있다.
이렇게 저전계 충전 커패시터(400)에 인가 가능한 최대 허용 전압이 출력전압(VOUT)보다 크거나 같은 경우, 저전계 충전 커패시터(400)의 전압을 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)과 동일하게 인가할 수 있다. 이 경우, 저전계 충전 커패시터(400)의 전압을 생성하기 위해서, 종래와 같이 별도의 벅/부스트 컨버터가 필요하지 않기 때문에 집적회로의 내부 회로를 간단히 할 수 있고, 인덕터 등의 외장 부품을 줄일 수 있다.
다만, 초기에 상대적으로 높은 저전계 충전 커패시터(400)의 전압을 충전하기 위해서는, 긴 기동 시간이 필요할 수 있으므로, 벅 컨버터부(120)의 출력과 저전계 충전 커패시터(400) 전압을 분리해야 한다. 이를 위해서, 본 발명에 따른 전력손실보호 집적회로(100)는 전류 제어부(130)를 도입하였다.
전류 제어부(130)는 전류의 흐름 내지 그 양을 제어할 수 있는 차단 소자(131)를 포함한다. 차단 소자(131)는 벅 컨버터부(120)에서의 출력전압(VOUT)을 출력하는 출력단자와 저전계 충전 커패시터(400) 사이를 잇는 제2 전기적 경로 상에 배치되어, 제2 전기적 경로를 따라 흐르는 전류의 양을 제어함으로써, 저전계 충전 커패시터(400)를 충전한다. 여기서, 차단 소자(131)는 트랜지스터를 포함할 수 있고, 일례로 PMOS를 사용할 수 있다. 이러한 차단 소자(131)는 게이트와 소스 간 전압을 조절함으로써, 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 차단 소자(131)는, 제2 전기적 경로가 전기적으로 단락(shot) 상태에 대응되도록 완전 턴온(fully turn-on)되거나, 전기적으로 개방(open) 상태에 대응되도록 완전 턴오프(fully turn-off)될 뿐 아니라, 완전 턴온 상태에서 흐를 수 있는 최대 전류량보다 작은 양의 전류가 흐르도록 제어될 수도 있다.
차단 소자(131)의 전류 제어를 위해서, 전류 제어부(130)는 차단 소자(131) 컨트롤러(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 차단 소자 컨트롤러는 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압을 회로로 구성될 수 있다. 다만, 차단 소자 컨트롤러가 반드시 별도로 마련되어야 하는 것은 아니고, 전력손실보호 집적회로(100) 내의 메인 컨트롤러(main controller)가 그 기능을 수행해도 무방하다. 일례로, 전류 제어부(130)는 블로킹 전계효과 트랜지스터(blocking FET)로 구현될 수 있다.
이하에서는 전력손실보호 집적회로(100)의 동작 과정을 설명한다.
도 3을 참고로, 외부 전원(200)으로부터 입력전압(VIN)이 인가되는 정상 상태의 경우, 벅 컨버터부(120)는 입력전압(VIN)을 강압하여 출력전압(VOUT)을 출력하고 메인 시스템(300)에 전력을 공급한다. 여기서, 저전계 충전 커패시터(400)의 전압이 그 출력전압(VOUT)보다 작은 초기 기동 시에는, 그 출력전압(VOUT)을 이용하여 전류 제어부(130)가 작은 양의 전류를 저전계 충전 커패시터(400)에 공급하여 저전계 충전 커패시터(400)를 충전한다. 초기 기동 시 상대적으로 큰 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV - STRG)을 충전하기 위해서는 긴 기동 시간이 필요하고, 저전계 충전 커패시터(400)에 많은 양의 전류를 공급하게 되면, 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)이 불안정해진다. 따라서, 전류 제어부(130)로 하여금 저전계 충전 커패시터(400)로 공급되는 전류를 제한한다. 여기서, 저전계 충전 커패시터(400)에 공급되는 전류는, 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)이 안정적으로 유지되는 한도 내에서 공급된다.
일 실시예로, 출력전압(VOUT)이 기설정된 소정의 전압 범위를 유지하는 한도에서, 전류 제어부(130)는 저전계 충전 커패시터(400)에 충전 전류를 공급하여 저전계 충전 커패시터(400)를 충전할 수 있다. 상기 기설정된 소정의 전압 범위는 출력전압(VOUT)의 안정성을 보장할 수 있는 범위로 설정될 수 있다. 일례로, 출력전압(VOUT)은 하기 [부등식 1]에 따른 범위를 유지하는 한도로, 상기 소정의 전압 범위를 설정할 수 있다.
[부등식 1]
Vdv×a ≤ VOUT ≤ Vdv×b
여기서, VOUT은 출력전압이고, Vdv는 출력전압의 목표치이며, a는 50% 이상 100% 이하, b는 100% 이상 150% 이하일 수 있다. 상기 출력전압의 목표치는 메인 시스템(300)이 안정적으로 구동되기 위해서 공급되어야 하는 전력에 대응되는 전압값이다. 다만, 메인 시스템(300)의 구동 전력에 따라서, 상기 a, b는 위와 달리 정해질 수도 있다.
이때, 전류 제어부(130)가 공급하는 충전 전류는 제2 전기적 경로 상에서 흐를 수 있는 최대 전류의 양보다 작은 양의 전류이다. 즉, 차단 소자(131)가 완전 턴온되지 않은 상태에서 전류의 흐름을 허용하는 것으로, 차단 소자(131)를 완전 턴온시키기 위해 게이트에 인가되는 최소 문턱 전압보다 작은 전압을 인가하여, 충전 전류를 제공할 수 있다.
한편, 정상 상태에서, 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV - STRG)이 소정의 전압 범위일 때에, 차단 소자(131)가 완전 턴온됨으로써, 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV-STRG)과 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)을 연결한다.
상기 소정의 전압 범위는 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV - STRG)이 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)에 근접하거나 같아지는 전압 범위이다.
일례로, 차단 소자(131)가 완전 턴온되는 전압 범위는, 하기 [부등식 2]에 따른 관계를 만족하는 전압 범위일 수 있다.
[부등식 2]
VOUT×c ≤ VLV - STRG ≤ VOUT×d
여기서, VLV - STRG는 저전계 충전 커패시터(400)의 전압이고, VOUT은 출력전압이며, c는 50% 이상 100% 이하, d는 100% 이상 150% 이하일 수 있다. 다만, 상기 c, d가 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니고, 이와 달리 정해질 수도 있다.
도 4를 참고로, 비상 상태에 응답해서는, 제1 전기적 경로를 차단되고, 벅 컨버터부(120)는 작동되지 않으며, 전류 제어부(130)의 차단 소자(131)는 완전 턴온 상태를 그대로 유지한다. 정상 상태에서 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV -STRG)은 출력전압(VOUT)과 연결되고, 비상 상태에서도 그 관계가 유지되므로, 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV - STRG)을 강압하거나 승압할 필요 없이, 저전계 충전 커패시터(400)에 저장된 에너지를 사용하여 메인 시스템(300)에 비상 전력을 공급할 수 있다.
한편, 전류 제어부(130)는 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)과 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV - STRG)을 비교하여, 전류 제어를 수행하는바, 본 발명의 실시예에 따른 전력손실보호 집적회로(100)는 저전계 충전 커패시터(400)의 전압(VLV-STRG)을 측정하는 커패시터 전압측정부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 다만, 커패시터 전압측정부가 반드시 별도 회로로 구성되어야 하는 것은 아니고, 헬스 체크(health check) 회로에서 그 기능을 수행해도 무방하다. 아울러, 벅 컨버터부(120)의 출력전압(VOUT)을 측정하는 회로도 전력손실보호 집적회로(100)의 내부에 포함되거나, 또는 그 외부에 별도로 마련될 수 있다.
전술한 전류 스위칭부(110), 벅 컨버터부(120), 및 전류 제어부(130)는 상호 연동하여, 정상 상태 및 비상 상태에 응답하는데, 전체적인 동작은 메인 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
종합적으로, 본 발명에 따르면, 입력전압을 강압하여 저전계로 충전용 커패시터에 에너지를 저장할 수 있도록 전력손실보호 집적회로가 구조화됨으로써, 벅 컨트롤러 및 그 주변 회로를 고전압이 아닌 저전압 소자로 구성할 수 있으므로, 종래 고전압 소자를 사용하는 보조 전원 장치 대비 칩 면적을 줄일 수 있고, 설계를 단순화할 수 있으며, 고전압으로 인한 불량을 사전에 차단할 수 있다. 또한, 벅/부스트 컨버터 및 고 전류 인덕터(high current inductor) 없이도, 정상 전력 공급 상태에서 저전계 충전용 커패시터에 에너지를 저장하고, 전력 공급이 차단될 때에 저전계 충전용 커패시터에 저장된 에너지를 사용할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 전력손실보호 집적회로 110: 전류 스위칭부
120: 벅 컨버터부 121: 벅 컨버터 스위치 회로
121a, 121b: 스위칭 소자 123: 벅 컨버터 컨트롤러
130: 전류 제어부 131: 차단 소자
200: 외부 전원 300: 메인 시스템
400: 충전 커패시터 500: 인덕터

Claims (9)

  1. 외부의 저전계 충전 커패시터를 비상 전원으로 메인 시스템에 비상 전력을 공급하는 전력손실보호 집적회로에 있어서,
    외부 전원과 상기 메인 시스템 사이를 잇는 제1 전기적 경로 상에 배치되되, 상기 외부 전원으로부터 입력전력이 인가되는 정상 상태에서는 상기 제1 전기적 경로를 유지시키되, 상기 입력전력이 중단되는 비상 상태에서 상기 제1 전기적 경로를 차단하는 전류 스위칭부;
    인덕터의 일단과 연결되는 하나의 노드에 연결된 2개의 스위칭 소자를 포함하는 벅 컨버터 스위치 회로, 및 상기 벅 컨버터 스위치 회로와 연동하여 벅 컨버터로 동작하는 벅 컨버터 컨트롤러를 포함하고, 상기 인덕터의 타단에 연결된 출력단자에서 출력전압을 출력하는 벅 컨버터부; 및
    상기 출력단자와 상기 저전계 충전 커패시터 사이를 잇는 제2 전기적 경로 상에 배치되는 차단 소자를 포함하고, 상기 차단 소자가 상기 제2 전기적 경로 상에 흐르는 전류의 양을 제어하여, 상기 저전계 충전 커패시터를 충전하는 전류 제어부;를 포함하는 전력손실보호 집적회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저전계 충전 커패시터는,
    인가 가능한 최대 허용 전압이, 상기 출력전압의 최대치보다 크거나 같은 커패시터인 전력손실보호 집적회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 정상 상태에서, 상기 저전계 충전 커패시터의 전압이 상기 출력전압보다 작을 때에, 상기 출력전압이 기설정된 소정의 전압 범위를 유지하는 한도에서, 소정의 충전 전류를 상기 저전계 충전 커패시터에 공급하여, 상기 저전계 충전 커패시터를 충전하는 전력손실보호 집적회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 충전 전류는,
    상기 제2 전기적 경로 상에서 흐를 수 있는 최대 전류의 양보다 작은 양의 전류인 전력손실보호 집적회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 정상 상태에서, 상기 저전계 충전 커패시터의 전압이 상기 출력전압에 근접하거나 동일해지는 소정의 전압 범위일 때에, 상기 차단 소자가 완전 턴온(fully turn-on)되는 전력손실보호 집적회로.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 비상 상태에서, 상기 차단 소자가 완전 턴온(fully turn-on)된 상태를 유지하는 전력손실보호 집적회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 차단 소자를 제어하는 차단 소자 컨트롤러;를 더 포함하는 전력손실보호 집적회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단 소자는,
    트랜지스터를 포함하는 전력손실보호 집적회로.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 저전계 충전 커패시터의 전압을 측정하는 커패시터 전압측정부;를 더 포함하는 전력손실보호 집적회로.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100072174A (ko) * 2007-08-31 2010-06-30 바이올린 메모리 인코포레이티드 메모리 전력 관리
KR101587951B1 (ko) * 2015-04-24 2016-01-25 주식회사 삼보컴퓨터 메모리 백업 장치 및 방법
KR20170028096A (ko) 2015-09-03 2017-03-13 삼성전자주식회사 보조 전원 검사 방법 및 이를 적용한 전자 장치
KR102393577B1 (ko) * 2021-01-13 2022-05-04 충남대학교 산학협력단 비휘발성 메모리의 임시 전력을 공급하는 자동 저장 회로

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230344349A1 (en) * 2022-04-26 2023-10-26 Hamilton Sundstrand Corporation Universal buck-boost topology with an active positive holdup voltage

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100072174A (ko) * 2007-08-31 2010-06-30 바이올린 메모리 인코포레이티드 메모리 전력 관리
KR101587951B1 (ko) * 2015-04-24 2016-01-25 주식회사 삼보컴퓨터 메모리 백업 장치 및 방법
KR20170028096A (ko) 2015-09-03 2017-03-13 삼성전자주식회사 보조 전원 검사 방법 및 이를 적용한 전자 장치
KR102393577B1 (ko) * 2021-01-13 2022-05-04 충남대학교 산학협력단 비휘발성 메모리의 임시 전력을 공급하는 자동 저장 회로

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