KR19990081390A - 전원 공급 회로 - Google Patents

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Abstract

개시되는 본 발명의 전원 공급 회로는 배터리, AC 어댑터 등의 서로 다른 전압 레벨을 갖는 전원으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전자 장치에 탑재되어 안정적인 전원을 상기 전자 장치로 공급한다. 이 전원 공급 회로는 입력되는 서로 다른 두 개 전원의 전압 레벨을 동일한 전압 레벨을 갖도록 변환하여 내부에 구비된 리니어 레귤레이터로 입력한다. 그러므로 상기 리니어 레귤레이터는 열 발생이 감소되는 등 안정적인 동작 특성을 갖게 되어 상기 전자 장치로 제공되는 전원이 매우 안정적이 된다.

Description

전원 공급 회로(POWER SUPPLY CIRCUIT)
본 발명은 전원 공급 회로에 관한 것으로, 구체적으로는 배터리와 AC 어댑터(AC Adapter)등의 서로 다른 전원 공급원으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전자 장치에 탑재되어 사용 가능한 전원 공급 회로에 관한 것이다.
리니어 레귤레이터(Linear Regulator)는 전원 공급 회로에 사용되어 전원이 안정되게 공급되도록 한다. 리니어 레귤레이터는 안정적인 전원 공급을 목적으로 하여 설계되었으나, 입력 전압 레벨이 크게 변화되는 경우, 또는 온도가 변화되는 경우에 그 특성이 변화된다. 일 예로, 입력 전압과 온도의 변화에 따라 출력 전류의 변화되는 리니어 레귤레이터의 특성을 보여주는 그래프가 첨부 도면 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하여, 일반적으로 리니어 레귤레이터는 입력 전압이 높아질수록(출력 전압과 입력 전압의 차가 클수록) 출력되는 전류는 반대로 감소되는 특성을 갖는다. 그리고 리니어 레귤레이터의 온도가 낮을수록 안정된 특성을 갖게된다. 그러므로 되도록 입력 전압의 변화가 적고 온도는 낮은 것이 리니어 레귤레이터의 동작 특성을 좋게 한다. 현재 일반적으로 리니어 레귤레이터를 포함하는 전원 공급회로는 해당되는 전자 장치의 특성(입력 전압의 변화 및 온도 변화 특성)에 따라 적합한 특성을 갖는 리니어 레귤레이터가 사용되고 있다.
한편, 여러 휴대용 전자 장치들, 예컨대 휴대용 컴퓨터 시스템(Portable Computer System), 휴대용 헤드폰 스테레오 장치(Portable Headphone Stereo) 들은 전원을 배터리로부터 공급을 받는다. 이들 전자 장치들은 대부분은 AC 어댑터를 겸용하여 사용이 가능하다. 이 경우에는 상기 전자 장치는 적합한 AC 어댑터(AC Adapter)로부터 정류된 DC 전원을 입력받아 동작한다.
첨부 도면 도 2에는 배터리 또는 AC 어댑터로부터 전원을 공급받아 동작하는 일반적인 휴대용 컴퓨터 시스템을 보여주는 도면이 도시되어있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 휴대용 컴퓨터 시스템(100)은 배터리(200) 또는 AC 어댑터(300)로부터 전원을 공급받아 동작한다. 상기 배터리(200)는 착탈 가능하며, 충전 가능한 배터리(200)이다. 상기 AC 어댑터(300)는 상용 AC 전원을 입력받아 정류하고, 어댑터 연결 잭(101)을 통하여 DC를 공급한다. 이러한 컴퓨터 시스템의 전원 공급 체계를 도시한 도면이 첨부도면 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 AC 어댑터(300)로부터 입력된 전원(Vadp) 또는 상기 배터리(200)로부터 입력된 전원(Vbat)은 각기 다이오드 D101, D102를 통해 DC/DC 컨버터(DC to DC Converter)(110)로 입력된다. 상기 DC/DC 컨버터(110)는 마이크로 컨트롤러(120)와, 시스템 유닛(130), DC/AC 컨버터(DC to AC Converter) (140)에 각기 해당되는 전압 레벨의 전원을 공급한다. 상기 시스템 유닛(130)에는 CPU(Central Processing Unit), 메모리(Memory) 등을 포함하는 장치들이 구성된다. 상기 DC/AC 컨버터(140)는 LCD 패널(150)의 백 라이트(Back Light)용 고전압을 공급한다.
상기 마이크로 컨트롤러(120)는 전원 관리(Power Management)를 포함하는 시스템 제어를 수행하는데, 파워 오프 상태(상기 시스템 유닛(130)과 상기 DC/AC 컨버터(140)의 전원 공급이 중단된 상태)에서도 상기 DC/DC 컨버터(110)로부터 전원을 공급받아 동작한다. 상기 DC/DC 컨버터(110)의 구성은 크게 두 가지로 구분되는데 하나는 시스템 전원 공급부(112)와 마이크로 컨트롤러 전원 공급을 위한 리니어 레귤레이터(114)이다. 상기 시스템 전원 공급부(112)는 상기 시스템 유닛(130)과 상기 DC/AC 컨버터(140)로 입력되는 전원을 그리고 상기 리니어 레귤레이터(114)는 상기 마이크로 컨트롤러(120)로 입력되는 전원(Vcm)을 각기 공급한다.
도 4에는 상기 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하기 위한 리니어 레귤레이터(114)에 의한 전원 공급 체계를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 리니어 레귤레이터(114)는 상기 배터리(200)로부터 9~13V의 전원(Vbat)을, 또는 상기 AC 어댑터(300)로부터 19V의 전원(Vadp)을 입력받아 5V의 전원(Vcm)을 상기 마이크로 컨트롤러(120)로 공급한다.
그런데 상기 리니어 레귤레이터(114)는 상기 배터리(200)와 상기 AC 어댑터(300)로부터 직접 전원(Vbat or Vadp)을 공급받는다. 그러므로 상기 배터리(200)로부터 전원을 공급받아 동작하는 경우에는 문제가 없으나, 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원을 입력받아 동작하는 경우에는 문제가 발생될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 리니어 레귤레이터의 특성은 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vout)의 차가 클수록 동작 효율이 감소하게 된다. 예를 들면, 입/출력 전압 차에 의해 자체 열이 많이 발생하며, 그에 따라 출력 전류가 감소한다. 그리고 리니어 레귤레이터의 온도가 한계값을 벗어나는 경우 자체적으로 온도 보호(Thermal Protection) 기능이 동작하여 전원 공급이 중단 될 수도 있다. 이러한 원인은 상기 리니어 레귤레이터(114)의 특성을 배터리 전압에 특성을 맞추기 때문인데, 이는 휴대용 장치의 특성상 배터리를 기준으로 설계가 되기 때문이다.
이상과 같이, 휴대용 전자 장치에 사용되는 전원 공급 회로는 자체에 구비되는 리니어 레귤레이터의 특성상 상술한 바와 같은 문제점이 발생될 수 있다. 그러나 만약, AC 어댑터로부터 리니어 레귤레이터로 입력되는 전원의 전압 레벨을 배터리로부터 입력되는 전원의 전압 레벨과 동일(유사)한 전압 레벨을 갖도록 한다면 상술한 바와 같은 문제점은 해소 될 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전원 공급 회로에 구비되는 레귤레이터가 안정적인 동작 특성을 갖도록 하는 전원 공급 회로를 제공하는데 있다.
도 1은 입력 전압의 변화에 따른 리니어 레귤레이터의 출력 전류의 변화 특성을 보여주는 그래프;
도 2는 배터리 또는 AC 어댑터로부터 전원을 공급받아 동작하는 일반적인 휴대용 컴퓨터 시스템을 보여주는 도면;
도 3은 도 2에 도시된 휴대용 컴퓨터 시스템의 전원 공급 체계를 보여주는 도면;
도 4는 도 3에 도시된 DC/DC 컨버터에 구비되는 리니어 레귤레이터를 이용한 마이크로 컨트롤러로의 전원 공급 체계를 보여주는 도면;
도 5은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터 시스템의 전원 공급 체계를 보여주는 도면; 그리고
도 6은 도 5에 도시된 전압 레벨 변환부의 상세 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 휴대용 컴퓨터 110 : DC/DC 컨버터
114 : 리니어 레귤레이터 120 : 마이크로 컨트롤러
130 : 시스템 유닛 140 : DC/AC 컨버터
150 : LCD 패널 200 : 배터리
300 : AC 어댑터 400 : 전압 레벨 변환부
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 전원 공급 회로는: 소정의 전압 레벨을 갖는 전원을 출력하는 레귤레이터와; 제 1 전원 및/또는 상기 제 1 전원의 전압 레벨보다 소정 레벨 높은 전압 레벨을 갖는 제 2 전원을 입력받아 상기 레귤레이터로 공급하되, 상기 제 2 전원의 입력시 상기 제 2 전원의 전압 레벨을 상기 제 1 전원의 전압 레벨과 동일한 전압레벨로 변환하여 상기 리니어 레귤레이터로 공급하는 전압 레벨 변환 수단을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전압 레벨 변환 수단은: 상기 제 1 전원 공급원으로부터 전원을 공급받는 제 1 단자에 애노드 단자가 접속된 제 1 의 다이오드와; 상기 제 2 전원 공급원으로부터 전원을 공급받는 제 2 단자에 애노드 단자가 접속된 제 2 의 다이오드와; 상기 제 1 및 제 2 다이오드의 캐소드 단자들이 접속된 노드와 상기 레귤레이터의 전원 입력 단자 사이에 접속된 제 1 의 저항과; 상기 노드에 일단이 접속된 제 2 의 저항과; 상기 제 2 저항의 타단과 상기 레귤레이터의 전원 입력 단자 사이에 접속되는 스위칭 수단과; 상기 제 2 전원의 입력에 따라 상기 스위칭 수단을 온/오프 시키는 스위칭 제어 수단을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 스위칭 수단은 상기 스위칭 제어 수단의 스위칭 제어 따라 온/오프 동작하는 전계 효과 트랜지스터로 구성된다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 전원 공급 회로로 입력되는 각기 다른 전압 레벨을 갖는 전원은 상기 전압 레벨 변환 수단에 의해 동일한 전압 레벨로 변환되어 레귤레이터로 입력된다.
(실시예)
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 신규한 전원 공급 회로는 서로 다른 각각의 전압 레벨을 갖는 입력 전원들을 설정된 일정 전압 레벨(리니어 레귤레이터의 입/출력 전압차를 작게하는 전압 레벨)로 변환하여 회로 내부에 구비된 리니어 레귤레이터로 입력되게 한다. 그러므로 상기 리니어 레귤레이터는 열 발생이 감소되고 안정적인 동작 특성을 갖게 된다.
도 5은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터 시스템의 전원 공급 체계를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 전압 레벨 변환부의 상세 회로도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터 시스템은 도 3에 도시된 바와 같은 일반적인 휴대용 컴퓨터 시스템의 구성과 동일한 구성을 갖고 있음으로 참조 부호를 병기한다.
본 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터 시스템은 전압 레벨 변환부(400)와, DC/DC 컨버터(110)와, 마이크로 컨트롤러(120), 시스템 유닛(130), DC/AC 컨버터(140), LCD 패널(150)로 구성된다. 상기 전압 레벨 변환부(400)는 상기 DC/DC 컨버터(110)로 입력되는 전원의 전압 레벨을 일정하게 한다. 즉, 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원이 입력되는 경우에는 상기 배터리(200)로부터 입력되는 전압 레벨과 동일(유사)한 전압 레벨을 갖도록 한다. 그러므로 상기 DC/DC 컨버터(110)에 구성되는 리니어 레귤레이터(114)는 안정된 동작 특성을 갖게 된다. 상기 전압 레벨 변환부(400)를 제외한 다른 구성 부분은 도 3에 도시된 구성과 동일하므로 그 설명은 생략하며, 구체적으로 상기 전압 레벨 변환부(400)의 회로 구성과 동작을 첨부 도면 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 전압 레벨 변환부(400)는 상기 배터리(200)로부터 전원(Vbat)이 입력되는 경우와, 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원(Vadp)이 입력되는 경우 서로 동일(유사)한 전압 레벨을 갖도록 변환하여 상기 리니어 레귤레이터(114)로 공급한다. 상기 리니어 레귤레이터(114)는 상기 배터리(200)로부터 전원(Vbat)이 입력될 때와, 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원(Vadp)이 입력될 때 서로 동일(유사)한 전압 레벨의 전원을 입력받게 되어 상당히 안정적으로 동작하게 된다. 그러므로 자체 열 발생은 종래와 비교하여 상당히 감소된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전압 레벨 변환부(400)는 제 1 및 제 2 다이오드(Diode)(D401, D402), 제 1 및 제 2 저항(R401, R402), 제 1 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)(FET410)로 구성된 스위칭부(410), 제 2 및 3 전계 효과 트랜지스터(FET421~FET422)와 제 3 및 제 4 저항(R421, R422)으로 구성된 스위칭 제어부(420)로 구성된다. 상기 제 1 전계 효과 트랜지스터(FET410)는 N 타입의 전계 효과 트랜지스터이고, 상기 제 2 및 제 3 전계 효과 트랜지스터(FET421, FET 422)는 P 타입의 전계 효과 트랜지스터이다.
상기 제 1 다이오드(D401)는 상기 배터리(200)로부터 입력되는 전원 입력 단자에, 상기 제 2 다이오드(D402)는 상기 AC 어댑터(300)로부터 입력되는 전원 입력 단자에 구성되어 상기 배터리(200)와 상기 AC 어댑터(300)로 각기 역으로 전류가 입력되지 않도록하는 블록킹 다이오드(Blocking Diode)이다.
상기 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)의 캐소드 단자가 접속된 노드(N400)와 상기 리니어 레귤레이터(114)의 전원 입력 단자(Vin) 사이에는 상기 제 1 및 제 2 저항(R401, R402)이 병렬로 접속되고, 상기 제 1 전계 효과 트랜지스터(FET410)는 상기 제 2 저항(R402)과 상기 리니어 레귤레이터(114)의 전원 입력 단자(Vin)간에 직렬로 접속된다. 상기 제 1 및 제 2 저항(R401, R402)은 상기 리니어 레귤레이터(114)로 입력되는 전원의 전압 레벨을 동일하게 하기 위한 전압 강하용 저항이다. 상기 제 1 전계 효과 트랜지스터(FET410)는 온/오프 스위치로서 동작하여 상기 배터리(200)로부터 전원(Vbat)이 입력되는 경우에는 온 되고, 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원(Vadp)이 입력되는 경우에는 오프 된다. 그러므로 상기 배터리(200)로부터 전원(Vbat)이 입력되는 경우에는 상기 제 1 및 제 2 저항(R401, R402)에 의해 전압 강하가 이루어져 상기 리니어 레귤레이터(114)로 입력된다. 그리고 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원(Vadp)이 입력되는 경우에는 상기 제 1 저항(R401)에 의해서만 전압 강하가 이루어져 상기 리니어 레귤레이터(114)로 입력된다. 이와 같이, 상기 배터리(200)로부터 전원이 입력되는 경우와 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원이 입력되는 경우 각기 다르게 전압 강하가 이루어진다. 상기 제 1 및 제 2 저항(R401, R402)의 저항값은 상기 배터리(200)로부터 전원(Vbat)이 입력될 때와 상기 AC 어댑터(300)로 전원(Vadp)이 입력될 때 서로 동일(유사)한 전압 레벨을 갖도록 설정되며, 특히 최대 로드(Max Load)시의 전압 강하를 고려하여 설계된다.
상기 제 2 및 제 3 전계 효과 트랜지스터(FET421, FET422)는 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원(Vadp)이 입력되는 경우 순차적으로 턴 온(Turn On) 된다. 그러므로 상기 제 1 전계효과 트랜지스터(FET410)는 턴 오프(Turn Off)된다. 그리고 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원이 입력되지 않고 상기 배터리(200)로부터 전원이 입력되는 경우에는 상기 제 2 및 제 3 전계 효과 트랜지스터(FET421, FET422)는 순차적으로 턴 오프 되고 상기 제 1 전계 효과 트랜지스터(FET410)는 턴 온 된다.
이상과 같이, 상기 배터리(200)로부터 전원이 입력되는 경우와, 상기 AC 어댑터(300)로부터 전원이 입력되는 경우 각기 동일한 전압 레벨로 상기 리니어 레귤레이터(114)로 입력되므로 상기 리니어 레귤레이터(114)의 동작 특성은 매우 안정적으로 된다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 전원 공급 회로는 입력되는 서로 다른 두 개 전원의 전압 레벨을 동일(유사)한 전압 레벨을 갖도록 변환하여 내부에 구비된 리니어 레귤레이터로 입력하므로 리니어 레귤레이터의 열 발생이 감소되고 안정적인 동작 특성을 갖게 된다.

Claims (3)

  1. 소정의 전압 레벨을 갖는 전원을 출력하는 레귤레이터와;
    제 1 전원 및/또는 상기 제 1 전원의 전압 레벨보다 소정 레벨 높은 전압 레벨을 갖는 제 2 전원을 입력받아 상기 레귤레이터로 공급하되, 상기 제 2 전원의 입력시 상기 제 2 전원의 전압 레벨을 상기 제 1 전원의 전압 레벨과 동일한 전압레벨로 변환하여 상기 리니어 레귤레이터로 공급하는 전압 레벨 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 레벨 변환 수단은:
    상기 제 1 전원 공급원으로부터 전원을 공급받는 제 1 단자에 애노드 단자가 접속된 제 1 의 다이오드와;
    상기 제 2 전원 공급원으로부터 전원을 공급받는 제 2 단자에 애노드 단자가 접속된 제 2 의 다이오드와;
    상기 제 1 및 제 2 다이오드의 캐소드 단자들이 접속된 노드와 상기 레귤레이터의 전원 입력 단자 사이에 접속된 제 1 의 저항과;
    상기 노드에 일단이 접속된 제 2 의 저항과;
    상기 제 2 저항의 타단과 상기 레귤레이터의 전원 입력 단자 사이에 접속되는 스위칭 수단과;
    상기 제 2 전원의 입력에 따라 상기 스위칭 수단을 온/오프 시키는 스위칭 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은
    상기 스위칭 제어 수단의 스위칭 제어 따라 온/오프 동작하는 전계 효과 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 회로.
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