KR101493063B1 - Voltage Protection Circuit for DC-DC Converter of Portable Device Application - Google Patents

Voltage Protection Circuit for DC-DC Converter of Portable Device Application Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기를 위한 전압 보호회로에 관한 것으로서, 상기 DC-DC 변환기에 입력되는 입력전압이 제1 기준전압보다 낮을 경우에 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 저전압 보호회로와, 상기 DC-DC 변환기에서 출력되는 출력전압이 제2 기준전압보다 높을 경우에 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 고전압 보호회로를 포함하여 구성된다.
상기 저전압 보호회로는 DC-DC 변환기에 저전압의 입력전압이 인가되었을 때에 회로의 오작동을 방지할 수 있으며, 상기 고전압 보호회로는 DC-DC 변환기에서 과도한 출력전압이 발생하였을 때에 회로를 차단하여 고전압으로 인한 소자의 파괴를 방지할 수 있다.
The present invention relates to a voltage protection circuit for a DC-DC converter for a small portable device, and more particularly, to a voltage protection circuit for a DC-DC converter for a small portable device, And a high voltage protection circuit for interrupting the operation of the DC-DC converter when an output voltage of the DC-DC converter is higher than a second reference voltage.
The low-voltage protection circuit can prevent malfunction of the circuit when a low-voltage input voltage is applied to the DC-DC converter. The high-voltage protection circuit cuts off the circuit when an excessive output voltage is generated in the DC- It is possible to prevent the breakdown of the device due to the breakdown.

Description

소형 휴대기기용 DC-DC 변환기를 위한 전압 보호회로{Voltage Protection Circuit for DC-DC Converter of Portable Device Application}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage protection circuit for a DC-

본 발명은 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기(converter)를 위한 전압 보호회로에 관한 것으로서, 특히 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기에서 입력전압과 출력전압의 오작동을 줄여줄 수 있는 저전압 보호회로(UVLO: Under Voltage Lock Out)와 고전압 보호회로(OVP: Over Voltage Protection)에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage protection circuit for a DC-DC converter for a small portable device, and more particularly, to a low voltage protection circuit (UVLO) that can reduce malfunction of input voltage and output voltage in a DC- : Under Voltage Lock Out) and Over Voltage Protection (OVP).

무선 인터넷 기반의 시설들이 확충됨에 따라 소형 휴대기기의 수요는 더욱 증가하고 있으며, 하나의 휴대기기 내에 더 많은 기능을 탑재하고자 하는 연구도 활발하게 진행되고 있다.With the expansion of facilities based on wireless Internet, the demand for small portable devices is increasing more and more research is being actively carried out to install more functions in one mobile device.

일반적으로 소형 휴대기기에 필요한 전원 전압은 배터리로부터 공급되며, 소형 휴대기기의 다양한 기능들을 동작시키기 위해서는 배터리로부터 다양한 동작 전압을 공급받아야 한다. 소형 휴대기기의 전원은 배터리의 소비 전력을 낮추면서 일정한 전압을 출력할 수 있어야 하고, 이를 위해 전원 관리 회로가 많이 사용되고 있다.Generally, the power supply voltage required for a small portable device is supplied from a battery, and various operating voltages must be supplied from the battery to operate various functions of a small portable device. The power supply of a small portable device must be capable of outputting a constant voltage while lowering the power consumption of the battery, and a power management circuit is widely used for this purpose.

최근에는 주 전원의 기능들을 하나의 칩으로 만든 전력관리 집적회로(PMIC: Power Management Integrated Circuit)의 중요성이 크게 부각되고 있다. 전력관리 집적회로(PMIC)는 출력 부하에 따라 전원의 전력이 잘 분배되도록 제어 및 관리하는 소자로서, 일반적으로 스위칭 소자와 전력 변환 및 제어 회로를 포함하는 원-칩(one-chip)으로 형성되며, 전력 변환 및 제어를 위해서 DC-DC 변환기가 많이 사용되고 있다.In recent years, power management integrated circuits (PMICs), in which the functions of the main power supply are made into a single chip, are becoming more important. The power management integrated circuit (PMIC) is an element that controls and manages the power of the power source according to an output load, and is generally formed as a one-chip including a switching element and a power conversion and control circuit DC-DC converters are widely used for power conversion and control.

도 1에 종래의 DC-DC 변환기를 사용하는 PMIC 칩의 내부를 개략적인 블록도로 나타내었다. FIG. 1 is a schematic block diagram showing the inside of a PMIC chip using a conventional DC-DC converter.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 PMIC는 적어도 하나의 DC-DC 변환기와, 온/오프 제어 및 인터페이스(ON/OFF Control and Interface)와, 다수의 LDO(Low Drop Out)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, a conventional PMIC includes at least one DC-DC converter, an ON / OFF control and interface, and a plurality of LDOs (Low Drop Out).

그러나, 외부로부터의 충격이나 오작동 등으로 인해 상기 DC-DC 변환기의 입출력 전압에 변동이 생길 수 있다. 즉, DC-DC 변환기가 소정의 기준값보다 낮은 전압을 입력받거나 혹은 소정의 기준값보다 높은 전압을 출력할 수 있으며, 이러한 저전압 또는 고전압이 발생되면 소형 휴대기기의 고장이나 오작동을 초래할 수 있다.However, the input / output voltage of the DC-DC converter may fluctuate due to external impact or malfunction. That is, the DC-DC converter receives a voltage lower than a predetermined reference value or can output a voltage higher than a predetermined reference value. If such a low voltage or a high voltage is generated, the small portable device may fail or malfunction.

따라서 종래의 소형 휴대기기에서 사용되는 DC-DC 변환기의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있는 전압 보호회로의 구성이 필수적이라는 것을 알 수 있다.
Therefore, it can be understood that the configuration of the voltage protection circuit that can improve the reliability and stability of the DC-DC converter used in the conventional small-sized portable equipment is essential.

본 발명은 종래의 소형 휴대기기용 전원 장치의 안정성 및 신뢰성을 높이기 위한 것으로서, 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기의 입출력 전압의 오작동을 방지하고 회로를 보호할 수 있는 전압 보호회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention provides a voltage protection circuit for preventing the malfunction of the input / output voltage of the DC-DC converter for a small portable device and protecting the circuit, in order to enhance stability and reliability of a power supply device for a small- The purpose.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기를 위한 전압 보호회로는, 상기 DC-DC 변환기에 입력되는 입력전압이 제1 기준전압보다 낮을 경우에 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 저전압 보호회로와, 상기 DC-DC 변환기에서 출력되는 출력전압이 제2 기준전압보다 높을 경우에 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 고전압 보호회로를 포함하여 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage protection circuit for a DC-DC converter for a small portable device, the DC-DC converter including a DC-DC converter, And a high voltage protection circuit for interrupting the operation of the DC-DC converter when the output voltage of the DC-DC converter is higher than the second reference voltage .

상기 저전압 보호회로는 상기 제1 기준전압을 생성하는 바이어스 회로부와, 상기 제1 기준전압과 상기 입력전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 차단신호를 발생하여 상기 입력전압을 차단하는 제1 비교부를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 바이어스 회로부는 상기 제1 비교부의 동작을 안정화시키는 바이어스 회로단과 자체적으로 기준전압을 생성하는 기준전압 생성단으로 이루어질 수 있다.A first comparison circuit for comparing the first reference voltage with the input voltage and generating a first cutoff signal according to the comparison result to block the input voltage; And the like. The bias circuit may include a bias circuit for stabilizing the operation of the first comparator and a reference voltage generator for generating a reference voltage by itself.

상기 저전압 보호회로는 히스테리시스 특성을 갖는 것이 바람직하다.The low-voltage protection circuit preferably has a hysteresis characteristic.

한편, 상기 고전압 보호회로는 상기 출력전압과 상기 제2 기준전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 제2 차단신호를 발생하는 제2 비교부와, 상기 제2 비교부에 일정한 전류를 공급하기 위한 제2 바이어스 회로부를 포함하여 구성될 수 있다.The high-voltage protection circuit may include a second comparator for comparing the output voltage with the second reference voltage and generating a second shut-off signal according to a comparison result, and a second comparator for supplying a constant current to the second comparator 2 bias circuit portion.

또한, 상기 고전압 보호회로는 상기 DC-DC 변환기의 동작을 제어하는 제어기에 상기 제2 차단신호를 출력하여, 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제어기는 상기 DC-DC 변환기의 출력전압을 받아 PWM 신호를 출력하고, 상기 PWM 신호와 상기 고전압 보호회로에서 생성된 차단신호(OVP OUT)가 OR 게이트(gate)를 통해 RS 래치의 리셋 단자에 연결되어, 상기 DC-DC 변환기의 스위칭 소자를 제어하도록 할 수 있다.The high-voltage protection circuit may be configured to output the second shut-off signal to the controller for controlling the operation of the DC-DC converter to shut down the operation of the DC-DC converter. Here, the controller receives the output voltage of the DC-DC converter and outputs a PWM signal, and the PWM signal and the shutoff signal OVP OUT generated in the high voltage protection circuit are reset through an OR gate (gate) Terminal to control a switching element of the DC-DC converter.

상기한 DC-DC 변환기, 제어기 및 전압 보호회로는 하나의 칩 내에 형성되어 전력관리 집적회로로 만들어질 수도 있다.
The DC-DC converter, the controller, and the voltage protection circuit described above may be formed in one chip and made into a power management integrated circuit.

본 발명에 따른 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기의 전압 보호회로는 다음과 같은 유리한 효과를 나타낸다.The voltage protection circuit of the DC-DC converter for a small portable device according to the present invention has the following advantageous effects.

본 발명에 따른 저전압 보호회로(UVLO)는 DC-DC 변환기에 저전압의 입력전압이 인가되었을 때에 회로의 오작동을 방지할 수 있으며, 본 발명에 따른 고전압 보호회로(OVP)는 DC-DC 변환기에서 과도한 출력전압이 발생하였을 때에 회로를 차단하여 고전압으로 인한 소자의 파괴를 방지할 수 있다.The low voltage protection circuit (UVLO) according to the present invention can prevent a malfunction of the circuit when an input voltage of low voltage is applied to the DC-DC converter, and the high voltage protection circuit (OVP) When the output voltage is generated, the circuit is cut off and the breakdown of the device due to the high voltage can be prevented.

이에 따라 DC-DC 변환기를 포함하는 소형 휴대기기용 전원 장치의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있으며, 소형 휴대기기의 고장이나 오작동을 방지할 수 있다.
Accordingly, it is possible to increase the stability and reliability of the power supply device for a small portable apparatus including the DC-DC converter, and to prevent malfunction and malfunction of the small portable apparatus.

도 1은 종래의 DC-DC 변환기를 사용하는 PMIC 칩의 내부 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압 보호회로를 구비하는 DC-DC 변환기의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저전압 보호회로의 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저전압 보호회로의 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저전압 보호회로의 SPICE 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 보호회로의 블록도.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 보호회로의 내부 회로도이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 보호회로의 바이어스 회로부의 회로도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 보호회로의 SPICE 시뮬레이션을 결과를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 제어기와 고전압 보호회로의 관계를 나타내는 블록도.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 보호회로의 SPICE 시뮬레이션을 결과를 나타내는 그래프.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 저전압 보호회로와 고전압 보호회로의 레이아웃을 나타내는 도면.
1 is an internal block diagram of a PMIC chip using a conventional DC-DC converter.
2 is a block diagram of a DC-DC converter having a voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram of a low voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a low-voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing SPICE simulation results of a low-voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a high voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7A is an internal circuit diagram of a high voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a circuit diagram of a bias circuit of a high voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
8 is a graph showing the results of a SPICE simulation of a high voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram showing the relationship between the controller of the DC-DC converter and the high-voltage protection circuit according to the embodiment of the present invention.
10 and 11 are graphs showing the results of a SPICE simulation of a high voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.
12 and 13 are views showing layouts of a low-voltage protection circuit and a high-voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2에 본 발명의 실시예에 따른 전압 보호회로를 구비하는 DC-DC 변환기를 나타내었다. 도 2에 나타낸 DC-DC 변환기는 일례로서 강압형 DC-DC 변환기(Buck DC-DC Converter)를 사용하고 있다.FIG. 2 shows a DC-DC converter having a voltage protection circuit according to an embodiment of the present invention. The DC-DC converter shown in Fig. 2 uses a step-down DC-DC converter (buck DC-DC converter) as an example.

도 2에 나타낸 바와 같이, DC-DC 변환기는 제어기와 전압 보호회로를 구비하고 있으며, 제어기는 DC-DC 변환기의 스위칭 소자에 연결되어 DC-DC 변환기의 동작을 제어하고 있으며, 전압 보호회로는 제어기에 연결되어 입출력 전압을 감지하고 DC-DC 변환기의 구동을 결정한다.As shown in FIG. 2, the DC-DC converter includes a controller and a voltage protection circuit. The controller is connected to a switching element of the DC-DC converter to control operation of the DC-DC converter. To sense the input / output voltage and determine the driving of the DC-DC converter.

본 발명의 실시예에 따른 전압 보호회로는 저전압 보호회로(UVLO)와 고전압 보호회로(OVP)로 구성된다. 저전압 보호회로는 DC-DC 변환기에 입력되는 입력전압(Vin)이 기준전압(Vref1)보다 낮을 경우에 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 회로이고, 고전압 보호회로는 DC-DC 변환기에서 출력되는 출력전압(Vo)이 기준전압(Vref2)보다 높을 경우에 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 회로이다.The voltage protection circuit according to the embodiment of the present invention comprises a low voltage protection circuit (UVLO) and a high voltage protection circuit (OVP). The low voltage protection circuit is a circuit for interrupting the operation of the DC-DC converter when the input voltage Vin input to the DC-DC converter is lower than the reference voltage Vref1. The high voltage protection circuit is an output And blocks the operation of the DC-DC converter when the voltage Vo is higher than the reference voltage Vref2.

먼저, 본 발명에 따른 저전압 보호회로에 대해 설명한다. 도 3에 저전압 보호회로를 나타내었다.First, the low voltage protection circuit according to the present invention will be described. A low-voltage protection circuit is shown in Fig.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 저전압 보호회로는 기준전압(Vref1)을 생성하는 바이어스 회로부와, 기준전압(Vref1)과 DC-DC 변환기의 입력전압(Vin)을 비교하고, 비교 결과에 따라 차단신호(UVLO OUT)를 발생하여 상기 입력전압(Vin)이 전달되는 것을 차단하는 비교기로 구성된다. 즉, 상기 비교기로부터 출력된 차단신호(UVLO OUT)가 DC-DC 변환기의 스위칭 소자(FET)에 인가되어 DC-DC 변환기의 동작을 차단한다. 3, the low-voltage protection circuit includes a bias circuit for generating a reference voltage Vref1, a comparator for comparing the reference voltage Vref1 with the input voltage Vin of the DC-DC converter, (UVLO OUT) to block the transmission of the input voltage (Vin). That is, the blocking signal (UVLO OUT) output from the comparator is applied to the switching element (FET) of the DC-DC converter to interrupt the operation of the DC-DC converter.

도 4에 상기 저전압 보호회로의 구체적인 회로도를 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 바이어스 회로단과 기준전압 생성단으로 구성되는 바이어스 회로부가 앞단에 배치되고, 비교기가 뒷단에 배치된다. 상기 바이어스 회로단은 회로 내의 전압, 전류의 안정성을 위한 것으로서 상기 비교기의 동작을 안정화시키는 역할을 하고, 기준전압 생성단은 회로 내에서 기준 전압을 생성하는 역할을 한다.4 shows a specific circuit diagram of the low-voltage protection circuit. As shown in Fig. 4, a bias circuit portion composed of a bias circuit portion and a reference voltage generating portion is disposed at the front end, and a comparator is disposed at the rear end. The bias circuit stage serves to stabilize the voltage and current in the circuit, stabilizes the operation of the comparator, and the reference voltage generation stage serves to generate a reference voltage in the circuit.

상기 기준전압(Vref1)과 입력전압(Vin)의 비교 결과에 따라 저전압 보호회로의 동작이 결정된다. 즉, 입력전압(Vin)이 기준전압(Vref1)보다 저전압일 경우에는 DC-DC 변환기를 차단하여 오작동을 방지하고, 입력전압(Vin)이 적정 전압일 경우에는 DC-DC 변환기가 전압을 출력하도록 한다.The operation of the low-voltage protection circuit is determined according to the result of comparison between the reference voltage Vref1 and the input voltage Vin. That is, when the input voltage Vin is lower than the reference voltage Vref1, the DC-DC converter is shut off to prevent malfunction. When the input voltage Vin is a proper voltage, the DC-DC converter outputs the voltage do.

상기 저전압 보호회로는 히스테리시스 특성을 가지고 있으며, DC-DC 변환기가 동작되는 전압값을 설정할 수 있다.The low-voltage protection circuit has a hysteresis characteristic and can set a voltage value at which the DC-DC converter operates.

상기 저전압 보호회로를 구동을 확인하기 위해 SPICE 시뮬레이션을 수행하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다. 본 실시예에서 SPICE 시뮬레이션은 XFAB 1㎛ CMOS 공정을 사용하였다.The SPICE simulation was performed to confirm the driving of the low-voltage protection circuit, and the result is shown in FIG. In this embodiment, the SPICE simulation uses an XFAB 1 탆 CMOS process.

도 5에 나타낸 바와 같이, 입력전압(Vin)을 서서히 증가시켜 4.8V 이상이 되면 저전압 보호회로가 턴-온(turn-on)되고, 입력전압(Vin)이 감소해서 4.2V 이하가 되면 턴-오프(turn-off)되는 것을 알 수 있다. 이 구간에서 DC-DC 변환기에 전원 전압이 인가되면 정상적으로 동작할 수 있다.  As shown in FIG. 5, when the input voltage Vin is gradually increased to 4.8 V or more, the low-voltage protection circuit is turned on. When the input voltage Vin is decreased to 4.2 V or less, It turns off. In this interval, if the DC-DC converter is supplied with the power supply voltage, it can operate normally.

다음으로, 본 발명에 따른 고전압 보호회로에 대해 설명한다. 도 6에 고전압 보호회로를 나타내었다.Next, the high voltage protection circuit according to the present invention will be described. 6 shows a high voltage protection circuit.

도 6에 나타낸 바와 같이, 고전압 보호회로는 비교기와 바이어스 회로부로 구성되며, 비교기는 DC-DC 변환기의 출력전압(Vdd)과 기준전압(Vref2)을 비교하고, 비교 결과에 따라 차단신호(OVP OUT)를 발생하는 회로이고, 바이어스 회로부는 안정된 바이어스를 유지하고 상기 비교기에 일정한 전류를 공급하는 회로이다.6, the high voltage protection circuit is composed of a comparator and a bias circuit. The comparator compares the output voltage Vdd of the DC-DC converter with the reference voltage Vref2, and outputs a shutoff signal OVP OUT ), And the bias circuit unit is a circuit that maintains a stable bias and supplies a constant current to the comparator.

앞서 설명한 저전압 보호회로에서는 보호회로 내에서 기준전압을 생성하였으나, 상기 고전압 보호회로에서는 기준전압을 보호회로 외부에서 별도로 인가해주도록 되어 있다. 이것은 저전압 보호회로의 경우 입력전압이 거의 정해져 있기 때문에 기준전압을 생성하는 회로단을 내부에 구성하여 일체화할 수 있으나, 고전압 보호회로는 출력전압에 따라서 회로의 동작 여부가 달라지므로 미리 기준전압을 결정할 수 없기 때문이다.In the above-described low voltage protection circuit, the reference voltage is generated in the protection circuit, but in the high voltage protection circuit, the reference voltage is separately applied from the outside of the protection circuit. In this case, since the input voltage is almost fixed in the case of the low-voltage protection circuit, the circuit terminal for generating the reference voltage can be integrated in the circuit, but the high-voltage protection circuit determines whether the circuit operates or not according to the output voltage. I can not.

도 7에 상기 고전압 보호회로의 구체적인 회로도를 나타내었다. 도 7a는 고전압 보호회로의 내부 회로도이고, 도 7b는 바이어스 회로부의 회로도이다. 도 7a에서 INP는 비교기의 (+) 입력단자이고 INN은 비교기의 (-) 입력단자이다. FIG. 7 shows a specific circuit diagram of the high voltage protection circuit. Fig. 7A is an internal circuit diagram of the high voltage protection circuit, and Fig. 7B is a circuit diagram of the bias circuit section. 7A, INP is the (+) input terminal of the comparator and INN is the (-) input terminal of the comparator.

상기한 고전압 보호회로는 DC-DC 변환기의 출력전압이 과도하게 높아져서 소자가 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 출력전압이 소정값 이상이 되면, DC-DC 변환기가 스위칭 동작을 하지 않도록 제어함으로써 회로를 보호한다.In order to prevent the output voltage of the DC-DC converter from becoming excessively high and to prevent the device from being destroyed, the high voltage protection circuit controls the DC-DC converter so as not to perform the switching operation when the output voltage becomes a predetermined value or more, do.

상기 고전압 보호회로를 구동을 확인하기 위해, 상기한 저전압 구동 회로와 마찬가지로, SPICE 시뮬레이션을 수행하였으며 그 결과를 도 8에 나타내었다. In order to confirm driving of the high voltage protection circuit, a SPICE simulation was performed in the same manner as the low voltage driving circuit described above, and the results are shown in FIG.

도 8에 나타낸 바와 같이, 고전압 보호회로에 입력되는 전압으로서 0∼5V의 삼각파를 입력하고 기준전압(Vref2)을 3.8V로 했을 때, 기준전압(Vref2) 이상의 전압이 출력되면 고전압 보호회로가 동작하여 DC-DC 변환기의 구동을 차단하여 회로를 보호한다.As shown in FIG. 8, when a triangular wave of 0 to 5 V is input as the voltage to be input to the high voltage protection circuit and the reference voltage Vref2 is 3.8 V, if the voltage higher than the reference voltage Vref2 is output, And the circuit is protected by interrupting the driving of the DC-DC converter.

상기한 DC-DC 변환기는 PWM(Pulse Width Modulation) 회로와 같은 제어기를 구비하고 있으며, 도 9에 제어기와 고전압 보호회로를 함께 블록도로 나타내었다. The DC-DC converter includes a controller such as a PWM (Pulse Width Modulation) circuit, and a controller and a high voltage protection circuit are shown together in a block diagram in FIG.

도 9에 나타낸 바와 같이, DC-DC 변환기의 제어기는 트랜스컨덕턴스 증폭기(gm), 전압 전류 변환기(V to I), PWM 비교기, RS 래치(ratch) 등으로 구성되어, 출력전압(Vo)을 귀환시켜 PWM 신호를 출력함으로써, DC-DC 변환기의 스위칭 소자(도 2의 FET)를 제어한다. 9, the controller of the DC-DC converter is constituted by a transconductance amplifier gm, a voltage-current converter (VtoI), a PWM comparator, an RS latch, And outputs a PWM signal to control the switching element (FET of FIG. 2) of the DC-DC converter.

상기 고전압 보호회로에서 생성된 차단신호(OVP OUT)와 상기 제어기의 PWM 신호는 OR 게이트(gate)를 통해 RS 래치(ratch)의 리셋(reset) 단자에 연결된다. 즉, DC-DC 변환기의 출력전압(Vo)이 기준전압(Vref2)을 넘어서면 고전압 보호회로가 차단신호(OVP OUT)를 생성하여 출력하고, 이 차단신호(OVP OUT)가 OR 게이트에 입력되어 RS 래치가 리셋됨으로써, DC-DC 변환기의 스위칭 소자가 턴-오프된다. 이에 따라 DC-DC 변환기의 동작이 차단된다.The shutoff signal (OVP OUT) generated by the high voltage protection circuit and the PWM signal of the controller are connected to a reset terminal of an RS latch through an OR gate (gate). That is, when the output voltage Vo of the DC-DC converter exceeds the reference voltage Vref2, the high voltage protection circuit generates and outputs the shutoff signal OVP OUT, and the shutoff signal OVP OUT is input to the OR gate The RS latch is reset, so that the switching element of the DC-DC converter is turned off. The operation of the DC-DC converter is interrupted.

상기와 같은 본 발명의 고전압 보호회로의 구체적인 동작을 확인하기 위해 SPICE 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과를 도 10 및 도 11에 나타내었다.In order to confirm the concrete operation of the high voltage protection circuit of the present invention as described above, SPICE simulation was performed, and the results are shown in FIG. 10 and FIG.

먼저, 도 10으로부터, 고전압 보호회로에 기준전압(Vref2) 이상의 전압이 입력되었을 때 고전압 보호회로가 동작하는 것을 확인할 수 있으며, 차단신호(OVP OUT)에 의한 OR 게이트의 동작도 확인할 수 있다.10, when the voltage higher than the reference voltage Vref2 is inputted to the high voltage protection circuit, it can be confirmed that the high voltage protection circuit operates and the operation of the OR gate by the shutoff signal OVP OUT can be confirmed.

다음으로, 도 11에서는 RS 래치의 출력값의 변화를 확인할 수 있다. 여기서 RS 래치의 셋(set) 신호로서 일정한 클록 신호를 인가하였다. 도 11의 위쪽에서부터 차례로, 고전압 보호회로의 동작, OR 게이트의 동작, RS 래치의 셋 신호, RS 래치의 출력신호가 나타나 있다.Next, in Fig. 11, a change in the output value of the RS latch can be confirmed. Here, a certain clock signal is applied as a set signal of the RS latch. 11, the operation of the high voltage protection circuit, the operation of the OR gate, the set signal of the RS latch, and the output signal of the RS latch are shown in turn.

도 11로부터, 고전압 보호회로가 동작하면, OR 게이트가 동작하게 되고, RS 래치가 리셋되는 것을 알 수 있다. 이로써 DC-DC 변환기의 스위칭 소자가 턴-오프되어, DC-DC 변환기의 동작이 차단됨으로써, 회로를 보호할 수 있다.It can be seen from Fig. 11 that when the high voltage protection circuit is operated, the OR gate is operated and the RS latch is reset. As a result, the switching element of the DC-DC converter is turned off, and the operation of the DC-DC converter is interrupted, thereby protecting the circuit.

상기한 본 발명의 저전압 보호회로와 고전압 보호회로의 레이아웃을 도 12 및 도 13에 나타내었다. 저전압 보호회로는 789 um×307 um의 크기를 나타내었으며, 고전압 보호회로는 335um×177um의 크기를 나타내었다.12 and 13 show layouts of the low-voltage protection circuit and the high-voltage protection circuit of the present invention. The undervoltage protection circuit has a size of 789 μm × 307 μm and the high voltage protection circuit has a size of 335 μm × 177 μm.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저전압 보호회로는 입력전압이 4.8V 이상이 되면 턴-온되고, 4.2V 이하가 되면 턴-오프가 되어 저전압이 입력될 때의 회로의 오작동을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 고전압 보호회로는 3.8V 이상의 출력전압이 발생하였을 때 회로를 차단하여 소자의 파괴를 방지할 수 있다. 따라서 소형 휴대기기용 DC-DC 변환기의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the low-voltage protection circuit according to the embodiment of the present invention is turned on when the input voltage is 4.8 V or more, and is turned off when the input voltage is lower than 4.2 V to prevent malfunction of the circuit when the low- can do. In addition, the high voltage protection circuit according to the embodiment of the present invention can prevent the device from breaking when the output voltage of 3.8 V or higher is generated. Therefore, the stability and reliability of the DC-DC converter for small-sized portable apparatuses can be improved.

한편, 상기한 본 발명의 실시예에 따른 전압 보호회로와, 상기 DC-DC 변환기와, 상기 DC-DC 변환기를 제어하는 제어기는 하나의 칩으로 형성되어 전력관리 집적회로로 만들어질 수 있다. 이러한 전력관리 집적회로는 소형 휴대기기에 안정되고 신뢰성 있는 전압을 공급할 수 있다.Meanwhile, the voltage protection circuit, the DC-DC converter, and the controller for controlling the DC-DC converter according to the embodiment of the present invention may be formed as a single chip and may be formed as a power management integrated circuit. Such a power management integrated circuit can provide a stable and reliable voltage to a small portable device.

본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been described with reference to the preferred embodiments described above and the accompanying drawings, it is to be understood that the invention may be embodied in different forms without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims, and is not to be construed as limited to the specific embodiments described herein.

Claims (8)

소형 휴대기기용 DC-DC 변환기를 위한 전압 보호회로로서,
제1 기준전압을 생성하는 제1 바이어스 회로부를 포함하며, 상기 DC-DC 변환기에 입력되는 입력전압이 제1 기준전압보다 낮을 경우에 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 저전압 보호회로와,
상기 DC-DC 변환기에서 출력되는 출력전압이 외부에서 인가된 제2 기준전압보다 높을 경우에 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 고전압 보호회로를 포함하고,
상기 제1 바이어스 회로부는,
상기 저전압 보호회로의 동작을 안정화시키는 바이어스 회로단과, 자체적으로 상기 제1 기준전압을 생성하는 기준전압 생성단으로 이루어지는 전압 보호회로.
As a voltage protection circuit for DC-DC converters for small portable devices,
A low-voltage protection circuit for blocking an operation of the DC-DC converter when an input voltage inputted to the DC-DC converter is lower than a first reference voltage, and a second bias circuit part for generating a first reference voltage;
And a high voltage protection circuit for interrupting the operation of the DC-DC converter when the output voltage from the DC-DC converter is higher than a second reference voltage applied from the outside,
Wherein the first bias circuit unit includes:
A bias circuit stage for stabilizing the operation of the low voltage protection circuit, and a reference voltage generation stage for generating the first reference voltage by itself.
청구항 1에 있어서,
상기 저전압 보호회로는
상기 제1 기준전압과 상기 입력전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 차단신호를 발생하여 상기 입력전압을 차단하는 제1 비교부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 보호회로.
The method according to claim 1,
The low voltage protection circuit
Further comprising a first comparator for comparing the first reference voltage with the input voltage and generating a first blocking signal according to a result of the comparison to block the input voltage.
삭제delete 청구항 2에 있어서,
상기 저전압 보호회로는 히스테리시스 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전압 보호회로.
The method of claim 2,
Wherein the low-voltage protection circuit has a hysteresis characteristic.
청구항 1에 있어서,
상기 고전압 보호회로는
상기 출력전압과 상기 제2 기준전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 제2 차단신호를 발생하는 제2 비교부와,
상기 제2 비교부에 일정한 전류를 공급하기 위한 제2 바이어스 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 보호회로.
The method according to claim 1,
The high voltage protection circuit
A second comparator for comparing the output voltage with the second reference voltage and generating a second cutoff signal according to the comparison result,
And a second bias circuit for supplying a constant current to the second comparator.
청구항 5에 있어서,
상기 고전압 보호회로는
상기 DC-DC 변환기의 동작을 제어하는 제어기에 상기 제2 차단신호를 출력하여, 상기 DC-DC 변환기의 동작을 차단하는 것을 특징으로 하는 전압 보호회로.
The method of claim 5,
The high voltage protection circuit
And outputs the second blocking signal to the controller for controlling the operation of the DC-DC converter to interrupt the operation of the DC-DC converter.
청구항 6에 있어서,
상기 제어기는 상기 DC-DC 변환기의 출력전압을 받아 PWM 신호를 출력하고, 상기 PWM 신호와 상기 고전압 보호회로에서 생성된 차단신호(OVP OUT)가 OR 게이트(gate)를 통해 RS 래치의 리셋 단자에 연결되어, 상기 DC-DC 변환기의 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 보호회로.
The method of claim 6,
The controller receives the output voltage of the DC-DC converter and outputs a PWM signal. The PWM signal and the shutoff signal OVP OUT generated by the high voltage protection circuit are connected to the reset terminal of the RS latch through an OR gate And controls the switching element of the DC-DC converter.
소형 휴대기기용 DC-DC 변환기와,
상기 DC-DC 변환기를 제어하는 제어기와,
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 전압 보호회로를 포함하며,
상기 DC-DC 변환기, 상기 제어기 및 상기 전압 보호회로가 하나의 칩 내에 형성된 것을 특징으로 하는 전력관리 집적회로.
DC-DC converters for small portable devices,
A controller for controlling the DC-DC converter;
A voltage protection circuit according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the DC-DC converter, the controller, and the voltage protection circuit are formed in one chip.
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