KR102711131B1 - The Load Switch Module That Implements Soft Start by Varying The Control Voltage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, 신호입력부의 제어에 기반하여 제어되는 가변커패시터의 충전 및 방전을 이용하여 로드스위치의 역할을 하는 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 가변하고, 전류 미러를 이용하여 상기 제어전압의 방전속도를 조절함으로써, 로드스위치모듈 내에서 발생하는 돌입전류의 크기 및 입력전압피크의 크기를 최소화하여 안정성을 확보할 수 있는, 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a load switch module that implements a soft start by varying a control voltage, wherein the control voltage applied to a gate of a PMOS that functions as a load switch is varied by utilizing the charging and discharging of a variable capacitor controlled based on the control of a signal input section, and the discharge speed of the control voltage is adjusted using a current mirror, thereby minimizing the size of the inrush current and the size of the input voltage peak occurring in the load switch module, thereby ensuring stability.
로드스위치(Load Switch)는 전기 회로에서 부하(로드, Load)를 연결 또는 분리하여 전기 전원의 공급 또는 차단을 제어하는 장치로, 즉, 전원 온오프 제어를 수행할 수 있는 장치로서, 전력 전송이나 배전 시스템에서 중요한 역할을 맡고 있다.A load switch is a device that controls the supply or cutoff of electric power by connecting or disconnecting a load in an electric circuit. In other words, it is a device that can perform power on/off control, and plays an important role in power transmission or distribution systems.
그러나, 종래의 로드스위치의 경우 인에이블(Enable)로 동작하는 경우, 제어전압이 빠르게 Pull-down하여 입력전압이 출력전압으로 빠르게 변환됨에 따라 상기 로드스위치와 연결된 외부커패시터로 많은 돌입전류(In-Rush Current)가 유입되어 상기 외부커패시터가 짧은 시간동안 높은 전류로 충전을 하고, 결과적으로 입력전압으로 충전되어 있는 다른 외부커패시터에 방전이 발생하여 상기 입력전압에 크기가 큰 피크전압이 발생한다. 이러한 문제들이 발생하는 기판을 포함하는 제품의 신뢰성은 크게 저하되고 있는 상황이며, 현재 많은 기업들이 많은 제품에 대하여 전술한 문제점의 발생을 방지하기 위해 소프트 스타트(Soft Start)를 구현할 수 있는 장치를 개발하고 있는 상황이다.However, in the case of a conventional load switch, when it operates in the enable position, the control voltage is quickly pulled down, so that the input voltage is quickly converted to the output voltage, and a large inrush current flows into the external capacitor connected to the load switch, so that the external capacitor is charged with a high current for a short period of time, and as a result, a discharge occurs in other external capacitors charged with the input voltage, so that a large peak voltage occurs in the input voltage. The reliability of products including substrates where these problems occur is greatly deteriorating, and currently, many companies are developing devices that can implement a soft start in order to prevent the occurrence of the aforementioned problems for many products.
종래의 로드스위치 관련 장치로는, 대한민국 공개특허 제10-2015-0105809호와 같이, 로드 스위치를 포함하는 제어 회로, 로드 스위치를 포함하는 전자 장치 및 그 스위치 제어 방법 등이 있다. 해당 장치는 제어부에서 토글 신호를 커패시터에 충전하여 로드 스위치를 제어하는 MOS의 게이트 전압을 충전함으로써 로드 스위치가 천천히 동작할 수 있도록 하는 구조를 갖고 있다. 그러나, 해당 로드스위치 장치는 토글 신호를 생성해야 하며, 로드 스위치의 딜레이를 조절하기 위하여 해당 토글 신호의 시비율(Duty Ratio)을 조절해야 하므로 로드 스위치를 포함하는 제어 회로에 대하여 높은 설계의 복잡성이 요구되어 해당 회로에서 많은 전력이 소모되고, 연결 오류, 부품 결함 등의 신뢰성 문제가 증가될 수 있다.Conventional load switch-related devices include a control circuit including a load switch, an electronic device including a load switch, and a switch control method thereof, such as Korean Patent Publication No. 10-2015-0105809. The device has a structure in which a control unit charges a capacitor with a toggle signal to charge the gate voltage of a MOS that controls the load switch, thereby allowing the load switch to operate slowly. However, the load switch device must generate a toggle signal, and the duty ratio of the toggle signal must be adjusted in order to adjust the delay of the load switch. Therefore, a high level of design complexity is required for the control circuit including the load switch, which causes a lot of power consumption in the circuit, and reliability problems such as connection errors and component defects may increase.
그러므로 설계의 복잡성을 최소화하면서 로드 스위치의 소프트 스타트를 구현할 수 있는 장치의 개발이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need to develop a device that can implement soft start of a load switch while minimizing design complexity.
본 발명은 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, 신호입력부의 제어에 기반하여 제어되는 가변커패시터의 충전 및 방전을 이용하여 로드스위치의 역할을 하는 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 가변하고, 전류 미러를 이용하여 상기 제어전압의 방전속도를 조절함으로써, 로드스위치모듈 내에서 발생하는 돌입전류의 크기 및 입력전압피크의 크기를 최소화하여 안정성을 확보할 수 있는, 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a load switch module that implements a soft start by varying a control voltage, wherein the control voltage applied to a gate of a PMOS that functions as a load switch is varied by utilizing the charging and discharging of a variable capacitor controlled based on the control of a signal input section, and the discharge speed of the control voltage is adjusted using a current mirror, thereby minimizing the size of the inrush current and the size of the input voltage peak occurring within the load switch module, thereby ensuring stability.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는, 로드스위치에 인가되는 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, 입력전압단자에서 출력전압단자로 공급전원을 전달하는 로드스위치모듈의 동작에 대한 인에이블(Enable) 혹은 디스에이블(Disable)을 외부신호에 따라 제어하는 신호입력부; PMOS로 구성된 로드스위치, 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 제어스위치, 및 상기 신호입력부의 제어에 따라 충전 혹은 방전하며 상기 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 가변하는 가변커패시터를 포함하고, 상기 제어전압에 기반하여 동작하는 상기 로드스위치를 통해 상기 공급전원을 차단하거나 상기 출력전압단자로 전달하는 전원제어부; 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 NMOS를 포함하고, 상기 NMOS의 동작에 따라 외부커패시터에서 충전된 전하를 방전시키는 출력제어부; 및 바이어스(Bias); 및 1 이상의 NMOS로 구성된 로드스위치조절부;를 포함하고, 전류 미러(Current Mirror)를 통해 상기 가변커패시터에서 충전된 전하를 방전시키고, 상기 바이어스를 통해 생성한 바이어스전류에 기반하여 상기 가변커패시터의 방전속도를 제어하는 전류미러부;를 포함하는, 로드스위치모듈을 제공한다.In order to solve the above-described problem, in one embodiment of the present invention, a load switch module implementing a soft start by varying a control voltage applied to a load switch, the load switch module including: a signal input unit controlling, according to an external signal, enable or disable operation of the load switch module for transmitting power supply from an input voltage terminal to an output voltage terminal; a power control unit including a load switch formed of a PMOS, a control switch operating under the control of the signal input unit, and a variable capacitor charging or discharging under the control of the signal input unit and varying the control voltage applied to a gate of the PMOS, and which operates based on the control voltage to cut off the power supply or transmit it to the output voltage terminal; an output control unit including an NMOS operating under the control of the signal input unit and discharging charge charged in an external capacitor according to the operation of the NMOS; and a bias; The present invention provides a load switch module, comprising: a load switch control unit comprising one or more NMOS; and a current mirror unit for discharging charges charged in the variable capacitor through a current mirror and controlling a discharge speed of the variable capacitor based on a bias current generated through the bias.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 전원제어부는, 상기 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 상기 제어스위치를 닫고(On), 상기 가변커패시터를 통해 전압을 충전함으로써, 상기 로드스위치에 인가되는 제어전압을 기설정된 제1임계전압보다 높여 상기 공급전원이 상기 로드스위치를 통해 상기 출력전압단자로 전달되지 못하게 하고, 상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 상기 제어스위치를 열고(Off), 상기 가변커패시터에 충전된 전하를 상기 전류미러부를 통해 방전함으로써, 상기 로드스위치에 인가되는 제어전압을 상기 기설정된 제1임계전압의 이하로 낮추어 상기 로드스위치를 통해 상기 공급전원이 상기 출력전압단자로 전달되게 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the load switch module is operated in the disabled state, the power control unit closes the control switch (On) and charges voltage through the variable capacitor, thereby raising the control voltage applied to the load switch above a first threshold voltage that prevents the supply power from being transmitted to the output voltage terminal through the load switch, and when the load switch module is operated in the enabled state, the control switch is opened (Off) and the charge charged in the variable capacitor is discharged through the current mirror unit, thereby lowering the control voltage applied to the load switch below the first threshold voltage that allows the supply power to be transmitted to the output voltage terminal through the load switch.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 가변커패시터는 상기 로드스위치가 디스에이블로 동작하는 경우, 공급전원의 전압까지 충전되고, 상기 제어전압 및 상기 기설정된 제1임계전압은 상기 공급전원의 전압보다 낮게 결정되고, 상기 외부커패시터는 상기 로드스위치가 인에이블로 동작하는 경우, 상기 로드스위치로부터 상기 출력전압단자로 전달되는 공급전원에 기반하여 충전될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the variable capacitor is charged up to the voltage of the power supply when the load switch is operated in the disabled state, the control voltage and the preset first threshold voltage are determined to be lower than the voltage of the power supply, and the external capacitor can be charged based on the power supply transmitted from the load switch to the output voltage terminal when the load switch is operated in the enabled state.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 출력제어부에 포함된 NMOS는, 상기 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 게이트에 동작신호가 입력되어 상기 전원제어부로부터 입력 받은 전류 및 상기 외부커패시터에 충전된 전하를 방전시키고, 상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 게이트에 동작신호가 입력되지 않아 상기 전원제어부 및 상기 외부커패시터로부터 전류를 입력 받지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the NMOS included in the output control unit discharges the current input from the power control unit and the charge charged in the external capacitor when the load switch module is operated in the disabled state by inputting an operation signal to the gate, and when the load switch module is operated in the enabled state, the NMOS may not receive current from the power control unit and the external capacitor because the operation signal is not input to the gate.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 바이어스는 게이트를 공유하는 한 쌍의 NMOS 및 게이트를 공유하는 한 쌍의 PMOS를 포함하고, 상기 로드스위치조절부를 통해 상기 가변커패시터로부터 방전되는 전류는, 상기 전류미러부에서 수행되는 전류 미러에 의하여 상기 로드스위치조절부에 포함된 NMOS의 드레인에 입력되는 전류에 해당하고, 상기 바이어스전류의 기설정된 비율에 기반하여 산출되고, 상기 기설정된 비율은 상기 로드스위치조절부에 포함된 NMOS의 개수 및 연결구성에 기반하여 산출될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the bias includes a pair of NMOS sharing a gate and a pair of PMOS sharing a gate, and a current discharged from the variable capacitor through the load switch control unit corresponds to a current input to a drain of an NMOS included in the load switch control unit by a current mirror performed in the current mirror unit, and is calculated based on a preset ratio of the bias current, and the preset ratio can be calculated based on the number and connection configuration of the NMOS included in the load switch control unit.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 가변커패시터의 방전속도는, 상기 가변커패시터의 방전량, 및 가변커패시터로부터 방전되는 전류 중 1 이상에 기반하여 결정되고, 상기 가변커패시터의 방전량에 반비례하여 산출되고, 상기 가변커패시터로부터 방전되는 전류에 비례하여 산출될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the discharge rate of the variable capacitor is determined based on at least one of the discharge amount of the variable capacitor and the current discharged from the variable capacitor, and may be calculated inversely proportional to the discharge amount of the variable capacitor and proportional to the current discharged from the variable capacitor.
본 발명의 일 실시예에서는, 전류 미러를 통해 가변커패시터의 방전속도를 조절하여 로드스위치의 동작을 제어하는 제어전압의 가변속도를 제어함에 따라 짧은 시간 내에 급격히 증가하는 돌입전류 및 피크전압의 크기를 최소화하여 로드스위치의 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, by controlling the variable speed of a control voltage that controls the operation of a load switch by controlling the discharge speed of a variable capacitor through a current mirror, the size of the inrush current and peak voltage that rapidly increase in a short period of time can be minimized, thereby improving the stability and reliability of the load switch.
본 발명의 일 실시예에서는, NMOS를 포함하는 출력제어부를 통해 외부커패시터의 충전 혹은 방전을 제어함에 따라 로드스위치의 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the stability and reliability of a load switch can be improved by controlling charging or discharging of an external capacitor through an output control unit including an NMOS.
본 발명의 일 실시예에서는, 한 쌍의 PMOS와 한 쌍의 NMOS로 구성된 바이어스로 바이어스전류를 생성하고, 해당 바이어스전류를 1 이상의 NMOS를 이용하여 전류 미러를 통해 제어전압을 가변하는 구성을 채택함으로써, 설계 회로에 대한 복합성을 감소시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a configuration is adopted in which a bias current is generated by a bias composed of a pair of PMOS and a pair of NMOS, and the bias current is controlled by varying a voltage through a current mirror using one or more NMOS, thereby reducing the complexity of the design circuit.
본 발명의 일 실시예에서는, 가변커패시터가 저장한 전하량이 모두 방전되는 경우 전류미러부에서 발생하는 실질적인 대기전력을 바이어스전류를 생성하는 바이어스에서만 발생하도록 하여 대기전력에 따른 비용을 최소화하고, 로드스위치모듈의 에너지효율성 및 수명을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the amount of charge stored in a variable capacitor is completely discharged, the actual standby power generated in a current mirror section is generated only in a bias that generates a bias current, thereby minimizing the cost due to standby power and improving the energy efficiency and lifespan of a load switch module.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 구성요소를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 안정성을 강화하는 외부커패시터의 연결구조를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원제어부의 구성요소를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력제어부의 구성요소를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류미러부의 구성요소를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 디스에이블 동작에 대한 수행과정을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 인에이블 동작에 대한 수행과정을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 효과를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어전압의 방전속도 가변에 대한 수행결과를 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates components of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 schematically illustrates a connection structure of an external capacitor that enhances the stability of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 schematically illustrates components of a power control unit according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 schematically illustrates components of an output control unit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 schematically illustrates components of a current mirror unit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 schematically illustrates a process for performing a disable operation of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 schematically illustrates a process for performing an enable operation of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 schematically illustrates the effect of the present invention according to one embodiment of the present invention.
Figure 9 schematically illustrates the performance results for varying the discharge speed of the control voltage according to one embodiment of the present invention.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.Hereinafter, various embodiments and/or aspects are now disclosed with reference to the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a general understanding of one or more aspects. It will be recognized, however, by one skilled in the art that such aspect(s) may be practiced without these specific details. The following description and the annexed drawings set forth specific exemplary aspects of one or more aspects in detail. It should be understood, however, that these aspects are exemplary and that any of the various methods of the principles of the various aspects may be utilized, and the description is intended to encompass all such aspects and their equivalents.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.Additionally, various aspects and features will be presented by means of systems that may include a number of devices, components, and/or modules, etc. It is also to be understood and appreciated that various systems may include additional devices, components, and/or modules, etc., and/or may not include all of the devices, components, modules, etc. discussed in connection with the drawings.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.The terms "embodiment," "example," "aspect," and "example" as used herein are not to be construed as implying that any aspect or design described is better or advantageous over other aspects or designs. The terms "part," "component," "module," "system," and "interface," as used below, generally refer to computer-related entities, and can refer to, for example, hardware, a combination of hardware and software, or software.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, it should be understood that the terms "comprises" and/or "comprising" imply the presence of the features and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, components and/or groups thereof.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Also, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any item among a plurality of related described items.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, in the embodiments of the present invention, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant technology, and shall not be interpreted in an ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 구성요소를 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates components of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, 입력전압단자에서 출력전압단자로 공급전원을 전달하는 로드스위치모듈의 동작에 대한 인에이블(Enable) 혹은 디스에이블(Disable)을 외부신호에 따라 제어하는 신호입력부; PMOS로 구성된 로드스위치(1100), 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 제어스위치(1200), 및 상기 신호입력부의 제어에 따라 충전 혹은 방전하며 상기 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 가변하는 가변커패시터(1300)를 포함하고, 상기 제어전압에 기반하여 동작하는 상기 로드스위치(1100)를 통해 상기 공급전원을 차단하거나 상기 출력전압단자로 전달하는 전원제어부(1000); 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 NMOS를 포함하고, 상기 NMOS의 동작에 따라 외부커패시터(4000)에서 충전된 전하를 방전시키는 출력제어부(2000); 및 바이어스(3100, Bias); 및 1 이상의 NMOS로 구성된 로드스위치조절부(3200);를 포함하고, 전류 미러(Current Mirror)를 통해 상기 가변커패시터(1300)에서 충전된 전하를 방전시키고, 상기 바이어스(3100)를 통해 생성한 바이어스전류에 기반하여 상기 가변커패시터(1300)의 방전속도를 제어하는 전류미러부(3000);를 포함한다.As illustrated in FIG. 1, a load switch module for implementing a soft start by varying a control voltage applied to a load switch (1100), the load switch module comprising: a signal input unit for controlling, based on an external signal, the operation of the load switch module for transmitting power supply from an input voltage terminal to an output voltage terminal, to enable or disable the operation; a power control unit (1000) comprising a load switch (1100) formed of a PMOS, a control switch (1200) for operating under the control of the signal input unit, and a variable capacitor (1300) for charging or discharging under the control of the signal input unit and varying the control voltage applied to the gate of the PMOS, the power control unit operating based on the control voltage to cut off the power supply or transmit the power supply to the output voltage terminal through the load switch (1100); An output control unit (2000) including an NMOS that operates according to the control of the signal input unit and discharges charges charged in an external capacitor (4000) according to the operation of the NMOS; and a bias (3100, Bias); and a load switch control unit (3200) composed of one or more NMOS; and a current mirror unit (3000) that discharges charges charged in the variable capacitor (1300) through a current mirror and controls the discharge speed of the variable capacitor (1300) based on the bias current generated through the bias (3100).
구체적으로, 본 발명의 로드스위치모듈은 입력전압단자(VIN)를 통해 공급전원을 입력 받고, 출력전압단자(VOUT)를 통해 공급전원을 출력하되, 공급전원을 전달하는 과정에서 발생할 수 있는 제어전압의 급격한 변화로 인해 돌입전류의 급격한 증가 혹은 공급전원의 전압에서 도출되는 순간적인 피크 등과 같은 문제점이 발생하는 것을 방지하기 위해 전류 미러를 이용하여 제어전압의 변화 속도를 제어하여 소프트 스타트를 구현하는 장치이다. 한편, 본 발명의 일 실시예로서, 로드스위치모듈의 높은 안정성을 위해 입력전압단자측, 및 출력전압단자측 각각에 용량이 큰 외부커패시터가 구비될 수 있다.Specifically, the load switch module of the present invention is a device that inputs power supply through an input voltage terminal (V IN ) and outputs power supply through an output voltage terminal (V OUT ), and implements a soft start by controlling the change speed of the control voltage using a current mirror to prevent problems such as a rapid increase in inrush current or a momentary peak derived from the voltage of the power supply due to a rapid change in the control voltage that may occur in the process of transmitting the power supply. Meanwhile, as an embodiment of the present invention, in order to achieve high stability of the load switch module, an external capacitor having a large capacity may be provided on each of the input voltage terminal side and the output voltage terminal side.
신호입력부(미도시)는 입력전압단자에서 출력전압단자로 공급전원을 전달하는 로드스위치모듈의 동작에 대한 인에이블(Enable) 혹은 디스에이블(Disable)을 외부로부터 수신한 외부신호에 따라 제어한다. 또한, 상기 신호입력부는 로드스위치모듈의 안정적인 운영을 위하여 버퍼(Buffer)를 포함하여 외부신호의 입력을 일시적으로 저장하거나, 전원제어부(1000) 및 출력제어부(2000)로 전달하는 전송속도를 조절할 수 있다.A signal input unit (not shown) controls the operation of a load switch module that transmits power from an input voltage terminal to an output voltage terminal by enabling or disabling the operation based on an external signal received from the outside. In addition, the signal input unit may include a buffer to temporarily store an input of an external signal for stable operation of the load switch module, or may control the transmission speed transmitted to the power control unit (1000) and the output control unit (2000).
상기 외부신호는 로드스위치모듈의 활성화에 대한 온/오프 동작을 명령하는 정보를 포함하며, 본 발명의 일 실시예로서 인에이블신호 및 디스에이블신호를 포함할 수 있다. 본 발명에서의 인에이블신호에 따른 로드스위치모듈의 동작은 상기 입력전압단자에서 입력되는 공급전원을 상기 출력전압단자로 전달하는 수행과정을 포함하고, 본 발명에서의 디스에이블신호에 따른 로드스위치모듈의 동작은 상기 입력전압단자에서 입력되는 공급전원을 상기 출력전압단자로 전달되는 것을 차단하는 수행과정을 포함한다.The above external signal includes information for commanding an on/off operation for activating the load switch module, and may include an enable signal and a disable signal as an embodiment of the present invention. The operation of the load switch module according to the enable signal in the present invention includes a process of transmitting the supply power input from the input voltage terminal to the output voltage terminal, and the operation of the load switch module according to the disable signal in the present invention includes a process of blocking the supply power input from the input voltage terminal from being transmitted to the output voltage terminal.
즉, 후술하는 설명에서 어떠한 구성요소가 신호입력부의 제어에 따라 동작한다는 의미는 해당 구성요소가 로드스위치모듈의 동작에 따라 제어되는 의미에 해당한다.That is, in the explanation given below, the meaning that a component operates under the control of the signal input unit corresponds to the meaning that the component is controlled according to the operation of the load switch module.
한편, 로드스위치모듈의 인에이블 동작 및 디스에이블 동작은 상기 로드스위치모듈을 관리하는 관리자가 직접 외부신호를 상기 신호입력부에 입력하거나, 상기 관리자에 의하여 기설정된 알고리즘에 따라 외부신호가 상기 신호입력부에 입력되어 발생할 수 있다.Meanwhile, the enable and disable operations of the load switch module can be generated by an administrator managing the load switch module directly inputting an external signal into the signal input section, or by an external signal being input into the signal input section according to an algorithm preset by the administrator.
전원제어부(1000)는 상기 입력전압단자로부터 입력되는 공급전원을 신호입력부의 제어에 따라 상기 출력전압단자로 전달하거나, 상기 출력전압단자로부터 차단한다. 구체적으로, 상기 전원제어부(1000)는 상기 입력전압단자 및 출력전압단자 외에도 신호입력부, 출력제어부(2000), 및 전류미러부(3000)와 연결되고, 이들과의 일련의 수행과정을 통해 제어전압을 가변함에 따라 상기 출력전압단자로 입력되는 돌입전류를 최소화하는 등 로드스위치모듈의 안정성을 강화한다.The power control unit (1000) transmits the power supply input from the input voltage terminal to the output voltage terminal or blocks it from the output voltage terminal according to the control of the signal input unit. Specifically, the power control unit (1000) is connected to the signal input unit, the output control unit (2000), and the current mirror unit (3000) in addition to the input voltage terminal and the output voltage terminal, and through a series of execution processes with these, the control voltage is varied to minimize the inrush current input to the output voltage terminal, thereby enhancing the stability of the load switch module.
한편, 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하여 공급전원이 상기 출력전압단자로 입력되지 않아야 하는 경우, 로드스위치모듈의 안정성을 위해 외부에 설치된 외부커패시터(4000)에서 충전된 전하량을 방전시킬 필요가 있다.Meanwhile, in case the load switch module is disabled and the power supply is not input to the output voltage terminal, it is necessary to discharge the amount of charge charged in the external capacitor (4000) installed externally to ensure the stability of the load switch module.
출력제어부(2000)는 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 그라운드로 접지한 회로를 통해 상기 외부커패시터(4000)에서 충전된 전하량을 방전시킨다. 한편, 외부커패시터(4000)에 대한 자세한 설명은 도 2에서 후술하도록 한다.The output control unit (2000) discharges the charge charged in the external capacitor (4000) through a circuit grounded when the load switch module is disabled. Meanwhile, a detailed description of the external capacitor (4000) will be described later with reference to Fig. 2.
전류미러부(3000)는 전류 미러를 통해 전류를 생성하고, 전원제어부(1000)와 접속되어, 전류 미러를 통해 생성한 전류에 기반하여 그라운드로 접지한 회로를 통해 상기 전원제어부(1000)가 제어전압을 임의로 가변할 수 있도록 하여 로드스위치모듈이 소프트 스타트를 구현할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명은 전류 미러를 통해 생성한 전류에 기반하여 로드스위치모듈이 소프트 스타트를 구현하여 안정성을 높이는 것을 기술적특징으로 한다.The current mirror unit (3000) generates current through the current mirror, and is connected to the power control unit (1000), so that the power control unit (1000) can arbitrarily vary the control voltage through a circuit grounded based on the current generated through the current mirror, thereby enabling the load switch module to implement a soft start. That is, the technical feature of the present invention is that the load switch module implements a soft start based on the current generated through the current mirror, thereby increasing stability.
이하에서는 상기 로드스위치모듈에 포함되는 전원제어부(1000), 출력제어부(2000), 및 전류미러부(3000) 각각의 구성에 대한 설명을 보다 구체적으로 서술하도록 한다.Below, the configuration of each of the power control unit (1000), output control unit (2000), and current mirror unit (3000) included in the load switch module will be described in more detail.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 안정성을 강화하는 외부커패시터(4000)의 연결구조를 개략적으로 도시한다.FIG. 2 schematically illustrates a connection structure of an external capacitor (4000) that enhances the stability of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
구체적으로, 로드스위치모듈의 안정성을 강화하기 위하여 출력전압단자측에서 외부커패시터(4000)가 로드스위치모듈과 연결되며, 바람직하게 상기 외부커패시터(4000)는 상대적으로 용량이 큰 커패시터로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서의 상기 외부커패시터(4000)는 전원제어부(1000)에서 전달되는 공급전원을 통해 충전을 하고, 충전된 전하량을 출력제어부(2000)를 통해 방전하면서 로드스위치모듈의 동작에 따라 적절한 전하량을 가질 수 있도록 동작함으로써, 상기 로드스위치모듈이 전달하는 공급전원의 안정성을 향상시키는 역할을 수행한다.Specifically, in order to enhance the stability of the load switch module, an external capacitor (4000) is connected to the load switch module on the output voltage terminal side, and preferably, the external capacitor (4000) may be configured as a capacitor having a relatively large capacity. In one embodiment of the present invention, the external capacitor (4000) is charged through the supply power transmitted from the power control unit (1000), and operates to have an appropriate amount of charge according to the operation of the load switch module while discharging the charged amount of charge through the output control unit (2000), thereby enhancing the stability of the supply power transmitted by the load switch module.
바람직하게, 상기 외부커패시터(4000)는 로드스위치모듈에서 전달되는 공급전원의 전압에 나타나는 리플 현상을 감소시키거나, 외부 환경 요인으로 인해 발생하는 전압의 변동을 완화시키기 위해 노이즈 혹은 고조파를 흡수하여 최소화할 수 있다.Preferably, the external capacitor (4000) can reduce the ripple phenomenon appearing in the voltage of the power supply transmitted from the load switch module, or can absorb and minimize noise or harmonics to alleviate voltage fluctuations caused by external environmental factors.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원제어부(1000)의 구성요소를 개략적으로 도시한다.Figure 3 schematically illustrates components of a power control unit (1000) according to one embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, PMOS로 구성된 로드스위치(1100), 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 제어스위치(1200), 및 상기 신호입력부의 제어에 따라 충전 혹은 방전하며 상기 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 가변하는 가변커패시터(1300)를 포함하고, 상기 제어전압에 기반하여 동작하는 상기 로드스위치(1100)를 통해 상기 공급전원을 차단하거나 상기 출력전압단자로 전달하는 전원제어부(1000);를 포함한다.As illustrated in FIG. 3, a load switch module for implementing a soft start by varying a control voltage applied to a load switch (1100) comprises a load switch (1100) composed of PMOS, a control switch (1200) that operates under the control of the signal input unit, and a variable capacitor (1300) that charges or discharges under the control of the signal input unit and varies the control voltage applied to the gate of the PMOS, and a power control unit (1000) that blocks the supply power or transmits it to the output voltage terminal through the load switch (1100) that operates based on the control voltage.
구체적으로, 로드스위치(1100)는 하나의 PMOS로 구성되어 있으며, PMOS의 특성 상 해당 PMOS의 게이트에 기설정된 제1임계전압 이하의 전압이 인가되는 경우, 공급전원을 소스로 입력 받아 드레인으로 출력할 수 있고, 해당 PMOS의 게이트에 기설정된 제1임계전압을 초과하는 전압이 인가되는 경우, 소스 및 드레인을 통해 공급전원을 출력전압단자로 전달하지 못한다. 즉, 로드스위치모듈이 공급전원을 입력출력전압단자에서 출력전압단자로 전달할 수 있는지에 대한 여부는 상기 로드스위치(1100)를 구성하는 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압에 따라 결정된다.Specifically, the load switch (1100) is composed of one PMOS, and when a voltage lower than a preset first threshold voltage is applied to the gate of the PMOS due to the characteristics of the PMOS, the supply power can be input as a source and output as a drain, and when a voltage exceeding the preset first threshold voltage is applied to the gate of the PMOS, the supply power cannot be transmitted to the output voltage terminal through the source and drain. That is, whether or not the load switch module can transmit the supply power from the input output voltage terminal to the output voltage terminal is determined according to the control voltage applied to the gate of the PMOS constituting the load switch (1100).
한편, 상기 제1임계전압은 해당 PMOS의 물리적 특성에 의하여 결정되므로, 본 발명의 실시예에 따라 로드스위치(1100)를 구성하는 PMOS가 상이한 경우, 해당 PMOS에 대한 제1임계전압은 본 발명의 실시예에 따라 상이하게 기설정되는 것이 바람직하다.Meanwhile, since the first threshold voltage is determined by the physical characteristics of the PMOS, when the PMOS constituting the load switch (1100) is different according to the embodiment of the present invention, it is preferable that the first threshold voltage for the PMOS is preset differently according to the embodiment of the present invention.
한편, 부하모듈에 공급전원을 전달하기 위하여 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압이 낮춰질 때, 일반적으로 해당 제어전압은 짧은 시간 내에 급격히 낮아지며, 이를 통해 출력전압단자에 입력되는 전류에서 높은 돌입전류가 발생하여 시스템의 안정성을 저하시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 상기 로드스위치(1100)와 연결된 가변커패시터(1300)의 충전 및 방전을 이용하여 가변하고, 제어전압을 천천히 조절하면서 로드스위치모듈이 소프트 스타트를 구현할 수 있도록 하는 것을 기술적특징으로 한다.Meanwhile, when the control voltage applied to the load switch (1100) is lowered in order to transmit the power supply to the load module, the control voltage is generally rapidly lowered within a short period of time, which may cause a high inrush current to be generated in the current input to the output voltage terminal, thereby lowering the stability of the system. Therefore, the present invention is characterized by a technical feature that the control voltage applied to the load switch (1100) is varied by using the charging and discharging of a variable capacitor (1300) connected to the load switch (1100), and the load switch module can implement a soft start while slowly adjusting the control voltage.
더 구체적으로, 로드스위치(1100) 및 가변커패시터(1300)의 동작은 로드스위치모듈의 인에이블 혹은 디스에이블 동작에 따라 기설정되며, 바람직하게 신호입력부의 제어에 따라 제어스위치(1200)가 입력전압단자와 로드스위치(1100)의 게이트 및 가변커패시터(1300)를 연결하거나 차단할 수 있다. 상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 로드스위치(1100)의 게이트에 인가되는 제어전압이 낮아져야 하므로, 가변커패시터(1300)의 충전전하가 방전되어 제어전압이 낮아질 수 있도록 상기 제어스위치(1200)는 열리고(Off), 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우에는, 로드스위치(1100)의 게이트에 인가되는 제어전압이 높아져야 하므로, 가변커패시터(1300)가 전하를 충전하여 제어전압이 높아질 수 있도록 상기 제어스위치(1200)는 닫힌다(On).More specifically, the operation of the load switch (1100) and the variable capacitor (1300) is preset according to the enable or disable operation of the load switch module, and preferably, the control switch (1200) can connect or disconnect the input voltage terminal and the gate of the load switch (1100) and the variable capacitor (1300) according to the control of the signal input section. When the above load switch module operates in the enabled state, the control voltage applied to the gate of the load switch (1100) must be lowered, so that the charge of the variable capacitor (1300) can be discharged and the control voltage can be lowered, so that the control switch (1200) is opened (Off), and when the load switch module operates in the disabled state, the control voltage applied to the gate of the load switch (1100) must be higher, so that the variable capacitor (1300) can be charged and the control voltage can be increased, so that the control switch (1200) is closed (On).
한편, 제어스위치(1200)의 동작은 신호입력부로부터 수신하는 제어 전류의 유무 또는 방향에 따라 자동으로 열리거나 닫히는 동작에 해당하며, 본 발명의 일 실시예로서 제어스위치(1200)는 릴레이 스위치(Relay Switch)에 해당할 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에서의 제어스위치(1200)는 전술한 동작을 수행할 수 있는 다른 종류의 스위치에 해당할 수 있다.Meanwhile, the operation of the control switch (1200) corresponds to an operation of automatically opening or closing depending on the presence or direction of the control current received from the signal input unit, and as an embodiment of the present invention, the control switch (1200) may correspond to a relay switch, and in another embodiment of the present invention, the control switch (1200) may correspond to another type of switch capable of performing the above-described operation.
또한 바람직하게, 상기 제어스위치(1200)가 닫히는 경우, 즉, 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 가변커패시터(1300)는 최대로 상기 공급전원의 입력전압만큼 충전을 할 수 있고, 이에 따라 상기 로드스위치(1100)의 게이트에 대한 제1임계전압은 상기 공급전원의 입력전압보다 낮게 설정되는 것이 바람직하다.Also, preferably, when the control switch (1200) is closed, i.e., when the load switch module is disabled, the variable capacitor (1300) can be charged up to the input voltage of the power supply, and accordingly, the first threshold voltage for the gate of the load switch (1100) is preferably set lower than the input voltage of the power supply.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력제어부(2000)의 구성요소를 개략적으로 도시한다.Figure 4 schematically illustrates components of an output control unit (2000) according to one embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 NMOS를 포함하고, 상기 NMOS의 동작에 따라 외부커패시터(4000)에서 충전된 전하를 방전시키는 출력제어부(2000);를 포함한다.As illustrated in FIG. 4, the load switch module implements a soft start by varying the control voltage applied to the load switch (1100), and includes an NMOS that operates according to the control of the signal input unit, and an output control unit (2000) that discharges the charge charged in the external capacitor (4000) according to the operation of the NMOS.
구체적으로, 도 2에서 전술한 바와 같이, 로드스위치모듈 및 상기 로드스위치모듈과 접속된 부하모듈의 안정성을 위해 본 발명의 일 실시예로서 외부커패시터(4000)가 출력제어부(2000)와 출력전압단자 사이에 설치될 수 있으며, 상기 외부커패시터(4000)는 충전 및 방전하여 로드스위치모듈 및 부하모듈의 안정성을 강화할 수 있다.Specifically, as described above in FIG. 2, in order to ensure the stability of the load switch module and the load module connected to the load switch module, an external capacitor (4000) may be installed between the output control unit (2000) and the output voltage terminal as an embodiment of the present invention, and the external capacitor (4000) may be charged and discharged to enhance the stability of the load switch module and the load module.
바람직하게, 출력전압단자와 연결된 부하모듈이 로드스위치모듈을 통해 공급전원을 받지 않는 경우, 로드스위치모듈 및 부하모듈의 안정성을 위해 외부커패시터(4000)에 충전된 전하량이 방전이 되어야 한다. 또한, 부하모듈이 로드스위치모듈을 통해 공급전원을 받는 경우에도 로드스위치모듈 및 부하모듈의 안정성을 위해, 전원제어부(1000)에서 부하모듈로 전달되는 공급전원을 통해 충전되어야 한다. 그러므로, 본 발명은 로드스위치모듈이 이를 수행하기 위해 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 NMOS를 포함하는 출력제어부(2000)를 포함한다.Preferably, when the load module connected to the output voltage terminal does not receive power supply through the load switch module, the charge charged in the external capacitor (4000) should be discharged for the stability of the load switch module and the load module. In addition, even when the load module receives power supply through the load switch module, the charge should be transferred from the power control unit (1000) to the load module for the stability of the load switch module and the load module. Therefore, the present invention includes an output control unit (2000) including an NMOS that operates under the control of the signal input unit so that the load switch module can perform this.
한편, 상기 출력제어부(2000)에 포함된 NMOS의 게이트에 동작신호가 입력되는 것은 기설정된 제2임계전압을 초과하는 전압이 해당 NMOS의 게이트에 인가되었음을 의미하고, NMOS의 게이트에 동작신호가 입력되지 않았다는 것은 기설정된 제2임계전압 이하의 전압이 해당 NMOS의 게이트에 인가되었음을 의미하며, 상기 제2임계전압은 해당 NMOS의 물리적 특성에 의하여 결정되므로, 본 발명의 실시예에 따라 출력제어부(2000)에 포함되는 NMOS가 상이한 경우, 해당 NMOS에 대한 제2임계전압은 본 발명의 실시예에 따라 상이하게 기설정되는 것이 바람직하다.Meanwhile, inputting an operation signal to the gate of the NMOS included in the output control unit (2000) means that a voltage exceeding a preset second threshold voltage has been applied to the gate of the corresponding NMOS, and not inputting an operation signal to the gate of the NMOS means that a voltage lower than the preset second threshold voltage has been applied to the gate of the corresponding NMOS, and since the second threshold voltage is determined by the physical characteristics of the corresponding NMOS, when the NMOS included in the output control unit (2000) is different according to the embodiment of the present invention, it is preferable that the second threshold voltage for the corresponding NMOS is preset differently according to the embodiment of the present invention.
로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우 해당 NMOS의 게이트에 기설정된 제2임계전압을 초과하는 전압이 인가되어 NMOS를 통해 전류가 지나갈 수 있고, 해당 NMOS를 통해 상기 외부커패시터(4000)에서 방전되는 전하가 그라운드로 방류될 수 있는 반면, 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우 해당 NMOS의 게이트에는 기설정된 제2임계전압 이하의 전압이 인가되어 NMOS를 통해 전류가 흐르지 않게 되므로, 출력제어부(2000)를 구성하는 회로는 개방(Open)상태가 되어, 상기 외부커패시터(4000)는 상기 전원제어부(1000)로부터 출력전압단자로 입력되는 공급전원의 전압으로 충전을 할 수 있게 된다.When the load switch module operates in the disabled state, a voltage exceeding the preset second threshold voltage is applied to the gate of the corresponding NMOS, so that current can pass through the NMOS, and the charge discharged from the external capacitor (4000) through the corresponding NMOS can be discharged to the ground. On the other hand, when the load switch module operates in the enabled state, a voltage lower than the preset second threshold voltage is applied to the gate of the corresponding NMOS, so that current does not flow through the NMOS, and therefore the circuit constituting the output control unit (2000) is in an open state, so that the external capacitor (4000) can be charged with the voltage of the supply power input from the power control unit (1000) to the output voltage terminal.
한편, 출력제어부(2000)에 포함된 NMOS의 게이트에 인가되는 전압은 신호입력부의 제어에 따라 상이하게 가변되어야 하므로, 상기 신호입력부의 제어에 따라 상이한 전압을 해당 게이트에 인가할 수 있는 회로(미도시)가 해당 게이트와 연결되는 구성으로 로드스위치모듈에 더 포함되는 것이 바람직하다.Meanwhile, since the voltage applied to the gate of the NMOS included in the output control unit (2000) must vary differently depending on the control of the signal input unit, it is preferable that a circuit (not shown) capable of applying different voltages to the corresponding gate depending on the control of the signal input unit be further included in the load switch module in a configuration connected to the corresponding gate.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서의 출력제어부(2000)는 NMOS의 드레인 측에 저항을 더 포함할 수 있으며, 해당 저항은 외부커패시터(4000)의 방전속도를 제어함에 따라 상기 외부커패시터(4000)가 방전하면서 발생할 수 있는 노이즈 혹은 과전류를 최소화할 수 있다.In addition, the output control unit (2000) in another embodiment of the present invention may further include a resistor on the drain side of the NMOS, and the resistor may minimize noise or overcurrent that may occur when the external capacitor (4000) is discharged by controlling the discharge speed of the external capacitor (4000).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류미러부(3000)의 구성요소를 개략적으로 도시한다.Figure 5 schematically illustrates components of a current mirror unit (3000) according to one embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 가변하여 소프트 스타트를 구현하는 로드스위치모듈로서, 바이어스(3100)(Bias); 및 1 이상의 NMOS로 구성된 로드스위치조절부(3200);를 포함하고, 전류 미러(Current Mirror)를 통해 상기 가변커패시터(1300)에서 충전된 전하를 방전시키고, 상기 바이어스(3100)를 통해 생성한 바이어스전류에 기반하여 상기 가변커패시터(1300)의 방전속도를 제어하는 전류미러부(3000);를 포함한다.As illustrated in FIG. 5, a load switch module for implementing a soft start by varying a control voltage applied to a load switch (1100) comprises a bias (3100); and a load switch control unit (3200) composed of one or more NMOS; and a current mirror unit (3000) for discharging a charge charged in the variable capacitor (1300) through a current mirror and controlling a discharge speed of the variable capacitor (1300) based on a bias current generated through the bias (3100).
구체적으로, 바이어스(3100)는 게이트를 공유하는 한 쌍의 PMOS 및 게이트를 공유하는 한 쌍의 NMOS를 포함하고, 로드스위치조절부(3200)는 1 이상의 NMOS를 포함할 수 있다. 바람직하게, 전류미러부(3000)는 전류 미러를 통해 바이어스(3100)에서 생성되는 바이어스전류와 동일한 값의 복사전류를 상기 로드스위치조절부(3200)에 포함된 NMOS에 흐르게 하고, 더 바람직하게, 상기 로드스위치조절부(3200)에 포함된 NMOS의 수와 연결구조에 따라 상기 바이어스전류에 비례하거나 반비례하는 복사전류를 상기 로드스위치조절부(3200)에 포함된 NMOS에 흐르게 할 수 있다.Specifically, the bias (3100) may include a pair of PMOSs sharing a gate and a pair of NMOSs sharing a gate, and the load switch control unit (3200) may include one or more NMOSs. Preferably, the current mirror unit (3000) causes a copy current having the same value as a bias current generated in the bias (3100) through the current mirror to flow to the NMOSs included in the load switch control unit (3200), and more preferably, depending on the number and connection structure of the NMOSs included in the load switch control unit (3200), a copy current proportional or inversely proportional to the bias current may flow to the NMOSs included in the load switch control unit (3200).
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 로드스위치조절부(3200)에 포함된 NMOS의 드레인은 전원제어부(1000)와 연결되고, NMOS의 소스는 그라운드와 연결되므로, 전류미러부(3000)는 상기 로드스위치조절부(3200)에 흐르는 전류가 전원제어부(1000)로부터 입력되는 구성을 가진다. 즉, 바이어스전류의 크기 혹은 로드스위치조절부(3200)의 복사전류의 복사 비율에 따라 상기 전원제어부(1000)로부터 입력되는 전류의 크기가 결정되며, 본 발명은 이와 같은 특성을 이용하여 로드스위치모듈에서의 제어전압의 가변속도를 조절하여 상기 로드스위치모듈의 안정성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 5, the drain of the NMOS included in the load switch control unit (3200) is connected to the power control unit (1000), and the source of the NMOS is connected to the ground, so that the current mirror unit (3000) has a configuration in which the current flowing in the load switch control unit (3200) is input from the power control unit (1000). That is, the size of the current input from the power control unit (1000) is determined according to the size of the bias current or the copy ratio of the copy current of the load switch control unit (3200), and the present invention can improve the stability of the load switch module by controlling the variable speed of the control voltage in the load switch module by utilizing this characteristic.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 디스에이블 동작에 대한 수행과정을 개략적으로 도시한다.FIG. 6 schematically illustrates a process for performing a disable operation of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전원제어부(1000)는, 상기 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 상기 제어스위치(1200)를 닫고(On), 상기 가변커패시터(1300)를 통해 전압을 충전함으로써, 상기 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 기설정된 제1임계전압보다 높여 상기 공급전원이 상기 로드스위치(1100)를 통해 상기 출력전압단자로 전달되지 못하게 한다.As illustrated in FIG. 6, when the load switch module operates in the disabled state, the power control unit (1000) closes (On) the control switch (1200) and charges voltage through the variable capacitor (1300), thereby raising the control voltage applied to the load switch (1100) above a preset first threshold voltage, thereby preventing the supply power from being transmitted to the output voltage terminal through the load switch (1100).
또한, 상기 가변커패시터(1300)는 상기 로드스위치(1100)가 디스에이블로 동작하는 경우, 공급전원의 전압까지 충전되고, 상기 제어전압 및 상기 기설정된 제1임계전압은 상기 공급전원의 전압보다 낮게 결정되고, 상기 외부커패시터(4000)는 상기 로드스위치(1100)가 인에이블로 동작하는 경우, 상기 로드스위치(1100)로부터 상기 출력전압단자로 전달되는 공급전원에 기반하여 충전된다.In addition, the variable capacitor (1300) is charged up to the voltage of the power supply when the load switch (1100) operates in the disabled state, the control voltage and the preset first threshold voltage are determined to be lower than the voltage of the power supply, and the external capacitor (4000) is charged based on the power supply transmitted from the load switch (1100) to the output voltage terminal when the load switch (1100) operates in the enabled state.
또한, 상기 출력제어부(2000)에 포함된 NMOS는, 상기 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 게이트에 동작신호가 입력되어 상기 외부커패시터(4000)에 충전된 전하를 방전시킨다.In addition, the NMOS included in the output control unit (2000) discharges the charge stored in the external capacitor (4000) when an operation signal is input to the gate when the load switch module is disabled.
구체적으로, 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 제어스위치(1200)는 On으로 작동되고, 로드스위치(1100)의 게이트 및 가변커패시터(1300)에 전압을 인가하여 로드스위치(1100)를 Off함으로써, 공급전원이 입력전압단자에서 출력전압단자로 입력되는 것을 방지한다. 또한, 출력제어부(2000)에 포함된 NMOS에 전류가 통하도록 하여 외부커패시터(4000)의 전하가 그라운드로 방전되게 한다.Specifically, when the load switch module operates in the disabled state, the control switch (1200) is operated to On, and voltage is applied to the gate of the load switch (1100) and the variable capacitor (1300) to turn off the load switch (1100), thereby preventing the supply power from being input from the input voltage terminal to the output voltage terminal. In addition, current is allowed to flow through the NMOS included in the output control unit (2000), thereby causing the charge of the external capacitor (4000) to be discharged to ground.
상기 가변커패시터(1300)는 전압입력단자로부터 흘러오는 공급전원으로 충전을 하고, 전하를 충전함에 따라 상기 가변커패시터(1300)의 충전량이 높아지고, 회로 특성 상 로드스위치(1100)의 게이트에 인가되는 제어전압도 높아지게 된다. 즉, 제어전압은 공급전원의 전압만큼 높아질 수 있다. The above variable capacitor (1300) is charged with the supply power flowing from the voltage input terminal, and as the charge is charged, the charge amount of the variable capacitor (1300) increases, and the control voltage applied to the gate of the load switch (1100) also increases due to the circuit characteristics. That is, the control voltage can be increased by the voltage of the supply power.
가변커패시터(1300)가 충전함에 따라 게이트에 인가되는 제어전압이 로드스위치(1100)에 포함된 PMOS에 대하여 기설정된 제1임계전압보다 높아지면, PMOS의 소스와 드레인 사이에는 전류가 흐르지 않으므로, 로드스위치(1100)는 Off상태가 되고, 로드스위치(1100)를 통해 전류가 입력전압단자에서 출력전압단자로 흐르지 않는다.As the variable capacitor (1300) is charged, when the control voltage applied to the gate becomes higher than the first threshold voltage preset for the PMOS included in the load switch (1100), no current flows between the source and drain of the PMOS, so the load switch (1100) is turned off, and no current flows from the input voltage terminal to the output voltage terminal through the load switch (1100).
한편, 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 전류미러부(3000)는 전원제어부(1000)로부터 전류가 유입되지 않는 Off상태가 되므로, 설명의 편의를 위하여 도 6에서 도시되지 않았다.Meanwhile, when the load switch module operates in the disabled state, the current mirror unit (3000) is in an off state where no current flows in from the power control unit (1000), and therefore, for convenience of explanation, it is not illustrated in FIG. 6.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드스위치모듈의 인에이블 동작에 대한 수행과정을 개략적으로 도시한다.FIG. 7 schematically illustrates a process for performing an enable operation of a load switch module according to one embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전원제어부(1000)는, 상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 상기 제어스위치(1200)를 열고(Off), 상기 가변커패시터(1300)에 충전된 전하를 상기 전류미러부(3000)를 통해 방전함으로써, 상기 로드스위치(1100)에 인가되는 제어전압을 상기 기설정된 제1임계전압의 이하로 낮추어 상기 로드스위치(1100)를 통해 상기 공급전원이 상기 출력전압단자로 전달되게 한다.As illustrated in FIG. 7, when the load switch module operates in the enable mode, the power control unit (1000) opens (Off) the control switch (1200) and discharges the charge charged in the variable capacitor (1300) through the current mirror unit (3000), thereby lowering the control voltage applied to the load switch (1100) below the preset first threshold voltage, thereby allowing the supply power to be transmitted to the output voltage terminal through the load switch (1100).
또한, 상기 출력제어부(2000)에 포함된 NMOS는, 상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 게이트에 동작신호가 입력되지 않아 상기 외부커패시터(4000)로부터 전류를 입력 받지 않는다.In addition, the NMOS included in the output control unit (2000) does not receive current from the external capacitor (4000) because no operation signal is input to the gate when the load switch module is enabled.
또한, 상기 바이어스(3100)는 게이트를 공유하는 한 쌍의 NMOS 및 게이트를 공유하는 한 쌍의 PMOS를 포함하고, 상기 로드스위치조절부(3200)를 통해 상기 가변커패시터(1300)로부터 방전되는 전류는, 상기 전류미러부(3000)에서 수행되는 전류 미러에 의하여 상기 로드스위치조절부(3200)에 포함된 NMOS의 드레인에 입력되는 전류에 해당하고, 상기 바이어스전류(IB)의 기설정된 비율에 기반하여 산출되고, 상기 기설정된 비율은 상기 로드스위치조절부(3200)에 포함된 NMOS의 개수 및 연결구성에 기반하여 산출된다.In addition, the bias (3100) includes a pair of NMOS sharing a gate and a pair of PMOS sharing a gate, and the current discharged from the variable capacitor (1300) through the load switch control unit (3200) corresponds to the current input to the drain of the NMOS included in the load switch control unit (3200) by the current mirror performed in the current mirror unit (3000), and is calculated based on a preset ratio of the bias current (I B ), and the preset ratio is calculated based on the number and connection configuration of the NMOS included in the load switch control unit (3200).
구체적으로, 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 공급전원이 입력전압단자에서 출력전압단자로 입력되게 하기 위하여 상기 로드스위치모듈을 인에이블로 동작시키는 신호입력부의 제어에 따라 제어스위치(1200)는 Off가 되어 전류가 로드스위치(1100)의 소스에서 드레인으로 흐르게 하고, 가변커패시터(1300)로 공급전원이 입력되지 않도록 한다. 한편, 신호입력부의 제어에 따라 출력제어부(2000)에 포함된 NMOS의 게이트에는 동작신호가 인가되지 않아 상기 출력제어부(2000)는 전류가 흐르지 않는 개방상태가 되어 후술하는 로드스위치모듈의 동작에 큰 영향을 끼치지 않으므로 설명의 편의를 위하여 도 7에서 도시되지 않았으며, 공급전원이 출력전압단자로 전달됨에 따라 외부커패시터(4000)는 해당 공급전원의 전압을 통해 충전을 한다.Specifically, when the load switch module operates as an enable, the control switch (1200) is turned off according to the control of the signal input section that operates the load switch module as an enable section so that the supply power is input from the input voltage terminal to the output voltage terminal, so that the current flows from the source to the drain of the load switch (1100), and the supply power is not input to the variable capacitor (1300). Meanwhile, the operation signal is not applied to the gate of the NMOS included in the output control section (2000) according to the control of the signal input section, so that the output control section (2000) is in an open state where no current flows, which does not have a significant effect on the operation of the load switch module described later, and therefore, for the convenience of explanation, it is not illustrated in FIG. 7, and as the supply power is transmitted to the output voltage terminal, the external capacitor (4000) is charged through the voltage of the corresponding supply power.
더 구체적으로, 로드스위치(1100)를 구성하는 PMOS를 통해 전류가 흐를 수 있도록 해당 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 낮추기 위하여 가변커패시터(1300)에 충전된 전하량을 낮추고자 상기 가변커패시터(1300)를 방전시킬 필요가 있다. 다시 말해, 상기 가변커패시터(1300)가 방전이 되게 하기 위하여 전류의 흐름을 가변할 필요가 있으며, 본 발명은 바이어스(3100) 및 로드스위치조절부(3200)를 포함하는 전류미러부(3000)를 통해 상기 가변커패시터(1300)의 전하가 방전되는 구성을 기술적특징으로 한다.More specifically, in order to lower the control voltage applied to the gate of the PMOS constituting the load switch (1100) so that current can flow through the PMOS, it is necessary to discharge the variable capacitor (1300) to lower the amount of charge charged in the variable capacitor (1300). In other words, it is necessary to vary the flow of current in order to discharge the variable capacitor (1300), and the present invention is characterized by a configuration in which the charge of the variable capacitor (1300) is discharged through a current mirror unit (3000) including a bias (3100) and a load switch control unit (3200).
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 바이어스(3100)는 일정한 바이어스전류(IB)를 생성(①)하며, NMOS로 구성된 로드스위치조절부(3200)와 연결되어 전류 미러를 통해 상기 바이어스전류(IB)에 기반하는 복사전류(αIB)가 상기 로드스위치조절부(3200)에 흐를 수(②) 있도록 한다. 도 5에서 전술한 바와 같이, 가변커패시터(1300)의 방전을 통해 전류가 상기 로드스위치조절부(3200)로 흐르게(③) 되는 구성으로, 가변커패시터(1300)에서 로드스위치조절부(3200)로 입력되는 전류량은 상기 전원미러부의 작동에 따라 가변될 수 있다.As illustrated in FIG. 7, the bias (3100) generates a constant bias current (I B ) (①) and is connected to a load switch control unit (3200) composed of an NMOS so that a copy current (αI B ) based on the bias current (I B ) can flow to the load switch control unit (3200) (②) through a current mirror. As described above in FIG. 5, the current flows to the load switch control unit (3200) through the discharge of the variable capacitor (1300) (③), and the amount of current input from the variable capacitor (1300) to the load switch control unit (3200) can vary depending on the operation of the power mirror unit.
즉, 전류는 시간에 따른 전하의 변화량이므로, 상기 로드스위치조절부(3200)에 흐르는 전류량을 높게 설정할수록 상기 가변커패시터(1300)에서 시간에 따라 방전되는 전하량이 많아진다. 또한, 가변커패시터(1300)가 충전한 전하량에 따라 제어전압이 가변되므로, 본 발명의 로드스위치모듈은 전류 미러를 이용하여 제어전압의 Pull-Down속도를 제어하여 안정성을 향상시킬 수 있음을 의미한다.That is, since current is the amount of change in charge over time, the higher the amount of current flowing through the load switch control unit (3200) is set, the more the amount of charge discharged over time from the variable capacitor (1300) increases. In addition, since the control voltage varies depending on the amount of charge charged by the variable capacitor (1300), the load switch module of the present invention means that the pull-down speed of the control voltage can be controlled using a current mirror to improve stability.
한편, 도 5에서 전술한 바와 같이, 로드스위치조절부(3200)는 1 이상의 NMOS에 대하여, NMOS의 수 및 NMOS의 연결구성에 기반하여 바이어스전류(IB)에 비례하거나 반비례하는 복사전류(αIB)를 생성할 수 있으며, 바람직하게, N개의 NMOS를 직렬로 연결하는 경우, 상기 바이어스전류의 1/N의 전류값만큼의 복사전류를 생성할 수 있고, N개의 NMOS를 병렬로 연결하는 경우, 상기 바이어스전류의 N배의 전류값만큼의 복사전류를 생성할 수 있다.Meanwhile, as described above in FIG. 5, the load switch control unit (3200) can generate a copy current (αI B ) proportional or inversely proportional to a bias current (I B ) based on the number of NMOSs and the connection configuration of the NMOSs for one or more NMOSs, and preferably, when N NMOSs are connected in series, a copy current of a current value equal to 1/N of the bias current can be generated, and when N NMOSs are connected in parallel, a copy current of a current value equal to N times the bias current can be generated.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 바이어스(3100)에서 생성되는 바이어스전류의 전류값 및 바이어스전류에 대한 복사 비율은 상기 로드스위치모듈을 관리하는 관리자 혹은 상기 로드스위치모듈을 사용하는 사용자의 목적에 따라 결정될 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the current value of the bias current generated from the bias (3100) and the copy ratio for the bias current can be determined according to the purpose of the manager managing the load switch module or the user using the load switch module.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 효과를 개략적으로 도시한다.Figure 8 schematically illustrates the effect of the present invention according to one embodiment of the present invention.
개략적으로, 도 8의 (a)는 본 발명의 입력전압단자와 전원제어부(1000) 사이에 설치되는 외부커패시터(5000)를 도시하고, 도 8의 (b)는 가변커패시터(1300)의 충전 및 방전에 따른 전류미러부(3000)의 대기전력을 도시한다.Schematically, Fig. 8 (a) illustrates an external capacitor (5000) installed between the input voltage terminal of the present invention and the power control unit (1000), and Fig. 8 (b) illustrates the standby power of the current mirror unit (3000) according to the charging and discharging of the variable capacitor (1300).
바람직하게, 전원제어부(1000)와 출력전압단자 사이에 설치된 외부커패시터(4000) 외에 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 입력전압단자와 전원제어부(1000) 사이에도 로드스위치모듈의 안정성을 위하여 외부커패시터(5000)가 더 설치될 수 있다. 본 발명의 설명의 편의를 위하여 이하에서는, 전원제어부(1000)와 출력전압단자 사이에 설치된 외부커패시터를 제1외부커패시터(4000)로, 입력전압단자와 전원제어부(1000) 사이에 설치된 외부커패시터를 제2외부커패시터(5000)로 칭하도록 한다.Preferably, in addition to the external capacitor (4000) installed between the power control unit (1000) and the output voltage terminal, as shown in (a) of FIG. 8, an external capacitor (5000) may be further installed between the input voltage terminal and the power control unit (1000) for the stability of the load switch module. For the convenience of explaining the present invention, the external capacitor installed between the power control unit (1000) and the output voltage terminal will be referred to as the first external capacitor (4000) and the external capacitor installed between the input voltage terminal and the power control unit (1000) will be referred to as the second external capacitor (5000) hereinafter.
종래의 로드스위치 장치의 경우, 제어전압의 급격한 Pull-down으로 인해 높은 돌입전류가 짧은 시간 내에 입력전압단자에서 출력전압단자로 흐르게 되어 제2외부커패시터(5000)에 급격한 방전이 발생함에 따라 시간에 따른 공급전원의 전압에서 크기가 큰 피크가 발생하여 상기 종래의 로드스위치를 포함하는 제품의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 전류 미러를 통해 제어전압을 서서히 낮춤에 따라 입력전압단자에서 출력전압단자로 출력되는 전류에서 발생하는 돌입전류의 크기가 낮아지고, 상기 제2외부커패시터(5000)에서 급격한 방전이 발생하지 않아 큰 피크전압이 발생하는 것이 방지됨에 따라 로드스위치모듈이 설치된 제품의 안정성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In the case of a conventional load switch device, a high inrush current flows from the input voltage terminal to the output voltage terminal in a short period of time due to a rapid pull-down of the control voltage, which causes a rapid discharge to occur in the second external capacitor (5000), thereby generating a large peak in the voltage of the power supply over time, which may reduce the reliability of a product including the conventional load switch. However, according to the present invention, by gradually lowering the control voltage through the current mirror, the size of the inrush current generated from the current output from the input voltage terminal to the output voltage terminal is reduced, and since a rapid discharge does not occur in the second external capacitor (5000), a large peak voltage is prevented from occurring, thereby improving the stability of a product having a load switch module installed.
또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 가변커패시터(1300)가 완전방전이 된 경우에는 전류미러부(3000)에 포함된 로드스위치조절부(3200)에는 전류가 흐를 수 없게 되므로(αIB = 0), 대기전력이 발생하지 않는다. 또한, 로드스위치조절부(3200)를 통해 바이어스전류에 비례하는 충분히 높은 복사전류가 생성될 수 있기 때문에, 전류미러부(3000)는 바이어스(3100)를 통해 상대적으로 낮은 바이어스전류를 생성해도 되므로, 바이어스(3100)에서 발생하는 대기전력은 비교적 낮게 발생한다. 즉, 본 발명은 이와 같은 구성으로 설계된 전류미러부(3000)를 통해 대기전력의 발생을 최소화함으로써 로드스위치모듈 작동 중 요구되는 비용을 절감하는 효과를 발휘할 수 있다.In addition, as illustrated in (b) of FIG. 8, when the variable capacitor (1300) is completely discharged, current cannot flow to the load switch control unit (3200) included in the current mirror unit (3000) (αI B = 0), so no standby power is generated. In addition, since a sufficiently high radiation current proportional to the bias current can be generated through the load switch control unit (3200), the current mirror unit (3000) can generate a relatively low bias current through the bias (3100), so the standby power generated in the bias (3100) is relatively low. That is, the present invention can exhibit the effect of reducing the cost required during the operation of the load switch module by minimizing the generation of standby power through the current mirror unit (3000) designed with such a configuration.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어전압의 방전속도 가변에 대한 수행결과를 개략적으로 도시한다.Figure 9 schematically illustrates the performance results for varying the discharge speed of the control voltage according to one embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 가변커패시터(1300)의 방전속도는, 상기 가변커패시터(1300)의 방전량, 및 가변커패시터(1300)로부터 방전되는 전류 중 1 이상에 기반하여 결정되고, 상기 가변커패시터(1300)의 방전량에 반비례하여 산출되고, 상기 가변커패시터(1300)로부터 방전되는 전류에 비례하여 산출된다.As illustrated in FIG. 9, the discharge rate of the variable capacitor (1300) is determined based on at least one of the discharge amount of the variable capacitor (1300) and the current discharged from the variable capacitor (1300), and is calculated inversely proportional to the discharge amount of the variable capacitor (1300) and proportional to the current discharged from the variable capacitor (1300).
개략적으로, 도 9의 (a)는 종래의 로드스위치 장치에서 발생하는 문제점을 도시하고, 도 9의 (b)는 해당 문제점들에 대한 본 발명에서의 로드스위치모듈의 수행결과를 도시한다.Schematically, Fig. 9 (a) illustrates problems occurring in a conventional load switch device, and Fig. 9 (b) illustrates the performance results of the load switch module of the present invention for the corresponding problems.
구체적으로, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 로드스위치 장치의 경우, 로드스위치 장치의 동작(외부신호)이 디스에이블에서 인에이블로 전환되는 시점에서, 제어전압이 급격하게 낮아지게 되고, 이로 인해 출력전압단자로 전달되는 전압(VOUT)이 급격하게 높아지고, 짧은 시간동안 높은 돌입전류(In-Rush Current)가 발생한다. 전술한 바와 같이, 이러한 돌입전류는 회로에서 급격한 피크전압(VIN Peak Voltage)을 야기하고, 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 발생할 수 있다.Specifically, as illustrated in (a) of FIG. 9, in the case of a conventional load switch device, when the operation (external signal) of the load switch device switches from disable to enable, the control voltage is abruptly lowered, which causes the voltage (V OUT ) transmitted to the output voltage terminal to abruptly increase, and a high inrush current is generated for a short period of time. As described above, this inrush current may cause a sudden peak voltage (V IN Peak Voltage) in the circuit, which may cause a problem of lowering the reliability of the product.
한편, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전술한 일련의 수행과정을 통해 로드스위치모듈의 동작(외부신호)이 디스에이블에서 인에이블로 전환되는 시점에서, 제어전압이 상대적으로 천천히 낮아지게 되고, 이로 인해 출력전압단자로 전달되는 전압(VOUT)이 천천히 높아지고, 돌입전류(In-Rush Current)는 긴 시간동안 낮은 값으로 발생한다. 그러므로, 회로에서 발생하는 피크전압(VIN Peak Voltage)의 크기를 최소화하고, 제품의 신뢰성이 저하되는 것을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in (b) of FIG. 9, the present invention relatively slowly lowers the control voltage at the point in time when the operation (external signal) of the load switch module is switched from disabled to enabled through the above-described series of execution processes, whereby the voltage (V OUT ) transmitted to the output voltage terminal slowly increases, and the inrush current (In-Rush Current) is generated at a low value for a long time. Therefore, the size of the peak voltage (V IN Peak Voltage) generated in the circuit can be minimized, and the effect of preventing the reliability of the product from being lowered can be exerted.
또한, 전술한 종래의 기술에서 발생하는 문제점의 주된 원인은 제어전압의 급격한 변화이므로, 본 발명은 제어전압의 급격한 변화를 방지하기 위해 가변커패시터(1300)의 방전속도를 제어하는 것이며, 상기 가변커패시터(1300)의 방전속도는 본 발명의 일 실시예로서 가변커패시터(1300)로부터 방전되는 전류에 기반하여 결정되며, 바람직하게 가변커패시터(1300)의 방전량이 많을수록 동일한 전류가 방전되어도 방전속도가 느려지므로, 본 발명의 다른 실시예에서의 가변커패시터(1300)의 방전속도는 가변커패시터(1300)의 방전량에 기반하여 결정될 수 있으며, 본 발명의 또 다른 실시예에서의 가변커패시터(1300)의 방전속도는 상기 가변커패시터(1300)의 방전량, 및 가변커패시터(1300)로부터 방전되는 전류 중 1 이상에 기반하여 결정될 수 있다.In addition, since the main cause of the problem occurring in the above-mentioned conventional technology is a sudden change in the control voltage, the present invention controls the discharge speed of the variable capacitor (1300) to prevent a sudden change in the control voltage, and the discharge speed of the variable capacitor (1300) is determined based on the current discharged from the variable capacitor (1300) as one embodiment of the present invention, and preferably, the discharge speed becomes slower even when the same current is discharged as the discharge amount of the variable capacitor (1300) increases, and therefore, the discharge speed of the variable capacitor (1300) in another embodiment of the present invention can be determined based on the discharge amount of the variable capacitor (1300), and the discharge speed of the variable capacitor (1300) in yet another embodiment of the present invention can be determined based on at least one of the discharge amount of the variable capacitor (1300) and the current discharged from the variable capacitor (1300).
본 발명의 일 실시예에서는, 전류 미러를 통해 가변커패시터의 방전속도를 조절하여 로드스위치의 동작을 제어하는 제어전압의 가변속도를 제어함에 따라 짧은 시간 내에 급격히 증가하는 돌입전류 및 피크전압의 크기를 최소화하여 로드스위치의 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, by controlling the variable speed of a control voltage that controls the operation of a load switch by controlling the discharge speed of a variable capacitor through a current mirror, the size of the inrush current and peak voltage that rapidly increase in a short period of time can be minimized, thereby improving the stability and reliability of the load switch.
본 발명의 일 실시예에서는, NMOS를 포함하는 출력제어부를 통해 외부커패시터의 충전 혹은 방전을 제어함에 따라 로드스위치의 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the stability and reliability of a load switch can be improved by controlling charging or discharging of an external capacitor through an output control unit including an NMOS.
본 발명의 일 실시예에서는, 한 쌍의 PMOS와 한 쌍의 NMOS로 구성된 바이어스로 바이어스전류를 생성하고, 해당 바이어스전류를 1 이상의 NMOS를 이용하여 전류 미러를 통해 제어전압을 가변하는 구성을 채택함으로써, 설계 회로에 대한 복합성을 감소시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a configuration is adopted in which a bias current is generated by a bias composed of a pair of PMOS and a pair of NMOS, and the bias current is controlled by varying a voltage through a current mirror using one or more NMOS, thereby reducing the complexity of the design circuit.
본 발명의 일 실시예에서는, 가변커패시터가 저장한 전하량이 모두 방전되는 경우 전류미러부에서 발생하는 실질적인 대기전력을 바이어스전류를 생성하는 바이어스에서만 발생하도록 하여 대기전력에 따른 비용을 최소화하고, 로드스위치모듈의 에너지효율성 및 수명을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the amount of charge stored in a variable capacitor is completely discharged, the actual standby power generated in a current mirror section is generated only in a bias that generates a bias current, thereby minimizing the cost due to standby power and improving the energy efficiency and lifespan of a load switch module.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described above by way of limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, appropriate results can be achieved even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims also fall within the scope of the following claims.
Claims (6)
입력전압단자에서 출력전압단자로 공급전원을 전달하는 로드스위치모듈의 동작에 대한 인에이블(Enable) 혹은 디스에이블(Disable)을 외부신호에 따라 제어하는 신호입력부;
PMOS로 구성된 로드스위치, 상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 제어스위치, 및 상기 신호입력부의 제어에 따라 충전 혹은 방전하며 상기 PMOS의 게이트에 인가되는 제어전압을 가변하는 가변커패시터를 포함하고, 상기 제어전압에 기반하여 동작하는 상기 로드스위치를 통해 상기 공급전원을 차단하거나 상기 출력전압단자로 전달하는 전원제어부;
상기 신호입력부의 제어에 따라 동작하는 NMOS를 포함하고, 상기 NMOS의 동작에 따라 외부커패시터에서 충전된 전하를 방전시키는 출력제어부; 및
바이어스(Bias); 및 1 이상의 NMOS로 구성되며, 상기 전원제어부, 및 상기 바이어스와 연결된 로드스위치조절부;를 포함하고, 전류 미러(Current Mirror)를 통해 상기 가변커패시터에서 충전된 전하를 방전시키고, 상기 바이어스를 통해 생성한 바이어스전류에 기반하여 상기 가변커패시터의 방전속도를 제어하는 전류미러부;를 포함하고,
상기 외부커패시터는 상기 로드스위치가 인에이블로 동작하는 경우, 상기 로드스위치로부터 상기 출력전압단자로 전달되는 공급전원에 기반하여 충전되는, 로드스위치모듈.
A load switch module that implements a soft start by varying the control voltage applied to the load switch.
A signal input section that controls the operation of a load switch module that transfers power from an input voltage terminal to an output voltage terminal by enabling or disabling it based on an external signal;
A power control unit including a load switch composed of PMOS, a control switch that operates under the control of the signal input unit, and a variable capacitor that charges or discharges under the control of the signal input unit and varies a control voltage applied to a gate of the PMOS, and which cuts off the supply power or transmits it to the output voltage terminal through the load switch that operates based on the control voltage;
An output control unit including an NMOS that operates according to the control of the signal input unit, and discharges the charge charged in the external capacitor according to the operation of the NMOS; and
A bias; and a load switch control unit, which is composed of one or more NMOS, and includes the power control unit and the load switch control unit connected to the bias; and a current mirror unit for discharging the charge charged in the variable capacitor through the current mirror and controlling the discharge speed of the variable capacitor based on the bias current generated through the bias;
A load switch module, wherein the external capacitor is charged based on the power supply transmitted from the load switch to the output voltage terminal when the load switch is enabled.
상기 전원제어부는,
상기 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하는 경우, 상기 제어스위치를 닫고(On), 상기 가변커패시터를 통해 전압을 충전함으로써, 상기 로드스위치에 인가되는 제어전압을 기설정된 제1임계전압보다 높여 상기 공급전원이 상기 로드스위치를 통해 상기 출력전압단자로 전달되지 못하게 하고,
상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 상기 제어스위치를 열고(Off), 상기 가변커패시터에 충전된 전하를 상기 전류미러부를 통해 방전함으로써, 상기 로드스위치에 인가되는 제어전압을 상기 기설정된 제1임계전압의 이하로 낮추어 상기 로드스위치를 통해 상기 공급전원이 상기 출력전압단자로 전달되게 하는, 로드스위치모듈.
In claim 1,
The above power control unit,
When the above load switch module operates in the disabled state, the control switch is closed (On) and the voltage is charged through the variable capacitor, thereby increasing the control voltage applied to the load switch above the preset first threshold voltage, thereby preventing the supply power from being transmitted to the output voltage terminal through the load switch.
A load switch module that, when the above load switch module operates in the enable state, opens (Off) the control switch and discharges the charge charged in the variable capacitor through the current mirror unit, thereby lowering the control voltage applied to the load switch below the preset first threshold voltage, thereby allowing the supply power to be transmitted to the output voltage terminal through the load switch.
상기 제어전압은 상기 공급전원의 전압 이하로 결정되고, 상기 기설정된 제1임계전압은 상기 공급전원의 전압보다 낮게 결정되고,
상기 가변커패시터는 상기 로드스위치가 디스에이블로 동작하는 경우, 상기 공급전원의 전압까지 충전되는, 로드스위치모듈.
In claim 2,
The above control voltage is determined to be lower than the voltage of the power supply, and the preset first threshold voltage is determined to be lower than the voltage of the power supply.
A load switch module in which the above variable capacitor is charged to the voltage of the power supply when the load switch is in the disabled state.
상기 로드스위치모듈이 디스에이블로 동작하고 상기 외부커패시터에 충전된 전하가 있다면, 상기 출력제어부에 포함된 NMOS의 게이트에 동작신호가 입력되어 상기 외부커패시터가 방전되고,
상기 로드스위치모듈이 인에이블로 동작하는 경우, 상기 출력제어부에 포함된 NMOS의 게이트에 비동작신호가 입력되어 상기 출력제어부가 열린 회로가 됨으로써, 상기 전원제어부를 통하여 흐르는 전류는 상기 외부커패시터로 충전되는, 로드스위치모듈.
In claim 1,
When the above load switch module operates in the disabled state and there is a charge stored in the external capacitor, an operation signal is input to the gate of the NMOS included in the output control unit, and the external capacitor is discharged.
A load switch module in which, when the above load switch module operates in the enable mode, a non-operation signal is input to the gate of the NMOS included in the output control unit, so that the output control unit becomes an open circuit, and the current flowing through the power control unit is charged to the external capacitor.
상기 바이어스는 게이트를 공유하는 한 쌍의 NMOS 및 게이트를 공유하는 한 쌍의 PMOS를 포함하고,
상기 로드스위치조절부를 통해 상기 가변커패시터로부터 방전되는 전류는,
상기 전류미러부에서 수행되는 전류 미러에 의하여 상기 로드스위치조절부에 포함된 NMOS의 드레인에 입력되는 전류에 해당하고,
상기 바이어스전류의 기설정된 비율에 기반하여 산출되고,
상기 기설정된 비율은 상기 로드스위치조절부에 포함된 NMOS의 개수 및 연결구성에 기반하여 산출되는, 로드스위치모듈.
In claim 1,
The above bias includes a pair of NMOS sharing a gate and a pair of PMOS sharing a gate,
The current discharged from the variable capacitor through the above load switch control unit is
It corresponds to the current input to the drain of the NMOS included in the load switch control unit by the current mirror performed in the above current mirror unit,
It is calculated based on the preset ratio of the above bias current,
A load switch module in which the above preset ratio is calculated based on the number and connection configuration of NMOS included in the load switch control unit.
상기 가변커패시터의 방전속도는,
상기 가변커패시터의 방전량, 및 가변커패시터로부터 방전되는 전류 중 1 이상에 기반하여 결정되고,
상기 가변커패시터의 방전량에 반비례하여 산출되고,
상기 가변커패시터로부터 방전되는 전류에 비례하여 산출되는, 로드스위치모듈.
In claim 1,
The discharge speed of the above variable capacitor is,
It is determined based on at least one of the discharge amount of the variable capacitor and the current discharged from the variable capacitor,
It is calculated inversely proportional to the discharge amount of the above variable capacitor,
A load switch module, which is calculated in proportion to the current discharged from the above variable capacitor.
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