KR20240099058A - 전력 관리 장치 - Google Patents

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KR20240099058A
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장원석
남태규
윤종현
전인호
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주식회사 엘엑스세미콘
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Abstract

발명의 실시 예에 개시된 전력 관리 장치는 레벨 시프트 회로; 게이트 드라이버; 상기 게이트 드라이버에 연결되며 부하에 필요한 전력으로 변환하여 출력전압을 출력하는 파워 스테이지 회로; 각 부의 동작을 제어하는 제어회로; 입력되는 제1 입력 전압을 제1 출력 전압으로 조절하여 상기 게이트 드라이버에 출력하는 제1 저전압 강하 레귤레이터; 입력되는 제2 입력 전압을 제2 출력전압으로 조절하여 상기 제어회로의 전원으로 출력하는 제2 저전압 강하 레귤레이터; 외부전압 또는 배터리 전압, 및 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압의 피드백 레벨에 따라 상기 제1, 2 저전압 강하 레귤레이터 중 적어도 하나의 입력 전압을 선택하는 피드백전압 선택부; 및 상기 피드백전압 선택부의 선택 신호에 의해 외부전압 또는 배터리 전압, 및 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압 중에서 스위칭 선택하는 스위치를 포함할 수 있다.

Description

전력 관리 장치{Power management apparatus}
발명의 실시 예는 전력 관리 장치에 관한 것이다. 발명의 실시 예는 내부 전압을 재 활용하는 저전압 강하 레귤레이터를 갖는 전력 관리 장치에 관한 것이다.
저전압 강하 레귤레이터(LDO: Low Drop-Out regulator)는 안정적인 전압을 제공하기 위한 장치이다. 저전압 강하 레귤레이터는 선형 레귤레이터로서, 입력전압보다 낮은 출력전압을 제공한다.
저전압 강하 레귤레이터는 출력전압이 입력전압보다 낮아 전력 손실이 있으나, 안정적인 출력전압을 제공할 수 있다. 또한 저전압 강하 레귤레이터는 라인 레귤레이션(Line Regulation) 및 부하 레귤레이션(Load Regulation)의 특성이 우수하여 전력 관리 집적 회로(Power Management IC) 등 많은 분야에서 이용되고 있다.
발명의 실시 예는 전력 관리 장치의 출력전압을 재 활용하는 레귤레이터를 갖는 전력 관리 장치를 제공한다.
발명의 실시 예는 저전압 강하 레귤레이터들 각각의 입력전압을 전력 관리 장치의 피드백전압들 중에서 선택할 수 있는 전력 관리 장치를 제공한다.
발명의 실시 예는 전력 관리 장치 내의 전압들의 레벨을 센싱하고, 센싱된 전압들 중에서 저전압 강하 레귤레이터들 각각의 입력 단으로 제공하는 전력 관리 장치를 제공한다.
발명의 실시 예는 내부 구성의 출력전압을 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압으로 재 활용하여 낮은 동작 특성을 개선하고 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있는 전력 관리 장치를 제공한다.
발명의 실시 예에 따른 전력 관리 장치는 레벨 시프트 회로; 게이트 드라이버; 상기 게이트 드라이버에 연결되며 부하에 필요한 전력으로 변환하여 출력전압을 출력하는 파워 스테이지 회로; 각 부의 동작을 제어하는 제어회로; 입력되는 제1 입력 전압을 제1 출력 전압으로 조절하여 상기 게이트 드라이버에 출력하는 제1 저전압 강하 레귤레이터; 입력되는 제2 입력 전압을 제2 출력전압으로 조절하여 상기 제어회로의 전원으로 출력하는 제2 저전압 강하 레귤레이터; 외부전압 또는 배터리 전압, 및 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압의 레벨에 따라 상기 제1, 2 저전압 강하 레귤레이터 중 적어도 하나의 입력 전압을 선택하는 피드백전압 선택부; 및 상기 피드백전압 선택부의 선택 신호에 의해 외부전압 또는 배터리 전압, 및 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압 중에서 스위칭 선택하는 스위치를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력전압은 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압이며, 상기 외부전압의 레벨보다 낮은 전압을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 피드백전압 선택부는 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 출력전압의 상승 시점을 상기 외부 전압 또는 상기 배터리 전압의 입력 시점으로 상기 스위치를 제어할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 피드백전압 선택부는 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 출력 전압의 하강 시점을 상기 외부 전압 또는 상기 배터리 전압의 종료 시점으로 상기 스위치를 제어할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압은 상기 외부 전압의 레벨보다 높은 제1 전압이며, 상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 외부 전압과 상기 제1 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터의 제1 입력 전압으로 제공하는 제1 스위치를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압은 상기 외부 전압의 레벨과 상기 제1 전압의 레벨보다 낮은 제2 전압이며, 상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 외부 전압과 상기 제2 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력 전압으로 제공하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 전압은 1.8V이하이며, 상기 제2 전압과 상기 제어회로의 동작 전압 사이의 레벨 차이는 0.5V 이하일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압은 상기 배터리 전압의 레벨보다 낮은 제1 전압이며, 상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 배터리 전압과 상기 제1 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터의 제1 입력 전압으로 제공하는 제1 스위치를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압은 상기 배터리 전압의 레벨과 상기 제1 전압의 레벨보다 낮은 제2 전압이며, 상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 배터리 전압과 상기 제2 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력 전압으로 제공하는 제2 스위치를 포함하며, 상기 제2 전압은 1.8V이하이며, 상기 제2 전압과 상기 제어회로의 동작 전압 사이의 레벨 차이는 0.5V 이하일 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 전력 관리 장치는 레벨 시프트 회로; 게이트 드라이버; 상기 게이트 드라이버와 발광소자 스트링부 사이에 연결되며 상기 게이트 드라이버에 의해 상기 발광소자 스트링부의 구동 전압으로 변환하여 출력하는 파워 스테이지 회로; 각 부의 동작을 제어하는 제어회로; 입력되는 제1 입력 전압을 제1 출력 전압으로 조절하여 상기 게이트 드라이버에 출력하는 제1 저전압 강하 레귤레이터; 입력되는 제2 입력 전압을 제2 출력전압으로 조절하여 상기 제어회로의 전원으로 출력하는 제2 저전압 강하 레귤레이터; 외부전압 또는 배터리 전압, 및 제1 전압 중 어느 하나를 선택하여 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터로 출력하는 제1 스위치; 외부전압 또는 배터리 전압, 및 제2 전압 중 어느 하나를 선택하여 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터로 출력하는 제2 스위치; 및 상기 제1, 2 전압의 레벨에 따라 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터 중 적어도 하나의 입력 전압을 선택하는 피드백전압 선택부를 포함하며, 상기 제1,2 전압은 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압이 피드백된 전압 또는 센싱된 전압이며, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압의 레벨보다 낮고 상기 제어회로의 동작 전원으로 사용되도록 상기 제2 스위치의 입력 단으로 입력될 수 있다.
발명의 실시 예는 저전압 강하 레귤레이터들 각각의 입력전압을 전력 관리 장치의 전압 레벨에 따라 선택 가능하므로, 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있다. 특히 전력 관리 장치의 출력전압을 피드백 또는 센싱하여 저전압 강하 레귤레이터들 각각의 입력전압으로 재 활용할 수 있고, 제어 회로의 사이즈 및 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는 저전압 강하 레귤레이터들 각각의 입력전압을 센싱된 전압 레벨에 따라 선택 가능하므로, 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는 저전압 강하 레귤레이터들의 출력을 제어 전원으로 사용할 수 있어, 노이즈 특성이 개선되며, 전원 변화에 따른 출력 변화를 감소시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는 저전압 강하 레귤레이터들을 갖는 전력 관리 장치의 소비 전력을 감소시켜 줌으로써, 전력 관리 장치를 갖는 시스템 또는 표시 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 발명의 제1실시 예에 따른 전력 관리 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 피드백전압과 외부 전압의 레벨에 따른 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이다.
도 3는 도 1의 피드백전압과 외부 전압의 레벨이 제1 조건일 때, 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이다.
도 4는 도 1의 피드백전압과 외부 전압의 레벨이 제2 조건일 때, 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이다.
도 5는 발명의 제2실시 예에 따른 전력 관리 장치의 블록 구성도이다.
도 6은 도 5의 감지전압과 배터리 전압의 레벨에 따른 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압을 비교한 파형도이다.
도 7은 도 5의 감지전압과 배터리 전압의 레벨이 제1 조건일 때, 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압을 비교한 파형도이다.
도 8은 도 5의 감지전압과 배터리 전압의 레벨이 제2 조건일 때, 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이다.
도 9는 발명의 제3실시 예에 따른 전력 관리 장치와 발광소자 스트링(string)부를 연결한 예를 나타낸 구성도이다.
도 10은 발명의 제4실시 예에 따른 전력 관리 장치와 발광소자 스트링부를 연결한 예를 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 2의 전력 관리 장치의 다른 예를 나타낸 구성도이다.
도 12는 발명의 제5실시 예에 따른 전력 관리 장치를 나타낸 구성도이다.
도 13은 발명의 제6실시 예에 따른 전력 관리 장치와 구동 드라이버 및 발광소자 스트링부를 나타낸 구성도이다.
도 14는 발명의 실시 예에 따른 전력 관리 장치의 입력 및 출력을 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 확정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 설명되는 여러 개의 실시예는 서로 조합될 수 없다고 특별히 언급되지 않는 한, 서로 조합할 수 있다. 또한, 여러 개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 대한 설명에서 누락된 부분은 특별히 언급되지 않는 한, 다른 실시예에 대한 설명이 적용될 수 있다. 이하에서, ‘~부’는 “회로”, 집적 회로”, “블록” 등과 혼용될 수 있다. 예컨대, 전력 관리부는 전력 관리회로, 전력 관리 집적회로 또는 전력 관리블록과 혼용될 수 있다.
<제1실시 예>
도 1은 발명의 제1실시 예에 따른 전력 관리 장치의 블록 구성도이며, 도 2는 도 1의 피드백전압과 외부 전압의 레벨에 따른 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이고, 도 3는 도 1의 피드백전압과 외부 전압의 레벨이 제1 조건일 때, 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이며, 도 4는 도 1의 피드백전압과 외부 전압(VCC)의 레벨이 제2 조건일 때, 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압의 파형도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전력 관리 장치(100)는 복수의 저전압 강하(LDO: Low dropout) 레귤레이터(11,12), 피드백전압 선택부(13), 제어 회로(21), 레벨 시프트(L/S: Level shift) 회로(22), 게이트 드라이버(Gate driver)(23), 파워 스테이지(Power stage) 회로(24), 및 복수의 스위치(41,42)를 포함할 수 있다.
상기 전력 관리 장치(100)는 노트북 또는 모니터 등과 같은 전자 기기 내에서 전원을 관리하고 제어하게 된다. 또한 상기 전력 관리 장치(100)는 배터리 관리, 전원 변환, 충전 및 소비 전력 관리 등 다양한 기능을 수행한다. 이러한 전력 관리 장치(100)는 전력 소모를 줄여 주기 위해 낮은 동작 전압이 요구되고 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 상기 전력 관리 장치(100)의 출력전압을 피드백 또는 입력 전압의 센싱을 통해 저전압 강하(LDO) 레귤레이터로 재 활용할 수 있다. 상기 전력 관리 장치(100)는 PMIC(Power Management IC)로서, 전원을 입력 받아 전자기기에서 요구하는 안정적이고 효율적인 전압 또는 전류로 변환 정류, 분배 및 제어하는 칩으로 구현될 수 있다.
상기 복수의 저전압 강하 레귤레이터(11,12)는 전력 관리 장치(100) 내에 2개 또는 3개 이상이 배치될 수 있다. 상기 복수의 저전압 강하 레귤레이터(11,12)는 제1 및 제2 저전압 강하 레귤레이터(11,12)를 포함하며, 노이즈가 적은 안정된 출력전압을 공급한다. 상기 복수의 저전압 강하 레귤레이터(11,12) 중 적어도 하나는 낮은 입력전압에 의해 동작될 수 있다. LDO 레귤레이터는 소전력용 전원을 위해 낮은 입출력 전위차에서도 동작하는 리니어 레귤레이터로서, 동일한 전압을 출력하기 위해 비교적 낮은 입력전압이 선택될 수 있다. 이러한 LDO 레귤레이터는 낮은 입력전압을 선택할 수 있고, 낮은 전위차에서 동작하므로, 에너지 손실이 적어 발열을 억제할 수 있다.
상기 복수의 저전압 강하 레귤레이터(11,12) 각각의 입력 단은 스위치(41,42)들 각각의 고정 단에 연결되며, 출력 단은 출력전압(VL1,VL2)이 필요한 회로 등에 연결된다. 예를 들면, 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)의 입력 단은 제1 스위치(41)의 출력 단에 연결되며, 상기 제1 스위치(41)를 통해 선택된 전압이 입력된다. 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)의 입력 단은 제2 스위치(42)의 출력 단에 연결되며, 상기 제2 스위치(42)를 통해 선택된 전압이 입력된다.
상기 제1 스위치(41)는 제1 전압(PVDD)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택하며, 상기 제2 스위치(42)는 제2 전압(VIO)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택하게 된다. 상기 제1,2 전압(PVDD,VIO)은 상기 전력 관리 장치(100)의 출력(VOUT)이 피드백된 전압일 수 있다. 예컨대, 상기 제1,2 전압(PVDD,VIO)은 상기 파워 스테이지 회로(24)로부터 출력된 전압이 피드백된 전압일 수 있다. 상기 제1,2 전압(PVDD,VIO)은 상기 전력 관리 장치(100) 내의 출력전압 또는 파워 스테이지 회로(24)의 출력전압(VOUT)이 재 사용되므로, 재활용 전압으로 정의할 수 있다.
상기 제1 전압(PVDD)는 전원 관리 장치(100) 내의 출력전압들 중에서 1.8V 초과되는 전압이며, 예컨대, 1.81V 내지 5.5V 범위일 수 있다. 상기 제2 전압(VIO)는 전원 관리 장치(100) 내의 출력전압들 중에서 1.8V 이하의 전압일 수 있으며, 예컨대 1.7V 내지 1.8V 범위이다. 상기 제1 전압(PVDD)은 상기 외부 전압(VCC)보다 높은 전압이거나 고전압으로 정의할 수 있으며, 상기 제2 전압(VIO)는 상기 외부 전압(VCC)보다 낮은 전압이거나 저전압으로 정의할 수 있다. 상기 제2 전압(VIO)는 상기 전원 관리 장치(100) 내에서 출력되는 전압들 중 상기 제어 회로(21)의 동작 전압과 가장 차이가 작은 전압일 수 있다.
상기 제2 전압(VIO)와 상기 외부 전압(VCC)의 차이는 1.55V 이하 예컨대, 1.55V 내지 1.4V 범위일 수 있다. 여기서, 상기 외부 전압(VCC)는 제3 전압으로 정의할 수 있다. 상기 제2 전압(VIO)과 상기 제어 회로(21)의 동작 전압의 차이는 1V 이하 예컨대, 0.5V 이하일 수 있다.
상기 제1 스위치(41)의 일단에는 상기 전력 관리 장치(100)의 출력 단 예컨대, 파워 스테이지 회로(24)의 출력 단이 연결되고, 타단에는 외부 전압(VCC) 단이 연결된다. 상기 제2 스위치(42)의 일단에는 상기 전력 관리 장치(100)의 출력 단 예컨대, 파워 스테이지 회로(24)의 출력 단이 연결되고, 타단에는 외부 전압(VCC) 단이 연결된다. 상기 제1,2 스위치(41,42) 각각의 일단 및 타단은 입력 단일 수 있다.
상기 피드백전압(feedback voltage) 선택부(13)는 상기 전력 관리 장치(100) 내의 출력전압(VOUT)의 피드백 라인과 연결된 노드(피드백 노드)에 연결되며, 상기 피드백 노드를 통해 입력된 피드백전압의 레벨을 검출하고, 상기 검출된 전압 레벨에 따라 상기 스위치(41,42)들의 선택 경로를 제어하게 된다.
상기 피드백전압 선택부(13)는 상기 제1 스위치(41)에 제1 선택신호(S1)를 출력하여 피드백 전압인 제1 전압(PVDD)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택하도록 하며, 상기 제1 스위치(41)를 통해 선택된 전압은 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 입력전압(V1)으로 입력된다. 상기 피드백전압 선택부(13)는 상기 제2 스위치(42)에 제2 선택신호(S2)를 출력하여 피드백 전압인 제2 전압(VIO)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택하도록 하며, 제2 스위치(42)를 통해 선택된 전압은 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 입력전압(V2)으로 입력된다.
또는 상기 피드백전압 선택부(13)는 상기 피드백 전압의 레벨이 기준 치보다 높을 경우, 제1 선택신호(S1)에 의해 제1 스위치(41)를 제1 전압(PVDD)의 입력 단으로 스위칭 연결하고, 제2 스위치(42)는 외부전압(VCC)의 입력 단으로 스위칭 연결하게 된다. 상기 피드백전압 선택부(13)는 상기 피드백전압의 레벨이 기준 치보다 낮을 경우, 제2 스위치(42)를 제2 전압(VIO)의 입력 단으로 스위칭 연결하고, 상기 제1 스위치(41)는 외부전압(VCC)의 입력 단으로 스위칭 연결하게 된다. 예컨대, 피드백전압이 1.8V 초과인 경우, 피드백전압은 제1 스위치(41)의 입력 단을 통해 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)의 입력으로 공급되고, 피드백전압이 1.8V 이하인 경우, 피드백전압은 제2 스위치(42)의 입력 단을 통해 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)의 입력으로 공급될 수 있다.
다른 예로서, 도 12와 같이, 복수의 파워 스테이지 회로(24)의 출력전압(VGL,VGH,NVDD,PVDD,VCORE,VIO)이 각각 출력되는 경우, 상기 피드백전압 선택부(13)는 상기 출력전압 중에서 제1, 2 전압(PVDD,VIO)을 각각 피드백하고, 제1,2 전압(PVDD,VIO)의 레벨을 검출하고, 각각의 스위치(51,52)로 입력되는 제1,2 전압(PVDD,VIO)의 선택을 제어할 수 있다.
상기 피드백전압 선택부(13)에서 제1 전압(PVDD)을 선택하는 기준은 피드백되는 제1 전압(PVDD)을 검출하거나, 제1 전압(PVDD)의 레벨 코드, 제1 전압(PVDD)의 안정화된 레벨, 또는 제1 전압(PVDD)의 레벨이 기준에 부합 등의 조건들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 조합하여 선택할 수 있다. 상기 피드백전압 선택부(13)에서 제2 전압(VIO)을 선택하는 기준은 피드백되는 제2 전압(VIO)을 검출하거나, 제2 전압(VIO)의 레벨 코드, 제2 전압(VIO)의 안정화된 레벨, 또는 제2 전압(VIO)의 레벨이 기준에 부합 등의 조건들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 조합하여 선택할 수 있다. 또는 상기 피드백전압 검출부는 제2 전압(VIO)이 아닌 경우, 제1 전압(PVDD)이 선택되도록 제어할 수 있고, 피드백전압이 제1 전압(PVDD)이 아닌 경우, 제2 전압(VIO)이 선택되도록 제어할 수 있다.
상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)는 상기 제1 스위치(41)를 통해 입력된 전압(V1)을 조절하여 제1 출력전압(VL1)을 출력하며, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 상기 제2 스위치(42)를 통해 입력된 전압(V2)을 조절하여 제2 출력전압(VL2)을 출력하게 된다. 상기 제1 출력전압(VL1)은 레벨 시프트 회로(22) 및 게이트 드라이버(23)에 공급된다. 이에 따라 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)의 제1 출력전압(VL1)으로 상기 게이트 드라이버(23)의 구동 전원을 공급할 수 있다. 여기서, 상기 제1 출력전압(VL1)의 범위는 상기 게이트 드라이버(23)의 구동 전압에 따라 변경될 수 있다.
상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 제2 출력전압(VL2)을 제어 회로(21) 및 레벨 시프트 회로(22)에 공급된다. 이에 따라 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)의 제2 출력전압(VL2)은 제어 회로(21)의 동작 전원으로 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제2 출력전압(VL2)의 범위는 상기 제어 회로(21)의 동작 전압에 따라 변경될 수 있다. 여기서, 상기 제어 회로(21)를 1.8V로 설계할 경우, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)의 입력전압(V2)을 피드백전압으로 재 활용할 수 있어, 제어 회로(21)의 사이즈를 줄이고, 소비 전력을 줄여줄 수 있다.
상기 제1 출력전압(VL1)은 1.8V 초과의 전압이 출력되며, 상기 제1 전압(PVDD)보다 낮거나 상기 외부 전압(VCC)보다 높을 수 있다. 상기 제2 출력전압(VL2)은 1.8V 이하의 전압이 출력되거나 상기 제2 전압(VI0) 이하의 전압이 출력될 수 있다.
상기 제어 회로(21)는 상기 제2 출력전압(VL2)에 의해 동작하며, CMOS 회로를 포함하고 각 부의 전력 관리 및 제어를 담당하게 된다. 또한 상기 제어 회로(21)는 CMOS 회로를 포함하여 전력 소모를 최소화하고 효율적인 전력 관리를 수행한다. 제어 회로(21)는 전력 과리 장치(100) 내의 각 부의 동작을 제어하게 되며, 상기 파워 스테이지 회로(24)는 상기 제어 회로(21)에 피드백된 신호를 제공할 수 있다. 상기 게이트 드라이버(23)는 상기 레벨 시프트 회로(22)와 연결된다. 상기 레벨 시프트 회로(22)는 입력 및 출력전압　레벨들의 변화들에 대응되도록 전압 레벨을 변환하며, CMOS 회로를 포함하여 연결된 제어 회로(21) 및 게이트 드라이버(23) 간의 신호를 전달하게 된다. 상기 파워 스테이지(power stage) 회로(24)는 상기 게이트 드라이버(23)를 통해 출력된 구동 전압에 의해 동작하고, 입력 전원을 조절하고 전력 변환 및 관리를 수행하며, 각 구성에 필요한 전원을 공급하게 된다.
상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(11,12)는 상기 외부 전압(VCC)의 하이 레벨에 의해 동작하며, 로우 레벨에 의해 오프될 수 있다. 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(11,12)의 동작하거나 오프되는 시점은 외부 전압(VCC)의 상승 시점(또는 구간) 또는 하강 시점(또는 구간)에 따라 연동될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(11,12)는 타이밍 컨트롤러(Timing controller, 미도시)와 통신하며, 상기 외부 전압(VCC)의 타이밍에 따라 동작이 제어될 수 있다. 다른 예로서, 상기 타이밍 컨트롤러는 상기 피드백전압 선택부(13)에 연결되고, 상기 피드백전압 선택부(13)에 상기 전압들의 타이밍 신호를 제공할 수 있다. 다른 예로서, 상기 타이밍 컨트롤러는 상기 피드백전압 선택부(13) 및 상기 저전압 강하 레귤레이터(11,12)들에 연결되고, 상기 피드백전압 선택부(13) 및 상기 저전압 강하 레귤레이터(11,12)들에 상기 전압들의 타이밍 신호를 제공할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서, 각 파형도에서 수평 축 방향은 시간을 나타내며, 수직 축은 전압 레벨을 나타내며, 도 2 내지 도 4의 (a)는 도 1의 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력전압의 입력 시점(또는 구간)에 따른 제2 입,출력전압의 레벨을 설명하기 위한 파형도이며, 도 2 내지 도 4의 (b)는 도 1의 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력전압(V2)의 종료 시점(또는 구간)에 따른 제2 입,출력전압의 레벨을 설명하기 위한 파형도이다.
도 1 및 도 2의 (a)와 같이, 제2 스위치(42)의 입력 단에 외부 전압(VCC)이 입력된 후 제2 전압(VIO)이 입력되면, 상기 제2 입력전압(V2)은 상기 외부 전압(VCC)의 입력 시점(Ta1)에 상기 외부 전압(VCC)의 레벨에 따라 상승하고, 제2 출력전압(VL2)은 상기 제2 입력전압(V2)의 상승되는 시점(또는 구간)에 출력된다(Ta2). 상기 제2 전압(VIO)이 피드백되거나 검출되면, 상기 피드백전압 선택부(13)에 의해 제2 전압(VIO)이 선택되고, 상기 제2 입력전압(V2)으로 제2 전압(VIO)의 레벨로 입력되고(Ta3), 이때 상기 제2 출력전압(VL2)은 상기 제2 전압(VIO)이 조절된 레벨로 출력된다. 상기 외부 전압(VCC)이 하이 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 동작을 시작하며, 이후, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 피드백된 제2 전압(VIO)에 의해 동작을 지속하며 제2 출력전압(VL2)을 출력하게 된다.
도 2의 (b) 및 도 1과 같이, 제2 스위치(42)의 입력 단에 제2 전압(VIO)이 하강한 다음 외부 전압(VCC)이 하강하는 경우, 상기 제2 전압(VIO)이 하강하는 시점(Ta4)에 상기 외부 전압(VCC)으로 선택하여 제2 입력전압(V2)을 공급하고, 상기 제2 출력전압(VL2)은 외부 전압(VCC)이 하강(Ta5)하면 하강하게 된다. 상기 외부 전압(VCC)이 로우 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 오프(off)된다.
도 3의 (a) 및 도 1과 같이, 제2 스위치(42)의 입력 단에 제2 전압(VIO)이 입력된 후 외부 전압(VCC)이 입력되는 제1 조건이면, 상기 제2 입력전압(V2)은 외부 전압(VCC)가 기준 레벨이 될 때까지 상기 제2 전압(VIO)의 레벨로 입력되며(Tb1,Tb2), 제2 출력전압(VL2)은 상기 외부 전압(VCC)의 하이 레벨이 시작되는 시점(Tb3)부터 출력하게 된다. 예컨대, 상기 제2 전압(VIO)이 1.7V 초과이면, 상기 제2 입력전압(V2)은 상기 제2 전압(VIO)이 입력되며, 이때 외부 전압(VCC)이 기준 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)가 동작하게 된다. 이후, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 피드백된 제2 전압(VIO)에 의해 동작을 지속하며 제2 출력전압(VL2)을 출력하게 된다.
도 3의 (b) 및 도 1과 같이, 제2 스위치(42)의 입력 단에 외부 전압(VCC)이 하강(Tb4)한 다음 제2 전압(VIO)이 하강(Tb5)하는 경우, 제2 입력전압(V2)은 상기 제2 전압(VIO)에 따라 입력되며, 상기 제2 출력전압(VL2)은 상기 외부 전압(VCC)의 하강 시점(Tb5)에 의해 하강하게 된다. 상기 외부 전압(VCC)이 로우 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 오프된다.
도 4의 (a) 및 도 1과 같이, 제2 스위치(42)의 입력 단에 제2 전압(VIO)이 입력된 후 외부 전압(VCC)이 입력되는 제2 조건이면, 제2 전압(VI0)가 상승(Tc1)하여 기준 레벨이 되더라도, 제2 입력전압(V2)의 입력은 없게 되며, 외부 전압(VCC)가 입력되면(Tc2), 상기 제2 입력전압(V2)은 상기 외부 전압(VCC)의 레벨에 따라 입력되며, 제2 출력전압(VL2)은 상기 외부 전압(VCC)의 하이 레벨이 시작되는 시점(Tc3)부터 출력하게 된다.
즉, 외부 전압(VCC)이 기준 레벨 이하인 경우, 제2 입력전압(V2)은 외부 전압(VCC)이 된다. 외부 전압(VCC)이 기준 레벨을 초과하고 상기 제2 전압(VIO)이 1.7 V를 초과한 경우, 상기 제2 입력전압(V2)은 제2 전압(VIO)이 된다. 또한 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 상기 외부 전압(VCC)이 기준 전압을 초과한 경우, 동작하게 된다.
도 4의 (b) 및 도 1과 같이, 제2 스위치(42)의 입력 단에 외부 전압(VCC)이 하강(Tc4)한 다음 제2 전압(VIO)이 하강(Tc5)하는 경우, 제2 입력전압(V2)은 상기 외부 전압(VCC)에 따라 하강하며, 상기 제2 출력전압(VL2)은 상기 외부 전압(VCC)의 하강 시점에 따라 하강하게 된다. 상기 외부 전압(VCC)이 로우 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 오프된다.
이와 같이, 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 외부 전압(VCC)의 상승 시점 및 하강 시점에 따라 동작이 온/오프되며, 제2 입력전압(V2)은 감지된 제2 전압(VIO)의 입력 여부에 따라 하이 레벨(외부 전압 레벨) 또는 로우 레벨로 전환될 수 있다.
또한 제1 저전압 강하 레귤레이터(12)는 제1 전압(PVDD)의 레벨과 외부 전압(VCC)의 레벨에 따라 도 2 내지 도 3과 같이 동작하게 되며, 상기 외부 전압(VCC)의 상승 시점 및 하강 시점에 따라 동작이 온/오프되며, 제1 입력전압(V1)은 감지된 제1 전압(PVDD)의 입력 여부에 따라 하이 레벨(외부 전압 레벨) 또는 로우 레벨로 전환될 수 있다. 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(11,12)의 출력전압을 피드백전압의 선택에 의해 출력함으로써, 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있고, 노이즈 특성이 개선되며 전원 변화에 따른 출력전압의 변화를 줄여줄 수 있다. 또한 전력 관리 장치의 동작의 안정성을 향상시켜 줄 수 있다.
도 5는 제2실시 예로서, 제1 실시 예와 동일한 구성은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
도 5를 참조하면, 전력 관리 장치(100A)는 복수의 저전압 강하 레귤레이터(15,16), 감지전압 선택부(17), 복수의 스위치(43,44), 제어회로(21A), 레벨 시프트 회로(22A), 게이트 드라이버(23A), 및 파워 스테이지 회로(24A)를 포함할 수 있다. 상기 제어 회로(21A), 레벨 시프트 회로(22A), 게이트 드라이버(23A), 및 파워 스테이지 회로(24A)는 도 1의 설명을 참조하기로 한다.
상기 감지전압 선택부(17)는 제1 전압(PVDD), 배터리 전압(VBAT), 및 제2 전압(VIO)의 라인들에 연결되거나, 제어신호에 의해 상기 전압들의 입력을 감지할 수 있다. 상기 감지전압 선택부(17)는 제1 전압(PVDD), 배터리 전압(VBAT) 및 제2 전압(VIO)을 선택하기 위한 선택신호(S1,S2)를 출력하게 된다. 상기 감지전압 선택부(17)는 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(15,16)로 선택적으로 입력되는 스위치(43,44)의 입력 단의 전압을 센싱한 후 선택하도록 제어할 수 있다.
상기 감지전압 선택부(17)는 제1 스위치(43)에 제1 선택신호(S1)를 출력하며, 입력되는 전압(PVDD,VBAT)들 중 어느 하나를 선택하게 된다. 상기 감지전압 선택부(17)는 제2 스위치(42)에 제2 선택신호(S2)를 출력하며, 입력되는 전압(VBAT,VIO)들 중 어느 하나를 선택하게 된다.
상기 감지전압 선택부(17)는 전력 관리 장치(100A) 내의 출력전압 중에서 상기 제어 회로(21A)의 동작 전압과 유사한 전압과, 게이트 드라이버(23A)의 구동을 위한 전압과 유사하거나 같은 전압을 감지하여 선택 신호(S1,S2)로 제어할 수 있고, 상기 감지된 전압들의 라인은 스위치(15,16)의 입력 단으로 각각 연결하여 재 활용할 수 있다.
상기 제1 전압(PVDD)은 상기 제2 전압(VIO)보다 높고 상기 배터리 전압(VBAT) 보다 낮을 수 있으며, 상기 제2 전압(VIO)은 상기 제1 전압(PVDD)보다 낮고 1.8V 이하의 전압일 수 있다. 상기 배터리 전압(VBAT)은 5V 초과 예컨대, 6V 내지 24V 범위일 수 있으며, 전자 제품에 따라 다를 수 있다. 상기 배터리 전압(VBAT)은 제4 전압으로 정의할 수 있다.
상기 제1 스위치(43)는 상기 제1 선택신호(S1)에 의해 상기 제1 전압(PVDD)과 배터리 전압(VBAT) 중에서 어느 하나를 선택하며, 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 입력 단으로 선택된 전압(V1)을 제공하게 된다. 제2 스위치(42)는 상기 제2 선택신호(S2)에 의해 상기 배터리 전압(VBAT)과 제2 전압(VIO) 중에서 어느 하나를 선택하며, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 입력 단으로 선택된 전압(V2)을 제공하게 된다.
상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 제1 입력전압(V1)은 제1 전압(PVDD)과 배터리 전압(VBAT) 중에서 제1 스위치(43)에 의해 선택된 전압이 입력되며, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 제2 입력전압(V2)은 배터리 전압(VBAT)과 제2 전압(VIO) 중에서 제2 스위치(42)에 의해 선택된 전압이 입력된다.
상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 출력 단에는 레벨 시프트 회로(22A) 및 게이트 드라이버(23A)가 연결되며, 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 제1 출력전압(VL1)은 레벨 시프트 회로(22A) 및 게이트 드라이버(23A)에 입력된다. 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 출력 단에는 제어 회로(21A) 및 레벨 시프트 회로(22A)가 연결되며, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 제2 출력전압(VL2)은 상기 제어 회로(21A) 및 레벨 시프트 회로(22A)로 입력된다.
상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 제1 출력전압(VL1)은 1.8V 초과의 전압이 출력되며, 상기 제1 전압(PVDD)보다 낮거나 상기 배터리 전압(VBAT)보다 낮을 수 있다. 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 제2 출력전압(VL2)은 1.8V 이하의 전압이 출력되거나 상기 제2 전압(VI0) 이하의 전압이 출력될 수 있다.
상기 전력 관리 장치(100A)의 출력 단에 발광소자 스트링부(31)의 일단이 연결되며, 발광소자 스트링부(31)가 상기 파워 스테이지 회로(24A)의 출력전압(VLED)에 따라 턴-온 또는 턴-오프될 수 있고 접지 단에 전류 원이 연결된다. 상기 발광소자 스트링부(31)는 복수의 LED(Light emitting device) 스트링의 입력 단이 상기 출력전압(VLED) 단에 연결될 수 있다. 상기 발광소자 스트링부(31)의 각 스트링 각각은 복수의 발광 소자(예컨대, Light emitting diode)들이 직렬로 연결되며, 복수의 발광소자 스트링부(31)의 스트링들은 서로 병렬로 연결된다.
도 6 내지 도 8은 도 5의 감지전압과 배터리 전압(VBAT)의 레벨에 따른 제2 저전압 강하 레귤레이터의 입력전압과 출력전압을 비교한 파형도이다. 도 6 내지 도 8에서, 각 파형도에서 수평 축 방향은 시간을 나타내며, 수직 축은 전압 레벨을 나타내며, 도 6 내지 도 8의 (a)는 도 5의 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력전압(V2)의 시작 시점에 따른 제2 입,출력전압의 레벨을 설명하기 위한 파형도이며, 도 6 내지 도 8의 (b)는 도 5의 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력전압(V2)의 종료 시점에 따른 제2 입,출력전압의 레벨을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6의 (a)와 도 5를 참조하면, 제2 스위치(44)의 입력 단에 배터리 전압(VBAT)이 입력된 후 제2 전압(VIO)이 입력되면, 상기 제2 입력전압(V2)은 상기 배터리 전압(VBAT)의 상승 시점(Td1)부터 상승하고, 제2 출력전압(VL2)은 배터리 전압(VBAT)의 상승 시간 동안 기준 레벨까지 상승하고 출력된다(Td2). 이후, 상기 제2 전압(VIO)이 입력되거나 감지되면(Td3), 상기 감지전압 선택부(17)에 의해 제2 전압(VIO)이 선택되고, 상기 제2 입력전압(V2)은 제2 전압(VIO)의 레벨로 입력되고, 이때 상기 제2 출력전압(VL2)은 상기 제2 전압(VIO)이 조절된 레벨로 출력된다. 상기 배터리 전압(VBAT)이 하이 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 동작이 개시된다. 이후, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 감지된 제2 전압(VIO)에 의해 동작하며 제2 출력전압(VL2)을 출력하게 된다.
도 6(b) 및 도 5와 같이, 제2 스위치(44)의 입력 단에 제2 전압(VIO)이 하강한 다음 배터리 전압(VBAT)이 하강하는 경우, 상기 제2 전압(VIO)이 하강하는 시점(Td4)에 상기 배터리 전압(VBAT)을 선택하여 제2 입력전압(V2)을 공급하고, 상기 제2 출력전압(VL2)은 배터리 전압(VBAT)이 하강(Td5)하면 하강하게 된다. 상기 배터리 전압(VBAT)이 로우 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 오프(off)된다.
도 7의 (a) 및 도 5와 같이, 제2 스위치(44)의 입력 단에 제2 전압(VIO)이 입력된 후 배터리 전압(VBAT)이 입력되는 제1 조건이면, 상기 제2 입력전압(V2)은 상기 제2 전압(VIO)의 상승 시점(Te1)부터 입력되며, 제2 출력전압(VL2)은 상기 배터리 전압(VBAT)의 기준 레벨이 시작되는 시점(Te2)부터 출력하게 된다. 예컨대, 상기 제2 전압(VIO)이 1.7V 초과이면, 상기 제2 입력전압(V2)은 상기 제2 전압(VIO)의 레벨이 입력되며, 이때 배터리 전압(VBAT)이 임계 값을 초과한 경우(Te3), 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 동작하게 된다. 이후, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 감지된 제2 전압(VIO)에 의해 동작을 지속하며 제2 출력전압(VL2)을 출력하게 된다.
도 7의 (b) 및 도 5와 같이, 제2 스위치(44)의 입력 단에 외부 전압(VCC)이 하강(Te4)한 다음 제2 전압(VIO)이 하강(Te5)하는 경우, 제2 입력전압(V2)은 상기 제2 전압(VIO)에 따라 입력되며, 상기 제2 출력전압(VL2)은 상기 배터리 전압(VBAT)의 하강에 따라 하강하게 된다. 상기 외부 전압(VCC)이 로우 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 오프된다.
도 8의 (a) 및 도 5와 같이, 제2 스위치(44)의 입력 단에 제2 전압(VIO)이 입력된 후 배터리 전압(VBAT)이 입력되는 제2 조건이면, 상기 제2 입력전압(V2)은 제2 전압(VI0)가 입력(Tf1)되더라도, 상기 배터리 전압(VBAT)이 시작되는 시점(Tf2)까지 로우 레벨이 되며, 제2 출력전압(VL2)은 상기 배터리 전압(VBAT)의 하이 레벨이 시작되는 시점(Tf3)부터 출력하게 된다. 예컨대, 배터리 전압(VBAT)이 기준 레벨 미만인 경우, 제2 입력전압(V2)은 배터리 전압(VBAT)이 된다. 배터리 전압(VBAT)이 기준 레벨 이상이고 상기 제2 전압(VIO)이 1.7V를 초과한 경우, 상기 제2 입력전압(V2)은 제2 전압(VIO)이 된다. 또한 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 상기 배터리 전압(VBAT)이 기준 전압 이상인 경우, 동작하게 된다. 이후, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 상기 제2 전압(VIO)에 의해 동작하며 제2 출력전압(VL2)을 출력하게 된다.
도 8의 (b) 및 도 5와 같이, 제2 스위치(44)의 입력 단에 배터리 전압(VBAT)이 하강(Tf4)한 다음 제2 전압(VIO)이 하강(Tf5)하는 경우, 제2 입력전압(V2)은 상기 배터리 전압(VBAT)에 따라 하강하며, 상기 제2 출력전압(VL2)은 상기 배터리 전압(VBAT)의 하강 시점에 따라 하강하게 된다. 상기 배터리 전압(VBAT)이 로우 레벨인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 오프된다.
이와 같이, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 배터리 전압(VBAT)의 상승 시점 및 하강 시점에 의해 온/오프되며, 제2 입력전압(V2)은 감지된 제2 전압(VIO)의 입력 여부에 따라 하이 레벨(배터리 전압 레벨) 또는 로우 레벨로 전환될 수 있다.
또한 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)는 제1 전압(PVDD)과 배터리 전압(VBAT)의 감지 결과에 따라 도 6 내지 도 8과 같이 동작하게 되며, 상기 배터리 전압(VBAT)의 상승 시점 및 하강 시점에 의해 온/오프되며, 제1 입력전압(V1)은 감지된 제1 전압(PVDD)의 입력 여부에 따라 하이 레벨(배터리 전압의 레벨) 또는 로우 레벨로 전환될 수 있다. 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(15,16)의 출력전압을 감지전압의 선택에 의해 출력함으로써, 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있고, 노이즈 특성이 개선되며 전원 변화에 따른 출력전압의 변화를 줄여줄 수 있다. 또한 전력 관리 장치의 동작의 안정성을 향상시켜 줄 수 있다.
도 9는 제3실시 예에 따른 전력 관리 장치의 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 전력 관리 장치(100A)는 부하 예컨대, 발광소자 스트링부(31)의 구동을 위한 전원전압(VLED)을 공급할 수 있다. 상기 전력 관리 장치(100A)에서, 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 제1 입력전압(V1)은 배터리 전압(VBAT)의 단으로 연결되며, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 제2 입력전압(V2)은 스위치(44)의 출력 단에 연결된다. 상기 스위치(44)의 입력 단은 배터리 전압(VBAT) 단과 감지전압(VI0) 단으로 연결된다. 상기 스위치(44)는 전압 선택부(17)의 선택 신호(S2)에 의해 배터리 전압(VBAT) 또는 감지전압(VIO)을 선택하며, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 제2 입력전압(V2)은 상기 스위치(44)의 선택 전압으로 동작하게 된다. 상기 감지전압은 1.8V 이하의 전압이며, 상기 감지전압이 선택될 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 상기 감지전압에 의해 동작하게 되므로, 소비 전력을 줄여줄 수 있다.
도 10은 제4실시 예에 따른 전력 관리 장치의 예를 나타낸 도면이다. 제4실시 예를 설명함에 있어서, 제1 내지 제3실시 예의 구성은 동일 구성으로 하며 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 전력 관리 장치(100A)는 부하 또는 디바이스에 필요한 전원 전압을 공급하며, 예컨대, 발광소자 스트링부(31)의 구동을 위한 전압전압(VLED)을 공급할 수 있다.
상기 전력 관리 장치(100A)는 복수의 저전압 강하 레귤레이터(15A,15B,15C), 제어회로(21,21A), 레벨 시프트 회로(22,22A), 게이트 드라이버(23A), 파워 스테이지 회로(24A), 복수의 스위치(53A,53B,54A), 및 감지전압 선택부(17A,17B)를 포함할 수 있다.
상기 저전압 강하 레귤레이터는 제1 내지 제3 저전압 강하 레귤레이터(15A,15B,15C)를 포함하며, 상기 복수의 스위치는 제1 내지 제3 스위치(53A,53B,54A)를 포함하며, 상기 감지전압 선택부(17A)는 제1 및 제2 감지전압 선택부(17A,17B)를 포함한다.
상기 제1 스위치(43)는 상기 제1 감지전압 선택부(17A)의 선택신호(S4)에 의해 제1 전압(PVDD)과 배터리 전압(VBAT) 중에서 선택하며, 상기 제1 스위치(53A)에 의해 선택된 전압은 제1 저전압 강하 레귤레이터(15A)의 제1 입력전압(V1)으로 입력된다. 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15A)는 제1 입력전압(V1)을 조절하여 제2 레벨 시프트 회로(22A) 및 게이트 드라이버(23A)의 전원 전압인 제1 출력전압(VL1)을 공급한다. 상기 게이트 드라이버(23A)는 파워 스테이지(24A)의 동작을 제어하고, 상기 파워 스테이지 회로(24A)는 부하 즉, 발광소자 스트링부(31)가 필요한 구동 전압(VLED)을 제공한다.
상기 제2 스위치(53A)는 상기 제1 감지전압 선택부(17A)의 선택신호(S5)에 의해 제1 전압(PVDD)과 배터리 전압(VBAT) 중에서 선택하며, 상기 제2 스위치(53B)에 의해 선택된 전압은 제2 저전압 강하 레귤레이터(15B)의 제2 입력전압(V2)으로 입력된다. 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(15B)는 제2 입력전압(V2)을 조절하여 제1 레벨 시프트 회로(22), 제2 제어회로(22A) 및 제2 레벨 시프트 회로(24A)의 전원 전압인 제2 출력전압(VL2)을 공급한다.
상기 제3 스위치(54A)는 상기 제2 감지전압 선택부(17B)의 선택신호(S2)에 의해 제2 전압(VIO)과 배터리 전압(VBAT) 중에서 선택하며, 상기 제3 스위치(54A)에 의해 선택된 전압은 제3 저전압 강하 레귤레이터(16A)의 제3 입력전압(V3)으로 입력된다. 상기 제3 저전압 강하 레귤레이터(16A)는 제3 입력전압(V3)을 조절하여 제1 제어 회로(21) 및 제1 레벨 시프트 회로(22)의 전원 전압인 제3 출력전압(VL3)을 공급한다.
상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(15A,15B)는 1.8V 초과의 전압이 사용되는 구성들의 전원을 제공할 수 있다. 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(15A,15B)의 출력전압은 1.8V 초과이며, 동일한 레벨이거나 다른 레벨일 수 있다. 이에 따라 제1,2 저전압 강하 레귤레이터(15A,15B)를 통해 다양한 고전압(1.8V 초과) 소자들에 필요한 전압을 안정적으로 공급할 수 있다. 상기 제3 저전압 강하 레귤레이터(16A)는 1.8V 이하의 전압이 사용되는 구성(21,22)이나 저전압 소자들에 전원을 제공할 수 있다.
도 11은 도 2의 다른 예를 나타낸 전력 관리 장치의 구성도이다.
도 11을 참조하면, 제1 스위치(43)는 제1 전압(PVDD)과 배터리 전압(VBAT) 중에서 어느 하나를 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)의 제1 입력전압(V1)으로 제공하게 된다. 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(15)는 고 전압 예컨대, 1.8V 초과의 입력전압을 조절하여 레벨 시프트 회로(22A) 및 게이트 드라이버(23A)에 제1 출력전압(VL1)을 제공한다.
상기 제2 스위치(44A)는 배터리 전압(VBAT), 외부 전압(VCC) 및 제2 전압(VIO) 중에서 어느 하나를 선택하여, 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)의 제2 입력전압으로 제공한다. 상기 제2 스위치(44A)에는 적어도 3개의 서로 다른 레벨의 전압(VBAT,VCC,VIO) 라인들과 연결하고, 3개의 전압(VBAT,VCC,VIO)들 중에서 선택하여 제공할 수 있다. 만약, 제2 스위치(44A)에서 전력 관리 장치(100A) 내의 저전압 즉, 피드백전압이나 센싱 전압을 사용하지 못할 경우, 배터리 전압(VBAT)보다 낮은 외부 전압(VCC)의 단자를 더 추가하여, 제2 스위치(44A)가 배터리 전압(VBAT)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택할 수 있다.
상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 배터리 전압(VBAT)에 의해 온/오프 타이밍이 제어될 수 있고, 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 온 상태에서 상기 외부 전압(VCC)에 의해 1.8V 이하의 제2 출력전압(VL2)으로 조절하여 출력할 수 있다. 이에 따라 제2 저전압 강하 레귤레이터(16)는 배터리 전압(VBAT)보다 낮은 전압을 입력 받아 제2 출력전압(VL2)으로 조절하므로, 이에 따른 소비 전력을 줄여줄 수 있다.
도 12는 발명의 제5실시 예에 따른 전력 관리 장치를 나타낸 구성도이다. 제5실시 예를 설명함에 있어서, 제1,2실시 예에 동일한 구성은 제1,2실시 예의 설명을 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 12를 참조하면, 전력 관리 장치는 복수의 전력 관리부(30)를 구비하며, 상기 복수의 전력 관리부(30) 각각은 제어 회로(21), 레벨 시프트 회로(22), 게이트 드라이버(23), 및 파워 스테이지 회로(24)를 포함할 수 있다.
복수의 전력 관리부(30)의 출력 단은 서로 다른 레벨의 전압(VGL,VGH,NVDD,PVDD,VCORE,VIO)이 출력될 수 있다. 복수의 전력 관리부(30)의 출력 단은 예컨대, 제1 전압(PVDD), 제2 전압(VIO), 하이 또는 로우 레벨의 전압들이 출력된다.
상기 제1 스위치(51)의 입력 단에는 제1 전압(PVDD)과 외부 전압(VCC)의 단자들이 연결되고, 출력 단에는 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)의 입력 단이 연결된다. 상기 제2 스위치(52)의 입력 단에는 제2 전압(VIO)과 외부 전압(VCC)의 단자들이 연결되고, 출력 단에는 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)의 입력 단이 연결된다.
피드백전압 선택부(13)는 제1 전압(PVDD)과 제2 전압(VIO)을 피드백하며, 상기 피드백된 제1 전압(PVDD)의 레벨에 따라 제1 스위치(51)의 선택 신호(S1)로 제어하고, 상기 피드백된 제2 전압(VIO)의 레벨에 따라 제2 스위치(52)의 선택 신호(S2)로 제어할 수 있다. 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)는 제1 입력전압(V1)으로 입력되는 외부 전압(VCC) 또는 제1 전압(PVDD)에 의해 동작하고, 1.8 초과의 제1 출력전압(VL1)으로 조절하게 된다. 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(12)는 제2 입력전압(V2)으로 입력되는 외부 전압(VCC) 또는 제2 전압(VIO)에 의해 동작하고, 1.8 이하의 제2 출력전압(VL2)으로 조절하게 된다. 이러한 제2 출력전압(VL2)은 저 전압의 제2 입력전압(V2)으로 조절되므로, 소비 전력을 줄여줄 수 있다. 상기 제1,2 전압(PVDD,VIO)은 상기 전력 관리부(30)를 통해 출력되고 감지전압 선택부(17)에 의해 센싱된 전압일 수 있다.
도 13은 발명의 제6실시 예에 따른 전력 관리 장치와 구동 드라이버 및 발광소자 스트링부를 나타낸 구성도이다.
도 13을 참조하면, 전력 관리 장치(100)는 구동 드라이버(120)와 연결된다. 상기 구동 드라이버(120)는 발광소자 드라이버 예컨대, LED 드라이버를 포함할 수 있다. 상기 구동 드라이버(120)는 전력 관리 회로 예컨대, 제2 제어 회로(21A), 제2 레벨 시프트 회로(22A) 및 제2 게이트 드라이버(23A)를 포함할 수 있다.
상기 전력 관리 장치(100)의 제1 저전압 강하 레귤레이터(51)는 제1 전압(PVDD)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택된 전압을 입력받아 동작하고, 제1 출력전압(VL1)으로 조절하게 된다.
상기 전력 관리 장치(100)의 제1 저전압 강하 레귤레이터(11)의 제1 출력전압(VL1)은 전력 관리 장치(100)의 제1 레벨 시프트 회로(22) 및 제1 게이트 드라이버(23), 및 구동 드라이버(120)의 제2 레벨 시프트 회로(22A) 및 제2 게이트 드라이버(23A)에 공급된다. 상기 제2 게이트 드라이버(23A)는 상기 제1 출력전압(VL1)에 의해 구동되어 파워 스테이지 회로(24A)를 통해 발광소자 스트링부(31)에 필요한 전원을 제공할 수 있다.
상기 전력 관리 장치(100)의 제2 저전압 강하 레귤레이터(13)는 제2 전압(VIO)과 외부 전압(VCC) 중에서 선택된 전압을 입력받아 동작하고, 제2 출력전압(VL2)으로 조절하게 된다.
상기 전력 관리 장치(100)의 제2 저전압 강하 레귤레이터(13)의 제2 출력전압(VL2)은 전력 관리 장치(100) 내의 제1 제어회로(21), 및 제1 레벨 시프트 회로(22)에 공급된다. 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터(13)는 저 전압인 제2 전압(VIO)에 의해 제2 출력전압(VL2)으로 조절되므로, 피드백전압의 레벨에 따라 선택할 수 있어, 소비 전력을 감소시켜 줄 수 있다.
도 14는 발명의 실시 예에 따른 전력 관리 장치의 입력 및 출력을 개념적으로 나타낸 구성도이다.
도 14를 참조하면, 전력 관리 장치(100,100A)는 입력전압(VINEXT)이 기생 저항(RPARA)에 의해 전압 강하되며, 제1 캐패시터(C1)를 통해 전압(VINPMIC)이 안정화되며, 상기에 개시된 제1,2 출력전압으로 조절되고, 파워 스테이지 회로를 통해 필요한 전압이 출력되며 제2 캐패시터(C2)에 의해 노이즈가 제거될 수 있다.
도 1과 같이, 예컨대, 제어 회로(21)가 1.8V의 소자인 경우, 제2 저전압 강하 레귤레이터(42)의 사이즈 및 소비 전력을 줄여줄 수 있고, 발열도 저감시켜 줄 수 있다. 1mA 소비할 경우, 소비 전력은 3.3V의 입력이면, 3.3mW(=3.3V*1mA)의 소비 전력이 발생되지만, 1.8V의 입력을 사용하면, 소비전력은 1.8mW(=1.8V*1mA)로 낮아질 수 있다.
또한 제2 저전압 강하 레귤레이터(42)의 출력을 제어 회로(21)의 전원으로 사용하므로, 전원에 의한 영향이 줄어들어 안정적인 공급이 가능하며, 노이즈 특성이 강화되며 전원 변화에 다른 출력의 변화가 감소될 수 있다. 또한 소비 전력이 감소되므로, 외부 전압(VCC)에 대한 전압 강하(dropout)가 감소하고 전압 안정성이 높아지며 전압 마진(margin)이 개선될 수 있다.
본 명세서에서 단지 예시된 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이러한 실시 예들은 이 개시가 철저하고 완전하게 되기 위한 예로서 제공되며, 통상의 기술자에게 본 발명의 특징 및 기능을 완전하게 전달할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특징 및 기능을 완벽하게 이해하기 위해 필요하지 않은 프로세스, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 특별히 언급하지 않는 한, 유사한 참조 번호들은 첨부된 도면들 및 쓰여진 설명에서 유사한 구성요소들을 나타내고, 따라서 그것에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다.
11,12,15,16,16A,17A,17B: 저전압 강하 레귤레이터
13: 피드백전압 선택부
17,17A,17B: 감지전압 선택부
21,21A: 제어회로
22,22A: 레벨 시프트 회로
23,23A: 게이트 드라이버
24,24A: 파워 스테이지 회로
30: 전력 관리부
41,42,43,44,44A,53A,53B,54A: 스위치
100,100A: 전력 관리장치

Claims (10)

  1. 레벨 시프트 회로;
    게이트 드라이버;
    상기 게이트 드라이버에 연결되며 부하에 필요한 전력으로 변환하여 출력전압을 출력하는 파워 스테이지 회로;
    각 부의 동작을 제어하는 제어회로;
    입력되는 제1 입력 전압을 제1 출력 전압으로 조절하여 상기 게이트 드라이버에 출력하는 제1 저전압 강하 레귤레이터;
    입력되는 제2 입력 전압을 제2 출력전압으로 조절하여 상기 제어회로의 전원으로 출력하는 제2 저전압 강하 레귤레이터;
    외부전압 또는 배터리 전압, 및 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압의 레벨에 따라 상기 제1, 2 저전압 강하 레귤레이터 중 적어도 하나의 입력 전압을 선택하는 피드백전압 선택부; 및
    상기 피드백전압 선택부의 선택 신호에 의해 외부전압 또는 배터리 전압, 및 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압 중에서 스위칭 선택하는 스위치를 포함하는 전력 관리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력전압은 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압이며, 상기 외부전압의 레벨보다 낮은 전압을 갖는 전력 관리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 피드백전압 선택부는 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 출력전압의 상승 시점을 상기 외부 전압 또는 상기 배터리 전압의 입력 시점으로 상기 스위치를 제어하는 전력 관리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 피드백전압 선택부는 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 출력 전압의 하강 시점을 상기 외부 전압 또는 상기 배터리 전압의 종료 시점으로 상기 스위치를 제어하는 전력 관리 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압은 상기 외부 전압의 레벨보다 높은 제1 전압이며,
    상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 외부 전압과 상기 제1 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터의 제1 입력 전압으로 제공하는 제1 스위치를 포함하는 전력 관리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압은 상기 외부 전압의 레벨과 상기 제1 전압의 레벨보다 낮은 제2 전압이며,
    상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 외부 전압과 상기 제2 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력 전압으로 제공하는 제2 스위치를 포함하는 전력 관리 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 전압은 1.8V이하이며,
    상기 제2 전압과 상기 제어회로의 동작 전압 사이의 레벨 차이는 0.5V 이하인 전력 관리 장치.
  8. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압은 상기 배터리 전압의 레벨보다 낮은 제1 전압이며,
    상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 배터리 전압과 상기 제1 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터의 제1 입력 전압으로 제공하는 제1 스위치를 포함하는 전력 관리 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 파워 스테이지 회로로부터 피드백되는 상기 출력 전압은 상기 배터리 전압의 레벨과 상기 제1 전압의 레벨보다 낮은 제2 전압이며,
    상기 스위치는 상기 피드백전압 선택부에 의해 상기 배터리 전압과 상기 제2 전압 중에서 어느 하나를 선택하여 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터의 제2 입력 전압으로 제공하는 제2 스위치를 포함하며,
    상기 제2 전압은 1.8V이하이며, 상기 제2 전압과 상기 제어회로의 동작 전압 사이의 레벨 차이는 0.5V 이하인 전력 관리 장치.
  10. 레벨 시프트 회로;
    게이트 드라이버;
    상기 게이트 드라이버와 발광소자 스트링부 사이에 연결되며 상기 게이트 드라이버에 의해 상기 발광소자 스트링부의 구동 전압으로 변환하여 출력하는 파워 스테이지 회로;
    각 부의 동작을 제어하는 제어회로;
    입력되는 제1 입력 전압을 제1 출력 전압으로 조절하여 상기 게이트 드라이버에 출력하는 제1 저전압 강하 레귤레이터;
    입력되는 제2 입력 전압을 제2 출력전압으로 조절하여 상기 제어회로의 전원으로 출력하는 제2 저전압 강하 레귤레이터;
    외부전압 또는 배터리 전압, 및 제1 전압 중 어느 하나를 선택하여 상기 제1 저전압 강하 레귤레이터로 출력하는 제1 스위치;
    외부전압 또는 배터리 전압, 및 제2 전압 중 어느 하나를 선택하여 상기 제2 저전압 강하 레귤레이터로 출력하는 제2 스위치; 및
    상기 제1, 2 전압의 레벨에 따라 상기 제1,2 저전압 강하 레귤레이터 중 적어도 하나의 입력 전압을 선택하는 피드백전압 선택부를 포함하며,
    상기 제1,2 전압은 상기 파워 스테이지 회로의 출력 전압이 피드백된 전압 또는 센싱된 전압이며,
    상기 제2 전압은 상기 제1 전압의 레벨보다 낮고 상기 제어회로의 동작 전원으로 사용되도록 상기 제2 스위치의 입력 단으로 입력되는 전력 관리 장치.
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