KR20060123172A

KR20060123172A - 전류-조정 충전 펌프 드라이버에 커패시터-비례 전류를제공하는 집적 장치

Info

Publication number: KR20060123172A
Application number: KR1020067009778A
Authority: KR
Inventors: 폴 더블유. 2세 라담; 존 씨. 캔필드
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-12-01
Also published as: WO2005043734A1; CN100505489C; EP1676355B1; JP4515457B2; EP1676355A1; DE602004027749D1; US6873203B1; ATE471592T1; US20050083110A1; JP2007510392A; CN1938926A; KR101191701B1

Abstract

집적회로(10)는 배터리(18)로부터 부하로 흐르는 전류를 외부 전류 감지 저항을 필요로 하지 않고 조정한다. IC는 제1 충전 펌프(12), 모델 충전 펌프(14), 전류 감지 회로(U3, M2), 모델 충전 펌프의 출력에서의 전압 레벨을 제1 충전 펌프의 출력에서의 전압 레벨과 동일하게 되도록 강제하는 제1 제어 회로, 및 모델 충전 펌프에 의해 만들어진 모델 전류를 기준 전류(Iref)와 동일하게 되도록 강제하는 제2 제어 회로를 포함한다. 제1 충전 펌프를 통과하는 전류는 배터리 전력원의 입력 전압 변동에 관계없이 외부 플라잉 커패시터(Cp)의 커패시턴스 값에 의해 확립된 레벨로 조정된다.

집적회로, 배터리, 충전 펌프, 전압 레벨, 전력원, 정전류원

Description

전류-조정 충전 펌프 드라이버에 커패시터-비례 전류를 제공하는 집적 장치{INTEGRATED DEVICE PROVIDING CURRENT-REGULATED CHARGE PUMP DRIVER WITH CAPACITOR-PROPOTIONAL CURRENT}

본 발명은 표면 장착 기술에 적용되는 집적 회로 컴포넌트에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 출력 전류의 크기가 단일의 외부 충전 펌프 커패시터의 스케일링(scaling)을 통해 조정되는 전류 조정 충전 펌프를 포함하는 집적 회로에 관한 것이다.

배터리로 동작하는 기기가 전세계에 걸쳐 급격히 증가하였다. 셀폰 핸드셋, 휴대용 라디오 및 재생 유닛, 개인 휴대 정보 단말기, LED(light emitting diode) 전등, 및 무선 보안 및 원격 제어 시스템은 그러한 가전 제품의 수 많은 예중 단지 일부이다. 이들 기기에 공통적으로 채용되는 유형의 소형 배터리는 정전류 또는 일정한 전압을 일반적으로 만들어 내지 못한다. LED 같은 출력 부하에 정전류를 공급하기 위해, 피드백 조정 기술이 채용된다. 조정은 안정기(ballast) 저항으로 간단히 이루어지거나 또는 피드백 제어를 하는 집적 회로로서 복잡하게 이루어질 수 있다.

LED는 전형적으로 특정 셀 또는 저전압 배터리에 의해 제공된 전압 전위를 종종 초과하는 공급 전압 전위를 필요로 한다. 예를 들면, 백색 LED는 20 밀리암페어(mA)에서 일반적으로 3.5 볼트, 최대 4.0 볼트의 포워드 전압을 갖는 반면, 단일-셀 리튬 배터리는 대략 3.6 볼트를 공급하고 직렬인 두개의 알카라인 셀은 대략 3.0 볼트를 공급한다. 이러한 환경에서, 전압을 LED에 공급하기에 적절한 레벨로 승압하기 위해 전압 컨버터가 일반적으로 채용된다.

공지된 집적 회로 승압 컨버터(IC1)의 일 예가 도 1에 도시되어 있다. 이 예에서, 승압 컨버터(IC1)는 본 발명의 양수자인 Tyco Electronics Corporation이 공급하는 타입 RYC 9901 고전력 멀티 LED 승압 컨버터 또는 그 등가물일 수 있다. 이 회로(IC1)는 단일의 리튬 셀 또는 직렬인 두개의 알카라인 셀을 포함하는 배터리(B)로 동작될 수 있고, 직렬인 8개의 LED까지 구동할 수 있으며 도 1에는 두개의 LED(D1 및 D2)가 도시되어 있다. 정상 동작 시에, IC1은 불연속 도전 모드 비고립(non-isolated) 플라이백(flyback) 컨버터로서 동작한다.

NMOS 트랜지스터 스위치(M1)가 도전하는 경우, 배터리(B)로부터의 전류는 외부 인덕터(L1)로 흘러 자기장을 전개한다. 스위치(M1)가 턴오프되면, 인덕터에서 전류가 흘러나와 쇼트키 다이오드(SD1)를 경유하여 저장 커패시터(C2)로 흘러간다. 저장 커패시터(C2)가 충전되면, 배터리(B)로부터 공급된 전압보다 더 높은 전압에서 하나 이상의 직렬 접속된 LED(D1 및 D2) 및 피드백 제어 신호를 IC1에 제공하는 전류 감지 저항(R1)을 통해 전류가 흐른다. 입력 필터 커패시터(C1)가 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, IC1은 또한 도시된 바와 같이 접속된 증폭기(U1 및 U2), AND 게이트(G1), 래치(LA1) 및 내부 전류 감지 저항(R2)을 포함하는 내부 소자들을 포함할 수 있다.

LED 같은 부하에 정전류를 제공하기 위한 또 다른 공지된 방법에서는 충전 펌프 회로 토폴로지(topology)를 채용한다. 예를 들면, 미국 캘리포니아주 써니베일의 Maxim Integrated Products, Inc.가 공급하는 유형 MAX684 전압 조정 충전 펌프는 세개 이상의 백색 컬러 LED에 전력을 공급할 수 있다. MAX684 충전 펌프 조정기는 2.7V 내지 4.2V 입력에서 5볼트를 생성하지만, 각 LED에 대한 전류 소스 또는 안정기 저항 뿐만 아니라 외부 커패시터를 필요로 한다. 안정기 저항은 필요한 큰 전압 강하 만큼 드라이버의 효율을 떨어뜨린다. 휘도를 제어하기 위해, Maxim사는 PWM 휘도 제어에 의해 제어되는 외부 스위칭 트랜지스터 채용을 제안한다.

도 2a를 참조하면, 종래의 단일 충전 펌프 전압 더블러(doubler)/인버터가 도시되어 있다. 단자(1 및 2) 양단에 인가된 DC 전압은 커패시터(Ci) 같은 입력 전하 저장소에 저장된다. 스위치(S1 및 S2)가 닫히면, 전하는 전류 흐름(Ia)에 따라 입력 커패시터(Ci)로부터 소위 "플라잉(flying)" 커패시터(Cf)로 이동된다. 스위치(S1 및 S2)가 개방되고, 전위는 이제 플라잉 커패시터(Cf) 양단에 나타나게 된다. 그러면, 스위치(S3 및 S4)가 닫히고, 플라잉 커패시터(Cf) 양단의 전하는 커패시터(Co) 같은 출력 전하 저장소로 이동한다. 스위치(S3 및 S4)가 개방되고, 출력 저장소(Co) 양단의 전하는 부하에 공급될 수 있다. 도 2a에 도시된 충전 펌프의 스위치 쌍(S1-S2 및 S3-S4)이 비오버래핑(non-overlapping) 클록 간격 동안 닫혀있는 적절한 동작이 중요하다. 따라서, 클록 회로는 도 2b에 도시된 바와 같이(S1 및 S2를 제어하기 위해 인가된) 제1 스위치 위상(PHI1) 및 (S3 및 S4를 제어 하기 위해 인가된) 제2의 비오버래핑 스위치 위상(PHI2)를 발생시킨다. (실제에서, 액추얼 클록 비오버랩은 도 2b의 그래프보다 더 작다.) 단자(4)가 단자(1)에 접속되는 경우에는 결과적으로 전압 더블러가 된다. 단자(3)이 단자(2)에 접속되는 경우에는 결과적으로 전압 인버터가 된다. 스위치(S1, S2, S3 및 S4)가 MOS 스위치로 구현되면, 이들 스위치가 닫히는 어느 한 방향으로 전류가 흐르게 할 수 있기 때문에, 출력에서 입력으로 뿐만 아니라 입력에서 출력으로 에너지를 이동시킬 수 있다. 이러한 종래의 토폴로지가 만족스럽게 동작하였지만, 도 1의 인덕터 기반 솔루션과 같이, 종래의 충전 펌프 솔루션은 외부 부하를 통해 정전류 흐름을 조정하고 유지하기 위해 외부 감지 저항을 일반적으로 필요로 하였다.

이러한 미해결 필요성으로 인해, 종래의 한계 및 단점을 극복하는 방식으로, 부하로의 출력 전류의 크기가 단일의 외부 플라잉 커패시터의 커패시턴스를 스케일링함으로써 조정되고 스케일링된 레벨로 유지되는 충전 펌프 토폴로지를 사용하는 단일의 집적회로 드라이버를 제공할 필요성이 대두되었다.

본 발명의 일반적인 목적은 공급 전압 범위 내에서 공급 전압의 변화와 관계없이 정전류로 부하를 구동하는 전자 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 출력 전류의 크기가 외부 플라잉 커패시터의 값을 선택함으로써 확립되는 전류 조정 충전 펌프를 포함하는 전자 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부 플라잉 커패시터에 의해 설정된 모델 충전 펌프 전류를 제1 충전 펌프에 의해 만들어진 출력 전류와 비교하여 제1 충전 펌프 회로 장치 내에 외부 플라잉 커패시터의 값을 선택함으로써 조정된 출력 전류를 선택가능하게 하는 듀얼 충전 펌프 회로 토폴로지에 기초하여, 입력 전압의 범위에 걸쳐 일정한 출력 전류를 공급하는 전자 드라이버 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 임의의 외부 전류 감지 저항 필요없이, 일반적으로 배터리 전력 공급으로 제공되는 입력 전압 범위에 걸쳐 정전류로 하나 내지 네개의 수퍼-브라이트(bright) LED를 구동하는 저비용, 고주파 충전 펌프 집적 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공지된 저비용 CMOS IC 프로세스를 사용하여 제조될 수 있고, 외부 인에이블 및 사용자 설정가능 조정 구동 전류를 갖는 저비용의 6핀 전류 조정 충전 펌프 드라이버 IC를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상으로서, 전력원으로부터 부하로 흐르는 전류를 조정하는 전기 시스템이 제공된다. 이 특정 양상에서, 전기 시스템은 후술하는 상호접속된 구조의 소자들을 포함한다. 전류 통과 조정기 소자는 전력원에 접속가능하고 그 전력원으로부터 인출된 공급 전류를 제어하도록 기능한다. 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로는 전류 통과 조정기 소자에 접속되는 입력과 부하에 접속가능한 출력을 구비한다. 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로는 출력 저항 성분의 크기를 결정하는 사용자 설정가능 출력 저항 성분 결정 소자를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 전류 결정 소자는 제1 충전 펌프 회로 내에 플라잉 커패시터를 포함한다. 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로는 전류 통과 조정기 소자에 접속되고, 모델 전압 승산 회로 출력 전류(Imodel)와 동일한 출력 전류를 공급하는 전류 감지 회로에 출력을 제공하는 입력을 포함한다. 기준 전압(Iref)을 싱크(sink)하는 정전류원은 전류 감지 출력에 접속된다. 전류 감지 회로는 모델 전압 승산 회로의 출력을 제1 전압 승산 회로 출력과 동일하게 되도록 강제한다. 따라서, 제1 및 모델 전압 승산 회로 모두 동일한 단자 전압 또는 동작을 향유한다. 따라서, 제1 전압 승산 회로 출력 전류 대 모델 전압 승산 회로 출력 전류의 비율은 승산 회로 설계에 의해 고정되고 단자 전압에 의해 고정되지는 않는다. 바람직한 실시예에서, 이 비율은 내부 커패시터의 커패시턴스 대 외부 커패시터의 커패시턴스 간의 비율로서 확립된다. 제어 회로는 전류 통과 조정기 소자를 제어하여 전류(Imodel)가 기준 전류(Iref)와 동일하게 되도록 강제한다. 이와 같은 방식에서, 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로를 통과하는 전류는 전력원의 입력 전압 변동에 관계없이 사용자 설정가능 전류 결정 소자에 의해 확립된 레벨로 조정된다. 본 발명의 관련된 양상은 외부 또는 내부 전류 감지 저항을 요구하지 않고 배터리 전력원으로부터 부하로 흘러가는 전류를 조정하는 집적 회로를 제공한다. 이러한 관련 양상은 출력 전류의 스케일링된 카피(copy)를 생성하기 위해 제1 충전 펌프를 "미러링(mirror)"하는 모델 충전 펌프를 사용함으로써 실현된다. 두개의 충전 펌프는 일치하게 제어되어, 스케일링된 모델 전류가 내부 전류 기준에 의해 고정된다. 따라서, 제1 충전 펌프 출력 전류는 임의의 감지 저항없이 안정하게 된다.

본 발명의 다른 양상으로서, 부하에서의 전류 흐름을 직접적으로 감지하지 않고 배터리로부터 부하로 흐르는 전류를 조정하는 방법이 제공된다. 본 발명의 이러한 양상에서, 상기 방법은,

(a) 전류를 배터리로부터 전류 통과 조정기 소자를 통하여 통과시키는 단계,

(b) 전류 통과 조정기 소자로부터의 전류를, 부하로 전류 흐름을 제공하는 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로로 제공하는 단계,

(c) 부하로 흐르게 하기 위한 조정된 전류의 크기를 결정하기 위해 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 사용자 선택가능 출력 저항 결정 소자에 대한 값을 선택하는 단계,

(d) 모델 전류(Imodel)를 생성하기 위해 전류 통과 조정기 소자로부터의 전류를 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로로 제공하는 단계,

(e) 전류 감지 소자를 통해, 그리고 기준 전류(Iref)를 싱크하기 위해 정전류원로 모델 전류를 통과시키는 단계, 및

(f) 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로를 통과하는 전류가 전력원의 입력 전압의 변동에 관계없이 사용자 선택가능 전류 결정 소자에 의해 확립된 레벨로 조정되도록 전류 통과 조정기 소자를 제어하여 전류(Imodel)가 기준 전류(Iref)와 동일하게 되도록 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이들 목적, 잇점, 양상 및 특징 및 다른 목적, 잇점, 양상 및 특징은 첨부 도면과 결합하여 제공되는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 고려하면 충분히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 외부 저항 및 피드백 접속에 의해 모니터링되는 전류 레벨로 부하를 구동하는 종래의 집적 회로 승압 컨버터의 블록 및 개략적인 회로도이다.

도 2a는 종래에 공지된 커패시터 기반 충전 펌프의 간략화된 개략적인 회로도이다.

도 2b는 공통의 수평 시간 베이스에 따라 그려진 두개의 위상 클록 파형의 그래프이다.

도 3은 본 발명의 원리에 따라 부하에 대해 충전 펌프 드라이버를 형성하는 집적 회로의 블록 및 개략적인 회로도이다.

도 4는 도 3 내에 포함된 클록 및 제1 충전 펌프 구조를 도시하는 상세도 및 개략적인 회로도이다.

도 5는 본 발명의 원리에 따라 도 3의 IC를 포함하는 축소 표면-장착 집적 회로 패키지의 확대 평면도이다.

본 발명의 원리에 따라, 그리고 도 3의 회로에 도시된 바와 같이, 집적 회로(10)는 단일의 외부 플라잉 커패시터(Cp)의 커패시턴스 값을 스케일링함으로써 출력 전류의 크기를 조정할 수 있는 전류 조정 충전 펌프를 구현한다. IC(10)는 두개의 충전 펌프, 즉, 제1 충전 펌프(12) 및 모델 충전 펌프(14)를 포함한다. 제1 충전 펌프(12)가 임의의 스위칭 토폴로지를 가질 수 있지만, 도 4의 배열에 따라 전압 더블러를 형성하도록 내부 접속을 하는 것이 가장 바람직하다. 회로 토폴로지가 제1 전파 펌프(12)와 모델 충전 펌프(14) 모두에 대해 동일해야 하지만, 실제의 회로 레이아웃은, 제1 충전 펌프(12)에 의해 만들어지는 공칭 전류가 사용자 선 택 외부적으로 접속된 플라잉 커패시터(Cp)에 의해 설정됨에 따라, 제1 충전 펌프(12)가 모델 충전 펌프(14)에 대하여 비례하여 동작하는 한 스케일링될 수 있다. 제1 충전 펌프(12)를 모델 충전 펌프(14)와 전기적으로 비례하게 함으로써, 모델 충전 펌프(14)는 제1 충전 펌프(12)에 의해 사용되고 소싱되는 전류보다 상당히 더 작은 전류로 동작될 수 있고, 상당히 더 작은 집적 회로 다이 영역을 차지할 수 있다.

제1 충전 펌프(12)는 플라잉 커패시터로서 외부적으로 접속된 커패시터(Cp)를 사용하는 반면, 모델 충전 펌프(14)는 플라잉 커패시터로서 집적 회로 칩 상에 형성된 내부 커패시터(Cm)를 사용한다. 제1 충전 펌프(12)는 IC(10)에 대한 OUT 경로를 형성하는 출력(V1)을 구비한다. 모델 충전 펌프(14)는 출력(V2)을 구비한다. (유한 이득을 갖는)전압 증폭기(U3)는 V1 출력에서 V2 출력을 차감하여 차 전압을 제공한다. 회로(U3)는 연산 증폭기 또는 PMOS 차분 쌍을 포함하는 다양한 방식으로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. U3에 의해 만들어진 차 전압이 PMOS 트랜지스터(M2)의 제어 게이트 전극에 인가된다. PMOS 트랜지스터(M2)는 모델 충전 펌프 출력(V2)와 정전류(Iref)를 접지로 싱크하는 정전류원(16) 사이에 직렬로 접속된다. 회로 소자(U3 및 M2)는 V2를 OUT에 출력 전압으로서 대략적으로 동일하게 하는 전류 감지 회로를 형성한다. 이를 달성하기 위해 필요한 전류는 모델 충전 펌프(14)로부터의 출력 전류인 Imodel이다.

PMOS 트랜지스터(M3)으로서 도 3에 블록도로 도시된 일련의 통과 조정기 소자가 제공되어 리튬 배터리 같은 DC 전력 공급원(18)으로부터 제1 충전 펌프(12) 및 모델 충전 펌프(14)로 입력 구동 레벨을 조정한다. 입력 커패시터(C3)는 충전 펌프(12 및 14) 내에서 발생하는 고주파 스위칭 동작에 응답하여 IC(10)의 입력에서 전압 강하를 최소화한다. 출력 커패시터(C4)는 IC(10)에 의해 공급된 출력 전류에 남아있는 임의의 스위칭 트랜지언트(transient)를 필터링하여 제거하도록 동작한다.

전류 제어 전압 소스(U4)는 PMOS 트랜지스터(12)의 드레인 전극과 정전류원(16) 사이의 노드에 접속된 입력을 구비하고 통과 소자 PMOS 트랜지스터(M3)의 게이트 제어 전극에 접속된 출력을 구비한다. 회로(U4)는 전류 대 전압 컨버터로서 기능하고 Imodel과 입력으로서 감지된 Iref 간 전류 임밸런스의 함수로서 전압 제어를 생성한다. 전압 제어는 통과 소자(M3)의 제어 게이트 전극에 인가되어, PMOS 트랜지스터(M2)를 통과하는 전류(Imodel)이 정전류원(16)에 의해 생성된 내부 고정 기준 전류(Iref)와 동일하게 잔류하도록 한다. Imodel이 Iref보다 크면, U4의 입력에 존재하는 과도 전류는 U4를 통해 그라운드로 싱크되고 M3에 대한 전압 제어로 인해 입력 전류가 감소하게 된다. Imodel이 Iref보다 작다면, U4에 의해 추가의 전류가 정전류원(16)으로 소싱되고 M3에 대한 전압 제어로 인해 충전 펌프로의 입력 전류가 증가하게 된다. 이러한 조정 프로세스는 Imodel을 Iref와 동일하게 유지되도록 자동으로 동작된다.

집적 회로(10)는, 예를 들면, 1.2 MHz 같은 적절한 클록 주파수에서 도 2b에 도시된 비오버래핑 스위칭 신호 Phi 1(즉, Φ1) 및 Phi 2(즉, Φ2)를 생성하여 이들을 제1 충전 펌프(12) 및 모델 충전 펌프(14)에 동시에 인가하는 내부 클록 소 자(20)를 포함한다. IC(10)의 인에이블 핀(EN)에서 참(true) 논리 레벨은 회로가 조정된 전류(Iout)를 생성하여 부하(22)로 제공한다. 부하는 임의의 원하는 부하일 수 있지만, 특히 하나 이상의 수퍼-브라이트 LED를 필요로 하는 것은 아니다. 인에이블 핀(EN)에 인가된 저주파 펄스 폭 변조기(PWM) 신호가 IC(10)를 턴온 및 턴오프하여, 예를 들면, 출력 전류를 변조하고 LED 라이트 레벨을 희미하게 한다(dimming). 예를 들면, 700 마이크로초의 듀티 싸이클로 1 KHz PWM 신호를 인가하게 되면 라이트 레벨은 외부 스위칭 커패시터(Cp)에 의해 설정된 최대 구동 레벨의 70%가 된다.

다수의 LED가 직렬로 또는 병렬로 접속될 수 있다. 병렬로 접속되는 경우에, 제조 허용오차의 범위가 주어지면, 전류 등화 직렬 저항 또는 안정기 저항을 이용하여 다수의 LED의 광 출력 및 전류 흐름을 밸런싱(balance)할 수 있다. 몇개의 수퍼-라이트 LED가 구동되는 경우라면, 출력 광 레벨의 정합을 고려하여 약간의 안정기 저항을 필요로 할 수 있다. 이들 저항은 전형적으로 상술한 종래 기술에 사용되는 고정 출력 전압 설계 기술에서 보다 더 작고 더 효율적일 수 있다. 예를 들면, 도 5에는 네개의 수퍼-브라이트 LED(D10, D11, D12 및 D13)가 도시되어 있으며, 이들 각각은 다이오드(D1-D4)의 광 출력을 균일하게 하도록 선택된 직렬의 전류 등화 저항(R10, R11, R12 및 R13)을 구비한다.

통과 소자 PMOS 트랜지스터(M3)에 의해 출력된 입력 전압(Vreg)이 제1 충전 펌프(12) 및 모델 충전 펌프(14) 모두에 공통이고, 두개의 충전 펌프의 출력 전압 모두 강제로 동일하게 되도록 하기 때문에, 모델 충전 펌프(14)에 의해 생성된 출 력 전류는 제1 충전 펌프(12)에 의해 생성된 출력 전류의 스케일링된 복제(scaled replica)이다. 출력 전류(Iout)는 다음과 같이 표현될 수 있다.

회로(U4)가 전류(Imodel)를 기준 전류(Iref)에 동일하게 되도록 하기 때문에, 출력 전류는 다음과 같이 표현될 수 있다.

상수 K는 집적 회로(10)를 적절히 설계함으로써 고정되기 때문에, 조정된 출력 전류(Iout)는 외부 플라잉 커패시터(Cp)의 커패시턴스 값을 선택함으로써 스케일링될 수 있다. 정상 동작시에, IC(10)는 동작 범위 내의 실제 입력 전압에 관계없이 정전류를 부하로 전달한다.

예를 들면, 1.6 내지 3.4볼트의 입력 전압 범위에 걸쳐 IC(10)로부터, 100 나노패럿(nF) 커패시터(Cp)는 대략 30 mA의 출력 전류를 출력하고, 47 nF 커패시터(Cp)는 대략 20 mA의 출력 전류를 출력하며, 22 nF 커패시터는 대략 15 mA의 출력 전류를 출력하고, 10 nF 커패시터는 대략 5 mA의 출력 전류를 출력한다. 스위칭 주파수를 1.2 MHz로 하면, 풀(full) 전류에 도달하는 데는 인에이블 신호의 제1 표명으로부터 대략 4 마이크로초가 걸린다.

IC(10)는 공지된 저비용 CMOS IC 프로세스를 사용하여 제조되는 것이 가장 바람직하다. 도 5에 도시된 바와 같이, IC(10)는 단지 6개의 외부 핀: Cp(핀 1), 그라운드(핀 2), 인에이블(핀 3), Vin(핀 4), OUT(핀 5) 및 Cp2(핀 6)을 구비하는 소형 패키지에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 반드시 필요한 것은 아니지만, 패키지는, 예를 들면, 공칭 길이 3.0 mm, 폭 1.67 mm(핀 제외), 높이 1.35 mm의 산업 표준 표면 장착 SOT-23-6 패키지를 포함할 수 있다. 도시된 장치에서는, 임의의 외부 감지 저항 또는 핀에 대한 필요성이 없고, 준비할 필요도 없다.

따라서, 본 발명은, 전류 범위를 100 mA 이상으로 폭넓게 확장하면서, 외부 플라잉 커패시턴스 값을 선택함으로써 사용자 선택가능한 정전류 조정을 제공하는 충전 펌프 기반 드라이버 집적 회로(10)를 제공한다는 것이 이해될 것이다. 회로(10)는, 예를 들면, 1.6 볼트 내지 5.0 볼트의 폭 넓은 입력 전압 범위로 동작한다. 셧다운(shutdown) 모드에서 인에이블되지 않는 경우에, 회로(10)는 아주 작은 2 ㎂를 인출한다. 회로(10) 인에이블은 펄스 폭 변조되어 LED에 대한 10 대 1 선형 디밍(dimming) 범위를 제공할 수 있다. 집적 회로(10)에 대한 적용예로는, 수퍼-브라이트 LED 플래시라이트, 배터리 전력공급 지시기 조명등, 셀폰 표시 패널 백 라이팅, 키없는 입력 시스템, 무선 보안 시스템, 자동 미터 리더 등이 포함되지만, 이에 명백히 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했으므로, 본 발명의 목적이 완전히 이루어진다는 것이 이해될 것이고, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나 지 않고 구성에 있어서 많은 변경 및 폭 넓은 다른 실시예 및 본 발명의 적용을 제한할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서의 개시 및 설명은 순전히 예시적인 것이고 임의로 한정하고자 하는 것은 아니다.

Claims

전력원으로부터 부하로 흐르는 전류를 조정하는 전기 시스템으로서,

(a) 상기 전력원으로부터 인출된 공급 전류를 제어하도록 전력원에 접속가능한 전류 통과 조정기 소자,

(b) 상기 전류 통과 소자에 접속된 입력과 부하에 접속가능한 출력부를 구비하고, 조정 전류의 크기를 결정하여 부하로 흐르게 하는 사용자 설정가능 조정 전류 결정 소자를 구비하는 제1 전압 승산(multiplying) 유한 출력 저항 회로,

(c) 상기 전류 통과 조정기 소자에 접속된 입력 및 모델 전류(Imodel)를 공급하는 출력을 포함하는 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로,

(d) 상기 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력 전압을 상기 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력 전압과 동일하게 되도록 접속된 전류 감지 회로,

(e) 기준 전류(Iref)을 싱크(sink)하는 정전류원, 및

(f) 상기 전류 감지 회로 및 상기 정전류원에 응답하고, 상기 모델 전류(Imodel)를 기준 전류(Iref)와 동일하게 되도록 전류 통과 조정기 소자를 제어하여 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로를 통과하는 전류가 전력원의 입력 전압 변동에 관계없이 사용자 설정가능 전류 결정 소자에 의해 확립된 레벨로 조정되도록 접속된 제어 회로

를 포함하는 전기 시스템.
제1항에 있어서,

두개의 비오버래핑 위상 클록 생성기를 포함하고, 상기 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로는 클록 생성기에 의해 클록킹되는 제1 충전 펌프를 포함하고, 상기 사용자 설정가능 조정 전류 결정 소자는 조정된 출력 전류 레벨을 확립하기 위해 사용자에 의해 선택된 커패시턴스 값을 갖는 플라잉 커패시터를 포함하는 전기 시스템.
제2항에 있어서,

상기 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로는 제1 충전 펌프와 동기하여 클록킹된 제2 충전 펌프를 포함하는 전기 시스템.
제3항에 있어서,

상기 전류 감지 회로는 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력 전압을 모니터하도록 접속된 제1 입력, 상기 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력 전압을 모니터하도록 접속된 제2 입력 및 전압 비교 출력을 구비하는 전압 비교 회로와, 상기 전압 비교 회로에 응답하고 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력 전압을 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력 전압과 동일하게 하도록 접속된 모델 전류 조정기를 포함하는 전기 시스템.
제4항에 있어서,

상기 전류 감지 회로의 모델 전류 조정기는 정전류원과 직렬로 접속되고, 상기 제어 회로는 모델 전류(Imodel)를 기준 전류(Iref)와 동일하게 유지하도록 전류를 소싱(sourcing)하고 싱크하기 위해 모델 전류 조정기와 정전류원 사이의 노드에 입력 접속을 갖고, 전류 통과 조정기 소자를 통과하는 전류를 제어하도록 접속된 출력을 갖는 전류 제어 소스를 포함하고, 바람직하게는, 상기 전류 통과 조정기 소자는 전압 제어 전류 조정기를 포함하고, 상기 전류 제어 소스는 전압 제어를 출력하기 위한 전류 제어 전압 소스를 포함하는 전기 시스템.
제4항에 있어서,

상기 모델 전류 조정기는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 바람직하게는, 상기 전압 제어 전류 조정기는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 전기 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전기 시스템은 사용자 설정가능 조정 전류 결정 소자가 없는 모놀리딕 집적회로 칩으로서 형성되고, 전력원, 부하 및 사용자 설정가능 조정 전류 결정 소자로의 외부 접속을 구비하며, 바람직하게는, 상기 전기 시스템은 인에이블 신호에 대한 부가의 외부 접속을 갖는 전기 시스템.
제7항에 있어서,

상기 전기 시스템은 전력원 핀, 그라운드 리턴 핀, 부하 핀, 인에이블 핀 및 사용자 설정가능 조정 전류 결정 소자를 접속하기 위한 두개의 핀을 포함하는 6핀 집적 회로 패키지에 포함되고, 바람직하게는, 상기 패키지는 산업 표준 SOT-23 패키지 협약에 부합하는 전기 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력원은 배터리를 포함하고, 상기 부하는 적어도 하나의 LED(light emitting diode)를 포함하는 전기 시스템.
상보성 금속 산화막 실리콘 프로세스에 따라 형성되고, 배터리 전력원으로부터 부하로 흐르는 전류를 외부 전류 감지 저항을 필요로 하지 않고 조정하는 집적 회로로서,

(a) 상기 전력원으로부터 인출된 공급 전류를 제어하도록 배터리 전력원에 접속가능한 전류 통과 조정기 소자,

(b) 상기 전류 통과 조정기 소자에 접속된 입력 및 상기 부하에 접속가능한 출력을 갖고, 외부 플라잉(flying) 커패시터로 핀 접속되는 제1 충전 펌프 - 상기 외부 플라잉 커패시터의 값은 상기 부하로 흐르게 하기 위한 조정 전류의 크기를 고정시키도록 선택됨 -,

(c) 상기 전류 통과 조정기 소자에 접속된 입력 및 모델 전류(Imodel)를 공급하는 모델 출력을 구비하고, 전류 감지 회로 및 기준 전류(Iref)를 싱크하기 위 한 정전류원을 포함하는 모델 충전 펌프 - 상기 전류 감지 회로는 제1 및 모델 충전 펌프의 출력에 접속되어 그 출력에서의 전압 레벨들을 비교하는 기능을 하고 상기 모델 충전 펌프의 출력에서의 전압 레벨을 상기 제1 충전 펌프의 출력에서의 전압 레벨과 동일하게 되도록 함 -,

(d) 상기 전류 감지 회로와 상기 정전류원 사이의 노드에 접속된 전류 소싱/싱크 입력을 구비하고, 상기 전류(Imodel)를 기준 전류(Iref)와 동일하게 하도록 전류 통과 조정기 소자를 제어하여 제1 충전 펌프를 통과하는 전류가 배터리 전력원의 전압 변동에 관계없이 플라잉 커패시터의 커패시턴스 값에 의해 확립된 레벨로 조정되도록 접속된 제어 출력을 구비하는 제어 회로

를 포함하는 집적 회로.
배터리로부터 부하로 흐르는 전류를 부하에서 전류 흐름을 직접적으로 감지하지 않고 조정하는 방법으로서,

(a) 상기 배터리로부터의 전류를 전류 통과 조정기 소자를 통과시키는 단계,

(b) 상기 전류 통과 조정기 소자로부터의 전류를, 조정된 전류 흐름을 부하에 제공하는 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로에 제공하는 단계,

(c) 상기 부하로 흐르게 하기 위한 조정 전류의 크기를 결정하기 위해 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 사용자 설정가능 출력 저항 결정 소자에 대한 값을 선택하는 단계,

(d) 상기 전류 통과 조정기 소자로부터의 전류를 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로에 제공하여 모델 전류(Imodel)를 생성하는 단계,

(e) 상기 모델 전류를 전류 감지 회로를 통해, 기준 전류(Iref)를 싱크하는 정전류원으로 통과시키는 단계,

(f) 상기 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력에서의 전압 레벨을 상기 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로의 출력에서의 전압 레벨과 동일하게 되도록 상기 전류 감지 회로를 제어하는 단계, 및

(g) 상기 전류(Imodel)를 기준 전류(Iref)와 동일하게 하도록 전류 통과 조정기 소자를 제어하여 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로를 통과하는 전류가 전력원의 입력 전압 변동에 관계없이 사용자 설절가능 전류 결정 소자에 의해 확립된 레벨로 조정하는 단계

를 포함하고,

바람직하게는, 상기 전류 통과 조정기 소자로부터의 전류를 제1 전압 승산 유한 출력 저항 회로로 제공하는 단계는 전류를 제1 충전 펌프로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 전류 통과 조정기 소자로부터의 전류를 모델 전압 승산 유한 출력 저항 회로로 제공하는 단계는 전류를 모델 충전 펌프로 제공하는 단계를 포함하며, 상기 사용자 설정가능 출력 저항 결정 소자에 대한 값을 선택하는 단계는 부하로의 조정된 전류 흐름의 크기를 결정하기 위해 외부 플라잉 커패시터의 커패시턴스 값을 선택하는 단계를 포함하는 전류 조정 방법.