KR20180012529A - 전력 관리 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

전력 관리 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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이경수
허정훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시의 기술적 사상에 따른 전력 관리 장치는 입력 전압으로부터 변환 전압을 생성하는 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터, 변환 전압으로부터 복수의 출력 전압들을 각각 생성하는 복수의 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터들, 그리고, 복수의 LDO 레귤레이터들의 출력 전류들을 기초로 복수의 LDO 레귤레이터들의 드롭아웃(drop out) 전압들을 추정하고, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 변환 전압을 동적으로 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.

Description

전력 관리 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{Power management device and electronic device including the same}
본 개시의 기술적 사상은 전력 관리 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 전력 관리 장치, 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치, 및 전력 관리 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
전자 회로 및 전자 기기는 외부에서 수신된 입력 전압을 변환하여 전원 전압을 공급하는 전력 관리 장치를 포함한다. 일반적인 휴대용 전자 기기에서, 전력 관리 장치는 배터리로부터 입력 전압을 수신하고, 입력 전압으로부터 내부 동작에 적합한 다양한 전원 전압을 제공한다. 최근에는 배터리 수명이 장치 성능에 중요한 요소로 평가 받고 있으며, 한정된 배터리 용량을 효율적으로 사용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 개시의 기술적 사상은 전력 변환 효율을 향상시킴으로써 배터리 수명을 증가시킬 수 있는 전력 관리 장치 및 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 전력 관리 장치는 입력 전압으로부터 변환 전압을 생성하는 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터, 상기 변환 전압으로부터 복수의 출력 전압들을 각각 생성하는 복수의 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터들, 및 상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 출력 전류들을 기초로 상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 드롭아웃(drop out) 전압들을 추정하고, 추정된 상기 드롭아웃 전압들을 기초로 상기 변환 전압을 동적으로 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 전자 장치는 입력 전압으로부터 복수의 기능 블록들의 구동에 적합한 복수의 출력 전압들을 제공하는 전력 관리 장치, 및 상기 복수의 기능 블록들 각각의 동작 상태를 판단하고, 판단된 상기 동작 상태를 기초로 전력 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 관리 장치에 제공하는 어플리케이션 프로세서를 포함하고, 상기 전력 관리 장치는, 상기 입력 전압으로부터 변환 전압을 생성하는 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터, 상기 변환 전압으로부터 상기 복수의 출력 전압들을 각각 생성하는 복수의 LDO 레귤레이터들, 및 상기 전력 제어 신호를 기초로 상기 변환 전압을 제어하도록 구성된 전압 컨트롤러를 포함한다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 전력 관리 장치는 스위칭 레귤레이터와 LDO 레귤레이터들이 다단 구조로 연결된 경우, LDO 레귤레이터들의 출력 전류 및/또는 동작 상태를 기초로 스위칭 레귤레이터의 출력 전압을 동적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, LDO 레귤레이터들의 변환 효율을 향상시킬 수 있고, 결과적으로, 전력 관리 장치의 전체 변환 효율을 향상시킴으로써, 전자 장치에 포함된 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 3은 LDO 레귤레이터의 출력 전류와 드롭아웃 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 시간에 따른 LDO 레귤레이터의 출력 전류를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 시간에 따른 DC-DC 컨버터에서 출력되는 변환 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 내지 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 LDO 레귤레이터 및 전류 검출기의 예들을 각각 나타내는 회로도들이다.
도 9 내지 도 11은 본 개시의 일부 실시예들에 따라, 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치의 예들을 각각 상세하게 나타내는 블록도들이다.
도 12a 및 도 12b는 도 11의 전자 장치에서, LDO 레귤레이터의 출력 전류에 따라 가변적인 DC-DC 컨버터들과 LDO 레귤레이터들의 연결을 나타내는 블록도들이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 15는 도 14의 전력 관리 장치와 어플리케이션 프로세서 사이의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 16의 전력 관리 장치와 어플리케이션 프로세서 사이의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100)를 포함하는 전자 장치(10)를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(10)는 전력 관리 장치(100) 및 컨슈머 그룹(consumer group)(200)을 포함할 수 있고, 컨슈머 그룹(200)은 복수의 컨슈머들(210 내지 240)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컨슈머들(210 내지 240)은 전자 장치(10)에 포함되는 칩들 또는 모듈들, 예를 들어, 모뎀, 어플리케이션 프로세서, 메모리, 디스플레이 등일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 컨슈머들(210 내지 240)은 전자 장치(10)에 포함되는 동작 블록, 기능 블록 또는 IP 블록, 예를 들어, 어플리케이션 프로세서 내의 멀티미디어 블록, 메모리 컨트롤러 등일 수 있다. 컨슈머들(210 내지 240)은 소비 블록 또는 부하(load)라고 지칭할 수도 있다.
전력 관리 장치(100)는 외부로부터 입력 전압(Vin)을 수신하고, 복수의 컨슈머들(210 내지 240) 각각의 구동에 적합한 복수의 출력 전압들(V1 내지 Vn)을 제공할 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 적어도 하나의 제1 레귤레이터(110), 복수의 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n) 및 컨트롤러(140)를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 제1 레귤레이터(110) 및 복수의 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n)은 다단 구조로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 전력 관리 장치(100)는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)로 구현될 수 있다.
제1 레귤레이터(110)는 외부의 전압 소스, 예를 들어, 배터리로부터 입력 전압(Vin)을 수신하고, 수신된 입력 전압(Vin)으로부터 변환 전압(Vout)을 생성할 수 있다. 또한, 제1 레귤레이터(110)는 전압 제어 신호(Voltage Control Signal)(VC)에 응답하여, 변환 전압(Vout)을 동적으로 변경할 수 있다. 구체적으로, 변환 전압(Vout)은 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전류들 및/또는 동작 상태들에 따라 동적으로 변경될 수 있다.
본 실시예에서, 컨슈머들(210 내지 240) 중 적어도 하나가 오프되고, 이에 따라, 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n) 중 하나가 오프되면, 변환 전압(Vout)은 감소할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 컨슈머들(210 내지 240)이 모두 온 상태이더라도, 컨슈머들(210 내지 240)의 동작 상태에 따라, 변환 전압(Vout)이 변경될 수 있다. 예를 들어, 컨슈머들(210 내지 240) 중 하나가 스탠바이(standby) 상태 또는 슬립(sleep) 상태이고, 이에 따라, 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n) 중 하나의 출력 전류가 감소하면, 변환 전압(Vout)은 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 레귤레이터(110)는 변환 전압(Vout)을 생성하기 위해, 에너지 저장 컴포넌트(커패시터 및 인덕터) 및 출력 스테이지를 사용하는 스위칭 레귤레이터일 수 있다. 예를 들어, 제1 레귤레이터(110)는 DC-DC 컨버터일 수 있고, 이하에서는, 제1 레귤레이터(110)를 DC-DC 컨버터라고 지칭하기로 한다. DC-DC 컨버터(110)는 낮은 입력 전압(Vin)을 높은 변환 전압(Vout)으로 변환하는 스텝-업 컨버터(예를 들어, 부스트 컨버터) 또는 높은 입력 전압(Vin)을 낮은 변환 전압(Vout)으로 변환하는 스텝-다운 컨버터(예를 들어, 벅 컨버터)일 수 있다.
제2 레귤레이터들(120a 내지 120n)은 DC-DC 컨버터(110)에 공통으로 연결되어, DC-DC 컨버터(110)로부터 변환 전압(Vout)을 수신하고, 수신된 변환 전압(Vout)으로부터 복수의 출력 전압들(V1 내지 Vn)을 각각 생성할 수 있다. 이때, 출력 전압들(V1 내지 Vn)은 서로 다를 수 있고, 변환 전압(Vout)보다 낮을 수 있다. 일 실시예에서, 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n)은 리니어(linear) 레귤레이터들일 수 있다. 예를 들어, 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n)은 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터들일 수 있고, 이하에서는, 제2 레귤레이터들(120a 내지 120n)을 LDO 레귤레이터들이라고 지칭하기로 한다.
DC-DC 컨버터(110)의 효율(efficiency)은 입출력 전압에 관계없이 실질적으로 일정할 수 있는 반면, 각 LDO 레귤레이터(120a 내지 120n)의 효율은 입출력 전압에 따라 가변적일 수 있으며, 구체적으로, 변환 전압(Vout)에 대한 각 출력 전압(V1 내지 Vn)의 비율에 대응할 수 있다. 예를 들어, LDO 레귤레이터(120a)의 효율은 변환 전압(Vout)에 대한 출력 전압(V1)의 비율(즉, V1/Vout)일 수 있다. 따라서, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 효율을 향상시키기 위해서는 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 입출력 전압 차이를 감소시키는 것이 요구된다.
LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 입출력 전압 차이가 큰 경우에는 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 전단에 DC-DC 컨버터(110)를 배치하고, DC-DC 컨버터(110)의 출력을 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 입력으로 이용하면 전력 관리 장치(100)의 전체 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전압들(V1 내지 Vn)이 서로 다른 경우에는 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 전단에 DC-DC 컨버터들을 일대일로 배치하면 전력 관리 장치(100)의 전체 변환 효율을 가장 향상시킬 수 있다.
그러나, 전력 관리 장치(100)의 면적 및 제조 비용을 절감시키기 위해 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)을 그룹화하고, 그룹 별로 DC-DC 컨버터를 공유하여 사용할 수 있다. 이 경우에는, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)과 DC-DC 컨버터들을 일대일로 배치하는 경우에 비해, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 입출력 전압 차이가 클 수 있으므로, 전력 관리 장치(100)의 전체 변환 효율이 하락할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 제1 레귤레이터(110)는 전압 제어 신호(VC)에 응답하여, 변환 전압(Vout)을 동적으로 변경할 수 있으므로, 전력 관리 장치(100)의 전체 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 전압 제어 신호(VC)에 대해 이하에서 설명하기로 한다.
컨트롤러(140)는 DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 동적으로 제어하기 위한 전압 제어 신호(VC)를 생성할 수 있고, 생성된 전압 제어 신호(VC)를 DC-DC 컨버터(110)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(140)는 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에서 출력되는 전류들, 즉, 컨슈머들(210 내지 240)에서 소비되는 전류들을 기초로 전압 제어 신호(VC)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(140)는 컨슈머들(210 내지 240)의 동작 상태를 기초로 전압 제어 신호(VC)를 생성할 수도 있다. 일 실시예예서, 컨트롤러(140)는 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 동작 상태를 기초로 전압 제어 신호(VC)를 생성할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 컨트롤러(140)는 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전류 및/또는 동작 상태를 기초로, DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 동적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 출력 전압들(V1 내지 Vn)이 서로 다른 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)이 하나의 DC-DC 컨버터(110)에 공통으로 연결되는 경우에도, DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 동작에 필요한 최소 전압으로 제어할 수 있다.
따라서, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 입출력 전압 차이를 감소시킴으로써, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 효율을 향상시킬 수 있고, 결과적으로, 전력 관리 장치(100)의 전체 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는, 도 2 내지 도 17을 참조하여 전력 관리 장치(100)에 대한 다양한 실시예들에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100a)를 포함하는 전자 장치(10a)를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력 관리 장치(100a)는 DC-DC 컨버터(110), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n), 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n) 및 컨트롤러(140a)를 포함할 수 있다. 전력 관리 장치(100a)는 도 1의 전력 관리 장치(100)의 일 구현예에 대응하며, 도 1을 참조하여 상술된 내용은 본 실시예에도 적용될 수 있다. 구체적으로, 전력 관리 장치(100a)는 도 1의 전력 관리 장치(100)에 비해 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)을 더 포함할 수 있다.
복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에서 출력되는 전류들을, 즉, 복수의 컨슈머들(210 내지 240)의 소비 전류들을 각각 검출할 수 있고, 검출된 전류들에 기초한 전류 정보들(I1 내지 In)을 컨트롤러(140a)에 제공할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 전력 관리 장치(100a)에 포함될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 일부 실시예들에서, 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 전력 관리 장치(100a)의 외부에 배치될 수 있고, 전류 정보들(I1 내지 In)을 컨트롤러(140a)에 제공할 수 있다. 이하에서는 도 3을 참조하여, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 대해 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 LDO 레귤레이터의 출력 전류와 드롭아웃 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가로축은 LDO 레귤레이터(예를 들어, 120a 내지 120n)의 출력 전류(Iout)를 나타내고, 세로축은 드롭아웃 전압(Vdrop)을 나타낸다. 드롭아웃 전압(Vdrop)은 LDO 레귤레이터 내부에서 발생하는 전압 강하로서, 입력 전압과 출력 전압 사이의 최소 차이에 대응한다. 다시 말해, 입력 전압이 출력 전압과 드롭아웃 전압(Vdrop)의 합 이상이 되어야, LDO 레귤레이터가 정상 동작을 할 수 있다.
최대 드롭아웃 전압(Vd_m)은 LDO 레귤레이터에 대해 미리 정의된 특성 값이다. 따라서, LDO 레귤레이터의 입력 전압은 출력 전압과 최대 드롭아웃 전압(Vd_m)의 합 이상이 되어야 한다. 그러나, LDO 레귤레이터의 출력 전류(Iout)가 증가하면 드롭아웃 전압(Vdrop)도 증가하고, LDO 레귤레이터의 출력 전류(Iout)가 감소하면 드롭아웃 전압(Vdrop)도 감소할 수 있다.
예를 들어, 제1 전류 정보(I1)에 대응하는 드롭아웃 전압(Vd_1)은 제2 전류 정보(I2)에 대응하는 드롭아웃 전압(Vd_2)보다 낮을 수 있고, 제2 전류 정보(I2)에 대응하는 드롭아웃 전압(Vd_2)은 제n 전류 정보(In)에 대응하는 드롭아웃 전압(Vd_n)보다 낮을 수 있다. 따라서, 제1 내지 제n 전류 정보(I1 내지 In)를 기초로 드롭아웃 전압들(Vd_1 내지 Vd_n)의 감소를 추정할 수 있고, 이에 따라, DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 감소시킬 수 있다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따라, 시간에 따른 LDO 레귤레이터의 출력 전류(Iout)를 나타내는 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 가로축은 시간이고, 세로축은 LDO 레귤레이터(예를 들어, 120a 내지 120n)의 출력 전류(Iout)를 나타낸다. 제1 구간(SEC1)에서 출력 전류(Iout)는 상대적으로 높은 값을 갖고, 제2 구간(SEC2)에서 출력 전류(Iout)는 상대적으로 낮은 값을 가질 수 있다. 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 각각 연결된 복수의 LDO 레귤레이터(120a 내지 120n)의 출력 전류를 검출할 수 있다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따라, 시간에 따른 DC-DC 컨버터에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 나타내는 그래프이다. 이하에서는, 도 2 내지 도 4b를 함께 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n) 및 컨트롤러(140a)의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 4b를 참조하면, 가로축은 시간이고, 세로축은 DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 나타낸다. 컨트롤러(140a)는 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)로부터 전류 정보들(I1 내지 In)을 수신하고, 수신된 전류 정보들(I1 내지 In)을 기초로 복수의 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 드롭아웃 전압(Vdrop)을 추정할 수 있다.
구체적으로, 컨트롤러(140a)는 제1 구간(SEC1)에 비해 제2 구간(SEC2)에서의 출력 전류(Iout)가 낮으므로, 제1 구간(SEC1)에 비해 제2 구간(SEC2)에서의 드롭아웃 전압(Vdrop)이 낮을 것으로 추정할 수 있다. 이때, 컨트롤러(140a)는 도 3의 그래프 및 도 4a의 그래프에 기초하여 복수의 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 드롭아웃 전압(Vdrop)을 추정할 수 있다.
이어서, 컨트롤러(140a)는 추정된 드롭아웃 전압(Vdrop)을 기초로 전압 제어 신호(VC)를 생성하고, 생성된 제어 신호(VC)를 DC-DC 컨버터(110)에 제공함으로써, DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 조절할 수 있다. 구체적으로, DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)은 수학식 1을 이용하여 획득될 수 있다.
[수학식 1]
Vout = V0 + Vdrop_m
여기서, V0는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전압들(V1 내지 Vn) 중 최대 값, 즉, 최대 출력 전압이다. Vdrop_m은 복수의 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 대해 추정된 드롭아웃 전압들(Vdrop)을 기초로 획득된 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)이다.
일 실시예에서, 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)은 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 중 가장 출력 전압이 높은 LDO 레귤레이터에 대해 추정된 드롭아웃 전압에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 전압(V1)이 1.8V, 제2 출력 전압(V2)이 1.7V, 제n 출력 전압(Vn)이 1.6V이면, 최대 출력 전압(V0)은 1.8V이다. 이때, 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)은 최대 출력 전압(V0)을 제공하는 제1 LDO 레귤레이터(120a)에 대해 추정된 드롭아웃 전압일 수 있다. 예를 들어, 제1 LDO 레귤레이터(120a)에 대해 추정된 드롭아웃 전압이 0.1V이면, 변환 전압(Vout)은 1.9V로 결정될 수 있다(즉, 1.8V +0.1V=1.9V)
일 실시예에서, 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)은 복수의 출력 전압들(V1 내지 Vn)과 대응하는 복수의 추정된 드롭아웃 전압들의 합을 기초로 획득될 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 전압(V1)이 1.8V, 제2 출력 전압(V2)이 1.7V, 제n 출력 전압(Vn)이 1.6V이고, 제1 LDO 레귤레이터(120a)에 대해 추정된 드롭아웃 전압이 0.1V, 제2 LDO 레귤레이터(120b)에 대해 추정된 드롭아웃 전압이 0.3V, 제n LDO 레귤레이터(120n)에 대해 추정된 드롭아웃 전압이 0.5V라고 하자. 이때, 최대 출력 전압(V0)은 1.8V이다. 제1 LDO 레귤레이터(120a)에 대한 출력 전압(V1)과 추정된 드롭아웃 전압의 합은 1.9V이고, 제2 LDO 레귤레이터(120b)에 대한 출력 전압(V2)과 추정된 드롭아웃 전압의 합은 2.0V이고, 제n LDO 레귤레이터(120n)에 대한 출력 전압(Vn)과 추정된 드롭아웃 전압의 합은 2.1V이다. 이때, 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)은 0.3V로 결정될 수 있고, 변환 전압(Vout)은 2.1V로 결정될 수 있다(즉, 1.8V+0.3V=2.1V).
그러나, 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)의 결정 방법은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 컨트롤러(140a)는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전압들(V1 내지 Vn), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전류들 또는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 대해 추정된 드롭아웃 전압들을 고려하여, 전력 관리 장치(100a)의 전체 변환 효율을 최대한 향상시킬 수 있도록 드롭아웃 전압 마진(Vdrop_m)을 결정할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 관리 장치의 제어 방법은 다단 구조의 레귤레이터들을 포함하는 전력 관리 장치에서 후단의 레귤레이터의 소비 전류를 기초로 전단의 레귤레이터의 출력 전압을 제어하는 방법일 수 있다. 본 실시예에 따른 제어 방법은 도 2의 전력 관리 장치(100a)에서 시계열적으로 수행될 수 있다. 도 2 내지 도 4b를 참조하여 상술된 내용은 본 실시예에도 적용될 수 있다.
단계 S110에서, 복수의 LDO 레귤레이터들 각각의 출력 전류들을 검출한다. 예를 들어, 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 출력 전류들을 검출할 수 있다. 단계 S130에서, 복수의 LDO 레귤레이터들 각각의 드롭아웃 전압들을 추정한다. 예를 들어, 컨트롤러(140a)는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 출력 전류들을 기초로, 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 드롭아웃 전압들을 추정할 수 있다. 단계 S150에서, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로, 스위칭 레귤레이터의 출력 전압을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(140a)는 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로, DC-DC 컨버터(110)에서 출력되는 변환 전압(Vout)을 제어할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 LDO 레귤레이터(120a) 및 전류 검출기(130a)를 나타내는 회로도이다. 이하에서는, 도 2 및 도 6을 함께 참조하여 LDO 레귤레이터(120a) 및 전류 검출기(130a)의 구조 및 동작에 대해 상술하기로 한다. 이때, 도 6에 도시된 LDO 레귤레이터(120a) 및 전류 검출기(130a)의 구조는 다른 LDO 레귤레이터들(120b 내지 120n) 및 전류 검출기들(130b 내지 130n)에도 적용될 수 있다.
LDO 레귤레이터(120a)는 증폭기(121), 트랜지스터(122), 제1 및 제2 저항들(R1, R2)을 포함할 수 있다. 증폭기(121)는 기준 전압(Vref)을 수신하는 제1 입력 단자(예를 들어, + 입력 단자), 및 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 사이의 피드백 전압(Vfb)을 수신하는 제2 입력 단자(예를 들어, - 입력 단자)를 갖고, 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfb)의 차이를 증폭할 수 있다. 트랜지스터(122)는 증폭기(121)의 출력이 인가되는 게이트, DC-DC 변환기(110)의 출력 전압(Vout)이 인가되는 소스, 및 출력 전압(V1)을 제공하는 드레인을 갖는 PMOS 트랜지스터일 수 있다.
전류 검출기(130a)는 LDO 레귤레이터(120a)와 로드(210a) 사이에 연결되어, LDO 레귤레이터(120a)에서 출력되는 전류(Iout), 즉, 로드(210a)에서 소비되는 전류를 검출할 수 있다. 여기서, 로드(210a)는 컨슈머(210)에 대응할 수 있다. 구체적으로, 전류 검출기(130a)는 감지 저항(Rs), 증폭기(131) 및 ADC(Analog/Digital Converter)(132)를 포함할 수 있다.
감지 저항(Rs)은 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있고, 예를 들어, 약 0.001Ω 정도일 수 있다. 증폭기(131)는 제1 노드(N1)의 전압을 수신하는 제1 입력 단자(예를 들어, + 입력 단자) 및 제2 노드(N2)의 전압을 수신하는 제2 입력 단자(예를 들어, - 입력 단자)를 갖는다. 증폭기(131)는 감지 저항(Rs)을 통과하여 흐르는 전류에 의해 발생하는, 제1 노드(N1)의 전압과 제2 노드(N2)의 전압 차이를 증폭할 수 있다. ADC(132)는 증폭기(131)의 출력에 대해 ADC 변환을 수행하여 전류 정보(I1)를 생성할 수 있고, 생성된 전류 정보(I1)를 컨트롤러(140a)에 제공할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 LDO 레귤레이터(120a) 및 전류 검출기의 다른 예(130a')를 나타내는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 전류 검출기(130a')는 감지 저항(Rs), 증폭기(131) 및 비교기(133)를 포함할 수 있다. 전류 검출기(130a')는 도 6의 전류 검출기(130a)의 변형 실시예로서, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 비교기(133)는 증폭기(131)의 출력과 기준 신호(REF)를 비교하고, 비교 결과를 전류 정보(I1)로서 컨트롤러(140a)에 제공할 수 있다. 이때, 전류 정보(I1)는 0 또는 1로 출력될 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 LDO 레귤레이터(120a) 및 전류 검출기의 다른 예(130a")를 나타내는 회로도이다.
도 8을 참조하면, 전류 검출기(130a")는 감지 저항(Rs), 증폭기(131) 및 복수의 비교기들(134 내지 136)을 포함할 수 있다. 전류 검출기(130a")는 도 7의 전류 검출기(130a')의 변형 실시예로서, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 제1 비교기(134)는 증폭기(131)의 출력과 제1 기준 신호(REF1)를 비교하고, 제1 비교 결과(I1_1)를 생성할 수 있다. 제2 비교기(135)는 증폭기(131)의 출력과 제2 기준 신호(REF2)를 비교하고, 제2 비교 결과(I1_2)를 생성할 수 있다. 제3 비교기(136)는 증폭기(131)의 출력과 제3 기준 신호(REF3)를 비교하고, 제3 비교 결과(I1_3)를 생성할 수 있다. 생성된 제1 내지 제3 비교 결과들(I1_1 내지 I1_3)은 전류 정보로서 컨트롤러(140a)에 제공될 수 있다. 이때, 전류 정보는 3 비트의 디지털 신호로 출력될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 비교기들의 개수에 따라 전류 정보는 더 많은 비트의 또는 더 적은 비트의 디지털 신호로 출력될 수도 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100b)를 포함하는 전자 장치(10b)를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 전력 관리 장치(100b)는 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n), 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n) 및 컨트롤러(140b)를 포함할 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(110a), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n), 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n) 및 컨트롤러(140b)는 도 2의 대응하는 구성 요소들과 실질적으로 유사하게 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 전력 관리 장치(100b)는 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)을 포함할 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(110a)는 입력 전압(Vin)으로부터 제1 변환 전압(Vout1)을 생성할 수 있고, 제2 DC-DC 컨버터(110b)는 입력 전압(Vin)으로부터 제2 변환 전압(Vout2)을 생성할 수 있다. 그러나, 본 실시예는 이에 한정되지 않으며, 전력 관리 장치(100b)는 세 개 이상의 DC-DC 컨버터들을 포함할 수도 있다.
구체적으로, 제1 DC-DC 컨버터(110a)는 컨트롤러(140b)에서 출력되는 전압 제어 신호(VC)를 기초로 제1 변환 전압(Vout1)을 가변적으로 생성할 수 있고, 생성된 제1 변환 전압(Vout1)을 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 제공할 수 있다. 한편, 제2 DC-DC 컨버터(110b)는 일정한 제2 변환 전압(Vout2)을 컨슈머(250)에 직접 제공할 수 있다. 이에 따라, 전력 관리 장치(100b)는 출력 단자들을 통해 제2 변환 전압(Vout2) 및 복수의 출력 전압들(V1 내지 Vn)을 제공할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100c)를 포함하는 전자 장치(10c)를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 전력 공급 장치는(100c)는 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 및 컨트롤러(140c)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)은 입력 전압(Vin)으로부터 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)을 각각 생성할 수 있다. 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)은 제1 및 제2 전압 제어 신호들(VCa, VCb)을 기초로 동적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 변환 전압(Vout1)의 전압 레벨은 제2 변환 전압(Vout2)의 전압 레벨보다 높을 수 있다.
복수의 LDO 레귤레이터들 중 제3 내지 제n LDO 레귤레이터들(120c, 120n)은 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A)에 포함될 수 있고, 제1 및 제2 LDO 레귤레이터들(120a, 120b)은 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B)에 포함될 수 있다. 이때, LDO 레귤레이터 그룹들의 개수는 전력 관리 장치(100c)에 포함된 DC-DC 컨버터들의 개수에 대응할 수 있다. 본 실시예에서, 전력 관리 장치(100c)는 두 개의 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)을 포함하므로, LDO 레귤레이터 그룹들(120A, 120B)의 개수가 두 개일 수 있다. LDO 레귤레이터 그룹들의 개수는, 전력 관리 장치(100c)에 포함된 DC-DC 컨버터들의 개수에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
컨트롤러(140c)는 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A)의 출력 전류들을 기초로 제3 내지 제n LDO 레귤레이터들(120c 내지 120n)의 드롭아웃 전압들을 추정할 수 있고, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 제1 전압 제어 신호(VCa)를 생성할 수 있다. 이때, 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A)의 출력 전류들은 전력 관리 장치(100c) 내에서 검출될 수도 있고, 전력 관리 장치(100d) 외에서 검출될 수도 있다. 이어서, 컨트롤러(140c)는 제1 전압 제어 신호(VCa)를 제1 DC-DC 컨버터(110a)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(140c)는 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A)의 최대 출력 전압과 드롭아웃 전압 마진의 합 이상으로 제1 변환 전압(Vout1)을 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(140c)는 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B)의 출력 전류들을 기초로 제1 및 제2 LDO 레귤레이터들(120a, 120b)의 드롭아웃 전압들을 추정할 수 있고, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 제2 전압 제어 신호(VCb)를 생성할 수 있다. 이때, 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B)의 출력 전류들은 전력 관리 장치(100c) 내에서 검출될 수도 있고, 전력 관리 장치(100d) 외에서 검출될 수도 있다. 이어서, 컨트롤러(140c)는 제2 전압 제어 신호(VCb)를 제2 DC-DC 컨버터(110b)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(140c)는 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B)의 최대 출력 전압과 드롭아웃 전압 마진의 합 이상으로 제2 변환 전압(Vout2)을 제어할 수 있다.
제1 DC-DC 컨버터(110a)는 컨트롤러(140c)에서 수신된 제1 전압 제어 신호(VCa)를 기초로 제1 변환 전압(Vout1)을 가변적으로 생성할 수 있고, 생성된 제1 변환 전압(Vout1)을 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A)에 제공할 수 있다. 한편, 제2 DC-DC 컨버터(110b)는 컨트롤러(140c)에서 수신된 제2 전압 제어 신호(VCb)를 기초로 제2 변환 전압(Vout2)을 가변적으로 생성할 수 있고, 생성된 제2 변환 전압(Vout2)을 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B)에 제공할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100d)를 포함하는 전자 장치(10d)를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 전력 관리 장치(100d)는 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b), 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n), 제1 내지 제n 전류 검출기들(130a 내지 130n), 컨트롤러(140d), 및 제1 내지 제n 선택 회로들(150a 내지 150n)을 포함할 수 있다. 전력 관리 장치(100d)는 도 10의 변형 실시예로서, 도 10을 참조하여 상술된 내용은 본 실시예에도 적용될 수 있다.
제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)은 제1 변환 전압(Vout1) 또는 제2 변환 전압(Vout2)으로부터 제1 내지 제n 출력 전압들(V1 내지 Vn)을 각각 생성할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)은 제1 및 제2 LDO 레귤레이터 그룹들로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제1 LDO 레귤레이터 그룹에 포함된 LDO 레귤레이터들은 제1 변환 전압(Vout1)을 수신하고, 제2 LDO 레귤레이터 그룹에 포함된 LDO 레귤레이터들은 제2 변환 전압(Vout2)을 수신할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 제1 및 제2 LDO 레귤레이터 그룹들은 실시간으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 제3 LDO 레귤레이터(120c)는 초기에는 제1 LDO 레귤레이터 그룹에 포함되고, 동작 중에 제2 LDO 레귤레이터 그룹으로 변경될 수 있다. 이에 대해, 도 12a 및 도 12b를 참조하여 후술하기로 한다.
제1 내지 제n 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 각각 연결되어, 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 출력 전류, 즉, 컨슈머들(210 내지 240)의 소비 전류를 검출할 수 있다. 또한, 제1 내지 제n 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 검출된 전류를 기초로 전류 정보(I1 내지 In)를 생성하고, 생성된 전류 정보(I1 내지 In)를 컨트롤러(140d)에 제공할 수 있다.
컨트롤러(140d)는 전류 정보들(I1 내지 In)을 수신하고, 수신된 전류 정보들(I1 내지 In)을 기초로 제1 및 제2 전압 제어 신호들(VCa, VCb)을 생성할 수 있다. 제1 및 제2 전압 제어 신호들(VCa, VCb)의 생성 동작은 도 10을 참조하여 상술된 내용과 실질적으로 유사하다. 또한, 컨트롤러(140d)는 수신된 전류 정보들(I1 내지 In)을 기초로 제1 내지 제n 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 생성할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(140d)는 수신된 전류 정보들(I1 내지 In)을 기초로 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 드롭아웃 전압들을 추정할 수 있고, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 제1 내지 제n 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 생성함으로써, 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)과 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 연결을 제어할 수 있다.
제1 내지 제n 복수의 선택 회로들(150a 내지 150n)은 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 전단에 각각 배치될 수 있다. 제1 내지 제n 복수의 선택 회로들(150a 내지 150n)은 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)에서 각각 출력되는 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)을 수신하고, 선택 제어 신호(MCa 내지 MCn)에 응답하여 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2) 중 하나를 선택하고, 선택된 변환 전압을 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 각각 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내지 제n 복수의 선택 회로들(150a 내지 150n)은 멀티플렉서로 구현될 수 있다. 이때, 멀티플렉서의 입력 단자들의 개수는 전력 관리 장치(100d)에 포함된 DC-DC 컨버터들의 개수에 대응할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 도 11의 전자 장치(10d)에서, LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전류에 따라 가변적인 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)과 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 연결을 나타내는 블록도들이다.
도 12a를 참조하면, 컨트롤러(140d)는 전자 장치(10d)의 동작 초기에는 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 최대 드롭아웃 전압(예를 들어, 도 3의 Vd_m) 및 출력 전압(V1 내지 Vn)을 기초로, 제1 내지 제n 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 생성할 수 있다. 제1 내지 제n 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)에 따라, 제1 및 제2 LDO 레귤레이터들(120a, 120b)은 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B)에 포함되고, 제3 내지 제n LDO 레귤레이터들(120c, 120n)은 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A)에 포함될 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 선택 제어 신호들(MCa, MCb)은 제2 DC-DC 컨버터(110b)의 출력을 선택하도록 지시할 수 있고, 이에 따라, 제1 및 제2 선택 회로들(150a, 150b)은 제2 변환 전압(Vout2)을 선택할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 LDO 레귤레이터들(120a, 120b)은 제2 변환 전압(Vout2)으로부터 출력 전압들(V1, V2)을 각각 생성할 수 있다.
또한, 제3 내지 제n 선택 제어 신호들(MC3, MCn)은 제1 DC-DC 컨버터(110a)의 출력을 선택하도록 지시할 수 있고, 이에 따라, 제3 내지 제n 선택 회로들(150c, 150n)은 제1 변환 전압(Vout1)을 선택할 수 있다. 따라서, 제3 내지 제n LDO 레귤레이터들(120c, 120n)은 제1 변환 전압(Vout1)으로부터 출력 전압들(V3, Vn)을 각각 생성할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 컨트롤러(140d)는 전자 장치(10d)의 동작 중에는 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전압들(V1 내지 Vn) 중 최대 값 및 드롭아웃 전압 마진을 기초로, 제1 내지 제n 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 생성할 수 있다. 이때, 드롭아웃 전압 마진은 제1 내지 제n 전류 검출기들(130a 내지 130n)로부터 수신한 전류 정보(I1 내지 In)를 기초로 결정될 수 있다. 제1 내지 제n 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)에 따라, 제1 내지 제3 레귤레이터들(120a 내지 120c)는 제2 LDO 레귤레이터 그룹(120B')에 포함되고, 제n LDO 레귤레이터(120n)는 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A')에 포함될 수 있다. 즉, 제3 LDO 레귤레이터(120c)는 제1 LDO 레귤레이터 그룹(120A')에서 제2 LDO 그룹(120B')으로 변경될 수 있다.
예를 들어, 제1 변환 전압(Vout1)의 전압 레벨은 제2 변환 전압(Vout2)의 전압 레벨보다 높을 수 있고, 제3 LDO 레귤레이터(120c)는 초기에는 도 12a에 도시된 바와 같이, 제1 DC-DC 컨버터(110a)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(140d)는 제3 전류 검출기(130c)로부터 수신한 전류 정보(I3)을 기초로, 제3 전류 검출기(130c)의 출력 전류가 감소한 경우 제3 LDO 레귤레이터(120c)의 드롭아웃 전압이 감소한 것을 추정할 수 있다. 이때, 컨트롤러(140d)는 제3 LDO 레귤레이터(120c)가 제2 DC-DC 컨버터(110b)에 연결되도록 제3 선택 제어 신호(MCc)를 생성할 수 있다. 제3 선택 회로(150c)는 선택 제어 신호(MCc)에 응답하여, 제2 변환 전압(Vout2)을 선택하고, 선택된 제2 변환 전압(Vout2)을 제3 LDO 레귤레이터(120c)에 제공할 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 관리 장치의 제어 방법은 다단 구조의 레귤레이터들을 포함하는 전력 관리 장치에서 후단의 레귤레이터의 소비 전류를 기초로 전단의 레귤레이터의 출력 전압을 제어하는 방법일 수 있다. 본 실시예에 따른 제어 방법은 도 11의 전력 관리 장치(100d)에서 시계열적으로 수행될 수 있다. 도 11 내지 도 12b를 참조하여 상술된 내용은 본 실시예에도 적용될 수 있다.
단계 S210에서, 복수의 LDO 레귤레이터들 각각의 출력 전류들을 검출한다. 예를 들어, 복수의 전류 검출기들(130a 내지 130n)은 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 출력 전류들을 검출할 수 있다. 단계 S230에서, 복수의 LDO 레귤레이터들 각각의 드롭아웃 전압들을 추정한다. 예를 들어, 컨트롤러(140d)는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 출력 전류들을 기초로, 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 드롭아웃 전압들을 추정할 수 있다.
단계 S250에서, 복수의 LDO 레귤레이터들을 N개의 LDO 레귤레이터 그룹들로 분류한다. 이때, N은 전력 관리 장치(100d)에 포함된 DC-DC 컨버터의 개수에 대응할 수 있다. 동일한 LDO 레귤레이터 그룹에 포함된 LDO 레귤레이터들은 동일한 전압을 수신하고, 수신한 전압을 기초로 출력 전압을 생성할 수 있다. 여기서, 동일한 전압은 LDO 레귤레이터 그룹에 대응하는 DC-DC 컨버터에서 출력되는 변환 전압일 수 있다.
단계 S270에서, N개의 스위칭 레귤레이터들과 N개의 LDO 레귤레이터 그룹들의 연결을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(140d)는 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로, 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 생성하고, 생성된 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 복수의 선택 회로들(150a 내지 150n)에 각각 제공할 수 있다. 이에 따라, 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)에 대한 입력 전압들은 실시간으로 변경될 수 있고, 이에 따라, 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 각각의 변환 효율이 향상될 수 있다.
단계 S290에서, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로, N개의 스위칭 레귤레이터들의 출력 전압들을 각각 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(140d)는 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로, 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)에서 출력되는 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)을 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(140d)는 제1 내지 제n LDO 레귤레이터들의 출력 전압들의 최대 값 및 드롭아웃 전압 마진을 기초로 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)을 제어할 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100e)를 포함하는 전자 장치(10e)를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 전자 장치(10e)는 전력 관리 장치(100e), 어플리케이션 프로세서(Application Processor, AP)(300) 및 제2 내지 제n 컨슈머들(220, 240)을 포함할 수 있고, AP(300)는 컨트롤러(310a) 및 제1 컨슈머(210)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 컨슈머(210)는 AP(300) 내의 기능 블록이고, 제2 내지 제n 컨슈머들(220, 240)은 AP(300) 외의 칩 또는 모듈, 또는 기능 블록에 대응할 수 있다. AP(300)는 전자 장치(10e)의 동작을 전반적으로 제어하고, SoC(System On Chip)로 구현될 수 있다.
컨트롤러(310a)는 제1 내지 제n 컨슈머들(210 내지 240), 즉, 기능 블록들 각각의 동작 상태를 판단하고, 판단된 동작 상태를 기초로 전력 제어 신호(Power Control Signal)(PC)를 생성하고, 생성된 전력 제어 신호(PC)를 전력 관리 장치(100e)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(310a)를 전력 컨트롤러라고 지칭할 수도 있다. 구체적으로, 컨트롤러(310a)는 판단된 동작 상태를 기초로 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 드롭아웃 전압들을 추정하고, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 변환 전압(Vout)을 동적으로 제어하기 위한 전력 제어 신호(PC)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 컨슈머(210)는 멀티미디어 블록일 수 있고, 컨트롤러(310a)는 제1 컨슈머(210)의 동작 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(10e)에서 음악 파일이 재생 중인 경우, 컨트롤러(310a)는 제1 컨슈머(210)가 액티브 상태인 것으로 판단할 수 있고, 제1 컨슈머(210)의 소비 전류가 클 것으로 예측할 수 있다. 한편, 전자 장치(10e)에서 음악 파일이 재생되지 않는 경우, 컨트롤러(310a)는 제1 컨슈머(210)가 스탠바이 상태인 것으로 판단할 수 있고, 제1 컨슈머(210)의 소비 전류가 적을 것으로 예측할 수 있다.
제1 컨슈머(210)의 소비 전류가 적은 경우, 제1 컨슈머(210)에 연결된 제1 LDO 레귤레이터(120a)의 출력 전류도 적으므로, 컨트롤러(310a)는 제1 LDO 레귤레이터(120a)의 드롭아웃 전압이 낮을 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(310a)는 제1 LDO 레귤레이터(120a)에 대해 추정된 드롭아웃 전압을 기초로, 변환 전압(Vout)을 낮추도록 전력 제어 신호(PC)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 컨슈머(220)는 통신 칩일 수 있고, 컨트롤러(310a)는 제2 컨슈머(220)의 동작 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(10e)에서 음성 통화가 수행되는 경우, 컨트롤러(310a)는 제2 컨슈머(210)가 액티브 상태인 것으로 판단할 수 있고, 제2 컨슈머(210)의 소비 전류가 클 것으로 예측할 수 있다. 한편, 전자 장치(10e)에서 음성 통화가 수행되지 않는 경우, 컨트롤러(310a)는 제2 컨슈머(210)가 스탠바이 상태인 것으로 판단할 수 있고, 제2 컨슈머(210)의 소비 전류가 작을 것으로 예측할 수 있다.
제2 컨슈머(220)의 소비 전류가 적은 경우, 제2 컨슈머(220)에 연결된 제2 LDO 레귤레이터(120b)의 출력 전류도 적으므로, 컨트롤러(310a)는 제2 LDO 레귤레이터(120b)의 드롭아웃 전압이 낮을 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(310a)는 제2 LDO 레귤레이터(120b)에 대해 추정된 드롭아웃 전압을 기초로, 변환 전압(Vout)을 낮추도록 전력 제어 신호(PC)를 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전류들을 직접 검출하지 않고, 컨슈머들(210 내지 240)의 동작 상태들을 판단하고, 판단된 동작 상태를 기초로 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 드롭아웃 전압들을 추정할 수 있다. 따라서, 기존의 전력 관리 모듈의 하드웨어 구성을 변경하지 않더라도 전력 관리 모듈의 전체 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
전력 관리 장치(100e)는 DC-DC 컨버터(110), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n) 및 컨트롤러(140e)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(140e)는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전압들(V1 내지 Vn) 중 최대 값, 즉, 최대 출력 전압 및 전력 제어 신호(PC)를 기초로 변환 전압(Vout)을 제어하는 전압 제어 신호(VC)를 생성하고, 생성된 전압 제어 신호(VC)를 DC-DC 컨트롤러(110)에 제공할 수 있다. 이에 따라, DC-DC 컨트롤러(110)는 변경된 변환 전압(Vout)을 제공할 수 있고, 이로써, 전력 관리 장치(100e)의 전체 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 15는 도 14의 전력 관리 장치(100e)와 어플리케이션 프로세서(300) 사이의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 단계 S310에서, AP(300)는 각 컨슈머의 동작 상태를 판단한다. 단계 S320에서, AP(300)는 판단된 상태를 기초로 각 컨슈머의 소비 전류를 예측한다. 단계 S330에서, AP(300)는 예측된 소비 전류를 기초로 드롭아웃 전압들을 추정한다. 단계 S340에서, AP(300)는 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 전력 제어 신호를 생성한다. 단계 S350에서, AP(300)는 전력 관리 장치(100e)에 전력 제어 신호를 전송한다. 단계 S360에서, 전력 관리 장치(100e)는 전력 제어 신호에 응답하여, 스위칭 레귤레이터, 즉, DC-DC 컨버터의 출력 전압을 제어한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치를 포함하는 전자 장치를 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 16을 참조하면, 전자 장치(10f)는 전력 관리 장치(100f), AP(300') 및 제3 내지 제n 컨슈머들(230, 240)을 포함할 수 있고, AP(300')는 컨트롤러(310b) 및 제1 및 제2 컨슈머들(210, 220)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 컨슈머들(210, 220)는 AP(300') 내의 기능 블록이고, 제3 내지 제n 컨슈머들(230, 240)은 AP(300') 외의 칩 또는 모듈, 또는 기능 블록에 대응할 수 있다. AP(300')는 전자 장치(10f)의 동작을 전반적으로 제어하고, SoC로 구현될 수 있다.
컨트롤러(310b)는 제1 내지 제n 컨슈머들(210 내지 240), 즉, 기능 블록들 각각의 동작 상태를 판단하고, 판단된 동작 상태를 기초로 전력 제어 신호(PC)를 생성하고, 생성된 전력 제어 신호(PC)를 전력 관리 장치(100f)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(310b)를 전력 컨트롤러라고 지칭할 수도 있다. 구체적으로, 컨트롤러(310b)는 판단된 동작 상태를 기초로 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 드롭아웃 전압들을 추정하고, 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)을 동적으로 제어하기 위한 전력 제어 신호(PC)를 생성할 수 있다.
전력 관리 장치(100f)는 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b), 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n), 컨트롤러(140f) 및 복수의 선택 회로들(150a 내지 150n)을 포함할 수 있다. 컨트롤러(140f)는 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 출력 전압들(V1 내지 Vn) 중 최대 값, 즉, 최대 출력 전압 및 전력 제어 신호(PC)를 기초로 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout2)을 각각 제어하는 제1 및 제2 전압 제어 신호(VCa, VCb)를 생성하고, 생성된 제1 및 제2 전압 제어 신호들(VCa, VCb)을 제1 및 제2 DC-DC 컨트롤러들(110a, 110b)에 제공할 수 있다.
또한, 컨트롤러(140f)는 전력 제어 신호(PC)를 기초로 복수의 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 생성하고, 생성된 선택 제어 신호들(MCa 내지 MCn)을 복수의 선택 회로들(150a 내지 150n)에 각각 제공함으로써 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)과 복수의 LDO 레귤레이터들(120a 내지 120n)의 연결을 제어할 수 있다. 각 선택 회로(150a 내지 150n)는 각 선택 제어 신호(MCa 내지 MCn)에 응답하여, 제1 및 제2 변환 전압들(Vout1, Vout1) 중 하나를 선택하고, 선택된 변환 전압을 대응하는 LDO 레귤레이터에 제공할 수 있다.
도 17은 도 16의 전력 관리 장치(100f)와 어플리케이션 프로세서(300') 사이의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 단계 S410에서, AP(300')는 각 컨슈머의 동작 상태를 판단한다. 단계 S420에서, AP(300')는 판단된 상태를 기초로 각 컨슈머의 소비 전류를 예측한다. 단계 S430에서, AP(300')는 예측된 소비 전류를 기초로 드롭아웃 전압들을 추정한다. 단계 S440에서, AP(300')는 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 전력 제어 신호를 생성한다. 단계 S450에서, AP(300')는 전력 관리 장치(100f)에 전력 제어 신호를 전송한다.
단계 S460에서, 전력 관리 장치(100f)는 복수의 LDO 레귤레이터들을 N개의 LDO 그룹들로 분류한다. 단계 S470에서, 전력 관리 장치(100f)는 N개의 스위칭 레귤레이터들과 N개의 LDO 레귤레이터 그룹들의 연결을 제어한다. 단계 S480에서, 전력 관리 장치(100f)는 전력 제어 신호에 응답하여, N개의 스위칭 레귤레이터들, 예를 들어, 제1 및 제2 DC-DC 컨버터들(110a, 110b)의 출력 전압들을 각각 제어한다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(1000)를 나타내는 블록도이다.
도 18을 참조하면, 전자 장치(1000)는 전력 관리 장치(1100), AP(1200), 입력 장치(1300), 디스플레이(1400), 메모리(1500) 및 배터리(1600)를 포함할 수 잇다. 예를 들어, 전자 장치(1000)는 스마트 폰(smartphone), PC(personal computer), 태블릿 PC(tablet PC), 넷북(netbook), e-리더(e-reader), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어 등일 수 있다. 또한, 전자 장치(1000)는 전자 팔찌, 전자 목걸이 등과 같은 웨어러블 장치(wearable device) 일 수도 있다.
전력 관리 장치(1100)는 배터리(1600)로부터 전력을 공급받고, AP(1200), 입력 장치(1300), 디스플레이(1500) 또는 메모리(1500)의 전력을 관리할 수 있다. AP(1200)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로, AP(1200)는 입력 장치(1300)에 의하여 발생한 입력 신호에 따라 메모리(1500)에 저장된 데이터를 디스플레이(1400)를 통하여 디스플레이할 수 있다. 예컨대, 입력 장치(1300)는 터치 패드 또는 컴퓨터 마우스와 같은 포인팅 장치, 키패드, 또는 키보드로 구현될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 1000: 전자 장치
100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f: 전력 관리 장치
110, 110a, 110b: DC-DC 컨버터
120a, 120b, 120c, 120n: LDO 레귤레이터
130a, 130b, 130c, 130n: 전류 검출기
140, 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f: 컨트롤러
150a, 150b, 150c, 150n: 선택 회로
200, 200', 200": 컨슈머 그룹
210, 220, 230, 240: 컨슈머
300, 300': 어플리케이션 프로세서
310a, 310b: 전력 컨트롤러

Claims (10)

  1. 입력 전압으로부터 변환 전압을 생성하는 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터;
    상기 변환 전압으로부터 복수의 출력 전압들을 각각 생성하는 복수의 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터들; 및
    상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 출력 전류들을 기초로 상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 드롭아웃(drop out) 전압들을 추정하고, 추정된 상기 드롭아웃 전압들을 기초로 상기 변환 전압을 동적으로 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 전력 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수의 출력 전압들 중 최대 값 및 상기 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 상기 변환 전압을 제어하는 전압 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 전압 제어 신호를 상기 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터에 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 변환 전압이 상기 복수의 출력 전압들 중 최대 값과, 상기 추정된 드롭아웃 전압들을 기초로 획득된 드롭아웃 전압 마진의 합 이상이 되도록 상기 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 상기 출력 전류들을 검출하고, 검출된 상기 출력 전류들을 상기 컨트롤러에 제공하는 복수의 전류 검출기들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터는,
    상기 입력 전압으로부터 제1 변환 전압을 생성하는 제1 스위칭 레귤레이터; 및
    상기 입력 전압으로부터 제2 변환 전압을 생성하는 제2 스위칭 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 LDO 레귤레이터들은, 상기 제1 및 제2 스위칭 레귤레이터들에 각각 대응하는 제1 및 제2 LDO 레귤레이터 그룹들로 구분되며,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 LDO 레귤레이터 그룹의 출력 전류들을 기초로 상기 제1 변환 전압을 제어하는 제1 전압 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 LDO 레귤레이터 그룹의 출력 전류들을 기초로 상기 제2 변환 전압을 제어하는 제2 전압 제어 신호를 생성하며, 생성된 상기 제1 및 제2 전압 제어 신호들을 상기 제1 및 제2 스위칭 레귤레이터들에 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 LDO 레귤레이터들에 각각 연결되는 복수의 선택 회로들을 더 포함하고,
    각 선택 회로는 선택 제어 신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 변환 전압들 중 하나를 선택하고, 선택된 변환 전압을 대응하는 LDO 레귤레이터에 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 상기 출력 전류들을 기초로 복수의 선택 제어 신호들을 생성하고, 상기 복수의 선택 제어 신호들을 상기 복수의 선택 회로들에 각각 제공함으로써 상기 제1 및 제2 스위칭 레귤레이터들과 상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
  9. 입력 전압으로부터 복수의 기능 블록들의 구동에 적합한 복수의 출력 전압들을 제공하는 전력 관리 장치; 및
    상기 복수의 기능 블록들 각각의 동작 상태를 판단하고, 판단된 상기 동작 상태를 기초로 전력 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 관리 장치에 제공하는 어플리케이션 프로세서를 포함하고,
    상기 전력 관리 장치는,
    상기 입력 전압으로부터 변환 전압을 생성하는 적어도 하나의 스위칭 레귤레이터;
    상기 변환 전압으로부터 상기 복수의 출력 전압들을 각각 생성하는 복수의 LDO 레귤레이터들; 및
    상기 전력 제어 신호를 기초로 상기 변환 전압을 제어하도록 구성된 전압 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 어플리케이션 프로세서는, 판단된 상기 동작 상태를 기초로 상기 복수의 LDO 레귤레이터들의 드롭아웃 전압들을 추정하고, 추정된 상기 드롭아웃 전압들을 기초로 상기 변환 전압을 동적으로 제어하도록 구성된 전력 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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