KR20240028841A - 전원 관리 칩 및 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

전원 관리 칩 및 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전원 관리 칩은, 제 1 전력 스위치를 구동시키는 제 1 게이트 신호 및 상기 제 2 전력 스위치를 구동시키는 제 2 게이트 신호를 출력하는 게이트 드라이버, 제 1 에러 증폭기로부터 에러 검출 신호와 상기 게이트 드라이버로부터 제 1 게이트 신호를 수신하고, 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 에러 검출 신호 및 상기 제 1 게이트 신호 중에서 어느 하나로 상기 제 1 전력 스위치를 구동시키는 멀티플렉서, 인덕터 검출 신호를 수신하고, 외부의 인덕터 검출을 위하여 비교 감지 신호 및 펄스 신호를 출력하고, 인덕터 검출에 대응하는 상기 모드 선택 신호를 출력하는 인덕터 검출 로직, 및 상기 비교 감지 신호에 응답하여 상기 출력 노드의 내부 출력 전압과 상기 피드백 노드의 출력 전압을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다.

Description

전원 관리 칩 및 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법{POWER MANAGEMENT CHIP, ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME, AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, Mobile, HPC, IoT 등 다양한 제품들이 동작하기 위해선, 각 제품에 동작 전압을 공급해주는 전원 관리 칩이 필요하다. 이러한 전원 관리 칩은 인덕터 사용 유무에 따라 적용될 수 있는 종류가 제한되는데, 인덕터의 유무는 각 제품 환경에 따라서 달라지게 된다. 예를 들어, 특정 제품에서 전원 관리 칩용으로 인덕터를 제공하지 않는다면, 해당 제품에는 인덕터가 있어야 하는 Buck type의 전원 관리 칩이 사용될 수 없고, 인덕터를 필요로 하지 않는 LDO type의 전원 관리 칩을 사용해야 한다. 따라서 전원 관리 칩이 다양한 제품 환경을 효율적으로 대응하기 위해서는 제품에서의 인덕터 제공 유무를 적응적으로 감지하여 전원 관리 칩의 type을 선택함으로써 인덕터의 유무에 따라 사용이 제한되지 않는 전원 관리 칩이 필요하다.
본 발명의 목적은 멀티 모드를 지원하는 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LDO 모드에서 누설 전류를 줄이는 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 벅 모드에서 오버슈트를 줄이는 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩은, 전원단과 출력 노드 사이에 연결된 제 1 전력 스위치; 상기 출력 노드와 접지단 사이에 연결된 제 2 전력 스위치; 모드 선택 신호에 응답하여 피드백 노드와 기준 전압을 비교하는 제 1 에러 증폭기; 반전된 모드 선택 신호에 응답하여 피드백 노드와 기준 전압을 비교하는 제 2 에러 증폭기; 상기 제 2 에러 증폭기의 출력을 수신하고, 구동 신호를 출력하는 펄스 폭 변조 로직; 인덕터 검출 신호 및 상기 모드 선택 신호를 수신하고, 상기 펄스 폭 변조 로직으로부터 상기 구동 신호를 수신하고, 상기 제 1 전력 스위치를 구동시키는 제 1 게이트 신호 및 상기 제 2 전력 스위치를 구동시키는 제 2 게이트 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 상기 제 1 에러 증폭기로부터 에러 검출 신호와 상기 게이트 드라이버로부터 제 1 게이트 신호를 수신하고, 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 에러 검출 신호 및 상기 제 1 게이트 신호 중에서 어느 하나로 상기 제 1 전력 스위치를 구동시키는 멀티플렉서; 상기 인덕터 검출 신호를 수신하고, 외부의 인덕터 검출을 위하여 비교 감지 신호 및 펄스 신호를 출력하고, 인덕터 검출에 대응하는 상기 모드 선택 신호를 출력하는 인덕터 검출 로직; 및 상기 비교 감지 신호에 응답하여 상기 출력 노드의 내부 출력 전압과 상기 피드백 노드의 출력 전압을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 멀티 모드를 지원하는 전원 관리 칩의 동작 방법은, 외부의 인덕터의 존재를 감지하는 단계; 및 상기 인덕터의 존재에 따라 LDO(Low Drop Out) 모드 및 벅 모드 중에서 어느 하나를 선택하는 단계를 포함하고, 상기 인덕터의 존재를 감지하는 단계는, 펄스 신호에 응답하여 출력 노드와 피드백 노드 사이의 플로우 스위치를 단락 시키는 단계; 및 상기 출력 노드의 내부 출력 전압과 상기 피드백 노드의 출력 전압을 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인덕터의 검출 유무에 따라 LDO(Low Drop Out) 모드 및 벅 모드를 결정하는 전원 관리 칩의 동작 방법은, sleep LDO을 이용하여 상기 벅 모드를 스타트업시키는 단계; 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때, 인덕터 양단 스위치를 단락 시킴으로써 출력 전압의 오버슈트를 줄이는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치는, 전반적인 동작을 제어하는 어플리케이션; 어플리케이션의 동작에 필요한 데이터를 저장하는 메모리 장치; 및 상기 어플리케이션 및 상기 메모리 장치에 전원을 공급하는 전원 관리 칩을 포함하고, 상기 전원 관리 칩은 외부의 인덕터의 유무에 따라 LDO(Low Drop Out) 모드 및 벅 모드 중에서 어느 하나로 동작하고, 상기 전원 관리 칩은 sleep LDO를 이용하여 상기 벅 모드를 스타트업 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법은, sleep LDO를 이용하여 벅 모드 스타트업을 수행함으로써, 복잡한 스타트업 회로 없이 소프트 스타트업을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법은, LDO 모드에서 멀티플렉서의 누설 전류에 따른 출력 전압 정밀도를 개선할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩, 그것을 갖는 전자 장치 및 그것의 동작 방법은, 벅 모드에서 액티브 모드에서 파워 다운 모드 전이할 때 오버슈트를 개선할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 게이트 드라이버(110)의 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인덕터 검출 로직(120)과 비교기를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 LDO 모드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 벅 모드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)에서 멀티플렉서(140)의 누설 전류 감소를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 인덕터 감시 모드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩에서 인덕터 유무를 감지하는 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩에서 인덕터가 존재하지 않을 때 인덕터 감지 모드를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 인덕터 유무를 감지하는 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 스타트업 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩에서 Sleep LDO를 이용한 스타트업 동작 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 오버슈트 개선을 보여주기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(200)에서 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때 FSW 스위치(250)를 단락 시키는 과정을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 동작 방법에 대한 실시 예를 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(1000)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩이 적용된 모바일 장치(2000)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전원 관리 칩(3000)을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
일반적으로, LDO(Low Drop Out) 타입과 벅(Buck) 타입을 모두 지원하는 전원 관리 칩은 면적 효율화를 위해 전력 스위치(power switch)를 공유하고, 전력 스위치를 LDO 모드 혹은 벅 모드로 선택하기 위한 아날로그 먹스(analog MUX)를 사용하고 있다. 그런데, LDO 모드 동작시 아날로그 먹스의 누설 전류로 인해 출력 전압의 정밀도(accuracy)가 열화 된다. 또한, 전원 관리 칩은 스타트업 시 제품의 안정적인 동작을 위해 스타트업 상황에서 출력을 안정적으로 증가시켜야 한다. 일반적인 벅-타입 전력 관리 칩은 스타트업 시 출력에 과전류 혹은 과전압을 유발할 수 있다. 따라서, 벅 타입 전력 관리 칩은 스타트업 상황에서 출력을 원하는 전압까지 안정적으로 증가시켜주는 소프트-스타트업(soft-startup)을 필요로 하고 있다. 또한, 전력 관리 칩이 벅 모드로 동작할 때, 부하 전류가 큰 액티브 모드(active mode)에서 부하 전류가 작은 파워 다운 모드(power down mode)로 동작 모드가 바뀔 수 있다. 이때, 인덕터의 충전 전류로 인해 전력 관리 칩의 출력 전압이 상승하는 오버슈트(overshoot)가 발생하고 있다. 이때 부하의 안정적인 동작을 위해서 부하의 전력 관리 칩의 출력 전압의 과도한 오버슈트가 방지되어야 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩은 인덕터 감지 회로의 출력에 따라 LDO 모드 혹은 벅 모드로 동작할 수 있다. 이러한 듀얼 모드 전원 관리 칩은 전력 스위치 공유 시 발생하는 누설 전류를 줄이기 위하여 아날로그 먹스와 벅 모드 구동에 적합한 안정적인 소프트-스타트업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 전원 관리 칩은 슬립(sleep) LDO를 이용하여 벅 모드의 안정적인 스타트업을 할 수 있다. 또한, 본 발명의 전원 관리 칩은 벅 모드 구동시 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 변경될 때 발생할 수 있는 출력 전압의 오버슈트를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 전원 관리 칩(100)은, 제 1 전력 스위치(MP1), 제 2 전력 스위치(MN1), 게이트 드라이버(110), 인덕터 검출 로직(120), 제 1 에러 증폭기(131), 제 2 에러 증폭기(132), PWM(Pulse Width Modulation) 로직(133), 멀티플렉서(140), FSW(Flow Switch)(150), Sleep LDO(155), 비교기(160), 및 피드백 네트워크 회로(170)를 포함할 수 있다.
제 1 전력 스위치(MP1)는 전원단(VIN)과 내부 출력 전압(VX) 사이에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 전력 스위치(MP1)는 PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제 1 전력 스위치(MP1)는 멀티플렉서(140)의 출력 신호에 응답하여 턴-온될 수 있다.
제 2 전력 스위치(MN1)는 내부 출력 전압(VX)와 접지단(GND) 사이에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 2 전력 스위치(MN1)는 NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제 2 전력 스위치(MN1)는 게이트 드라이버(110)의 제 2 게이트 신호(VGL)에 응답하여 턴-온될 수 있다.
게이트 드라이버(110)는 구동 신호(VDH), 인덕터 검출 신호(VCON), 모드 선택 신호(VMD)를 수신하고, 제 1 게이트 신호(VGH) 및 제 2 게이트 신호(VGL)을 출력하도록 구현될 수 있다.
인덕터 검출 로직(120)은 인덕터 검출 신호(VCON)을 수신하고, 인덕터 유무에 대응하는 모드 선택 신호(VMD)을 출력하도록 구현될 수 있다.
제 1 에러 증폭기(131; EA_ACT)는 기준 전압(VREF)와 피드백 전압을 비교하고, 제 1 에러 전압(VEA)을 출력하도록 구현될 수 있다. 제 1 에러 증폭기(131)는 모드 선택 신호(VMD)에 응답하여 활성화 될 수 있다.
제 2 에러 증폭기(132; EA_BUCK)는 기준 전압(VREF)와 피드백 전압을 비교하고, 에러 전압을 출력하도록 구현될 수 있다. 제 2 에러 증폭기(132)는 반전된 모드 선택 신호(/VMD)에 응답하여 활성화 될 수 있다.
PWM 로직(133)은 제 2 에러 증폭기(132)의 제 2 에러 전압을 수신하고, 전력 스위치(MP1, MN1) 구동에 필요한 구동 신호(VDH)를 출력할 수 있다.
멀티플렉서(140)는 모드 선택 신호(VMD)에 응답하여 제 1 에러 전압(VEA)과 제 1 게이트 신호(VGH) 중에서 어느 하나를 출력하도록 구현될 수 있다. 여기서 모드 선택 신호(VMD)은 인덕터(L)의 유무를 지시하는 전압이다. 즉, 멀티플렉서(140)는 인덕터의 유무에 따라 LDO 모드 혹은 벅 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
FSW(150)은 출력 노드와 피드백 노드(FN) 사이에 연결되고, 인덕터(L)를 검출하기 위한 펄스 신호(VDL)을 수신하고, 인덕터(L)의 유무에 따라 오픈/단선 하도록 구현될 수 있다.
Sleep LDO(155)는 피드백 노드에 연결되고, 안정적인 전압을 출력하도록 구현될 수 있다. Sleep LDO(155)는 벅 모드 구동시 소프트-스타트업 하도록 이용될 수 있다. 여기서 Sleep LDO(155)는 슬립 모드(sleep mode) 전용 LDO로 구현될 수 있다.
비교기(160)는 내부 출력 전압(VX)의 전압과 피드백 노드(FN)의 PMIP 출력 전압을 비교하여 비교 결과 신호(VCOMP)를 출력하도록 구현될 수 있다. 비교기(160)는 비교 감지 신호(VSEN)에 응답하여 활성화 될 수 있다.
피드백 네트워크 회로(170)는 피드백 노드(FN)의 전압을 출력하도록 구현될 수 있다. 피드백 노드(FN)에서 PMIP 출력 전압(V0) 및 출력 전류(IO)가 출력될 수 있다. 출력 커패시터(C0)는 피드백 노드(FN)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)은 칩 외부 인덕터(L)의 유무에 따라 LDO 모드 혹은 벅 모드 동작을 선택하는 아날로그 멀티플렉서(140)를 구비하고, LDO 모드 및 벅 모드 모두에서 피드백 네트워크 회로(170), 기준 전압(VREF)과제 1 전력 스위치(MP1)를 공유할 수 있다. 실시 예에 있어서, LDO 모드 동작 시 발생하는 누설 전류를 줄이기 위해 멀티플렉서(140)는 출력 전압(VO, PMIP 출력)에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 인덕터의 유무를 감지하기 위하여 인덕터 검출 로직(120), FSW(150), 및 비교기(160)가 이용될 수 있다. 실시 예에 있어서, 벅 모드 구동시 소프트-스타트업을 위한 Sleep LDO(150)이 이용될 수 있다. 실시 예에 있어서, 전원 관리 칩(100)은 벅 모드 에러 증폭기(132), 에러 증폭기(132)의 출력을 수신하여 전력 스위치 구동 신호(VDH)를 생성해주는 PWM 로직(133) 및 게이트 드라이버(110)로 벅 모드 동작을 지원하고, LDO 모드 에러 증폭기(131)를 통해 LDO 모드 동작을 지원할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 게이트 드라이버(110)의 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 게이트 드라이버(110)는 스위치들(111, 112) 및 멀티플렉스들(113,114)을 포함할 수 있다.
스위치들(111, 112)은 모드 선택 신호(VMD)에 따라 게이트 드라이버(110) 내부의 최종 단 출력을 플로팅 하도록 구현될 수 있다.
멀티 플렉서들(113, 114)의 각각은 인덕터의 유무 감지 모드를 위한 입력 신호들(VDH, VDL)을 수신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인덕터 검출 로직(120)과 비교기를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 인덕터 검출 로직(120)은 플립플롭들(121, 122, 123), 인버터(124), 지연 회로들(125, 126), XOR 로직(127), 및 AND 로직(128)을 포함할 수 있다. 인덕터 검출 로직(120)은 인덕터 유무 감지 모드를 지시하는 인덕터 검출 신호(VCON)와 외부 비교기(160)의 비교 결과 신호(VCOMP)를 수신할 수 있다. 또한, 인덕터 검출 로직(120)은 인덕터 검출을 위한 펄스 신호(VDL)-, 인덕터 유무에 따라 PMIP 구동 모드를 선택하여 주는 모드 선택 신호(VMD) 및 비교기(160)의 비교 감지 신호(VSEN)를 출력할 수 있다. 여기서, 출력 신호(VDL)는 인덕터 유무 감지 모드에서 게이트 드라이버(110, 도 1 참조)와 인덕터 양단 스위치인 FSW(150)를 구동 시킬 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 인덕터 검출 로직(120)은 실시 예에 불과하며, 다양하게 구현 가능하다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)은, 사용자의 기호에 따라 벅 모드 혹은 LDO 모드 구동이 가능한 듀얼 모드 PMIC 지원을 통해, 칩 외부 인덕터의 유무에 제약 없이 사용 가능하다. 벅 모드로 구동 시, 전원 관리 칩(100)은 별도의 복잡한 스타트업 회로 없이 Sleep LDO를 이용하여 스타트업함으로써 소프트-스타트업을 가능하게 한다. LDO 모드로 구동 시, 전원 관리 칩(100)은 기존 듀얼 모드 PMIC와 대비하여 멀티플렉서의 누설에 의한 출력 전압의 정밀도 열화를 개선할 수 있다. 벅 모드로 구동 시, 전원 관리 칩(100)은 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때 출력 전압의 오버슈트를 개선할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)은 벅 모드를 구성하는 loop와 LDO 모드를 구성하는 loop로 구성될 수 있다. LDO 모드의 loop는 출력 전압의 피드백 전압을 받아 error를 감지하는 LDO 모드용 에러 증폭기(131)와 에러 증폭기(131)의 출력을 받아 부하에 전류를 공급해주는 전력 스위치(MP1)로 구성될 수 있다. 벅 모드를 구성하는 loop는 출력 전압의 피드백 전압을 받아 error를 감지하는 벅 모드용 에러 증폭기(132)와 에러 증폭기(132)의 출력을 받아 PWM 펄스를 생성하는 PWM 로직(133), PWM 펄스를 받아 전력 스위치(MP1, MN1)를 구동하는 게이트 드라이버(110)을 포함할 수 있다.
두 개의 모드들의 모두에서 전력 스위치(MP1)와 출력 전압의 피드백 전압을 생성하는 피드백 네트워크(feedback network)를 공유하고 있다. 모드를 선택하는 아날로그 먹스(analog MUX, 멀티플렉서(140))의 입력 신호는 인덕터의 유무를 감지하는 인덕터 검출 로직(120)의 출력에 따라 결정될 수 있다. 본 발명은 부하 전류 수준에 따라 동작 중 모드를 변경하지 않는다. 또한, 본 발명의 아날로그 먹스는 누설 전류를 줄이기 위한 connection를 갖는다. 또한, 본 발명의 전원 관리 칩은 듀얼 모드를 지원하고, 슬립 모드(sleep mode) 전용 LDO (sleep LDO)를 이용하여 스타트업을 할 수 있다. 인덕터 양단 스위치를 통하여 액티브 모드에서 파워 다운 모드 전이할 때, 출력 전압의 오버슈트가 개선될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)의 동작은 외부 인덕터의 유무에 따른 인덕터 검출 로직(120)의 모드 선택 신호(VMD)에 의하여 LDO 모드와 벅 모드로 구분될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 LDO 모드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전원 관리 칩(100)의 외부에 인덕터가 존재하지 않는다. 이 때, 인덕터 검출 로직(120)의 모드 선택 신호(VMD)는 로우 레벨(low level)을 지시할 수 있다. 로우 레벨의 모드 선택 신호(VMD)에 따라 전원 관리 칩(100)는 LDO 모드로 동작할 수 있다.
이때, 멀티플렉서(140)는 LDO 모드의 에러 증폭기(EA_ACT, 131)와 제 1 전력 스위치(MP1)를 연결함으로써, 에러 증폭기(EA_ACT, 131)의 에러 전압(VEA)로 제 1 전력 스위치(MP1)를 구동할 수 있다. 이때, 벅 모드 에러 증폭기(EA_BUCK, 132))와 PWM 로직(133)은 전력 소모를 줄이기 위하여 턴-오프 될 수 있다. 게이트 드라이버(110)의 제 2 게이트 신호(VGL)은 로우 레벨을 가질 수 있다. 로우 레벨의 제 2 게이트 신호(VGL)는 제 2 전력 스위치(MN1)를 턴-오프 시킬 수 있다. 또한, 멀티플렉서(140)와 연결된 제 1 게이트 신호(VGH)는 전원 관리 칩(100)의 출력(VO)에 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 벅 모드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전원 관리 칩(100)의 외부에 인덕터가 존재할 때, 모드 선택 신호(VMD)는 하이 레벨을 가질 수 있다. 하이 레벨의 모드 선택 신호(VMD)에 응답하여 전원 관리 칩(100)는 벅 모드로 동작할 수 있다.
이때, 멀티플렉서(140)는 게이트 드라이버(110)의 출력 신호(VGH)와 전력 스위치(MP-1)를 연결함으로써 전력 스위치(MP-1)를 구동 시킬 수 있다. 이때, 제 1 에러 증폭기(EA_ACT, 131)는 전력 소모를 줄이기 위하여 오프 될 수 있다. 게이트 드라이버(110)는 PWM 로직(133)으로부터 구동 신호(VDH)를 수신하고, 전력 스위치들(MP1 및 MN1)을 구동하는 게이트 신호들(VGH 및 VGL)를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 관리 칩(100)은 LDO 모드일 때, 멀티플렉서(140)의 누설 전류로 인한 출력 전압의 정밀도 열화를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)에서 멀티플렉서(140)의 누설 전류 감소를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, LDO 모드에서 게이트 드라이버(110)의 출력(VGH)와 멀티플렉서(140)의 입력의 연결 상태가 도시되고 있다. 멀티플렉서(140)의 누설 전류를 줄이기 위해 게이트 드라이버(110)의 최종 단의 PMOS/NMOS 트랜지스터는 턴-오프 되도록 스위치 연결할 수 있다. 멀티플렉서(140)는 최종 단 PMOS/NMOS 트랜지스터의 드레인단(B, VGH)은 출력 전압(VO)과 연결되는 스위치를 포함할 수 있다. LDO 모드로 동작 시, 전력 스위치(MP1)의 게이트 전압을 갖는 게이트단(A)와 드레인단(B) 사이에 있는 스위치의 전압(VSG)이 리버스(reverse) 될 수 있다. 따라서 멀티플렉서(140)의 누설 전류가 감소될 수 있다.
이때, 게이트 드라이버(110)의 최종단의 PMOS/NMOS 트랜지스터에서도 누설 전류가 흐를 수 있지만, 이러한 누설 전류는 출력 전압(VO)를 통하여 sinking 혹은 sourcing한다. 이에 동작에 영향을 주지 않아 LDO 모드에서 출력 전압(VO)의 정밀도 열화가 방지될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(100)은 인덕터의 유무를 감지하기 위하여 인덕터 검출 로직(120)의 인덕터 검출 신호(VCON)-를 통해 인덕터 감지 모드로 동작할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 인덕터 감시 모드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 인덕터가 존재할 때, 인덕터 감지모드에서 전원 관리 칩(100)은 다음과 같이 동작 같다. 인덕터 감지모드에서 인덕터 검출 신호(VCON)는 하이 레벨로 인가되고, 모드 선택 신호(VMD)는 로우 레벨로 인가될 수 있다. 이때, 게이트 드라이버(110)의 내부에서 멀티플렉서(140)의 제 1 입력으로써 인덕터 검출 로직(120)의 출력(VDL)을 수신 받을 수 있다. 멀티플렉서(140)의 제 2 입력은 접지단(GND)와 연결될 수 있다. VGH=VDL이 되고 VGL=GND가 될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩에서 인덕터 유무를 감지하는 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 인덕터 감지 모드를 위해 인덕터 검출 신호(VCON) 를 하이 레벨로 인가하면, 인덕터 검출 로직(120)은 제 1 지연 시간(Delay1)만큼의 펄스 신호(VDL)를 출력하고, 펄스 신호(VDL)가 로우 레벨 상태 동안에 FSW(150) 은 오픈 상태가 될 수 있다. 전력 스위치(MP1)은 턴-온됨으로써, 인덕터 전류(IL)는 상승할 수 있다. 출력 노드 전압(VX)은 전원 전압(VIN)과 같아질 수 있다.
펄스 신호(VDL)가 하이 레벨이 되면, FSW(150)는 단락(short) 될 수 있다. FSW(150) 가 단락 되면, 인덕터 전류(IL)는 FSW(150)를 통해 흐르고, 내부 출력 전압(VX)의 전압은 출력 전압(VO)보다 FSW(150)의 Ron*IL만큼 낮아질 수 있다. 여기서 Ron는 온-저항값이다. 펄스 신호(VDL)가 하이 레벨이 되고, 제 2 지연 시간(Delay2) 후에, 전압 감지 신호(VSEN)는 하이 레벨을 가질 수 있다. 이때, 비교기(160)는 내부 출력 전압(VX)과 출력 전압(VO)을 비교함으로써, 하이 레벨의 비교 결과 신호(VCOMP)를 출력할 수 있다. 이 후에, 인덕터 감지 모드가 종료 될 수 있다. 인덕터 검출 신호(VCON)가 로우 레벨이 되면, 전원 관리 칩(100)의 모드를 선택하는 모드 선택 신호(VMD)는 하이 레벨을 갖는다. 이로써, 전원 관리 칩(100)는 벅 모드로 구동될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩에서 인덕터가 존재하지 않을 때 인덕터 감지 모드를 보여주는 도면이다.
인덕터 감지모드에서 인덕터 검출 신호(VCON)는 하이 레벨로 인가되고, 모드 선택 신호(VMD)는 로우 레벨로 인가될 수 있다. 이때, 도 9에 도시된 바와 같이 게이트 드라이버(110)는 멀티플렉서(140)의 제 1 입력으로써 인덕터 검출 로직(130)의 출력(VDL)을 수신하고, 멀티플렉서(140)의 제 2 입력을 접지단(GND)에 연결할 수 있다. 이로써, VGH=VDL이 되고 VGL=GND가 될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 인덕터 유무를 감지하는 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 인덕터 감지 모드를 위해 인덕터 검출 신호(VCON)을 하이 레벨로 인가하면, 인덕터 검출 로직(120)은 제 1 지연 시간(Delay1)만큼의 펄스 신호(VDL)를 출력할 수 있다. 펄스 신호(VDL)가 로우 레벨 상태인 동안, FSW(150)는 오픈 상태가 되고, 전력 스위치(MP1)은 턴-온 될 수 있다. 이에 내부 출력 전압(VX)과 출력 전압(VO)은 전원 전압(VIN)과 같아 질 수 있다.
이후 펄스 신호(VDL)가 하이 레벨이 되면, FSW(150)는 단락 될 수 있다. 펄스 신호(VDL)가 하이 레벨이 되고 제 2 지연 시간(Delay2) 지난 이후에, 전압 감지 신호(VSEN)가 하이 레벨이 될 수 있다. 이때, 비교기(160)는 내부 출력 전압(VX)과 출력 전압(VO)을 비교할 수 있다. 이때, VX와 VO는 전압이 같기에, 전압 비교 신호(VCOMP)는 로우 레벨로 출력될 수 있다. 이후에, 인덕터 감지 모드가 종료될 수 있다. 인덕터 검출 신호(VCON)가 로우 레벨이 되면, 전원 관리 칩(100)의 모드를 선택하는 모드 선택 신호(VMD)는 로우 레벨을 갖는다. 이로써, 전원 관리 칩(100)는 LDO 모드로 구동 될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 스타트업 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 전원 관리 칩(100)은 별도의 스타트업 회로를 필요하지 않고, Sleep LDO(155)을 이용하여 스타트업 동작을 수행할 수 있다.
Sleep LDO(155)를 이용한 스타트업 동작은 다음과 같이 진행될 수 있다. 전력을 낭비하지 않기 위해서 전체적인 회로를 오프시키는 파워 다운 모드가 필요하다. 이때 SRAM의 retention을 위해선 적은 전류를 공급해 줄 수 있는 Sleep LDO가 필요하다. 먼저, 시스템상 파워 다운 모드에 진입하면, 모든 회로들은 오프 되지만 Sleep LDO는 오프 되지 안하고 동작한다. 이때 전원 관리 칩(100)의 출력 전압(VO)이 VREF와 Feedback(FB_SLP)에 의하여 출력 되어, 스타트업 동작이 진행될 수 있다.
도 11를 참조하면, Sleep LDO 레귤레이터는 일반 LDO 레귤레이터와 마찬가지로 에러 증폭기(EA_SLP), 전력 트랜지스터들을 포함하고, 네거티브 피드백(negative feedback) 동작 구조 구현될 수 있다. 기준 전압(VREF)을 수신하고, 피드백과 저항 분배기(divider)를 이용하여 출력 전압(Vo)이 출력되면, 소량의 전류가 공급될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩에서 Sleep LDO를 이용한 스타트업 동작 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 전원 전압(VIN)이 천천히 상승하면 Sleep LDO의 출력 전압(VO)이 일정 전압 이상으로 올라가는 스타트업 동작이 일어날 수 있다. 스타트업 동작이 끝나면, 스타트업 도움을 받아 BUCK/LDO 모드로 동작하게 된다. 전원 관리 칩의 출력 전압(VO)이 Sleep LDO의 목표 출력전압 값 보다 상승하면, 에러 증폭기(EA_SLP)이 출력 전압이 상승함으로써 Sleep LDO는 오프 될 수 있다. 이는 스타트업 동작 시 Sleep LDO가 작동하고, 스타트업 동작을 완료 후 적응적으로 Sleep LDO가 오프 되는 스타트업 동작을 보여주고 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 오버슈트 개선을 보여주기 위한 도면들이다.
PMIP가 벅 모드에서 Active Mode로 동작을 할 때, 부하 전류(IO)는 Heavy-load이고, 인덕터의 전류는 수백 mA에서 수 A수준으로 빌드-업(build-up) 되고 있다. 이때 PMIP가 파워 다운 모드로 진입하면, 부하 전류(IO)는 수십 mA 이하의 Light-load가 되고, 벅 모드의 제어기와 전력 스위치(MP1 & MN1)는 오프 될 수 있다. 이 순간 인덕터에 과충전 되어 있는 전류는 도 13a의 IL과 같이 0A가 될 때까지 출력 커패시터를 통해 방전하게 된다. 이러한 인덕터의 방전으로 인해, PMIP 출력은 도 13a의 VO와 같이 오버슈트(overshoot)하여 부하 동작의 안정성에 영향을 준다.
본 발명의 PMIP는 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때 FSW(150)를 단락(short) 시킬 수 있다. 이 때의 동작은 도 13b에 도시된 설명과 같다.
FSW(150) 이 단락 되면, 도 13b의 과충전된 인덕터의 전류(IL)는 도 13b의 IFSW와 같이 FSW(150)를 통해 방전될 수 있다. 이때 출력 커패시터가 충전되는 상황을 방지함으로써 도 13b의 VO와 같이 오버슈트는 존재하지 않는 것이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩(200)에서 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때 플로우 스위치(250, FSW)를 단락 시키는 과정을 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 전원 관리 칩(200)는 벅 제어기(230), 멀티플렉서(240), 플로우 스위치(250)를 포함할 수 있다. 전원 관리 칩(200)은 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때 플로우 스위치(250)를 단락(short) 시킬 수 있다. 플로우 스위치(250)이 단락 되면, 과충전된 인덕터의 전류(IL)는 IFSW와 같이 플로우 스위치(250)를 통해 방전될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 15를 참조하면, 전원 관리 칩은 다음과 같이 동작할 수 있다. 전원 관리 칩의 인덕터 검출 로직은 인덕터의 존재 유무를 감지할 수 있다(S110). 전원 관리 칩은 인덕터의 존재 유무에 따라 LDO 모드 및 벅 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다(S120).
실시 예에 있어서, 인덕터가 존재하지 않을 때, 모드 선택 신호에 응답하여 기준 전압과 피드백 노드의 전압을 비교함으로써 에러 증폭 신호를 출력하고, 멀티플렉서에서 모드 선택 신호에 응답하여 제 1 게이트 신호 및 에러 증폭 신호 중에서 에러 증폭 신호를 선택하고, 및 에러 증폭 신호에 따라 제 1 전력 스위치가 구동될 수 있다.
실시 예에 있어서, 인덕터가 존재할 때, 반전된 모드 선택 신호에 응답하여 기준 전압과 피드백 노드의 전압을 비교함으로써 에러 증폭 신호를 출력하고, 펄스 폭 변조 로직에서 에러 증폭 신호에 대응하는 구동 신호를 출력하고, 게이트 드라이버에서 모드 선택 신호에 응답하여 구동 신호에 대응하는 제 1 게이트 신호 및 제 2 게이트 신호를 출력하고, 멀티플렉서에서 모드 선택 신호에 응답하여 제 1 게이트 신호 및 에러 증폭 신호 중에서 제 1 게이트 신호를 선택하고, 및 제 1 게이트 신호에 따라 제 1 전력 스위치가 구동될 수 있다.
실시 예에 있어서, 제 2 게이트 신호에 응답하여 제 2 전력 스위치가 구동될 수 있다. 실시 예에 있어서, 인덕터가 존재할 때, 누설 전류를 줄이기 위하여 멀티플렉서는 피드백 노드에 연결될 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 관리 칩의 동작 방법에 대한 실시 예를 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 16을 참조하면, 전원 관리 칩은 다음과 같이 동작할 수 있다.
전원 관리 칩은 sleep LDO를 이용하여 벅 모드를 시작할 수 있다(S210). 전원 관리 칩은 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때 출력 전압의 오버-슈트를 줄일 수 있다(S220).
실시 예에 있어서, 스타트업이 완료된 후에 sleep LDO는 오프 될 수 있다. 실시 예에 있어서, 벅 모드 시작 전에 인덕터의 유무가 감지될 수 있다. 실시 예에 있어서, 전원 관리 칩은 LDO 모드 및 벅 모드 중에서 선택된 모드에 따라 전력 스위치를 구동하는 멀티플렉서를 포함하고, 인덕터가 존재하지 않을 때, 멀티플렉서는 피드백 노드에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 전력 소모를 줄이기 위하여 LDO 모드 및 벅 모드 중에서 선택되지 않는 모드에 대응하는 구성 요소들은 오프 될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(1000)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 17을 참조하면, 전자 장치(1000)는 전원 관리 칩(Power Management Integrated Circuit; PMIC)(1100), AP(Application Processor)(1200), 입력 장치(1300), 디스플레이(1400), 메모리(1500) 및 배터리(1600)를 포함할 수 잇다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 자동차에 포함된 장치일 수 있고, 혹은, 전자 장치(1000)는 스마트 폰(smartphone), PC(personal computer), 태블릿 PC(tablet PC), 넷북(netbook), e-Reader, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, UMPC(Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 태블릿(web tablet), 태블릿 컴퓨터(tablet computer), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), e-북(e-book), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 디지털 카메라(digital camera), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 재생기, 3차원 텔레비전(3-dimensional television), 스마트 텔레비전(smart television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), 데이터 센터를 구성하는 스토리지, 정보를 무선 환경에서 송수신할 수 있는 장치, 홈 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 컴퓨터 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 텔레매틱스 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, RFID(radio frequency identification) 장치, 혹은 컴퓨팅 시스템을 구성하는 다양한 구성 요소들 중 하나일 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 전자 팔찌, 전자 목걸이 등과 같은 웨어러블 장치(wearable device) 일 수도 있다.
전원 관리 칩(1100)은 배터리(1600)로부터 전원을 공급받고, AP(1200), 입력 장치(1300), 디스플레이(1400) 혹은 메모리(1500)의 전원을 공급하고 관리할 수 있다. 전자 장치(1000)는 전원 관리 칩(1100)을 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 전자 장치(1000)는 하나의 전원 관리 칩(1100)를 이용하여 AP(1200), 입력 장치(1300), 디스플레이(1400) 혹은 메모리(1500)에 전원을 공급할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 전자 장치(1000)는 AP(1200), 입력 장치(1300), 디스플레이(1400) 혹은 메모리(1500) 각각에 개별적으로 전원을 공급하기 위한 복수의 전원 관리 칩(1100)을 포함할 수 있다. 한편, 전원 관리 칩(1100)은 도 1 내지 도 16에서 설명된 바와 같이 인덕터 검출 유무에 따라 듀얼 모드로 동작하도록 구현될 수 있다.
AP(1200)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, AP(1200)는 입력 장치(1300)에 의하여 발생한 입력 신호에 따라 메모리(1500)에 저장된 데이터를 디스플레이(1400)를 통하여 표시할 수 있다. 입력 장치(1300)는 터치 패드 혹은 컴퓨터 마우스와 같은 포인팅 장치, 키패드, 혹은 키보드로 구현될 수 있다.
메모리(1500)는 전자 장치(1000)의 적어도 하나의 구성 요소에 의해 사용되는 다양한 데이터, 예를 들어, 소프트웨어 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 혹은 출력 데이터를 저장하도록 구현될 수 있다. 메모리(1500)는, 휘발성 메모리 혹은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 메모리(1500)는, 다양한 태스크에 대응하는 태스크 수행 조건에 대한 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 사용자 식별 정보별로 태스크 수행 조건을 대응시켜 저장할 수 있다. 메모리(1500는, 전자 장치(1000)의 다양한 동작을 위한 로드 제어 정보를 저장할 수 있다.
배터리(1600)는 충전이 가능한 이차 전지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리(1600)는 인터페이스 회로를 통하여 수신되는 전원 혹은 무선 충전 모듈을 통하여 수신되는 전원을 이용하여 충전될 수 있다.
인터페이스 회로는, 외부의 전원 소스에 유선으로 연결됨으로써 외부의 전원 소스로부터의 전원을 전원 관리 칩(1100)로 전달할 수 있다. 인터페이스 회로는 전원을 제공하기 위한 케이블을 연결하기 위한 커넥터로 구현되거나 전원을 제공하기 위한 케이블 및 케이블을 외부의 전원 소스로 연결하기 위한 커넥터로 구현될 수 있다. 예를 들어, 인터페이스 회로는, 다양한 USB(universal serial bus) 타입의 커넥터로 구현될 수 있다. 하지만, 커넥터의 종류에 제한이 없다고 이해되어야 할 것이다. 만약, 외부의 전원 소스로부터 직류의 전원을 수신하는 경우에, 인터페이스 회로는 수신한 직류의 전원을 전원 관리 칩(1100)로 전달하거나, 혹은 전압의 크기를 컨버팅 함으로써 전달할 수 있다. 반면에, 외부의 전원 소스로부터 교류의 전원을 수신하는 경우, 인터페이스 회로는 직류 전원으로 컨버팅 혹은 전압의 크기를 컨버팅 함으로써 전원 관리 칩(1100)로 전달할 수 있다.
무선 충전 모듈은, WPC(Wireless Power Consortium) 표준 (혹은, Qi 표준)에서 정의된 방식 혹은 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 (혹은, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 충전 모듈은 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 무선 충전 모듈은 수신용 코일, 적어도 하나의 커패시터, 임피던스 매칭 회로, 정류기, DC-DC 컨버터, 혹은 통신 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신 회로는, 온/오프 키잉 변복조 방식의 인-밴드(In-band) 통신 회로로 구현되거나, 혹은 아웃-밴드(Out-of-Band) 통신 회로(예: BLE 통신 모듈)로 구현될 수도 있다. 다양한 실시예에 따라서, 무선 충전 모듈은, RF 방식에 기반하여 빔-포밍된 RF(Radio Frequency) 웨이브를 수신할 수도 있다.
실시 예에 있어서, 인터페이스 회로 혹은 무선 충전 모듈은 충전기(charger)로 연결될 수 있다. 배터리(1600)는 충전기에 의하여 조정된 전원을 이용하여 충전될 수도 있다. 충전기 혹은 컨버터는, 전원 관리 칩(1100)로부터 독립적인 소자로 구현되거나, 혹은 전원 관리 칩(1100)의 적어도 일부로 구현될 수도 있다. 배터리(1600)는, 저장된 전원을 전원 관리 칩(1100)로 전달할 수도 있다. 인터페이스 회로를 통한 전원 혹은 무선 충전 모듈을 통한 전원은, 배터리(1600)로 전달되거나, 혹은 전원 관리 칩(1100)로 전달될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩이 적용된 모바일 장치(2000)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 18을 참조하면, 모바일 장치(2000)는 충전 IC, 디스플레이 PMIC, SoC PMIC, 및 카메라 PMIC를 포함할 수 있다. 충전 IC, 디스플레이 PMIC, SoC PMIC, 및 카메라 PMIC 중에서 적어도 하나는 도 1 내지 도 16에서 설명된 바와 같이, 듀얼 모드 PMIC로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 관리 칩은 차량용으로 적용 가능하다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전원 관리 칩(3000)을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 19를 참조하면, 차량용 전원 관리 칩(3000)은 적어도 하나의 부스트 컨버터(3100), 적어도 하나의 벅 컨버터(3200), 적어도 하나의 LDO(3300), 워치독(3400, watchdog), 페일-세이프 로직(3500), 및 상태 머신(3600)을 포함할 수 있다. 상태 머신(3600)은 적어도 하나의 부스터(3100), 적어도 하나의 벅 컨버터(3200), 및 적어도 하나의 LDO(3300)의 출력 전압들을 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라 동작 모드를 변경하도록 구현될 수 있다. 또한, 상태 머신(3600)은 도 1 내지 도 16에서 설명된 바와 같이 인덕터의 존재 유무를 검출하고, 검출 결과에 따라 동작 모드를 변경하도록 구현될 수 있다.
워치독(3400)은 감시 대상 회로의 모니터링 하고, 모니터링 결과에 대응하는 워치독 신호를 생성하도록 구현될 수 있다. 여기서 감시 대상 회로는 페일-세이프 로직(3500)은 부스트 컨버터(3100), 벅 컨버터(3200), 및 LDO(3300) 중에서 적어도 하나 일 수 있다.
페일-세이프 로직(3500)은 차량용 전원 관리 칩(3000)의 내부 혹은 외부의 에러 발생을 감지하고, 에러 감지 결과에 따라 치명적으로 안전에 위협을 판단할 때 안전 모드(fail-safe mode) 진입하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 페일-세이프 로직(3500)은 워치독 신호에 응답하여 적어도 하나의 부스트 컨버터(3100), 적어도 하나의 벅 컨버터(3200), 적어도 하나의 LDO(3300)를 턴-오프 할 수 있다.
상태 머신(3600)은 적어도 하나의 알림 신호에 기초하여 차량용 전원 관리 칩(3000)에 발생된 에러의 위험도를 판별하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 상태 머신(3600)은 발생된 에러의 위험도 및 동작 회로의 ASIL(Automotive Safety Integrity Level)에 따라, 제어 신호들을 생성할 수 있다. 여기서 동작 회로는 사용자 혹은 운전자에게 자율 주행과 관련된 서비스를 제공할 수 있다. ASIL은 자동차 안전 무결성 수준을 의미하며, HARA(Hazard Analysis and Risk Assessment)에 기초하여, 그 값이 정해진다. HARA는 동작 회로가 오동작할 경우 운전자에게 미치는 위험도를 평가하기 위한 요소들이다.
본 발명의 실시 예에 따른 PMIP(Power Management Intellectual Property)는 벅 모드와 LDO 모드 중 한가지 mode만을 지원하는 기존 PMIP 사용 대비, 인덕터 감지회로를 이용해 벅 모드혹은 LDO 모드 모두를 지원함으로써 다양한 제품 환경 지원 가능하다. 실시 예에 있어서, 본 발명의 PMIP는 Power switch를 공유하는 구조에서 analog mux에서 발생하는 leakage를 줄여 LDO 모드 출력 전압 accuracy를 개선할 수 있다. 실시 예에 있어서, 본 발명의 PMIP는 인덕터 양단 스위치를 이용한 Active mode to Power down mode change를 이용하여 부하의 안정성을 확보할 수 있다. 실시 예에 있어서, 본 발명의 PMIP는 Sleep LDO를 통한 startup을 이용하여 Dual mode PMIP의 안정적인 startup을 지원할 수 있다.
본 발명의 전원 관리 칩은 외부 인덕터의 유무를 새로운 구조로 감지할 수 있다. 본 발명의 전원 관리 칩은 부하 전류의 수준이 아닌 인덕터의 유무를 통하여 알맞은 PMIP 형태 지원할 수 있다. 본 발명의 전원 관리 칩은 leakage가 적은 analog mux 구조 적용하여 LDO 모드 전압 accuracy 개선할 수 있다. 본 발명의 전원 관리 칩은 Sleep LDO를 이용하여 Dual mode PMIP의 startup을 지원 가능하다. 본 발명의 전원 관리 칩은 인덕터 양단의 스위치를 이용하여 Active mode에서 Power down mode로 transition시 출력의 overshoot를 개선할 수 있다.
한편, 상술된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
100: 전원 관리 칩
110: 게이트 드라이버
120: 인덕터 검출 로직
131: 제 1 에러 증폭기
132: 제 2 에러 증폭기
133: 펄스폭 변조 로직
140: 멀티플렉서
150: 플로우 스위치
155: Sleep LDO
160: 비교기
170: 피드백 네트워크 회로

Claims (20)

  1. 전원단과 출력 노드 사이에 연결된 제 1 전력 스위치; 상기 출력 노드와 접지단 사이에 연결된 제 2 전력 스위치; 모드 선택 신호에 응답하여 피드백 노드와 기준 전압을 비교하는 제 1 에러 증폭기; 반전된 모드 선택 신호에 응답하여 피드백 노드와 기준 전압을 비교하는 제 2 에러 증폭기;
    상기 제 2 에러 증폭기의 출력을 수신하고, 구동 신호를 출력하는 펄스 폭 변조 로직; 인덕터 검출 신호 및 상기 모드 선택 신호를 수신하고, 상기 펄스 폭 변조 로직으로부터 상기 구동 신호를 수신하고, 상기 제 1 전력 스위치를 구동시키는 제 1 게이트 신호 및 상기 제 2 전력 스위치를 구동시키는 제 2 게이트 신호를 출력하는 게이트 드라이버;
    상기 제 1 에러 증폭기로부터 에러 검출 신호와 상기 게이트 드라이버로부터 제 1 게이트 신호를 수신하고, 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 에러 검출 신호 및 상기 제 1 게이트 신호 중에서 어느 하나로 상기 제 1 전력 스위치를 구동시키는 멀티플렉서; 상기 인덕터 검출 신호를 수신하고, 외부의 인덕터 검출을 위하여 비교 감지 신호 및 펄스 신호를 출력하고, 인덕터 검출에 대응하는 상기 모드 선택 신호를 출력하는 인덕터 검출 로직; 및
    상기 비교 감지 신호에 응답하여 상기 출력 노드의 내부 출력 전압과 상기 피드백 노드의 출력 전압을 비교하는 비교기를 포함하는 전원 관리 칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 신호를 수신하고, 상기 출력 노드와 상기 피드백 노드 사이에 연결된 플로우 스위치를 더 포함하는 전원 관리 칩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 노드에 연결되고, 상기 피드백 노드의 전압을 상기 제 1 에러 증폭기 및 상기 제 2 에러 증폭기로 출력하는 피드백 네트워크 회로를 더 포함하는 전원 관리 칩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버는,
    상기 모드 선택 신호에 따라 출력을 플로팅 시키는 적어도 하나의 스위치; 및
    인덕터의 유무 감지 모드를 위하여 상기 구동 신호와 상기 펄스 신호를 수신하는 2개의 멀티플렉서들을 포함하는 전원 관리 칩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕터 검출 로직은, 외부의 인덕터 양단 스위치를 구동하기 위한 상기 펄스 신호를 출력하고, 상기 비교기의 비교 결과 신호에 응답하여 모드 선택 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 관리 칩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 LDO(Low Drop Out) 모드 동작시 누설 전류를 줄이기 위하여 상기 피드백 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 관리 칩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 노드에 연결되고, 벅 모드 구동 시 소프트 스타트업을 위한 sleep LDO를 더 포함하는 전원 관리 칩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 sleep LDO는 전원 전압이 상승할 때 출력 전압이 일정 전압 이상으로 상승하는 스타트업 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전원 관리 칩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 선택 신호가 벅 모드를 지시할 때, 액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때, 인덕터 양단 스위치는 단락 되는 것을 특징으로 하는 전원 관리 칩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 선택 신호는 LDO 모드 혹은 벅 모드 중 어느 하나를 지시하는 것을 특징으로 하는 전원 관리 칩.
  11. 멀티 모드를 지원하는 전원 관리 칩의 동작 방법에 있어서,
    외부의 인덕터의 존재를 감지하는 단계; 및
    상기 인덕터의 존재에 따라 LDO(Low Drop Out) 모드 및 벅 모드 중에서 어느 하나를 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 인덕터의 존재를 감지하는 단계는,
    펄스 신호에 응답하여 출력 노드와 피드백 노드 사이의 플로우 스위치를 단락 시키는 단계; 및
    상기 출력 노드의 내부 출력 전압과 상기 피드백 노드의 출력 전압을 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인덕터가 존재하지 않을 때, 모드 선택 신호에 응답하여 기준 전압과 상기 피드백 노드의 전압을 비교함으로써 에러 증폭 신호를 출력하는 단계;
    멀티플렉서에서 상기 모드 선택 신호에 응답하여 제 1 게이트 신호 및 상기 에러 증폭 신호 중에서 상기 에러 증폭 신호를 선택하는 단계; 및
    상기 에러 증폭 신호에 따라 제 1 전력 스위치를 구동하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 인덕터가 존재할 때, 반전된 모드 선택 신호에 응답하여 기준 전압과 상기 피드백 노드의 전압을 비교함으로써 에러 증폭 신호를 출력하는 단계;
    펄스 폭 변조 로직에서 상기 에러 증폭 신호에 대응하는 구동 신호를 출력하는 단계;
    게이트 드라이버에서 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 구동 신호에 대응하는 제 1 게이트 신호 및 제 2 게이트 신호를 출력하는 단계;
    멀티플렉서에서 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 제 1 게이트 신호 및 에러 증폭 신호 중에서 상기 제 1 게이트 신호를 선택하는 단계; 및
    상기 제 1 게이트 신호에 따라 제 1 전력 스위치를 구동하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 게이트 신호에 응답하여 제 2 전력 스위치를 구동하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 인덕터가 존재할 때, 누설 전류를 줄이기 위하여 멀티플렉서를 상기 피드백 노드에 연결하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 인덕터의 검출 유무에 따라 LDO(Low Drop Out) 모드 및 벅 모드를 결정하는 전원 관리 칩의 동작 방법에 있어서,
    sleep LDO을 이용하여 상기 벅 모드를 스타트업시키는 단계;
    액티브 모드에서 파워 다운 모드로 전이할 때, 인덕터 양단 스위치를 단락 시킴으로써 출력 전압의 오버슈트를 줄이는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 스타트업이 완료된 후에 상기 sleep LDO를 오프시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 인덕터의 유무를 감지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전원 관리 칩은 LDO 모드 및 벅 모드 중에서 선택된 모드에 따라 전력 스위치를 구동하는 멀티플렉서를 포함하고,
    상기 인덕터가 존재하지 않을 때, 상기 멀티플렉서를 피드백 노드에 연결하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 LDO 모드 및 상기 벅 모드 중에서 선택되지 않는 모드에 대응하는 구성 요소들을 오프시키는 단계를 더 포함하는 방법.

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