KR20130032287A

KR20130032287A - 과전류 제한 장치를 포함하는 ｌｄｏ 전원 장치

Info

Publication number: KR20130032287A
Application number: KR1020120105733A
Authority: KR
Inventors: 김영식
Original assignee: (주)제퍼로직
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-04-01
Also published as: KR101394272B1

Abstract

LDO 전원 장치가 개시된다. 출력 전압을 피드백하는 출력 전압 피드백부, 피드백된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 그 차이에 대응하는 값을 증폭하는 에러 증폭부, 및 입력단과 출력단 사이에 연결되고 에러 증폭부의 출력값을 게이트로 입력받는 패스 트랜지스터를 포함하는 LDO(Low dropout Voltage regulator) 회로로서, 출력 전류를 감지하는 출력 전류 감지부, 및 출력 전류가 미리 설정된 값 이상이 될 때 입력단과 패스 트랜지스터의 게이트 사이에 미리 설정된 전압을 인가하는 출력 전류 제한부를 더 포함한다. 이와 같은 구성으로, 출력 전류가 일정 수준 이상 흐르는 것을 감지해서 출력단의 패스 트랜지스터의 입력전압(VGS)을 일정하게 고정함으로써 출력 전류를 제한할 수 있게 된다.

Description

과전류 제한 장치를 포함하는 ＬＤＯ 전원 장치{Low dropout Voltage regulator with Current Limiter }

본 발명은 전원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LDO(Low dropout regulator) 전원 장치에 관한 것이다.

출력 전류가 과도하게 흐르는 것을 억제하기 위한 장치가 부가된 LDO 전원 장치에 관한 것이다.

도 1은 전원 장치 중에서 LDO(Low dropout regulator) 회로의 개념도이다. 전원 장치 LDO는 출력 전압의 피드백(feedback) 신호(도 1에서 A)와 기준 전압(1도의 VREF)전압의 차이를 에러 증폭기(103)에서 입력받아 패스 트랜지스터(101)의 입력 전압 (VGS) 전압으로 출력 전류를 조절한다. 이때 패스 트랜지스터는 입력 전압의 크기에 따라 전류를 내보는데, 입력 전압이 일정하면 전류도 일정하게 된다.

예를 들면 출력 전압의 피드백(feedback) 신호가 기준 전압보다 낮으면 에러 증폭기는 VGS를 크게 해서 출력 전류를 증가시킨다. 증가된 출력 전류는 저항 R1과 R2로 흘러, 출력 전압의 피드백(feedback) 신호를 다시 증가시킨다. 반대로 A의 피드백(feedback) 신호가 기준전압보다 낮다면 에러 증폭기는 VGS를 줄여 출력 전류를 줄인다.

감소된 출력 전류는 다시 피드백(feedback) 전압 A를 낮추게 된다. 이러한 방식으로 feedback 전압 A는 기준전압과 같아져, 출력 전압 Vout = (1 + R1/R2)*Vref 가되어, R1과 R2를 조절하여 원하는 전압을 정할 수 있다.

그런데 일반적으로 LDO에는 출력에 큰 용량성 부하가 연결되는데, LDO가 처음 기동시 이 용량성 부하에 설정된 전압을 충전하기 위해 과도한 전류가 흐른다. 이때 흐르는 과도한 전류가 각 소자의 정격 용량을 초과할 경우 소자가 손상이 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 LDO의 출력 전류를 제한할 필요성이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 출력 전류를 일정 수준 이상 흐르지 못하게 제한하여 시스템의 안전을 보호하기 위한 LDO 전원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 LDO 전원 장치는, 출력 전압을 피드백하는 출력 전압 피드백부, 피드백된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 그 차이에 대응하는 값을 증폭하는 에러 증폭부, 및 입력단과 출력단 사이에 연결되고 에러 증폭부의 출력값을 게이트로 입력받는 패스 트랜지스터를 포함하는 LDO(Low dropout Voltage regulator) 회로로서, 출력 전류를 감지하는 출력 전류 감지부, 및 출력 전류가 미리 설정된 값 이상이 될 때 입력단과 패스 트랜지스터의 게이트 사이에 미리 설정된 전압을 인가하는 출력 전류 제한부를 더 포함한다.

이와 같은 구성으로, 출력 전류가 일정 수준 이상 흐르는 것을 감지해서 출력단의 패스 트랜지스터의 입력전압(VGS)을 일정하게 고정함으로써 출력 전류를 제한할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 출력 전류가 일정 수준 이상 흐르는 것을 감지해서 출력단의 패스 트랜지스터의 입력전압(VGS)을 일정하게 고정함으로써 출력 전류를 제한할 수 있게 된다.

또한, 출력 전류가 정격 전류 이상 흐르지 않게 하기 때문에, 주위 장치를 보호해 주는 역할을 한다.

도 1은 종래의 LDO 전원 회로를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에서 제안한 과도 전류 제한 장치가 포함된 전원 회로의 도면.
도 3은 본 발명에서 사용된 출력전류 감지 장치의 예시 도면.
도 4는 본 발명에서 사용된 전압원 장치의 예의 도면.
도 5는 본 발명에서 사용된 패스트랜지스터 입력전압을 샘플/홀딩하는 장치의 예의 도면.

도 2는 본 발명에서 제안한 회로를 나타낸 것으로, 도 1에 출력전류를 감지하는 장치(400)와 그리고 패스 트랜지스터(101)의 입력 전압을 일정하게 인가해 주는 전압원(300) 그리고 스위치(106)로 구성된다. 만약 출력 전류가 일정한 전류 이상이 되면, 스위치(106)가 온(on)되어 패스 트랜지스터(101)의 입력에는 전원(300)에 의해 적절한 전압이 인가되어 출력 전류를 제한한다.

도 3은 출력 전류를 감지하는 장치(400)의 예시이다. 이 장치는 패스 트랜지스터(101)의 입력 전압과 같은 전압이 트랜지스터(401)에 입력되므로 트랜지스터(401)와 패스 트랜지스트(101)의 W/L(채널 넓이/채널길이)의 비율에 비례해서 전류 I1이 흐른다.

만약 (101)과 (401) 의 W/L의 비가 1000 : 1 이면, Iout : I1 = 1000 : 1이 된다. 전류 I1이 전류원(403)에서 미리 설정된 전류 I2의 크기보다 크면 비교기(402)에서 스위치(106)을 온(ON)시키는 신호를 발생시킨다. 이때 미리 설정된 전류 I2의 값은 출력전류가 제한치에 흐를 때 트랜지스트 401에 흐르는 전류 값으로 설정한다.

도 4는 도 2의 전류원(300)의 예시를 나타낸 것이다. 이 장치는 다이오드(301) n개를 직렬로 연결하여 구성한 것으로, 스위치 (106)가 온(on)되면, 이 다이오드가 일정한 전압을 낼 수 있게 바이어스 전류(302)가 연결되게 구성되어 있다. 이 바이어스 전류원(302)는 버퍼(Buffer; 102) 내의 전류원으로 구성할 수도 있고, 독자 전류원으로 구성할 수도 있다.

도 5는 전류원(300)의 또 다른 예시를 나타낸 것이다. 이 장치는 전압을 저장할 수 있는 커패시터(311)과 스위치(312)로 구성되어 있는데, 과도 출력 전류가 흐를 때 바로 직전의 패스 트랜지스터 입력 전압을 샘플링(Sampling)해서, 출력 전류가 과도 전류 이상 흐를 때 그 전압으로 계속 유지(Holding)하여 전류를 제한하는 장치이다.

일반적으로 LDO에는 출력에 큰 용량성 부하가 연결되는데, LDO가 처음 기동시 이 용량성 부하에 설정된 전압을 충전하기 위해 과도한 전류가 흐른다. 이때 흐르는 과도한 전류가 각 소자의 정격 용량을 초과할 경우 소자가 손상이 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 LDO의 출력전류를 제한할 필요성이 있다. 본 발명은 전원장치 중에서 LDO의 출력전류를 일정전류 이상 흐르지 못하게 제한하여 시스템의 안전을 보호하기 위한 장치이다. 본 발명의 특징을 정리하면 다음과 같다.

1. 기준 전압과 출력 전압을 피드백한 전압을 비교하여 그 차이에 해당하는 값을 출력하는 에러 증폭기, 이 출력을 받아 패스 트랜지스터로 입력하는 버퍼, 이 신호를 입력을 받아 출력을 내보내는 패스 트랜지스터와 출력전압을 피드백하는 전압 분배기, 그리고 출력전류 제한 장치로 구성되는 전원장치에서, 출력 전류 제한 장치는 출력 전류를 감지하는 장치, 출력 전류가 특정 값 이상이 될 때 패스 트랜지스터 입력단에 일정한 전압을 인가하는 장치로 구성되어, 전원장치의 출력전류가 일정한 전류 이상일 때 출력전류를 제한한다.

2. 출력전류를 감지하는 장치는, 패스트랜지스터의 입력 전압을 입력받아 전원 장치 출력 전류와 비례하는 전류를 내는 장치, 이 전류와 기준 전류를 비교해서 정상 상태와 과도 전류 상태에 따라 스위치를 온/오프하는 장치로 구성된다.

3. 출력 전류를 감지하는 장치는 패스트랜지스터의 입력 전압을 기준 전압과 비교하여 정상 상태와 과도 전류 상태를 판단하는 장치로 구성할 수 있다.

4. 패스 트랜지스터 입력단에 일정한 전압을 인가하는 장치는 전압원과 스위치로 구성된다. 과도 전류 상태일 때, 스위치가 패스 트랜지스터의 입력단에 일전한 전압원을 연결하는 역할을 한다.

5. 전압원 구성은 전원전압에서 일정한 값을 차감한 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.

6. 전원 전압에서 일정한 값을 차감한 전압을 출력하는 장치의 구성은, n개의 다이오드 혹은 그에 준하는 장치가 직렬로 연결되고, 그 장치에 바이어스를 인가하는 장치로 구성된다.

7. 바이어스를 인가하는 장치는 독립적으로 구성할 수도 있고, 버퍼단의 바이어스 회로를 이용해서 구성할 수 있다.

8. 전원 전압에서 일정한 값을 차감한 전압을 출력하는 장치의 구성은 과도 상태 직전에 패스트랜지스터에 인가되는 전압을 샘플링하는 장치와 그 값을 유지(홀딩)하는 장치로 구성할 수 있다.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한 되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.

Claims

출력 전압을 피드백하는 출력 전압 피드백부;
상기 피드백된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하여 그 차이에 대응하는 값을 증폭하는 에러 증폭부; 및
입력단과 출력단 사이에 연결되고 상기 에러 증폭부의 출력값을 게이트로 입력받는 패스 트랜지스터를 포함하는 LDO(Low dropout Voltage regulator) 회로로서,
출력 전류를 감지하는 출력 전류 감지부; 및
상기 출력 전류가 미리 설정된 값 이상이 될 때 상기 입력단과 상기 패스 트랜지스터의 게이트 사이에 미리 설정된 전압을 인가하는 출력 전류 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 제한 장치를 포함하는 LDO 전원 장치.
제 1항에 있어서,
상기 출력 전류 제한부는,
상기 출력 전류와 비례하는 비례 전류를 생성하는 비례 전류 생성부; 및
상기 비례 전류를 미리 설정된 비교 기준값과 비교하는 전류 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 제한 장치를 포함하는 LDO 전원 장치.