KR20100106854A - 저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법 - Google Patents

저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전원 전압을 입력 받고, 소정 레벨로 시프트 시켜 시프트 전압을 생성하고, 시프트 전압이 소정의 클램핑 전압 이상이 되면, 시프트 전압을 클램핑 전압으로 고정시킨다. 본 발명은 전원 전압에 따라 변동하는 레귤레이터 전압이 생성하고, 시프트 전압과 레귤레이터 전압에 따라 스위칭 동작하는 제1 트랜지스터 및 제1 트랜지스터에 병렬 연결되고 히스테리시스를 발생시키는 제2 트랜지스터를 포함한다. 본 발명은 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터에 흐르는 전류에 따라 생성되는 드레인 전압을 이용해 전원 전압이 저전압 또는 과전압인지 판단한다.
히스테리시스, 저전압, 과전압

Description

저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법{UNDER-VOLTAGE AND OVER-VOLTAGE DETECTION CIRCUIT AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전압의 레벨을 검출하여 저전압 또는 과전압 여부를 판단하는 장치는 비교기를 포함하고 있다. 비교기는 구성이 복잡하고 많은 수의 소자를 필요로 하므로 차지하는 면적이 넓다. 또한, 저전압을 판단하는 장치와 과전압을 판단하는 장치 각각이 비교기를 포함하므로, 저전압 및 과전압을 판단하기 위해서는 더욱 많은 소자와 큰 면적이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 간단한 구성 및 작은 면적을 차지하는 저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로는 전원 전압을 입력 받고, 소정 레벨로 시프트 시켜 시프트 전압을 생성하는 레벨 시프터; 상기 시프트 전압이 소정의 클램핑 전압 이상이 되면, 상기 시프트 전압을 클램핑 전압으로 고정시키는 전압 클램퍼; 상기 전원 전압에 따라 변동하는 레귤레이터 전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 및 상기 시프트 전압과 상기 레귤레이터 전압을 입력받고, 두 전압에 따라 스위칭 동작하는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터에 병렬 연결되고 히스테리시스를 발생시키는 제2 트랜지스터를 포함하며, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터에 흐르는 전류에 따라 생성되는 드레인 전압을 이용해 상기 전원 전압이 저전압 또는 과전압인지 판단하는 전압 검출부를 포함한다. 상기 전압 검출부는, 상기 드레인 전압이 입력되고, 상기 드레인 전압이 상기 레귤레이터 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 정상 범위로 판단하고 제1 레벨의 검출 신호를 생성하며, 상기 드레인 전압이 상기 전원 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 저전압 또는 과전압으로 판단하고 제2 레벨의 검출 신호를 생성하는 구동부를 포함한다. 상기 제1 트랜지스터는 상기 시프트 전압이 입력되는 게이트 전극과 상기 레귤레이터 전압이 입력되는 소스 전극을 포함하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 레귤레이터 전압이 입력되는 소스 전극과 상기 검출 신호를 반전시킨 반전 검출 신호가 입력되는 게이트 전극을 포함한다. 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터는 n-채널 타입의 트랜지스터이다. 상기 레벨 시프터는, 상기 전원 전압이 일단에 입력되고, 일정한 제1 전류를 생성하는 제1 전류원; 및 상기 일정한 전류가 흐르고 다이오드 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 포함한다. 상기 전압 클램퍼는, 상기 시프트 전압이 일단에 인가되는 제너 다이오드 열; 및 상기 제너 다이오드 열에 병렬 연결되고, 상기 제너 다이오드 열이 도통되기전에 상기 제1 전류가 흐르는 경로를 제공 하는 제2 전류원을 포함한다. 상기 전압 레귤레이터는, 일단에 상기 전원 전압이 인가되고 일정한 전류를 생성하는 제1 전류원; 상기 전원 전압이 캐소드 전극에 입력되는 제1 제너 다이오드; 상기 제1 제너 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 제2 전류원; 및 상기 제1 제너 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 게이트 전극 및 상기 제1 전류원의 전류가 공급되는 소스 전극을 포함하는 제3 트랜지스터를 포함하고, 상기 제3 트랜지스터의 소스 전극 전압이 상기 레귤레이션 전압이다. 상기 전압 검출부는, 상기 전원 전압 및 상기 레귤레이션 전압을 공급받고, 상기 드레인 전압이 입력되며, 상기 드레인 전압이 상기 레귤레이터 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 정상 범위로 판단하고 제1 레벨의 검출 신호를 생성하며, 상기 드레인 전압이 상기 전원 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 저전압 또는 과전압으로 판단하고 제2 레벨의 검출 신호를 생성하는 구동부를 포함한다. 상기 제1 트랜지스터는, 상기 시프트 전압이 입력되는 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 소스 전극에 소스 전극이 연결되는 소스 전극을 포함하고, 상기 제2 트랜지스터는, 상기 검출 신호가 반전된 반전 검출 신호가 입력되는 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 소스 전극에 소스 전극이 연결되는 소스 전극을 포함한다. 상기 레귤레이션 전압은, 상기 전원 전압이 증가할 때, 상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제1 구간; 일정한 전압으로 유지되는 제2 구간; 및 상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제3 구간을 순차적으로 포함하고, 상기 전원 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 상기 제2 구간 및 상기 제1 구간 순서로 포함한다. 상기 시프트 전압은, 상기 전원 전압이 증가할 때, 접지 전압으로 유지 되는 제1 구간; 선형적으로 증가 또는 감소하는 제2 구간; 및 상기 클램핑 전압으로 일정하게 유지되는 제3 구간을 순차적으로 포함하고, 상기 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 제2 구간 및 제1 구간 순서로 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른, 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터에 병렬 연결되어 있는 제2 트랜지스터를 포함하는 검출 회로의 구동 방법은 전원 전압을 입력 받고, 소정 레벨로 시프트 시켜 시프트 전압을 생성하는 단계; 상기 시프트 전압이 소정의 클램핑 전압 이상이 되면, 상기 시프트 전압을 클램핑 전압으로 고정시키는 단계; 상기 전원 전압에 따라 변동하는 레귤레이터 전압을 생성하는 단계; 상기 시프트 전압(VA)과 상기 레귤레이터 전압에 따라 상기 제1 트랜지스터를 스위칭 동작시키는 단계; 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 드레인 전압이 상기 레귤레이터 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 정상 범위로 판단하고 제1 레벨의 검출 신호를 생성하며, 상기 드레인 전압이 상기 전원 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 저전압 또는 과전압으로 판단하고 제2 레벨의 검출 신호를 생성하는 단계; 및 상기 검출 신호를 반전시킨 반전 검출 신호에 따라 상기 제2 트랜지스터를 스위칭 시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 트랜지스터를 스위칭 동작시키는 단계는, 상기 시프트 전압이 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에 입력되는 단계; 및 상기 레귤레이션 전압이 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극에 입력되는 단계를 포함한다. 상기 제2 트랜지스터를 스위칭시키는 단계는, 상기 반전 검출 신호가 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극에 입력되는 단계; 및 상기 레귤레이션 전압이 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극에 입력되는 단계를 포함한다. 상기 레귤레이션 전압은, 상기 전원 전압이 증가할 때, 상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제1 구간; 일정한 전압으로 유지되는 제2 구간; 및 상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제3 구간을 순차적으로 포함하고, 상기 전원 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 상기 제2 구간 및 상기 제1 구간 순서로 포함한다. 상기 시프트 전압은, 상기 전원 전압이 증가할 때, 접지 전압으로 유지되는 제1 구간; 선형적으로 증가 또는 감소하는 제2 구간; 및 상기 클램핑 전압으로 일정하게 유지되는 제3 구간을 순차적으로 포함하고, 상기 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 제2 구간 및 제1 구간 순서로 포함한다.
본 발명은 간단한 구성 및 구조를 가지고 저전압 및 과전압을 검출할 수 있고, 차지하는 면적이 종래 검출 회로에 비해 작은 저전압 및 과전압 검출 회로 및 그 구동 방법을 제공한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 검출 회로에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 저전압 및 과전압 검출 회로는 레벨 시프터(100), 전압 클램퍼 (200), 전압 레귤레이터(300) 및 전압 검출부(400)를 포함한다.
레벨 시프터(100)는 전원 전압(VCC)을 입력 받고, 소정 레벨로 시프트 시켜 시프트 전압(VA)을 생성한다.
전압 클램퍼(200)는 시프트 전압(VA)이 소정의 클램핑 전압(Vclamp) 이상이 되면,시프트 전압(VA)을 클램핑 전압(Vclamp)으로 고정시킨다.
전압 레귤레이터(300)는 전원 전압(VCC)에 따라 변동하는 레귤레이터 전압(Vreg)을 전압 검출부(400)에 공급한다.
전압 검출부(400)는 시프트 전압(VA)과 레귤레이터 전압(Vreg)을 입력 받고, 전압 검출부(400)의 반전 검출 신호(OVUV_R)를 피드백 받아 히스테리시스(hysteresis)를 발생시키며, 시프트 전압(VA)이 레귤레이터 전압(Vreg) 보다 작으면 검출 신호(OVUV)를 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조로 검출 회로의 구성을 자세히 설명한다.
레벨 시프터(100)는 정전류원(110) 및 트랜지스터(M3)를 포함한다. 정전류원(110)은 일정한 전류를 생성하고, 트랜지스터(M3)는 다이오드 연결되어 있다. 전류원(110)은 다이오드 연결된 트랜지스터(M3)에 직렬 연결되어 있다. 전원 전압(VCC)에서 트랜지스터(M3)의 문턱 전압을 뺀 전압이 시프트 전압(VA)이 된다. 트랜지스터(M3)의 문턱 전압보다 전원 전압(VCC)이 작으면, 다이오드 연결된 트랜지스터(M3)가 차단되어 시프트 전압(VA)은 접지 전압이다. 전원 전압(VCC)이 트랜지스터(M3)의 문턱 전압 이상이 되면, 트랜지스터(M3)가 도통되고, 전압(VA)은 전원 전압(VCC)을 따라 상승하기 시작한다. 전압(VA)가 클램핑 전압(Vclamp)까지 상승하면, 제너 다이오드가 모두 도통되어 전압(VA)은 클램핑 전압(Vclamp)으로 유지된다.
전압 클램퍼(200)는 정전류원(210) 및 직렬 연결된 복수의 제너 다이오드(D1-DN)로 구성된 제너 다이오드 열(220)을 포함한다. 직렬 연결된 복수의 제너 다이오드의 개수는 클램핑 전압(Vclamp)을 결정한다. 복수의 제너 다이오드의 항복 전압의 합이 클램핑 전압(Vclamp)이 된다. 정전류원(210)은 제너 다이오드 열(220)에 병렬 연결되어 있으며, 레벨 시프터(100)의 정전류원(110)과 연동하여 트랜지스터(M3)의 양단에 일정한 전압이 공급되도록 만들어 주는 역할을 한다. 즉, 복수의 제너 다이오드(D1-DN)로 구성된 제너 다이오드 열이 도통되기 전에 정전류원(110)의 정전류가 접지로 흐르는 경로를 제공한다.
전압 검출부(400)는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 저항(R1) 및 구동부(410)를 포함한다.
구동부(410)는 드레인 전압(VD)에 따라 검출 신호(OVUV) 및 반전 검출 신호(OVUV_R)를 생성한다. 구동부(410)에는 전원 전압(VCC)와 레귤레이터 전압(Vreg)이 공급되고, 드레인 전압(VD)이 입력된다. 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2)에 흐르는 전류에 따라 저항(R1)의 양단에 전압 강하가 발생한다. 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)에서 저항(R1)의 양단 전압을 뺀 전압이다. 구동부(410)는 드레인 전압(VD)이 전원 전압(VCC)에 가까우면 하이 레벨의 검출 신호(OVUV) 및 로우 레벨의 반전 검출 신호(OVUV_R)를 생성하여 출력하고, 드레인 전압(VD)이 레귤레이터 전압(Vreg)에 가까우면 로우 레벨의 검출 신호(OVUV) 및 하이 레벨의 반전 검출 신호(OVUV_R)를 생성하여 출력한다. 트랜지스터(M1)의 게이트 전극 및 소스 전극에는 각각 시프트 전압(VA) 및 레귤레이터 전압(Vreg)이 입력된다. 트랜지스터(M2)의 게이트 전극 및 소스 전극에는 각각 반전 검출 신호(OVUV_R) 및 레귤레이터 전압(Vreg)이 입력된다. 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2)의 드레인 전극은 저항(R1)의 일단 및 구동부(410)의 입력단에 연결되어 있고, 저항(R1)의 타단에는 전원 전압(VCC)이 입력된다. 트랜지스터(M2)의 온 또는 오프에 따라 저항(R1)에 걸리는 전압이 달라지므로, 히스테리시스가 전압 검출부(400)에 발생한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로의 동작 및 전압 검출부(400)에 발생하는 히스테리시스에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 전압(VA) 및 레귤레이션 전 압(Vreg)을 나타낸 도면이다.
도 3에서, 가로축은 전원 전압(VCC)을 나타내고, 세로 축은 전압 레벨이다. 그리고 전원 전압(VCC)이 임계 저전압(UV)부터 임계 과전압(OverV)까지의 구간은 정상범위, 임계 저전압(UV)보다 작은 구간은 저전압 범위 및 임계 과전압(OverV)보다 큰 구간은 과전압 범위라 칭한다.
전원 전압(VCC)이 제1 전압(VT1) 이하인 경우, 시프트 전압(VA)은 접지 전압이다. 전원 전압(VCC)의 제1 전압(VT1)부터 제2 전압(VT2)까지의 구간 안에서, 시프트 전압(VA)은 전원 전압(VCC)에 따라 선형적으로 증가 또는 감소한다. 전원 전압(VCC)의 제2 전압(VT2) 초과 구간에서는, 시프트 전압(VA)은 클램핑 전압(Vclamp)으로 일정하게 유지된다. 전원 전압(VCC)의 제3 전압(VT3) 이하 구간에서는, 레귤레이터 전압(Vreg)은 전원 전압(VCC)에 따라 선형적으로 증가 또는 감소한다. 전원 전압(VCC)의 제3 전압(VT3)부터 제4 전압(VT4)인 구간에서, 레귤레이터 전압(Vreg)은 일정하게 유지된다. 전원 전압(VCC)의 제4 전압(VT4) 이상인 구간에서는, 레귤레이터 전압(Vreg)은 전원 전압(VCC)에 따라 선형적으로 증가 또는 감소한다.
1) 전원 전압(VCC)이 저전압 범위에서 정상 범위로 상승하는 경우 및 전원 전압(VCC)이정상 범위에서 저전압 범위로 하강하는 경우에 대해서 설명한다.
저전압 범위에서 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2)의 게이트 전압(시프트 전압(VA))은 소스 전압(레귤레이터 전압(Vreg))보다 작으므로, 오프 상태이다. 이 때, 드레인 전압(VD)은 저항(R1)에 전류가 흐르지 않으므로 전원 전압(VCC)과 동일 한 전압이다. 따라서 구동부(410)는 하이 레벨의 검출 신호(OVUV) 및 로우 레벨의 반전 검출 신호(OVUV_R)를 생성한다. 전원 전압(VCC)이 임계 저전압 보다 커지면, 트랜지스터(M1)의 게이트 전압이 소스 전압보다 커지고, 전원 전압(VCC)이 전압(UV1)이 되면, 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 문턱 전압에 도달하여, 전류가 흐르기 시작한다. 그러면, 드레인 전압(VD)은 트랜지스터(M1)의 전류가 저항(R1)에 흘러 발생하는 전압 강하에 의해 전원 전압(VCC)보다 작은 전압이 된다. 전원 전압(VCC)이 상승할수록, 트랜지스터(M1)에 인가되는 시프트 전압(VA)이 증가하여 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 증가한다. 그러면, 저항(R1)에 흐르는 전류가 증가하므로, 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)으로 점점 멀어지고, 레귤레이터 전압(Vreg)에 점점 가까워진다. 드레인 전압(VD)이 전원 전압(VCC)보다 레귤레이터 전압(Vreg)에 더 가까운 전압이 되면, 구동부(410)는 검출 신호(OVUV)를 하이 레벨에서 로우 레벨로 바꾸고, 반전 검출 신호(OVUV_R)를 로우 레벨에서 하이 레벨로 바꾼다. 하이 레벨의 반전 검출 신호(OVUV_R)에 따라 트랜지스터(M2) 역시 턴 온 된다. 전원 전압(VCC)의 정상 범위에서는, 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2)가 모두 턴 온 된다. 두 트랜지스터 모두에 전류가 흘러 저항(R1)에 흐르는 전류가 증가한다.
반대로 전원 전압(VCC)이 정상 범위에서 저전압 범위로바뀔 때는 두 개의 트랜지스터(M1, M2)가 온 상태에서 턴 오프된다. 두 개의 트랜지스터(M1, M2)가 온 상태일 때, 저항(R1)에 흐르는 전류가 트랜지스터(M1)만 온 상태일 때 보다 크다. 전원 전압(VCC)이 전압(UV1)으로 감소하여 트랜지스터(M1)가 턴 오프 되더라도, 트 랜지스터(M2)가 아직 온 상태이므로, 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)보다 레귤레이터 전압(Vreg)에 더 가깝다. 레귤레이터 전압(Vreg)은 일정하게 유지되고, 전원 전압(VCC)이 전압(UV2)까지 감소하면, 드레인 전압(VD)이 전원 전압(VCC)에 더 가까워져 구동부(410)는 검출 신호(OVUV)를 로우 레벨에서 하이 레벨로 바꾼다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예의 전압 검출부(400)는, 히스테리시스에 의해 전원 전압(VCC)의 상승 또는 하강에 따라 전원 전압(VCC)이 저전압 범위 및 정상 범위 중 어디에 속하는지를 다르게 판단하다.
2) 다음으로, 전원 전압(VCC)이 정상 범위에서 과전압 범위로 상승하는 경우 및 전원 전압(VCC)이 과전압 범위에서 정상 범위로 하강하는 경우에 대해서 설명한다.
전원 전압(VCC)이 정상 범위에서 제4 전압(VT4)까지 상승하는 동안, 레귤레이터 전압(Vreg)과 시프트 전압(VA)의 차가 계속 증가하므로, 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류는 증가하여 저항(R1)에 흐르는 전류는 증가한다. 전원 전압(VCC)이 제4 전압(VT4)을 넘어서면 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압은 일정하므로, 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류가 일정하게 유지되고, 트랜지스터(M2)의 게이트-소스 전압은 감소하므로, 트랜지스터(M2)에 흐르는 전류는 점차 감소한다. 따라서 저항(R1)에 흐르는 전류는 점점 감소한다. 다만, 저항(R1)에 흐르는 전류가 감소하더라도, 저항(R1) 양단 전압 강하로 인해 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)보다 레귤레이터 전압(Vreg)에 더 가깝다. 전원 전압(VCC)이 제2 전압(VT2)을 넘어서면, 시프트 전압(VA)은 클램핑 전압(Vclamp)으로 고정되므로, 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류 및 트랜지스터(M2)에 흐르는 전류가 모두 감소하고, 드레인 전압(VD)이 점점 증가하면서, 전원 전압(VCC)에 가까워진다.
전원 전압(VCC)이 임계 과전압(OverV)에 도달하기 전인 전압(OverV1)에서, 시프트 전압(VA)과 레귤레이터 전압(Vreg)의 차는 트랜지스터(M1)의 문턱 전압보다 작아, 트랜지스터(M1)가 턴 오프 된다. 그러면, 트랜지스터(M2)만으로 전류가 흐르고, 저항(R1)에 흐르는 전류가 감소하여, 드레인 전압(VD)은 더 증가한다. 전원 전압(VCC)이 전압(OverV2)에 도달하면, 트랜지스터(M2)에 흐르는 전류가 더욱 작아져, 드레인 전압(VD)이 레귤레이터 전압(Vreg)보다 전원 전압(VCC)에 더 가까워진다. 이 때, 구동부(410)는 검출 신호(OVUV)를 로우 레벨에서 하이 레벨로 변경하고, 반전 검출 신호(OVUV_R)를 하이 레벨에서 로우 레벨로 변경한다. 트랜지스터(M2) 역시 반전 검출 신호(OVUV_R)에 의해 턴 오프되고, 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)과 동일한 전압이 된다.
반대로 전원 전압(VCC)이 과전압 범위에서 정상 범위로 하강하는 경우에 대해서 설명한다. 과전압 범위에서 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2)는 오프 상태이고, 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)과 동일한 전압이다. 전원 전압(VCC)이 임계 과전압 (OverV)보다 작아지면, 트랜지스터(M1)의 게이트 전압이 소스 전압보다 커지고, 전원 전압(VCC)이 전압(OverV1)이 되면, 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 문턱 전압이 되고 트랜지스터(M1)는 턴 온 된다. 그러면, 드레인 전압(VD)은 트랜지스터(M1)의 전류가 저항(R1)에 흘러 발생하는 전압 강하에 의해 전원 전압(VCC)보다 작은 전압이 된다. 전원 전압(VCC)이 감소할수록, 트랜지스터(M1)의 소스 전극에 인가되는 레귤레이터 전압(Vreg)이 감소하여 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 증가한다. 그러면, 저항(R1)에 흐르는 전류가 증가하므로, 드레인 전압(VD)은 전원 전압(VCC)에 점점 멀어지고, 레귤레이터 전압(Vreg)에 점점 가까워진다. 드레인 전압(VD)이 전원 전압(VCC)보다 레귤레이터 전압(Vreg)에 더 가까운 전압이 되면, 구동부(410)는 검출 신호(OVUV)를 하이 레벨에서 로우 레벨로 바꾸고, 반전 검출 신호(OVUV_R)를 로우 레벨에서 하이 레벨로 바꾼다. 하이 레벨의 반전 검출 신호(OVUV_R)에 따라 트랜지스터(M2) 역시 턴 온 된다.
과전압범위에서 정상 범위로 전원 전압(VCC)이 바뀔 때의 저항(R1)에 흐르는 전 정상 범위에서 과전압 범위로 전원 전압(VCC)이 바뀌는 경우와 동일한 전류를 저항(R1)에 흐르게 하기 위해서는 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압이 더 커야 한다. 즉, 트랜지스터(M1)만 턴 온 되어 저항(R1)에 흐르는 전류가 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2) 모두가 턴 온되어 저항(R1)에 흐르는 전류의차이에 의해 전압 검출부(400)에서 히스테리시스가 발생한다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예의 전압 검출부(400)는, 히스테리시스에 의해 전원 전압(VCC)의 상승 또는 하강에 따라 전원 전압(VCC)이 과전압 범위 및 정상 범위 중 어디에 속하는지를 다르게 판단한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(300)에 대해서 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터를 보다 자세하게 나타낸도면이다. 도 4에서는 레벨 시프터(100)의 전류원(110)을 공핍형 트랜지스터(M4)로 구현하였다. 공핍형 트랜지스터(M4)는 게이트 전극과 드레인 전극이 연결되어 있어 전원 전압(VCC)에 관계 없이 일정한 전류를 흐르도록 동작한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(300)는 두 개의 전류원(310, 320), 제너 다이오드(ZD) 및 트랜지스터(M5)를 포함한다.
제너 다이오드(ZD)의 캐소드 전극에는 전원 전압(VCC)이 입력되고, 애노드 전극은 트랜지스터(M5)의 게이트 전극 및 전류원(320)이 연결되어 있다. 제너 다이오드(ZD)는 전원 전압(VCC)이 항복 전압 이하이면, 도통되지 않으므로, 전원 전압(VCC)이 트랜지스터(M5)의 게이트 전극에 제공된다. 제너 다이오드(ZD)는 전원 전압(VCC)이 제너 다이오드(ZD)의 항복 전압 이상으로 상승하면 도통되어 트랜지스터(M5)의 게이트 전극에 전원 전압(VCC)에서 항복 전압을 뺀 전압을 제공한다. 전류원(310)은 정전류원으로, 트랜지스터(M5)에 일정한 전류를 공급한다. 트랜지스터(M5)은 전류원(320)의 전류에 의해 턴 온되고, 전류원(310)의 전류가 트랜지스터(M5)에 흐른다. 제너 다이오드(ZD)로부터 공급되는 전압이 증가하면, 트랜지스터(M5)의 소스 전극 전압도 증가한다. 따라서 도 3에 도시된 레귤레이터 전압(Vreg)이 발생한다.
구체적으로 전원 전압(VCC)이 제3 전압(VT3)보다 작을 때, 트랜지스터(M5)는 선형 영역에서 동작하고, 트랜지스터(M5)의 게이트 전압이 상승하므로, 전류원(310)의 전류가 흐르도록 트랜지스터(M5)의 소스 전압 역시 선형적으로 상승한다. 전원 전압(VCC)이 제3 전압(VT3)부터 제4 전압(VT4)로 상승하는 동안, 트랜지스터(M5)는 포화 영역에서 동작하므로, 트랜지스터(M5)의 소스 전압은 일정하게 유지된다. 전원 전압(VCC)이 제4 전압(VT4)일 때, 제너 다이오드(ZD)가 도통되면, 트 랜지스터(M5)의 게이트 전압은 전원 전압(VCC)에서 항복 전압을 뺀 전압이 인가되어 트랜지스터(M5)의 게이트 전압이 감소하여, 트랜지스터(M5)는 다시 선형 영역에서 동작한다. 따라서 전류원(310)의 전류가 흐르도록, 소스 전압이 트랜지스터(M5)의 게이트 전압의 상승에 따라 선형적으로 상승한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(300)는 전원 전압(VCC)에 따라 가변하는 레귤레이터 전압(Vreg)을 생성한다.
지금까지 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2) 및 트랜지스터(M3)는 n-채널 타입의 증가형(enhanced) MOSFET(metal-oxcide semiconductor field-effect transistor)으로, 트랜지스터(M5)는 p-채널 타입의 증가형 MOSFET으로 구현하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 각각 반대 타입의 MOSFET으로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로는 비교기 없이 두 개의 트랜지스터를 이용하여 저전압 또는 과전압을 검출 할 수 있다. 또한, 전원 전압이 상승하는 경우와 감소하는 경우에 따라 동일한 전원 전압에 대해서 제2 트랜지스터의 도통 상태가 달라 히스테리시스가 발생한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 저전압 및 과전압 검출 회로를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 전압 및 레귤레이션 전압을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터를 보다 자세하게 나타낸도면이다.

Claims (16)

  1. 전원 전압을 입력 받고, 소정 레벨로 시프트 시켜 시프트 전압을 생성하는 레벨 시프터;
    상기 시프트 전압이 소정의 클램핑 전압 이상이 되면, 상기 시프트 전압을 클램핑 전압으로 고정시키는 전압 클램퍼;
    상기 전원 전압에 따라 변동하는 레귤레이터 전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
    상기 시프트 전압과 상기 레귤레이터 전압을 입력받고, 두 전압에 따라 스위칭 동작하는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터에 병렬 연결되고 히스테리시스를 발생시키는 제2 트랜지스터를 포함하며, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터에 흐르는 전류에 따라 생성되는 드레인 전압을 이용해 상기 전원 전압이 저전압 또는 과전압인지 판단하는 전압 검출부를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 검출부는,
    상기 드레인 전압이 입력되고, 상기 드레인 전압이 상기 레귤레이터 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 정상 범위로 판단하고 제1 레벨의 검출 신호를 생성하며, 상기 드레인 전압이 상기 전원 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 저전압 또는 과전압으로 판단하고 제2 레벨의 검출 신호를 생성하는 구동부를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 시프트 전압이 입력되는 게이트 전극과 상기 레귤레이터 전압이 입력되는 소스 전극을 포함하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 레귤레이터 전압이 입력되는 소스 전극과 상기 검출 신호를 반전시킨 반전 검출 신호가 입력되는 게이트 전극을 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터는 n-채널 타입의 트랜지스터인 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레벨 시프터는,
    상기 전원 전압이 일단에 입력되고, 일정한 제1 전류를 생성하는 제1 전류원; 및
    상기 일정한 전류가 흐르고 다이오드 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 클램퍼는,
    상기 시프트 전압이 일단에 인가되는 제너 다이오드 열; 및
    상기 제너 다이오드 열에 병렬 연결되고, 상기 제너 다이오드 열이 도통되기전에 상기 제1 전류가 흐르는 경로를 제공하는 제2 전류원을 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이터는,
    일단에 상기 전원 전압이 인가되고 일정한 전류를 생성하는 제1 전류원;
    상기 전원 전압이 캐소드 전극에 입력되는 제1 제너 다이오드;
    상기 제1 제너 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 제2 전류원; 및
    상기 제1 제너 다이오드의 애노드 전극에 연결되어 있는 게이트 전극 및 상기 제1 전류원의 전류가 공급되는 소스 전극을 포함하는 제3 트랜지스터를 포함하고, 상기 제3 트랜지스터의 소스 전극 전압이 상기 레귤레이션 전압인 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 검출부는,
    상기 전원 전압 및 상기 레귤레이션 전압을 공급받고, 상기 드레인 전압이 입력되며, 상기 드레인 전압이 상기 레귤레이터 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 정상 범위로 판단하고 제1 레벨의 검출 신호를 생성하며, 상기 드레인 전압이 상기 전원 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 저전압 또는 과전압으로 판단하고 제2 레벨의 검출 신호를 생성하는 구동부를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는,
    상기 시프트 전압이 입력되는 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 소스 전극에 소스 전극이 연결되는 소스 전극을 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는,
    상기 검출 신호가 반전된 반전 검출 신호가 입력되는 게이트 전극과 상기 제3 트랜지스터의 소스 전극에 소스 전극이 연결되는 소스 전극을 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레귤레이션 전압은,
    상기 전원 전압이 증가할 때,
    상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제1 구간;
    일정한 전압으로 유지되는 제2 구간; 및
    상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제3 구간을 순차적으 로 포함하고,
    상기 전원 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 상기 제2 구간 및 상기 제1 구간 순서로 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  11. 제1항에 있어서,
    상기 시프트 전압은,
    상기 전원 전압이 증가할 때,
    접지 전압으로 유지되는 제1 구간;
    선형적으로 증가 또는 감소하는 제2 구간; 및
    상기 클램핑 전압으로 일정하게 유지되는 제3 구간을 순차적으로 포함하고,
    상기 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 제2 구간 및 제1 구간 순서로포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로 .
  12. 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터에 병렬 연결되어 있는 제2 트랜지스터를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로의 구동 방법에 있어서,
    전원 전압을 입력 받고, 소정 레벨로 시프트 시켜 시프트 전압을 생성하는 단계;
    상기 시프트 전압이 소정의 클램핑 전압 이상이 되면, 상기 시프트 전압을 클램핑 전압으로 고정시키는 단계;
    상기 전원 전압에 따라 변동하는 레귤레이터 전압을 생성하는 단계;
    상기 시프트 전압(VA)과 상기 레귤레이터 전압에 따라 상기 제1 트랜지스터를 스위칭 동작시키는 단계;
    상기 제1 및 제2 트랜지스터의 드레인 전압이 상기 레귤레이터 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 정상 범위로 판단하고 제1 레벨의 검출 신호를 생성하며, 상기 드레인 전압이 상기 전원 전압에 가까우면 상기 전원 전압을 저전압 또는 과전압으로 판단하고 제2 레벨의 검출 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 검출 신호를 반전시킨 반전 검출 신호에 따라 상기 제2 트랜지스터를 스위칭 시키는 단계를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터를 스위칭 동작시키는 단계는,
    상기 시프트 전압이 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에 입력되는 단계; 및
    상기 레귤레이션 전압이 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극에 입력되는 단계를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로의 구동 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터를 스위칭 시키는 단계는,
    상기 반전 검출 신호가 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극에 입력되는 단계; 및
    상기 레귤레이션 전압이 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극에 입력되는 단계를 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로의 구동 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    레귤레이션 전압은,
    상기 전원 전압이 증가할 때,
    상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제1 구간;
    일정한 전압으로 유지되는 제2 구간; 및
    상기 전원 전압에 따라 선형적으로 증가 또는 감소하는 제3 구간을 순차적으로 포함하고,
    상기 전원 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 상기 제2 구간 및 상기 제1 구간 순서로 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로의 구동 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 시프트 전압은,
    상기 전원 전압이 증가할 때,
    접지 전압으로 유지되는 제1 구간;
    선형적으로 증가 또는 감소하는 제2 구간; 및
    상기 클램핑 전압으로 일정하게 유지되는 제3 구간을 순차적으로 포함하고,
    상기 전원 전압이 감소할 때, 상기 제3 구간, 제2 구간 및 제1 구간 순서로 포함하는 저전압 및 과전압 검출 회로의 구동 방법.
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