KR19980055019A - 배터리 전원 변동을 보상하는 바이어스 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 전압 변동을 보상하는 바이어스 회로에 관한 것으로서, 특히 스위칭 신호에 응답하여 제 1 전압 및 제 2 전압을 발생하는 구동신호 발생부; 상기 구동신호 발생부의 제 1 전압에 의해 구동되어 배터리 전원을 소정 기준전압으로 전압 강하하는 전압 제어부; 상기 전압 제어부의 기준전압을 공급받아 부하에 따라 일정한 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 공급부; 상기 바이어스 공급부의 바이어스 전류가 온도 변화에 일정하도록 제어하는 온도 보상부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 휴대용 전자 제품에 사용되는 배터리 전원이 부하에 영향을 받아 전압 변동이 발생하더라도 바이어스 전류를 일정하게 공급하여 안정된 회로 동작을 수행시킬 수 있다.

Description

배터리 전원 변동을 보상하는 바이어스 회로

본 발명은 배터리 전원 변동을 보상하는 바이어스 회로에 관한 것으로서, 특히 전원 전압의 심각한 변동에도 정확하게 부하를 제어할 수 있도록 일정한 바이어스 전류를 공급하는 배터리 전원 변동을 보상하는 바이어스 회로에 관한 것이다.

최근, 휴대용 전자 제품이 증가하면서 대다수의 휴대용 전자 제품은 배터리를 전원으로 사용한다.

그러나, 이러한 배터리를 전원으로 사용하는 전자 제품은 배터리 및 부하의 특성을 정확하게 알고서 내부 IC 회로를 설계해야 하는 어려움이 있다. 특히 배터리를 전원으로 사용할 경우 가장 큰 문제는 부하가 구동되고 있을 때 배터리 전압이 변동한다는 것이다. 이런한 현상은 부하가 큰 경우 더욱 심하게 나타나게 된다.

도 1 은 종래 기술에 따른 배터리 전원 바이어스 회로를 나타내는 것으로서, 스위칭신호 입력단자(SW)와 접지에 직렬로 접속된 제 1 저항(R1) 및 제 2 저항(R2)을 통해 전압 강하된 제 1 전압(V1)을 발생하는 구동신호 발생부(10)와, 배터리 전원(VBAT)을 공급받아 상기 구동신호 발생부(10)의 제 1 전압(V1)에 응답하여 턴온 되는 제 1 트랜지스터(Q1)를 통해 인가되는 전류에 의해 구동되는 바이어스 공급부(20)와, 상기 바이어스 공급부(20)의 바이어스 전류가 온도 변화에 일정하도록 제어하는 온도 보상부(30)로 구성된다.

상기 바이어스 공급부(20)는 배터리 전원(VBAT)에 에미터가 공통으로 접속된 제 3,6,7,10 및 11 트랜지스터(Q3,Q6,Q7,Q10,Q11)와, 상기 제 3,6 트랜지스터(Q3,Q6)의 콜렉터에 콜렉터가 접속되고 베이스가 서로 공통으로 접속된 제 4,5 트랜지스터(Q4,Q5)와, 상기 배터리 전원(VBAT)에 제 3 저항(R3)이 접속되고, 상기 제 3 저항(R3)과 상기 제 10 트랜지스터(Q10)의 콜렉터 사이에 접속된 커패시터(C)와, 상기 커패시터(C)에 베이스와 콜렉터가 접속된 제 2 트랜지스터(Q2)와, 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스에 콜렉터가 접속된 제 9 트랜지스터(Q9), 상기 제 7 트랜지스터(Q7)의 콜렉터에 콜렉터가 접속된 제 8 트랜지스터(Q8)와 상기 제 9 트랜지스터(Q9)는 베이스가 공통으로 접속되어 있으며, 상기 제 2,4,5,8,9 트랜지스터(Q2,Q4,Q5,Q8,Q9)의 에미터가 서로 공통으로 접속된 노드와 접지사이에 콜렉터가 접속된 제 1 트랜지스터(Q1)와, 상기 제 10,11 트랜지스터(Q10,Q11)의 콜렉터에 콜렉터가 접속되고 베이스가 공통 접속된 제 12,13 트랜지스터(Q12,Q13)와, 상기 제 13 트랜지스터(Q13)의 에미터와 접지사이에 접속된 제 4 저항(R4)으로 구성된다.

상기 온도 보상부(30)는 상기 배터리 전원(VBAT)에 에미터가 접속되고 제 6 트랜지스터(Q6)와 베이스가 서로 공통 접속된 제 14,20 트랜지스터(Q14,Q20)와, 상기 배터리 전원(VBAT)에 에미터가 접속되고 서로 베이스가 공통 접속된 제 17,18,19 트랜지스터(Q17,Q18,Q19)와, 상기 제 14,17 트랜지스터(Q14,Q17)의 콜렉터에 콜렉터가 접속되며 베이스가 서로 공통 접속된 제 15,16 트랜지스터(Q15, Q16)와, 상기 제 15,16 트랜지스터(Q15, Q16)의 베이스가 공통 접속된 노드와 접지사이에 제 5 저항(R5)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 배터리 전원 바이어스 회로는 상기 구동신호 발생부(10)로 입력되는 외부 스위칭신호(SW)가 하이레벨로 입력될 경우 상기 바이어스 공급부(20)의 제 1 트랜지스터(Q1)는 턴온되어 회로를 동작시킨다.

상기 바이어스 공급부(20)의 커패시터(C)로 일정 전압이 충전되기 전까지 제 10,11 트랜지스터(Q10,Q11)를 통해 흐르는 전류는 상기 온도 보상부(30)의 제 18 및 19 트랜지스터(Q18,Q19)를 통해 흐르는 전류와 각각 합쳐져 전류미러인 제 12 및 13 트랜지스터(Q12,Q13)의 콜렉터로 흐른다.

그리고, 상기 커패시터(C)로 일정 전압이 충전될 경우 전압 차에 의해 도통되는 상기 제 2 트랜지스터(Q2)를 통해 상기 제 1 트랜지스터(Q1)로 전류가 흐른다. 그리고, 이때 상기 커패시터(C)의 양단에 걸리는 전압은 로우레벨로 하강되어 상기 제 3 커패시터(Q3)를 턴온시킨다.

전류미러인 제 4,5 트랜지스터(Q4,Q5)는 상기 제 6 트랜지스터(Q6) 내지 제 3 트랜지스터(Q3)를 통해 흐르는 전류량을 동일하게 제어시키므로 상기 제 6 트랜지스터(Q6)와 전류 미러로 접속된 제 20 트랜지스터(Q20)를 통해 바이어스 전류(Io)가 출력된다.

결국, 상기 제 4 저항(R4) 및 제 13 트랜지스터(Q13)에 걸리는 전압과 상기 제 12 트랜지스터에 걸리는 전압은 동일하므로 상기와 같은 수학식으로 나타낼 수 있다.

[수학식1]

상기 수학식 1 로 부터 바이어스 전류(Io)를 얻기 위한 수학식을 유도하여 보면이므로가 되어 바이어스 전류(Io)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식2]

그러므로, 바이어스 전류(Io)는 제 12,18 트랜지스터(Q12,Q18)를 통해 흐르는 콜렉터 전류의 차에 의해 그 값이 결정되기 때문에 온도 변화에 따라 상기 바이어스 전류(Io)는 일정하도록 제어된다.

그러나, 도 3 의 ④와 ④'에서 볼 수 있듯이 배터리 전원(VBAT)이 시간에 따라 증가할 경우 바이어스 전류(Io)도 비례적으로 변화하게 되는데 그 이유는

라는 식에 의해 콜렉터 에미터간 전압(Vce)이 배터리 전압(VBAT)과 비례하기 때문이다.

그러므로, 6V 리튬 이온 배터리의 경우 약 1A의 부하 소비 전류에 전압 변동은 2V 이하에서 7V이상까지 영향을 받기 때문에 회로의 정상적인 동작 수행이 어려웠다.

따라서, 배터리를 전원전압으로 사용하는 회로에 있어서, 배터리 전원전압 변동이 발생하게 될 경우 IC 내부 회로의 바이어스 전류는 일정하지 못하므로 정확하게 부하를 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 배터리를 전원으로 사용하는 IC 내부 회로에 있어서, 전원전압의 심각한 변동에도 정확하게 부하를 제어할 수 있도록 배터리 전압 변동을 보상하는 바이어스 회로를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 스위칭 신호에 응답하여 제 1 전압 및 제 2 전압을 발생하는 구동신호 발생부; 상기 구동신호 발생부의 제 1 전압에 의해 구동되어 배터리 전원을 소정 기준전압으로 전압 강하하는 전압 제어부; 상기 전압 제어부의 기준전압을 공급받아 부하에 따라 일정한 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 공급부; 상기 바이어스 공급부의 바이어스 전류가 온도 변화에 일정하도록 제어하는 온도 보상부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 기술에 따른 배터리 전원의 바이어스 회로를 나타내는 회로도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 배터리 전원 변동을 보상하는 바이어스 회로를 나타내는 회로도이다.

도 3 은 종래와 본 발명의 출력을 비교한 파형도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10,100: 구동신호 발생부. 20,120: 바이어스 공급부.

30,130: 온도 보상부. 110: 전압 제한부.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 배터리 전압 변동을 보상하는 바이어스 회로를 나타내는 일 실시예의 회로도로서, 스위칭 신호(SW)에 응답하여 직렬로 접속된 제 1,2,3 저항(R10,R11,R12)을 통해 제 1 전압(V1) 및 제 2 전압(V2)이 발생되는 구동신호 발생부(100)와, 상기 구동신호 발생부(100)의 제 1 전압(V1)에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터(Q21)를 통해 입력되는 배터리 전원(VBAT)을 소정 기준전압으로 전압 강하하는 전압 제어부(110)와, 상기 전압 제어부(110)의 기준전압을 공급받아 부하에 따라 일정한 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 공급부(120)와, 상기 바이어스 공급부(120)의 바이어스 전류가 온도 변화에 일정하도록 제어하는 온도 보상부(130)로 구성된다.

상기 전압 제어부(110)는 상기 제 1 트랜지스터(Q21)의 에미터와 접지사이에 콜렉터와 베이스가 공통 접속된 제 2, 3 트랜지스터(Q22,Q23)로 구성된다.

상기 바이어스 공급부(120)는 상기 구동신호 발생부(100)의 제 1,2 저항(R10,R11)이 접속된 노드에 제 1 트랜지스터(Q21)의 베이스가 접속되고, 상기 제 1 트랜지스터(Q21)의 에미터로 에미터가 공통으로 접속된 제 5, 9, 10 및 11 트랜지스터(Q25,Q29,Q30,Q31)와, 상기 제 5 트랜지스터(Q25)의 베이스와 제 10 트랜지스터(Q30)의 콜렉터가 접속된 공통 노드에 커패시터(C) 및 제 4 트랜지스터(Q24)의 콜렉터가 접속되고, 상기 제 5, 9 트랜지스터(Q25,Q29)의 콜렉터 및 상기 커패시터(C)에 베이스가 서로 공통 접속된 제 6,7,8 트랜지스터(Q26,Q27,Q28)와, 상기 제 10,11 트랜지스터(Q30,Q31)의 콜렉터에 콜렉터가 접속되고 베이스가 공통 접속된 제 12,13 트랜지스터(Q32,Q33)와, 상기 제 13 트랜지스터(Q33)의 에미터와 접지사이에 접속된 제 4 저항(R13)으로 구성된다.

상기 온도 보상부(130)는 종래와 동일한 구성으로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 상기 구동신호 발생부(100)로 스위칭신호(SW)가 하이레벨로 입력될 경우 상기 바이어스 공급부(120)의 제 1,4 트랜지스터(Q21,Q24)가 턴온되어 회로가 동작한다.

상기 제 1 트랜지스터(Q21)에 의해 공급되는 배터리 전원(VBAT)은 상기 전압 제어부(110)에 의해 소정 전압 레벨을 가지는 기준전압으로 제어된다.

상기 전압 제어부(110)를 통해 저전원전압으로 강하된 기준전압은 상기 바이어스 공급부(120) 및 온도 보상부(130)로 공급되는 전원으로 사용된다.

그러므로, 배터리 전압(VBAT)의 변화가 발생하더라도 상기 바이어스 공급부(120)로 공급되는 전압은 일정한 전압레벨을 가지는 기준전압(VTH)으로 유지되기 때문에 제 20 트랜지스터(Q40)를 통해 바이어스 전류(Io)는 배터리 전압(VBAT) 변동에 영향을 받지 않고 일정하게 출력된다.

그러나, 상기 전압 제어부(110)의 최소 기준전압(VTH)은 상기 바이어스 공급부(120)가 안정된 동작을 수행할 수 있는 약 1V 전압 이상으로 설정해야만 한다.

도 3 는 종래와 본 발명에 따른 배터리 전원전압(VBAT)의 변동과 기준전압(VTH)의 레벨에 따라 변화되는 바이어스 전류(Io)를 나타내는 파형도이다.

도 3 을 참조하여 보면, 본 발명은 ①,①′. ②,②′, ③,③′에서 볼 수 있듯이 배터리 전원전압(VBAT)의 변화에 따라 바이어스 전류(Io)는 다음과 같이 변화하게 된다.

T1 시간에서 배터리 전원전압(VBAT)이 VTH1로 설정된 기준전압보다 낮아질 경우이므로 상기 배터리 전원전압(VBAT)은 제 1 트랜지스터(Q21)의 콜렉터 에미터간 전압에 따라 증가된다.

배터리의 전원전압(VBAT)이 증가하여 T1 시간에 도달할 경우이므로 상기 배터리 전원전압(VBAT)은 더 이상 증가되지 않고 기준전압인 VTH1로 제한된다.

그러므로, 상기 배터리의 전원전압(VBAT)은 설정된 시간 T1 까지 전압 변동이 있으므로 바이어스 전류(Io)도 전류 변동이 발생되지만, 시간 T1 이후부터는 바이어스 전류(Io)가 일정한 크기로 제어된다.

또한, 상기 전압 제어부(110)를 통해 기준전압이 VTH2 내지 VTH3으로 달라질 경우 설정시간 T2 내지 T3에 도달할 때까지 각각의 바이어스 전류(Io2, Io3)도 다르게 변화되지만, 설정된 시간 이후부터는 각각의 바이어스 전류(Io2,Io3)가 일정한 크기로 제어된다.

따라서, 본 발명은 휴대용 전자 제품에 주로 사용되는 배터리 전원에 전압 변동이 발생하더라도 미리 설정해 둔 기준전압 레벨에 따라 바이어스 전류의 변동 범위를 제어시킬 수 있으므로 일정시간 후, 바이어스 전류를 일정하게 출력된다.

본 발명은 휴대용 전자 제품에 사용되는 배터리 전원이 부하에 영향을 받아 전압 변동이 발생하더라도 바이어스 전류를 일정하게 공급하여 안정된 회로 동작을 수행시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 스위칭 신호에 응답하여 제 1 전압 및 제 2 전압을 발생하는 구동신호 발생부; 상기 구동신호 발생부의 제 1 전압에 의해 구동되어 배터리 전원을 소정 기준전압으로 전압 강하하는 전압 제어부; 상기 전압 제어부의 기준전압을 공급받아 부하에 따라 일정한 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 공급부; 상기 바이어스 공급부의 바이어스 전류가 온도 변화에 일정하도록 제어하는 온도 보상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 변동을 보상하는 바이어스 회로.