KR20180017339A - 전원 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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이영훈
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최민호
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Abstract

전원 관리 집적 소자를 포함하는 전자 장치가 제공된다. 전자 장치는, 부하 장치 및 상기 부하 장치의 요청에 따라 상기 부하 장치로 공급되는 전력값을 계산하여 상기 부하 장치로 제공하는 전원 관리 집적 회로를 포함하되, 상기 전원 관리 집적 회로는, 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전류를 측정하는 전류 미터를 포함하는 복수의 레귤레이터, 및 상기 전류 센서로 측정된 부하 전류값과, 상기 레귤레이터로부터 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전압값을 이용하여 상기 전력값을 계산하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

전원 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치{ELECTRONIC DEVICE INCLUDING POWER MANAGEMENT INTEGRATED CIRCUIT}
본 발명은 전자 장치에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 전원 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
반도체 장치에 전원을 공급하기 위하여 다양한 전원 회로가 사용되고 있다. 이 가운데 전원 관리 집적 회로(Power Management Integrated Circuit, PMIC)는 레귤레이터를 포함하여 전원 소스로부터 공급되는 직류 전원을 반도체 장치의 동작 전압으로 DC-DC 변환하여 하여 공급한다.
최근 모바일 장치의 빠른 보급으로 인해 효율적인 전원 공급의 필요성이 부각되고 있고, 반도체 장치의 사용 환경에 따라 변화시킬 수 있는 전력 제어의 중요성이 높아지고 있다.
한편, 모바일 장치는 한정된 전원 조건으로 인해 기존의 장치들에 비하여 전력 소비 및 제어의 중요성이 높아질 수 있다. 정확한 전력 제어를 위해, 모바일 장치의 소비 전력을 정확히 파악하는 것이 중요할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 부하 장치에 공급되는 전력을 계산하고, 계산된 부하 전력값을 부하 장치에 제공할 수 있는 전원 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는, 부하 장치 및 상기 부하 장치의 요청에 따라 상기 부하 장치로 공급되는 전력값을 계산하여 상기 부하 장치로 제공하는 전원 관리 집적 회로를 포함하되, 상기 전원 관리 집적 회로는, 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전류를 측정하는 전류 미터를 포함하는 복수의 레귤레이터, 및 상기 전류 센서로 측정된 부하 전류값과, 상기 레귤레이터로부터 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전압값을 이용하여 상기 전력값을 계산하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치는 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치는 부하 장치 및 상기 부하 장치의 요청에 따라 상기 부하 장치로 공급되는 전력값을 계산하여 상기 부하 장치로 제공하는 전원 관리 집적 회로를 포함하되, 상기 전원 관리 집적 회로는, 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는 적어도 하나 이상의 레귤레이터, 및 연산 유닛을 포함하는 컨트롤러로, 상기 연산 유닛은 상기 레귤레이터가 측정한 부하 전류값과, 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전압값을 제공받아 상기 전력값을 계산하는 컨트롤러를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 전원 관리 집적 회로를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 스위칭 레귤레이터의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 일부 회로를 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로의 블록도이다.
도 8은 도 7의 전원 관리 집적 회로의 동작을 나타내기 위한 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 시스템의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)는 전원 관리 집적 회로(100)와 부하 장치(200)을 포함한다.
전원 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(200)로 직류 전원을 공급할 수 있다. 구체적으로, 전원 관리 집적 회로(100)는 외부 전원 소스로부터 직류 전원을 공급받고, 이를 직류-직류 변환하여 부하 장치(200)로 직류 전원을 공급할 수 있다.
전원 관리 집적 회로(100)는 적어도 하나 이상의 레귤레이터를 포함할 수 있다. 이하에서는 전원 관리 집적 회로(100)가 레귤레이터의 일례로 스위칭 레귤레이터 및 리니어 레귤레이터를 포함하는 것으로 설명한다.
부하 장치(200)는 전원 관린 집적 회로(100)로부터 직류 전원을 공급받아 동작하는 반도체 소자일 수 있다. 부하 장치(200)는 예를 들어, CPU(Central Processing Unit), DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 플래시 메모리 등의 반도체 소자를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 부하 장치(200)는 단일의 소자이거나, 또는 단일 소자들의 조합일 수도 있다.
부하 장치(200)는 전원 관리 집적 회로(100)로 인에이블 신호(EN), 레귤레이터 선택 신호(REG_SEL) 및 제어 신호(CON)을 제공할 수 있다. 인에이블 신호(EN)는 전원 관리 집적 회로(100)가 부하 장치(200)로 공급하는 부하 전력 값을 제공하도록 전원 관리 집적 회로(100)에 요청하는 신호일 수 있다.
레귤레이터 선택 신호(REG_SEL)는 전원 관리 집적 회로(100)에 포함된 복수의 레귤레이터들 가운데 부하 전류를 측정하여 제공하는 레귤레이터를 선택하는 신호일 수 있다.
제어 신호(CON)는 전원 관리 집적 회로(100)가 부하 전력값을 계산하기 위한 동작 모드를 지정하는 신호일 수 있다. 제어 신호(CON)는 예를 들어, 전원 관리 집적 회로(100)가 부하 전력값을 실시간(real time) 또는 소정의 시간 동안 평균으로 계산할 지 여부를 선택하는 모드 신호, 평균값 계산 모드인 경우 평균 시간(averaging time) 및 전원 관리 집적 회로(100)에 포함된 ADC(도 2의 40)의 샘플링 주기 등의 정보를 포함할 수 있다.
따라서, 전원 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(200)가 제공하는 제어 신호(CON)에 따라, 부하 장치(200)로 공급되는 부하 전력값을 실시간으로 계산하거나, 시간 정보에 따라 10초간의 평균값을 계산하는 등으로 계산 방식을 변경할 수 있다.
전원 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(200)로 직류 전원, 부하 전력값(PV) 및 인터럽트 신호를 제공할 수 있다.
부하 전력값(PV)는 전원 관리 집적 회로(100)가 레귤레이터(도 2의 10, 20)가 측정한 전류값과, 부하 전압값을 이용하여 계산한 값일 수 있다. 전원 관리 집적 회로(100)가 부하 전력값(PV)을 계산하는 동작과 관련하여, 이하에서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전원 관리 집적 회로(100)는 스위칭 레귤레이터(10), 리니어 레귤레이터(20), 멀티플렉서(30), 아날로그-디지털 변환기(40), 컨트롤러(50), 인터럽트 회로(60), 통신 인터페이스(70)를 포함할 수 있다.
스위칭 레귤레이터(10)는, 전원 전압을 제공받아 컨트롤러(50)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 생성된 출력 전압(VDD1)을 생성하여 부하 장치(200)에 제공할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(10)는 예를 들어, 벅 컨버터(Buck converter), 부스트 컨버터(Boost converter), 벅부스트 컨버터(Buckboost converter) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 따라서 스위칭 레귤레이터(10)는 스위칭 동작을 통해 출력을 조절하는 레귤레이터라면 어떤 것이든 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 전원 관리 집적 회로(100)는 M개의 스위칭 레귤레이터(10)를 포함하는 것으로 도시되었으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, M개의 스위칭 레귤레이터(10)는 발명의 설명을 위해 예시적으로 도시한 것일 수 있다.
스위칭 레귤레이터(10)는 부하 장치(200)에 제공되는 부하 전류값을 측정하는 전류 미터(도 3의 90)을 포함할 수 있다. 각각의 전류 미터(도 3의 90)는 부하 장치(200)가 제공하는 레귤레이터 선택 신호(REG_SEL)에 의해 선택되어 인덕터(L)를 흐르는 부하 전류값을 측정하고, 이를 멀티플렉서(30)에 제공할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(10)가 멀티플렉서(30)에 제공하는 부하 전류값은 출력 전압(VCS)의 형태로 제공될 수 있다.
리니어 레귤레이터(20)는 리니어 영역(linear region) 또는 활성 영역(active region)에서 작동하는 트랜지스터를 이용하여 입력 전압에 따라 제어된 출력 전압(VDD2)을 부하 장치(200)에 제공할 수 있다. 리니어 레귤레이터(20)는 예를 들어, LDO(Low dropout) 레귤레이터를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)가 포함하는 하나 이상의 레귤레이터를 스위칭 레귤레이터(10) 및 리니어 레귤레이터(20)를 예시로 들어 설명하였으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 입력된 직류 전원을 직류-직류 변환에 의해 출력 전원을 부하 장치에 제공할 수 있는 레귤레이터라면 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)가 포함하는 레귤레이터가 될 수 있다.
각각의 레귤레이터들(10, 20)은 레귤레이터(10, 20)를 흐르는 전류의 크기를 모니터링할 수 있는 전류 센서를 포함할 수 있다. 이하 스위칭 레귤레이터(10)의 일례로 벅 컨버터와, 이에 연결된 전류 센서(90)을 기준으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
스위칭 레귤레이터(10)는 드라이버(80), 전원 전압에 연결된 PMOS 트랜지스터(PM), 접지 전압에 연결된 NMOS 트랜지스터(NM), 전류 센서(90) 출력단에 연결된 인덕터(L) 및 커패시터(COUT)을 포함할 수 있다.
드라이버(80)는 PMOS 트랜지스터(PM)와 NMOS 트랜지스터(NMOS)의 게이트 단자에 각각 연결되어, PMOS 트랜지스터(PM)으로 PMOS 구동신호(PDRV)를 제공하고, NMOS 트랜지스터(NM)으로 NMOS 구동신호(NDRV)를 제공할 수 있다. PMOS 구동신호(PDRV)와 NMOS 구동신호(NDRV)는 서로 교대로 턴 온/턴 오프되는 펄스 신호일 수 있다. 따라서 PMOS 구동신호(PDRV)와 NMOS 구동신호(NDRV)에 의해 PMOS 트랜지스터(PM)과 NMOS 트랜지스터(NM)이 교대로 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(1)에서, 부하 장치(200)가 제공받는 부하 전류는 인덕터(L)를 통해 흐르는 부하 전류(IL)일 수 있다. 따라서 전류 센서(90)은 인덕터(L)에 흐르는 부하 전류(IL)를 모니터링하고, 부하 전류값(VCS)과 전압의 형태로 멀티플렉서(30)로 제공할 수 있다.
커패시터(C)는 스위칭 커패시터(10)의 출력단에 연결되어, 인덕터(L)를 흐르는 부하 전류(IL)의 순간적인 변화에 따른 출력 전압(VOUT)의 변동을 감소시킬 수 있다. 따라서 커패시터(C)는 충분히 큰 커패시턴스를 가질 수 있다.
전류 센서(90)는 예를 들어, PMOS 트랜지스터 전류(IPM) 또는 NMOS 트랜지스터 전류(INM) 중 어느 하나 만을 모니터링할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예 따른 전자 장치(1)에서, 전류 센서(90)는 트랜지스터로서, 게이트 단자가 PMOS 트랜지스터(PM)와 NMOS 트랜지스터(NM)의 드레인 단자와 연결된 NMOS 트랜지스터를 예를 들어 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 시간 t 에 대한 인덕터 전류(IL), NMOS 구동 신호(NDRV) 및 NMOS 트랜지스터 전류(INM)의 변화를 나타내었다.
인덕터 전류(IL)는 드라이버(80)에 의한 NMOS 트랜지스터(NM)과 PMOS 트랜지스터(PM)의 스위칭 동작에 따라 변화할 수 있다. 즉, 시간 t1까지 PMOS 트랜지스터(PM)가 턴 온되고, 인덕터 전류(IL)는 증가한다. 시간 t1~t2 구간에서 PMOS 트랜지스터(PM)는 턴 오프되고, NMOS 트랜지스터(NM)이 턴 온되면서 인덕터 전류(IL)는 감소한다. 시간 t2~t3에서는 앞서와 마찬가지로 인덕터 전류(IL)가 증가하고, 이와 같은 스위칭 레귤레이터(10)의 동작 및 인덕터 전류(IL)의 증감이 반복될 것이다. 여기서 t1, t2, t3, t4 등의 주기는 출력 전압(VDD1)의 크기를 결정할 수 있으며, 출력 전압(VDD1)은 부하 장치(200)가 전원 관리 집적 회로(100)에 제공한 컨트롤 신호(CON)에 의해 결정될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 인덕터 전류(IL)의 크기를 측정하기 위하여, PMOS 트랜지스터 전류(IPM) 또는 NMOS 트랜지스터 전류(INM) 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 도 4의 (c)는 NMOS 트랜지스터 전류(INM)를 이용하여 평균 전류(Iavg)를 구하는 일례를 나타낸 것이다.
예를 들어, 시간 t1~t2에서 NMOS 트랜지스터 전류(INM)는 최대값과 최소값을 가질 수 있다. 이 때, NMOS 트랜지스터 전류(INM)의 최대값과 최소값 사이의 중간값(Iavg)을 이용하면, t1~t2 구간에서 인덕터 전류(IL)의 평균값을 계산할 수 있다.
한편, 인덕터 전류(IL)는 멀티플렉서(30)에 제공되기 위한 부하 전류값(VCS)의 형태를 갖기 위하여 전압으로 변환될 수 있다.
위와 같은 전류 센서(90)의 구성 및 동작은 하나의 예시에 불과하며, 레귤레이터의 구성 및 설계 의도에 따라 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 멀티플렉서(30)는 컨트롤러가 제공한 레귤레이터 선택 신호(REG_SEL)에 기초하여 레귤레이터들(10, 20)이 제공한 부하 전류값(VCS_1~VCS_N) 중 하나를 선택하고, 이를 아날로그-디지털 변환기(40)에 제공할 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(40)는 멀티플렉서(30)가 선택한 부하 전류값을 아날로그-디지털 변환하여 컨트롤러(50)에 제공할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(40)는 예를 들어, 연속 근사(successive approximation) 방식의 ADC일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 아날로그-디지털 변환기(40)가 출력하는 부하 전류값은 디지털 데이터의 형태를 갖는 한편, 컨트롤러(50)에 포함된 연산 유닛(도 5a의 51)의 입력 비트수와 동일한 비트수를 가질 수 있다.
컨트롤러(50)는 레귤레이터(10, 20)로 전압 지령(V_CON)을 제공하여 레귤레이터(10, 20)가 부하 장치(200)에 제공하는 부하 전압값(VDD1, VDD2)을 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(50)는 부하 장치(200)가 제공한 레귤레이터 선택 신호(REG_SEL)을 멀티플렉서(30)에 제공하여, 레귤레이터 선택 신호(REG_SEL)에 포함된 레귤레이터의 부하 전류값을 아날로그-디지털 변환기(40)로 제공할 수 있다.
컨트롤러(50)의 구조 및 동작과 관련하여 도 5a 및 도 5b를 이용하여 설명한다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 일부 회로를 도시하는 블록도이다.
도 5a와 5b를 참조하면, 컨트롤러(50)는 연산 유닛(51) 및 레지스터(52)를 포함할 수 있다. 연산 유닛(51)은 멀티플렉서(30)로부터 제공받은 전류 측정값(VCS)과, 전압 지령값(V_CON)을 이용하여 부하 전력값(PV)를 계산할 수 있다. 즉, 부하 장치(200)에 공급하는 출력 전압(VDD1)을 생성하기 위한 전압 지령값(V_CON)에 의해 출력 전압(VDD1)이 비교적 정확하게 생성된다고 가정하면, 전압 지령값(V_CON)과 전류 측정값(VCS) 만으로 부하에 공급되는 부하 전력값(PV)을 계산할 수 있다.
한편, 레지스터(52)는 부하 전류값(VCS) 및 전압 지령값(V_CON)의 변화 이력값을 저장하고, 부하 장치(200)가 일정 기간 동안의 평균 전력값을 요구하는 경우, 컨트롤러(50)는 레지스터(52)에 저장된 부하 전류값(VCS) 및 전압 지령값(V_CON)을 이용하여 평균 전력값을 계산할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)는, 전력 관리 집적 회로(100)가 부하 장치(200)로 공급되는 부하 전압 및 부하 전류 값을 이용하여 부하 전력값을 직접 계산할 수 있다. 이러한 방식은 부하 장치(200)가 자신의 소비 전력을 계산하는 방식에 비하여 정확한 계산이 가능할 수 있다.
한편, 컨트롤러(50)는 부하 장치(200)와 인터럽트 회로(60) 및 통신 인터페이스(70)를 통해 신호를 주고받을 수 있다. 컨트롤러(50)는 인터럽트 회로(60)를 통해 부하 장치(200)로 인터럽트 신호를 제공할 수 있다. 이러한 인터럽트 신호의 제공은 컨트롤러(50)가 통신 인터페이스(70)를 통해 부하 장치(200)로 부하 전력값(PV)을 제공하는 것과 동시에 발생할 수 있다.
즉, 부하 장치(200)가 인에이블 신호(EN)와 함께 부하 전력값을 요청하면, 전력 관리 집적 회로(100)는 측정된 전류 및 전압값을 이용하여 부하 전력값을 계산한 후, 인터럽트 신호와 함께 부하 전력값(PV)을 부하 장치(200)에 제공할 수 있다. 여기서 인터럽트 신호는 전력 관리 집적 회로(100)가 부하 장치(200)로 부하 전력을 제공하는 이벤트의 종료를 알리는 신호일 수 있다. 또한 인터럽트 신호는 부하 장치(200)가 설정한 미리 정해진 값에, 전원 관리 집적 회로(100)가 제공하는 전력값이 도달했다는 것을 알리는 신호일 수도 있다.
부하 장치(200)는 통신 인터페이스(70)을 통해 인에이블 신호(EN), 컨트롤 신호(CON) 및 레귤레이터 선택 신호(SEL)를 컨트롤러(50)로 제공할 수 있다. 여기서 인에이블 신호(EN)는 전력 관리 집적 회로(100)가 부하 전력값을 계산하는 이벤트를 개시하도록 하는 신호일 수 있으며, 컨트롤 신호(CON)는 실시간 또는 평균 전력을 계산하는지 여부를 선택하는 모드 신호, 평균값 계산 모드인 경우 평균 시간(averaging time) 및 전원 관리 집적 회로(100)에 포함된 아날로그-디지털 회로(40)의 샘플링 주기의 정보를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)는 부하 장치(200)로부터 인에이블 신호(EN) 및 컨트롤러 신호(CONT)의 수신 여부를 확인하고(S10), 컨트롤러 신호(CONT)에 포함된 선택된 레귤레이터(10)가 제공하는 부하 전류값(VCS)을 멀티플렉서(30)가 선택한다(S20). 이어서 멀티플렉서(30)가 선택한 부하 전류값(VCS)을 아날로그-디지털 변환기(40)가 제공받고, 제공된 부하 전류값(VCS)을 아날로그-디지털 변환하여 컨트롤러(50)에 제공한다(S30).
이어서 컨트롤러(50)는 부하 전류값(VCS)과, 부하 전압값을 이용하여 부하 장치(200)가 제공받는 부하 전력값을 계산한다(S40). 여기서 부하 전압값은, 예를 들어 부하 장치(200)가 인에이블 신호(EN) 및 컨트롤 신호(CON)를 이용하여 부하 전력값을 요청하는 시점에서의 컨트롤러가 생성한 전압 지령(V_CON)값에 해당할 수 있다. 또는, 부하 전압값은 컨트롤 신호(CON)에 지정된 평균 시간(averaging time) 동안 컨트롤러(50)가 생성한 전압 지령(V_CON)의 변화 이력이 레지스터(51)에 저장되고, 연산 유닛(51)이 전압 지령(V_CON)의 평균값을 계산한 것일 수 있다. 또한 연산된 부하 전력값(PV)은 미리 정해진 규칙에 의해 가공되어 부하 장치(200)에 제공될 수 있다.
마지막으로, 컨트롤러(70)는 부하 전력값(PV)와 인터럽트 신호(INT)를 부하 장치(200)에 제공하고, 부하 장치(200)로부터 또다른 인에이블 신호(EN)가 제공되지 않는 경우 부하 전력값(PV)의 제공은 종료될 수 있다. 또는 부하 장치(200)로부터 턴 오프 신호가 제공되지 않는 경우 부하 전력값(PV)이 지속적으로 업데이트되어 부하 장치(200)에 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로의 블록도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하 중복되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로(300), 멀티플렉서(130)와 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단과 직접 연결되어, 스위칭 레귤레이터(10)가 부하 장치(30)에 공급하는 부하 전압(VDD1)의 값을 직접 제공받을 수 있다. 즉, 앞서의 실시예에서 컨트롤러(50)가 부하 장치(200)로 제공하는 부하 전력을 측정하기 위해 사용했던 부하 전압(VDD1)을, 컨트롤러(50)가 스위칭 레귤레이터(10)에 제공하는 전압 지령(V_CON)의 값을 이용하여 계산하였다.
그러나 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로(300)는, 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단이 멀티플렉서(130)로 바로 연결되어, 아날로그-디지털 변환기(40)로 제공될 수 있다. 따라서 컨트롤러(50)는 스위칭 레귤레이터(10)로 제공되는 전압 지령값 대신, 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단의 전압(VDD1), 즉 실제 부하 전압 값을 제공받아, 부하 장치(200)의 부하 전력을 계산할 수 있다.
멀티플렉서(130)는, 스위칭 레귤레이터(10)가 측정하는 부하 전류값(VCS)과, 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단의 전압(VOUT)을 페이즈를 달리하여 선택할 수 있다.
도 8에 도시된 것과 같이, 멀티플렉서(130)는 소정의 주기로 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단의 전압(VOUT)과, 부하 장치(200)의 부하 전류값(VCS)을 교대로 선택하여, 아날로그-디지털 변환기(40)로 제공할 수 있다.
여기서, VOUT1은 0~t1의 레귤레이터(10)의 출력단의 전압(VOUT)의 평균값일 수 있으며, VOUT2는 t2~t3의 레귤레이터(10)의 출력단의 전압(VOUT)의 평균값일 수 있다. 한편, VCS1은 t1~t2에서의 스위칭 레귤레이터(10_1)의 부하 전류값(VCS_1)의 평균값일 수 있고, VCS2는 t3~t4에서의 스위칭 레귤레이터(10_2)의 부하 전류값(VCS_2)의 평균값일 수도 있다.
한편, 도시되지는 않았지만 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단과 컨트롤러(50) 사이에는 샘플 앤드 홀드 회로가 배치될 수 있다. 즉, 샘플 앤드 홀드 회로에 포함된 스위치가 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단의 출력 전압 값을 샘플링하고, 스위치의 일단과 접지 단자와 연결된 커패시터가 출력 전압값을 홀드할 수 있다. 그러나 이러한 회로는 하나의 예시에 불과하며, 다른 형태의 샘플 앤드 홀드 회로가 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단과 컨트롤러(50) 사이에 연결되거나, 샘플 앤드 홀드 회로 없이 스위칭 레귤레이터(10)와 컨트롤러(50)가 직접 연결될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전원 관리 집적 회로(300)에 따르면, 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단으로부터 부하 전압값을 직접 입력받을 수 있다. 따라서 컨트롤러(50)가 제공하는 전압 지령값(V_CON)과 스위칭 레귤레이터(10)가 생성하는 부하 전압값 간의 오차가 발생한 경우에도 스위칭 레귤레이터(10)의 출력단으로부터 얻어지는 출력 전압값(VDD1)을 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다. 이하 앞서 도 1과 관련되어 설명한 실시예와 동일한 부분의 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자 장치(3)는 전원 관리 집적 회로(100), 부하 장치(200), 온도 컨트롤러(400), 전원 소스(500)를 포함할 수 있다.
전원 소스(500)는 전원 관리 집적 회로(100)로 전원을 공급할 수 있다. 전원 소스(500)는 예를 들어, 전원 관리 집적 회로(100)로 직류 전원을 공급하는 배터리일 수 있다. 또는, 전원 소스(500)는 상용 교류 전원을 입력 받아 교류-직류 변환하고, 변환된 직류 전원을 전원 관리 집적 회로(100)로 공급하는 어댑터 블록을 포함하는 전원부일 수도 있다.
온도 컨트롤러(400)는 부하 장치(200)의 표면 온도 또는 코어 온도를 측정하고, 측정된 온도값에 기초한 피드백 신호를 전원 관리 집적 회로(100)로 제공할 수 있다. 여기서, 온도 컨트롤러(400)는 부하 장치(200)와 동일한 반도체 패키지 내에 패키징 된 반도체 소자일 수 있고, 또는 온도 컨트롤러(500)는 하나의 반도체 장치 내에서 부하 장치(200)의 온도를 측정하는 또 다른 기능 블록일 수도 있다.
온도 컨트롤러(400)는 부하 장치(200)의 온도 정보가 미리 정해진 문턱값을 넘는 경우, 전원 관리 집적 회로(100)로 피드백 신호를 제공할 수 있다.
전원 관리 집적 회로(100)는 온도 컨트롤러(400)로부터 제공된 피드백 신호를 기초로 부하 장치(100)에 제공되는 부하 전력을 조정할 수 있다. 여기서 전원 관리 집적 회로(100)가 부하 전력을 조정하는 것은 부하 전압 또는 부하 전류 값의 변경을 통한 것일 수 있다.
즉, 부하 장치(200)의 온도가 소정의 문턱값을 초과하는 경우 온도 컨트롤러(400)로부터 제공받은 피드백 신호를 기초로, 전원 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(200)에 공급되는 부하 전력을 감소시켜 부하 장치(200)의 온도 정보가 문턱값 이하로 낮아질 수 있도록 부하 장치(200)에서 발생하는 열을 감소시킨다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 온도 컨트롤러(400)는 부하 장치(200)로 직접 피드백 신호를 제공할 수도 있다. 피드백 신호를 제공받은 부하 장치(200)는 내부의 동작 주파수를 변경하거나, 부하 장치(200)를 구성하는 기능 블록을 일부 턴 오프시킴으로써 전원 관리 집적 회로(100)로부터 제공받는 부하 전력값을 감소시킬 수 있다. 이 결과, 부하 장치(200)의 온도 정보값이 문턱값 이하로 감소할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 20: 레귤레이터 30: 멀티플렉서
40: 아날로그-디지털 변환기 50: 컨트롤러
60: 인터럽트 발생기 70: 통신 인터페이스
100, 300: 전원 관리 집적 회로 200: 부하 장치
400: 온도 컨트롤러 500: 전원 소스

Claims (10)

  1. 부하 장치; 및
    상기 부하 장치의 요청에 따라 상기 부하 장치로 공급되는 전력값을 계산하여 상기 부하 장치로 제공하는 전원 관리 집적 회로를 포함하되,
    상기 전원 관리 집적 회로는,
    상기 부하 장치로 제공되는 부하 전류를 측정하는 전류 미터를 포함하는 복수의 레귤레이터, 및
    상기 전류 미터로 측정된 부하 전류값과, 상기 레귤레이터로부터 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전압값을 이용하여 상기 전력값을 계산하는 컨트롤러를 포함하는 전자 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 관리 집적 회로는,
    상기 복수의 레귤레이터가 제공하는 부하 전류값 중 어느 하나의 부하 전류값을 선택하는 멀티플렉서;
    상기 멀티플렉서로부터 제공된 부하 전류값을 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 더 포함하는 전자 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 부하 장치는, 상기 전원 관리 집적 회로로 인에이블 신호 및 레귤레이터 선택 신호를 제공하고,
    상기 멀티플렉서는 상기 레귤레이터 선택 신호에 따라 상기 복수의 레귤레이터 중 하나의 부하 전류값을 선택하고,
    상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 선택된 부하 전류값을 아날로그-디지털 변환하여 상기 컨트롤러에 제공하는 전자 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 변환된 부하 전류값과 상기 부하 전압값을 이용하여 상기 전력값을 계산하고,
    상기 부하 장치로 인터럽트 신호와 함께 상기 레귤레이터로 부하 전력값을 전송하는 전자 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 상기 레귤레이터의 출력단의 전압을 제공받고,
    상기 부하 전류값 또는 상기 출력단의 전압 중 하나를 선택하여 출력하는 전자 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레귤레이터는 상기 컨트롤러가 제공하는 전압 지령에 따라 스위칭 주기를 조절하여 상기 부하 전압값을 조절하고,
    상기 컨트롤러는 상기 전압 지령과 상기 부하 전류값을 이용하여 상기 전력값을 계산하는 전자 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 레귤레이터는 벅 컨버터를 포함하고,
    상기 전류 센서는 상기 벅 컨버터에 포함된 인덕터를 흐르는 전류값을 측정하는 전자 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 부하 장치는, 상기 전원 관리 집적 회로로 인에이블 신호 및 레귤레이터 선택 신호를 제공하고,
    상기 전원 관리 집적 회로는,
    상기 인에이블 신호에 따라 상기 하나 이상의 레귤레이터 중 상기 레귤레이터 선택 신호에 해당하는 레귤레이터의 부하 전류를 측정하고,
    인터럽트 신호와 함께 상기 레귤레이터로 상기 전력값을 전송하는, 전자 장치.
  9. 부하 장치; 및
    상기 부하 장치의 요청에 따라 상기 부하 장치로 공급되는 전력값을 계산하여 상기 부하 장치로 제공하는 전원 관리 집적 회로를 포함하되,
    상기 전원 관리 집적 회로는,
    상기 부하 장치로 제공되는 부하 전류를 측정하는 전류 센서를 포함하는 적어도 하나 이상의 레귤레이터, 및
    연산 유닛을 포함하는 컨트롤러로,
    상기 연산 유닛은상기 레귤레이터가 측정한 부하 전류값과, 상기 부하 장치로 제공되는 부하 전압값을 제공받아 상기 전력값을 계산하는 컨트롤러를 포함하는 전자 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 출력 전압 및 공급 전류의 변화 이력을 저장하는 레지스터를 포함하는 전자 장치.
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