KR102029490B1

KR102029490B1 - 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터 및 이를 갖는 고주파 스위치 제어 장치

Info

Publication number: KR102029490B1
Application number: KR1020140115663A
Authority: KR
Inventors: 김유환; 김종명; 유현환; 나유삼; 장대석; 유현진
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2019-10-07
Also published as: KR20160026558A; US20160062376A1; US9389626B2

Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터는, 기준 전압과 피드백 전압 사이의 전압차에 따라 게이트 신호를 제공하는 오차 증폭부, 상기 게이트 신호에 따라 배터리 전압을 입력받는 입력단과 접지 사이의 전류를 조절하는 반도체 스위치, 상기 반도체 스위치와 접지 사이의 검출노드에서 검출 전압을 분할 검출하여 피드백 전압을 제공하는 피드백 회로부, 상기 배터리 전압을 감지하는 전압 감지부 및 상기 감지되는 배터리 전압에 따라 상기 피드백 전압을 조절하는 피드백 전압 제어부를 포함할 수 있다.

Description

로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터 및 이를 갖는 고주파 스위치 제어 장치{VOLTAGE REGULATOR OF LOW-DROP-OUTPUT AND RF SWITCH CONTROLL DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터 및 이를 갖는 고주파 스위치 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 이동 통신 단말기의 고주파 안테나 장치에 적용되는 고주파 스위치에 스위치 제어 신호를 출력하는 스위치 제어 장치는 스위치 제어 신호를 안정적으로 제어하기 위해서 전압 레귤레이터가 이용될 수 있다.

특히, 전압 레귤레이터 중에서, 전원 전압을 하향 변환할 수 있고, 간단히 설계 가능하며, 전류 소모를 줄일 수 있는 로우 드롭 아웃(Low Drop Output: LDO) 타입의 전압 레귤레이터가 이용될 수 있다.

이와 같은 LDO를 이용하는 스위치 제어 장치의 스위치 제어 신호의 크기는 LDO의 출력 전압에 의해 좌우되며, LDO의 출력 전압은 배터리 전압 범위 중 최소 값을 기준으로 정해진다. 즉, 스위치 제어 신호의 크기는 LDO 출력 전압보다 클 수 없게 된다.

그러나, 고주파 스위치의 선형 성능은 게이트 컨트롤 전압, 즉, 스위치 제어 신호의 크기가 클수록 커지게 되므로, 배터리 전압에 따라 출력 전압을 가변할 수 있는 전압 레귤레이터가 요구되고 있다.

하기의 특허문헌 1은 전압 레귤레이터에 관한 것이나, 상술한 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.

일본 공개특허공보 특개2001-175341호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 전압을 감지하고, 감지된 배터리 전압에 따라 피드백 전압을 조절함으로써 출력 전압을 조절할 수 있는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터를 제공한다.

또한, 배터리 전압에 따라 조절되는 출력 전압을 이용하여 스위치 컨트롤 전압을 조절함으로써 상기 스위치 컨트롤 전압을 제공받는 고주파 스위치의 선형 특성을 확보할 수 있는 고주파 스위치 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터를 제안한다. 상기 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터는, 기준 전압과 피드백 전압 사이의 전압차에 따라 게이트 신호를 제공하는 오차 증폭부, 상기 게이트 신호에 따라 배터리 전압을 입력받는 입력단과 접지 사이의 전류를 조절하는 반도체 스위치, 상기 반도체 스위치와 접지 사이의 검출노드에서 검출 전압을 분할 검출하여 피드백 전압을 제공하는 피드백 회로부, 상기 배터리 전압을 감지하는 전압 감지부 및 상기 감지되는 배터리 전압에 따라 상기 피드백 전압을 조절하는 피드백 전압 제어부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 피드백 회로부는, 상기 검출노드와 접지 사이에 연결된 제1 검출 저항 및 제2 검출 저항을 포함할 수 있고, 상기 제1 검출 저항 및 제2 검출 저항의 피드백 노드에서 상기 피드백 전압을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 검출 저항은 가변 저항이며, 상기 피드백 전압 제어부는 상기 제1 검출 저항의 저항값을 가변하여 상기 피드백 전압을 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예는 고주파 스위치 제어 장치를 제안한다. 상기 고주파 스위치 제어 장치는, 배터리 전압을 감지하며, 상기 감지되는 배터리 전압에 따라 출력 전압을 조정하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터 및 상기 출력 전압을 이용하여 고주파 스위치에 온 또는 오프 신호를 출력하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 의하면, 배터리 전압을 감지하고, 감지된 배터리 전압에 따라 피드백 전압을 조절함으로써 출력 전압을 조절할 수 있다.

또한, 배터리 전압에 따라 조절되는 출력 전압을 이용하여 스위치 컨트롤 전압을 조절함으로써 상기 스위치 컨트롤 전압을 제공받는 고주파 스위치의 선형 특성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터를 설명하기 위하 도면이다.
도 3은 도 2의 전압 감지부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 배터리 전압의 크기에 따른 도 3의 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터의 출력 전압을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 1의 고주파 스위치 제어 장치에서 출력되는 스위치 온 신호에 따른 고주파 스위치의 선형 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 1의 고주파 스위치 제어 장치에서 출력되는 스위치 오프 신호에 따른 고주파 스위치의 선형 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치 제어 장치는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터(10) 및 스위칭 제어부(20)를 포함할 수 있다.

로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터(10)는 배터리 전압(Vbat)을 감지하며, 상기 감지되는 배터리 전압(Vbat)에 따라 출력 전압(Vout)을 조정할 수 있다.

일 실시예에서, 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터(10)은 오차 증폭부(100), 반도체 스위치(200), 피드백 회로부(300), 전압 감지부(400) 및 피드백 전압 제어부(500)를 포함할 수 있다.

이러한 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터(10)에 대해서는 도 2를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.

스위칭 제어부(20)는 출력 전압(Vout)을 이용하여 스위치 제어 신호(SW, SW(─))를 출력할 수 있다. 스위치 제어 신호(SW, SW(─))는 각각 온 또는 오프 신호 일 수 있으며, SW 신호와 SW(─) 신호는 서로 반대 신호일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 전압 감지부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터(10)은 오차 증폭부(100), 반도체 스위치(200), 피드백 회로부(300), 전압 감지부(400) 및 피드백 전압 제어부(500)를 포함할 수 있다.

오차 증폭부(100)는 기준 전압(Vref)와 피드백 전압(Vfb)과의 차 전압에 따라 게이트 신호(SG)를 반도체 스위치(200)에 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 오차 증폭부(100)는 기준 전압(Vref)을 입력받는 반전 입력단과 피드백 전압(Vfb)을 입력받는 비반전 입력단과 게이트 신호(SG)를 제어하기 위해 반도체 스위치(200)에 연결된 출력단을 갖는 연산 증폭기(OP1)를 포함할 수 있다.

이때, 연산 증폭기(OP1)는 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfb)의 차전압에 해당되는 레벨을 갖는 게이트 신호(SG)를 제공하여 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfb)이 같아지도록 제어할 수 있다.

반도체 스위치(200)는 게이트 신호(SG)에 따라 배터리 전압(Vbat)을 입력받는 입력단(IN)과 접지간의 전류를 조절할 수 있다.

일 실시예에서, 반도체 스위치(200)는 입력단(IN)에 연결된 소스와 오차 증폭부(100)의 출력단에 연결된 게이트와 피드백 회로부(300)에 연결된 드레인을 갖는 제1 PMOS 트랜지스터(PM1)를 포함할 수 있다.

이때, PMOS 트랜지스터(PM1)는 게이트 신호(SG)에 따라 소스-드레인 전류를 조절할 수 있다.

피드백 회로부(300)는 반도체 스위치(200)와 접지간의 검출노드(Nd)에서 검출전압을 분할 검출하여 피드백 전압(Vfb)을 오차 증폭부(100)에 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 피드백 회로부(300)는 검출노드(Nd)와 접지 사이에 연결된 제1 검출 저항(R1) 및 제2 검출 저항(R2)을 포함할 수 있다.

여기서, 제1 검출 저항(R1) 및 제2 검출 저항(R2)의 저항값을 동일하게 설정하면, 피트백 전압(Vfb)은 검출 전압(Vdet)의 1/2 크기에 해당될 수 있다. 즉, 검출 전압(Vdet)은 피드백 전압(Vfb)의 2배 전압이 될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 검출 저항(R1)은 가변 저항일 수 있으며, 제1 검출 저항(R1)의 저항 값은 피드백 전압 제어부(500)에 의해 조정될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 비록 도면에 도시되진 않았지만, 제2 검출 저항(R2)은 가변 저항일 수 있으며, 제2 검출 저항(R2)의 저항 값은 피드백 전압 제어부(500)에 의해 조정될 수 있다.

전압 감지부(400)는 배터리 전압(Vbat)을 감지할 수 있다. 일 실시예에서, 전압 감지부(400)는, 도3에서와 같이, 입력단(IN)과 접지 사이에 연결되는 복수의 저항(410)과 복수의 저항 사이의 복수의 노드 전압을 각각 비교 전압과 비교하는 복수의 비교부(420, 430) 및 복수의 비교부(420, 430)의 비교 결과에 기초하여 배터리 전압(Vbat)을 감지하는 배터리 전압 감지부(440)을 포함할 수 있다.

복수의 저항(410)은 입력단(IN)과 접지 사이에 연결될 수 있다. 복수의 비교부(420, 430)는 복수의 저항 사이의 복수의 노드 전압을 각각 비교 전압과 비교할 수 있다.

일 실시예에서, 복수의 비교부(420, 430)는 복수의 저항 사이의 노드 중 제1 노드(N1)의 제1 전압(V1)과 미리 설정된 제1 비교 전압(Vref1)을 비교하여 그 결과를 출력하는 제1 비교부(420)와 복수의 저항 사이의 노드 중 제2 노드(N2)의 제2 전압(V2)과 미리 설정된 제1 비교 전압(Vref2)을 비교하여 그 결과를 출력하는 제2 비교부(430)를 포함할 수 있다.

배터리 전압 감지부(440)는 복수의 비교부(420, 430)의 비교 결과에 따라 배터리 전압(Vbat)을 감지할 수 있다.

피드백 전압 제어부(500)는 전압 감지부(400)에서 감지된 배터리 전압(Vbat)에 따라 피드백 전압(Vfb)을 조절할 수 있다.

일 실시예에서, 피드백 전압 제어부(500)는 전압 감지부(400)에서 감지한 배터리 전압(Vbat)이 미리 설정된 기준 전압과 비교하여 감지된 배터리 전압(Vbat)이 기준 전압보다 큰 경우, 제1 검출 저항(R1)의 저항값을 증가시키면 피드백 전압(Vfb)이 감소할 수 있다.

피드백 전압(Vfb)이 감소하게 되면, 오차 증폭부(100)에서 출력되는 게이트 신호(SG)가 증가하여 출력 전압(Vout)이 증가할 수 있다.

도 4는 배터리 전압의 크기에 따른 도 3의 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터의 출력 전압을 설명하기 위한 그래프이고, 도 5는 도 1의 고주파 스위치 제어 장치에서 출력되는 스위치 온 신호에 따른 고주파 스위치의 선형 특성을 설명하기 위한 그래프이며, 도 6은 도 1의 고주파 스위치 제어 장치에서 출력되는 스위치 오프 신호에 따른 고주파 스위치의 선형 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4에서, 가로축은 입력단(IN)에 입력되는 배터리 전압(Vbat)이고 세로축은 출력 전압(Vout)을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터는 복수의 비교부(420, 430)의 비교 결과에 따라 감지되는 배터리 전압(Vbat)에 따라 제1 검출 저항(R1)의 저항 값을 조절하여 피드백 전압(Vfb)을 조정함으로써 도 4에서와 같이 배터리 전압(Vbat)에 따른 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다.

도 5 및 도 6은 도 1의 고주파 스위치 제어 장치가 적용된 고주파 스위치의 선형특성을 나타내는 그래프이다. 여기서, 도 5는 고주파 스위치의 스위치가 온(ON) 인 경우, 스위치 컨트롤 전압(SW)에 따른 선형 특성을 나타내고 도 6은 상기 고주파 스위치의 스위치가 오프(OFF)인 경우, 스위치 컨트롤 전압(SW)에 따른 선형 특성을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치 제어 장치는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터가 배터리 전압에 따라 출력 전압을 조절하고, 이에 따라 스위칭 제어부의 스위치 컨트롤 전압(SW, SW)이 조절됨으로써 이를 제공받는 고주파 스위치의 선형 특성을 확보할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

10: 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터
20: 스위칭 제어부
100: 오차 증폭부
200: 반도체 스위치
300: 피드백 회로부
400: 전압 감지부
410: 복수의 저항
420: 제1 비교부
430: 제2 비교부
440: 배터리 전압 감지부
500: 피드백 전압 제어부

Claims

기준 전압과 피드백 전압 사이의 전압차에 따라 게이트 신호를 제공하는 오차 증폭부;
상기 게이트 신호에 따라 배터리 전압을 입력받는 입력단과 접지 사이의 전류를 조절하는 반도체 스위치;
상기 반도체 스위치와 접지 사이의 검출노드에서 검출 전압을 분할 검출하여 피드백 전압을 제공하는 피드백 회로부;
상기 배터리 전압을 감지하는 전압 감지부; 및
상기 감지되는 배터리 전압에 따라 상기 피드백 전압을 조절하는 피드백 전압 제어부;
를 포함하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 피드백 전압 제어부는,
상기 배터리 전압이 증가하면, 상기 피드백 전압을 감소시키고, 상기 배터리 전압이 감소하면, 상기 피드백 전압을 증가시키는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 오차 증폭부는,
상기 기준전압을 입력받는 반전 입력단과, 상기 피드백 전압을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 게이트 신호를 제공하기 위해 상기 반도체 스위치에 연결된 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함하고,
상기 게이트 신호는, 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압과의 차 전압의 크기에 대응되는 레벨을 갖는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 반도체 스위치는,
상기 입력단에 연결된 소스와, 상기 오차 증폭부의 출력단에 연결된 게이트와, 상기 피드백 회로부에 연결된 드레인을 갖는 PMOS 트랜지스터를 포함하고,
상기 PMOS 트랜지스터는, 상기 게이트 신호에 따라 소스-드레인 전류를 조절하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 피드백 회로부는,
상기 검출노드와 접지 사이에 연결된 제1 검출 저항 및 제2 검출 저항을 포함하고,
상기 제1 검출 저항 및 제2 검출 저항 사이의 접속노드인 피드백 노드에서 상기 피드백 전압을 제공하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제5항에 있어서, 상기 제1 검출 저항은 가변 저항이며,
상기 피드백 전압 제어부는 상기 제1 검출 저항의 저항값을 가변하여 상기 피드백 전압을 조절하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제6항에 있어서, 피드백 전압 제어부는,
상기 배터리 전압이 증가하면, 상기 제1 검출 저항의 저항 값을 증가시켜 상기 피드백 전압을 감소시키는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제6항에 있어서, 피드백 전압 제어부는,
상기 배터리 전압이 감소하면, 상기 제1 검출 저항의 저항 값을 감소시켜 상기 피드백 전압을 증가시키는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
제1항에 있어서, 상기 전압 감지부는,
상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 복수개의 저항;
상기 복수개의 저항 사이의 노드 중 제1 노드의 제1 전압과, 제1 비교전압을 비교하는 제1 비교기;
상기 복수개의 저항 사이의 노드 중 제2 노드의 제2 전압과, 제2 비교전압을 비교하는 제2 비교기; 및
상기 제1 비교기와 제2 비교기의 비교 결과에 따라 상기 배터리 전압을 감지하는 배터리 전압 감지부; 를 포함하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터.
배터리 전압을 감지하며, 상기 감지되는 배터리 전압에 따라 출력 전압을 조정하는 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터; 및
상기 출력 전압을 이용하여 고주파 스위치에 온 또는 오프 신호를 출력하는 스위칭 제어부;
를 포함하는 고주파 스위치 제어 장치.
제10항에 있어서, 상기 로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터는,
기준 전압과 피드백 전압 사이의 전압차에 따라 게이트 신호를 제공하는 오차 증폭부;
상기 게이트 신호에 따라 배터리 전압을 입력받는 입력단과 접지 사이의 전류를 조절하는 반도체 스위치;
상기 반도체 스위치와 접지 사이의 검출노드에서 검출 전압을 분할 검출하여 피드백 전압을 제공하는 피드백 회로부;
상기 검출노드와 출력단 사이에 접속되어, 상기 출력단으로 제공되는 출력전류에 따라 출력 전압을 강하 시키는 전압 강하부;
상기 배터리 전압을 감지하는 전압 감지부; 및
상기 감지되는 배터리 전압에 따라 상기 피드백 전압을 조절하는 피드백 전압 제어부;
를 포함하는 고주파 스위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 피드백 전압 제어부는,
상기 배터리 전압이 증가하면, 상기 피드백 전압을 감소시키고, 상기 배터리 전압이 감소하면, 상기 피드백 전압을 증가시키는 고주파 스위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 오차 증폭부는,
상기 기준전압을 입력받는 반전 입력단과, 상기 피드백 전압을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 게이트 신호를 제공하기 위해 상기 반도체 스위치에 연결된 출력단을 갖는 연산 증폭기를 포함하고,
상기 게이트 신호는, 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압과의 차 전압의 크기에 대응되는 레벨을 갖는 고주파 스위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 반도체 스위치는,
상기 입력단에 연결된 소스와, 상기 오차 증폭부의 출력단에 연결된 게이트와, 상기 피드백 회로부에 연결된 드레인을 갖는 PMOS 트랜지스터를 포함하고,
상기 PMOS 트랜지스터는, 상기 게이트 신호에 따라 소스-드레인 전류를 조절하는 고주파 스위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 피드백 회로부는,
상기 검출노드와 접지 사이에 연결된 제1 검출 저항 및 제2 검출 저항을 포함하고,
상기 제1 검출 저항 및 제2 검출 저항 사이의 접속노드인 피드백 노드에서 상기 피드백 전압을 제공하는 고주파 스위치 제어 장치.
제15항에 있어서, 상기 제1 검출 저항은 가변 저항이며,
상기 피드백 전압 제어부는 상기 제1 검출 저항의 저항값을 가변하여 상기 피드백 전압을 조절하는 고주파 스위치 제어 장치.
제16항에 있어서, 피드백 전압 제어부는,
상기 배터리 전압이 증가하면, 상기 제1 검출 저항의 저항 값을 증가시켜 상기 피드백 전압을 감소시키는 고주파 스위치 제어 장치.
제16항에 있어서, 피드백 전압 제어부는,
상기 배터리 전압이 감소하면, 상기 제1 검출 저항의 저항 값을 감소시켜 상기 피드백 전압을 증가시키는 고주파 스위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 전압 감지부는,
상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 복수개의 저항;
상기 복수개의 저항 사이의 노드 중 제1 노드의 제1 전압과, 제1 비교전압을 비교하는 제1 비교기;
상기 복수개의 저항 사이의 노드 중 제2 노드의 제2 전압과, 제2 비교전압을 비교하는 제2 비교기; 및
상기 제1 비교기와 제2 비교기의 비교 결과에 따라 상기 배터리 전압을 감지하는 배터리 전압 감지부; 를 포함하는 고주파 스위치 제어 장치.