KR20060036373A - 전원 회로 및 그 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법 - Google Patents

전원 회로 및 그 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법 Download PDF

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Abstract

출력 전압의 출력에 대한 전원 회로가 개시되어 있다. 그 전원 회로는 입력 전압을 제1 소정 전압으로 조정하여 제1 출력 전압을 출력 단자에 출력하는 스위칭 레귤레이터와, 입력 전압을 제2 소정 전압으로 조정하여 출력 단자에 제2 출력 전압을 출력하는 시리즈 레귤레이터부, 스위칭 레귤레이터의 동작을 제어하고 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 소정 전압을 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는, 전원 턴 온 직후, 스위칭 레귤레이터부의 제1 출력 전압 출력을 정지시킴과 동시에 시리즈 레귤레이터부가 제2 소정 전압을 출력하도록 작동시키며, 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압 출력이 제2 소정 전압에 도달하면, 상기 제어 회로부는 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압의 출력을 정지시킴과 동시에 제1 소정 전압의 제1 출력 전압이 스위칭 레귤레이터부로부터 출력되도록 작동된다.

Description

전원 회로 및 그 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법{POWER CIRCUIT AND METHOD OF RISING OUTPUT VOLTAGE OF POWER CIRCUIT}
본 발명은 전원 회로에 관한 것으로, 더 구체적으로는 전원 회로 및 그 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 직류 전원으로 스위칭 레귤레이터와 시리즈 레귤레이터가 있다. 스위칭 레귤레이터는 높은 효율을 제공하기 때문에 많은 장치에 이용되고 있다. 그러나 스위칭 레귤레이터는, 출력 전압의 리플(ripple)과 동작시의 노이즈가 크고, 내부에서 비교적 많은 양의 내부 전력을 소비하기 때문에, 소비 전류가 작은 경부하에 전력이 공급될 때 스위칭 레귤레이터의 효율이 상당히 저하된다. 게다가, 스위칭 레귤레이터는 출력 전압의 상승이나 입력 전압 변동 및 부하 변동에 있어서의 응답 시간이 비교적 느리기 때문에, 부하에 상당한 손상을 입히기 쉽다고 하는 결점을 갖는다.
그러므로, 종래에는, 소프트 스타트 회로를 마련하여, 전원 턴 온 시에 출력 전압 상승을 지연시킴으로써 오버슈트 노이즈(overshoot noise)의 생성을 방지하였다.(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2000-102243호 및 제2001-128445호)
도 5는 소프트 스타트 회로가 마련된 스위칭 레귤레이터의 종례예의 회로도 이다. 도 5에는 입력 전력의 전압을 강하시키는 타입의 스위칭 레귤레이터를 도시하였지만, 입력 전력의 전압을 상승시키는 스위칭 레귤레이터를 대체하여 사용해도 좋다.
도 5에 예시된 스위칭 레귤레이터는 입력 전압(Vin)의 출력 제어를 행하는 스위칭 트랜지스터(Ma)와, 에너지 변환용 인덕터(La) 및 콘덴서(Ca)와, 동기 정류용 트랜지스터(동기 정류 트랜지스터)(Mb)와, 동기 정류 트랜지스터(Mb)와 스위칭 트랜지스터(Ma) 사이의 스위칭 제어를 행하는 PWM 제어 회로와, 출력 전압 검출용 저항(Ra,Rb)을 구비하고 있다. 또한, 스위칭 레귤레이터(100)는 기준 전압(Vref)을 생성하여 출력하기 위한 기준 전압 생성 회로(102)와, 기준 전압(Vref)과 출력 전압이 저항(Ra,Rb)에서 분압된 전압을 비교하기 위한 비교기(CMPa)와, 전원이 턴 온 될 때 기준 전압(Vref)을 서서히 상승시켜 비교기(CMPa)에 인가하기 위한 저항(Rc) 및 콘덴서(Cb)를 포함하는 시정수 회로와, 스위치(SW1)를 포함한다.
이하에서, 소프트 스타트 회로에 대해서만 설명한다.
전원이 턴 온됨과 동시에 스위치(1)는 동시에 온되고, 따라서 콘덴서(Cb)는 저항(Rc)을 통해 기준 전압(Vref)으로 충전된다. 따라서, 비반전 입력 단자의 전압(Va)은 도 6에 도시된 바와 같이 서서히 상승한다. 스위칭 레귤레이터(100)의 출력 전압(Vout)이 기준 전압(Vrdf)에 비례하므로, 출력 전압(Vout)도 도 6에 도시된 방법으로 서서히 상승한다. 이것은 오버슈트에 의해서 노이즈가 발생되는 것을 방지한다.
그러나, 기준 전압을 서서히 상승시킴으로써 출력 전압(Vout)을 서서히 소정 의 전압까지 상승시키는 이러한 방법은, 출력 전압(Vout)이 소정의 전압에 도달하기 위한 시간을 필요로 한다. 따라서, 전원이 턴 온 된 후, 장치가 동작을 시작할 때까지 상당한 시간이 필요하다.
본 발명에 따른 후술되는 공정으로 전술한 문제가 해결될 수 있다.
본 발명은 출력 전압을 출력하기 위한 전원 회로로서, 입력 전압을 설정된 제1 소정 전압으로 조정하여 제1 출력 전압을 출력 단자로 출력하는 스위칭 레귤레이터부와, 입력 전압을 설정된 제2 소정 전압으로 조정하여 제2 출력 전압을 출력 단자에 출력하는 시리즈 레귤레이터부와, 스위칭 레귤레이터의 동작을 제어하고 시리즈 레귤레이터부의 제2 소정 전압을 제어하기 위한 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 전원 턴 온 직후, 스위칭 레귤레이터부의 제1 출력 전압의 출력을 정지시킴과 동시에 시리즈 레귤레이터부로부터 제2 소정 전압이 출력되도록 시리즈 레귤레이터부를 작동시키며, 시리즈 레귤레이터로부터 출력된 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달하면, 제어 회로부는 시리즈 레귤레이터가 제2 출력 전압의 출력을 정지시킴과 동시에 제1 소정 전압의 제1 출력 전압이 스위칭 레귤레이터부로부터 출력되도록 스위칭 레귤레이터부를 작동시키는 전원 회로를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 제어 회로부는, 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달한 후에, 시리즈 레귤레이터부로부터 제1 소정 전압보다 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압을 변화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 상기 제어 회로부는, 전원이 턴 온 되어 제1 소정 시간이 경과하면, 스위칭 레귤레이터부를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 제1 소정 시간은, 전원이 턴 온 될 때 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상이다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 제어 회로부는 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압을 모니터할 수 있고, 그 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압이 제2 소정 전압 이상으로 되면 출력을 시작하도록 상기 스위칭 레귤레이터부를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 상기 제어 회로부는 스위칭 레귤레이터부의 출력 시작 후 제2 소정 시간이 경과하면, 상기 시리즈 레귤레이터에 대하여 상기 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압을 변화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 상기 제2 소정 시간은 스위칭 레귤레이터부가 전압 출력을 개시해서부터 그 스위칭 레귤레이터부의 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상이다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 제어 회로부는, 출력 단자에 접속된 부하를 제어할 수 있고, 전원이 턴 온 될 때부터 상기 시리즈 레귤레이터부에 대하여 상기 제1 소정 전압 보다 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압을 변화할 때까지의 사이에, 그 부하에 대하여 통상 동작보다도 소비 전류가 낮게 되는 경부하 상태로 되도록 제어해도 된다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 시리즈 레귤레이터부는 입력된 제어 신호에 따른 전류를 상기 입력 단자에서 출력 단자로 출력하는 전압 제어 트랜지스터와, 제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 제1 기준 전압 생성 회로부와, 출력 전압을 검출하고, 그 검출된 출력 전압에 비례하는 비례 전압을 생성하여 출력하는 제1 출력 전압 검출부와, 상기 비례 전압이 제1 소정 기준 전압으로 전압 제어 트랜지스터의 작동을 제어하는 전압 제어 트랜지스터 제어 회로부를 포함하고, 상기 제1 기준 전압 생성 회로부는 제어 회로부로부터 제어 신호에 따른 제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 제1 기준 전압 생성 회로부는 입력된 디지털 데이터에 따라 제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 D/A 컨버터를 포함하며, 상기 제어 회로부는 그 D/A 컨버터에서 출력하는 제어 신호가 나타내는 디지털 데이터를 변경하여 D/A 컨버터로부터 출력되는 제1 소정 기준 전압의 전압값을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 상기 시리즈 레귤레이터부는 입력 제어 신호에 따른 전류를 입력 단자에서 출력 단자로 출력하기 위한 전압 제어 트랜지스터와, 제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 제1 기준 전압 생성 회로부와, 출력 전압을 검출하고, 그 검출된 출력 전압에 비례하는 비례 전압을 생성하여 출력하는 제1 출력 전압 검출 회로부와, 상기 비례 전압이 제1 소정 기준 전압으로 되도록 전압 제어 트랜지스터의 동작을 제어하는 전압 제어 트랜지스터 제어 회로부를 포함하고, 상기 제1 출력 전압 검출 회로부는 제어 회로부로부터의 제어 신호에 따른 분압비로 출력 전압을 분압하여 상기 비례 전압을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 회로에서, 상기 스위칭 레귤레이터부는 입력 제어 신호에 따라 스위칭을 행하고, 입력 전압의 출력을 제어하는 스위칭 트랜지스터 회로와, 제2 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 제2 기준 전압 생성 회로부와, 출력 전압을 검출하고, 그 검출된 출력 전압에 비례하는 비례 전압을 생성하여 출력하는 제2 출력 전압 검출 회로부와, 상기 비례 전압이 제2 소정 기준 전압이 되도록 스위칭 트랜지스터 회로부의 스위칭 제어를 행하는 스위칭 제어 회로부와, 상기 스위칭 트랜지스터 회로부의 출력 신호를 평활하게 하여 그 신호를 출력 단자에 출력하는 평활(Smoothing) 회로를 포함하고, 상기 시리즈 레귤레이터부, 제어 회로부, 스위칭 트랜지스터 회로부, 제2 출력 회로부는 하나의 집적 회로에 집적될 수 있다.
또한, 본 발명은 입력 전압을 제1 소정 전압으로 조정하여 제1 출력 전압을 출력 단자로 출력하기 위한 스위칭 레귤레이터부와, 상기 입력 전압을 제2 소정 전압으로 조정하여 제2 출력 전압을 출력 단자로 출력하는 시리즈 레귤레이터부와, 상기 스위칭 레귤레이터의 동작과 시리즈 레귤레이터부의 제2 소정 전압을 조정하는 제어 회로부를 포함하는 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법에 있어서, 전원 턴 온 직후 상기 스위칭 레귤레이부의 제1 전압 출력을 정지시킴과 동시에 시리즈 레귤레이터부로부터 상기 제2 소정 전압이 출력되도록 작동하는 단계와, 상기 시리즈 레귤레이터부로부터 출력된 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달하면, 시리즈 레귤레이터부의 상기 제2 출력 전압의 출력을 정지시킴과 동시에 제1 소정 전압의 제1 출력 전압이 스위칭 레귤레이터부로부터 출력되도록 스위칭 레귤레이터부를 작동시키는 단계를 포함하는, 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 상기 제2 소정 전압은 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달한 후에, 상기 시리즈 레귤레이터부로부터 출력되는 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 되도록 변화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 상기 1 소정 시간은 전원 턴 온 될때부터 시리즈 레귤레이터의 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상이다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압을 모니터하고, 그 제2 출력 전압이 제2 소정 전압 이상이 되면, 스위칭 레귤레이터부의 출력을 시작하도록 신호를 보낼 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 제2 소정 전압은, 상기 스위칭 레귤레이터부의 출력 시작 후 제2 소정 시간이 경과하면, 상기 시리즈 레귤레이터부에 대하여 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 출력되도록 변화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 상기 제2 소정 시간은, 스위칭 레귤레이터부의 출력을 개시해서부터 그 스위칭 레귤레이터부의 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상이다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 출력 단자에 접속된 부하의 동작을 제어하여, 전원이 턴 온 될 때부터, 상기 시리즈 레귤레이터부에 대하여 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압이 변화될 때까지의 사이에서, 상기 부하에 대하여 통상 동작보다도 소량의 전류를 소비하는 상태인 경부하 상태가 되도록 제어해도 된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 상기 시리즈 레귤레이터부에 대해서 상기 제1 소정 전압 보다 더 낮은 전압을 출력하도록 제2 소정 전압을 변화하며, 상기 부하에 대해서, 통상의 전류량이 소비되는 상태인 통상 상태가 되도록 제어해도 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 각 부에 대한 신호의 파형의 예를 도시하는 타이밍 차트이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로의 다른 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로의 다른 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 스위칭 레귤레이터의 통상적인 예를 도시하는 회로도이다.
도 6은 전원이 턴 온 된 경우의 도 5의 각 부에 대한 파형의 예를 도시하는 도면이다.
본 발명을 도면에 도시된 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로의 구성예를 도시한 도면이고 도 2는 도 1에 도시된 전원 회로의 각 부의 신호 파형의 예를 도시하는 타이밍 차트이다.
도 1에서 전원 회로(1)는 스위칭 레귤레이터(2), 시리즈 레귤레이터(3) 및 제어 회로(4)를 포함한다. 스위칭 레귤레이터(2)와 시리즈 레귤레이터(3)는 각각 출력 단자(OUT)에 접속된 부하(10)에 전원을 공급한다. 제어 회로(4)는 입력 전압(Vin)을 모니터하고 스위칭 레귤레이터(2)의 상태, 시리즈 레귤레이터(3)의 상태 및 부하(10)의 상태를 각각 제어한다.
스위칭 레귤레이터(2)의 출력 단자(OUT1) 및 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 단자(OUT2)는 모두 전원 회로(1)의 출력 단자(OUT)에 접속된다. 편의상, 몇 가지 경우의 전압 변화는 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 단자(OUT1) 및 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 단자 (OUT2)가 접속되지 않은 것으로 가정하여 설명한다. 그러한 경우에, 각 레귤레이터의 출력 단자로부터의 전압은 실제 전압과는 다를 수도 있으며, 도 2의 쇄선처럼 도시될 수도 있다. 그러나 실제 전압은 출력 전압(Vout)과 동일하다.
스위칭 레귤레이터(2)는 입력 전압(Vin)의 출력 제어를 행하는 PMOS 트랜지스터를 포함하는 스위칭 트랜지스터(M1)와, NMOS 트랜지스터를 포함하는 동기 정류용 트랜지스터(동기 정류 트랜지스터)(M2)와, 에너지 변환용 콘덴서(C1) 및 인덕터(La)와, 출력 단자(OUT)로부터 출력 전압(Vout)을 분압하여 분압된 전압(Vd1)을 출력하는 출력 전압 검출용 저항(R1,R2)을 구비한다.
또한, 스위칭 레귤레이터(2)는 소정의 기준 전압(Vr1)을 생성하여 출력하는 기준 전압 발생 회로(11)와, 상기 기준 전압(Vr1)과 분압 전압(Vd1)을 비교하여 비교 결과에 따른 전압을 출력하는 비교기(CMP1)와, 그 비교기(CMP1)로부터의 출력 전압에 따라 스위칭 트랜지스터(M1) 및 동기 정류 트랜지스터(M2)에 대하여 PWM 제어를 행하여 스위칭 트랜지스터(M1) 및 동기 정류 트랜지스터(M2)의 스위칭 제어를 행하는 PWM 제어 회로(12)를 더 구비한다.
스위칭 트랜지스터(M1) 및 동기 정류 트랜지스터(M2)는 입력 단자(IN)(입력 전압(Vin)이 입력됨)와 접지 전압(GND) 사이에 직렬로 접속되어 있다. 스위칭 트랜지스터(M1)와 동기 정류 트랜지스터(M2)의 접속부와, 출력 단자(OUT) 사이에 인덕터(L1)가 연결된다. 저항(R1,R2)의 직렬 회로와 콘덴서(C1)가 출력 단자(OUT)와 접지 전압(GND) 사이에는 병렬로 접속되어 있다. 저항(R1,R2)은 분압 전압(Vd1)을 생성하여 비교기(CMP1)의 반전 입력 단자로 출력한다. PWM 제어 회로(12)는 제어 회로(4)로부터의 PWM 신호에 따라 작동된다. 출력 단자(OUT)와 접지 전압(GND) 사이에 부하(10)가 접속된다.
한편, 시리즈 레귤레이터(3)는 출력 단자(OUT)로 출력되는 전류를 제어하여 출력 전압(Vout)은 소정의 전압으로 되도록 제어하는 PMOS 트랜지스터를 포함하는 전압 제어 트랜지스터(M3)와, 출력 단자(OUT)로부터 출력된 전압(Vout)을 분압하여 분압 전압(Vd2)을 생성하여 출력하는 출력 전압 검출용 저항(R3,R4)을 구비한다. 또한, 시리즈 레귤레이터(3)는 입력된 디지털 코드(들)에 따라서 전압(DAout)을 생성하여 출력하는 D/A 컨버터(DAC)와, 분압 전압(Vd2)과 전압(DAout) 사이의 전압 차 따라 전압 제어 트랜지스터(M3)의 동작을 제어하는 연산 증폭 회로(AMP1)를 더 구비한다.
스위칭 레귤레이터(2)는 스위칭 레귤레이터부에, 시리즈 레귤레이터(3)는 시리즈 레귤레이터부에, 제어 회로(4)는 제어 회로부에 각각 포함된다는 것을 유의해야 한다. 또한, D/A 컨버터(DAC)는 제1 기준 전압 생성 회로부에 포함되며, 저항(R3,R4)은 제1 출력 전압 검출 회로부에 포함되고, 연산 증폭 회로(AMP1)는 전압 제어 트랜지스터 제어 회로부에 포함된다. 또한, 스위칭 트랜지스터(M1) 및 동기 정류 트랜지스터(M2)는 스위칭 트랜지스터부에 포함되고, 기준 전압 생성 회로(11)는 기준 전압 생성 회로부에 포함되며, 비교기(CMP1)와 PWM 제어 회로는 스위칭 제어 회로부에 포함되고, 인덕터(L1) 및 콘덴서(C1)는 평활 회로에 포함된다.
전압 제어 트랜지스터(M3)와 저항(R3,R4)은 입력 단자(IN)와 접지 전압(GND) 사이에 직렬로 접속되고, 전압 제어 트랜지스터(M3)와 저항(R)의 접속부는 출력 단자(OUT)에 접속된다. 전압(DAout)은 연산 증폭 회로(AMP1)의 반전 입력 단자에 입력되고, 분압 전압(Vd2)은 연산 증폭 회로(AMP1)의 비반전 입력 단자에 입력된다. 연산 증폭 회로(AMP1)의 출력 단자는 전압 제어 트랜지스터(M3)의 게이트에 접속된다. D/A 컨버터(DAC)는 제어 회로(4)로부터 DAC 제어 신호(Sc2)에 따라서 전압(DAout)을 생성하여 출력한다.
부하 전류(io)가 큰 경우, 전압 제어 트랜지스터(M3)에서 많은 전력량을 소비하기 때문에 효율은 낮지만, 시리즈레귤레이터(3)로, 출력 전압(Vout)의 리플(ripple)과 작동시 노이즈가 작고 또한, 시리즈 레귤레이터(3)는 내부에서 소비되 는 전력을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 부하 전류(io)가 작은 경우에는, 스위칭 레귤레이터(2) 보다 높은 효율을 얻을 수 있다. 게다가, 그러한 시리즈 레귤레이터(3)로, 출력 전압의 상승 시간이 단축될 수 있으며, 입력 전압(Vin)의 변동 및/또는 부하(10)의 변동에 대한 응답을 가속시킬 수 있고, 출력 전압의 높은 안정성을 얻을 수 있다.
이러한 구성에서, 전원의 턴 온 후에 입력 전압(Vin)이 소정치(예를 들어, 도 2에서 2.9V)에 도달한 경우, 제어 회로(4)는 PWM 제어 신호(Sc1)를 PWM 제어 회로(12)에 출력하고, 스위칭 트랜지스터(M1)와 동기 정류 트랜지스터(M2)를 모두 오프시켜 스위칭 레귤레이터(2)의 작동을 정지시킨다. 동시에, 제어 회로(4)는 DAC 제어 신호(Sc2)를 시리즈 레귤레이터(3)의 D/A 컨버터(DAC)에 출력하고 D/A 컨버터(DAC)의 출력 전압(DAout)을 소정 전압(V1)으로 설정한다.
전원 회로(1)의 출력 전압(Vout)은 시리즈 레귤레이터(3)의 제어에 의해서 소정 전압(예를 들어, 도 2에서는 1.5V)까지 상승한다. 이 예에서, 입력 전압(Vin)이 2.9V에 도달한 후 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압(VRout)이 1.5V에 확실히 도달하기까지의 시간을 T1이라고 가정한다. 그 시간(T1)이 경과 후에, 제어 회로(4)는 PWM 제어 회로(12)를 작동시키도록 하는 PWM 제어 신호(Sc1)를 출력한다. 그럼으로써, 스위칭 레귤레이터(2)가 작동되고 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압(DCout)이 소정의 전압인 1.5V까지 상승한다. 이 예에서, 스위칭 레귤레이터(2)가 작동을 시작한 후 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압(DCout)이 1.5V에 확실히 도달할 때까지의 시간을 T2로 가정한다.
이와 같이, 출력 전압 상승 시간이 짧은 시리즈 레귤레이터(3)가 먼저 작동되어, 전원 회로(1)의 출력 전압(Vout)에 소정의 전압이 도달한 후에 스위칭 레귤레이터(2)가 작동된다. 따라서, 오버슈트 노이즈의 생성없이 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압(DCout)을 단시간에 상승시킬 수 있다. 또한, 출력 전압(Vout)의 상승이 2단계로 나누어서 실행되더라도, 통상의 소프트 스타트에 비하여 수분의 1 시간에 출력 전압(Vout)을 상승시킬 수 있다.
또한, 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압(DCout)이 소정의 전압에 도달할 때까지는, 제어 회로(4)는 부하 제어 신호(Sc3)에 의해서 부하(10)의 작동 모드를 제어하고, 부하 전류(io)를 상당히 낮은 값, 예를 들어 슬리프 모드(sleep-mode)까지 낮춤으로써 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압의 상승 시간을 더 단축시킬 수 있다. 시간(T2) 동안에 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 단자(OUT2)로부터 전압이 출력되므로, PWM 제어 회로(12)는, 스위칭 레귤레이터(2)의 동기 정류 트랜지스터(M2)에 의한 관통 전류의 생성을 방지할 수 있도록, 제어 신호(Nout)의 레벨을 로우 레벨로 바꿈으로써 동기 정류 트랜지스터(M2)를 오프시킨다는 것을 유의해야 한다.
시간(T2)이 경과한 후에, 제어 회로(4)는 DAC 제어 신호(SC2)를 D/A 컨버터(DAC)에 출력하고, D/A 컨버터(DAC)의 출력 전압(DAout)을 소정의 전압(V1)보다 낮은 소정의 전압(V2)으로 설정한다. 그러므로, 연산 증폭 회로(AMP1)는 전압 제어 트랜지스터(M3)를 제어함으로써 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압(VRout)을 더 낮추려한다. 그러나, 출력 전압(Vout)이 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압(DCout)에 고정되어 있으므로 낮아질 수 없다. 그 결과, 연산 증폭 회로(AMP1)의 비반전 입력 단자의 전압은 기준 전압으로 작용하는 소정의 전압(V2)에 비하여 높아지고, 연산 증폭 회로(4)의 출력 단자는 하이 레벨로 됨으로써, 전압 제어 트랜지스터(M3)는 오프된다. 따라서, 제어 신호로 전압 제어 트랜지스터(M3)를 턴 오프시킬 필요가 없다.
이 예에서, D/A 컨버터 (DAC)의 출력 전압(DAout)이 소정 전압(V2)으로 설정된 후에, 전압 제어 트랜지스터(M3)에 대한 시간을 T3로 가정한다. 또한, 그 시간(T3) 동안에, 스위칭 레귤레이터(2)의 작동 모드를 비동기 제어에서 동기 제어로 스위칭함으로써 전력 효율이 더 높아진다.
스위칭 레귤레이터(2)가 완전히 상승한 후, 또는, 시간(T2) 경과 후에, 제어 회로(4)는 부하(10)를 소량의 전류를 소비하는 경부하로부터 통상의 전류량을 소비하는 중 부하로 스위칭하기 위하여 부하 제어 신호(Sc3)를 출력함으로써, 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전류 용량을 감소시킬 수 있다. 또한, 시리즈 레귤레이터(3)의 기준 전압(DAout)을 소정의 전압(V2)까지 낮춘 후에 부하(10)를 중 부하로 전환함으로써, 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전류 용량은 경부하에 맞는 소량의 전류 용량이 될 수 있다. 그러므로, 시리즈 레귤레이터(3)를 반도체 장치에 집적할 때의, 회로 면적을 감소시킬 수 있다.
또한, 스위칭 레귤레이터가 작동할 때 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압(VRout)이 전압 제어 트랜지스터(M3)를 완전히 오프되어, 경부하시(예를 들어, 1.3V)에 동작가능한 최소 전압이 되도록 D/A 컨버터(DAC)의 출력 전압(DAout)의 소정의 전압(V2)을 설정하는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 기기가 슬리프 모드 에 들어갈 때, 시리즈 레귤레이터(3)의 작동을 자동적으로 재개하고, 예를 들어, 단지 스위칭 레귤레이터(3)의 출력을 제한함으로써 경부하중에 필요한 1.3V의 전압이 출력된다. 또한, 그 경부하로에 인하여, 스위칭 레귤레이터(2)를 사용할 때보다 전원 효율을 높일 수 있다.
다음, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로의 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 도 3에서는, 도 1과 같은 구성요소는 동일한 도면 부호로 표시하고 더 설명하지 않을 것이다. 여기에서는, 도 1과 상이한 점만이 설명된다.
상이한 점은, 시리즈 레귤레이터(3)의 분압 전압(Vd2)이 도 1의 제어 회로(4)에 입력된다는 것이다. 이 경우, 도 1에서와 같이, 전원 회로(1)의 상승 시간을 단축하기 위해서 소정의 시간(T1)동안 대기하는 대신에, 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압(VRout)이 소정의 전압에 도달한 직후에 스위칭 레귤레이터(2)를 작동하도록 하여(동작하도록 하여), 그럼으로써 출력 전압(Vout)의 상승 시간을 단축 시킬 수 있다.
한편, 도 1 및 도 3에서, 시리즈 레귤레이터(3)는 제어 회로(4)로부터의 DAC 제어 신호(Sc2)에 따라서 전압(DAout)을 출력하는 D/A 컨버터(DAC)와, 분압 전압(Vd2)이 D/A 컨버터(DAC)의 출력 전압(DAout)이 되도록 전압 제어 트랜지스터(M3)의 동작을 제어하는 연산 증폭 회로(AMP1)를 포함한다. 한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 시리즈 레귤레이터(3)는 소정의 기준 전압(Vr2)의 생성하여 출력하는 기준 전압 생성 회로(21)와, 분압 전압(Vd2)이 기준 전압이 되도록, 전압 제어 트랜지스터(M3)의 동작을 제어하는 연산 증폭 회로(AMP1)를 포함한다. 도 4에서, 도 1의 동 일한 구성요소는 동일한 도면 부호로서 표시하고 더 설명하지 않는다. 여기에서, 도 1에 대해 상이한 점만이 설명된다. 또한, 도 4는 도 1과 상이한 시리즈 레귤레이터(3)를 갖는 예시적인 회로를 보여주며, 스위칭 레귤레이터(2)는 도 1의 것과 동일하므로 생략하였다.
도 4에서, 시리즈 레귤레이터(3)는 전압 제어 트랜지스터(M3)와, 출력 전압 검출을 위한 저항(R3,R4,R5)과, 소정의 기준 전압(Vr2)을 생성하여 출력하는 기준 전압 생성 회로(21)와, 분압 전압(Vd2)과 기준 전압(Vr2) 사이의 전압차에 따라 전압 제어 트랜지스터(M3)를 제어하는 연산 증폭 회로(AMP1)와, 스위치(SW2)를 포함한다. 기준 전압 생성 회로(21)는 제1 기준 전압 생성 회로부에 포함되고, 상기 저항(R3,R4,R5)과 스위치(SW2)는 제1 출력 전압 검출 회로부에 포함된다.
저항(R5)과 스위치(SW2)는 직렬로 접속된다. 직렬로 접속되는 이러한 회로는, 저항(R3)에 병렬로 접속된다. 스위치(SW2)는 제어 회로(4)에 의해서 제어(스위치 제어된다)된다. 기준 전압 생성 회로(21)로부터의 기준 전압(Vr2)은 연산 증폭 회로(AMP1)의 반전 입력 단자로 입력된다.
이러한 구성에서, 연산 증폭 회로(AMP1)의 반전 입력 단자에 입력된 전압을 변화하는 대신에, 분압 전압(Vd2)을 변화한다. 제어 회로(4)는 스위치(Sw2)를 오프에서 온으로 전환하고, 시간(T2) 경과 후에 저항(R5)과 저항(R3)을 병렬로 접속한다. 따라서, 저항(R3)과 저항(R4) 사이의 교점인 분압 전압(Vd2)이 상승한다. 그 결과, 연산 증폭 회로(AMP1)의 출력 단자는 하이 레벨이 되어, 출력 전압(VRout)을 감소시키도록 전압 제어 트랜지스터(M3)를 제어한다. 연산 증폭 회로(AMP1)가 작동 하는 경우에는, 출력 전압(VRout)이 감소되지 않으므로, 전압 제어 트랜지스터(M3)는 오프된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로에서, 전원 턴 온 직후, 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압을 제한하여 반면, 시리즈 레귤레이터(3)만 작동시키고, 시간(T1)(즉, 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압(VRout)이 소정 전압에 도달하는 시간) 경과 후, 또는 시리즈 레귤레이터(3)의 출력 전압(VRout)이 소정의 전압에 도달한 후, 스위칭 레귤레이터(2)의 전압의 출력이 시작되고, 시간(T2)(즉, 스위칭 레귤레이터(2)의 출력 전압(DCout)이 소정의 전압에 도달하는 시간) 후에, 시리즈 레귤레이터(3)의 소정의 출력 전압이 상기 소정의 전압보다 낮은 값으로 변화된다. 그럼으로써, 출력 전압(Vout)의 상승 시간을 단축할 수 있고, 출력 전압(Vout)의 오버슈트 노이즈를 방지할 수 있다.
본 발명은 이 실시예로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도 다양한 변형 및 수정이 가능하다.
본 출원은 2003년 12월 2일자로 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 출원번호 2003-40319호를 기초로 한 것으로, 그 출원의 전체 내용은 참고로 여기에 기재되어 있다.

Claims (22)

  1. 출력 전압을 출력하는 전원 회로에 있어서,
    입력 전압을 제1 소정 전압으로 조정하여 제1 출력 전압을 생성하여 출력 단자에서 출력하는 스위칭 레귤레이터부와;
    상기 입력 전압을 제2 소정 전압으로 조정하여 상기 출력 단자를 출력하는 시리즈 레귤레이터부와;
    상기 스위칭 레귤레이터의 동작 제어를 행하는 동시에 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 소정 전압의 제어를 행하는 제어 회로부를 구비하고,
    상기 제어 회로부는, 전원의 턴 온 직후에, 상기 스위치 레귤레이터부의 제1 출력 전압의 출력을 정지시킴과 아울러, 그 시리즈 레귤레이터부로부터 상기 제2 소정 전압이 출력되도록 상기 시리즈 레귤레이터부를 작동시키고,
    상기 제어회로부는, 상기 시리즈 레귤레이터부에서 출력되는 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달하는 경우, 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압의 출력을 정지시킴과 아울러 스위칭 레귤레이터부로부터 상기 제1 소정 전압의 제1 출력 전압이 출력되도록 상기 스위칭 레귤레이터를 작동시키는 것인 전원 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는, 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달한 후에, 시리즈 레귤레이터부에 대해서 제1 소정의 전압보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정의 전압을 변화시키는 것인 전원 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로부는, 전원의 턴 온부터 제1 소정 시간이 경과하면, 상기 스위칭 레귤레이션부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 소정 시간은 전원이 턴 온 될 때부터 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상인 것인 전원 회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압을 모니터하여, 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압이 상기 제2 소정 전압 이상의 전압이 되는 경우, 스위칭 레귤레이터를 작동시켜 출력을 시작하는 것인 전원 회로.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로부는, 스위칭 레귤레이터부의 출력이 시작된 후 제2 소정 시간이 경과하면, 상기 시리즈 레귤레이터부로부터 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압을 변화시키는 것인 전원 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 소정 시간은 스위칭 레귤레이터부의 출력이 시작될 때부터 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상인 것인 전원 회로.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로부는 출력 단자에 접속되는 부하의 동작을 제어하여, 전원이 턴 온 될 때부터 제2 소정 전압이 시리즈 레귤레이터의 출력이 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 출력되도록 변화될 때까지의 시간에서, 상기 부하에 대하여 통상 동작보다도 소량의 전류를 소비하는 상태인 경부하 상태가 되도록 부하를 제어하는 것인 전원 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로부는, 부하가 제2 소정 전압이 시리즈 레귤레이터부로부터 제1 소정 전압 보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압을 변화시킬 때 통상의 전류량이 소비되는 상태인 통상의 상태가 되도록 부하를 제어하는 것인 전원 회로.
  10. 제2항에 있어서, 상기 시리즈 레귤레이터부는,
    입력 제어 신호에 따라서 입력 단자에서 출력 단자로 전류를 출력하는 전압 제어 트랜지스터와,
    제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 제1 기준 전압 생성 회로부와,
    상기 출력 전압을 검출하고, 그 검출된 출력 전압에 비례하여 비례 전압을 생성하여 출력하는 제1 출력 전압 검출 회로부와,
    상기 비례 전압이 제1 소정 기준 전압이 되도록 상기 전압 제어 트랜지스터의 동작을 제어하는 전압 제어 트랜지스터 제어 회로부를 포함하고,
    상기 제1 기준 전압 생성 회로부는 제어 회로부의 제어 신호에 따라 상기 제1 소정 기준 전압을 생성하고 출력하는 것인 전원 회로.
  11. 제10항에 있어서, 제1 기준 전압 생성 회로부는 입력 디지털 데이터에 따라 제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 D/A 컨버터를 포함하고, 상기 제어 회로부는, 상기 제어 신호가 나타내는 디지털 데이터를 변경하여 상기 D/A 컨버터로부터 출력되는 제1 소정 기준 전압의 전압 값을 제어하는 것인 전원 회로.
  12. 제2항에 있어서, 상기 시리즈 레귤레이터부는
    입력 제어 신호에 따라서 입력 단자에서 출력 단자로 전류를 출력하는 전압 제어 트랜지스터와,
    제1 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 제1 기준 전압 생성 회로부와,
    상기 출력 전압을 검출하고, 그 검출된 출력 전압에 비례하여 비례 전압을 생성하여 출력하는 제1 출력 전압 검출 회로부와,
    상기 비례 전압이 제1 소정 기준 전압이 되도록 상기 전압 제어 트랜지스터의 동작을 제어하는 전압 제어 트랜지스터 제어 회로부를 포함하고,
    상기 제1 출력 전압 검출 회로부는 제어 회로부로부터 제어 신호에 따른 분압비로 출력 전압을 분압하여 상기 비례 전압을 생성하는 것인 전원 회로.
  13. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 레귤레이터부는
    입력 제어 신호에 따라 스위칭을 행하여 입력 전압의 출력을 제어하는 스위칭 트랜지스터 회로부와,
    제2 소정 기준 전압을 생성하여 출력하는 제2 기준 전압 생성 회로부와,
    상기 출력 전압을 검출하고, 그 검출된 출력 전압에 비례하는 비례 전압을 생성하여 출력하는 제2 출력 전압 생성 회로부와,
    상기 비례 전압이 제2 소정 기준 전압이 되도록 스위칭 트랜지스터 회로부의 스위칭 제어를 행하는 스위칭 제어 회로부와,
    상기 스위칭 트랜지스터 회로부의 출력 신호를 평활하게 하여 출력 단자에 상기 신호를 출력하는 평활 회로부를 포함하고,
    상기 시리즈 레귤레이터, 상기 제어 회로부, 스위치 레귤레이터 회로부, 제2 출력 전압 검출 회로부 및 스위칭 제어 회로부는 하나의 집적 회로에 집적되는 것인 전원 회로.
  14. 입력 전압을 제1 소정 전압으로 조정하여 제1 출력 전압을 출력 단자에 출력 하는 스위칭 레귤레이터부와, 상기 입력 전압을 제2 소정 전압으로 조정하여 제2 출력 전압을 출력 단자에 출력하는 시리즈 레귤레이터부와, 상기 스위칭 레귤레이터의 동작을 제어하고 시리즈 레귤레이터부의 제2 소정 전압을 조정하는 제어 회로부를 구비하는 전원 회로의 출력 전압을 상승시키는 방법에 있어서,
    전원 턴 온 직후 상기 스위칭 레귤레이터부의 제1 출력 전압의 출력을 정지시킴과 동시에 상기 시리즈 레귤레이터로부는 상기 시리즈 레귤레이터부로부터의 제2 소정 전압이 출력되도록 작동시키는 단계와,
    상기 시리즈 레귤레이터로부터의 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달하면 상기 스위칭 레귤레이터부를 작동시키는 것을 상기 시리즈 레귤레이터부가 정지시킴과 동시에 상기 스위칭 레귤레이터부터의 제1 소정 전압의 제1 출력 전압이 출력되도록 제2 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것인 출력 전압 상승 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 소정 전압은, 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달한 후에, 상기 시리즈 레귤레이터부로부터 출력되는 제1 소정 전압보다 더 낮은 전압이 되도록 변화되는 것인 출력 전압 상승 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스위칭 레귤레이터부는 전원이 턴 온 될 때부터 제1 소정 시간 경과하면, 작동되는 것인 출력 전압 상승 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 소정 시간은 상기 전원이 턴 온 될 때부터 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압이 제2 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상인 것인 출력 전압 상승 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 시리즈 레귤레이터부의 제2 출력 전압이 모니터링되고, 그 제2 출력 전압이 상기 제2 소정 전압 이상의 전압으로 되면, 상기 스위칭 레귤레이터부는 출력을 시작하데 하는 신호를 보내는 것인 출력 전압 상승 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 제2 소정 전압은, 상기 스위칭 레귤레이터부의 출력 시작 후, 제2 소정 시간이 경과하면, 상기 시리즈 레귤레이터부에 대하여 제1 소정 전압보다 낮은 전압이 출력되도록 변화되는 것인 출력 전압 상승 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 소정 시간은 스위칭 레귤레이터부의 출력을 시작해서부터 제1 출력 전압이 제1 소정 전압에 도달할 때까지의 시간 이상인 것인 출력 전압 상승 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 출력 단자에 접속된 부하의 동작이 제어되고, 전원이 턴 온 될 때부터 상기 시리즈 레귤레이터부에 대하여 제1 소정 전압 보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정의 전압이 변화될 때까지의 시간에서, 상기 부하는 통상 동작보다도 소량의 전류를 소비하는 상태인 경부하 상태가 되도록 제어 회로부가 부하를 제어되는 것인 전원 회로.
  22. 제21항에 있어서, 상기 부하는, 상기 시리즈 레귤레이터부에 대해서 제1 소정 전압 보다 더 낮은 전압이 출력되도록 제2 소정 전압을 변화되면, 통상의 전류량이 소비되는 상태인 통상 상태가 되도록, 제어되는 것인 전원 회로.
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