KR20200114864A - 복수의 ldo 레귤레이터들을 포함하는 레귤레이팅 회로 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 LDO 레귤레이터들을 포함하는 레귤레이팅 회로 및 이의 동작 방법 이 개시된다. 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 레귤레이팅 회로는 제1 모드에서 제1 공급 전압을 제1 노드에 인가하고, 제2 모드에서 상기 제1 공급 전압을 제2 노드에 인가하는 제1 DC-DC 컨버터, 상기 제1 노드에 연결되고, 제1 노드의 상기 제1 공급 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드에 출력 전압을 인가하는 제1 LDO 레귤레이터(Low Drop Out Regulator), 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 노드에 예비 전류를 제공하는 제2 LDO 레귤레이터를 포함할 수 있다.

Description

복수의 LDO 레귤레이터들을 포함하는 레귤레이팅 회로 및 이의 동작 방법{REGULATING CIRCUIT COMPRISING A PLURALITY OF LOW DROP OUT REGULATORS AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 개시의 기술적 사상은 복수의 LDO 레귤레이터들 및 컨버터를 이용하여 전압을 공급하는 레귤레이팅 회로 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레귤레이팅 회로는 파워 스위치들을 이용하여 외부로부터 입력되는 전원을 시스템에서 필요로 하는 직류 전원으로 변환하는 회로이다. 레귤레이터에 포함되는 파워 레귤레이터의 예로는 입력 직류 전원을 승압하거나 강압하기 위한 DC-DC 컨버터 등이 있다. 그 중, LDO(Low Drop Out) 레귤레이터는 낮은 입출력 전위차에서도 동작하는 리니어 레귤레이터로써, 저손실 타입 리니어 레귤레이터 또는 저포화 타입 리니어 레귤레이터라고도 칭해진다. 이에 따라서, LDO 레귤레이터는 동일한 전압을 출력하기 위해 비교적 낮은 입력 전압이 요구될 수 있다.
특히, LDO 레귤레이터는 로드 커패시터를 포함할 수 있는데, 로드 커패시터의 크기에 따라서 리플 전압의 크기와 출력 전압이 안정화 되는 시간이 서로 트레이드 오프 관계에 있을 수 있다. 따라서, LDO 레귤레이터에 포함되는 로드 커패시터의 크기를 키우지 않고도 리플 전압을 감소시킬 수 있는 레귤레이팅 회로의 구조가 요구되어 왔다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 복수의 LDO 레귤레이터들 및 컨버터를 이용하여 리플 전압을 감소시킴으로써 안정적인 출력 전압을 제공하는 레귤레이팅 회로 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복수의 DC-DC 컨버터들을 이용하여 복수의 노드들에 안정적인 전압을 제공하는 레귤레이팅 회로 및 이의 동작 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 레귤레이팅 회로는 제1 모드에서 제1 공급 전압을 제1 노드에 인가하고, 제2 모드에서 상기 제1 공급 전압을 제2 노드에 인가하는 제1 DC-DC 컨버터, 상기 제1 노드에 연결되고, 제1 노드의 상기 제1 공급 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드에 출력 전압을 인가하는 제1 LDO 레귤레이터(Low Drop Out Regulator), 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 노드에 예비 전류를 제공하는 제2 LDO 레귤레이터를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 레귤레이팅 회로는 제1 공급 전압을 제공하는 제1 DC-DC 컨버터, 모드 설정 신호에 기초하여 상기 제1 DC-DC 컨버터의 출력단을 제1 노드 및 제2 노드 중 어느 하나로 연결하는 스위치 회로, 상기 제1 노드의 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드에 출력 전압을 인가하는 제1 LDO 레귤레이터(Low Drop Out Regulator) 및 상기 제1 DC-DC 컨버터가 상기 제2 노드에 연결되면, 상기 제1 노드에 출력 전류를 공급함으로써 상기 제1 노드의 전압 레벨을 상기 제1 공급 전압까지 상승시키는 제2 LDO 레귤레이터를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 제1 노드의 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 전압을 공급하는 레귤레이팅 회로의 동작 방법은, 제1 DC-DC 컨버터의 출력단을 상기 제1 노드에서 제2 노드로 스위칭하는 단계, 제2 LDO 레귤레이터에 의해 상기 제1 노드에 예비 전류를 인가하는 단계 및 제1 LDO 레귤레이터에 의해 상기 제1 노드의 전압을 레귤레이팅 함으로써 상기 출력 전압을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 레귤레이팅 회로는 복수의 LDO 레귤레이터들을 포함하고, 복수의 LDO 레귤레이터들 중 적어도 하나의 LDO 레귤레이터가 DC-DC 컨버터의 모드 전환 구간에서 예비 전류를 출력함으로써 DC-DC 컨버터의 모드 전환에도 불구하고 리플 전압이 감소된 안정적인 출력 전압을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 스위칭 동작을 나타내는 표이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 전류 보조 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(10)는 레귤레이팅 회로(100), 전원 공급부(300) 및 제어 로직(400)을 포함할 수 있다. 전원 공급부(300)는 외부 전원 전압에 기초하여 복수의 전원 전압들을 발생시키고, 그 중 입력 전압(Vin)을 레귤레이팅 회로(100)에 제공할 수 있다.
레귤레이팅 회로(100)는 제1 LDO 레귤레이터(LDO1), 제2 LDO 레귤레이터(LDO2) 및 DC-DC 컨버터(DDC)를 포함하고, 전원 공급부(300)로부터 수신한 입력 전압(Vin)을 레귤레이팅 함으로써 출력 전압(Vout)을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 레귤레이팅 회로(100)는 제어 로직(400)으로부터 모드 설정 신호(Sig_MS)를 수신할 수 있고, 모드 설정 신호(Sig_MS)에 기초하여 복수의 노드들에 다양한 전압들을 제공할 수 있다. 제어 로직(400)은 복수의 노드들 중 적어도 하나에 대한 공급 전압요청 신호에 대응하여 모드 설정 신호(Sig_MS)를 생성할 수 있다.
DC-DC 컨버터(DDC)는 직류의 입력 전압(Vin)을 입력 받아서 승압하거나 강압하고, 직류 전압을 출력할 수 있다. 일 예시로써, DC-DC 컨버터(DDC)는 스텝-다운 컨버터(Step-down Converter) 또는 벅 컨버터(Buck Converter)로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, DC-DC 컨버터(DDC)는 모드 설정 신호(Sig_MS)에 기초하여 복수의 노드들에 전압을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, DC-DC 컨버터(DDC)는 제어 로직(400)으로부터 수신한 모드 설정 신호(Sig_MS)에 기초하여 입력 전압(Vin)을 강압하여 제1 노드를 통해 제1 LDO 레귤레이터(LDO1)에 제공하거나, 입력 전압(Vin)을 강압하여 제2 노드를 통해 다른 소자에 제공할 수 있다.
제1 LDO 레귤레이터(LDO1)는 DC-DC 컨버터(DDC)로부터 수신한 강압된 전압에 대한 레귤레이팅을 통해 특정 전압을 갖는 출력 전압(Vout)을 전자 장치(10)의 다른 소자 또는 기능 블록에 제공할 수 있다.
제2 LDO 레귤레이터(LDO2)는 제1 LDO 레귤레이터(LDO1)와 상기 제1 노드를 통해 연결될 수 있다. 실시예에 따라서, DC-DC 컨버터(DDC)는 제1 LDO 레귤레이터(LDO1)에 대한 전압 제공을 중단할 수 있다. 일 예시에서, 상술한 바와 같이 DC-DC 컨버터(DDC)는 모드 설정 신호(Sig_MS)에 기초하여 제1 LDO 레귤레이터(LDO1)와 연결된 제1 노드 대신 제2 노드에 전압을 제공할 수 있다.
제1 LDO 레귤레이터(LDO1) 및 제2 LDO 레귤레이터(LDO2)는 로드 커패시터, 레퍼런스 전압과 피드백 전압의 차이를 증폭하는 증폭기 및 증폭기의 출력 전압에 기초하여 최종 출력 전압을 제공하는 파워 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 LDO 레귤레이터(LDO1) 및 제2 LDO 레귤레이터(LDO2)는 서로 다른 종류의 파워 트랜지스터를 포함할 수 있고, 일 예시에서, 제1 LDO 레귤레이터(LDO1)는 NMOS(N-channel Mosfet Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 파워 트랜지스터로써 포함하고, 제2 LDO 레귤레이터(LDO2)는 PMOS(P-channel Mosfet Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 파워 트랜지스터로써 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따르면, 제2 LDO 레귤레이터(LDO2)는 상기 DC-DC 컨버터가 전압을 제공하지 않는 구간에서 상기 제1 노드에 예비 전류를 출력함으로써 상기 제1 노드에 대한 전압 레벨을 떨어뜨리지 않을 수 있다. 이에 따라서, DC-DC 컨버터(DDC)가 전압을 제공하지 않는 구간이더라도 안정된 전압이 제1 LDO 레귤레이터(LDO1)에 입력될 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 회로도이다. 도 1과 중복되는 내용은 생략한다.
도 2를 참조하면, 레귤레이팅 회로(100)는 DC-DC 컨버터(110), 스위칭 회로(120), 제1 LDO 레귤레이터(130) 및 제2 LDO 레귤레이터(140)를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터(110)는 스위치 회로(120)를 통해 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 스위치 회로(120)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있고, 제1 스위치(SW1)는 제1 모드 신호(MS1)에 기초하여 DC-DC 컨버터(110)와 제1 노드(N1) 사이를 스위칭 하고, 제2 스위치(SW2)는 제2 모드 신호(MS2)에 기초하여 DC-DC 컨버터(110)와 제2 노드(N2) 사이를 스위칭할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 모드 신호(MS1) 및 제2 모드 신호(MS2)는 제어 로직(도 1, 400)으로부터 모드 설정 신호(Sig_MS)로서 수신될 수 있다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 외부의 신호에 기초하여 전기적 연결을 제어할 수 있는 각종 스위치 소자로 구성될 수 있고, 일 예시에서, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 트랜지스터로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 상보적으로 동작할 수 있다.
일 예시에서, 제1 모드에서 제1 스위치(SW1)는 단락되고, 제2 스위치(SW2)는 개방됨으로써 DC-DC 컨버터(110)는 제1 노드(N1)에 연결될 수 있고, 이에 따라서 DC-DC 컨버터(110)로부터 제공되는 공급 전압이 제1 노드(N1)를 통해 제1 LDO 레귤레이터(130)에 제공될 수 있다. 또한, 제2 모드에서 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제2 스위치(SW2)는 단락됨으로써, DC-DC 컨버터(110)는 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 이에 따라서 DC-DC 컨버터(110)로부터 제공되는 공급 전압이 제2 노드(N2)를 통해 외부 소자에 제공될 수 있다.
제1 LDO 레귤레이터(130)는 제1 노드(N1)의 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 전압을 생성하고, 출력 노드(Nout)를 통해 외부 소자에 제공할 수 있다. 제1 모드에서, 제1 LDO 레귤레이터(130)는 DC-DC 컨버터(110)로부터 제공되는 공급 전압을 제1 노드(N1)를 통해 제공받고, 이를 레귤레이팅 함으로써 출력 전압을 생성할 수 있다.
제2 모드에서, 제2 LDO 레귤레이터(140)는 예비 전류(I_aux)를 제1 노드(N1)에 출력할 수 있다. 이에 따라서, 제1 스위치(SW1)가 개방됨으로써 생길 수 있는 제1 노드(N1)의 전압의 공급원이 없어지는 현상을 해결할 수 있다. 제1 LDO 레귤레이터(130)는 제2 LDO 레귤레이터(140)로부터 제1 노드(N1)를 통해 전압을 제공받고, 이를 레귤레이팅 함으로써 출력 전압을 생성할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따르면, 상술한 제2 모드와 같이 DC-DC 컨버터(110)가 별도의 요청에 따라서 제1 LDO 레귤레이터(130)가 아닌 다른 노드에 공급 전압을 제공할 때에도 제1 LDO 레귤레이터(130)는 제2 LDO 레귤레이터(140)로부터 전압을 제공받을 수 있고, 이에 따라서 안정된 출력 전압이 생성될 수 있다.
도 2에서는 두 개의 스위치들(SW1, SW2)에 의해 DC-DC 컨버터(110)와 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이의 연결을 제어하는 예시가 도시되어 있으나, 이는 일 예시일 뿐이고, 하나 이상의 스위치 소자를 통해 DC-DC 컨버터(110)와 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이의 연결을 제어하는 실시예 역시 본 개시의 기술적 사상에 포함될 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 3의 X축은 시간을 나타내고, Y축은 노드의 전위 또는 신호의 로직 레벨을 나타낼 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 모드(Md1)에서 제1 모드 신호(MS1)는 로직 하이를 유지하고, 제2 모드 신호(MS2)는 로직 로우를 유지할 수 있다. 제1 모드 신호(MS1) 및 제2 모드 신호(MS2)에 기초하여 제1 스위치(SW1)는 단락(ON)될 수 있고, 제2 스위치(SW2)는 개방(OFF)될 수 있다. 이에 따라서, DC-DC 컨버터(110)는 제1 노드(N1)에 연결되고, 안정된 리플을 갖는 공급 전압이 제1 노드(N1)에 제공됨에 따라서, 출력 노드(Nout)의 전압도 안정된 리플을 가질 수 있다.
제1 모드(Md1)에서 제2 모드(Md2)로 변경됨에 따라서, 제1 모드 신호(MS1)는 로직 하이에서 로직 로우로 천이하고, 제2 모드 신호(MS2)는 로직 로우에서 로직 하이로 천이할 수 있다. 제1 모드 신호(MS1) 및 제2 모드 신호(MS2)에 기초하여 제1 스위치(SW1)는 개방(OFF)될 수 있고, 제2 스위치(SW2)는 단락(ON)될 수 있다. 이에 따라서, DC-DC 컨버터(110)는 제2 노드(N2)에 연결되고, 공급 전압은 제2 노드(N2)에 제공될 수 있다.
공급 전압이 제1 노드(N1)에 제공되지 않으므로, 제1 노드(N1) 및 이를 레귤레이팅한 결과 발생하는 출력 노드(Nout)의 전압 레벨이 일시적으로 하강할 수 있으나, 제2 LDO 레귤레이터(140)가 예비 전류(I_aux)를 출력함으로써 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 제1 모드(Md1)와 유사하게 회복될 수 있다. 또한, 제1 노드(N1)의 전압을 레귤레이팅함으로써 생성되는 출력 노드(Nout)의 전압 레벨도 제1 모드(Md1)와 유사하게 회복될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따르면, DC-DC 컨버터(110)의 공급 전압이 제공되지 않는 제2 모드(Md2)에서도 제2 LDO 레귤레이터(140)가 예비 전류를 제공함으로써, 출력 노드(Nout)의 전압은 안정된 리플을 가질 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 회로도이다. 도 2와 중복되는 내용은 생략한다.
도 4를 참조하면, 레귤레이팅 회로(200)는 제1 DC-DC 컨버터(211), 제2 DC-DC 컨버터(212), 스위칭 회로(220), 제1 LDO 레귤레이터(230) 및 제2 LDO 레귤레이터(240)를 포함할 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(211), 제1 LDO 레귤레이터(230) 및 제2 LDO 레귤레이터(240)는 도 2의 DC-DC 컨버터(110), 제1 LDO 레귤레이터(130) 및 제2 LDO 레귤레이터(140)와 그 동작이 동일하거나 유사할 수 있는바 중복되는 설명은 생략한다.
스위칭 회로(220)는 제1 내지 제5 스위치(SW1~SW5)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 도 2에서 상술한바 그 설명은 생략한다. 제3 스위치(SW3)는 제3 모드 신호(MS3)에 기초하여 제1 DC-DC 컨버터(211)와 제3 노드(N3) 사이를 스위칭할 수 있다. 유사하게, 제4 스위치(SW4)는 제4 모드 신호(MS4)에 기초하여 제2 DC-DC 컨버터(212)와 제2 노드(N2) 사이를 스위칭하고, 제5 스위치(SW5)는 제5 모드 신호(MS5)에 기초하여 제2 DC-DC 컨버터(212)와 제3 노드(N3) 사이를 스위칭할 수 있다.
제1 내지 제5 스위치(SW1~SW5)는 외부의 신호(예를 들면, 제1 내지 제5 모드 신호(MS1~MS5)에 기초하여 전기적 연결을 제어할 수 있는 각종 스위치 소자로 구성될 수 있고, 일 예시에서, 제1 내지 제5 스위치(SW1SW5)는 트랜지스터로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내지 제5 모드 신호(MS1~MS5)는 제어 로직(도 1, 400)으로부터 모드 설정 신호(Sig_MS)로써 수신될 수 있다.
스위치 회로(220)의 동작에 따라서, 제1 DC-DC 컨버터(211)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3) 중 어느 하나에 연결될 수 있고, 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3) 중 어느 하나에 제1 공급 전압을 제공할 수 있다. 제2 DC-DC 컨버터(212)는 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3) 중 적어도 하나에 연결될 수 있고, 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3) 중 적어도 하나에 제2 공급 전압을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 DC-DC 컨버터(212)에서 제공되는 제2 공급 전압은 제1 DC-DC 컨버터(211)에서 제공되는 제1 공급 전압에 비해 더 높거나 낮은 전압 레벨을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제1 DC-DC 컨버터(211)는 제2 DC-DC 컨버터(212)가 복수의 노드들(예를 들면, 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3))에 대한 전압을 제공하는 경우에 제1 노드(N1)가 아닌 다른 노드(예를 들면, 제2 노드(N2) 또는 제3 노드(N3))에 연결될 수 있다. 즉, 제2 DC-DC 컨버터(212)가 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)에 제2 공급 전압을 인가하기 전에 제1 DC-DC 컨버터(211)가 먼저 제2 노드(N2) 또는 제3 노드(N3)의 전압 레벨을 승압 및 강압시킬 수 있고, 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)에 대한 전압 레벨이 빠른 시간에 승압 및 강압될 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 제1 DC-DC 컨버터(211)가 제1 노드(N1)가 아닌 다른 노드(예를 들면, 제2 노드(N2) 또는 제3 노드(N3))에 대한 전압 승압 및 강압에 사용될 경우에도, 제2 LDO 레귤레이터(240)가 제1 노드(N1)에 대한 전압 레벨을 유지시킬 수 있고, 제1 LDO 레귤레이터(230)는 안정적으로 출력 전압을 출력 노드(Nout)에 제공할 수 있다.
도 4에서는 레귤레이팅 회로(200)가 세 개의 노드들(Nout, N2, N3)을 통해서 외부(예를 들면, 전자 장치(도 1, 10) 내의 다른 소자들)에 전압을 제공하는 예시가 도시되어 있으나 이는 일 실시예 일 뿐이고, 레귤레이팅 회로(200)가 세 개보다 많거나 적은 노드들을 통해 외부에 전압을 제공하는 실시예에도 본 개시의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 이해되어야 할 것이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 스위칭 동작을 나타내는 표이고, 도 6a 내지 도 6d는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 레귤레이팅 회로(200)는 제1 모드(Md1), 제2 모드(Md2), 제3 모드(Md3) 및 제4 모드(Md4) 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 제1 모드(Md1)는 제1 DC-DC 컨버터(211)가 제1 노드(N1)에 제1 공급 전압을 인가하고, 제2 DC-DC 컨버터(212)가 제2 노드(N2)에 제2 공급 전압을 인가하는 모드를 나타낼 수 있다.
제2 모드(Md2)는 제어 로직(도 1, 400) 등의 요청에 따라서, 제2 DC-DC 컨버터(212)는 그대로 제2 노드(N2) 에 제2 공급 전압을 인가하고, 제1 DC-DC 컨버터(211)가 제3 노드(N3)에 제1 공급 전압을 인가하는 모드를 나타낼 수 있다.
제3 모드(Md3)는 제2 모드(Md2)에 따라서 제3 노드(N3)가 제1 공급 전압을 갖게 된 이후 제2 DC-DC 컨버터(212)가 제3 노드(N3)에 제2 공급 전압을 인가하고, 제1 DC-DC 컨버터(211)가 다시 제1 노드(N1)에 제1 공급 전압을 인가하는 모드를 나타낼 수 있다.
제4 모드(Md4)는 제어 로직(도 1, 400) 등의 요청에 따라서, 제2 DC-DC 컨버터(212)가 그대로 제3 노드(N3)에 제2 공급 전압을 인가하고, 제1 DC-DC 컨버터(211)가 제2 노드(N2)에 제1 공급 전압을 인가하는 모드를 나타낼 수 있다.
제4 모드(Md4) 이후에는 다시 제1 모드(Md1)가 수행될 수 있고, 제1 모드(Md1) 내지 제4 모드(Md4)는 반복될 수 있다.
도 6a는 레귤레이팅 회로(200)가 제1 모드(Md1)에서 동작하는 예시를 나타낸다. 도 5 및 도 6a를 참조하면, 제1 모드(Md1)에서 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 단락(ON)되고, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 개방(OFF)될 수 있다.
제1 DC-DC 컨버터(211)는 제1 스위치(SW1)가 단락됨에 따라서, 제1 노드(N1)에 제1 공급 전압(Vs1)을 제공할 수 있다. 제1 LDO 레귤레이터(240)는 제1 노드(N1)의 제1 공급 전압(Vs1)을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드(Nout)에 출력 전압(Vout)을 제공할 수 있다. 제2 DC-DC 컨버터(211)는 제4 스위치(SW4)가 단락됨에 따라서, 제2 노드(N2)에 제2 공급 전압(Vs2)을 제공할 수 있다. 제3 노드(N3)는 플로팅 상태를 유지할 수 있다.
도 6b는 레귤레이팅 회로(200)가 제2 모드(Md2)에서 동작하는 예시를 나타낸다. 도 5 및 도 6b를 참조하면, 제2 모드(Md2)에서 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 단락(ON)되고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 개방(OFF)될 수 있다.
제2 DC-DC 컨버터(212)는 제4 스위치(SW4)가 단락됨에 따라서, 제2 노드(N2)에 제2 공급 전압(Vs2)을 제공할 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(211)는 제3 스위치(SW3)가 단락됨에 따라서, 제3 노드(N3)에 제1 공급 전압(Vs1)을 제공할 수 있다. 제1 노드(N1)는 제1 DC-DC 컨버터(211)와의 연결이 끊어질 수 있고, 제2 LDO 레귤레이터(230)에 의한 예비 전류(I_aux)에 의해 제1 공급 전압(Vs1)의 전압 레벨을 회복할 수 있다. 이에 따라서, 제1 LDO 레귤레이터(240)는 제1 DC-DC 컨버터(211)와의 연결이 끊어졌음에도 불구하고, 제1 노드(N1)의 제1 공급 전압(Vs1)을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드(Nout)에 출력 전압(Vout)을 제공할 수 있다.
도 6c는 레귤레이팅 회로(200)가 제3 모드(Md3)에서 동작하는 예시를 나타낸다. 도 5 및 도 6c를 참조하면, 제3 모드(Md3)에서 제1 스위치(SW1) 및 제5 스위치(SW5)는 단락(ON)되고, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 개방(OFF)될 수 있다.
제1 DC-DC 컨버터(211)는 제1 스위치(SW1)가 단락됨에 따라서, 다시 제1 노드(N1)에 제1 공급 전압(Vs1)을 제공할 수 있다. 제1 LDO 레귤레이터(240)는 제1 노드(N1)의 제1 공급 전압(Vs1)을 레귤레이팅 함으로써 안정적으로 출력 노드(Nout)에 출력 전압(Vout)을 제공할 수 있다. 제2 DC-DC 컨버터(211)는 제5 스위치(SW5)가 단락됨에 따라서, 제3 노드(N3)에 제2 공급 전압(Vs2)을 제공할 수 있다.
도 6d는 레귤레이팅 회로(200)가 제4 모드(Md4)에서 동작하는 예시를 나타낸다. 도 5 및 도 6d를 참조하면, 제4 모드(Md4)에서 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 단락(ON)되고, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 개방(OFF)될 수 있다.
제2 DC-DC 컨버터(212)는 제5 스위치(SW5)가 단락됨에 따라서, 제3 노드(N3에 제2 공급 전압(Vs2)을 제공할 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(211)는 제2 스위치(SW2) 가 단락됨에 따라서, 제2 노드(N2)에 제1 공급 전압(Vs1)을 제공할 수 있다. 제1 노드(N1)는 제1 DC-DC 컨버터(211)와의 연결이 끊어질 수 있고, 제2 LDO 레귤레이터(230)에 의한 예비 전류(I_aux)에 의해 제1 공급 전압(Vs1)의 전압 레벨을 회복할 수 있다. 이에 따라서, 제1 LDO 레귤레이터(240)는 제1 DC-DC 컨버터(211)와의 연결이 끊어졌음에도 불구하고, 제1 노드(N1)의 제1 공급 전압(Vs1)을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드(Nout)에 출력 전압(Vout)을 제공할 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 도면이다. 도 2와 중복되는 내용은 생략한다.
도 7을 참조하면, 레귤레이팅 회로(100)는 DC-DC 컨버터(110), 스위칭 회로(120), 제1 LDO 레귤레이터(130), 제2 LDO 레귤레이터(140) 및 전류 보조 회로(150)를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터(110), 스위칭 회로(120), 제1 LDO 레귤레이터(130) 및 제2 LDO 레귤레이터(140)는 도 2에서 상술한 바 그 설명은 생략한다.
전류 보조 회로(150)는 출력 노드(Nout)의 출력 전류(I_out)를 센싱하고, 이를 기초로 보조 전류(I_ast)를 제1 노드(N1)에 출력할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 전류 보조 회로(150)는 전류 미러링 회로를 포함할 수 있다. 제1 모드에서 제2 모드로의 전환 과정에서 출력 전류를 제공하기 위해 제1 노드(N1)의 커패시터에서 충전된 전하가 출력 노드쪽으로 빠져 나가면서 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 일시적으로 하강할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 전류 보조 회로(150)는 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 일시적으로 하강하는 구간에서 보조 전류(I_ast)를 출력할 수 있고, 이에 따라서 제1 노드(N1)의 전압 레벨은 하강하지 않고 제1 공급 전압을 유지할 수 있다. 결과적으로, 제1 모드에서 제2 모드로의 전환에도 불구하고, 제1 LDO 레귤레이터(130)에는 리플이 최소화된 안정적인 전압이 인가될 수 있고, 출력 전압 역시 안정적으로 유지될 수 있다.
도 7에서는 전류 보조 회로(150)가 출력 노드(Nout)로 인가되는 전류를 센싱하는 실시예가 도시되어 있으나 이는 일 실시예일 뿐이고, 또 다른 실시예에서, 전류 보조 회로(150)는 제1 LDO 레귤레이터(130)로 인가되는 전류를 센싱하거나, 제2 노드(N2)로 인가되는 전류를 센싱하고, 이에 기초하여 보조 전류(I_ast)를 제1 노드(N1)에 인가할 수 있다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 8의 X축은 시간을 나타내고, Y축은 노드의 전위 또는 신호의 로직 레벨을 나타낼 수 있다. 도 3과 중복되는 내용은 생략한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 점선은 전류 보조 회로(150)가 없는 레귤레이팅 회로(100)의 동작을 나타내고, 실선은 전류 보조 회로(150)를 포함하는 레귤레이팅 회로(100)의 동작을 나타낸다. 점선은 도 3의 그래프와 동일하거나 유사할 수 있으므로 그 설명은 생략한다.
제1 모드(Md1)에서 제2 모드(Md2)로의 전환 과정에서 제2 LDO 레귤레이터(140)는 비교적 긴 안정화 시간을 가질 수 있고, 이에 따라서, 전류 보조 회로(150)가 없는 경우, 제1 노드(N1) 및 출력 노드(Nout)의 전압 레벨이 일시적으로 하강할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 보조 회로(150)는 제2 LDO 레귤레이터(140)에 비교해서 빠른 전류 공급 시간을 가질 수 있다. 따라서, 제2 LDO 레귤레이터(140)가 제1 노드(N1)에 예비 전류(I_aux)를 출력하기 전에 전류 보조 회로(150)는 보조 전류(I_ast)를 제1 노드(N1)에 출력할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제1 노드(N1)는 DC-DC 컨버터(110)와의 연결이 해제된 이후에도, 보조 전류(I_ast)에 의해 전압 레벨을 일정하게 유지할 수 있고, 이후에는 안정적으로 출력되는 예비 전류(I_aux)에 의해 전압 레벨을 일정하게 유지할 수 있고, 리플이 최소화된 전압이 제1 노드(N1)에 인가됨에 따라서, 출력 노드(Nout)의 전압 레벨 역시 안정되게 유지될 수 있다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로를 나타내는 블록도이다. 도 4와 중복되는 내용은 생략한다.
도 9를 참조하면, 레귤레이팅 회로(200a)는 제1 DC-DC 컨버터(211a), 제2 DC-DC 컨버터(212a), 제3 DC-DC 컨버터(213a), 스위칭 회로(220a), 제6 스위치(SW6) 및 LDO 레귤레이터(230a)를 포함할 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(211a), 제2 DC-DC 컨버터(212a), 스위칭 회로(220a) 및 LDO 레귤레이터(230a)는 도 4의 제1 DC-DC 컨버터(211), 제2 DC-DC 컨버터(212), 스위칭 회로(220) 및 제1 LDO 레귤레이터(230)와 그 동작이 동일하거나 유사할 수 있는바 중복되는 설명은 생략한다.
제3 DC-DC 레귤레이터(213a)는 도 4의 제2 LDO 레귤레이터(240)와 그 동작이 유사할 수 있다. 제3 DC-DC 레귤레이터(213a)는 제1 DC-DC 레귤레이터(211a)가 제1 노드(N1)와 연결이 해제되는 제2 모드에서, 제1 노드(N1)에 연결되어 제1 공급 전압을 제공할 수 있다. 제3 DC-DC 레귤레이터(213a)는 제1 DC-DC 레귤레이터(211a)와 동일한 출력 전압(예를 들면, 제1 공급 전압)을 제공할 수 있고, 이에 따라서, 제1 DC-DC 레귤레이터(211a)가 LDO 레귤레이터(230a)에 전압을 제공하지 못하는 경우에도, LDO 레귤레이터(230a)는 제3 DC-DC 레귤레이터(213a)로부터 제1 공급 전압을 제공받을 수 있다. 일 예시에서, 제3 DC-DC 레귤레이터(213a)는 스텝-다운 컨버터 또는 벅 컨버터로 구성될 수 있다.
제6 스위치(SW6)는 제6 모드 신호(MS6)에 기초하여 제3 DC-DC 레귤레이터(210a)와 제1 노드(N1) 사이를 스위칭할 수 있다. 일 실시예에서, 제6 스위치(SW6)는 제1 스위치(SW1)와 상보적으로 동작할 수 있다. 즉, 제1 스위치(SW1)가 개방되는 경우 제6 스위치(SW6)는 단락될 수 있고, 제1 스위치(SW1)가 단락되는 경우 제6 스위치(SW6)는 개방될 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 레귤레이팅 회로(100)는 DC-DC 컨버터(110)의 출력단을 제1 노드(N1)에서 제2 노드(N2)로 스위칭할 수 있다(S110). 제1 노드(N1)와 DC-DC 컨버터(110)의 연결이 해제되면, 제2 LDO 레귤레이터(140)는 제1 노드(N1)에 예비 전류(I_aux)를 인가할 수 있다(S120). 제1 LDO 레귤레이터(130)는 제1 노드(N1)의 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 전압을 출력 노드(Nout)에 제공할 수 있다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 레귤레이팅 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4 및 도 11을 참조하면, 제1 모드에서 레귤레이팅 회로(100)는 제1 DC-DC 컨버터(211)의 출력단을 제1 노드(N1)에 연결시키고, 제2 DC-DC 컨버터(212)의 출력단을 제2 노드(N2)에 연결시킬 수 있다(S210). 제2 모드에서 레귤레이팅 회로(100)는 제1 DC-DC 컨버터(211)의 출력단을 제1 노드(N1)에서 제3 노드(N3)로 스위칭할 수 있다(S220). 제3 모드에서 레귤레이팅 회로(100)는 제1 DC-DC 컨버터(211)의 출력단을 제3 노드(N3)에서 제1 노드(N1)로 스위칭하고, 제2 DC-DC 컨버터(212)의 출력단을 제2 노드(N2)에서 제3 노드(N3)로 스위칭할 수 있다(S230). 제4 모드에서 레귤레이팅 회로(100)는 제1 DC-DC 컨버터(211)의 출력단을 제1 노드(N1)에서 제2 노드(N2)로 스위칭할 수 있다(S240).
이에 따라서, 제1 노드(N1)는 제2 LDO 레귤레이터(230)에 의한 예비 전류(I_aux)에 의해 제1 공급 전압을 갖게 되고, 제2 노드(N2)는 제1 DC-DC 컨버터(211)에 의해 제1 공급 전압을 갖게 되고, 제3 노드(N3)는 제2 DC-DC 컨버터(212)에 의해 제2 공급 전압을 가질 수 있다. 이후, 제1 DC-DC 컨버터(211)는 제2 노드(N2)에서 제1 노드(N1)로 스위칭 됨으로써 다시 제1 모드에서 동작할 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 전류 보조 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7 및 도 12를 참조하면, 전류 보조 회로(150)는 레귤레이팅 회로(100)의 출력 노드(Nout)로부터 인가되거나 출력 노드(Nout)에 인가되는 출력 전류를 센싱할 수 있다(S310). 전류 보조 회로(150)는 센싱한 출력 전류에 기초하여 보조 전류(I_ast)를 제1 노드(N1)에 인가할 수 있다(S320).
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 전자 장치(3000)는 전원 공급 장치(3100), 중앙 처리 장치(CPU; 3200), 신호 처리부(3300), 사용자 인터페이스(3400), 저장부(3500), 장치 인터페이스(3600) 및 버스(3700)를 포함할 수 있다.
전자 장치(3000)는 예로서 컴퓨터, 모바일 폰, PDA, PMP, MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, TV 수상기, 디스플레이 기기 등을 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(3100)는 전자 장치(3000)에서 필요로 하는 전원 전압을 생성하여 각 구성 요소들에 공급할 수 있다. 전원 공급 장치(3100)에는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 레귤레이팅 회로(100)가 적용될 수 있다. 예로서, 전원 공급 장치(3100)는 복수의 LDO 레귤레이터들을 포함함으로써, DC-DC 컨버터가 다른 노드에 대한 전압 공급을 수행하는 경우에도 안정적으로 출력 전압의 전압 레벨을 관리할 수 있다.
중앙 처리 장치(3200)는 전자 장치(3000)를 전반적으로 제어하는 동작을 수행할 수 있다. 예로서, 사용자 인터페이스(3400)를 통하여 입력되는 정보에 기초하여 전자 장치(3000)의 구성 수단들을 제어할 수 있다.
신호 처리부(3300)는 장치 인터페이스(3600)를 통하여 수신되는 신호 또는 저장부(3500)로부터 읽어낸 신호를 정해진 규격에 맞추어 처리할 수 있다. 예로서, 비디오 신호 처리 또는 오디오 신호 처리 등을 수행할 수 있다.
사용자 인터페이스(3400)는 전자 장치(3000)의 기능 설정 및 동작에 필요한 정보를 사용자가 설정하기 위한 입력 장치이다. 저장부(3500)는 전자 장치(3000)의 동작에 필요한 각종 정보들이 저장된다. 또한, 장치 인터페이스(3600)를 통하여 수신되는 데이터 또는 전자 장치(3000)에서 처리된 데이터들이 저장될 수 있다.
장치 인터페이스(3600)는 전자 장치(3000)와 유선 또는 무선으로 접속되는 외부 장치와의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 버스(3700)는 전자 장치(3000)의 구성 수단들 간의 정보를 전송하는 기능을 수행한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시 예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시 예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 모드에서 제1 공급 전압을 제1 노드에 인가하고, 제2 모드에서 상기 제1 공급 전압을 제2 노드에 인가하는 제1 DC-DC 컨버터;
    상기 제1 노드에 연결되고, 제1 노드의 상기 제1 공급 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 노드에 출력 전압을 인가하는 제1 LDO 레귤레이터(Low Drop Out Regulator);
    상기 제1 노드에 연결되고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 노드에 예비 전류를 제공하는 제2 LDO 레귤레이터;를 포함하는 레귤레이팅 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모드에서 상기 제1 노드와 상기 제1 DC-DC 컨버터 사이를 연결하고, 상기 제2 모드에서 상기 제2 노드와 상기 제1 DC-DC 컨버터 사이를 연결하는 스위치 회로;를 더 포함하는 레귤레이팅 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 회로는,
    상기 제1 모드에 대응되는 제1 모드 신호에 기초하여 상기 제1 노드와 상기 제1 DC-DC 컨버터 사이를 스위칭하는 제1 스위치;
    상기 제2 모드에 대응되는 제2 모드 신호에 기초하여 상기 제2 노드와 상기 제1 DC-DC 컨버터 사이를 스위칭하는 제2 스위치;
    제3 모드에 대응되는 제3 모드 신호에 기초하여 제3 노드와 상기 제1 DC-DC 컨버터 사이를 스위칭하는 제3 스위치;및
    상기 제1 모드에서 제2 공급 전압을 상기 제2 노드에 인가하고, 상기 제2 모드에서 상기 제2 공급 전압을 상기 제3 노드에 인가하는 제2 DC-DC 컨버터;를 더 포함하는 레귤레이팅 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 모드 신호 및 상기 제3 모드 신호는 상기 제2 노드 및 상기 제3 노드 중 적어도 하나에 대한 공급 전압 요청 신호에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 하는 레귤레이팅 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 회로는 상기 제2 모드 신호에 기초하여 상기 제1 DC-DC 컨버터를 상기 제2 노드에 연결시키고, 상기 제1 모드 신호 또는 상기 제3 모드 신호에 기초하여 상기 제2 DC-DC 컨버터를 상기 제2 노드에 연결시키는 것을 특징으로 하는 레귤레이팅 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드에 연결되고, 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로의 전환 기간 동안 상기 제1 노드에 보조 전류를 제공하는 전류 보조 회로;를 더 포함하는 레귤레이팅 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조 회로는 상기 출력 노드의 전류를 센싱하고, 센싱한 전류에 기초하여 상기 보조 전류의 전류 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 레귤레이팅 회로.
  8. 제1 노드의 전압을 레귤레이팅 함으로써 출력 전압을 공급하는 레귤레이팅 회로의 동작 방법에 있어서,
    제1 DC-DC 컨버터의 출력단을 상기 제1 노드에서 제2 노드로 스위칭하는 단계;
    제2 LDO 레귤레이터에 의해 상기 제1 노드에 예비 전류를 인가하는 단계;
    제1 LDO 레귤레이터에 의해 상기 제1 노드의 전압을 레귤레이팅 함으로써 상기 출력 전압을 공급하는 단계;를 포함하는 레귤레이팅 회로의 동작 방법.
  9. 제8항에 있어서
    제2 DC-DC 컨버터의 출력단은 제3 노드에서 상기 제2 노드로 스위칭하고, 상기 제1 DC-DC 컨버터의 출력단을 상기 제2 노드에서 상기 제1 노드로 스위칭하는 단계;및
    상기 제1 DC-DC 컨버터의 출력단을 상기 제1 노드에서 상기 제2 노드로 스위칭하는 단계;를 더 포함하는 레귤레이팅 회로의 동작 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 노드에 전류 보조 회로에 의해 생성된 보조 전류를 인가하는 단계;를 더 포함하는 레귤레이팅 회로의 동작 방법.

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