KR20060088997A - 자동 전압 조정기 및 그 방법 - Google Patents

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KR20060088997A
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이경호
박준배
이정우
이승욱
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지씨티 세미컨덕터 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 전압 조정기 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭 조정기와 선형 조정기를 경우에 따라 선택적으로 동작시켜 배터리의 전류 소비를 최소화시키는 자동 전압 조정기 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 배터리로부터 부하 회로에 전압을 공급하기 위한 자동 전압 조정기로서, 배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기, 상기 스위칭 조정기 후단에 연결되어 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하기 위한 선형 조정기 및 상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환됨에 따라 상기 스위칭 조정기 및/또는 상기 선형 조정기를 턴온/턴오프 하기 위한 스위칭 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면 부하 회로에 무관하게 높은 효율을 갖는 자동 전압 조정기의 구현이 가능하다.
스위칭 조정기, 선형 조정기, 전압 조정기, 스탠바이 모드

Description

자동 전압 조정기 및 그 방법{Automatic Voltage Regulator and Method Thereof}
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 전압 조정기의 전체 구성도,
도2는 도1에 도시된 자동 전압 조정기의 시간에 따른 동작 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자동 전압 조정기의 전체 구성도,
도 4는 도 3에 도시된 자동 전압 조정기의 정착 속도를 높이기 위해 선형 조정기가 먼저 턴온 되는 과정을 설명하기 위한 도면,
도5는 스탠바이 모드에서 방전 현상을 설명하기 위한 도면,
도6은 긴 스탠바이 모드에서 선형 조정기를 반복적으로 턴온 하는 과정을 설명하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 자동 전압 조정기
10 : 스위칭 조정기 20 : 선형 조정기
30 : 배터리 40 : 부하 회로
본 발명은 전압 조정기 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭 조정기와 선형 조정기를 경우에 따라 선택적으로 동작시켜 배터리 전류 소비를 최소화시키는 자동 전압 조정기 및 그 방법에 관한 것이다.
전압 조정기(Voltage Regulator)는 전원의 변화에 민감한 전자기기, 컴퓨터, 통신 장비 및 정밀 계측기 등에 안정적인 전원을 공급하기 위한 장치이다.
최근에, CMOS 장치의 공급 전압이 점차 떨어짐에 따라 변화하는 외부 공급 전압으로부터 부하 회로의 공급 전압을 조정하고자 하는 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어, 싱글 셀 리튬-이온(Li-Ion) 배터리의 공급 전압은 약 3.2V에서 4.2V인데 0.18㎛ 공정에서 생산된 MOS 트랜지스터는 1.8V, 0.12㎛ 공정에서 생산된 MOS 트랜지스터는 1.2V의 전압을 요구한다. 핫 캐리어(hot-carrier) 효과를 고려했을 때, 장치의 수명을 보장하기 위해서는 배터리 공급 전압을 부하 회로에서 요구하는 전압에 맞추어야 한다.
일반적으로, 부하 회로가 요구하는 소정의 전압을 인가하기 위해 전압 조정기가 사용된다. 잘 알려진 전압 조정기로는 스위칭 조정기와 선형 조정기가 있다.
스위칭 조정기는 1차 권선과 2차 권선 간의 변압 원리를 이용한 것으로 직류-직류 변환기(DC-to-DC converter)를 예로 들 수 있다. 스위칭 조정기는 출력 전압 이 입력 전압 보다 작아지게 될 때 효율(efficiency)이 매우 향상된다. 즉, 스위칭 조정기를 사용하면 배터리로부터 공급되는 전류는 Vout/Vin에 비례한다. 따라서 부하 회로에 공급되는 전압이 줄어들면 부하 회로에 공급되는 전류는 같아도 배터리로부터 공급되는 전류는 줄어든다. 이는 전체 시스템의 전력 소비를 감소시키고 배터리의 사용 시간을 길게 한다.
하지만, 스위칭 조정기의 실제적인 효율은 100%가 아닐 뿐만 아니라 부하 전류가 0(zero)이 되어도 스위칭 조정기의 스탠바이 전류(stand-by current)가 존재하기 때문에 전류 소비가 있을 수 있다.
또한, 스위칭 조정기는 정착 시간(settling time)이 길고, 낮은 부하 조건에서 낮은 효율을 갖는 문제점이 있다. 스위칭 조정기의 전류 소비를 줄이기 위하여 고정된 클럭 주파수를 사용하는 대신에 펄스 스킵 변조 방법이 사용될 수 있으나, 펄스 스킵 변조 방법은 주파수가 고정되지 않기 때문에 넓은 대역에서 예측 불가능한 노이즈(noise)가 발생할 수 있다. 이런 종류의 노이즈는 오디오와 무선 애플리케이션에서 매우 중요한 요소이다(무선 애플리케이션은 전류를 절약하기 위하여 소정의 타임 슬롯에서만 동작하고 자주 스탠바이 모드로 들어간다).
한편, 선형 조정기는 스위칭 조정기와 달리 부하 회로에 어떠한 노이즈를 주지 않는다. 선형 조정기는 고정된 효율을 갖고, 배터리로부터 부하 전류와 같은 전류를 이끈다. 따라서 부하 전류가 작다면 선형 조정기를 사용하는 것이 전류 소비 측면에서 유리하게 된다.
하지만, 선형 조정기는 기본적인 전력 소비량을 갖고, 일반적으로 스위칭 조 정기에 비해 그 효율이 많이 떨어진다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 부하 조건에 관계없이 높은 효율을 유지하고 스위칭 노이즈의 유입을 최소화하기 위한 자동 전압 조정기 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 부하 회로에 전압을 공급하기 위한 자동 전압 조정기로서, 배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기, 상기 스위칭 조정기 후단에 연결되어 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하기 위한 선형 조정기 및 상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환됨에 따라 상기 스위칭 조정기 및/또는 상기 선형 조정기를 턴온/턴오프 하기 위한 스위칭 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은 배터리의 공급 전압을 조정하여 부하 회로에 인가하는 자동 전압 조정기로서, 상기 배터리의 공급 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기, 상기 스위칭 조정기와 연결된 선형 조정기, 상기 선형 조정기와 상기 배터리 사이에 위치하여 스위칭하는 제1스위칭부, 상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기 사이에 위치하여 스위칭하는 제2스위칭부, 상기 스위칭 조정기의 출력 단자와 상기 선형 조정기의 출력 단자를 연결하기 위한 제3스위칭부 및 상기 부하 회로가 소전류를 소비하는 딥 슬립 모드 또는 스탠바이 모드인 경우 상기 제1 내지 제3스위칭부를 모두 열고, 상기 부하 회로가 일반적인 동작 모드인 경우 상기 제2스위칭부만을 닫음으로써 상기 제1 내지 제3스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명은 반복적으로 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 부하 회로에 전류 소비를 줄이기 위한 자동 전압 조정 방법으로서, 배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기와 상기 스위칭 조정기 후단에서 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하는 선형 조정기를 구비하는 단계, 상기 부하 회로가 일반적인 동작 상태인 경우, 높은 효율과 스위칭 노이즈를 줄이기 위해 스위칭 조정기와 선형 조정기를 함께 턴온하는 단계 및 상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 경우 전류 소비를 줄이기 위하여 선형 조정기만을 턴온하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 반복적으로 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 부하 회로에 전류 소비를 줄이기 위한 자동 전압 조정 방법으로서, 배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기와 상기 스위칭 조정기 후단에서 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하는 선형 조정기를 구비하는 단계, 상기 부하 회로가 일반적인 동작 상태인 경우, 높은 효율과 스위칭 노이즈를 줄이기 위해 스위칭 조정기와 선형 조정기를 함께 턴온하는 단계, 상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 경우 전류 소비를 줄이기 위하여 스위칭 조정기와 선형 조정기를 모두 턴오프하는 단계 및 상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태에서 일반적인 동작 상태로 전환하는 경우 상기 선형 조정기만을 먼저 턴온하고, 이후에 상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기를 함께 턴온하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 전압 조정기의 전체 구성도이다. 도시된 바와 같이 자동 전압 조정기(100)는 배터리(30)로부터 인가되는 전압을 조정하여 부하 회로(40)에 적정한 전압을 공급한다.
본 발명에 따른 자동 전압 조정기(100)는 스위칭 조정기(10), 선형 조정기(20), 다수의 스위치 S1, S2, S3 및 스위치의 동작과 선형 조정기(20)의 파라미터를 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함한다.
스위칭 조정기(10)는 전압을 조정하기 위해 당업계에 널리 사용되는 것으로 대표적으로 직류-직류 변환기(DC-to-DC convertor)가 사용될 수 있다. 스위칭 조정기(10)는 큰 부하가 걸리거나 공칭 동작 조건에서 부하 회로에 전류를 공급하는데 사용된다. 스위칭 조정기(10)는 인덕터 베이스 타입(inductor-based type) 또는 스위치된 캐패시터 타입(switched capacitor type)이 사용될 수 있으나, 전자기에 의한 간섭을 줄이기 위해서 스위치된 캐패시터 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 스위칭 조정기(10)에서 발생한 리플을 제거하기 위하여 선형 조정기(20)가 스위칭 조정기(10)의 후단에 위치한다. 일반적으로 선형 조정기(20)는 매우 좋은 PSRR(Power Supply Rejection Ratio)을 갖도록 설계되기 때문에 선형 조정기(20)의 리플은 무시할 수 있다. 특히, 부하 회로(40)가 노이즈에 민감한 아날로그 및 RF 회로인 경우 선형 조정기(20)의 사용은 필수적이다. 실제로, 스위칭 조정기(10) 후단에 설치된 선형 조정기(20)는 10dB 이상의 노이즈를 제거할 수 있다. 따라서, 전체 PSRR은 부하 회로에 영향을 미치지 않도록 많이 향상될 수 있다. 선형 조정기(20)로는 LDO(Low Dropout Voltage) 조정기를 사용할 수 있다.
또한, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20) 사이에 스위치 S1이 위치하며, 배터리(30)를 선형 조정기(20)에 바이 패스 연결하기 위한 스위치 S2와 배터리(30)를 스위칭 조정기(10)에 연결하기 위한 스위치 S3가 위치한다.
또한, 제어부(미도시)는 부하 조건에 따라 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)를 선택적으로 턴온, 모두 턴온, 모두 턴오프 하기 위하여 스위치 S1, S2, S3를 제어한다.
도2는 도1에 도시된 자동 전압 조정기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 부하 회로(40)에 요구되는 전압에 따라 스위치 S1, S2, S3를 개폐하고, 이에 따라 스위칭 조정기(10) 또는/및 선형 조정기(20)를 동작시킨다.
부하 회로(40)가 무선 애플리케이션인 경우, 전류 소비를 줄이기 위하여 일반 모드(nomal mode)에서 스탠바이 모드(stand-by mode)로 자주 전환 되고, 경우에 따라 딥 슬립 모드(deep-sleep mode)로 전환된다.
최초에 부하 회로(40)가 딥 슬립 모드에 있는 경우 모든 스위치 S1, S2, S3가 열리고 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)는 모두 턴오프 된다.
이후에, 부하 회로(40)가 일반 모드로 전환되면 스위치 S1, S3가 닫히고 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)가 모두 턴온 된다. 이 때, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)의 정착 시간(settling time) 때문에 소정 시간의 셋업 타임(set-up time)이 필요하다.
선형 조정기(20)는 스위칭 조정기(10)의 스위칭 노이즈를 필터링하여 부하 회로(40)에 깨끗한 전원을 공급한다.
한편, 부하 회로(40)가 일반 모드에서 전류 소비를 줄이기 위해 스탠바이 모드로 전환되면 스위치 S1, S3는 열리고 스위칭 조정기(10)는 턴오프 된다. 이와 동 시에 스위치 S2가 닫히고 선형 조정기(20)만이 턴온 되어 배터리(30)에 직접 연결된다. 이 동작 모드에서 선형 조정기(20)는 부하 회로(40)가 요구하는 전압을 유지한다.
선형 조정기(20)의 무활동 전류는 스위칭 조정기(10)에 비하여 매우 작기 때문에 작은 부하 또는 스탠바이 모드에서 효율은 향상될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 조정기(10)가 90%의 효율을 갖고 배터리(30)로부터 100mA 전류가 인가될 때, 10mA 전류는 스위칭 조정기(10)에서 그대로 소비된다. 이후에 부하 전류가 0으로 줄어들 때, 스위칭 조정기(10)에서 10mA 전류는 여전히 존재하게 되고 스탠바이 모드 동안 높은 파워 손실을 초래한다. 한편, 스위칭 조정기(10)의 전류 소비를 절약하기 위하여 펄스 스킵 변조 방법이 사용될 수 있으나, 이는 예측 불가능한 광대역 노이즈를 초래하고, 그것은 오디오 신호에 노이즈를 부가할 수 있다. 더욱이 부하 회로(40)가 아날로그 또는 RF 회로인 경우 예측 불가능한 노이즈에 치명적일 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 스위칭 조정기를 턴오프 하고 선형 조정기만을 턴온 함으로써 예측 불가능한 스위칭 노이즈가 발생하지 않고 낮은 EMI(electromagnetic interference)를 가질 수 있다. 또한 작은 부하 전류에서 선형 조정기(20)의 전류 소비는 극히 미진하기 때문에 전체 전류 소비를 매우 낮게 유지할 수 있다.
이후에, 부하 회로(40)가 다시 일반 모드로 전환되면, 스위치 S1, S3는 닫히는 한편 S2는 열리어 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)가 모두 턴온 된다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 전압 조정기의 전체 구성도이다. 도 3에서 도1과 동일한 참조번호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 가리킨다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 자동 전압 조정기(200)는 스위칭 조정기(10), 선형 조정기(20), 다수의 스위치 S1, S2, S3 및 스위치와 선형 조정기(20)의 파라미터를 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함한다.
선형 조정기(20)와 배터리(30) 사이에 스위치 S1이 위치하며, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20) 사이에 스위치 S2가 위치한다. 또한, 스위칭 조정기(10)의 출력 단자의 전압이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 스위칭 조정기(10)의 출력 단자와 선형 조정기(20)의 출력 단자를 연결하기 위한 스위치 S3가 존재한다.
본 실시예에서는 딥 슬립 모드에서 자동 전압 조정기의 정착 속도를 높이기 위하여 선형 조정기(20)가 먼저 턴온된다.
도면을 참조하면, 딥 슬립 모드에서 모든 스위치가 열리고, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)는 모두 턴오프 된다. 이후에 부하 회로(40)가 일반 모드로 전환되기에 앞서 스위치 S1이 닫히고, 선형 조정기(20)가 먼저 턴온 된다. 선형 조정기(20)는 스위칭 조정기(10)에 비해 정착 시간이 빠르기 때문에 부하 회로(40)가 깨어나는 동안 선형 조정기(20)는 자동 전압 조정기의 정착 시간을 단축시켜 과도 응답 특성을 개선시킨다.
이 때, 선형 조정기(20)의 목표 출력 전압이 스위칭 조정기(10)의 목표 출력 전압과 같은 값이 되도록 제어부는 선형 조정기(20)의 파라미터를 조정하는 것이 바람직하다.
한편, 스위칭 조정기(10)가 긴 시간 동안 턴오프 되는 경우 스위칭 조정기(10)의 출력 단자의 전압이 떨어질 수 있다. 스위칭 조정기(10)의 출력 단자 전압이 소정 값 이하로 떨어지게 되면 스위칭 조정기(10)가 턴온 되었을 때 정착 시간이 길어져 과도 응답 특성이 악화될 수 있다.
따라서, 스위치 S1을 닫아서 선형 조정기(20)를 턴온 하는 경우 스위치 S3를 함께 닫아서 선형 조정기(20)의 출력 단자와 스위칭 조정기(10)의 출력 단자를 연결하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 스위칭 조정기(10)의 출력 단자의 전압이 소정의 전압 값 이하로 떨어진 경우, 스위칭 조정기(10)의 출력 단자의 전압을 빠르게 소정의 전압 값 이상, 즉 원하는 전압으로 끌어올릴 수 있게 된다.
선형 조정기(20)의 턴온 후 소정 시간이 경과하면 스위치 S1과 스위치 S3를 열고 스위치 S2를 닫음으로써 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)를 모두 턴온 하여 부하 회로(40)에 안정적인 전압을 공급한다.
만일, 선형 조정기(20)의 목표 출력 전압을 스위칭 조정기(10)의 목표 출력 전압으로 높인 경우, 스위치 S2가 닫힐 때 선형 조정기(20)의 파라미터를 원상태로 복귀시키는 것이 바람직하다.
이후에, 부하 회로(40)가 스탠바이 모드로 전환되고, 부하 회로(40)가 긴 정착시간을 허용한다면 모든 스위치 S1, S2, S3를 열고, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)를 모두 턴오프 시킨다.
도4는 도3에 도시된 전압 조정기의 시간에 따른 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 스위칭 조정기(10) 보다 선형 조정기(20)를 먼저 턴온 하여 전압 조정기의 정착 시간을 단축시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 딥 슬립 모드에서 스위치 S1, S2, S3가 모두 열리고, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)는 모두 턴오프 된다.
이후에 부하 회로(40)가 일반 모드로 전환되기 직전에 스위치 S1, S3는 닫히고, 스위치 S2는 열리어 선형 조정기(20)만을 턴온 한다. 이러한 스위치 제어를 통하여 정착 시간을 단축 시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 스위치 S2를 닫아 스위칭 조정기(10)의 출력 단자를 선형 조정기(20)의 출력 단자와 연결하는 이유는 스위칭 조정기(10)의 출력 전압을 빠르게 소정의 전압 값으로 끌어 올리기 위함이다.
이후에, 부하 회로(40)가 일반 모드로 들어가면 스위치 S1, S3를 열고, 스위치 S2를 닫아 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)를 모두 턴온 시킨다.
스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)가 모두 동작하는 일반 모드에서는 전술한 실시예에서와 같이 선형 조정기(20)는 스위칭 조정기(10)의 스위칭 노이즈를 필터링하여 부하 회로(40)에 깨끗한 전원을 공급한다.
도면에서, 일반 모드 초기에 나타나는 글리취(glitch)는 스위치 들의 동작 상태가 변할 때 생길 수 있는 과도 응답 특성을 표현한 것으로, 실제로 이러한 글리취 성분은 매우 미미한 수준이다.
이후에 부하 회로(40)가 스탠바이 모드로 들어가면, 스위치 S1, S2, S3가 모두 열리고 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)는 모두 턴오프 된다. 이와 같이 스탠바이 모드나 딥 슬립 모드에서 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)를 모두 턴오프 함으로써 전류 소비를 최대한 줄일 수 있다.
부하 회로(40)가 스탠바이 모드 이후에 다시 일반 모드로 들어가게 되면 전술한 동작과 동일하게 스위치 S1, S3가 닫히어 선형 조정기(20)가 먼저 턴온된다.
한편, 전술한 스위치 제어를 연속적으로 사용하여 전압 조정기의 과도 응답 특성을 보다 개선시킬 수 있다. 즉, 부하 회로(40)가 스탠바이 모드나 딥 슬립 모드에 있을 경우 모든 스위치 S1, S2, S3가 열리고 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)가 모두 턴오프 되기 때문에 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)의 출력 단자들이 방전될 수 있다. 이러한 방전현상은 각종 회로 내에 존재하는 누설 전류에 기인하며, 그 값은 동작 상태나 회로 구성에 매우 민감하게 작용할 수 있다.
따라서, 선형 조정기(20)를 먼저 턴온 하고 이후에 스위칭 조정기(20)를 턴온 하는 방법만으로는 원하는 과도 응답 특성을 얻을 수 없다. 이러한 내용은 도5와 함께 더욱 상세히 기술된다.
도5는 스탠바이 모드에서 방전 현상을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 부하 회로(40)가 스탠바이 모드로 전환되면 스위치 S1, S2, S3는 모두 열리고 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)는 모두 턴오프 된다.
이 때, 스탠바이 모드가 길어지게 되면, 도시된 바와 같이 시간이 경과함에 따라서 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)의 출력 단자의 전압이 점차 낮아진다. 만약, 스탠바이 모드의 시간이 매우 길어지면, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)의 출력 단자의 전압이 모두 방전될 수 있다.
만약, 스탠바이 모드에서 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)의 출력이 소정 전압 이하로 떨어지게 되면, 딥 슬립 모드에서 정상 상태로 전환될 때와 마찬가지로 긴 정착 시간(settling time)을 필요로 하게 된다. 시스템에 따라 요구 조건이 다를 수 있으나 정착 시간이 길어지는 것은 일반적으로 바람직하지 않다.
따라서, 스탠바이 모드가 소정 시간 이상으로 길어질 경우, 소정 시간 마다 스위치 S1과 S3를 닫아서 선형 조정기(20)를 턴온 함으로써 방전된 전하들을 복원해 줄 수 있다.
도6은 긴 스탠바이 모드에서 선형 조정기(20)를 반복적으로 턴온 하는 과정을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 스탠바이 모드가 소정 시간 이상으로 길어져 스위칭 조정기(10) 및 선형 조정기(20)의 출력 단자의 전압이 떨어지게 되면, 잠시 스위치 S1과 S3를 닫아 선형 조정기(20)를 턴온 시킨다. 이렇게 함으로써 출력 단자의 전압을 소정 전압 이상으로 지속적으로 유지시킬 수 있다.
또한, 회로 내에 존재하는 각종의 누설 전류에 기인한 방전에 의해서 전압이 다시 떨어지게 되면, 반복적으로 선형 조정기(20)를 턴온 할 수 있다. 특히, 선형 조정기(20)를 반복적으로 턴온 하면 부하 전압의 강하 폭을 줄일 수 있다.
다만, 이와 같이 선형 조정기(20)를 반복적으로 턴온하는 것은 그 만큼의 전력 소비를 의미하는 것이므로, 선형 조정기(20)를 반복적으로 턴온하여 생기는 전력 소비와 선형 조정기(20)를 반복적으로 턴온하지 않음으로써 생기는 방전 및 길어지는 정착 시간을 서로 고려하여, 적절히 선형 조정기(20)를 반복적으로 턴온하는 시간을 제어할 수 있을 것이다.
이와 같이, 스위칭 조정기(10)와 선형 조정기(20)의 출력 단자의 전압을 소정 전압 이상으로 유지시킴으로써 부하 회로(40)가 일반 모드로 전환될 때 전압 조정기의 정착 시간을 빠르게 할 수 있고, 과도 응답 특성을 개선시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면 부하 회로에 관계 없이 높은 효율을 갖는 자동 전압 조정기의 구현이 가능하다.
또한, 부하 회로에 노이즈를 유입시키지 않고, 높은 효율과 적은 EMI를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 적은 전력 소비 및 적은 노이즈를 요구하는 모든 시스템에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은 간헐적인 타임 슬롯에서 동작하는 무선 애플리케이션에서 높은 효율을 유지하며 안정적인 전압을 공급할 수 있다.

Claims (11)

  1. 부하 회로에 전압을 공급하기 위한 자동 전압 조정기로서,
    배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기;
    상기 스위칭 조정기 후단에 연결되어 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하기 위한 선형 조정기; 및
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환됨에 따라 상기 스위칭 조정기 및/또는 상기 선형 조정기를 턴온/턴오프 하기 위한 스위칭 수단
    을 포함하는 자동 전압 조정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은,
    상기 선형 조정기만을 턴온/턴오프 하기 위한 제1스위칭부,
    상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기를 함께 턴온/턴오프 하기 위한 제2스위칭부
    를 포함하는 자동 전압 조정기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환되는 경우 상기 제1스위칭부에 의해 상기 선형 조정기만을 턴온 하는 자동 전압 조정기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환되는 경우 상기 제2스위칭부에 의해 상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기를 모두 턴오프하는 자동 전압 조정기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태에서 일반적인 동작 상태로 전환되는 경우 상기 제1스위칭부에 의해 상기 선형 조정기만을 먼저 턴온하고, 이후에 상기 제2스위칭부에 의해 상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기를 함께 턴온하는 자동 전압 조정기.
  6. 배터리의 공급 전압을 조정하여 부하 회로에 인가하는 자동 전압 조정기로서,
    상기 배터리의 공급 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기;
    상기 스위칭 조정기와 연결된 선형 조정기;
    상기 선형 조정기와 상기 배터리 사이에 위치하여 스위칭하는 제1스위치;
    상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기 사이에 위치하여 스위칭하는 제2스위치;
    상기 스위칭 조정기의 출력 단자와 상기 선형 조정기의 출력 단자를 연결하기 위한 제3스위치; 및
    상기 부하 회로가 소전류를 소비하는 딥 슬립 모드 또는 스탠바이 모드인 경우 상기 제1 내지 제3스위치를 모두 열고, 상기 부하 회로가 일반적인 동작 모드인 경우 상기 제2스위칭치만을 닫음으로써, 상기 제1 내지 제3스위칭부의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는
    자동 전압 조정기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 부하 회로가 딥 슬립 모드에서 일반적인 동작 상태로 전환되는 경우
    (a) 상기 제1스위칭치 및 상기 제3스위칭치를 닫고,
    (b) 상기 선형 조정기의 출력 전압을 피드백시켜 상기 스위칭 조정기의 출력 전압이 소정 시간 이내에 소정의 출력 전압으로 되도록, 상기 선형 조정기의 파라미터를 조정하고,
    (c) 상기 소정 시간 이후에 상기 제1스위치와 상기 제3스위치를 열고, 상기 제2스위치만을 닫고,
    (d) 상기 선형 조정기의 파라미터를 원상태로 복귀시키는,
    일련의 과정을 수행하는 자동 전압 조정기.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 부하 회로가 스탠바이 모드인 경우, 반복적으로 상기 제1스위칭치와 상기 제3스위치를 개폐하는
    자동 전압 조정기.
  9. 반복적으로 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 부하 회로에 전압을 공급하며, 배터리의 전류 소비를 줄이기 위한 자동 전압 조정 방법으로서,
    상기 배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기와 상기 스위칭 조정기 후단에서 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하는 선형 조정기를 구비하는 단계;
    상기 부하 회로가 일반적인 동작 상태인 경우, 높은 효율과 스위칭 노이즈를 줄이기 위해 스위칭 조정기와 선형 조정기를 함께 턴온하는 단계; 및
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 경우 전류 소비를 줄이기 위하여 선형 조정기만을 턴온하는 단계;
    를 포함하는 자동 전압 조정 방법.
  10. 반복적으로 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 부하 회로에 전압을 공급하며, 배터리의 전류 소비를 줄이기 위한 자동 전압 조정 방법으로서,
    상기 배터리 전압을 상기 부하 회로의 요구 전압으로 감압하기 위한 스위칭 조정기와 상기 스위칭 조정기 후단에서 스위칭 조정기의 노이즈를 필터링하고 상기 부하 회로에 소정의 전압을 공급하는 선형 조정기를 구비하는 단계;
    상기 부하 회로가 일반적인 동작 상태인 경우, 높은 효율과 스위칭 노이즈를 줄이기 위해 스위칭 조정기와 선형 조정기를 함께 턴온하는 단계;
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태로 전환하는 경우 전류 소비를 줄이기 위하여 스위칭 조정기와 선형 조정기를 모두 턴오프하는 단계; 및
    상기 부하 회로가 소전류를 소모하는 상태에서 일반적인 동작 상태로 전환하는 경우 상기 선형 조정기만을 먼저 턴온하고, 이후에 상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기를 함께 턴온하는 단계
    를 포함하는 자동 전압 조정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선형 조정기만을 턴온하는 경우,
    상기 선형 조정기의 출력 전압을 피드백시켜 상기 스위칭 조정기의 출력 전압이 소정 시간 이내에 소정의 출력 전압으로 되도록, 상기 선형 조정기의 파라미터를 조정하는 단계와,
    상기 스위칭 조정기와 상기 선형 조정기를 함께 턴온하는 경우,
    상기 선형 조정기의 파라미터를 원상태로 복귀시키는 단계
    를 더 포함하는 자동 전압 조정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100925357B1 (ko) * 2007-10-02 2009-11-09 지씨티 세미컨덕터 인코포레이티드 집적 회로 칩
CN110377088A (zh) * 2019-07-10 2019-10-25 深圳市锐能微科技有限公司 一种集成电路、低压差线性稳压电路及其控制方法

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