KR102586441B1 - 전원관리집적회로 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는 인덕터를 모사하는 캐패시터 및, 인덕터전압을 모사하는 복수의 전류소스를 내부에 포함하고 있으면서, 인덕터를 포함하는 별도의 테스트장치없이 내부 구성의 정상 작동 여부를 시험할 수 있는 전원관리집적회로를 제공한다.

Description

전원관리집적회로{POWER MANAGEMENT INTEGRATED CIRCUIT}
본 실시예는 전원관리집적회로에 관한 것이다.
전력을 변환하는 컨버터 중 입력전압보다 출력전압을 높혀서 출력하는 컨버터를 스텝업(step-up) 컨버터라고 한다. 경우에 따라서는 스텝업 컨버터를 부스트 컨버터(boost converter)로 부르기도 한다.
일반적으로 스텝업 컨버터는 제1제어구간-DT에 해당되는 시구간(D는 duty, T는 제어주기)-에서 인덕터에 전류를 빌드업시키고 제2제어구간-(1-D)T에 해당되는 시구간-에서 빌드업된 전류를 부하로 출력하는 구조를 가진다. 실제 구현에서는 인덕터 전류를 부하로 바로 공급할 수 없기 때문에 인덕터와 부하 사이에 출력캐패시터가 삽입되고 인덕터 전류는 출력캐패시터를 거쳐 부하로 공급되게 된다.
컨버터 중 입력전압보다 출력전압을 낮춰서 출력하는 컨버터를 스텝다운(step-down) 컨버터라고 한다. 경우에 따라서는 스텝다운 컨버터를 벅 컨버터(buck converter)로 부르기도 한다.
일반적으로 스텝다운 컨버터도 스텝다운 컨버터와 마찬가지로 제1제어구간-DT에 해당되는 시구간(D는 duty, T는 제어주기)-에서 인덕터에 전류를 빌드업시킨다. 다만, 스텝다운 컨버터는 제어주기 전체에서 인덕터 전류를 부하로 출력한다는 점에서 스텝업 컨버터와 차이가 있다.
이와 같이 컨버터는 인덕터에 전류를 빌드업시키고, 빌드업된 인덕터 전류를 부하로 출력하는 구조를 가진다.
인덕터에 빌드업되는 전류의 양은 부하에서 소비되는 전류의 양에 따라 결정되는데, 제어적으로는 출력캐패시터에 형성되는 출력전압에 따라 결정된다고 볼 수 있다. 컨버터는 출력전압이 설정값보다 낮아지면 인덕터에 빌드업되는 전류의 양이 증가하도록 제어하고, 출력전압이 설정값보다 높아지면 인덕터에 빌드업되는 전류의 양이 감소하도록 제어한다.
이러한 제어는 전원관리집적회로(PMIC : power management integrated circuit)에 의해 수행된다. 전원관리집적회로는 인덕터 양측 사이에 형성되는 인덕터전압을 제어함으로써, 인덕터에 빌드업되는 전류의 양을 제어하고, 이를 통해, 인덕터를 포함하는 컨버터가 설정값에 따른 전압을 출력하게 한다.
전원관리집적회로는 반도체 공정을 통해 생산되고, 생산 후에는 시험 과정을 거쳐 출하된다.
한편, 종래에 전원관리집적회로를 시험하기 위해서는 컨버터에 사용되는 소자들을 그대로 포함하는 테스트장치가 필요하였다. 전원관리집적회로가 피드백전압에 따라 적절한 제어를 수행하는지 시험하기 위해, 종래에는, 인덕터를 포함하는 테스트장치를 제작하였다. 그리고, 테스트장치를 전원관리집적회로와 연결한 후, 전원관리집적회로가 인덕터 전압을 적절히 제어하는지 살펴봄으로써 전원관리집적회로의 양품 여부를 판단하였다.
그런데, 이러한 종래의 시험 방법에 의하면, 인덕터를 포함하는 테스트장치를 제작해야 함으로써 시험 비용이 증가하고, 인덕터 등에 고전류를 흘러보냄으로써 전력소비가 높으며, 동시에 시험할 수 있는 전원관리집적회로의 수가 제한됨으로써 시험 시간이 증가하는 문제가 있었다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서 전원관리집적회로의 시험 효율을 증대시키는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 인덕터를 포함하지 않는 저비용의 테스트장치를 통해 시험이 가능한 전원관리집적회로에 대한 기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 저전력으로 시험이 가능한 전원관리집적회로에 대한 기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 동시에 다수의 전원관리집적회로를 시험할 수 있는 전원관리집적회로에 대한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 인덕터를 포함하는 전력단이 설정값에 따른 전압을 출력하도록 제어하는 전원관리집적회로이고, 피드백제어부, 모사전압생성부 및 모사전압출력단자를 포함하는 전원관리집적회로를 제공한다.
상기 피드백제어부는, 상기 전력단의 출력전압에 대응되는 피드백전압에 따라 상기 인덕터에 형성되는 인덕터전압이 제어되도록 적어도 하나의 스위치에 대한 제어신호를 생성할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압생성부는, 상기 피드백제어부의 상기 제어신호에 따라, 상기 출력전압에 대응되는 모사전압을 생성할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압출력단자는, 상기 모사전압을 출력할 수 있다.
상기 모사전압생성부는, 제1캐패시터로 상기 인덕터를 모사하고, 상기 제1캐패시터로 입출력되는 전류로 상기 인덕터전압을 모사할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압생성부는, 복수의 전류소스를 포함하고, 각각의 전류소스는 상기 인덕터의 일측에 형성되는 전압, 타측에 형성되는 전압 혹은 양측 사이에 형성되는 전압에 대응될 수 있다. 그리고, 상기 모사전압생성부는, 제2캐패시터로 상기 전력단의 출력캐패시터를 모사하고, 상기 제1캐패시터의 전압에 대응되는 전류 및 부하에 대응되는 전류를 상기 제2캐패시터로 입출력시킬 수 있다.
상기 제1캐패시터에 저장되는 에너지는 상기 인덕터에 저장되는 에너지보다 작을 수 있다.
제1모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 피드백전압 혹은 상기 출력전압이 입력되고, 제2모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 모사전압이 출력될 수 있다.
다른 실시예는, 인덕터를 포함하는 전력단이 설정값에 따른 전압을 출력하도록 제어하는 전원관리집적회로이고, 피드백제어부, 모사전압생성부 및 모사전압출력단자를 포함하는 전원관리집적회로를 제공한다.
상기 피드백제어부는, 상기 전력단의 출력전압에 대응되는 피드백전압에 따라 상기 인덕터에 형성되는 인덕터전압이 제어되도록 적어도 하나의 스위치에 대한 제어신호를 생성할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압생성부는, 상기 인덕터를 모사하는 제1캐패시터를 포함하고, 상기 제1캐패시터의 전압이 상기 인덕터의 전류를 모사하도록 상기 제어신호에 따라 상기 제1캐패시터로 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압출력단자는, 상기 제1캐패시터의 전압을 출력할 수 있다.
상기 전력단에서, 상기 인덕터의 일측으로 상기 전력단의 입력전압이 공급되고, 상기 적어도 하나의 스위치의 온오프(ON/OFF)에 따라 상기 인덕터의 타측으로 상기 출력전압 및 그라운드전압이 교번되면서 공급되며, 상기 모사전압생성부는, 제1전류소스를 통해 제어주기 전체에서 상기 입력전압에 대응되는 제1전류로 상기 제1캐패시터를 충전시키고, 상기 제어주기 중 제1스위치가 오프(OFF)되는 제1제어구간에서 제2전류소스를 통해 상기 출력전압에 대응되는 제2전류로 상기 제1캐패시터를 방전시킬 수 있다. 그리고, 상기 전력단의 출력캐패시터를 모사하는 제2캐패시터에 대하여, 상기 모사전압생성부는, 상기 제1제어구간에서 제3전류소스를 통해 상기 제1캐패시터의 전압에 대응되는 제3전류를 상기 제2캐패시터가 연결되는 노드로 공급할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압생성부는, 부하를 모사하는 제4전류소스가 상기 노드로부터 제4전류를 공급받도록 제어할 수 있다.
상기 모사전압출력단자는, 상기 전력단의 제어주기 중 제1스위치가 온(ON)되는 제1제어구간에서만 상기 제1캐패시터의 전압을 출력할 수 있다.
제1모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 인덕터의 전류의 센싱값이 입력되고, 제2모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 제1캐패시터의 전압이 출력될 수 있다.
상기 전력단에서, 상기 적어도 하나의 스위치의 온오프(ON/OFF)에 따라 상기 인덕터의 일측으로 상기 전력단의 입력전압 및 그라운드전압이 교번되면서 공급되고, 상기 인덕터의 타측으로 상기 출력전압이 공급되며, 상기 모사전압생성부는, 제어주기 중 제1스위치가 오프(OFF)되는 제1제어구간에서 제1전류소스를 통해 상기 입력전압에 대응되는 제1전류로 상기 제1캐패시터를 충전시키고, 제2전류소스를 통해 상기 제어주기 전체에서 상기 출력전압에 대응되는 제2전류로 상기 제1캐패시터를 방전시킬 수 있다. 그리고, 상기 전력단의 출력캐패시터를 모사하는 제2캐패시터에 대하여, 상기 모사전압생성부는, 제3전류소스를 통해 상기 제1캐패시터의 전압에 대응되는 제3전류를 상기 제2캐패시터가 연결되는 노드로 공급할 수 있다. 그리고, 상기 모사전압생성부는, 부하를 모사하는 제4전류소스가 일정 클럭에 따라 상기 노드로부터 제4전류를 공급받도록 제어할 수 있다. 혹은 상기 모사전압생성부는, 부하를 모사하는 제4전류소스를 통해 상기 제2캐패시터를 방전시키도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전원관리집적회로의 시험 효율을 증대시킬 수 있고, 인덕터를 포함하지 않는 테스트장치를 통해 전원관리집적회로에 대한 시험 비용을 낮출 수 있으며, 저전력으로 전원관리집적회로를 시험할 수 있고, 동시에 다수의 전원관리집적회로를 시험함으로써 시험 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로와 전력단이 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제1예시 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제2예시 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로의 정상모드와 시험모드에서의 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로를 웨이퍼 상태에서 시험하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전원관리집적회로와 전력단이 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제1예시 구성도이다.
도 11은 도 10에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제2예시 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로와 전력단이 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력단(10)은 인덕터(L), 다이오드(D), 출력캐패시터(Co) 등을 포함할 수 있다. 전력단(10)은 인덕터(L)를 포함하고, 인덕터(L)에 형성되는 인덕터전압(VL)에 따라 제어되는 인덕터전류(IL)를 출력캐패시터(Co)로 출력하는 방법으로 출력전압(VO)을 생성할 수 있다. 도 1 내지 도 5에서는 전력단(10)의 일 예로서 스텝업 컨버터를 참조하여 설명하나, 본 발명이 이러한 스텝업 컨버터로 제한되는 것은 아니다.
스텝업 컨버터 타입의 전력단(10)에서 인덕터의 일측노드(NA)로 입력전압(VIN)이 연결되고, 타측노드(NB)로 다이오드(D) 및 제1스위치(SW)가 연결될 수 있다. 다이오드(D)는 애노드전극이 인덕터의 타측노드(NB)와 연결되고, 캐소드전극이 출력캐패시터(Co)와 연결됨으로써 인덕터의 타측노드의 전압(인덕터타측전압(VB))이 출력전압(VO)보다 높으면 도통할 수 있다.
제1스위치(SW)는 드레인전극이 인덕터의 타측노드(NB)와 연결되고 소스전극이 그라운드와 연결될 수 있다. 제1스위치(SW)와 그라운드 사이에는 센싱저항(Rsw)이 더 배치될 수 있다. 제1스위치(SW) 및 센싱저항(Rsw)은 전력단(10)에 포함될 수 있고, 도 1에 도시된 것과 같이 전원관리집적회로(100)에 포함될 수 있다. 한편, 제1스위치(SW)의 전류를 측정하기 위해 센싱저항(Rsw)이 사용되는 것으로 설명하였으나, 센싱저항(Rsw)은 다른 전류측정소자-예를 들어, 제1스위치(SW)와 동일한 종류의 소자 등-로 대체될 수도 있다.
제1스위치(SW) 및 센싱저항(Rsw)이 전원관리집적회로(100)에 포함되는 경우, 전원관리집적회로(100)의 스위치노드단자(TSW)를 통해 인덕터의 타측노드(NB)와 제1스위치(SW)의 드레인전극이 연결될 수 있다. 그리고, 제1스위치(SW) 및 센싱저항(Rsw)이 전력단(10)에 포함되는 경우, 스위치노드단자(TSW)로 센싱저항(Rsw)에 형성되는 전압(센싱전압)이 입력될 수 있다.
전원관리집적회로(100)는 피드백제어회로(110), 스위치회로(180), 보호회로(190) 등을 포함하고, 입력전압단자(TIN), 스위치노드단자(TSW), 피드백단자(TFB) 등을 포함할 수 있다.
전원관리집적회로(100)는 전력단(10)의 출력전압(VO)이 설정값에 따르도록 제1스위치(SW)를 제어할 수 있다. 이러한 제어를 위해, 전원관리집적회로(100)는 출력전압(VO) 혹은 출력전압(VO)에 대응되는 피드백전압(VFB)을 입력받을 수 있다. 도 1에는 일 예로서, 전원관리집적회로(100)는 출력전압(VO)이 피드백분기회로에 의해 일정 비율로 감소된 피드백전압(VFB)을 피드백단자(TFB)를 통해 입력받고 있다. 다른 예로서, 전원관리집적회로(100)는 출력전압(VO)을 출력전압단자(미도시)를 통해 그대로 입력받을 수 있다.
피드백제어회로(110)는 피드백전압(VFB)과 설정값을 비교하고, 피드백전압(VFB)과 설정값이 일치하는 방향으로 제1스위치(SW)에 대한 제1제어신호(VGa)를 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 피드백제어회로(110)는 피드백전압(VFB)이 설정값보다 높으면 제어주기에서 제1스위치(SW)가 온(ON)되는 제1제어구간의 비율이 증가되도록 제1제어신호(VGa)를 생성하고, 피드백전압(VFB)이 설정값보다 낮으면 제1제어구간의 비율이 감소하도록 제1제어신호(VGa)를 생성할 수 있다.
다이오드(D)를 대체하여 온오프(ON/OFF)가 가능한 제2스위치(미도시)가 사용될 수 있는데, 제2스위치(미도시)는 제1스위치(SW)와 반대로 온오프(ON/OFF)될 수 있다. 이러한 제2스위치(미도시)에 대한 제어를 위해 피드백제어회로(110)는 제2제어신호(VGb)를 생성할 수 있다. 제2제어신호(VGb)는 제1제어신호(VGa)와 반전된 형태의 파형을 가질 수 있다.
스위치회로(180)는 제1스위치(SW) 및 센싱저항(Rsw)을 포함할 수 있다. 제1스위치(SW)의 게이트전극으로는 제1제어신호(VGa)가 공급되고, 센싱저항(Rsw)의 센싱전압(ISW)은 피드백제어회로(110)로 출력될 수 있다.
센싱전압(ISW)은 제1스위치(SW)로 흐르는 전류에 대응되는 값으로서, 제1제어구간에서 인덕터전류(IL)에 대응될 수 있다. 피드백제어회로(110)는 센싱전압(ISW)을 통해 제1스위치(SW)로 흐르는 전류 혹은 인덕터전류(IL)를 파악하고, 제1스위치(SW)로 흐르는 전류 혹은 인덕터전류(IL)와 전류설정값을 비교하여 제1스위치(SW)를 제어할 수 있다. 이러한 제어를 전류제어라고 부를 수도 있는데, 전류제어에 의하면, 피드백제어회로(110)는 인덕터전류(IL) 혹은 출력전류를 일정한 값으로 제어할 수 있고, 제1스위치(SW)로 흐르는 전류 혹은 인덕터전류(IL)가 일정한 값을 초과하지 못하도록 보호 기능을 수행할 수 있다.
보호회로(190)는 전원관리집적회로(100)가 외부의 영향에 의해 손상되지 않도록 보호 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 보호회로(190)는 입력전압단자(TIN)를 통해 확인되는 입력전압(VIN)이 일정값을 초과하지 못하도록 보호 기능을 수행할 수 있고, 입력전압단자(TIN)를 통해 ESD(electro-static discharge)가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
전원관리집적회로(100)는 정상모드에서 이러한 구성들을 이용하여, 인덕터(L)를 포함하는 전력단(10)이 설정값에 따른 전압을 출력하도록 제어할 수 있다. 특히, 피드백제어회로(110)는 전력단(10)의 출력전압(VO)에 대응되는 피드백전압(VFB)에 따라 인덕터(L)에 형성되는 인덕터전압(VL)이 제어되도록 적어도 하나의 스위치(SW)에 대한 제어신호(VGa, VGb)를 생성할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 정상모드에서 전원관리집적회로(100)는 제어주기(T)의 제1제어구간(Ta)에서 제1제어신호(VGa)를 고전압레벨(Vhi)로 형성하고, 제2제어구간(Tb)에서 제1제어신호(VGa)를 저전압레벨(Vlo)로 형성할 수 있다.
제어주기(T) 전체에서 인덕터일측전압(VA)은 입력전압(VIN)으로 유지되지만, 인덕터타측전압(VB)은 제1스위치(SW)의 온오프(ON/OFF)에 따라 제1제어구간(Ta)에서 그라운드전압이 되고, 제2제어구간(Tb)에서 출력전압(VO)이 될 수 있다.
인덕터일측전압(VA)과 인덕터타측전압(VB)의 차이에 따라 인덕터에 형성되는 전압(VL)은 제1제어구간(Ta)에서 입력전압(VIN)이 되고, 제2제어구간(Tb)에서 입력전압(VIN)과 출력전압(VO)의 차이에 대응되는 전압(VIN-VO)이 될 수 있다.
인덕터전압(VL)이 양의 값을 가지면 인덕터전류(IL)이 증가되고, 인덕터전압(VL)이 음의 값을 가지면 인덕터전류(IL)는 감소하게 된다. 도 2를 참조하면, 제1제어구간(Ta)에서 인덕터전압(VL)이 양의 값을 가지면서 인덕터전류(IL)가 증가하고 있고, 제2제어구간(Tb)에서 인덕터전압(VL)이 음의 값을 가지면서 인덕터전류(IL)이 감소하고 있다.
제1스위치전류(ISW)는 제1제어구간(Ta)에서 인덕터전류(IL)와 같은 값을 가지고 제2제어구간(Tb)에서 0의 값을 가질 수 있다.
전원관리집적회로(100)에 대한 생산자는 도 2에 도시된 주요 파형 중에서 일부를 확인하거나 출력전압(VO)의 크기를 확인함으로써 전원관리집적회로(100)가 양품인지 불량품인지 판단할 수 있다. 이때, 종래에는 생산자가 전력단(10)을 전원관리집적회로(100)에 연결하고 도 2에 도시된 주요 파형 중 일부를 확인하거나 출력전압(VO)을 확인하여 전원관리집적회로(100)의 양품 여부를 판단하였다. 하지만, 본 명세서의 실시예에 따른 전원관리집적회로(100)는 시험 구성을 더 포함하고 있으면서, 전술한 전력단(10) 등과 연결되지 않은 상태에서 시험이 될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제1예시 구성도이다.
도 3을 참조하면, 전원관리집적회로(100)는 피드백제어회로(110), 스위치회로(180), 보호회로(190), 입력전압단자(TIN), 스위치노드단자(TSW) 및 피드백단자(TFB)를 포함하고, 시험 구성으로 모사전압생성부(300), 제1모사전압출력단자(TVOT) 및 제2모사전압출력단자(TISW)를 포함할 수 있다.
시험모드에서 스위치노드단자(TSW) 및 피드백단자(TFB)는 칩 외부에서 그라운드와 연결됨으로써 사용되지 않을 수 있다. 더불어 시험모드에서 스위치회로(180)도 사용되지 않을 수 있다. 보호회로(190)는 정상모드와 시험모드에서 모두 작동할 수 있다.
모사전압생성부(300)는 캐패시터를 이용하여 인덕터를 모사하고, 전류소스를 이용하여 인덕터전압을 모사함으로써 칩 외부에 전력단과 같은 테스트장치를 부착하지 않고 내부 구성들을 시험할 수 있다. 인덕터를 포함하는 전력단 및 적어도 하나의 스위치가 피드백제어회로(110)의 제어신호(VGa, VGb)에 따라 출력전압을 생성하는 것과 같이, 모사전압생성부(300)는 피드백제어회로(110)의 제어신호(VGa, VGb)에 따라, 출력전압에 대응되는 제1모사전압(VOT)을 생성할 수 있다.
모사전압생성부(300)는 제1캐패시터(CiL) 및 제2캐패시터(Cvo)를 포함할 수 있다. 제1캐패시터(CiL)는 전력단의 인덕터를 모사할 수 있고, 제2캐패시터(Cvo)는 전력단의 출력캐패시터를 모사할 수 있다.
전력단의 인덕터는 인덕터전압이 양의 전압으로 형성되면 인덕터전류가 증가하고 인덕터전압이 음의 전압으로 형성되면 인덕터전류가 감소하도록 작동하는데, 제1캐패시터(CiL)는 제1캐패시터전류(Icil)가 양의 전류(충전하는 방향의 전류)로 형성되면 제1캐패시터전압(ViL)이 증가하고, 제1캐패시터전류(Icil)가 음의 전류(방전하는 방향의 전류)로 형성되면 제1캐패시터전압(ViL)이 감소하도록 작동할 수 있다.
모사전압생성부(300)는 복수의 전류소스(SC1 ~ SC4)를 포함할 수 있다.
제1전류소스(SC1)를 포함하는 제1전류소스회로(310)는 인덕터의 일측전압을 모사하는 일측전류(IA)를 생성할 수 있다. 제1전류소스(SC1)는 입력전압을 제1비율(K1)로 스케일다운시킨 제1전류를 제1캐패시터의 일측노드(NiL)로 공급할 수 있다.
제2전류소스(SC2)를 포함하는 제2전류소스회로(320)는 인덕터의 타측전압을 모사하는 타측전류(IB)를 생성할 수 있다. 제2전류소스(SC2)는 출력전압을 제1비율(K1)로 스케일다운시킨 제2전류를 공급할 수 있는데, 제2전류소스회로(320)는 제2제어신호(VGb)에 따라 제2제어구간에서 제2전류를 제1캐패시터의 일측노드(NiL)로 공급하고, 제1제어신호(VGa)에 따라 제1제어구간에서는 제2전류를 제1캐패시터(CiL)로 공급하지 않을 수 있다. 이러한 일측전류(IA)와 타측전류(IB)는 인덕터로 공급되는 인덕터일측전압 및 인덕터타측전압과 크기만 다르고 파형은 실질적으로 동일할 수 있다.
제1전류소스(SC1)와 제2전류소스(SC2)에서 출력되는 제1전류 및 제2전류는 입력전압 및 출력전압을 제1비율(K1)로 스케일다운시킨 전류인데, 이러한 구조에 의해 제1캐패시터(CiL)에 저장되는 에너지는 인덕터에 저장되는 에너지보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1비율(K1)이 1/100이라면 제1캐패시터(CiL)에 저장되는 에너지는 제1캐패시터(CiL)의 용량을 고려하지 않았을 때, 기본적으로 인덕터에 저장되는 에너지보다 1/10000만큼 작을 수 있다.
제1캐패시터의 전압(ViL)은 인덕터전류를 모사할 수 있다. 또한, 제1캐패시터의 전압(ViL)으로 제1스위치전류를 모사하는 제2모사전압(ISWT)이 생성될 수 있다. 제2보조회로(344)는 제1스위치가 온(ON)되는 제1제어구간에 맞추어서 제1캐패시터의 전압(ViL)을 출력하여 제2모사전압(ISWT)을 생성할 수 있는데, 이때, 제1캐패시터의 전압(ViL)의 크기를 조정하여 제2모사전압(ISWT)을 생성할 수 있다.
제1캐패시터의 전압(ViL)은 인덕터전류를 모사하는데, 인덕터전류가 출력캐패시터로 전달되는 것을 모사하기 위해, 제1캐패시터의 전압(ViL)은 제3전류소스회로(330)에 의해 전류로 변환된 후 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로 공급될 수 있다. 제3전류소스회로(330)는 제1캐패시터의 전압(ViL)의 크기를 제2비율(K2)로 조정한 제3전류를 제어신호(VGa, VGb)에 따라 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로 공급할 수 있다. 제3전류소스회로(330)는 제3전류를 생성하는 제3전류소스(SC3)를 포함할 수 있는데, 제3전류소스회로(330)는 제1제어구간에는 제3전류를 공급하지 않고 제2제어구간에 제3전류를 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로 공급할 수 있다.
제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로는 제4전류소스(SC4)도 연결될 수 있다. 제4전류소스(SC4)는 부하를 모사하는 것으로, 부하가 일정 클럭을 가지고 있는 경우, 모사전압생성부(300)는 제4전류소스(SC4)가 일정 클럭에 따라 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로부터 제4전류를 공급받도록 제어할 수 있다.
제2캐패시터의 일측노드에는 제1모사전압(VOT)이 형성될 수 있는데, 이러한 제1모사전압(VOT)은 전력단의 출력전압에 대응될 수 있다. 실시예에 따라 제1모사전압(VOT)의 크기는 출력전압의 크기와 다를 수 있으나, 제1모사전압(VOT)은 출력전압과 동일한 파형을 가질 수 있다.
제1보조회로(342)는 제1모사전압(VOT)의 크기를 조정하여 피드백전압(VFB)을 생성하고, 피드백전압(VFB)을 피드백제어회로(110)로 입력시킬 수 있다. 그리고, 피드백제어회로(110)는 이러한 피드백전압(VFB)에 따라 제어신호(VGa, VGb)를 생성하여 모사전압생성부(300)로 공급할 수 있다.
제1모사전압(VOT)은 제1모사전압출력단자(TVOT)를 통해 칩 외부로 출력될 수 있다. 그리고, 생산자는 전원관리집적회로(100)로 입력전압(VIN)을 입력하고, 제1모사전압출력단자(TVOT)로 출력되는 제1모사전압(VOT)을 관찰함으로써 전원관리집적회로(100)의 피드백제어회로(110)가 정상적으로 작동하는지 파악할 수 있다.
제2모사전압(ISWT)은 제2모사전압출력단자(ISWT)를 통해 칩 외부로 출력될 수 있다. 그리고, 생산자는 전원관리집적회로(100)로 입력전압(VIN)을 입력하고, 제2모사전압출력단자(TISW)로 출력되는 제2모사전압(ISWT)을 관찰함으로써 전원관리집적회로(100)의 피드백제어회로(110)가 정상적으로 작동하는지 파악할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 시험모드에서 전원관리집적회로(100)는 제어주기(T)의 제1제어구간(Ta)에서 제1제어신호(VGa)를 고전압레벨(Vhi)로 형성하고, 제2제어구간(Tb)에서 제1제어신호(VGa)를 저전압레벨(Vlo)로 형성할 수 있다.
제어주기(T) 전체에서 제1캐패시터에 대한 일측전류(IA)는 입력전압을 제1비율로 스케일다운한 제1전류(VIN x K1)로 유지되지만, 제1캐패시터에 대한 타측전류(IB)는 제1제어구간(Ta)에서 그라운드전압(0A)이 되고, 제2제어구간(Tb)에서 출력전압을 제1비율로 스케일다운한 제2전류(VO x K1)가 될 수 있다.
일측전류(IA)와 타측전류(IB)의 차이에 따라 제1캐패시터에 형성되는 전류(Icil)은 제1제어구간(Ta)에서 제1전류(VIN x K1)가 되고, 제2제어구간(Tb)에서 입력전압(VIN)과 출력전압(VO)의 차이를 제1비율로 스케일다운한 전류((VIN-VO) x K1)이 될 수 있다.
제1캐패시터전류(Icil)가 양의 값을 가지면 제1캐패시터전압(ViL)이 증가되고, 제1캐패시터전류(Icil)가 음의 값을 가지면 제1캐패시터전압(ViL)은 감소하게 된다. 도 4를 참조하면, 제1제어구간(Ta)에서 제1캐패시터전류(Icil)가 양의 값을 가지면서 제1캐패시터전압(ViL)이 증가하고 있고, 제2제어구간(Tb)에서 제1캐패시터전류(Icil)가 음의 값을 가지면서 제1캐패시터전압(ViL)이 감소하고 있다.
도 2 및 도 4를 비교하면, 전원관리집적회로의 모사전압생성부에 의해 인덕터전류(IL)가 제1캐패시터전압(ViL)으로 모사되고 있고, 제1스위치전류(ISW)가 제2모사전압(ISWT)으로 모사되고 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 제1예시에서, 제1모사전압(VOT)과 제2모사전압(ISWT)이 별도로 형성된 제1모사전압출력단자(TVOT) 및 제2모사전압출력단자(TISW)를 통해 출력되는 것으로 설명하였으나, 제1모사전압(VOT)과 제2모사전압(ISWT)은 정상모드에서 사용되는 기존 단자를 통해 출력될 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제2예시 구성도이다.
도 5를 참조하면, 제1모사전압(VOT)은 피드백단자(TFB)로 출력되고, 제2모사전압(ISWT)은 스위치노드단자(TSW)로 출력되고 있다.
피드백단자(TFB)는 정상모드에서 피드백전압을 입력받도록 사용될 수 있고, 시험모드에서 제1모사전압(VOT)이 출력되는 단자로 사용될 수 있다.
그리고, 스위치노드단자(TSW)에는 정상모드에서 인덕터전류의 센싱값이 입력되고, 시험모드에서 제2모사전압(ISWT)이 출력될 수 있다. 스위치노드단자(TSW)에는 제어주기 중 일부 구간에서만 인덕터전류의 센싱값이 입력될 수 있다. 예를 들어, 제1스위치의 전류가 스위치노드단자(TSW)로 입력되는 경우, 스위치노드단자(TSW)로는 제1제어구간에만 인덕터전류의 센싱값이 입력되는 것으로 이해될 수 있다.
제2모사전압(ISWT)은 도 3을 참조하여 설명할 때, 제1제어구간에 해당되는 제1캐패시터의 전압으로 생성할 수 있다고 설명하였으나, 제2모사전압(ISWT)은 제어주기 전체에 해당되는 제1캐패시터의 전압으로 생성할 수도 있다.
도 5를 참조하여 설명한 것과 같이 본 명세서의 실시예들은 기존의 단자와 동일한 단자를 가지고, 정상모드 및 시험모드로 작동될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로의 정상모드와 시험모드에서의 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 6의 상측에 도시된 실시 형태를 참조하면, 정상모드에서 전원관리집적회로(100)의 입력전압단자(TIN)는 입력전압(VIN)과 연결되고, 스위치노드단자(TSW)는 인덕터(L)와 다이오드(D)가 연결되는 노드로 연결되고, 피드백단자(TFB)는 출력전압(VO)이 피드백저항에 의해 분기된 노드와 연결될 수 있다. 이러한 연결에 따라 전원관리집적회로(100)는 전력단(10)이 입력전압(VIN)을 변환하여 설정값에 따른 출력전압(VO)을 생성할 수 있도록 전력단(10)을 제어할 수 있다.
도 6의 하측에 도시된 실시 형태를 참조하면, 시험모드에서 전원관리집적회로(100)의 입력전압단자(TIN)는 입력전압(VIN)과 연결될 수 있다. 그리고, 스위치노드단자(TSW) 및 피드백단자(TFB)는 전력단(10)과 연결되지 않을 수 있다.
전원관리집적회로(100)에는 전력단(10)을 모사하는 구성들이 포함되어 있어서, 입력전압(VIN)을 변환하여 출력전압(VO)에 대응되는 제1모사전압(VOT) 및 인덕터전류에 대응되는 제2모사전압(ISWT)을 생성하고, 각각 피드백단자(TFB) 및 스위치노드단자(TSW)를 통해 출력할 수 있다.
생산자는 시험모드에서 전원관리집적회로(100)로 입력전압(VIN)을 투입하고 피드백단자(TFB) 및/혹은 스위치노드단자(TSW)를 모니터링함으로써 전원관리집적회로(100)가 양품인지의 여부를 판단할 수 있다.
전원관리집적회로(100)는 동시에 다수가 시험될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 전원관리집적회로를 웨이퍼 상태에서 시험하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 전원관리집적회로(100)는 웨이퍼(700) 상태에서도 시험이 될 수 있다. 웨이퍼(700)에 형성된 다수의 전원관리집적회로(100)로 입력전압(VIN)을 투입하면, 전원관리집적회로(100)의 일 단자에서 전원관리집적회로(100)가 정상 제어될 때 생성되는 전압에 대응되는 전압이 출력될 수 있는데, 생산자는 시험기(710)를 통해 이러한 일 단자를 모니터링함으로써 전원관리집적회로(100)의 정상 작동 여부를 판단할 수 있다.
이상의 실시예에서, 스텝업 컨버터를 제어하는 전원관리집적회로를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이로 제한되지 않으며, 인덕터를 포함하는 전력단을 제어하는 전원관리집적회로에는 본 발명에 의한 기술적 사상이 모두 적용될 수 있다. 이하에서는 스텝다운 컨버터를 제어하는 전원관리집적회로를 통해 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전원관리집적회로와 전력단이 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 전력단(20)은 인덕터(L), 제1스위치(SW), 센싱저항(Rsw), 다이오드(D), 출력캐패시터(Co) 등을 포함할 수 있다. 전력단(20)은 인덕터(L)를 포함하고, 인덕터(L)에 형성되는 인덕터전압(VL)에 따라 제어되는 인덕터전류(IL)를 출력캐패시터(Co)로 출력하는 방법으로 출력전압(VO)을 생성할 수 있다.
스텝다운 컨버터 타입의 전력단(20)에서 인덕터의 일측노드(NA)로 제1스위치(SW) 및 다이오드(D)가 연결되고, 타측노드(NB)로 출력전압(VO)이 연결될 수 있다. 다이오드(D)는 캐소드전극이 인덕터의 일측노드(NA)와 연결되고, 애노드전극이 그라운드와 연결됨으로써 인덕터의 일측노드의 전압(인덕터일측전압(VA))이 그라운드보다 높으면 오프(OFF)되고, 제1스위치(SW)가 오프(OFF)되면 도통할 수 있다.
제1스위치(SW)에서 드레인전극으로 입력전압(VIN)이 공급되고 소스전극이 인덕터의 일측노드(NA)와 연결될 수 있다. 제1스위치(SW)와 입력전압(VIN)의 사이에는 센싱저항(Rsw)가 배치될 수 있다. 제1스위치(SW) 및 센싱저항(Rsw)은 전력단(20)에 포함될 수 있고, 전원관리집적회로(800)에 포함될 수 있다.
전원관리집적회로(800)는 피드백제어회로(810), 보호회로(890) 등을 포함하고, 입력전압단자(TIN), 제1제어신호단자(TVG), 스위치노드단자(TSW1, TSW2), 피드백단자(TFB) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 제1스위치노드단자(TSW1)는 입력전압단자(TIN)와 별도로 형성될 수도 있고, 입력전압단자(TIN)와 같은 단자일 수도 있다.
전원관리집적회로(800)는 전력단(20)의 출력전압(VO)이 설정값에 따르도록 제1스위치(SW)를 제어할 수 있다. 이러한 제어를 위해, 전원관리집적회로(800)는 출력전압(VO) 혹은 출력전압(VO)에 대응되는 피드백전압(VFB)을 입력받을 수 있다. 도 8에는 일 예로서, 전원관리집적회로(800)는 출력전압(VO)이 피드백분기회로에 의해 일정 비율로 감소된 피드백전압(VFB)을 피드백단자(TFB)를 통해 입력받고 있다. 다른 예로서, 전원관리집적회로(800)는 출력전압(VO)을 출력전압단자(미도시)를 통해 그대로 입력받을 수 있다.
피드백제어회로(810)는 피드백전압(VFB)과 설정값을 비교하고, 피드백전압(VFB)과 설정값이 일치하는 방향으로 제1스위치(SW)에 대한 제1제어신호(VGa)를 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 피드백제어회로(810)는 피드백전압(VFB)이 설정값보다 높으면 제어주기에서 제1스위치(SW)가 온(ON)되는 제1제어구간의 비율이 감소하도록 제1제어신호(VGa)를 생성하고, 피드백전압(VFB)이 설정값보다 낮으면 제1제어구간의 비율이 증가되도록 제1제어신호(VGa)를 생성할 수 있다. 제1제어신호(VGa)는 제1제어신호단자(TVG)를 통해 제1스위치(SW)의 게이트전극으로 출력될 수 있다.
다이오드(D)를 대체하여 온오프(ON/OFF)가 가능한 제2스위치(미도시)가 사용될 수 있는데, 제2스위치(미도시)는 제1스위치(SW)와 반대로 온오프(ON/OFF)될 수 있다. 이러한 제2스위치(미도시)에 대한 제어를 위해 피드백제어회로(810)는 제2제어신호(VGb)를 생성할 수 있다. 제2제어신호(VGb)는 제1제어신호(VGa)와 반전된 형태의 파형을 가질 수 있다.
센싱저항(Rsw)의 센싱전압(ISW)은 스위치노드단자(TSW1, TSW2)를 통해 입력되어 피드백제어회로(810)로 전달될 수 있다.
센싱전압(ISW)은 제1스위치(SW)로 흐르는 전류에 대응되는 값으로서, 제1제어구간에서 인덕터전류(IL)에 대응될 수 있다. 피드백제어회로(810)는 센싱전압(ISW)을 통해 제1스위치(SW)로 흐르는 전류 혹은 인덕터전류(IL)를 파악하고, 제1스위치(SW)로 흐르는 전류 혹은 인덕터전류(IL)와 전류설정값을 비교하여 제1스위치(SW)를 제어할 수 있다. 이러한 제어를 전류제어라고 부를 수도 있는데, 전류제어에 의하면, 피드백제어회로(810)는 인덕터전류(IL) 혹은 출력전류를 일정한 값으로 제어할 수 있고, 제1스위치(SW)로 흐르는 전류 혹은 인덕터전류(IL)가 일정한 값을 초과하지 못하도록 보호 기능을 수행할 수 있다.
보호회로(890)는 전원관리집적회로(800)가 외부의 영향에 의해 손상되지 않도록 보호 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 보호회로(890)는 입력전압단자(TIN)를 통해 확인되는 입력전압(VIN)이 일정값을 초과하지 못하도록 보호 기능을 수행할 수 있고, 입력전압단자(TIN)를 통해 ESD(electro-static discharge)가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
전원관리집적회로(800)는 정상모드에서 이러한 구성들을 이용하여, 인덕터(L)를 포함하는 전력단(20)이 설정값에 따른 전압을 출력하도록 제어할 수 있다. 특히, 피드백제어회로(810)는 전력단(20)의 출력전압(VO)에 대응되는 피드백전압(VFB)에 따라 인덕터(L)에 형성되는 인덕터전압(VL)이 제어되도록 적어도 하나의 스위치(SW)에 대한 제어신호(VGa, VGb)를 생성할 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 정상모드에서 전원관리집적회로(800)는 제어주기(T)의 제1제어구간(Ta)에서 제1제어신호(VGa)를 고전압레벨(Vhi)로 형성하고, 제2제어구간(Tb)에서 제1제어신호(VGa)를 저전압레벨(Vlo)로 형성할 수 있다.
제어주기(T) 전체에서 인덕터타측전압(VB)은 출력전압(VO)으로 유지되지만, 인덕터일측전압(VA)은 제1스위치(SW)의 온오프(ON/OFF)에 따라 제1제어구간(Ta)에서 입력전압(VIN)이 되고, 제2제어구간(Tb)에서 그라운드전압(VGND)이 될 수 있다.
인덕터일측전압(VA)과 인덕터타측전압(VB)의 차이에 따라 인덕터에 형성되는 전압(VL)은 제1제어구간(Ta)에서 입력전압(VIN)과 출력전압(VO)의 차이에 대응되는 전압(VIN-VO)이 되고, 제2제어구간(Tb)에서 그라운드전압과 출력전압의 차이에 대응되는 전압(-VO)이 될 수 있다.
인덕터전압(VL)이 양의 값을 가지면 인덕터전류(IL)이 증가되고, 인덕터전압(VL)이 음의 값을 가지면 인덕터전류(IL)는 감소하게 된다. 도 9를 참조하면, 제1제어구간(Ta)에서 인덕터전압(VL)이 양의 값을 가지면서 인덕터전류(IL)가 증가하고 있고, 제2제어구간(Tb)에서 인덕터전압(VL)이 음의 값을 가지면서 인덕터전류(IL)이 감소하고 있다.
제1스위치전류(ISW)는 제1제어구간(Ta)에서 인덕터전류(IL)와 같은 값을 가지고 제2제어구간(Tb)에서 0의 값을 가질 수 있다.
전원관리집적회로(800)에 대한 생산자는 도 9에 도시된 주요 파형 중에서 일부를 확인하거나 출력전압(VO)의 크기를 확인함으로써 전원관리집적회로(900)가 양품인지 불량품인지 판단할 수 있다. 이때, 종래에는 생산자가 전력단(20)을 전원관리집적회로(800)에 연결하고 도 9에 도시된 주요 파형 중 일부를 확인하거나 출력전압(VO)을 확인하여 전원관리집적회로(800)의 양품 여부를 판단하였다. 하지만, 본 명세서의 실시예에 따른 전원관리집적회로(800)는 시험 구성을 더 포함하고 있으면서, 전술한 전력단(20) 등과 연결되지 않은 상태에서 시험이 될 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제1예시 구성도이다.
도 10을 참조하면, 전원관리집적회로(800)는 피드백제어회로(810), 보호회로(890), 입력전압단자(TIN), 제1제어신호단자(TVG), 스위치노드단자(TSW) 및 피드백단자(TFB)를 포함하고, 시험 구성으로 모사전압생성부(1000), 제1모사전압출력단자(TVOT) 및 제2모사전압출력단자(TISW)를 포함할 수 있다. 여기서, 스위치노드단자(TSW)는 도 8에서의 제1스위치노드단자(도 8에서 TSW1) 및 제2스위치노드단자(도 8에서 TSW2)에 대응될 수도 있고, 도 8에서의 제1스위치노드단자(도 8에서 TSW1) 및 제2스위치노드단자(도 8에서 TSW2) 중 하나의 단자에 대응될 수도 있다.
시험모드에서 스위치노드단자(TSW), 제1제어신호단자(TVG) 및 피드백단자(TFB)는 칩 외부에서 그라운드와 연결됨으로써 사용되지 않을 수 있다. 보호회로(890)는 정상모드와 시험모드에서 모두 작동할 수 있다.
모사전압생성부(1000)는 캐패시터를 이용하여 인덕터를 모사하고, 전류소스를 이용하여 인덕터전압을 모사함으로써 칩 외부에 전력단과 같은 테스트장치를 부착하지 않고 내부 구성들을 시험할 수 있다. 인덕터를 포함하는 전력단 및 적어도 하나의 스위치가 피드백제어회로(810)의 제어신호(VGa, VGb)에 따라 출력전압을 생성하는 것과 같이, 모사전압생성부(1000)는 피드백제어회로(810)의 제어신호(VGa, VGb)에 따라, 출력전압에 대응되는 제1모사전압(VOT)을 생성할 수 있다.
모사전압생성부(1000)는 제1캐패시터(CiL) 및 제2캐패시터(Cvo)를 포함할 수 있다. 제1캐패시터(CiL)는 전력단의 인덕터를 모사할 수 있고, 제2캐패시터(Cvo)는 전력단의 출력캐패시터를 모사할 수 있다.
전력단의 인덕터는 인덕터전압이 양의 전압으로 형성되면 인덕터전류가 증가하고 인덕터전압이 음의 전압으로 형성되면 인덕터전류가 감소하도록 작동하는데, 제1캐패시터(CiL)는 제1캐패시터전류(Icil)가 양의 전류(충전하는 방향의 전류)로 형성되면 제1캐패시터전압(ViL)이 증가하고, 제1캐패시터전류(Icil)가 음의 전류(방전하는 방향의 전류)로 형성되면 제1캐패시터전압(ViL)이 감소하도록 작동할 수 있다.
모사전압생성부(1000)는 복수의 전류소스(SC1 ~ SC4)를 포함할 수 있다.
제1전류소스(SC1)를 포함하는 제1전류소스회로(1010)는 인덕터의 일측전압을 모사하는 일측전류(IA)를 생성할 수 있다. 제1전류소스(SC1)는 입력전압을 제1비율(K1)로 스케일다운시킨 제1전류를 공급할 수 있는데, 제1전류소스회로(1010)는 제1제어신호(VGa)에 따라 제1제어구간에서 제1전류를 제1캐패시터의 일측노드(NiL)로 공급하고, 제2제어신호(VGb)에 따라 제2제어구간에서는 제1전류를 제1캐패시터(CiL)로 공급하지 않을 수 있다.
제2전류소스(SC2)를 포함하는 제2전류소스회로(1020)는 인덕터의 타측전압을 모사하는 타측전류(IB)를 생성할 수 있다. 제2전류소스(SC2)는 출력전압을 제1비율(K1)로 스케일다운시킨 제2전류를 제1캐패시터의 일측노드(NiL)로 공급할 수 있다. 이러한 일측전류(IA)와 타측전류(IB)는 인덕터로 공급되는 인덕터일측전압 및 인덕터타측전압과 크기만 다르고 파형은 실질적으로 동일할 수 있다.
제1전류소스(SC1)와 제2전류소스(SC2)에서 출력되는 제1전류 및 제2전류는 입력전압 및 출력전압을 제1비율(K1)로 스케일다운시킨 전류인데, 이러한 구조에 의해 제1캐패시터(CiL)에 저장되는 에너지는 인덕터에 저장되는 에너지보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1비율(K1)이 1/100이라면 제1캐패시터(CiL)에 저장되는 에너지는 제1캐패시터(CiL)의 용량을 고려하지 않았을 때, 기본적으로 인덕터에 저장되는 에너지보다 1/10000만큼 작을 수 있다.
제1캐패시터의 전압(ViL)은 인덕터전류를 모사할 수 있다. 또한, 제1캐패시터의 전압(ViL)으로 제1스위치전류를 모사하는 제2모사전압(ISWT)이 생성될 수 있다. 제2보조회로(1044)는 제1스위치가 온(ON)되는 제1제어구간에 맞추어서 제1캐패시터의 전압(ViL)을 출력하여 제2모사전압(ISWT)을 생성할 수 있는데, 이때, 제1캐패시터의 전압(ViL)의 크기를 조정하여 제2모사전압(ISWT)을 생성할 수 있다.
제1캐패시터의 전압(ViL)은 인덕터전류를 모사하는데, 인덕터전류가 출력캐패시터로 전달되는 것을 모사하기 위해, 제1캐패시터의 전압(ViL)은 제3전류소스회로(1030)에 의해 전류로 변환된 후 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로 공급될 수 있다. 제3전류소스회로(330)는 제3전류소스(SC3)를 통해 제1캐패시터의 전압(ViL)의 크기를 제2비율(K2)로 조정한 제3전류를 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로 공급할 수 있다.
제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로는 제4전류소스(SC4)도 연결될 수 있다. 제4전류소스(SC4)는 부하를 모사하는 것으로, 부하가 일정 클럭을 가지고 있는 경우, 모사전압생성부(300)는 제4전류소스(SC4)가 일정 클럭에 따라 제2캐패시터의 일측노드(Nvo)로부터 제4전류를 공급받도록 제어할 수 있다.
제2캐패시터의 일측노드에는 제1모사전압(VOT)이 형성될 수 있는데, 이러한 제1모사전압(VOT)은 전력단의 출력전압에 대응될 수 있다. 실시예에 따라 제1모사전압(VOT)의 크기는 출력전압의 크기와 다를 수 있으나, 제1모사전압(VOT)은 출력전압과 동일한 파형을 가질 수 있다.
제1보조회로(1042)는 제1모사전압(VOT)의 크기를 조정하여 피드백전압(VFB)을 생성하고, 피드백전압(VFB)을 피드백제어회로(810)로 입력시킬 수 있다. 그리고, 피드백제어회로(810)는 이러한 피드백전압(VFB)에 따라 제어신호(VGa, VGb)를 생성하여 모사전압생성부(1000)로 공급할 수 있다.
제1모사전압(VOT)은 제1모사전압출력단자(TVOT)를 통해 칩 외부로 출력될 수 있다. 그리고, 생산자는 전원관리집적회로(800)로 입력전압(VIN)을 입력하고, 제1모사전압출력단자(TVOT)로 출력되는 제1모사전압(VOT)을 관찰함으로써 전원관리집적회로(800)의 피드백제어회로(810)가 정상적으로 작동하는지 파악할 수 있다.
제2모사전압(ISWT)은 제2모사전압출력단자(ISWT)를 통해 칩 외부로 출력될 수 있다. 그리고, 생산자는 전원관리집적회로(800)로 입력전압(VIN)을 입력하고, 제2모사전압출력단자(TISW)로 출력되는 제2모사전압(ISWT)을 관찰함으로써 전원관리집적회로(800)의 피드백제어회로(810)가 정상적으로 작동하는지 파악할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 주요 신호, 전압 및 전류의 파형도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 시험모드에서 전원관리집적회로(800)는 제어주기(T)의 제1제어구간(Ta)에서 제1제어신호(VGa)를 고전압레벨(Vhi)로 형성하고, 제2제어구간(Tb)에서 제1제어신호(VGa)를 저전압레벨(Vlo)로 형성할 수 있다.
제어주기(T) 전체에서 제1캐패시터에 대한 타측전류(IB)는 출력전압을 제1비율로 스케일다운한 제2전류(VO x K1)로 유지되지만, 제1캐패시터에 대한 일측전류(IA)는 제1제어구간(Ta)에서 입력전압을 제1비율로 스케일다운한 제1전류(VIN x K1)가 되고, 제2제어구간(Tb)에서 그라운드전압(0A)이 될 수 있다.
일측전류(IA)와 타측전류(IB)의 차이에 따라 제1캐패시터에 형성되는 전류(Icil)은 제1제어구간(Ta)에서 입력전압(VIN)과 출력전압(VO)의 차이에 대응되는 전압(VIN-VO)을 제1비율로 스케일다운한 제1전류((VIN-VO) x K1)가 되고, 제2제어구간(Tb)에서 그라운드전압과 출력전압의 차이에 대응되는 전압을 제1비율로 스케일다운한 전류((-VO) x K1)이 될 수 있다.
제1캐패시터전류(Icil)가 양의 값을 가지면 제1캐패시터전압(ViL)이 증가되고, 제1캐패시터전류(Icil)가 음의 값을 가지면 제1캐패시터전압(ViL)은 감소하게 된다. 도 11을 참조하면, 제1제어구간(Ta)에서 제1캐패시터전류(Icil)가 양의 값을 가지면서 제1캐패시터전압(ViL)이 증가하고 있고, 제2제어구간(Tb)에서 제1캐패시터전류(Icil)가 음의 값을 가지면서 제1캐패시터전압(ViL)이 감소하고 있다.
도 9 및 도 11을 비교하면, 전원관리집적회로의 모사전압생성부에 의해 인덕터전류(IL)가 제1캐패시터전압(ViL)으로 모사되고 있고, 제1스위치전류(ISW)가 제2모사전압(ISWT)으로 모사되고 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 제1예시에서, 제1모사전압(VOT)과 제2모사전압(ISWT)이 별도로 형성된 제1모사전압출력단자(TVOT) 및 제2모사전압출력단자(TISW)를 통해 출력되는 것으로 설명하였으나, 제1모사전압(VOT)과 제2모사전압(ISWT)은 정상모드에서 사용되는 기존 단자를 통해 출력될 수도 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 전원관리집적회로에 시험 구성이 더 추가된 제2예시 구성도이다.
도 12를 참조하면, 제1모사전압(VOT)은 피드백단자(TFB)로 출력되고, 제2모사전압(ISWT)은 스위치노드단자(TSW)로 출력되고 있다.
피드백단자(TFB)는 정상모드에서 피드백전압을 입력받도록 사용될 수 있고, 시험모드에서 제1모사전압(VOT)이 출력되는 단자로 사용될 수 있다.
그리고, 스위치노드단자(TSW)에는 정상모드에서 인덕터전류의 센싱값이 입력되고, 시험모드에서 제2모사전압(ISWT)이 출력될 수 있다. 스위치노드단자(TSW)에는 제어주기 중 일부 구간에서만 인덕터전류의 센싱값이 입력될 수 있다. 예를 들어, 제1스위치의 전류가 스위치노드단자(TSW)로 입력되는 경우, 스위치노드단자(TSW)로는 제1제어구간에만 인덕터전류의 센싱값이 입력되는 것으로 이해될 수 있다.
제2모사전압(ISWT)은 도 10을 참조하여 설명할 때, 제1제어구간에 해당되는 제1캐패시터의 전압으로 생성할 수 있다고 설명하였으나, 제2모사전압(ISWT)은 제어주기 전체에 해당되는 제1캐패시터의 전압으로 생성할 수도 있다.
도 12를 참조하여 설명한 것과 같이 본 명세서의 실시예들은 기존의 단자와 동일한 단자를 가지고, 정상모드 및 시험모드로 작동될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 의하면, 전원관리집적회로의 시험 효율을 증대시킬 수 있고, 인덕터를 포함하지 않는 테스트장치를 통해 전원관리집적회로에 대한 시험 비용을 낮출 수 있으며, 저전력으로 전원관리집적회로를 시험할 수 있고, 동시에 다수의 전원관리집적회로를 시험함으로써 시험 시간을 단축시킬 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 인덕터를 포함하는 전력단이 설정값에 따른 전압을 출력하도록 제어하는 전원관리집적회로이고,
    상기 전력단의 출력전압에 대응되는 피드백전압에 따라 상기 인덕터에 형성되는 인덕터전압이 제어되도록 적어도 하나의 스위치에 대한 제어신호를 생성하는 피드백제어부;
    상기 피드백제어부의 상기 제어신호에 따라, 상기 출력전압에 대응되는 모사전압을 생성하는 모사전압생성부; 및
    상기 모사전압을 출력하는 모사전압출력단자;
    를 포함하고,
    제1모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 피드백전압 혹은 상기 출력전압이 입력되고, 제2모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 모사전압이 출력되는 전원관리집적회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모사전압생성부는,
    제1캐패시터로 상기 인덕터를 모사하고, 상기 제1캐패시터로 입출력되는 전류로 상기 인덕터전압을 모사하는 전원관리집적회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모사전압생성부는,
    복수의 전류소스를 포함하고, 각각의 전류소스는 상기 인덕터의 일측에 형성되는 전압, 타측에 형성되는 전압 혹은 양측 사이에 형성되는 전압에 대응되는 전원관리집적회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모사전압생성부는,
    제2캐패시터로 상기 전력단의 출력캐패시터를 모사하고, 상기 제1캐패시터의 전압에 대응되는 전류 및 부하에 대응되는 전류를 상기 제2캐패시터로 입출력시키는 전원관리집적회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1캐패시터에 저장되는 에너지는 상기 인덕터에 저장되는 에너지보다 작은 전원관리집적회로.
  6. 삭제
  7. 인덕터를 포함하는 전력단이 설정값에 따른 전압을 출력하도록 제어하는 전원관리집적회로이고,
    상기 전력단의 출력전압에 대응되는 피드백전압에 따라 상기 인덕터에 형성되는 인덕터전압이 제어되도록 적어도 하나의 스위치에 대한 제어신호를 생성하는 피드백제어부;
    상기 인덕터를 모사하는 제1캐패시터를 포함하고, 상기 제1캐패시터의 전압이 상기 인덕터의 전류를 모사하도록 상기 제어신호에 따라 상기 제1캐패시터로 공급되는 전류를 제어하는 모사전압생성부;
    상기 제1캐패시터의 전압을 출력하는 모사전압출력단자
    를 포함하고,
    상기 모사전압생성부는 상기 피드백제어부의 상기 제어신호에 따라, 상기 출력전압에 대응되는 모사전압을 생성하고,
    제1모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 피드백전압 혹은 상기 출력전압이 입력되고, 제2모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 모사전압이 출력되는 전원관리집적회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력단에서, 상기 인덕터의 일측으로 상기 전력단의 입력전압이 공급되고, 상기 적어도 하나의 스위치의 온오프(ON/OFF)에 따라 상기 인덕터의 타측으로 상기 출력전압 및 그라운드전압이 교번되면서 공급되며,
    상기 모사전압생성부는,
    제1전류소스를 통해 제어주기 전체에서 상기 입력전압에 대응되는 제1전류로 상기 제1캐패시터를 충전시키고, 상기 제어주기 중 제1스위치가 오프(OFF)되는 제1제어구간에서 제2전류소스를 통해 상기 출력전압에 대응되는 제2전류로 상기 제1캐패시터를 방전시키는 전원관리집적회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력단의 출력캐패시터를 모사하는 제2캐패시터에 대하여,
    상기 모사전압생성부는,
    상기 제1제어구간에서 제3전류소스를 통해 상기 제1캐패시터의 전압에 대응되는 제3전류를 상기 제2캐패시터가 연결되는 노드로 공급하는 전원관리집적회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모사전압생성부는,
    부하를 모사하는 제4전류소스가 상기 노드로부터 제4전류를 공급받도록 제어하는 전원관리집적회로.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 모사전압출력단자는,
    상기 전력단의 제어주기 중 제1스위치가 온(ON)되는 제1제어구간에서만 상기 제1캐패시터의 전압을 출력하는 전원관리집적회로.
  12. 제7항에 있어서,
    제1모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 인덕터의 전류의 센싱값이 입력되고, 제2모드에서 상기 모사전압출력단자로 상기 제1캐패시터의 전압이 출력되는 전원관리집적회로.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 전력단에서, 상기 적어도 하나의 스위치의 온오프(ON/OFF)에 따라 상기 인덕터의 일측으로 상기 전력단의 입력전압 및 그라운드전압이 교번되면서 공급되고, 상기 인덕터의 타측으로 상기 출력전압이 공급되며,
    상기 모사전압생성부는,
    제어주기 중 제1스위치가 오프(OFF)되는 제1제어구간에서 제1전류소스를 통해 상기 입력전압에 대응되는 제1전류로 상기 제1캐패시터를 충전시키고, 제2전류소스를 통해 상기 제어주기 전체에서 상기 출력전압에 대응되는 제2전류로 상기 제1캐패시터를 방전시키는 전원관리집적회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력단의 출력캐패시터를 모사하는 제2캐패시터에 대하여,
    상기 모사전압생성부는,
    제3전류소스를 통해 상기 제1캐패시터의 전압에 대응되는 제3전류를 상기 제2캐패시터가 연결되는 노드로 공급하는 전원관리집적회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모사전압생성부는,
    부하를 모사하는 제4전류소스가 일정 클럭에 따라 상기 노드로부터 제4전류를 공급받도록 제어하는 전원관리집적회로.
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