KR100780209B1

KR100780209B1 - 공급전압 변환 장치

Info

Publication number: KR100780209B1
Application number: KR1020060047723A
Authority: KR
Inventors: 권용일; 임준형; 박타준
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-11-27
Anticipated expiration: 2026-05-26
Also published as: US20070272988A1; US7939883B2; JP4562750B2; JP2007317203A

Abstract

본 발명은, 전원전압을 변환하여 기준전압을 제공하는 기준전압생성부; 상기 기준전압을 게이트단으로 입력받는 제1 MOSFET과, 상기 제1 MOSFET의 드레인단에 소스단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되는 제2 MOSFET과, 상기 제2 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되며 게이트단과 소스단이 전기적으로 연결된 제3 MOSFET과, 상기 제3 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되고 상기 제1 MOSFET의 소스단에 소스단이 연결된 제4 MOSFET을 포함하여, 상기 기준전압과 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압을 비교하는 전압비교부; 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 전류 싱크를 위해 연결된 제1 전류싱크 수단 및 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 전류 싱크를 위해 연결되며 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압에 따라 동작하는 제2 전류싱크 수단을 포함하는 전류싱크부; 및 상기 제1 MOSFET의 드레인단에 게이트단이 연결되고 전원전압을 드레인단으로 인가받으며 상기 제4 MOSFET의 게이트단에 소스단이 연결된 제5 MOSFET을 포함하며, 상기 제5 MOSFET의 소스단 전압을 출력전압으로 제공하는 전압출력부를 포함하는 공급전압 변환 장치를 제공한다.

전압변환, 레귤레이터(regulator), MOSFET, 차동

Description

공급전압 변환 장치{VOLTAGE REGULATING APPARATUS}

도 1은 종래의 공급전압 변환 장치를 도시한 회로도이다.

도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 공급전압 변환 장치를 도시한 회로도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 공급전압 변환 장치를 도시한 회로도이다.

*본 발명의 주요부분에 대한 부호의 설명*

21, 31: 기준전압생성부 22, 32: 전압비교부

23, 33: 전류싱크부 24, 34: 전압출력부

본 발명은 공급전압 변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원공급장치로부터 제공되는 전원전압을 반도체 소자 등의 동작에 필요한 전압으로 변환 시 전류소모가 적으며 안정적인 동작시까지 소요되는 시간을 감소시킬 수 있는 공급전 압 변환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자 등은 외부의 전원공급 장치로부터 공급되는 구동 전압을 인가받아 동작한다. 상기 전원공급 장치로부터 제공되는 전압의 크기는 고정되어 있으므로, 전원공급 장치의 출력전압과 다른 전압에서 동작하는 반도체 소자를 구동하기 위해서는 상기 전원공급 장치에서 출력되는 전압을 변환하여 해당 반도체 소자를 구동하기 위한 전압 크기를 생성하기 위한 공급전압 변환 장치가 필요하다.

도 1은 종래의 공급전압 변환 장치의 일례를 도시한 회로도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 공급전압 변환 장치는, 전압비교부(11), 전류싱크부(12) 및 전압출력부(13)를 포함하여 구성된다. 전압비교부(11)는 차동증폭기의 회로구조를 갖는 복수의 MOSFET(111 내지 114)으로 구성되며, 외부로부터 입력되는 기준전압(V_ref)과 공급전압 변환 장치의 출력측 전압을 비교한다. 전류싱크부(12)는 MOSFET(121)으로 구현될 수 있으며, 상기 전압비교부(11)에 싱크 전류를 제공한다. 또한, 전압출력부(13)는 상기 전압비교부(11)의 전압 비교 결과에 따라 동작하는 MOSFET(131)과 리지스터(R1, R2)로 이루어진다.

상기 종래의 공급전압 변환 장치는 전압비교부(11)의 MOSFET(111)의 게이트단으로 기준전압(V_ref)을 인가하고 MOSFET(114)의 게이트단으로 출력측의 전압이 인 가하여, 두 전압의 크기를 비교한다. 출력측의 전압이 기준전압(V_ref)보다 작은 크기로 인가되면, MOSFET(111)의 드레인단에 걸리는 전압이 로우(low)가 된다. MOSFET(111)의 드레인단에 걸리는 전압이 전압출력부(13)의 MOSFET(131)의 게이트단에 인가되므로 전압출력부(13)의 MOSFET(131)은 온(on)된다. 따라서, 출력측의 전압이 상승하게 된다. 반대로, 출력측의 전압이 기준전압(V_ref)보다 작은 경우에는 유사한 동작에 의해 출력측의 전압이 하강하게 된다. 이러한 출력측 전압의 상승 및 하강이 반복되면서 MOSFET(114)의 게이트단에 걸리는 전압은 기준전압(V_ref)과 동일한 크기로 고정된다.

이러한 종래의 공급전압 변환 장치에서, 기준전압(V_ref)은 통상적으로 밴드갭 회로에서 생성된 밴드갭 전압이 사용된다. 이 밴드갭 회로는 자체적으로 소모하는 전류가 큰 문제점이 있다. 또한, 종래의 공급전압 변환 장치는 하나의 MOSFET(121)을 통해 싱크전류를 제공하므로, 적은 전류소모를 필요로하는 장치에서는 출력측 전압이 기준전압과 동일하게 고정되는데 걸리는 세틀링 타임이 매우 긴 문제점이 있다.

따라서, 당 기술분야에서는 전류소모를 감소시키면서도 세틀링 타임을 줄일 수 있는 공급전압 변환 장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 세틀링 타임이 짧고, 전류소모가 적은 공급전압 변환 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,

전원전압을 변환하여 기준전압을 제공하는 기준전압생성부;

상기 기준전압을 게이트단으로 입력받는 제1 MOSFET과, 상기 제1 MOSFET의 드레인단에 소스단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되는 제2 MOSFET과, 상기 제2 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되며 게이트단과 소스단이 전기적으로 연결된 제3 MOSFET과, 상기 제3 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되고 상기 제1 MOSFET의 소스단에 소스단이 연결된 제4 MOSFET을 포함하여, 상기 기준전압과 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압을 비교하는 전압비교부;

상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 전류 싱크를 위해 연결된 제1 전류싱크 수단 및 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 전류 싱크를 위해 연결되며 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압에 따라 동작하는 제2 전류싱크 수단을 포함하는 전류싱크부; 및

상기 제1 MOSFET의 드레인단에 게이트단이 연결되고 전원전압을 드레인단으로 인가받으며 상기 제4 MOSFET의 게이트단에 소스단이 연결된 제5 MOSFET을 포함 하며, 상기 제5 MOSFET의 소스단 전압을 출력전압으로 제공하는 전압출력부

를 포함하는 공급전압 변환 장치를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따라 상기 기준전압생성부를 다양한 형태로 형성할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서, 상기 기준전압생성부는, 드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 갖는 복수의 MOSFET을 포함하는 MOSFET 어레이를 포함할 수 있으며, 상기 각각의 MOSFET 어레이의 일단에 위치한 MOSFET의 드레인단에는 상기 전원전압이 인가되며, 타단에 위치한 MOSFET의 소스단은 접지된다. 이 실시형태에서, 상기 기준전압은 상기 MOSFET 어레이 내에 포함된 MOSFET들에 의해 소정 비로 분압된 전압이다.

또한, 이 실시형태에서, 상기 제1 전류싱크 수단은, 상기 MOSFET 어레이에 포함된 일 MOSFET의 소스단에 게이트단이 연결되며, 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지된 MOSFET을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 기준전압생성부는, 드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 갖는 복수의 MOSFET을 포함하는 제1 MOSFET 스테이지-상기 제1 MOSFET 스테이지의 일단에 위치한 MOSFET의 드레인단에 상기 전원전압이 인가됨-; 드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 가지며, 상기 제1 MOSFET 스테이지에 포함된 MOSFET의 게이트단와 각각 1:1 대응되어 게이트단이 연결되며, 게이트단과 드레인단이 전기적으로 연결된 복수의 MOSFET을 포함하는 제2 MOSFET 스테이지-상기 제2 MOSFET 스테이지의 일단에 위치한 MOSFET의 드레인단에 상기 전원전압이 인가됨-; 및 상기 제1 MOSFET 스테이지의 타단에 위치한 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며 드레인단과 게이트단이 전기적으로 연결되며 소스단이 접지된 제1 미러 MOSFET과, 상기 제2 MOSFET 스테이지의 타단에 위치한 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며 상기 제1 미러 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되며 소스단이 접지된 제2 미러 MOSFET을 포함하는 전류미러 스테이지로 이루어질 수 있다.

이 실시형태에서, 상기 전류미러 스테이지는, 상기 제1 MOSFET 스테이지에 흐르는 전류의 크기를 상기 제1, 2 미러 MOSFET의 폭 비에 따라 변환한 크기를 갖는 전류가 제2 MOSFET 스테이지에 흐르도록 미러링한다.

또한, 이 실시형태에서, 상기 제1 전류싱크 수단은, 상기 제1 미러 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되며, 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지된 제1 싱크 MOSFET을 포함할 수 있다. 상기 제1 MOSFET 스테이지에 흐르는 전류의 크기를 상기 제1 미러 MOSFET과 제1 싱크 MOSFET의 폭 비에 따라 변환한 크기를 갖는 전류가 제1 싱크수단에 흐르도록 미러링한다.

상기 다양한 실시형태에서, 상기 제2 전류싱크 수단은, 상기 제4 MOSFET의 게이트단에 연결되어 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압을 인버팅하는 인버터; 및 상기 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지되며, 상기 인버팅된 전압이 게이트단으로 인가되는 MOSFET을 포함할 수 있다. 이 제2 전류싱크 수단은 공급전압 변환 장치의 초기 기동시 출력 전압이 기준 전압과 일치하는 값을 출력하는데 걸리는 세틀링 타임을 감소시키는데 적용될 수 있다.

또한, 상기 다양한 실시형태에서, 상기 전압 비교부는, 상기 제1 MOSFET의 드레인단과에 드레인단이 연결되며, 상기 제4 MOSFET의 드레인단에 소스단이 연결되며, 게이트단에 전원전압이 인가되는 복수의 MOSFET을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET 사이에 연결된 복수의 MOSFET은 저항으로 작용하여 세틀링 타임에 발생할 수 있는 과도한 전압 상승을 방지하는 역할을 한다.

또한, 상기 다양한 실시형태에서, 상기 전압출력부는, 상기 제4 MOSFET의 게이트단에 드레인단이 연결되며, 게이트단과 소스단이 접지되어 거의 무한대 저항값을 갖는 MOSFET을 더 포함한다. 이 무한대 저항값을 갖는 MOSFET을 적용함으로써 전류의 불필요한 소모를 줄일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 대한 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

도 2와 도 3은 본 발명의 두가지 실시형태에 따른 공급전압 변환 회로를 도시한 회로도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 공급전압 변환 회로는, 기준전압 생성부(21), 전압비교부(22), 전류싱크부(23) 및 전압출력부(24)를 포함하여 구성된다.

상기 기준전압 생성부(21)는 전원전압(V_DD)을 변환하여 기준전압(V_ref)을 제공한다. 예를 들어, 통상적으로 3V의 전원전압이 제공되며, 상기 기준전압 생성부(21)는 반도체 소자 등을 구동하는데 사용되는 1.8V의 전압으로 변환할 수 있다.

본 실시형태에서 상기 기준전압 생성부(21)는, 드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 갖는 복수의 MOSFET(211-1 내지 211-n)을 포함하는 MOSFET 어레이로 구현될 수 있다. MOSFET 어레이에 포함된 각 MOSFET은 자체의 게이트단과 소스단이 전기적으로 연결되어 있으며, 각 MOSFET들(211-1 내지 211-n)은 서로 직렬 연결구조로 드레인단과 소스단이 연결된다. 또한, 상기 기준전압 생성부(21)는 직렬 연결구조로 연결된 각 MOSFET의 연결 노드 중 하나로부터 기준전압(V_ref)을 출력할 수 있다. 즉, 상기 복수의 MOSFET(211-1 내지 211-n)은 MOSFET어레이에 인가 되는 전원전압(V_DD)을 분압하며, 사용자는 적절한 연결노드를 기준전압(V_ref)의 출력단으로 선택할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서 적용되는 기준전압 생성부(21)는 복수의 MOSFET만으로 구현되므로 크기가 작으며 전류소모는 거의 없이 전압을 분배하여 기준전압을 제공할 수 있는 장점이 있다.

상기 전압비교부(22)는 상기 전류싱크부(23)와 함께 차동 증폭 회로의 구조를 갖는다. 상기 전압비교부(22)는 전술한 기준전압 생성부(21)에서 제공되는 기준전압과, 본 발명의 공급전압 변환 장치의 출력 전압을 비교하여 그 결과에 따라 상기 전압출력부(24) 내의 MOSFET을 제어한다.

구체적으로 상기 전압비교부(22)는, 상기 기준전압을 게이트단으로 입력받는 제1 MOSFET(221)과, 상기 제1 MOSFET(221)의 드레인단에 소스단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되는 제2 MOSFET(222)과, 상기 제2 MOSFET(222)의 게이트단에 게이트단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되며 게이트단과 소스단이 전기적으로 연결된 제3 MOSFET(223)과, 상기 제3 MOSFET(223)의 소스단에 드레인단이 연결되고 상기 제1 MOSFET(221)의 소스단에 소스단이 연결된 제4 MOSFET(224)으로 이루어진다. 상기 제1 MOSFET(221)의 드레인단은 전압출력부(24)의 제5 MOSFET(241)의 게이트단으로 입력된다. 상기 MOSFET들 중, 제1 및 제4 MOSFET(221, 224)은 n형 MOSFET이며, 제2, 제3 및 제5 MOSFET(222, 223, 225)은 p형 MOSFET으로 구현될 수 있다.

이와 같은 회로구조를 갖는 전압비교부(22)는 기준전압(V_ref)과 출력 전압(V_out)을 비교하여 출력전압(V_out)이 더 작은 경우, 제1 MOSFET(221)의 드레인단이 연결된 노드가 로우(low)가 되고, 이에 따라 제1 MOSFET(221)의 드레인단에 게이트단이 연결된 전압출력부(24)의 제5 MOSFET(241)이 온(on)되어 출력전압이 상승하게 된다. 반대로, 출력전압(V_out)이 더 큰 경우에는 제1 MOSFET(221)의 드레인단이 연결된 노드가 하이(low)가 되고, 이에 따라 제1 MOSFET(221)의 드레인단에 게이트단이 연결된 전압출력부(24)의 제5 MOSFET(241)이 오프(off)되어 출력전압이 하강하게 된다. 이와 같은 상승, 하강의 과정이 반복되면서 상기 출력전압(V_out)은 상기 기준전압(V_ref)과 같은 크기의 전압값으로 고정된다. 본 명세서에서 출력전압(V_out)이 기준전압(V_ref)과 같은 크기의 전압값을 고정출력하는데 걸리는 시간을 세틀링 타임(settling time)이라 한다.

전술한 것과 같은 상기 전압비교부(22)의 차동 동작을 위해서 상기 전압비교부(22)는 전압전원으로부터 전류를 싱크하기 위한 전류싱크부(23)를 구비하여야 한다. 본 발명에서 전류싱크부(23)는, 상기 제1 MOSFET(221)과 제4 MOSFET(224)의 소스단이 공통으로 연결된 노드에 연결된 제1 전류싱크 수단 및 제2 전류싱크 수단을 구비한다.

본 실시형태에서, 상기 제1 전류싱크 수단은 상기 기준전압생성부(21)를 구 성하는 MOSFET 어레이에 포함된 일 MOSFET의 소스단에 게이트단이 연결되며, 상기 제1 MOSFET(221)과 제4 MOSFET(224)의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지된 MOSFET(231)으로 이루어진다. 상기 제1 전류싱크 수단을 구성하는 MOSFET(231)은 기준전압생성부(21)의 MOSFET어레이에 전류가 흐르면 온 되어 싱크전류(I_S1)가 흐르게 한다.

또한, 본 발명은 제1 전류싱크 수단에 더하여 제2 전류싱크 수단을 구비한 것을 특징으로 한다. 이 제2 전류싱크 수단은, 상기 제1 MOSFET(221)과 제4 MOSFET(224)의 소스단이 연결된 노드에 전류 싱크를 위해 연결되며 상기 제4 MOSFET(224)의 게이트단의 전압, 즉 출력전압(V_out)에 따라 동작한다. 더 구체적으로, 제2 전류싱크 수단은, 상기 제4 MOSFET(224)의 게이트단에 연결되어 상기 제4 MOSFET(224)의 게이트단의 전압을 인버팅하는 인버터(232) 및 상기 상기 제1 MOSFET(221)과 제4 MOSFET(224)의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지되며, 상기 인버터(232)에 의해 인버팅된 전압이 게이트단으로 인가되는 MOSFET(233)을 포함하여 구성된다. 상기 제1 전류싱크 수단 및 제2 전류싱크 수단에 포함된 MOSFET(231, 233)은 n형 MOSFET인 것이 바람직하다.

상기 제2 전류싱크 수단은 본 발명의 공급전압 변환 장치가 초기 기동시, 즉 세틀링 타임동안에만 싱크전류를 공급한다. 이를 통해 제1 전류싱크 수단에 의한 싱크 전류(I_S1)에 더하여 제2 전류싱크 수단에 의한 싱크 전류(I_S2)가 더해져 더욱 많은 싱크 전류를 상기 전압비교부(22)에 제공함으로써 상기 전압비교부(22)가 더 욱 신속하게 동작할 수 있게 한다. 따라서 공급전압 변환 장치의 초기 기동시 세틀링 타임을 단축시킬 수 있다. 구체적으로 상기 제2 전류싱크 수단의 동작을 살펴보면, 공급전압 변환 장치의 동작이 시작되면 출력전압(V_out)은 로우상태이므로 인버터(232)에 의해 MOSFET(233)의 게이트단이 하이가 되어 MOSFET(233)이 온되어 싱크전류(I_S2)를 공급하게 된다. 이어 출력전압(V_out)이 고정되어 출력되면(하이 상태가 되면) 인버터(232)의 출력은 로우가 되어 MOSFET(233)가 오프된다. 따라서, 제2 전류싱크 수단은 동작을 정지하고, 상기 전압비교부(22)에는 제1 전류싱크 수단에 의한 싱크전류(I_S1)만 제공된다.

이와 같이, 본 발명은 공급전압 변환 장치의 초기 기동시 고정된 출력을 출력하는 동안에만 추가적인 싱크전류(I_S2)를 공급함으로써 전류소모를 크게 증가시키지 않으면서도 세틀링 타임을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 전압출력부(24)는 상기 제1 MOSFET(221)의 드레인단에 게이트단이 연결되고 전원전압을 드레인단으로 인가받으며 상기 제4 MOSFET(224)의 게이트단에 소스단이 연결된 제5 MOSFET(241)을 포함한다. 이에 더하여, 상기 제4 MOSFET의 게이트단, 즉 출력전압(V_out)이 출력되는 출력단에 드레인단이 연결되며, 게이트단과 소스단이 접지되어 거의 무한대 저항값을 갖는 MOSFET(242)을 더 포함할 수 있다. 상기 제5 MOSFET(241)은 p형 MOSFET이며, 상기 무한대 저항값을 갖는 MOSFET(242)은 n형 MOSFET인 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 상기 제5 MOSFET(241)은 전압비교부(22)의 제1 MOSFET(221)의 드레인단에 게이트단이 연결되어, 상기 전압비교부(22)의 기준전압(V_ref)과 출력전압(V_out)의 비교결과에 따라 온-오프를 반복하면서 출력전압(V_out)이 기준전압(V_ref)과 같은 값으로 출력되게 한다. 또한, MOSFET(242)는 출력단과 접지사이의 저항을 무한대로 고정함으로써 출력전류(I_OUT)가 공급전압 변환 장치 내에서 소모되지 않고 부하측으로 공급되게 한다. 이를 통해 공급전압 변환 장치 자체의 전류소모를 감소시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 공급전압 변환 장치를 도시한 회로도이다. 도 3에 도시된 실시형태는, 상기 도 2로 설명된 실시형태와 차이점이 있는 구성 및 동작에 대해서 상세하게 설명되며, 유사하거나 동일한 구성 및 동작에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 공급전압 변환 장치의 기준전압생성부는, 제1 MOSFET 스테이지(31-1), 제2 MOSFET 스테이지(31-2) 및 전류미러 스테이지(31-3)으로 이루어진다.

상기 제1 MOSFET 스테이지(31-1)는 드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 갖는 복수의 MOSFET(311-1 내지 311-3)을 포함하며, 이 복수의 MOSFET(311-1 내지 311-3) 중 일단에 위치한 MOSFET(311-1)의 드레인단은 전원전 압(V_DD)이 인가된다.

상기 제2 MOSFET 스테이지(31-2)는 드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 가지며, 상기 제1 MOSFET 스테이지에 포함된 MOSFET(311-1 내지 311-3)의 게이트단와 각각 1:1 대응되어 게이트단이 연결되며, 게이트단과 드레인단이 전기적으로 연결된 복수의 MOSFET(312-1 내지 312-3)을 포함한다.이 제2 MOSFET 스테이지에 포함된 복수의 MOSFET(312-1 내지 312-3) 중 일단에 위치한 MOSFET(312-1)의 드레인단에는 상기 전원전압(V_DD)이 인가된다.

상기 전류미러 스테이지(31-3)는, 상기 제1 MOSFET 스테이지(31-1)의 타단에 위치한 MOSFET(311-3)의 소스단에 드레인단이 연결되며 드레인단과 게이트단이 전기적으로 연결되며 소스단이 접지된 제1 미러 MOSFET(313-1)과, 상기 제2 MOSFET 스테이지(31-2)의 타단에 위치한 MOSFET(313-2)의 소스단에 드레인단이 연결되며 상기 제1 미러 MOSFET(313-1)의 게이트단에 게이트단이 연결되며 소스단이 접지된 제2 미러 MOSFET(313-2)을 포함한다. 즉, 상기 전류미러 스테이지(31-3)는, 상기 제1 MOSFET 스테이지(31-1)에 흐르는 전류의 크기를 상기 제1, 2 미러 MOSFET의(313-1, 313-2) 폭 비에 따라 변환한 크기를 갖는 전류가 제2 MOSFET 스테이지(31-2)에 흐르도록 미러링한다.

상기 기준전압 생성부(31)에서, 기준전압(V_ref)은 상기 제2 MOSFET 스테이지(31-2) 내에 포함된 MOSFET들에 의해 소정 비로 분압된 전압으로 제공된다.

본 실시형태에서, 상기 기준전압 생성부(31)는 전압을 분압하기 위한 제2 MOSFET 스테이지(31-2)에 제공되는 전류가 제1 MOSFET 스테이지(31-1)에 흐르는 전류를 미러링한 전류가 제공됨으로 더욱 안정적인 전류 공급이 가능하다. 이로써 기준전압(V_ref)의 크기가 변동되는 문제를 더욱 효과적으로 해소할 수 있다.

본 실시형태는 상기 기준전압 생성부(31) 내의 전류미러 스테이지(31-3)를 이용하여 전류싱크부(33)의 제1 전류싱크 수단에 흐르는 싱크 전류(I_S1)를 제공할 수 잇다. 본 실시형태에서 전류싱크부(33)의 제1 전류싱크 수단은, 상기 제1 미러 MOSFET(313-1)의 게이트단에 게이트단이 연결되며, 전압비교부(32)의 제1 MOSFET(321)과 제4 MOSFET(321)의 소스단이 공통으로 연결된 노드에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지된 제1 싱크 MOSFET(331)을 포함한다. 이러한 회로구조는 상기 제1 싱크 MOSFET(331)은 상기 제1 미러 MOSFET(313-1)과 전류 미러회로를 형성하게 된다. 따라서, 상기 제1 MOSFET 스테이지(31-1)에 흐르는 전류의 크기를 상기 제1 미러 MOSFET(313-1)과 제1 싱크 MOSFET(331)의 폭 비에 따라 변환한 크기를 갖는 전류가 제1 싱크수단에 흐르게 된다.

또한, 본 실시형태에서, 전압변환부(32)는 제1 MOSFET(321)의 드레인단과에 드레인단이 연결되며, 상기 제4 MOSFET(324)의 드레인단에 소스단이 연결되며, 게이트단에 전원전압이 인가되는 복수의 MOSFET(325, 326)을 더 포함한다. 제1 MOSFET(321)의 드레인단과에 드레인단이 연결되며, 상기 제4 MOSFET(324)의 드레인 단에 연결된 복수의 MOSFET(325, 326)은 저항으로 작용하여 세틀링 타임동안 안정적인 전류를 제공할 수 있게 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 출력 전압에 따라 세틀링 타임에만 추가적으로 싱크 전류를 공급함으로써 전류의 소모를 최소화하면서 공급전압 변환 장치의 세틀링 타임을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 기준전압 생성부를 복수의 MOSFET만으로 구현함으로써 크기가 작으며 전류소모는 거의 없이 전압을 분배하여 기준전압을 제공할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims

전원전압을 변환하여 기준전압을 제공하는 기준전압생성부;

상기 기준전압을 게이트단으로 입력받는 제1 MOSFET과, 상기 제1 MOSFET의 드레인단에 소스단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되는 제2 MOSFET과, 상기 제2 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되고 드레인단으로 전원전압이 인가되며 게이트단과 소스단이 전기적으로 연결된 제3 MOSFET과, 상기 제3 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되고 상기 제1 MOSFET의 소스단에 소스단이 연결된 제4 MOSFET을 포함하여, 상기 기준전압과 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압을 비교하는 전압비교부;

상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 전류 싱크를 위해 연결된 제1 전류싱크 수단 및 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 전류 싱크를 위해 연결되며 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압에 따라 동작하는 제2 전류싱크 수단을 포함하는 전류싱크부; 및

상기 제1 MOSFET의 드레인단에 게이트단이 연결되고 전원전압을 드레인단으로 인가받으며 상기 제4 MOSFET의 게이트단에 소스단이 연결된 제5 MOSFET을 포함하며, 상기 제5 MOSFET의 소스단 전압을 출력전압으로 제공하는 전압출력부

를 포함하는 공급전압 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준전압생성부는,

드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 갖는 복수의 MOSFET을 포함하는 MOSFET 어레이를 포함하며,

상기 각각의 MOSFET 어레이의 일단에 위치한 MOSFET의 드레인단에는 상기 전원전압이 인가되며, 타단에 위치한 MOSFET의 소스단은 접지되며,

상기 기준전압은 상기 MOSFET 어레이 내에 포함된 MOSFET들에 의해 소정 비로 분압된 전압인 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 전류싱크 수단은,

상기 MOSFET 어레이에 포함된 일 MOSFET의 소스단에 게이트단이 연결되며, 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지된 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준전압생성부는,

드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 갖는 복수의 MOSFET을 포함하는 제1 MOSFET 스테이지-상기 제1 MOSFET 스테이지의 일단에 위치한 MOSFET의 드레인단에 상기 전원전압이 인가됨-;

드레인단과 소스단이 서로 연결된 직렬연결 구조를 가지며, 상기 제1 MOSFET 스테이지에 포함된 MOSFET의 게이트단와 각각 1:1 대응되어 게이트단이 연결되며, 게이트단과 드레인단이 전기적으로 연결된 복수의 MOSFET을 포함하는 제2 MOSFET 스테이지-상기 제2 MOSFET 스테이지의 일단에 위치한 MOSFET의 드레인단에 상기 전 원전압이 인가됨-; 및

상기 제1 MOSFET 스테이지의 타단에 위치한 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며 드레인단과 게이트단이 전기적으로 연결되며 소스단이 접지된 제1 미러 MOSFET과, 상기 제2 MOSFET 스테이지의 타단에 위치한 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며 상기 제1 미러 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되며 소스단이 접지된 제2 미러 MOSFET을 포함하여, 상기 제1 MOSFET 스테이지에 흐르는 전류의 크기를 상기 제1, 2 미러 MOSFET의 폭 비에 따라 변환한 크기를 갖는 전류가 제2 MOSFET 스테이지에 흐르도록 미러링하는 전류미러 스테이지를 포함하며,

상기 기준전압은 상기 제2 MOSFET 스테이지 내에 포함된 MOSFET들에 의해 소정 비로 분압된 전압인 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 전류싱크 수단은,

상기 제1 미러 MOSFET의 게이트단에 게이트단이 연결되며, 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지된 제1 싱크 MOSFET을 포함하여, 상기 제1 MOSFET 스테이지에 흐르는 전류의 크기를 상기 제1 미러 MOSFET과 제1 싱크 MOSFET의 폭 비에 따라 변환한 크기를 갖는 전류가 제1 싱크수단에 흐르도록 미러링 하는 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 전류싱크 수단은,

상기 제4 MOSFET의 게이트단에 연결되어 상기 제4 MOSFET의 게이트단의 전압 을 인버팅하는 인버터; 및

상기 상기 제1 MOSFET과 제4 MOSFET의 소스단에 드레인단이 연결되며, 소스단이 접지되며, 상기 인버팅된 전압이 게이트단으로 인가되는 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 전압 비교부는,

상기 제1 MOSFET의 드레인단과에 드레인단이 연결되며, 상기 제4 MOSFET의 드레인단에 소스단이 연결되며, 게이트단에 전원전압이 인가되는 복수의 MOSFET을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 전압출력부는,

상기 제4 MOSFET의 게이트단에 드레인단이 연결되며, 게이트단과 소스단이 접지되어 거의 무한대 저항값을 갖는 MOSFET을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공급전압 변환 장치.