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KR20020071761A - 직류-직류 변환기, 전원 회로 및 그 제어 방법 - Google Patents

직류-직류 변환기, 전원 회로 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20020071761A
KR20020071761A KR1020020011851A KR20020011851A KR20020071761A KR 20020071761 A KR20020071761 A KR 20020071761A KR 1020020011851 A KR1020020011851 A KR 1020020011851A KR 20020011851 A KR20020011851 A KR 20020011851A KR 20020071761 A KR20020071761 A KR 20020071761A
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KR
South Korea
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voltage
transistor
power supply
current
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KR1020020011851A
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Inventor
나카가와신이치
이토히데노브
Original Assignee
후지쯔 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은 소비 전력을 줄이고 출력 전압의 상승을 고속화할 수 있는 DC-DC 변환기를 제공하는 것을 과제로 한다.
전압 생성부(23)는 출력 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작에 기초하여, 전원 전압(Vp)과 다른 직류 전압(Vo1)을 생성하고, 제어부(14)는 상기 출력 트랜지스터 (Tr1)의 스위칭 동작을 제어한다. 전류 검출부(24)는 전압 생성부(23)로부터 출력되는 부하 전류를 검출하고, 정지 제어부(25)는 부하 전류가 소정치 이하일 때, 전류 검출부(24)의 검출 신호(Vd)에 기초하여 상기 출력 트랜지스터(Tr1)를 온 상태로 유지하는 동시에, 제어부(14)의 동작을 정지시킨다.

Description

직류-직류 변환기, 전원 회로 및 그 제어 방법{DC-DC CONVERTER, POWER SUPPLY CIRCUIT, METHOD FOR CONTROLLING DC-DC CONVERTER, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER SUPPLY CIRCUIT}
본 발명은 휴대용 전자 기기에 사용되는 전원 회로에 관한 것이다.
최근, 휴대 전화기는 점점 더 소형화 되어, 전원 회로를 구성하는 전원 IC은 다채널화 및 저전압화가 진행되고 있다. 또, 배터리의 수명을 연장하기 위해서, 전원 회로의 저소비 전력화가 필요하게 되었다.
종래의 휴대 전화기용 전원 회로의 일례를 도 9에 따라서 설명한다. DC-DC 변환기(1)는 제어부(2)의 동작에 의해, P 채널 MOS 트랜지스터(Tr1)가 스위칭 동작을 반복하면, 인덕터(3), 용량(4) 및 플라이백 다이오드(5)의 동작에 의해, 배터리 (6)로부터 공급되는 전원 전압(Vp)을 감압한 출력 전압(Vo1)을 출력한다.
DC-DC 변환기의 출력 전압(Vo1)은 LDO(Low Drop Out) 조정기(7)에 전원으로서 입력된다. LDO 조정기(7)는 비교기(8)의 출력 신호에 기초하여 P 채널 MOS 트랜지스터(Tr2)를 온시켜, 입력 전압(Vo1)을 감압한 출력 전압(Vo2) 및 출력 전류 (Io2)를 부하 회로에 출력한다.
출력 전압(Vo2)은 저항(R1, R2)에서 분압되어 비교기(8)에 입력된다. 그리고, 출력 전압(Vo2)이 상승하면, 비교기(8)의 출력 전압이 상승하여 트랜지스터 (Tr2)의 출력 전류가 감소하고, 출력 전압(Vo2)이 저하하면, 비교기(8)의 출력 전압이 저하하여 트랜지스터(Tr2)의 출력 전류가 증대된다. 따라서, 출력 전압(Vo2)은 저항(R1, R2)에 의해 설정되는 소정 전압으로 유지된다.
상기 제어부(2) 및 비교기(8)에는 제어 신호(CNT)가 입력된다. 이 제어 신호 (CNT)는 출력 전압(Vo1, Vo2)이 공급되는 부하 회로가 대기 상태로 될 때, 예컨대 L 레벨이 된다. 그리고, 그 제어 신호(CNT)에 의해 제어부(2) 및 비교기(8)가 불활성화되어 트랜지스터(Tr1, Tr2)가 오프 되며, 출력 전압(Vo1, Vo2)의 출력이 정지된다.
상기와 같은 전원 회로에서 동작 시작시의 출력 전압(Vo2)의 상승 특성을 도 5에 설명한다.
배터리로부터 전원(Vp)의 공급이 시작되면, DC-DC 변환기(1)에 공급되는 전원 전압(Vp)이 상승하는 동시에, 제어 신호(CNT)의 전압 레벨이 전원 전압(Vp)에 동기하여 상승한다.
이 때, DC-DC 변환기(1)에서는 전원 전압(Vp)이 소정 전압(V1)에 도달할 때까지, 제어부(2)의 동작은 정지하고 있어, 트랜지스터(Tr1)는 오프 상태로 유지된다. 따라서, 전원 전압(Vp)이 소정 전압(V1)에 도달할 때까지 DC-DC 변환기의 출력 전압(Vo1)은 상승하지 않는다.
전원 전압(Vp)이 소정 전압(V1)에 도달하면, 제어부(2)가 동작을 시작하여, 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작이 시작된다. 이 때, 출력 전압(Vo1)의 급격한 상승에 의한 문제점을 방지하기 위해서, 트랜지스터(Tr1)의 온 시간은 서서히 길어지도록 제어되어, 출력 전압(Vo1)은 완만하게 상승된다.
출력 전압(Vo1)이 소정 전압(V2)에 도달하면, LDO 조정기(7)의 비교기(8)가 동작을 시작하여, 출력 전압(Vo2)을 출력한다.
상기와 같은 전원 회로에서는 H 레벨의 제어 신호(CNT)에 기초하여, 제어부 (2)가 동작을 시작하면, 그 제어부(2)에서 소비 전류(I1)가 소비되고, 비교기(8)가 동작을 시작하면, 그 비교기(8)에서 소비 전류(I2)가 소비된다.
이 소비 전류(I1, I2)는 제어 신호(CNT)가 H 레벨로 되어, DC-DC 변환기(1) 및 LDO 조정기(7)로부터 출력 전압(Vo1, Vo2)이 출력되고 있는 상태에서는 일정한 전류가 소비된다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, LDO 조정기(7)가 부하 회로에 공급하는 부하 전류(Io2)의 크기에 상관없이, 제어부(2) 및 비교기(8)의 총 소비 전류(Icc)는 일정하게 된다.
이 결과, LDO 조정기(7)의 부하 전류(Io2)가 작아질수록, DC-DC 변환기(1) 및 LDO 조정기(7)에서의 소비 전력의 비율이 증가하여, 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 전원(Vp)의 인가시에, DC-DC 변환기(1)의 출력 전압(Vo1)이 서서히 상승됨으로써, 전원(Vp)을 인가하기 시작하면서부터 LDO 조정기(7)의 출력 전압(Vo2)이 소정 레벨까지 상승할 때까지 소요되는 지연 시간(t1)이 필요하다.
따라서, 전원 인가시에 LDO 조정기(7)의 출력 전압(Vo2)의 상승이 느린 문제점이 있다.
또한, 전원(Vp)이 인가되고 있는 상태에서, 제어 신호(CNT)가 L 레벨이 되면, DC-DC 변환기(1) 및 LDO 조정기(7)에 있어서, 트랜지스터(Tr1, Tr2)가 오프가 되어, 출력 전압(Vo1, Vo2) 레벨이 저하된다.
그리고, 이 상태에서 제어 신호(CNT)가 재차 H 레벨로 상승되면, DC-DC 변환기(1)의 출력 전압(Vo1)은 서서히 상승됨으로써, 출력 전압(Vo1) 상승의 시작에서부터 LDO 조정기(7)의 출력 전압(Vo2)이 소정 레벨까지 상승할 때까지, 전원 인가시와 같은 지연 시간(t3)이 필요하다.
본 발명의 목적은 소비 전력을 저감하고, 또한 출력 전압의 상승을 고속화할 수 있는 전원 회로를 제공하는 데에 있다.
도 1은 본 발명의 원리 설명도.
도 2는 전원 회로를 도시하는 개요도.
도 3은 부하 전류 검출기 및 LDO 조정기를 도시하는 회로도.
도 4는 DC-DC 변환기의 제1 실시예를 도시하는 회로도.
도 5는 종래예 및 제1 실시예의 동작을 도시하는 파형도.
도 6은 PWM 비교기 및 PFM 제어부의 동작을 도시하는 파형도.
도 7은 PWM 비교기 및 PFM 제어부의 동작을 도시하는 설명도.
도 8은 DC-DC 변환기의 제2 실시예를 도시하는 회로도.
도 9는 종래예를 도시하는 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
14 : 제어부
23 : 전압 생성부
24 : 전류 검출부
25 : 정지 제어부
Tr1 : 출력 트랜지스터
Vo1 : 직류 전압
Vp : 전원 전압
Vd : 검출 신호
도 1은 청구범위 제1항의 원리 설명도이다. 즉, 전압 생성부(23)는 출력 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작에 기초하여, 전원 전압(Vp)과 다른 직류 전압(Vo1)을 생성하고, 제어부(14)는 상기 출력 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작을 제어한다. 전류 검출부(24)는 상기 전압 생성부(23)로부터 출력되는 부하 전류를 검출하고, 정지 제어부(25)는 상기 부하 전류가 소정치 이하일 때, 상기 전류 검출부(24)의 검출 신호(Vd)에 기초하여 상기 출력 트랜지스터(Tr1)를 온 상태로 유지하는 동시에, 상기 제어부(14)의 동작을 정지(전류원의 불활성화)시킨다.
또한, 도 2에 도시하는 전원 회로는 출력 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작에 기초하여, 전원 전압(Vp)을 감압한 감압 전압(Vo1)을 생성하는 감압 전압 생성부와, 상기 출력 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작을 제어하는 제어부(14)를 구비한 DC-DC 변환기(11)와, 상기 감압 전압(Vo1)을 전원으로 하여 직류 전압(Vo2)을 출력하는 LDO 조정기(12)를 구비한다. 부하 전류 검출부(26)에서 상기 LDO 조정기 (12)로부터 출력되는 부하 전류가 검출되고, 상기 부하 전류가 소정치 이하일 때, 제어부(14)에 의해 상기 부하 전류 검출부(26)의 검출 신호(Vd)에 기초하여 상기 출력 트랜지스터(Tr1)가 온 상태로 유지되어, 상기 제어부(14)의 동작이 정지(전류원의 불활성화)된다.
제1 실시예
도 2는 본 발명을 구체화한 전원 회로의 제1 실시예를 도시한다. 이 전원 회로는 DC-DC 변환기(11)와 LDO 조정기(12)로 구성된다.
상기 DC-DC 변환기(11)는 제어부(14)와 외부 장착 소자로 구성된다. 외부 장착 소자로 구성되는 출력 트랜지스터(Tr1), 인덕터(3), 용량(4) 및 플라이백 다이오드(5)는 상기 종래예와 같은 식의 구성이다.
그리고, DC-DC 변환기(11)의 출력 전압(Vo1)은 LDO 조정기(12)에 전원으로서 공급된다.
상기 LDO 조정기(12)의 비교기(8), 출력 트랜지스터(Tr2), 저항(R1, R2)의 구성은 상기 종래예와 마찬가지다. 그리고, 트랜지스터(Tr2)의 드레인 전압이 출력 전압(Vo2)으로서 출력된다.
또한, 출력 단자와 접지(GND) 사이에 접속되는 용량(C2)은 외부 장착 소자이며, 출력 전압(Vo2)을 평활하도록 동작한다.
상기 LDO 조정기(12)는 상기 LDO 조정기(12)에서 부하 회로로 출력되는 부하 전류(Io2)를 검출하는 부하 전류 검출기(26)를 갖추고 있다. 상기 부하 전류 검출기(26)는 상기 부하 전류(Io2)의 전류치에 기초한 검출 신호를 상기 제어부(14)에 출력한다.
상기 LDO 조정기(12)의 비교기(8)에는 대기시에 L 레벨로 되는 제어 신호 (CNT)가 입력된다. 그리고, 제어 신호(CNT)가 L 레벨로 되면, 트랜지스터(Tr2)는 오프 되어, 출력 전압(Vo2)이 접지(GND) 레벨로 된다.
상기 부하 전류 검출기(26)의 구체적 구성을 도 3에 따라서 설명한다. 상기 비교기(8)의 출력 신호는 P 채널 MOS 트랜지스터(Tr3)의 게이트에 입력되고, 이 트랜지스터(Tr3)의 소스에는 상기 전원(Vo1)이 공급되고, 드레인은 저항(R3)을 통해 접지(GND)에 접속되어 있다.
따라서, 트랜지스터(Tr3)의 게이트는 트랜지스터(Tr2)의 게이트와 동일한 전위가 되기 때문에, 트랜지스터(Tr2, Tr3)는 전류 미러 동작을 한다.
상기 트랜지스터(Tr3)의 드레인 전위(Vd)는 부하 전류(Io2)가 증대했을 때 상승하고, 감소했을 때 저하하기 때문에, 부하 전류(Io2)의 검출 신호로 된다. 그리고, 드레인 전위(Vd)가 비교기(13a, 13b)에 입력되는 동시에, 상기 DC-DC 변환기(11)에 입력된다.
상기 비교기(13a)는 드레인 전위(Vd)와 기준 전압(Vr1)을 비교하여, 그 비교 결과를 출력 신호(cm1)로서 DC-DC 변환기(11)에 출력한다. 상기 비교기(13b)는 드레인 전위(Vd)와 기준 전압(Vr2)를 비교하여, 그 비교 결과를 출력 신호(cm2)로서DC-DC 변환기(11)에 출력한다. 상기 기준 전압(Vr1)은 기준 전압(Vr2)보다 높은 전압로 설정되어 있다.
상기 DC-DC 변환기(11)의 구체적 구성을 도 4에 따라서 설명한다.
상기 제어부(14)는 상기 LDO 조정기(12)의 외부 장착 소자를 제외한 부분 및 상기 비교기(13a, 13b)와 함께 1칩의 반도체 소자로서 구성된다.
상기 제어부(14)는 출력 전압(Vo1)이 오차 검출용 증폭기(15)에 입력되고, 오차 검출용 증폭기(15)의 출력 신호가 PWM 비교기(16)에 입력된다. 상기 오차 검출용 증폭기(15)의 입출력 단자 사이에는 외부 장착 소자로 구성되는 위상 보상용의 용량(C1) 및 저항(R4)이 직렬로 접속된다. 또, 용량(C1)과 저항(R4)의 접속은 반대라도 좋다.
상기 PWM 비교기(16)는 발진기(17)로부터 출력되는 소정 주파수의 삼각파 또는 톱니파(CT)와, 오차 검출용 증폭기(15)로부터 출력되는 직류 전압(FB)을 비교한다. 그리고, PWM 비교기(16)는 오차 검출용 증폭기(15)로부터 출력되는 직류 전압 (FB) 레벨에 기초하여 듀티가 변하는 소정 주파수의 펄스 신호(SG1)를 PFM 제어부 (18)에 출력한다.
상기 PFM 제어부(18)에는 상기 비교기(13a, 13b)의 출력 신호(cm1, cm2)가 입력되고, 그 출력 신호(cm1, cm2)에 기초하여, PWM 비교기(16)로부터 입력되는 펄스 신호(SG1)의 주파수를 제어하여 AND 회로(19)에 출력한다.
즉, LDO 조정기(12)의 부하 전류가 변동하여, 상기 드레인 전압(Vd)이 상승 또는 하강할 때, 비교기(13a, 13b)의 출력 신호의 조합은 3단계로 변화되고, 비교기(13a, 13b)의 출력 신호의 조합에 기초하여, PFM 제어부(18)는 입력되는 펄스 신호(SG1)의 주파수를 3단계로 제어하여 출력한다.
그리고, PFM 제어부(18)는 드레인 전압(Vd)의 상승에 따라 주파수를 높게 하도록 제어한다.
상기 LDO 조정기(12)의 드레인 전압(Vd)은 DC-DC 변환기(11)의 비교기(20)의 플러스측 입력 단자에 입력되고, 그 비교기(20)의 마이너스측 입력 단자에는 기준 전압(Vr3)이 입력된다. 기준 전압(Vr3)은 기준 전압(Vr2)보다 저전압이다.
그리고, 비교기(20)는 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr3)보다 낮아지면, L 레벨의 출력 신호를 상기 AND 회로(19)에 출력하고, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압 (Vr3)보다 높아지면, H 레벨의 출력 신호를 AND 회로(19)에 출력한다.
상기 AND 회로(19)의 출력 신호는 상기 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 입력된다.
상기 비교기(20)의 출력 신호는 스위치 회로(21)에 입력된다. 스위치 회로 (21)는 L 레벨의 입력 신호에 기초하여, NPN 트랜지스터(Tr4)의 베이스를 접지 (GND)에 접속하고, H 레벨의 입력 신호에 기초하여, 상기 트랜지스터(Tr4)의 베이스에 기준 전압(Vr4)을 공급한다.
상기 트랜지스터(Tr4)의 컬렉터는 전원(Vp)으로부터 전류원 회로(22a)를 통해 컬렉터 전류가 공급되고, 에미터는 저항(R5)을 통해 접지(GND)에 접속된다.
그리고, 상기 트랜지스터(Tr4)의 베이스에 기준 전압(Vr4)이 공급되면, 트랜지스터(Tr4)가 온 되어, 전류원 회로(22a)로부터 컬렉터 전류가 공급된다. 또한,상기 트랜지스터(Tr4)의 베이스가 접지(GND)에 접속되면, 트랜지스터(Tr4)가 오프 된다.
상기 오차 검출용 증폭기(15), PWM 비교기(16) 및 발진기(17)에는 전원(Vp)으로부터 각각의 전류원 회로(22b∼22d)를 통해 동작 전류가 공급된다.
상기 전류원 회로(22a)는 제어 신호(CS)를 각 전류원 회로(22b∼22d)에 출력한다. 그리고, 전류원 회로(22a)가 트랜지스터(Tr4)에 컬렉터 전류를 공급할 때, 전류원 회로(22a)에서 출력되는 제어 신호(CS)에 의해, 각 전류원 회로(22b∼22d)가 활성화된다.
다음에, 전술한 바와 같이 구성된 전원 회로의 동작을 설명한다.
전원 인가시에는 LDO 조정기(12)의 드레인 전압(Vd)은 접지(GND) 레벨이다. 그렇게 하면, DC-DC 변환기(11)의 비교기(20)의 출력 신호는 L 레벨로 되어, AND 회로(19)의 출력 신호는 L 레벨이 된다.
따라서, 전원 인가시에는 트랜지스터(Tr1)는 온 상태로 유지되고, 도 5에 도시한 바와 같이, DC-DC 변환기(11)의 출력 전압(Vo1)은 전원(Vp)의 상승 시작에서부터 약간 지연되어 우선 급격하게 상승되고, 이어서 전원(Vp)의 상승과 거의 동일한 기울기로 동시에 전원(Vp) 레벨까지 상승된다.
계속해서, DC-DC 변환기(11)의 출력 전압(Vo1)이 소정 전압(V2)까지 상승하면, LDO 조정기가 동작을 시작하여, 트랜지스터(Tr2)가 온이 되어, 출력 전압(Vo2)이 출력된다.
이 때, 트랜지스터(Tr2)와 전류 미러로 동작하는 트랜지스터(Tr3)의 동작에의해, 드레인 전압(Vd)이 상승한다. 그리고, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr3)보다 높아지면, 비교기(20)의 출력 신호는 H 레벨이 된다.
그렇게 하면, AND 회로(19)는 PFM 제어부(18)의 출력 신호를 트랜지스터 (Tr1)의 게이트에 출력하여, 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작이 시작된다. 이 결과, 출력 전압(Vo1)은 그 전압 레벨이 전원(Vp) 레벨에서부터 서서히 떨어진 후, 소정 레벨로 수렴된다.
LDO 조정기(12)로부터 부하 회로에 출력되는 부하 전류(Io2)가 작아지면, 트랜지스터(Tr2)의 드레인 전류가 감소하고, 마찬가지로 트랜지스터(Tr3)의 드레인 전류도 감소한다.
그렇게 하면, 트랜지스터(Tr3)의 드레인 전압(Vd)이 저하하여 기준 전압 (Vr3)보다 낮아지면, 비교기(20)의 출력 신호가 L 레벨이 된다. 비교기(20)의 출력 신호가 L 레벨이 되면, AND 회로(19)의 출력 신호는 L 레벨이 되어, 트랜지스터 (Tr1)는 온 상태로 유지된다.
또한, 스위치 회로(21)가 전환되어 트랜지스터(Tr4)의 베이스는 접지(GND)에 접속되어, 트랜지스터(Tr4)가 오프 된다. 그렇게 하면, 전류원 회로(22a)에서 출력되는 제어 신호(CS)에 의해, 각 전류원 회로(22b∼22d)가 불활성화되어, 오차 검출용 증폭기(15), PWM 비교기(16) 및 발진기(17)로 동작 전류의 공급이 차단된다.
따라서, 오차 검출용 증폭기(15), PWM 비교기(16) 및 발진기(17)에서의 소비 전력은 0이 된다.
또한, LDO 조정기(12)로부터 출력되는 부하 전류(Io2)가 증대되면, 비교기(20)의 출력 신호는 H 레벨이 되어, 오차 검출용 증폭기(15), PWM 비교기(16) 및 발진기(17)가 활성화되어, 트랜지스터(Tr1)가 스위칭 동작하는 상태로 복귀한다.
상기와 같은 제어부(14)의 동작을 도 6 및 도 7에 따라서 설명하면, LDO 조정기(12)로부터 출력되는 부하 전류(Io2)가 감소하여, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr3)보다 낮은 레벨일 때, 트랜지스터(Tr1)는 온 상태로 고정된다.
부하 전류(Io2)가 증대되어, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr3)보다 높고, 또 기준 전압(Vr2)보다 낮은 경우에는 비교기(20)의 출력 신호는 H 레벨이 되기 때문에, AND 회로(19)는 PFM 제어부(18)의 출력 신호를 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 출력하는 상태가 된다.
또한, 비교기(13a, 13b)의 출력 신호(cm1, cm2)는 함께 L 레벨로 되고, PFM 제어부(18)에서는 PWM 비교기(16)의 출력 신호(SG1)의 1/4 주파수의 신호(SG2)가 생성되어, 그 신호(SG2)에 기초하여 출력 신호(SG3)가 생성된다.
부하 전류(Io2)가 더욱 증대하여, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr2)보다 높고, 또 기준 전압(Vr1)보다 낮은 경우에는 비교기(20)의 출력 신호는 H 레벨이 되어, AND 회로(19)는 PFM 제어부(18)의 출력 신호를 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 출력한다.
또한, 비교기(13a, 13b)의 출력 신호(cm1)는 L 레벨, 출력 신호(cm2)는 H 레벨이 되어, PFM 제어부(18)에서는 PWM 비교기(16)의 출력 신호(SG1)의 1/2의 주파수 신호(SG4)가 생성되고, 그 신호(SG4)에 기초하여 출력 신호(SG5)가 생성된다.
따라서, 드레인 전압(Vd)이 Vr3<Vd<Vr1인 범위에서는 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작은 PFM 제어부(18)에 의해 제어되는 영역이 된다.
부하 전류(Io2)가 더욱 증대되어, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr1)보다 높아지면, 비교기(20)의 출력 신호는 H 레벨이 되고, AND 회로(19)는 PFM 제어부(18)의 출력 신호를 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 출력한다.
또한, 비교기(13a, 13b)의 출력 신호(cm1, cm2)는 함께 H 레벨로 되어, PFM 제어부(18)에서는 PWM 비교기(16)의 출력 신호(SG1)를 반전시킨 출력 신호(SG6)가 생성된다.
따라서, 드레인 전압(Vd)이 기준 전압(Vr1)보다 높아지면, 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작은 PWM 비교기(16)에 의해 제어되는 영역이 된다.
전술한 바와 같이 구성된 전원 회로에서는 다음에 나타내는 작용 효과를 얻을 수 있다.
(1) 전원(Vp)의 인가시에, DC-DC 변환기(11)의 출력 트랜지스터(Tr1)를 온 상태로 유지하여, 출력 전압(Vo1)을 전원(Vp)의 상승과 거의 동시에 상승할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 전원(Vp)의 상승에서부터 LDO 조정기(12)의 출력 전압(Vo2)이 소정 전압에 달할 때까지의 지연 시간(t2)을 단축할 수 있다. 이 결과, 전원(Vp) 인가시의 LDO 조정기(12)의 출력 전압(Vo2)의 상승을 고속화할 수 있다.
(2) 도 5에 도시한 바와 같이, LDO 조정기(12)로부터 출력되는 부하 전류 (Io2)가 감소할 때, DC-DC 변환기(11)의 출력 트랜지스터(Tr1)를 온 상태로 유지하여, 출력 전압(Vo1)을 공급하면서(이 때, Vo1은 Vp에 가까워짐), DC-DC 변환기(11)의 제어부(14)의 동작을 정지시킬 수 있다. 이 때, 전원 회로의 소비 전류는 비교기(8)의 소비 전류(I2)만이 되기 때문에, 이 전원 회로의 소비 전류(Icc)를 저감할 수 있다.
(3) 제어 신호(CNT)에 의해 LDO 조정기(12)의 동작을 오프시키면, DC-DC 변환기(11)의 제어부(14)의 동작을 정지시키면서, LDO 조정기(12)에 전원(Vo1)을 공급할 수 있다. 그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 일정한 전원 전압(Vp)이 공급되고 있는 상태에서, LDO 조정기(12)가 오프 상태에서 온 상태로 이행할 때, LDO 조정기(12)에 전원(Vo1)이 항상 공급되고 있기 때문에, 제어 신호(CNT)의 상승에서부터 출력 전압(Vo2)이 상승할 때까지의 지연 시간(t4)을 단축하여, 출력 전압(Vo2)의 상승을 고속화할 수 있다.
제2 실시예
도 8은 제2 실시예를 도시한다. 이 실시예는 제1 실시예의 구성을 일부 변경한 DC-DC 변환기(11)와, 제1 실시예와 같은 식의 LDO 조정기(12)로 구성된다.
즉, PFM 제어부(18)의 출력 신호는 NAND 회로(27a, 27b)를 통해 트랜지스터 (Tr1)의 게이트에 입력된다. 상기 NAND 회로(27a)에는 상기 비교기(20)의 출력 신호가 입력된다.
출력 전압 검출 회로(28)에는 출력 전압(Vo1)이 입력된다. 그리고, 출력 전압 검출 회로(28)는 출력 전압(Vo1)이 접지(GND) 레벨 근방의 소정 레벨 이하까지 떨어졌을 때, L 레벨의 출력 신호(CS2)를 상기 NAND 회로(27b) 및 AND 회로(29)에 출력한다.
상기 AND 회로(29)에는 상기 제어 신호(CNT)가 입력되어, 그 AND 회로(29)의 출력 신호는 P 채널 MOS 트랜지스터(Tr5)의 게이트에 입력된다.
상기 트랜지스터(Tr5)는 제어부(14)와 동일 칩 내에 형성되어, 상기 트랜지스터(Tr1)에 비하여 온 저항이 큰 트랜지스터로 형성되고, 그 소스에 전원(Vp)이 공급되는 동시에, 드레인은 상기 출력 전압(Vo1)의 출력 단자에 접속된다.
DC-DC 변환기(11)의 상기 이외의 구성은 상기 제1 실시예와 마찬가지다.
전술한 바와 같이 구성된 전원 회로에서는 DC-DC 변환기(11)의 출력 전압 (Vo1)이 공급되는 부하 회로에 있어서, 어떠한 문제점에 의해 과부하 상태가 발생하여 트랜지스터(Tr1)에 과전류가 흘러, 출력 전압(Vo1)의 전압 레벨이 저하할 때, 출력 전압 검출 회로(28)가 L 레벨의 출력 신호(CS2)를 출력한다.
그렇게 하면, NAND 회로(27a)의 출력 신호에 상관없이, NAND 회로(27b)의 출력 신호는 H 레벨이 되어 트랜지스터(Tr1)가 오프가 된다. 따라서, 과전류에 의한 트랜지스터(Tr1)의 파손을 미연에 방지할 수 있다.
이 때, 출력 전압 검출 회로(28)의 L 레벨의 출력 신호(CS2)에 의해, AND 회로(29)의 출력 신호는 L 레벨이 되고, 트랜지스터(Tr5)가 고저항에 의해 온 되어, 트랜지스터(Tr5)로부터 부하 회로에 부하 전류가 공급된다. 따라서, 트랜지스터 (Tr5)는 트랜지스터(Tr1)의 보조 트랜지스터로서 동작한다.
이어서, 출력 전압(Vo1)이 상승하여, 출력 전압 검출 회로(28)의 출력 신호 (CS2)가 H 레벨이 되면, 트랜지스터(Tr1)가 다시 온으로 되어 통상 상태로 복귀한다.
또한, 전원(Vp)의 인가시에는 전원(Vp)과 동기하여 상승하는 제어 신호(CNT)가 AND 회로(29)에서 L 레벨이라고 판정되는 동안에는 트랜지스터(Tr5)가 온이 된다.
이 때, 트랜지스터(Tr1)도 병행하여 온으로 되기 때문에, 출력 전압(Vo1)은 전원(Vp) 레벨까지 신속히 끌어올려진다. 그리고, 출력 전압(Vo1)의 상승 속도의 고속화에 의해, LDO 조정기(12)의 상승 속도가 고속화된다.
또한, 제어 신호(CNT)가 L 레벨이 되어, LDO 조정기(12)의 출력 전압(Vo2)이 저하할 때, DC-DC 변환기(11)에서는 트랜지스터(Tr1)가 온 상태로 유지되는 동시에, 트랜지스터(Tr5)가 병행하여 온이 된다. 따라서, 출력 전압(Vo1)은 전원(VP) 레벨까지 신속히 끌어올려진다.
전술한 바와 같이 구성된 전원 회로에서는 상기 제1 실시예에서 얻어진 작용 효과 이외에, 다음에 나타내는 작용 효과를 얻을 수 있다.
(1) 과부하시에 트랜지스터(Tr1)를 보호하기 위해서 형성된 트랜지스터(Tr5)를 사용하여, 전원(Vp)의 인가시에 DC-DC 변환기(11)의 출력 전압(Vo1)의 상승을 상기 제1 실시예에 비하여 더욱 고속화할 수 있다.
(2) 제어 신호(CNT)를 L 레벨로 내려, LDO 조정기(12)의 동작을 정지시킬 때, DC-DC 변환기(11)의 출력 전압(Vo1)을 전원(Vp) 레벨까지 신속히 끌어올릴 수 있다.
상기 각 실시예는 다음에 나타낸 바와 같이 변경할 수도 있다.
·전류원 회로(22a)에서 출력되는 제어 신호(CS)에 의해, 전류원 회로(22b∼22d)를 불활성화하는 대신에, 오차 검출용 증폭기(15), PWM 비교기(16) 및 발진기 (17)와 접지(GND)의 접속을 차단하는 구성으로 하더라도 좋다.
·기준 전압(Vr1∼Vr3)은, 저항(R3)을 분할하여, 드레인 전압을 저항 분할한 전압을 공급하여도 좋다.
·PFM 제어와 PWM 제어를 전환하여 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 주파수를 변화시키는 구성 대신에, 발진기(17)의 출력 주파수를 변화시키는 구성으로 하여도 좋다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 소비 전력의 저감 및 전원 인가시의 출력 전압의 상승을 고속화할 수 있는 DC-DC 변환기를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 출력 트랜지스터의 스위칭 동작에 기초하여, 전원 전압과 다른 직류 전압을 생성하는 전압 생성부와,
    상기 출력 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 구비한 직류- 직류(DC-DC) 변환기에 있어서,
    상기 전압 생성부에서 출력되는 부하 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 부하 전류가 소정치 이하일 때, 상기 전류 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 출력 트랜지스터를 온 상태로 유지하는 동시에, 상기 제어부의 동작을 정지시키는 정지 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 직류-직류 변환기.
  2. 출력 트랜지스터의 스위칭 동작에 기초하여, 전원 전압을 감압한 감압 전압을 생성하는 감압 전압 생성부와, 상기 출력 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제어부로 이루어지는 DC-DC 변환기와, 상기 감압 전압을 전원으로 하여 직류 전압을 출력하는 LDO 조정기를 구비한 전원 회로에 있어서,
    상기 LDO 조정기로부터 출력되는 부하 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 부하 전류가 소정치 이하일 때, 상기 전류 검출부의 검출 신호에 기초하여 상기 출력 트랜지스터를 온 상태로 유지하는 동시에, 상기 제어부의 동작을 정지시키는 정지 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류 검출부는,
    상기 LDO 조정기의 출력 트랜지스터에 대하여 전류 미러로 동작하는 전류 검출용 트랜지스터와,
    상기 전류 검출용 트랜지스터의 출력 전류를 전압으로 변환하여 상기 검출 신호로서 출력하는 저항으로 구성한 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 정지 제어부는,
    상기 검출 신호와 기준 전압을 비교하는 비교기와,
    상기 비교기의 출력 신호에 기초하여, 상기 출력 트랜지스터를 온 상태로 유지하는 게이트 제어 회로와,
    상기 비교기의 출력 신호에 기초하여, 상기 제어부로 전원 공급을 차단하는 전원 차단 회로로 구성한 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는 오차 검출용 증폭기와, PWM 비교기와, 발진기와, PFM 제어부로 구성하고,
    상기 전원 차단 회로는 상기 오차 검출용 증폭기와, PWM 비교기와, 발진기에 각각 동작 전류를 공급하는 전류원 회로를 불활성화하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 PFM 제어부는 상기 검출 신호의 전압 레벨에 기초하여, 상기 DC-DC 변환기의 출력 트랜지스터의 스위칭 주파수를 전환하는 동작과, 이 출력 트랜지스터를 상기 PWM 비교기의 출력 신호에 기초하여 PWM 제어를 행하는 동작을 선택하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  7. 제2항에 있어서, 상기 LDO 조정기는 제어 신호의 입력에 기초하여 상기 LDO 조정기의 출력 트랜지스터를 오프시켜, 상기 부하 전류를 상기 소정치 이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부에는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환기의 출력 트랜지스터와 병렬로 동작하는 보조 트랜지스터를 설치한 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부에는,
    상기 감압 전압이 소정 레벨 이하로 되었을 때 검출 신호를 출력하는 출력 전압 검출 회로와,
    상기 검출 신호에 기초하여, 상기 DC-DC 변환기의 출력 트랜지스터를 오프시키는 게이트 제어부를 구비하고,
    상기 보조 트랜지스터는 상기 검출 신호에 기초하여, 상기 출력 트랜지스터의 오프 동작시에 온으로 하여, 상기 감압 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 보조 트랜지스터는 상기 제어부와 동일 칩 내에 형성하고, 상기 제어부에 대하여 외부 장착 소자로 구성되는 출력 트랜지스터에 대하여 온 저항치가 높은 트랜지스터로 구성한 것을 특징으로 하는 전원 회로.
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