KR20230067442A - Charger integrated circuit for charging series battery device and electronic device including same - Google Patents
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Abstract
직렬 연결된 배터리들을 포함하는 배터리 장치를 충전하기 위한 충전 집적 회로는 다이렉트 충전기, 벅 컨버터, 스위치드 커패시터 및 선형 충전기를 포함한다. 다이렉트 충전기는 입력 전압에 기초하여, 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성한다. 벅 컨버터는 입력 전압에 기초하여, 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성한다. 스위치드 커패시터는 제1 전류에 기초하여 제1 시스템 전류를 생성하고, 제2 전류에 기초하여 제2 충전 전류를 생성한다. 선형 충전기는 제1 충전 전류 및 제2 충전 전류를 배터리 장치에 제공한다.A charger integrated circuit for charging a battery device including series-connected batteries includes a direct charger, a buck converter, a switched capacitor, and a linear charger. The direct charger generates, based on the input voltage, a first charging current for charging the battery device and a first current for generating a first system current provided to a system load. The buck converter generates, based on the input voltage, a second current for generating a second charging current for charging the battery device and a second system current provided to the system load. The switched capacitor generates a first system current based on the first current and a second charging current based on the second current. A linear charger provides a first charging current and a second charging current to a battery device.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 배터리들을 포함하는 직렬 배터리 장치를 충전하는 충전 집적 회로, 및 상기 충전 집적 회로를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a charger integrated circuit for charging a series battery device including a plurality of batteries, and an electronic device including the charger integrated circuit.
모바일 폰(mobile phone)과 같은 휴대용 전자 장치는 배터리를 포함한다. 5G 시대가 도래하며 모바일 폰에서 필요로 하는 전력(power)이 점점 커지고 있다. 현재 사용되고 있는 배터리 용량으로는 5G 모바일 폰의 사용시간이 줄어들 수밖에 없기 때문에 배터리 용량의 증가가 요구되고 있다. 예를 들어, 복수의 배터리들을 직렬로 연결한 형태의 배터리 장치가 사용되고 있으며, 이에 따라 복수의 배터리들을 포함하는 배터리 장치에 대한 효율적인 충전 및/또는 고속 충전에 대한 중요성도 커지고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Portable electronic devices such as mobile phones contain batteries. With the advent of the 5G era, the power required for mobile phones is increasing. Since the use time of 5G mobile phones cannot help but decrease with the currently used battery capacity, an increase in battery capacity is required. For example, a battery device in which a plurality of batteries are connected in series is used, and accordingly, the importance of efficient charging and/or high-speed charging of a battery device including a plurality of batteries is also increasing.
본 발명의 일 목적은 직렬 배터리 장치의 높은 전압을 충전함과 동시에 시스템 전압을 안정적으로 공급할 수 있는 충전 집적 회로를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a charger integrated circuit capable of stably supplying a system voltage while charging a high voltage of a series battery device.
본 발명의 다른 목적은 상기 충전 집적 회로를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electronic device including the charger integrated circuit.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 직렬 연결된 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 배터리 장치를 충전하기 위한 충전 집적 회로는 다이렉트 충전기(direct charger), 벅 컨버터(buck converter), 스위치드 커패시터(switched capacitor) 및 선형 충전기(linear charger)를 포함한다. 상기 다이렉트 충전기는 입력 단자로부터 수신되는 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성한다. 상기 벅 컨버터는 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성한다. 상기 스위치드 커패시터는 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성한다. 상기 선형 충전기는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공한다.In order to achieve the above object, a charging integrated circuit for charging a battery device including a first battery and a second battery connected in series according to embodiments of the present invention is a direct charger, a buck converter ), switched capacitors and linear chargers. The direct charger generates a first charging current for charging the battery device and a first current for generating a first system current provided to a system load, based on an input voltage received from an input terminal. The buck converter generates a second current for generating a second charging current for charging the battery device and a second system current provided to the system load, based on the input voltage. The switched capacitor generates the first system current based on the first current and generates the second charging current based on the second current. The linear charger provides the first charging current and the second charging current to the battery device.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치는 배터리 장치, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 충전 집적 회로 및 시스템 부하를 포함한다. 상기 배터리 장치는 직렬 연결된 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함한다. 상기 시스템 부하는 입력 단자로부터 수신되는 입력 전압 및 상기 배터리 장치로부터 수신되는 배터리 전압에 기초하여 동작한다. 상기 충전 집적 회로는 다이렉트 충전기(direct charger), 벅 컨버터(buck converter), 스위치드 커패시터(switched capacitor) 및 선형 충전기(linear charger)를 포함한다. 상기 다이렉트 충전기는 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성한다. 상기 벅 컨버터는 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성한다. 상기 스위치드 커패시터는 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성한다. 상기 선형 충전기는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공한다.In order to achieve the other object, an electronic device according to embodiments of the present invention includes a battery device, a charger integrated circuit for charging the battery device, and a system load. The battery device includes a first battery and a second battery connected in series. The system load operates based on an input voltage received from an input terminal and a battery voltage received from the battery device. The charger integrated circuit includes a direct charger, a buck converter, a switched capacitor, and a linear charger. The direct charger generates a first charging current for charging the battery device and a first current for generating a first system current provided to the system load, based on the input voltage. The buck converter generates a second current for generating a second charging current for charging the battery device and a second system current provided to the system load, based on the input voltage. The switched capacitor generates the first system current based on the first current and generates the second charging current based on the second current. The linear charger provides the first charging current and the second charging current to the battery device.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 직렬 연결된 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 배터리 장치를 충전하기 위한 충전 집적 회로는 다이렉트 충전기(direct charger), 벅 컨버터(buck converter), 스위치드 커패시터(switched capacitor) 및 선형 충전기(linear charger)를 포함한다. 상기 다이렉트 충전기는 입력 단자로부터 수신되는 입력 전압이 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 활성화되어, 상기 입력 전압에 기초하여 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성하며, 상기 입력 전압이 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 비활성화된다. 상기 벅 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 활성화되어, 상기 입력 전압에 기초하여 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성하며, 상기 입력 전압이 상기 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 비활성화된다. 상기 스위치드 커패시터는 상기 입력 전압이 상기 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 입력 전압이 상기 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성한다. 상기 선형 충전기는 상기 입력 전압이 상기 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제1 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공하고, 상기 입력 전압이 상기 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제2 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공한다. 상기 다이렉트 충전기는 상기 입력 단자 및 제어 노드 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2 스위치들을 포함한다. 상기 벅 컨버터는 상기 입력 단자 및 접지 전압 사이에 직렬 연결된 제3, 제4 및 제5 스위치들, 및 상기 제4 스위치와 상기 제5 스위치 사이의 스위칭 노드 및 상기 시스템 부하와 연결되는 시스템 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함한다. 상기 선형 충전기는 상기 제어 노드 및 상기 배터리 장치 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함한다. 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 스위치들 각각은 하나의 트랜지스터 및 하나의 다이오드를 포함한다.In order to achieve the above object, a charging integrated circuit for charging a battery device including a first battery and a second battery connected in series according to embodiments of the present invention is a direct charger, a buck converter ), switched capacitors and linear chargers. The direct charger is activated when an input voltage received from an input terminal has a variable voltage level, and generates a first charging current for charging the battery device and a first system current provided to a system load based on the input voltage. It generates a first current for generating and is deactivated when the input voltage has a fixed voltage level. The buck converter is activated when the input voltage has the fixed voltage level, and is provided to the system load and a second current for generating a second charging current for charging the battery device based on the input voltage It generates a second system current and is inactive when the input voltage has the variable voltage level. The switched capacitor generates the first system current based on the first current when the input voltage has the variable voltage level and based on the second current when the input voltage has the fixed voltage level. to generate the second charging current. The linear charger provides the first charging current to the battery device when the input voltage has the variable voltage level, and provides the second charging current to the battery device when the input voltage has the fixed voltage level. provided to The direct charger includes first and second switches connected in series between the input terminal and a control node. The buck converter is between third, fourth and fifth switches connected in series between the input terminal and the ground voltage, and between a switching node between the fourth switch and the fifth switch and a system node connected to the system load. A first inductor connected thereto is included. The linear charger includes a sixth switch connected between the control node and the battery device. Each of the first, second, third, fourth, fifth and sixth switches includes one transistor and one diode.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 전자 장치에서는, 벅-부스트 컨버터 대신에 벅 컨버터만을 포함하며, 추가적인 벅 컨버터가 생략될 수 있다. 또한, 입력 전압이 가변 전압 레벨인지 고정 전압 레벨인지에 따라서 스위치드 커패시터의 동작이 달라지며, 스위치드 커패시터가 시스템 부하에 시스템 전류를 공급하거나 배터리 장치에 충전 전류를 공급할 수 있다. 따라서, 종래 구조 대비 IC 개수, 트랜지스터 개수 및 회로 면적이 감소하며, 직렬 연결된 배터리들을 포함하는 배터리 장치의 높은 배터리 전압을 충전함과 동시에 시스템 전압을 안정적으로 공급하기 위한 충전 방식을 효과적으로 구현할 수 있다.The charger integrated circuit and electronic device according to the embodiments of the present invention as described above include only a buck converter instead of a buck-boost converter, and an additional buck converter may be omitted. In addition, the operation of the switched capacitor varies depending on whether the input voltage is a variable voltage level or a fixed voltage level, and the switched capacitor may supply system current to a system load or charge current to a battery device. Therefore, compared to the conventional structure, the number of ICs, the number of transistors, and circuit area are reduced, and a charging method for stably supplying a system voltage while charging a high battery voltage of a battery device including series-connected batteries can be effectively implemented.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2a, 2b 및 2c는 도 1의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 도 1의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 구체적인 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4a, 4b 및 4c는 도 3의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 도 1 및 3의 충전 집적 회로에 포함되는 스위치드 커패시터의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 스위치드 커패시터에 포함되는 제1 스위치드 커패시터 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8a, 8b 및 8c는 도 7의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 구체적인 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 9 및 10은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 11의 제1 충전 전류 및 제1 시스템 전류를 생성하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 13은 도 11의 제2 충전 전류 및 제2 시스템 전류를 생성하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 14는 도 11의 제3 시스템 전류를 생성하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 15 및 16은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도들이다.1 is a block diagram illustrating a charger integrated circuit and an electronic device including the same according to embodiments of the present invention.
2a, 2b and 2c are diagrams for explaining the operation of the charger integrated circuit of FIG. 1 and an electronic device including the same.
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the charger integrated circuit of FIG. 1 and an electronic device including the same.
4A, 4B, and 4C are diagrams for explaining the operation of the charger integrated circuit of FIG. 3 and an electronic device including the same.
5 is a block diagram illustrating an example of a switched capacitor included in the charger integrated circuit of FIGS. 1 and 3 .
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a first switched capacitor circuit included in the switched capacitor of FIG. 5 .
7 is a block diagram illustrating a charger integrated circuit and an electronic device including the same according to example embodiments.
8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating specific examples of the charger integrated circuit of FIG. 7 and an electronic device including the same.
9 and 10 are block diagrams illustrating a charger integrated circuit and an electronic device including the same according to embodiments of the present invention.
11 is a flowchart illustrating an operating method of a charger integrated circuit according to example embodiments.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of generating the first charging current and the first system current of FIG. 11 .
13 is a flowchart illustrating an example of generating the second charging current and the second system current of FIG. 11 .
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of generating a third system current of FIG. 11 .
15 and 16 are block diagrams illustrating electronic devices according to embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a charger integrated circuit and an electronic device including the same according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 전자 장치(10)는 배터리 장치(100), 충전 집적 회로(charger integrated circuit(IC))(200) 및 시스템 부하(300)를 포함한다. 전자 장치(10)는 입력 단자(또는 입력 전압 단자)(20)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an
배터리 장치(100)는 직렬 연결된 제1 배터리(110) 및 제2 배터리(120)를 포함한다. 전자 장치(10)가 고사양으로 구현되고 고성능 동작을 실행함에 따라 배터리 용량의 증가가 요구되고 있으며, 이에 따라 복수의 배터리들(110, 120)을 직렬로 연결한 형태의 배터리 장치(100)가 사용되고 있다. 전자 장치(10)는 복수의 배터리들(110, 120)을 포함하는 배터리 장치(100)를 이용하여, 고성능 동작을 실행할 수 있다.The
일 실시예에서, 배터리 장치(100)는 전자 장치(10)에 내장될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 장치(100)는 전자 장치(10)에 착탈 가능할 수 있다. 도 1에서는 배터리 장치(100)가 2개의 배터리들(110, 120)을 포함하는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도 10을 참조하여 후술하는 것처럼 배터리 장치는 직렬 연결된 세 개 이상의 배터리들을 포함하여 구현될 수도 있다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 제1 배터리(110)는 제1 배터리 셀이고, 제2 배터리(120)는 제2 배터리 셀이며, 배터리 장치(100)는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 멀티 셀 배터리일 수 있다. 예를 들어, 배터리 장치(100)는 배터리 팩(pack)으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 배터리(110)는 제1 배터리 팩이고, 제2 배터리(120)는 제2 배터리 팩이며, 배터리 장치(100)는 복수의 배터리 팩들을 포함하는 배터리 장치로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 배터리 팩들 중 적어도 하나는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 멀티 셀 배터리일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 배터리 팩들 중 적어도 하나는 하나의 배터리 셀을 포함하는 싱글 셀 배터리일 수 있다.In one embodiment, the
입력 단자(20)는 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 입력 단자(20)는 TA(Travel Adapter)의 출력 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. TA는 가정용 전원인 AC(Alternating Current) 약 110~220V 또는 다른 전원 공급 수단(예를 들어, 컴퓨터)으로부터 공급되는 전원을 배터리 충전에 필요한 DC(Direct Current) 전원(즉, 입력 전압(VIN))으로 변환하여 전자 장치(10)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 입력 단자(20)는 보조 배터리의 출력 단자에 전기적으로 연결될 수도 있다. 일 실시예에서, 입력 단자(20)는 다른 전자 장치, 예를 들어 다른 스마트 폰에 전기적으로 연결될 수도 있다. 충전 집적 회로(200)는 TA 또는 보조 배터리 등으로부터 수신한 DC 전원을 이용하여 배터리 장치(100)를 충전할 수 있다.The
충전 집적 회로(200)는 배터리 장치(100)를 충전하기 위한 회로이다. 예를 들어, 충전 집적 회로(200)는 집적 회로 칩으로 구현될 수 있고, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB) 상에 장착될 수 있다. 충전 집적 회로(200)는 배터리 충전기라고 지칭될 수도 있다.The charging
충전 집적 회로(200)는 다이렉트 충전기(direct charger)(210), 벅 컨버터(buck converter)(220), 스위치드 커패시터(switched capacitor)(230) 및 선형 충전기(linear charger)(240)를 포함한다.The charger integrated
다이렉트 충전기(210)는 입력 단자(20)로부터 수신되는 입력 전압(VIN)에 기초하여, 배터리 장치(100)를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 시스템 부하(300)에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성한다. 다이렉트 충전기(210)는 입력 전압(VIN)을 수신하는 입력 단자(20) 및 제어 전압(VCON)이 형성되는 제어 노드(NCON) 사이에 연결될 수 있다.The
벅 컨버터(220)는 입력 전압(VIN)에 기초하여, 배터리 장치(100)를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 시스템 부하(300)에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성한다. 벅 컨버터(220)는 입력 단자(20) 및 시스템 부하(300)와 연결되고 시스템 전압(VSYS)이 형성되는 시스템 노드(NSYS) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 벅 컨버터(220)는 상대적으로 높은 DC 전압을 상대적으로 낮은 DC 전압으로 변환할 수 있다. 벅 컨버터(220)는 벅 충전기(buck charger)라고 지칭될 수도 있다.The
스위치드 커패시터(230)는 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성한다. 스위치드 커패시터(230)는 제어 노드(NCON) 및 시스템 노드(NSYS) 사이에 연결될 수 있다.The switched
선형 충전기(240)는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 배터리 장치(100)에 제공한다. 선형 충전기(240)는 제어 노드(NCON) 및 배터리 전압(VBAT)을 제공하는 배터리 장치(100) 사이에 연결될 수 있다. 제어 전압(VCON)의 전압 레벨과 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨은 실질적으로 동일할 수 있다.The
일 실시예에서, 입력 전압(VIN)의 수신 여부 및 입력 전압(VIN)의 전압 레벨에 따라서, 충전 집적 회로(200)에 포함되는 구성요소들의 활성화 여부 및 동작이 달라질 수 있다. 충전 집적 회로(200)의 구체적인 동작에 대해서는 도 2 등을 참조하여 상세하게 후술하도록 한다.In one embodiment, depending on whether the input voltage VIN is received and the voltage level of the input voltage VIN, whether to activate and operate components included in the charger integrated
일 실시예에서, 충전 집적 회로(200)에 포함되는 다이렉트 충전기(210), 벅 컨버터(220), 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240) 각각은 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하여 구현될 수 있다. 충전 집적 회로(200)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3 내지 6 등을 참조하여 상세하게 후술하도록 한다.In one embodiment, each of the
시스템 부하(300)는 시스템 전압(VSYS) 및/또는 상기 제1, 제2 및 제3 시스템 전류들 중 하나에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 시스템 부하(300)는 전자 장치(10)에 포함되는 칩들 또는 모듈들, 예를 들어 모뎀, 어플리케이션 프로세서, 메모리, 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템 부하(300)는 전자 장치(10)에 포함되는 동작 블록, 기능 블록 또는 IP(Intellectual Property) 블록, 예를 들어 어플리케이션 프로세서 내의 멀티미디어 블록, 메모리 컨트롤러 등을 포함할 수 있다. 시스템 부하(300)는 소비 블록 또는 부하라고 지칭될 수도 있다.The
일 실시예에서, 전자 장치(10)는 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone), 오토모티브(automotive) 등과 같은 임의의 모바일 장치일 수 있다.In one embodiment, the
도 2a, 2b 및 2c는 도 1의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.2a, 2b and 2c are diagrams for explaining the operation of the charger integrated circuit of FIG. 1 and an electronic device including the same.
도 2a를 참조하면, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우, 및 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에, 다이렉트 충전기(210)는 활성화(또는 인에이블)되고 벅 컨버터(220)는 비활성화(또는 디스에이블)될 수 있다. 도 2a 및 이후의 도면에서, 비활성화되는 구성요소를 점선으로 도시하였다.Referring to FIG. 2A , when the input voltage VIN is received from the
입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에, 다이렉트 충전기(210)는 배터리 장치(100)를 충전하기 위한 제1 충전 전류(ICG1) 및 시스템 부하(300)에 제공되는 제1 시스템 전류(ISYS1)를 생성하기 위한 제1 전류(IS1)를 생성할 수 있다. 스위치드 커패시터(230)는 제1 전류(IS1)에 기초하여 제1 시스템 전류(ISYS1) 및 시스템 전압(VSYS)을 생성하며, 이 때 제어 노드(NCON) 및 시스템 노드(NSYS)는 각각 스위치드 커패시터(230)의 입력 단자 및 출력 단자에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 전류(IS1)의 전류량은 제1 시스템 전류(ISYS1)의 전류량의 약 1/2배이며, 시스템 전압(VSYS)의 전압 레벨은 제어 전압(VCON)의 전압 레벨의 약 1/2배일 수 있다. 다시 말하면, 스위치드 커패시터(230)를 통해 제어 전압(VCON)(또는 배터리 전압(VBAT))을 약 절반으로 낮춘 전압이 시스템 전압(VSYS)으로 공급될 수 있다. 선형 충전기(240)는 제1 충전 전류(ICG1)를 배터리 장치(100)에 제공하며, 배터리 장치(100)는 제1 충전 전류(ICG1)에 기초하여 충전될 수 있다.When the input voltage VIN has the variable voltage level VVL, the
일 실시예에서, 도 2a에 도시된 충전 동작은 고속 충전 모드(또는 제1 충전 모드)에서의 동작일 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 충전기(210)는 상기 고속 충전 모드에서 활성화되고, 이에 따라 배터리 장치(100)에 제1 충전 전류(ICG1)를 직접 제공함으로써 배터리 장치(100)를 직접 충전할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 충전기(210)는 배터리 장치(100)에 입력 전압(VIN)을 직접 연결하는 직접 충전 방식으로 배터리 장치(100)를 직접 충전하며, 이러한 직접 충전 방식의 충전 효율은 상대적으로 높을 수 있다.In one embodiment, the charging operation shown in FIG. 2A may be an operation in a fast charging mode (or first charging mode). For example, the
일 실시예에서, 상기 고속 충전 모드는 입력 전압(VIN)이 정밀하게 제어되는 경우, 및/또는 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에 대응할 수 있다. 예를 들어, TA가 USB PD(Universal Serial Bus Power Delivery) 3.0을 지원하는 경우에, 다이렉트 충전기(210)가 활성화되어 상기 고속 충전 모드로 동작할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, the fast charging mode may correspond to a case in which the input voltage VIN is precisely controlled and/or a case in which the input voltage VIN has a variable voltage level VVL. For example, when the TA supports USB PD (Universal Serial Bus Power Delivery) 3.0, the
도 2b를 참조하면, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우, 및 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에, 벅 컨버터(220)는 활성화되고 다이렉트 충전기(210)는 비활성화될 수 있다.Referring to FIG. 2B , when the input voltage VIN is received from the
입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에, 벅 컨버터(220)는 배터리 장치(100)를 충전하기 위한 제2 충전 전류(ICG2)를 생성하기 위한 제2 전류(IC2) 및 시스템 부하(300)에 제공되는 제2 시스템 전류(ISYS2)를 생성할 수 있다. 스위치드 커패시터(230)는 제2 전류(IC2)에 기초하여 제2 충전 전류(ICG2)를 생성하며, 이 때 시스템 노드(NSYS) 및 제어 노드(NCON)는 각각 스위치드 커패시터(230)의 입력 단자 및 출력 단자에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제2 전류(IC2)의 전류량은 제2 충전 전류(ICG2)의 전류량의 약 2배이며, 제어 전압(VCON)의 전압 레벨은 시스템 전압(VSYS)의 전압 레벨의 약 2배일 수 있다. 다시 말하면, 스위치드 커패시터(230)를 통해 시스템 전압(VSYS)을 약 2배 부스팅(boosting)한 전압이 제어 전압(VCON)(또는 배터리 전압(VBAT))으로 공급될 수 있다. 선형 충전기(240)는 제2 충전 전류(ICG2)를 배터리 장치(100)에 제공하며, 배터리 장치(100)는 제2 충전 전류(ICG2)에 기초하여 충전될 수 있다.When the input voltage VIN has a fixed voltage level VFL, the
일 실시예에서, 도 2b에 도시된 충전 동작은 일반 충전 모드(또는 제2 충전 모드)에서의 동작일 수 있다. 예를 들어, 벅 컨버터(220)는 상기 일반 충전 모드에서 활성화되고, 이에 따라 스위치드 커패시터(230)를 통해 배터리 장치(100)에 제2 충전 전류(ICG2)를 제공함으로써 배터리 장치(100)를 충전할 수 있다.In one embodiment, the charging operation shown in FIG. 2B may be an operation in a normal charging mode (or a second charging mode). For example, the
일 실시예에서, 상기 일반 충전 모드는 입력 전압(VIN)이 정밀하게 제어될 수 없는 경우, 및/또는 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에 대응할 수 있다. 예를 들어, TA가 고정 전압 TA인 경우, 다이렉트 충전기(210)가 비활성화되고 벅 컨버터(220)가 활성화될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, the normal charging mode may correspond to a case in which the input voltage VIN cannot be precisely controlled and/or a case in which the input voltage VIN has a fixed voltage level VFL. For example, when TA is the fixed voltage TA, the
일 실시예에서, 입력 전압(VIN)의 고정 전압 레벨(VFL)은 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, TA가 저전압 TA인 경우에 고정 전압 레벨(VFL)은 약 5V일 수 있고, 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨은 약 8.4V일 수 있다. 다른 실시예에서, 입력 전압(VIN)의 고정 전압 레벨(VFL)은 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨보다 높을 수 있다. 예를 들어, TA가 고전압 TA인 경우에 고정 전압 레벨(VFL)은 약 9V일 수 있고, 배터리 전압(VBAT)의 전압 레벨은 약 8.4V일 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, the fixed voltage level VFL of the input voltage VIN may be lower than the voltage level of the battery voltage VBAT. For example, when TA is a low voltage TA, the fixed voltage level VFL may be about 5V, and the voltage level of the battery voltage VBAT may be about 8.4V. In another embodiment, the fixed voltage level VFL of the input voltage VIN may be higher than the voltage level of the battery voltage VBAT. For example, when TA is a high voltage TA, the fixed voltage level VFL may be about 9V, and the voltage level of the battery voltage VBAT may be about 8.4V. However, the present invention may not be limited thereto.
도 2c를 참조하면, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되지 않는 경우에(즉, 미수신된 경우에), 다이렉트 충전기(210) 및 벅 컨버터(220)는 모두 비활성화될 수 있다.Referring to FIG. 2C , when the input voltage VIN is not received from the input terminal 20 (ie, not received), both the
입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되지 않는 경우에, 배터리 장치(100)는 충전되지 않으며, 전자 장치(10)는 배터리 장치(100)로부터 공급되는 배터리 전류(IBAT) 및 배터리 전압(VBAT)에 기초하여 동작할 수 있다. 선형 충전기(240)는 배터리 전류(IBAT)를 스위치드 커패시터(230)에 제공할 수 있다. 스위치드 커패시터(230)는 배터리 전류(IBAT)에 기초하여 시스템 부하(300)에 제공되는 제3 시스템 전류(ISYS3)를 생성하며, 이 때 제어 노드(NCON) 및 시스템 노드(NSYS)는 각각 스위치드 커패시터(230)의 입력 단자 및 출력 단자에 대응할 수 있다. 예를 들어, 배터리 전류(IBAT)의 전류량은 제3 시스템 전류(ISYS3)의 전류량의 약 1/2배이며, 시스템 전압(VSYS)의 전압 레벨은 제어 전압(VCON)의 전압 레벨의 약 1/2배일 수 있다. 다시 말하면, 스위치드 커패시터(230)를 통해 제어 전압(VCON)(또는 배터리 전압(VBAT))을 약 절반으로 낮춘 전압이 시스템 전압(VSYS)으로 공급될 수 있다.When the input voltage VIN is not received from the
일 실시예에서, 도 2c에 도시된 동작은 방전 모드에서의 동작일 수 있다.In one embodiment, the operation shown in FIG. 2C may be an operation in a discharge mode.
상술한 것처럼, 다이렉트 충전기(210) 및 벅 컨버터(220)는 동작 모드에 따라 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 다만 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240)는 동작 모드와 상관 없이 항상 활성화 상태를 유지할 수 있다.As described above, the
본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로(200)는, 벅-부스트 컨버터 대신에 벅 컨버터(220)만을 포함하며, 추가적인 벅 컨버터가 생략될 수 있다. 또한, 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)인지 고정 전압 레벨(VFL)인지에 따라서 스위치드 커패시터(230)의 동작이 달라지며, 스위치드 커패시터(230)가 시스템 부하(300)에 시스템 전류(ISYS1)를 공급하거나 배터리 장치(100)에 충전 전류(ICG2)를 공급할 수 있다. 따라서, 종래 구조 대비 IC 개수, 트랜지스터 개수 및 회로 면적이 감소하며, 직렬 연결된 배터리들(110, 120)을 포함하는 배터리 장치(100)의 높은 배터리 전압(VBAT)을 충전함과 동시에 시스템 전압(VSYS)을 안정적으로 공급하기 위한 충전 방식을 효과적으로 구현할 수 있다.The charger integrated
도 3은 도 1의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 구체적인 일 예를 나타내는 도면이다. 이하 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the charger integrated circuit of FIG. 1 and an electronic device including the same. Descriptions overlapping those of FIG. 1 will be omitted.
도 3을 참조하면, 전자 장치(10a)는 배터리 장치(100), 충전 집적 회로(200a) 및 시스템 부하(300)를 포함하며, 입력 단자(20)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
입력 단자(20), 배터리 장치(100) 및 시스템 부하(300)는 각각 도 1의 입력 단자(20), 배터리 장치(100) 및 시스템 부하(300)와 실질적으로 동일할 수 있다.The
충전 집적 회로(200a)는 다이렉트 충전기(210a), 벅 컨버터(220a), 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240a)를 포함할 수 있다.The charger integrated
다이렉트 충전기(210a)는 도 1의 다이렉트 충전기(210)에 대응하며, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 입력 단자(20) 및 제어 노드(NCON) 사이에 직렬 연결되고, 입력 전압(VIN)(즉, 입력 전압(VIN)에 기초한 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 전류(IS1))을 제어 노드(NCON)에 제공할 수 있다.The
일 실시예에서, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 각각은 하나의 트랜지스터 및 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)는 제1 트랜지스터(Q1) 및 제1 다이오드(D1)를 포함하고, 제2 스위치(SW2)는 제2 트랜지스터(Q2) 및 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다.In one embodiment, each of the first and second switches SW1 and SW2 may include one transistor and one diode. For example, the first switch SW1 includes a first transistor Q1 and a first diode D1, and the second switch SW2 includes a second transistor Q2 and a second diode D2. can do.
제1 트랜지스터(Q1) 및 제2 트랜지스터(Q2)는 각각 NMOS(n-type metal oxide semiconductor) 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(Q1)는 입력 단자(20)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 제2 트랜지스터(Q2)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(Q2)는 제1 트랜지스터(Q1)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 소스), 제어 노드(NCON)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 드레인), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터들(Q1, Q2) 각각의 상기 제어 전극에는 제어 신호가 인가될 수 있다.Each of the first transistor Q1 and the second transistor Q2 may be an n-type metal oxide semiconductor (NMOS) transistor. For example, the first transistor Q1 includes a first electrode (eg, drain) connected to the
제1 다이오드(D1)는 제1 트랜지스터(Q1)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제1 트랜지스터(Q1)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 다이오드(D1)는 제1 트랜지스터(Q1)의 기생 다이오드이고, 제1 트랜지스터(Q1)가 턴오프되는 경우에도 제1 다이오드(D1)에 의해 제2 트랜지스터(Q2)의 방향으로 의도하지 않은 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The first diode D1 includes a first electrode (eg, a cathode) connected to the first electrode of the first transistor Q1 and a second electrode (eg, a cathode) connected to the second electrode of the first transistor Q1. For example, an anode). For example, the first diode D1 is a parasitic diode of the first transistor Q1, and the second transistor Q2 is directed by the first diode D1 even when the first transistor Q1 is turned off. This can prevent unintended leakage current from flowing.
제2 다이오드(D2)는 제2 트랜지스터(Q2)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 애노드), 및 제2 트랜지스터(Q2)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 캐소드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 다이오드(D2)는 제2 트랜지스터(Q2)의 기생 다이오드이고, 제2 트랜지스터(Q2)가 턴오프되는 경우에도 제2 다이오드(D2)에 의해 제1 트랜지스터(Q1)의 방향으로 의도하지 않은 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The second diode D2 includes a first electrode (eg, anode) connected to the first electrode of the second transistor Q2 and a second electrode (eg, anode) connected to the second electrode of the second transistor Q2. For example, a cathode) may be included. For example, the second diode D2 is a parasitic diode of the second transistor Q2, and the second diode D2 directs the first transistor Q1 even when the second transistor Q2 is turned off. This can prevent unintended leakage current from flowing.
벅 컨버터(220a)는 도 1의 벅 컨버터(220)에 대응하며, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5) 및 제1 인덕터(L1)를 포함할 수 있다. 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 입력 단자(20) 및 접지 전압(GND) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 입력 단자(20) 및 스위칭 노드(NSW) 사이에 직렬 연결되고, 입력 전압(VIN)(즉, 입력 전압(VIN)에 기초한 제2 전류(IC2) 및 제2 시스템 전류(ISYS2))을 스위칭 노드(NSW)에 제공할 수 있다. 제5 스위치(SW5)는 스위칭 노드(NSW) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되고, 접지 전압(GND)을 스위칭 노드(NSW)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 제3 스위치(SW3)는 충전 모드에서 턴온될 수 있고, 이에 따라 제3 스위치(SW3)는 충전 스위치라고 지칭될 수도 있다. 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 서로 교번적으로 턴온될 수 있다. 제1 인덕터(L1)는 제4 스위치(SW4)와 제5 스위치(SW5) 사이의 스위칭 노드(NSW) 및 시스템 노드(NSYS) 사이에 연결될 수 있다.The
일 실시예에서, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5) 각각은 하나의 트랜지스터 및 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 스위치(SW3)는 제3 트랜지스터(Q3) 및 제3 다이오드(D3)를 포함하고, 제4 스위치(SW4)는 제4 트랜지스터(Q4) 및 제4 다이오드(D4)를 포함하며, 제5 스위치(SW5)는 제5 트랜지스터(Q5) 및 제5 다이오드(D5)를 포함할 수 있다.In one embodiment, each of the third switch SW3 , the fourth switch SW4 , and the fifth switch SW5 may include one transistor and one diode. For example, the third switch SW3 includes a third transistor Q3 and a third diode D3, and the fourth switch SW4 includes a fourth transistor Q4 and a fourth diode D4. And, the fifth switch SW5 may include a fifth transistor Q5 and a fifth diode D5.
제3 트랜지스터(Q3), 제4 트랜지스터(Q4) 및 제5 트랜지스터(Q5)는 각각 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 제3 트랜지스터(Q3)는 입력 단자(20)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 소스), 제4 트랜지스터(Q4)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 드레인), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제4 트랜지스터(Q4)는 제3 트랜지스터(Q3)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 스위칭 노드(NSW)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제5 트랜지스터(Q5)는 스위칭 노드(NSW)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 접지 전압(GND)과 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제3 내지 제5 트랜지스터들(Q3, Q4, Q5) 각각의 상기 제어 전극에는 제어 신호가 인가될 수 있다.Each of the third transistor Q3, fourth transistor Q4, and fifth transistor Q5 may be an NMOS transistor. For example, the third transistor Q3 includes a first electrode (eg, source) connected to the
제3 다이오드(D3)는 제3 트랜지스터(Q3)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 애노드), 및 제3 트랜지스터(Q3)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 캐소드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 다이오드(D3)는 제3 트랜지스터(Q3)의 기생 다이오드이고, 제3 트랜지스터(Q3)가 턴오프되는 경우에도 제3 다이오드(D3)에 의해 입력 단자(20)의 방향으로 의도하지 않은 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The third diode D3 includes a first electrode (eg, anode) connected to the first electrode of the third transistor Q3 and a second electrode (eg, anode) connected to the second electrode of the third transistor Q3. For example, a cathode) may be included. For example, the third diode D3 is a parasitic diode of the third transistor Q3, and is directed toward the
제4 다이오드(D4)는 제4 트랜지스터(Q4)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제4 트랜지스터(Q4)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4 다이오드(D4)는 제4 트랜지스터(Q4)의 기생 다이오드이고, 제4 트랜지스터(Q4)가 턴오프되는 경우에도 제4 다이오드(D4)에 의해 스위칭 노드(NSW)의 방향으로 의도하지 않은 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The fourth diode D4 includes a first electrode (eg, a cathode) connected to the first electrode of the fourth transistor Q4 and a second electrode (eg, a cathode) connected to the second electrode of the fourth transistor Q4. For example, an anode). For example, the fourth diode D4 is a parasitic diode of the fourth transistor Q4, and is directed toward the switching node NSW by the fourth diode D4 even when the fourth transistor Q4 is turned off. Unintended leakage current can be prevented from flowing.
제5 다이오드(D5)는 제5 트랜지스터(Q5)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제5 트랜지스터(Q5)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5 다이오드(D5)는 제5 트랜지스터(Q5)의 기생 다이오드이고, 제5 트랜지스터(Q5)가 턴오프되는 경우에도 제5 다이오드(D5)에 의해 접지 전압(GND)의 방향으로 의도하지 않은 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The fifth diode D5 includes a first electrode (eg, a cathode) connected to the first electrode of the fifth transistor Q5 and a second electrode (eg, a cathode) connected to the second electrode of the fifth transistor Q5. For example, an anode). For example, the fifth diode D5 is a parasitic diode of the fifth transistor Q5, and is directed toward the ground voltage GND by the fifth diode D5 even when the fifth transistor Q5 is turned off. Unintended leakage current can be prevented from flowing.
선형 충전기(240a)는 도 1의 선형 충전기(240)에 대응하며, 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 제6 스위치(SW6)는 제어 노드(NCON) 및 배터리 장치(100) 사이에 연결되며, 제어 전압(VCON)(즉, 제어 전압(VCON)에 기초한 제1 충전 전류(ICG1) 및 제2 충전 전류(ICG2))을 배터리 장치(100)에 제공하거나 배터리 전압(VBAT)(즉, 배터리 전압(VBAT)에 기초한 배터리 전류(IBAT))을 스위치드 커패시터(230)에 제공할 수 있다.The
일 실시예에서, 제6 스위치(SW6)는 하나의 트랜지스터 및 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제6 스위치(SW6)는 제6 트랜지스터(Q6) 및 제6 다이오드(D6)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the sixth switch SW6 may include one transistor and one diode. For example, the sixth switch SW6 may include a sixth transistor Q6 and a sixth diode D6.
제6 트랜지스터(Q6)는 PMOS(p-type metal oxide semiconductor) 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 제6 트랜지스터(Q6)는 제어 노드(NCON)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 배터리 장치(100)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제6 트랜지스터(Q6)의 상기 제어 전극에는 제어 신호가 인가될 수 있다.The sixth transistor Q6 may be a p-type metal oxide semiconductor (PMOS) transistor. For example, the sixth transistor Q6 includes a first electrode (eg, drain) connected to the control node NCON, a second electrode (eg, source) connected to the
제6 다이오드(D6)는 제6 트랜지스터(Q6)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 애노드), 및 제6 트랜지스터(Q6)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 캐소드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제6 다이오드(D6)는 제6 트랜지스터(Q6)의 기생 다이오드이고, 제6 트랜지스터(Q6)가 턴오프되는 경우에도 제6 다이오드(D6)에 의해 제어 노드(NCON)의 방향으로 의도하지 않은 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The sixth diode D6 includes a first electrode (eg, anode) connected to the first electrode of the sixth transistor Q6 and a second electrode (eg, anode) connected to the second electrode of the sixth transistor Q6. For example, a cathode) may be included. For example, the sixth diode D6 is a parasitic diode of the sixth transistor Q6, and is directed toward the control node NCON by the sixth diode D6 even when the sixth transistor Q6 is turned off. Unintended leakage current can be prevented from flowing.
일 실시예에서, 제1 내지 제6 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 중 적어도 하나는 전류 제어 기능을 가지도록 구현되며, 가변 저항으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 상기 고속 충전 모드에서 다이렉트 충전기(210a)를 흐르는 전류(즉, 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 전류(IS1))를 제어하도록 전류 제어 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 스위치(SW3)는 상기 일반 충전 모드에서 벅 컨버터(220a)를 흐르는 전류(즉, 제2 전류(IC2) 및 제2 시스템 전류(ISYS2))를 제어하도록 전류 제어 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 스위치(SW6)는 상기 고속 충전 모드 및 상기 일반 충전 모드에서 배터리 장치(100)에 공급되는 전류(즉, 제1 충전 전류(ICG1) 및 제2 충전 전류(ICG2))를 제어하도록 전류 제어 기능을 가질 수 있다. 전류 제어 기능에 대해서는 도 7 등을 참조하여 후술하도록 한다.In one embodiment, at least one of the first to sixth switches SW1 , SW2 , SW3 , SW4 , SW5 , and SW6 is implemented to have a current control function and can be used as a variable resistor. For example, the first switch SW1 and the second switch SW2 control the current flowing through the
일 실시예에서, 제1 내지 제6 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 및 이에 포함되는 제1 내지 제6 트랜지스터들(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)은 제어 회로에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 회로는 도 7의 전류 제어 회로(260)에 대응할 수 있고, 충전 집적 회로 내에 구현될 수 있다. 다른 예에서, 상기 제어 회로는 도 15의 제어 회로(1300)에 대응할 수 있고, 충전 집적 회로 외부에 구현될 수 있다.In one embodiment, the first to sixth switches SW1 , SW2 , SW3 , SW4 , SW5 , and SW6 and the first to sixth transistors Q1 , Q2 , Q3 , Q4 , Q5 , and Q6 included therein are It can be driven by a control circuit. For example, the control circuit may correspond to the
도시하지는 않았으나, 실시예에 따라서 제1 내지 제6 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 각각은 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6) 대신에 바디 스위치를 포함할 수도 있다. 제1 내지 제6 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 각각은 바디 스위칭 기술을 이용하여 누설 전류를 감소시킬 수도 있다.Although not shown, according to an embodiment, each of the first to sixth switches SW1 , SW2 , SW3 , SW4 , SW5 , and SW6 uses a body switch instead of the diodes D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , and D6 . may also include Each of the first to sixth switches SW1 , SW2 , SW3 , SW4 , SW5 , and SW6 may reduce leakage current by using a body switching technique.
일 실시예에서, 도시된 것처럼 다이렉트 충전기(210a)는 2개의 트랜지스터들(Q1, Q2)을 포함하고, 벅 컨버터(220a)는 3개의 트랜지스터들(Q3, Q4, Q5)을 포함하고, 선형 충전기(240a)는 1개의 트랜지스터(Q6)를 포함하며, 따라서 다이렉트 충전기(210a), 벅 컨버터(220a) 및 선형 충전기(240a)에 포함되는 트랜지스터들의 개수는 6개일 수 있다.In one embodiment, as shown,
다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따라서 다이렉트 충전기는 3개 이상의 트랜지스터들을 포함하거나 트랜지스터들(Q1, Q2) 중 하나만 포함할 수도 있고, 벅 컨버터는 4개 이상의 트랜지스터들을 포함하거나 트랜지스터들(Q3, Q4, Q5) 중 두 개 이하만 포함할 수도 있으며, 선형 충전기는 2개 이상의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 다만 상술한 것처럼 본 발명은 종래 구조 대비 벅-부스트 컨버터가 벅 컨버터로 대체되고 추가적인 벅 컨버터가 생략되는 구조를 가지며, 따라서 종래 구조 대비 IC 개수, 트랜지스터 개수 및 회로 면적이 감소된 구조를 가질 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and according to embodiments, a direct charger may include three or more transistors or only one of the transistors Q1 and Q2, and a buck converter may include four or more transistors or transistors ( less than two of Q3, Q4, and Q5) may be included, and the linear charger may include two or more transistors. However, as described above, the present invention has a structure in which the buck-boost converter is replaced with a buck converter and an additional buck converter is omitted compared to the conventional structure, and thus, the number of ICs, the number of transistors, and the circuit area are reduced compared to the conventional structure. Can have a structure .
스위치드 커패시터(230)는 도 1의 스위치드 커패시터(230)에 대응할 수 있다. 스위치드 커패시터(230)의 예시적인 구성에 대해서는 도 5 등을 참조하여 후술하도록 한다.The switched
도 4a, 4b 및 4c는 도 3의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 이하 도 2a, 2b 및 2c와 중복되는 설명은 생략한다.4A, 4B, and 4C are diagrams for explaining the operation of the charger integrated circuit of FIG. 3 and an electronic device including the same. Descriptions overlapping those of FIGS. 2A, 2B, and 2C will be omitted.
도 4a를 참조하면, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우, 및 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에, 다이렉트 충전기(210a)는 활성화되어 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)에 포함되는 제1 및 제2 트랜지스터들(Q1, Q2)은 턴온되고, 벅 컨버터(220a)는 비활성화되어 제3, 제4 및 제5 스위치들(SW3, SW4, SW5)에 포함되는 제3, 제4 및 제5 트랜지스터들(Q3, Q4, Q5)은 턴오프될 수 있다. 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240a) 또한 활성화되며, 제6 스위치(SW6)에 포함되는 제6 트랜지스터(Q6)는 턴온될 수 있다. 제1 충전 전류(ICG1)는 제1, 제2 및 제6 트랜지스터들(Q1, Q2, Q6)을 통해 배터리 장치(100)에 공급되고, 제1 전류(IS1)는 제1 및 제2 트랜지스터들(Q1, Q2)을 통해 스위치드 커패시터(230)에 제공될 수 있다. 스위치드 커패시터(230)는 제1 시스템 전류(ISYS1) 및 시스템 전압(VSYS)을 생성하여 시스템 부하(300)에 공급할 수 있다.Referring to FIG. 4A , when the input voltage VIN is received from the
도 4b를 참조하면, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우, 및 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에, 벅 컨버터(220a)는 활성화되어 제3, 제4 및 제5 스위치들(SW3, SW4, SW5)에 포함되는 제3, 제4 및 제5 트랜지스터들(Q3, Q4, Q5)은 턴온되고, 다이렉트 충전기(210a)는 비활성화되어 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)에 포함되는 제1 및 제2 트랜지스터들(Q1, Q2)은 턴오프될 수 있다. 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240a) 또한 활성화되며, 제6 스위치(SW6)에 포함되는 제6 트랜지스터(Q6)는 턴온될 수 있다. 제2 전류(IC2)는 제3 및 제4 트랜지스터들(Q3, Q4) 및 제1 인덕터(L1)를 통해 스위치드 커패시터(230)에 제공되고, 제2 시스템 전류(ISYS2)는 제3 및 제4 트랜지스터들(Q3, Q4) 및 제1 인덕터(L1)를 통해 시스템 부하(300)에 공급될 수 있다. 스위치드 커패시터(230)는 제2 충전 전류(ICG2) 및 제어 전압(VCON)을 생성하여 제6 트랜지스터(Q6)를 통해 배터리 장치(100)에 공급할 수 있다.Referring to FIG. 4B , when the input voltage VIN is received from the
도 4c를 참조하면, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되지 않는 경우에, 다이렉트 충전기(210a) 및 벅 컨버터(220a)는 모두 비활성화되어 제1 내지 제5 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)에 포함되는 제1 내지 제5 트랜지스터들(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5)은 모두 턴오프될 수 있다. 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240a)는 활성화되며, 제6 스위치(SW6)에 포함되는 제6 트랜지스터(Q6)는 턴온될 수 있다. 배터리 전류(IBAT)는 제6 트랜지스터(Q6)를 통해 스위치드 커패시터(230)에 제공되며, 스위치드 커패시터(230)는 제3 시스템 전류(ISYS3) 및 시스템 전압(VSYS)을 생성하여 시스템 부하(300)에 공급할 수 있다.Referring to FIG. 4C , when the input voltage VIN is not received from the
도 5는 도 1 및 3의 충전 집적 회로에 포함되는 스위치드 커패시터의 일 예를 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an example of a switched capacitor included in the charger integrated circuit of FIGS. 1 and 3 .
도 5를 참조하면, 스위치드 커패시터(230a)는 제1 스위치드 커패시터 회로(232) 및 제2 스위치드 커패시터 회로(234)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a switched
제1 스위치드 커패시터 회로(232) 및 제2 스위치드 커패시터 회로(234)는 제어 노드(NCON) 및 시스템 노드(NSYS) 사이에 병렬 연결될 수 있다. 제1 스위치드 커패시터 회로(232) 및 제2 스위치드 커패시터 회로(234)는 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 제1 스위치드 커패시터 회로(232)의 구체적인 구성에 대해서는 도 6을 참조하여 상세하게 후술하도록 한다.The first switched
도 2a 및 4a를 참조하여 상술한 것처럼, 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에, 제어 노드(NCON) 및 시스템 노드(NSYS)는 각각 스위치드 커패시터(230a)의 입력 단자 및 출력 단자에 대응할 수 있다. 예를 들어, 스위치드 커패시터(230a)는 제어 노드(NCON)를 통해 제1 전류(IS1)를 수신하고, 제1 전류(IS1)에 기초하여 제1 시스템 전류(ISYS1)를 생성하며, 시스템 노드(NSYS)를 통해 제1 시스템 전류(ISYS1)를 출력할 수 있다.As described above with reference to FIGS. 2A and 4A , when the input voltage VIN has the variable voltage level VVL, the control node NCON and the system node NSYS are respectively input terminals of the switched
도 2b 및 4b를 참조하여 상술한 것처럼, 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에, 시스템 노드(NSYS) 및 제어 노드(NCON)는 각각 스위치드 커패시터(230a)의 입력 단자 및 출력 단자에 대응할 수 있다. 예를 들어, 스위치드 커패시터(230a)는 시스템 노드(NSYS)를 통해 제2 전류(IC2)를 수신하고, 제2 전류(IC2)에 기초하여 제2 충전 전류(ICG2)를 생성하며, 제어 노드(NCON)를 통해 제2 충전 전류(ICG2)를 출력할 수 있다.As described above with reference to FIGS. 2B and 4B , when the input voltage VIN has a fixed voltage level VFL, the system node NSYS and the control node NCON are respectively input terminals of the switched
이에 따라, 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에 스위치드 커패시터(230a)를 흐르는 전류의 방향(즉, 제어 노드(NCON)로부터 시스템 노드(NSYS)로 향하는 방향)은, 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에 스위치드 커패시터(230a)를 흐르는 전류의 방향(즉, 시스템 노드(NSYS)로부터 제어 노드(NCON)로 향하는 방향)과 서로 반대일 수 있다.Accordingly, when the input voltage VIN has the variable voltage level VVL, the direction of the current flowing through the switched
일 실시예에서, 제어 노드(NCON)의 전압 레벨은 시스템 노드(NSYS)의 전압 레벨의 약 2배일 수 있다. 예를 들어, 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에, 스위치드 커패시터(230a)를 통해 제어 전압(VCON)(또는 배터리 전압(VBAT))을 약 절반으로 낮춘 전압이 시스템 전압(VSYS)으로 생성될 수 있다. 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에, 스위치드 커패시터(230a)를 통해 시스템 전압(VSYS)을 약 2배 부스팅한 전압이 제어 전압(VCON)(또는 배터리 전압(VBAT))으로 생성될 수 있다.In one embodiment, the voltage level of the control node NCON may be about twice the voltage level of the system node NSYS. For example, when the input voltage VIN has the variable voltage level VVL, the voltage obtained by reducing the control voltage VCON (or the battery voltage VBAT) by about half through the switched
도 6은 도 5의 스위치드 커패시터에 포함되는 제1 스위치드 커패시터 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a first switched capacitor circuit included in the switched capacitor of FIG. 5 .
도 6을 참조하면, 제1 스위치드 커패시터 회로(232a)는 제1 스위치(SW11), 제2 스위치(SW12), 제3 스위치(SW13), 제4 스위치(SW14) 및 제1 커패시터(C11)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the first switched
제1 스위치(SW11) 및 제2 스위치(SW12)는 제어 노드(NCON) 및 시스템 노드(NSYS) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW13) 및 제4 스위치(SW14)는 시스템 노드(NSYS) 및 접지 전압(GND) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 제1 커패시터(C11)는 제1 스위치(SW11)와 제2 스위치(SW12) 사이의 제1 노드(N11) 및 제3 스위치(SW13)와 제4 스위치(SW14) 사이의 제2 노드(N12) 사이에 연결될 수 있다.The first switch SW11 and the second switch SW12 may be connected in series between the control node NCON and the system node NSYS. The third switch SW13 and the fourth switch SW14 may be connected in series between the system node NSYS and the ground voltage GND. The first capacitor (C11) is a first node (N11) between the first switch (SW11) and the second switch (SW12) and a second node (N12) between the third switch (SW13) and the fourth switch (SW14) can be connected between them.
일 실시예에서, 제1 스위치(SW11), 제2 스위치(SW12), 제3 스위치(SW13) 및 제4 스위치(SW14) 각각은 하나의 트랜지스터 및 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW11)는 제1 트랜지스터(Q11) 및 제1 다이오드(D11)를 포함하고, 제2 스위치(SW12)는 제2 트랜지스터(Q12) 및 제2 다이오드(D12)를 포함하고, 제3 스위치(SW13)는 제3 트랜지스터(Q13) 및 제3 다이오드(D13)를 포함하며, 제4 스위치(SW14)는 제4 트랜지스터(Q14) 및 제4 다이오드(D14)를 포함할 수 있다.In one embodiment, each of the first switch SW11, the second switch SW12, the third switch SW13, and the fourth switch SW14 may include one transistor and one diode. For example, the first switch SW11 includes a first transistor Q11 and a first diode D11, and the second switch SW12 includes a second transistor Q12 and a second diode D12. The third switch SW13 may include a third transistor Q13 and a third diode D13, and the fourth switch SW14 may include a fourth transistor Q14 and a fourth diode D14. there is.
제1 트랜지스터(Q11), 제2 트랜지스터(Q12), 제3 트랜지스터(Q13) 및 제4 트랜지스터(Q14)는 각각 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(Q11)는 제어 노드(NCON)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 제1 노드(N11)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(Q12)는 제1 노드(N11)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 시스템 노드(NSYS)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제3 트랜지스터(Q13)는 시스템 노드(NSYS)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 제2 노드(N12)와 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제4 트랜지스터(Q14)는 제2 노드(N12)와 연결되는 제1 전극(예를 들어, 드레인), 접지 전압(GND)과 연결되는 제2 전극(예를 들어, 소스), 및 제어 전극(예를 들어, 게이트)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 트랜지스터들(Q11, Q12, Q13, Q14) 각각의 상기 제어 전극에는 제어 신호가 인가될 수 있다.Each of the first transistor Q11, second transistor Q12, third transistor Q13, and fourth transistor Q14 may be an NMOS transistor. For example, the first transistor Q11 includes a first electrode (eg, drain) connected to the control node NCON, a second electrode (eg, source) connected to the first node N11, and a control electrode (eg, gate). The second transistor Q12 includes a first electrode (eg, drain) connected to the first node N11, a second electrode (eg, source) connected to the system node NSYS, and a control electrode (eg, drain). For example, a gate) may be included. The third transistor Q13 includes a first electrode (eg, drain) connected to the system node NSYS, a second electrode (eg, source) connected to the second node N12, and a control electrode (eg, drain). For example, a gate) may be included. The fourth transistor Q14 includes a first electrode (eg, drain) connected to the second node N12, a second electrode (eg, source) connected to the ground voltage GND, and a control electrode (eg, drain). For example, a gate) may be included. A control signal may be applied to the control electrode of each of the first to fourth transistors Q11, Q12, Q13, and Q14.
제1 다이오드(D11)는 제1 트랜지스터(Q11)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제1 트랜지스터(Q11)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 제2 다이오드(D12)는 제2 트랜지스터(Q12)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제2 트랜지스터(Q12)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 제3 다이오드(D13)는 제3 트랜지스터(Q13)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제3 트랜지스터(Q13)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 제4 다이오드(D14)는 제4 트랜지스터(Q14)의 상기 제1 전극과 연결된 제1 전극(예를 들어, 캐소드), 및 제4 트랜지스터(Q14)의 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극(예를 들어, 애노드)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)은 제1 내지 제4 트랜지스터들(Q11, Q12, Q13, Q14)의 기생 다이오드이고, 제1 내지 제4 트랜지스터들(Q11, Q12, Q13, Q14)이 턴오프되는 경우에도 누설 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The first diode D11 includes a first electrode (eg, a cathode) connected to the first electrode of the first transistor Q11 and a second electrode (eg, a cathode) connected to the second electrode of the first transistor Q11. For example, an anode). The second diode D12 includes a first electrode (eg, a cathode) connected to the first electrode of the second transistor Q12 and a second electrode (eg, a cathode) connected to the second electrode of the second transistor Q12. For example, an anode). The third diode D13 includes a first electrode (eg, a cathode) connected to the first electrode of the third transistor Q13 and a second electrode (eg, a cathode) connected to the second electrode of the third transistor Q13. For example, an anode). The fourth diode D14 includes a first electrode (eg, cathode) connected to the first electrode of the fourth transistor Q14 and a second electrode (eg, cathode) connected to the second electrode of the fourth transistor Q14. For example, an anode). For example, the first to fourth diodes D1 , D2 , D3 , and D4 are parasitic diodes of the first to fourth transistors Q11 , Q12 , Q13 , and Q14 , and the first to fourth transistors ( Even when Q11, Q12, Q13, and Q14) are turned off, leakage current can be prevented from flowing.
일 실시예에서, 제1 내지 제4 스위치들(SW11, SW12, SW13, SW14) 및 이에 포함되는 제1 내지 제4 트랜지스터들(Q11, Q12, Q13, Q14)은 제어 회로에 의해 구동될 수 있다.In one embodiment, the first to fourth switches SW11, SW12, SW13, and SW14 and the first to fourth transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 included therein may be driven by a control circuit. .
상세하게 도시하지는 않았으나, 도 5의 스위치드 커패시터(230a)에 포함되는 제2 스위치드 커패시터 회로(234) 또한 도 6에 도시된 구조를 가질 수 있다.Although not shown in detail, the second switched
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다. 이하 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.7 is a block diagram illustrating a charger integrated circuit and an electronic device including the same according to example embodiments. Descriptions overlapping those of FIG. 1 will be omitted.
도 7을 참조하면, 전자 장치(12)는 배터리 장치(100), 충전 집적 회로(202) 및 시스템 부하(300)를 포함하고, 입력 단자(20)를 더 포함할 수 있다. 충전 집적 회로(202)는 다이렉트 충전기(210), 벅 컨버터(220), 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240)를 포함하고, 전류 센싱 회로(250) 및 전류 제어 회로(260)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
충전 집적 회로(202)가 전류 센싱 회로(250) 및 전류 제어 회로(260)를 더 포함하는 것을 제외하면, 충전 집적 회로(202) 및 전자 장치(12)는 도 1의 충전 집적 회로(200) 및 전자 장치(10)와 실질적으로 동일할 수 있다.Except that the charger integrated
전류 센싱 회로(250)는 다이렉트 충전기(210)를 흐르는 전류(I1)를 센싱하여 제1 센싱 신호(SEN1)를 생성하고, 벅 컨버터(220)를 흐르는 전류(I2)를 센싱하여 제2 센싱 신호(SEN2)를 생성하며, 선형 충전기(240)를 흐르는 전류(I3)를 센싱하여 제3 센싱 신호(SEN3)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전류(I1)는 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 전류(IS1)를 포함하고, 전류(I2)는 제2 전류(IC2) 및 제2 시스템 전류(ISYS2)를 포함하며, 전류(I3)는 제1 충전 전류(ICG1), 제2 충전 전류(ICG2) 및 배터리 전류(IBAT) 중 하나를 포함할 수 있다.The
전류 제어 회로(260)는 다이렉트 충전기(210)를 제어하기 위한 제1 전류 제어 신호(CS1), 벅 컨버터(220)를 제어하기 위한 제2 전류 제어 신호(CS2) 및 선형 충전기(240)를 제어하기 위한 제3 전류 제어 신호(CS3)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 센싱 신호들(SEN1, SEN2, SEN3)에 기초하여 제1, 제2 및 제3 전류 제어 신호들(CS1, CS2, CS3)이 생성될 수 있다.The
다이렉트 충전기(210)는 제1 전류 제어 신호(CS1)에 기초하여 전류 제어 기능을 수행하고, 벅 컨버터(220)는 제2 전류 제어 신호(CS2)에 기초하여 전류 제어 기능을 수행하며, 선형 충전기(240)는 제3 전류 제어 신호(CS3)에 기초하여 전류 제어 기능을 수행할 수 있다.The
도 8a, 8b 및 8c는 도 7의 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치의 구체적인 일 예를 나타내는 도면들이다. 이하 도 3, 4a, 4b, 4c 및 7과 중복되는 설명은 생략한다.8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating specific examples of the charger integrated circuit of FIG. 7 and an electronic device including the same. Descriptions overlapping those of FIGS. 3, 4a, 4b, 4c, and 7 will be omitted.
도 8a, 8b 및 8c를 참조하면, 전자 장치(12a)는 배터리 장치(100), 충전 집적 회로(202a) 및 시스템 부하(300)를 포함하며, 입력 단자(20)를 더 포함할 수 있다. 충전 집적 회로(202a)는 다이렉트 충전기(210a), 벅 컨버터(220a), 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240a)를 포함하며, 도 7의 전류 센싱 회로(250) 및 전류 제어 회로(260)를 더 포함할 수 있다. 도시의 편의상, 전류 센싱 회로(250) 및 전류 제어 회로(260)는 생략하였다.Referring to FIGS. 8A, 8B, and 8C, the
도 8a에 도시된 것처럼, 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에, 다이렉트 충전기(210a)에 포함되는 제1 스위치(SW1), 제1 트랜지스터(Q1), 제2 스위치(SW2) 및 제2 트랜지스터(Q2)는 입력 전류 제어 기능(input current regulation)을 수행하고, 선형 충전기(240a)에 포함되는 제6 스위치(SW6) 및 제6 트랜지스터(Q6)는 충전 전류 제어 기능(charging current regulation)을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 8A, when the input voltage VIN has a variable voltage level VVL, the first switch SW1, the first transistor Q1, and the second switch ( included in the
구체적으로, 전류 센싱 회로(250)에 의해 다이렉트 충전기(210a)를 흐르는(즉, 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)을 흐르는) 전류(I1)가 센싱되고, 전류 제어 회로(260)에 의해 생성되는 제1 전류 제어 신호(CS1)는 제1 트랜지스터(Q1)의 제어 전극(즉, 게이트)에 인가될 수 있다. 전류(I1)가 제1 기준 값을 초과하는 경우에, 제1 전류 제어 신호(CS1)를 기초로 제1 트랜지스터(Q1)의 저항 값을 변경하여 전류(I1)를 상기 제1 기준 값 이하로 제한할 수 있다.Specifically, the current I1 flowing through the
이와 유사하게, 전류 센싱 회로(250)에 의해 선형 충전기(240a)를 흐르는(즉, 제6 스위치(SW6)를 흐르는) 전류(I31)가 센싱되고, 전류 제어 회로(260)에 의해 생성되는 전류 제어 신호(CS31)는 제6 트랜지스터(Q6)의 제어 전극(즉, 게이트)에 인가될 수 있다. 전류(I31) 및 전류 제어 신호(CS31)는 각각 도 7의 전류(I3) 및 제3 전류 제어 신호(CS3)에 포함될 수 있다. 전류(I31)가 제2 기준 값을 초과하는 경우에, 전류 제어 신호(CS31)를 기초로 제6 트랜지스터(Q6)의 저항 값을 변경하여 전류(I31)를 상기 제2 기준 값 이하로 제한할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 기준 값은 상기 제1 기준 값과 다를 수 있다.Similarly, the current I31 flowing through the
도 8a의 예에서, 전류(I1)는 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 전류(IS1)의 합에 대응하고, 전류(I31)는 제1 충전 전류(ICG1)에 대응할 수 있다. 따라서, 전류(I31)를 센싱하여 제1 충전 전류(ICG1)를 확인할 수 있고, 전류들(I1, I31)을 센싱하고 전류(I1)에서 전류(I31)를 감산하여 제1 전류(IS1)(즉, 제1 시스템 전류(ISYS1))를 확인할 수 있다.In the example of FIG. 8A , current I1 may correspond to the sum of first charging current ICG1 and first current IS1 , and current I31 may correspond to first charging current ICG1 . Therefore, the first charging current ICG1 can be identified by sensing the current I31, and the first current IS1 ( That is, the first system current (ISYS1) can be checked.
도 8b에 도시된 것처럼, 입력 전압(VIN)이 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에, 벅 컨버터(220a)에 포함되는 제3 스위치(SW3) 및 제3 트랜지스터(Q3)는 입력 전류 제어 기능을 수행하고, 선형 충전기(240a)에 포함되는 제6 스위치(SW6) 및 제6 트랜지스터(Q6)는 충전 전류 제어 기능을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 8B, when the input voltage VIN has a fixed voltage level VFL, the third switch SW3 and the third transistor Q3 included in the
구체적으로, 전류 센싱 회로(250)에 의해 벅 컨버터(220a)를 흐르는(즉, 제3 스위치(SW3)를 흐르는) 전류(I2)가 센싱되고, 전류 제어 회로(260)에 의해 생성되는 제2 전류 제어 신호(CS2)는 제3 트랜지스터(Q3)의 제어 전극(즉, 게이트)에 인가될 수 있다. 전류(I2)가 제3 기준 값을 초과하는 경우에, 제2 전류 제어 신호(CS2)를 기초로 제3 트랜지스터(Q3)의 저항 값을 변경하여 전류(I2)를 상기 제3 기준 값 이하로 제한할 수 있다. 또는 제4 트랜지스터(Q4) 및 제5 트랜지스터(Q5)의 컨트롤을 제어하여 전류(I2)를 상기 제3 기준 값 이하로 제한할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 기준 값은 상기 제1 기준 값과 동일하거나 다를 수 있다.Specifically, the current I2 flowing through the
이와 유사하게, 전류 센싱 회로(250)에 의해 선형 충전기(240a)를 흐르는(즉, 제6 스위치(SW6)를 흐르는) 전류(I32)가 센싱되고, 전류 제어 회로(260)에 의해 생성되는 전류 제어 신호(CS32)는 제6 트랜지스터(Q6)의 제어 전극(즉, 게이트)에 인가될 수 있다. 전류(I32) 및 전류 제어 신호(CS32)는 각각 도 7의 전류(I3) 및 제3 전류 제어 신호(CS3)에 포함될 수 있다. 전류(I32)가 제4 기준 값을 초과하는 경우에, 전류 제어 신호(CS32)를 기초로 제6 트랜지스터(Q6)의 저항 값을 변경하여 전류(I32)를 상기 제4 기준 값 이하로 제한할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 기준 값은 상기 제3 기준 값과 다를 수 있고, 상기 제2 기준 값과 동일하거나 다를 수 있다.Similarly, the current I32 flowing through the
도 8b의 예에서, 전류(I2)는 제2 전류(IC2) 및 제2 충전 전류(ICG2)의 합에 대응하고, 전류(I32)는 제2 충전 전류(ICG2)에 대응할 수 있다. 따라서, 전류(I32)를 센싱하여 제2 충전 전류(ICG2)를 확인할 수 있고, 전류들(I2, I32)을 센싱하고 전류(I2)에서 전류(I32)를 감산하여 제2 전류(IC2)(즉, 제2 시스템 전류(ISYS2))를 확인할 수 있다.In the example of FIG. 8B , current I2 may correspond to the sum of second current IC2 and second charging current ICG2 , and current I32 may correspond to second charging current ICG2 . Accordingly, the second charging current ICG2 may be identified by sensing the current I32, and the second current IC2 ( That is, the second system current (ISYS2) can be checked.
도 8c에 도시된 것처럼, 입력 전압(VIN)이 수신되지 않는 경우에, 선형 충전기(240a)에 포함되는 제6 스위치(SW6) 및 제6 트랜지스터(Q6)는 충전 전류 제어 기능을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 8C , when the input voltage VIN is not received, the sixth switch SW6 and the sixth transistor Q6 included in the
구체적으로, 전류 센싱 회로(250)에 의해 선형 충전기(240a)를 흐르는(즉, 제6 스위치(SW6)를 흐르는) 전류(I33)가 센싱되고, 전류 제어 회로(260)에 의해 생성되는 전류 제어 신호(CS33)는 제6 트랜지스터(Q6)의 제어 전극(즉, 게이트)에 인가될 수 있다. 전류(I33) 및 전류 제어 신호(CS33)는 각각 도 7의 전류(I3) 및 제3 전류 제어 신호(CS3)에 포함될 수 있다. 전류(I33)가 제5 기준 값을 초과하는 경우에, 전류 제어 신호(CS33)를 기초로 제6 트랜지스터(Q6)의 저항 값을 변경하여 전류(I33)를 상기 제5 기준 값 이하로 제한할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 기준 값은 상기 제2 및 제4 기준 값들과 동일하거나 다를 수 있다.Specifically, the current I33 flowing through the
도 8c의 예에서, 전류(I33)는 배터리 전류(IBAT)에 대응할 수 있다. 따라서, 전류(I33)를 센싱하여 배터리 전류(IBAT)를 확인할 수 있다.In the example of FIG. 8C , current I33 may correspond to battery current IBAT. Accordingly, the battery current IBAT may be checked by sensing the current I33.
도 9 및 10은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도들이다. 이하 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.9 and 10 are block diagrams illustrating a charger integrated circuit and an electronic device including the same according to embodiments of the present invention. Descriptions overlapping those of FIG. 1 will be omitted.
도 9를 참조하면, 전자 장치(14)는 배터리 장치(100), 충전 집적 회로(204) 및 시스템 부하(300)를 포함하고, 입력 단자(20)를 더 포함할 수 있다. 충전 집적 회로(204)는 다이렉트 충전기(210), 벅 컨버터(220), 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240)를 포함하고, 기능 회로(270)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
충전 집적 회로(204)가 기능 회로(270)를 더 포함하는 것을 제외하면, 충전 집적 회로(204) 및 전자 장치(14)는 도 1의 충전 집적 회로(200) 및 전자 장치(10)와 실질적으로 동일할 수 있다.Except that the charger integrated
기능 회로(270)는 입력 단자(20)와 연결되며, 전력 절감 조건 하에서도 적절하게 동작하도록 다양한 기능들 중 적어도 하나를 지원 또는 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 다양한 기능들은 저전압 차단(under-voltage lockout, UVLO) 기능, 과전류 방지(over-current protection, OCP) 기능, 과전압 방지(over-voltage protection, OVP) 기능, 돌입 전류를 경감시키는 소프트-스타트(soft-start) 기능, 폴드백 전류 제한(foldback current limit) 기능, 단락 회로 보호를 위한 히컵 모드(Hiccup Mode) 기능, 과열 차단(over-temperature protection, OTP) 기능 등을 포함할 수 있다.The
도 10을 참조하면, 전자 장치(16)는 배터리 장치(106), 충전 집적 회로(200) 및 시스템 부하(300)를 포함하고, 입력 단자(20)를 더 포함할 수 있다. 충전 집적 회로(200)는 다이렉트 충전기(210), 벅 컨버터(220), 스위치드 커패시터(230) 및 선형 충전기(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
배터리 장치(106)의 구성이 일부 변경되는 것을 제외하면, 전자 장치(16)는 도 1의 전자 장치(10)와 실질적으로 동일할 수 있다.Except for some changes in the configuration of the
배터리 장치(106)는 직렬 연결된 제1 내지 제N(N은 3이상의 자연수) 배터리들(110, 120, 130)을 포함할 수 있다.The
실시예에 따라서, 도 7, 9 및 10의 실시예들 중 2개 이상이 조합될 수도 있다. 예를 들어, 도 7의 전자 장치(12) 및 충전 집적 회로(202)는 도 9의 기능 회로(270) 및 도 10의 배터리 장치(106) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, two or more of the embodiments of FIGS. 7, 9 and 10 may be combined. For example, the
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.11 is a flowchart illustrating an operating method of a charger integrated circuit according to example embodiments.
도 1, 2a, 2b, 2c 및 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법에서, 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는지 확인한다(단계 S100). 입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우에(단계 S100: 예), 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는지 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는지 확인한다(단계 S200).Referring to FIGS. 1, 2a, 2b, 2c and 11 , in the method of operating the charger according to the embodiments of the present invention, it is checked whether the input voltage VIN is received from the input terminal 20 (step S100). . When the input voltage VIN is received from the input terminal 20 (step S100: Yes), it is checked whether the input voltage VIN has a variable voltage level VVL or a fixed voltage level VFL ( Step S200).
입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우(단계 S100: 예), 및 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지는 경우에(단계 S200: 예), 다이렉트 충전기(210) 및 스위치드 커패시터(230)를 이용하여 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 시스템 전류(ISYS1)를 생성한다(단계 S300).When the input voltage VIN is received from the input terminal 20 (Step S100: Yes), and when the input voltage VIN has a variable voltage level (VVL) (Step S200: Yes), the direct charger 210 ) and the switched
입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되는 경우(단계 S100: 예), 및 입력 전압(VIN)이 가변 전압 레벨(VVL)을 가지지 않는 경우, 즉 고정 전압 레벨(VFL)을 가지는 경우에(단계 S200: 아니오), 벅 컨버터(220) 및 스위치드 커패시터(230)를 이용하여 제2 충전 전류(ICG2) 및 제2 시스템 전류(ISYS2)를 생성한다(단계 S400).When the input voltage VIN is received from the input terminal 20 (step S100: Yes), and when the input voltage VIN does not have a variable voltage level VVL, that is, when it has a fixed voltage level VFL In (step S200: No), the second charging current ICG2 and the second system current ISYS2 are generated using the
입력 단자(20)로부터 입력 전압(VIN)이 수신되지 않는 경우에(단계 S100: 아니오), 스위치드 커패시터(230)를 이용하여 제3 시스템 전류(ISYS3)를 생성한다(단계 S500).When the input voltage VIN is not received from the input terminal 20 (step S100: No), the third system current ISYS3 is generated using the switched capacitor 230 (step S500).
도 12는 도 11의 제1 충전 전류 및 제1 시스템 전류를 생성하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of generating the first charging current and the first system current of FIG. 11 .
도 2a, 11 및 12를 참조하면, 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 시스템 전류(ISYS1)를 생성하는데 있어서(단계 S300), 다이렉트 충전기(210)를 활성화시키고 벅 컨버터(220)를 비활성화시킬 수 있다(단계 S310). 다이렉트 충전기(210)가 입력 전압(VIN)에 기초하여 제1 충전 전류(ICG1) 및 제1 전류(IS1)를 생성할 수 있다(단계 S320). 제1 충전 전류(ICG1)는 선형 충전기(240)를 통해 배터리 장치(100)에 공급될 수 있다. 스위치드 커패시터(230)가 제1 전류(IS1)에 기초하여 제1 시스템 전류(ISYS1)를 생성할 수 있다(단계 S330). 제1 시스템 전류(ISYS1)는 시스템 부하(300)에 공급될 수 있다.2A, 11 and 12, in generating the first charging current ICG1 and the first system current ISYS1 (step S300), the
도 13은 도 11의 제2 충전 전류 및 제2 시스템 전류를 생성하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.13 is a flowchart illustrating an example of generating the second charging current and the second system current of FIG. 11 .
도 2b, 11 및 13을 참조하면, 제2 충전 전류(ICG2) 및 제2 시스템 전류(ISYS2)를 생성하는데 있어서(단계 S400), 벅 컨버터(220)를 활성화시키고 다이렉트 충전기(210)를 비활성화시킬 수 있다(단계 S410). 벅 컨버터(220)가 입력 전압(VIN)에 기초하여 제2 전류(IC2) 및 제2 시스템 전류(ISYS2)를 생성할 수 있다(단계 S420). 제2 시스템 전류(ISYS2)는 시스템 부하(300)에 공급될 수 있다. 스위치드 커패시터(230)가 제2 전류(IC2)에 기초하여 제2 충전 전류(ICG2)를 생성할 수 있다(단계 S430). 제2 충전 전류(ICG2)는 선형 충전기(240)를 통해 배터리 장치(100)에 공급될 수 있다.2b, 11 and 13, in generating the second charge current ICG2 and the second system current ISYS2 (step S400), the
도 14는 도 11의 제3 시스템 전류를 생성하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of generating a third system current of FIG. 11 .
도 2c, 11 및 14를 참조하면, 제3 시스템 전류(ISYS3)를 생성하는데 있어서(단계 S500), 스위치드 커패시터(230)가 배터리 장치(100)로부터 공급되는 배터리 전류(IBAT)에 기초하여 제3 시스템 전류(ISYS3)를 생성할 수 있다(단계 S510). 제3 시스템 전류(ISYS3)는 시스템 부하(300)에 공급될 수 있다. 이 때, 다이렉트 충전기(210) 및 벅 컨버터(220) 모두를 비활성화시킬 수 있다.Referring to FIGS. 2C, 11, and 14 , in generating the third system current ISYS3 (step S500), the switched
도 15 및 16은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도들이다.15 and 16 are block diagrams illustrating electronic devices according to embodiments of the present invention.
도 15를 참조하면, 전자 장치(1000)는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)(1100)를 포함할 수 있고, 전자 장치(1000)에는 배터리 장치(100)가 장착될 수 있다. PMIC(1100)는 충전 집적 회로(200b), 무선 전력 수신기(1200), 제어 회로(1300) 및 퓨얼 게이지(1400)를 포함할 수 있다. 상세하게 도시하지는 않았으나, PMIC(1100)는 LED 드라이버, USB 타입-C 회로 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15 , the
배터리 장치(100) 및 충전 집적 회로(200b)는 각각 도 1의 배터리 장치(100) 및 충전 집적 회로(200)와 실질적으로 동일할 수 있다. 충전 집적 회로(200b)는 본 발명의 실시예들에 따라 구현되며, 종래 구조 대비 IC 개수, 트랜지스터 개수 및 회로 면적이 감소하며, 직렬 연결된 배터리들(110, 120)을 포함하는 배터리 장치(100)의 높은 배터리 전압(VBAT)을 충전함과 동시에 시스템 전압(VSYS)을 안정적으로 공급하기 위한 충전 방식을 효과적으로 구현할 수 있다.The
일 실시예에서, 충전 집적 회로(200b)는 유선 충전 모드 및 무선 충전 모드를 지원할 수 있다. 상기 유선 충전 모드에서, 충전 집적 회로(200b)는 입력 단자(20)를 통해 TA의 출력 단자로부터 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 상기 무선 충전 모드에서, 다이렉트 충전기(210)는 비활성화될 수 있고, 충전 집적 회로(200b)는 무선 전력 수신기(1200)로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 무선 전력 수신기(1200)는 무선 충전 방식에 따라 전력을 발생할 수 있고, 상기 무선 충전 방식은 자기 유도, 자기 공명, 전자기 유도, 비방사형 무선 충전(WiTricity) 등 다양한 무선 충전 방식 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1200)는 무선 정류기(rectifier)로 구현될 수 있다.In one embodiment, the charger integrated
일 실시예에서, 무선 전력 수신기(1200)는 무선 충전 및 MST(Magnetic Secure Transmission) 겸용 유닛으로 구현될 수 있다. 이 때, 충전 집적 회로(200b)는 MST 모드를 더 지원할 수 있다. MST는 신용카드 정보를 담은 전자 장치(1000)를 신용카드 결제 단말기(예를 들어, POS 단말기)에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 경우에 신용카드 결제 단말기가 전자 장치(1000)에 내장된 신용카드 정보를 자동으로 로드하여 결제를 진행하는 기술이다. 상기 MST 기술에 의해, 신용카드 정보는 자기 신호를 통해 신용카드 결제 단말기에 전달될 수 있다. 상기 MST 모드에서, 다이렉트 충전기(210)는 비활성화될 수 있고, 충전 집적 회로(200b)는 무선 전력 수신기(1200)에 전기적으로 연결될 수 있다.In one embodiment, the
제어 회로(1300)는 충전 집적 회로(200b)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(1300)는 고속 충전 모드, 일반 충전 모드 및 방전 모드 중 적어도 하나에 따라, 충전 집적 회로(200b)에 포함된 스위치들 또는 트랜지스터들을 구동할 수 있다. 또한, 제어 회로(1300)는 충전 집적 회로(200b)에 인가되는 입력 전압(VIN)의 전압 레벨을 제어할 수도 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제어 회로(1300)의 기능은 MCU(Micro Controller Unit)에서 수행될 수도 있고, 상기 MCU는 PMIC(1100) 외부에 배치될 수도 있다.The
퓨얼 게이지(1400)는 배터리 장치(100)의 잔량, 전압, 전류 또는 온도 등을 모니터링할 수 있고, 배터리 게이지라고 지칭될 수도 있다. 일 실시예에서, 퓨얼 게이지(1400)는 배터리 장치(100)에 포함된 제1 및 제2 배터리들(110, 120) 중 적어도 하나에 연결된 적어도 하나의 감지 저항과 연결될 수 있고, 이로써 제1 및 제2 배터리들(110, 120) 중 적어도 하나에 흐르는 배터리 전류를 모니터링할 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 퓨얼 게이지(1400)는 PMIC(1100) 외부에 배치될 수도 있고 배터리 장치(100)에 포함될 수도 있다.The
도 16을 참조하면, 전자 장치(2000)는 배터리 장치(100), 충전 집적 회로(200), AP(Application Processor)(2100) 및 PMIC(2200)를 포함할 수 있다. 전자 장치(2000)는 외부로부터 전력을 공급받고, 배터리 장치(100)를 충전하기 위한 충전 집적 회로(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16 , an
배터리 장치(100) 및 충전 집적 회로(200)는 각각 도 1의 배터리 장치(100) 및 충전 집적 회로(200)와 실질적으로 동일할 수 있다. 충전 집적 회로(200)는 본 발명의 실시예들에 따라 구현되며, 종래 구조 대비 IC 개수, 트랜지스터 개수 및 회로 면적이 감소하며, 직렬 연결된 배터리들(110, 120)을 포함하는 배터리 장치(100)의 높은 배터리 전압(VBAT)을 충전함과 동시에 시스템 전압(VSYS)을 안정적으로 공급하기 위한 충전 방식을 효과적으로 구현할 수 있다.The
AP(2100)는 전자 장치(2000)를 전반적으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, AP(2100)는 충전 집적 회로(200)를 제어할 수 있고, 예를 들어 충전 집적 회로(200)를 고속 충전 모드, 일반 충전 모드, 방전 모드 등으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(2000)가 TA와 연결된 경우, AP(2100)는 TA와 통신하여 TA로부터 출력되는 입력 전압(VIN)을 조정할 수도 있다.The
일 실시예에서, AP(2100)는 하나 이상의 모듈 또는 IP를 포함하는 SoC(System-on-Chip)로 구현될 수 있다. 예를 들어, AP(2100)는 통신 기능을 수행하기 위한 통신 모듈(예를 들어, CDMA(code division multiple access) 모듈, LTE(long term evolution) 모듈, 5G 모듈, RF(radio frequency) 모듈, UWB(ultra wideband) 모듈, WLAN(wireless local area network) 모듈, WIMAX(worldwide interoperability for microwave access) 모듈 등), 카메라 기능을 수행하기 위한 카메라 모듈, 표시 기능을 수행하기 위한 디스플레이 모듈, 터치 입력 기능을 수행하기 위한 터치 패널 모듈 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, AP(2100)는 GPS(global positioning system) 모듈, 마이크 모듈, 스피커 모듈, 자이로스코프(gyroscope) 모듈 등을 더 포함할 수 있다. 다만, AP(2100)에 구비되는 모듈 또는 IP의 종류는 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, the
PMIC(2200)는 배터리 전압을 수신하고, AP(2100)의 구동에 필요한 전력을 관리할 수 있다. 또한, PMIC(2200)는 전자 장치(2000)의 내부 컴포넌트들에 필요한 전압들을 발생하거나 관리하도록 구현될 수 있다. 실시예들에 따라, 전자 장치(2000)는 PMIC(2200)를 포함하는 복수의 PMIC들을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, PMIC(2200)는 배터리 장치(100)로부터 배터리 전압을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, PMIC(2200)는 충전 집적 회로(200)를 통해 시스템 전압을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, PMIC(2200)는 입력 전압(VIN)을 직접 수신할 수도 있다.The
본 발명의 실시예들은 충전 집적 회로 및 배터리 장치를 포함하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 PC(Personal Computer), 서버 컴퓨터(server computer), 데이터 센터(data center), 워크스테이션(workstation), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone), 오토모티브(automotive) 등과 같은 전자 시스템에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.Embodiments of the present invention may be usefully used in any electronic device and system including a charger integrated circuit and a battery device. For example, embodiments of the present invention may be used in personal computers (PCs), server computers, data centers, workstations, laptops, cellular phones, and smart phones. phone), MP3 player, PDA (Personal Digital Assistant), PMP (Portable Multimedia Player), digital TV, digital camera, portable game console, navigation device, wearable device, IoT (Internet Electronic systems such as Things of Things (IoT) devices, IoE (Internet of Everything) devices, e-books, VR (Virtual Reality) devices, AR (Augmented Reality) devices, drones, automotive, etc. may be more useful.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. you will understand that you can
Claims (20)
입력 단자로부터 수신되는 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성하는 다이렉트 충전기(direct charger);
상기 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성하는 벅 컨버터(buck converter);
상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성하는 스위치드 커패시터(switched capacitor); 및
상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공하는 선형 충전기(linear charger)를 포함하는 충전 집적 회로.A charger integrated circuit for charging a battery device including a first battery and a second battery connected in series,
a direct charger for generating a first charging current for charging the battery device and a first system current for generating a first system current provided to a system load, based on an input voltage received from an input terminal;
a buck converter generating a second current for generating a second charging current for charging the battery device and a second system current provided to the system load, based on the input voltage;
a switched capacitor generating the first system current based on the first current and generating the second charging current based on the second current; and
and a linear charger providing the first charging current and the second charging current to the battery device.
상기 입력 전압이 가변 전압 레벨을 가지는 경우에, 상기 다이렉트 충전기는 활성화되어 상기 입력 전압을 기초로 상기 제1 충전 전류 및 상기 제1 전류를 생성하고, 상기 벅 컨버터는 비활성화되며, 상기 스위치드 커패시터는 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 1,
When the input voltage has a variable voltage level, the direct charger is activated to generate the first charge current and the first current based on the input voltage, the buck converter is deactivated, and the switched capacitor and generating the first system current based on the first current.
상기 입력 전압이 고정 전압 레벨을 가지는 경우에, 상기 벅 컨버터는 활성화되어 상기 입력 전압을 기초로 상기 제2 전류 및 상기 제2 시스템 전류를 생성하고, 상기 다이렉트 충전기는 비활성화되며, 상기 스위치드 커패시터는 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 1,
When the input voltage has a fixed voltage level, the buck converter is activated to generate the second current and the second system current based on the input voltage, the direct charger is deactivated, and the switched capacitor and generating the second charging current based on the second current.
상기 입력 단자 및 접지 전압 사이에 직렬 연결된 제1, 제2 및 제3 스위치들; 및
상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치 사이의 스위칭 노드 및 상기 시스템 부하와 연결되는 시스템 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.The method of claim 1, wherein the buck converter,
first, second and third switches connected in series between the input terminal and a ground voltage; and
and a first inductor connected between a switching node between the second switch and the third switch and a system node connected to the system load.
상기 제1 스위치는 상기 제2 전류 및 상기 제2 시스템 전류를 제어하도록 전류 제어 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 4,
wherein the first switch has a current control function to control the second current and the second system current.
상기 다이렉트 충전기와 상기 선형 충전기와 연결되는 제어 노드 및 상기 시스템 부하와 연결되는 시스템 노드 사이에 병렬 연결되는 제1 및 제2 스위치드 커패시터 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.The method of claim 1, wherein the switched capacitor,
and first and second switched capacitor circuits connected in parallel between a control node connected to the direct charger and the linear charger and a system node connected to the system load.
상기 제어 노드 및 상기 시스템 노드 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2 스위치들;
상기 시스템 노드 및 접지 전압 사이에 직렬 연결되는 제3 및 제4 스위치들; 및
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 제1 노드 및 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치 사이의 제2 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.7. The method of claim 6, wherein the first switched capacitor circuit,
first and second switches connected in series between the control node and the system node;
third and fourth switches connected in series between the system node and a ground voltage; and
and a first capacitor connected between a first node between the first switch and the second switch and a second node between the third switch and the fourth switch.
상기 입력 전압이 가변 전압 레벨을 가지는 경우에, 상기 스위치드 커패시터는 상기 제어 노드를 통해 상기 제1 전류를 수신하고, 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하며, 상기 시스템 노드를 통해 상기 제1 시스템 전류를 출력하고,
상기 입력 전압이 고정 전압 레벨을 가지는 경우에, 상기 스위치드 커패시터는 상기 시스템 노드를 통해 상기 제2 전류를 수신하고, 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성하며, 상기 제어 노드를 통해 상기 제2 충전 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 6,
When the input voltage has a variable voltage level, the switched capacitor receives the first current through the control node, generates the first system current based on the first current, and generates the first system current through the system node. outputting the first system current;
When the input voltage has a fixed voltage level, the switched capacitor receives the second current through the system node, generates the second charging current based on the second current, and generates the second charging current through the control node. and outputting the second charging current.
상기 입력 전압이 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 스위치드 커패시터를 흐르는 전류의 방향은, 상기 입력 전압이 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 스위치드 커패시터를 흐르는 전류의 방향과 서로 반대인 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 8,
The direction of the current flowing through the switched capacitor when the input voltage has a variable voltage level is opposite to the direction of the current flowing through the switched capacitor when the input voltage has a fixed voltage level. Circuit.
상기 제어 노드의 전압 레벨은 상기 시스템 노드의 전압 레벨의 2배인 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 6,
The voltage level of the control node is twice the voltage level of the system node.
상기 입력 단자 및 상기 스위치드 커패시터와 상기 선형 충전기와 연결되는 제어 노드 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.The method of claim 1, wherein the direct charger,
and first and second switches connected in series between the input terminal and a control node connected to the switched capacitor and the linear charger.
상기 제1 스위치는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제1 전류를 제어하도록 전류 제어 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 11,
wherein the first switch has the first charging current and a current control function to control the first current.
상기 다이렉트 충전기와 상기 스위치드 커패시터와 연결되는 제어 노드 및 상기 배터리 장치 사이에 연결되는 제1 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.The method of claim 1, wherein the linear charger,
and a first switch connected between a control node connected to the direct charger and the switched capacitor and the battery device.
상기 제1 스위치는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 제어하도록 전류 제어 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 13,
The first switch has a current control function to control the first charging current and the second charging current.
상기 다이렉트 충전기, 상기 벅 컨버터 및 상기 선형 충전기에 포함되는 트랜지스터들의 개수는 6개인 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 1,
The charger integrated circuit, characterized in that the number of transistors included in the direct charger, the buck converter and the linear charger is six.
상기 다이렉트 충전기를 제어하기 위한 제1 전류 제어 신호, 상기 벅 컨버터를 제어하기 위한 제2 전류 제어 신호 및 상기 선형 충전기를 제어하기 위한 제3 전류 제어 신호를 생성하는 전류 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 1,
Further comprising a current control circuit for generating a first current control signal for controlling the direct charger, a second current control signal for controlling the buck converter, and a third current control signal for controlling the linear charger. A charger integrated circuit made of.
상기 다이렉트 충전기를 흐르는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제1 전류를 센싱하여 제1 센싱 신호를 생성하고, 상기 벅 컨버터를 흐르는 상기 제2 전류 및 상기 제2 시스템 전류를 센싱하여 제2 센싱 신호를 생성하며, 상기 선형 충전기를 흐르는 상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 센싱하여 제3 센싱 신호를 생성하는 전류 센싱 회로를 더 포함하고,
상기 전류 제어 회로는 상기 제1, 제2 및 제3 센싱 신호들에 기초하여 상기 제1, 제2 및 제3 전류 제어 신호들을 생성하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.17. The method of claim 16,
Generating a first sensing signal by sensing the first charging current and the first current flowing through the direct charger, and generating a second sensing signal by sensing the second current and the second system current flowing through the buck converter and a current sensing circuit generating a third sensing signal by sensing the first charging current and the second charging current flowing through the linear charger,
The current control circuit generates the first, second and third current control signals based on the first, second and third sensing signals.
상기 입력 단자로부터 상기 입력 전압이 미수신되는 경우에, 상기 스위치드 커패시터는 상기 배터리 장치로부터 공급되는 배터리 전류에 기초하여 상기 시스템 부하에 제공되는 제3 시스템 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 충전 집적 회로.According to claim 1,
When the input voltage is not received from the input terminal, the switched capacitor generates a third system current provided to the system load based on the battery current supplied from the battery device.
상기 배터리 장치를 충전하기 위한 충전 집적 회로; 및
입력 단자로부터 수신되는 입력 전압 및 상기 배터리 장치로부터 수신되는 배터리 전압에 기초하여 동작하는 시스템 부하를 포함하고,
상기 충전 집적 회로는,
상기 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성하는 다이렉트 충전기(direct charger);
상기 입력 전압에 기초하여, 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성하는 벅 컨버터(buck converter);
상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성하는 스위치드 커패시터(switched capacitor); 및
상기 제1 충전 전류 및 상기 제2 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공하는 선형 충전기(linear charger)를 포함하는 전자 장치.a battery device including a first battery and a second battery connected in series;
a charging integrated circuit for charging the battery device; and
A system load operating based on an input voltage received from an input terminal and a battery voltage received from the battery device;
The charging integrated circuit,
a direct charger configured to generate a first charging current for charging the battery device and a first current for generating a first system current provided to the system load, based on the input voltage;
a buck converter generating a second current for generating a second charging current for charging the battery device and a second system current provided to the system load, based on the input voltage;
a switched capacitor generating the first system current based on the first current and generating the second charging current based on the second current; and
An electronic device comprising a linear charger providing the first charging current and the second charging current to the battery device.
입력 단자로부터 수신되는 입력 전압이 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 활성화되어, 상기 입력 전압에 기초하여 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제1 충전 전류 및 시스템 부하에 제공되는 제1 시스템 전류를 생성하기 위한 제1 전류를 생성하며, 상기 입력 전압이 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 비활성화되는 다이렉트 충전기(direct charger);
상기 입력 전압이 상기 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 활성화되어, 상기 입력 전압에 기초하여 상기 배터리 장치를 충전하기 위한 제2 충전 전류를 생성하기 위한 제2 전류 및 상기 시스템 부하에 제공되는 제2 시스템 전류를 생성하며, 상기 입력 전압이 상기 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 비활성화되는 벅 컨버터(buck converter);
상기 입력 전압이 상기 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제1 전류에 기초하여 상기 제1 시스템 전류를 생성하고, 상기 입력 전압이 상기 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제2 전류에 기초하여 상기 제2 충전 전류를 생성하는 스위치드 커패시터(switched capacitor); 및
상기 입력 전압이 상기 가변 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제1 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공하고, 상기 입력 전압이 상기 고정 전압 레벨을 가지는 경우에 상기 제2 충전 전류를 상기 배터리 장치에 제공하는 선형 충전기(linear charger)를 포함하며,
상기 다이렉트 충전기는,
상기 입력 단자 및 제어 노드 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2 스위치들을 포함하고,
상기 벅 컨버터는,
상기 입력 단자 및 접지 전압 사이에 직렬 연결된 제3, 제4 및 제5 스위치들; 및
상기 제4 스위치와 상기 제5 스위치 사이의 스위칭 노드 및 상기 시스템 부하와 연결되는 시스템 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함하며,
상기 선형 충전기는,
상기 제어 노드 및 상기 배터리 장치 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 스위치들 각각은 하나의 트랜지스터 및 하나의 다이오드를 포함하는 충전 집적 회로.
A charger integrated circuit for charging a battery device including a first battery and a second battery connected in series,
It is activated when an input voltage received from an input terminal has a variable voltage level, and generates a first charging current for charging the battery device and a first system current provided to a system load based on the input voltage. 1 A direct charger that generates current and is deactivated when the input voltage has a fixed voltage level;
Activated when the input voltage has the fixed voltage level, a second current for generating a second charging current for charging the battery device based on the input voltage and a second system current provided to the system load a buck converter that generates a buck converter that is deactivated when the input voltage has the variable voltage level;
The first system current is generated based on the first current when the input voltage has the variable voltage level, and the second system current is generated based on the second current when the input voltage has the fixed voltage level. a switched capacitor that generates a charging current; and
Providing the first charging current to the battery device when the input voltage has the variable voltage level and providing the second charging current to the battery device when the input voltage has the fixed voltage level Includes a linear charger,
The direct charger,
Including first and second switches connected in series between the input terminal and the control node,
The buck converter,
third, fourth and fifth switches connected in series between the input terminal and a ground voltage; and
A first inductor connected between a switching node between the fourth switch and the fifth switch and a system node connected to the system load,
The linear charger,
And a sixth switch connected between the control node and the battery device,
Each of the first, second, third, fourth, fifth and sixth switches includes one transistor and one diode.
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