KR101133514B1 - Dc dc booster - Google Patents

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Abstract

본 발명의 직류 승압기는, 승압된 전압을 다시 기준 전압으로 사용함으로써, 커패시터의 개수를 줄이고, 이를 통하여 집적 면적을 줄이는 직류 승압기를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a DC booster by reducing the number of capacitors and thereby reducing the integrated area by using the boosted voltage as a reference voltage again.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 전압을 인가받아 제1 충전 수단에 충전하고, 제2 전압을 인가받아 충전된 제1 전압을 더하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 크기를 더한 크기를 갖는 제3 전압을 출력하는 동시에 상기 제3 전압을 제2 충전 수단에 충전하는 복수개의 승압 수단을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention, the first voltage is applied to charge the first charging means, the second voltage is applied to add the first voltage charged by adding the magnitude of the first voltage and the second voltage. And a plurality of boosting means for outputting a third voltage having a magnitude and charging the third voltage to the second charging means.

승압기, DC, 스위치, 커패시터, 기준 전압Boosters, DC, Switches, Capacitors, Reference Voltage

Description

직류 승압기{DC DC BOOSTER} DC booster {DC DC BOOSTER}             

도 1은 종래의 직류 승압기를 나타낸 회로도,1 is a circuit diagram showing a conventional DC booster,

도 2a 및 도 2b는 종래의 직류 승압기의 동작을 나타낸 예시도,2a and 2b is an exemplary view showing the operation of a conventional DC booster,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 직류 승압기를 나타낸 회로도,3 is a circuit diagram showing a DC booster according to an embodiment of the present invention;

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 직류 승압기의 동작을 나타낸 예시도.4A and 4B are exemplary views illustrating the operation of a DC booster according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

310, 320, 330 : 승압 수단
310, 320, 330: boosting means

본 발명은 직류 승압기에 관한 것으로, 특히, 커패시터 소자의 개수를 줄임으로써 집적 회로 구성시 적은 면적을 차지하도록 할 수 있는 직류 승압기에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current booster, and more particularly, to a direct current booster capable of occupying a small area in an integrated circuit configuration by reducing the number of capacitor elements.

일반적으로, 직류 승압기(DC DC Booster)는, 입력된 직류 전압을 기준 전압 으로 하여 n배 만큼 승압시킨 후 출력하는 회로를 말한다.In general, a DC DC booster refers to a circuit that outputs after boosting by n times the input DC voltage as a reference voltage.

도 1은 종래의 직류 승압기를 나타낸 회로도로서, 이러한 종래의 직류 승압기는, 기준 전압(Vref)을 입력받아 이를 충전하고, 입력 전압에 충전된 기준 전압(Vref)을 더하여 출력하는 복수개의 승압 수단(110); 복수개의 승압 수단(110) 중 최종 승압 수단으로부터 승압 전압(Vout)을 획득하기 위하여 닫히는 출력 스위치(120); 및 승압 전압을 인가받아 충전되는 출력 커패시터(130)를 포함하고, 복수개의 승압 수단(110)은, 기준 전압(Vref)을 인가받아 충전하는 중에는 닫히고, 충전이 완료되면 열리며, 제1 단자는 기준 전압(Vref)에 연결되고, 제2 단자는 커패시터(113)에 연결되는 제1 스위치(111); 기준 전압(Vref)을 인가받아 충전하는 중에는 닫히고, 충전이 완료되면 열리며, 제1 단자는 커패시터(113)에 연결되고, 제2 단자는 접지되는 제2 스위치(112); 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112) 사이에 장착되어 기준 전압(Vref)을 인가받아 이를 충전하는 커패시터(113); 제1 단자를 통하여 입력 전압을 인가받고, 제2 단자는 제2 스위치(112)의 제1 단자에 연결되어 승압 과정 중에 닫히는 제3 스위치(114)를 포함한다. 여기서, 승압하고자 하는 배수에서 1을 뺀 만큼의 복수개의 승압 수단(110)이 필요한데, 예를 들어, 8배 승압이 필요한 경우에는 7개의 승압 수단(110)이 장착된다.1 is a circuit diagram illustrating a conventional DC booster. The conventional DC booster receives a reference voltage V ref and charges it, and a plurality of boosters output by adding the charged reference voltage V ref to the input voltage. Means 110; An output switch 120 which is closed to obtain a boosted voltage V out from the final boosting means of the plurality of boosting means 110; And an output capacitor 130 that is charged by being supplied with a boosted voltage, wherein the plurality of boosting means 110 are closed while being charged with a reference voltage V ref , and are opened when charging is completed, and the first terminal is closed. A first switch 111 connected to a reference voltage V ref and a second terminal connected to a capacitor 113; A second switch 112 that is closed while being charged with a reference voltage V ref and is opened when charging is completed, the first terminal is connected to the capacitor 113, and the second terminal is grounded; A capacitor 113 mounted between the first switch 111 and the second switch 112 to receive the reference voltage V ref and charge the same; An input voltage is applied through the first terminal, and the second terminal includes a third switch 114 connected to the first terminal of the second switch 112 and closed during the boosting process. Here, a plurality of boosting means 110 is required by subtracting 1 from the multiple to be boosted. For example, when 8 times boosting is required, 7 boosting means 110 are mounted.

도 2a 및 도 2b는 종래의 직류 승압기의 동작을 나타낸 예시도로서, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 종래의 직류 승압기의 동작을 설명하면 다음과 같다. 2A and 2B are exemplary diagrams illustrating an operation of a conventional DC booster. Referring to FIGS. 1, 2A and 2B, the operation of the conventional DC booster will be described below.                         

먼저, 충전 과정에 있어서는, 도 2a를 참조하면, 각 승압 수단(110) 내에 장착된 제3 스위치(114)를 열고, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)를 닫음으로써, 기준 전압(Vref)을 커패시터(113) 내에 충전한다. 다음에, 도 2b에 의하면, 제1 스위치(111) 및 제2 스위치(112)를 열고, 제3 스위치(114)를 닫음으로써, 커패시터(113) 내에 충전된 전압을 펌핑(pumping)시키고, 출력 스위치(120)를 닫음으로써 펌핑된 승압 전압(Vout)을 인가받아 출력 커패시터(130)에 충전하게 된다. 이러한 과정을 반복하므로써, 출력 커패시터(130)의 충전 전압을 계속적으로 유지하게 된다.First, in the charging process, referring to FIG. 2A, the reference voltage is opened by opening the third switch 114 mounted in each boosting means 110 and closing the first switch 111 and the second switch 112. (V ref ) is charged in the capacitor 113. Next, according to FIG. 2B, by opening the first switch 111 and the second switch 112 and closing the third switch 114, the voltage charged in the capacitor 113 is pumped and outputted. By closing the switch 120, the pumped boosted voltage V out is applied to charge the output capacitor 130. By repeating this process, the charging voltage of the output capacitor 130 is continuously maintained.

그러나, 상술한 종래의 직류 승압기에 있어서는, 원하는 승압의 배수 만큼의 커패시터 및 복수개의 스위칭 소자가 필요하고 이에 따라 면적이 늘어나고 회로도 복잡하게 되는 문제점이 있다. 특히, 대부분의 집적 회로용 직류 승압기에서는 스위칭 소자만을 내장하고, 많은 면적을 차지하는 승압용 커패시터를 외부 애플리케이션에서 실장하도록 요구하고 있으므로, 집적 회로의 사용자에게 불편을 주는 문제점이 있다.
However, in the above-described conventional DC booster, a capacitor and a plurality of switching elements are required as many as desired multiples of the boost, thereby increasing the area and complicating the circuit. In particular, since most DC circuit boosters for integrated circuits require only a built-in switching element and require a boosting capacitor that occupies a large area in an external application, there is a problem inconvenient for a user of an integrated circuit.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 승압된 전압을 다시 기준 전압으로 사용함으로써, 커패시터의 개수를 줄이고, 이를 통하여 집적 면적을 줄이는 직류 승압기를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention devised to solve the above problems is to provide a DC booster which reduces the number of capacitors, thereby reducing the integrated area by using the boosted voltage as a reference voltage again.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 직류 승압기는, 입력전압을 인가받아 제1충전수단에 충전하고, 상기 입력전압과 상기 제1충전수단에 충전된 전압을 더한 전압을 출력전압으로 출력하는 동시에 상기 출력전압을 제2충전수단에 충전하는 복수개의 승압 수단을 포함하고, 상기 승압 수단들은 직렬로 연결되며, 전단의 승압 수단의 출력전압이 후단의 승압 수단의 입력전압이 되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the DC booster of the present invention receives an input voltage and charges the first charging means, and outputs a voltage obtained by adding the input voltage and the voltage charged in the first charging means as an output voltage. And a plurality of boosting means for charging the output voltage to the second charging means, wherein the boosting means are connected in series, and the output voltage of the boosting means of the preceding stage becomes the input voltage of the boosting means of the subsequent stage.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

먼저, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 직류 승압기를 나타낸 회로도로서, 이러한 본 발명의 직류 승압기는, 직렬로 연결된 복수개의 승압 수단(310, 320, 330)을 포함한다.First, Figure 3 is a circuit diagram showing a DC booster according to an embodiment of the present invention, the DC booster of the present invention includes a plurality of boosting means 310, 320, 330 connected in series.

복수개의 승압 수단(310, 320, 330)은, 입력전압을 인가받아 제1 충전 수단에 충전하고, 상기 입력전압과 상기 제1 충전 수단에 충전된 전압을 출력전압으로 출력하는 동시에 상기 출력전압을 제2 충전 수단에 충전하는 역할을 한다. 여기서, 상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330)은, 제1 스위치(311), 제1 커패시터(312), 제2 스위치(313), 제3 스위치(314), 제4 스위치(315) 및 제2 커패시터(316)를 포함한다.The plurality of boosting means 310, 320, and 330 receive an input voltage to charge the first charging means, output the input voltage and the voltage charged to the first charging means as an output voltage, and simultaneously output the output voltage. It serves to charge the second charging means. The plurality of boosting means 310, 320, and 330 may include a first switch 311, a first capacitor 312, a second switch 313, a third switch 314, and a fourth switch 315. And a second capacitor 316.

상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330) 내에 장착된 제1 스위치(311)는, 제1 단자가 상기 입력전압에 연결되고, 닫힘 동작 시 상기 입력전압을 도통시키고, 열림 동작 시 상기 입력전압을 차단하는 역할을 한다.The first switch 311 mounted in the plurality of boosting means 310, 320, and 330 has a first terminal connected to the input voltage, conducting the input voltage during a closing operation, and the input voltage during an opening operation. It serves to block.

또한, 상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330) 내에 장착된 제1 커패시터(312)는, 제1 단자가 상기 제1 스위치(311)의 제2 단자에 연결되고, 상기 제1 스위치(311)로부터 인가받은 입력전압을 충전하는 역할을 한다.In addition, the first capacitor 312 mounted in the plurality of boosting means 310, 320, and 330 has a first terminal connected to a second terminal of the first switch 311, and the first switch 311. It charges the input voltage applied from).

한편, 상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330) 내에 장착된 제2 스위치(313)는, 제1 단자가 상기 제1 커패시터(312)의 제2 단자에 연결되고, 제2 단자는 접지되며, 닫힘 동작 시 상기 제1 커패시터(312)의 제2 단자를 접지시키고, 열림 동작 시 상기 제1 커패시터(312)를 접지에서 분리시키는 역할을 한다.Meanwhile, in the second switch 313 mounted in the plurality of boosting means 310, 320, and 330, a first terminal is connected to the second terminal of the first capacitor 312, and the second terminal is grounded. In this case, the second terminal of the first capacitor 312 is grounded in the closing operation, and the first capacitor 312 is separated from the ground in the opening operation.

또한, 상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330) 내에 장착된 제3 스위치(314)는, 제1 단자는 상기 입력전압에 연결되고, 제2 단자는 상기 제1 커패시터(312)의 제2 단자에 연결되며, 닫힘 동작 시 상기 입력전압을 상기 제1 커패시터(312)의 제2 단자로 도통시키고, 열림 동작 시 상기 입력전압을 차단하는 역할을 한다.In addition, in the third switch 314 mounted in the plurality of boosting means 310, 320, and 330, a first terminal is connected to the input voltage, and a second terminal is connected to the second of the first capacitor 312. It is connected to a terminal, and conducts the input voltage to the second terminal of the first capacitor 312 during the closing operation, and serves to block the input voltage during the opening operation.

한편, 상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330) 내에 장착된 제4 스위치(315)는, 제1 단자가 상기 제1 커패시터(312)의 제1 단자에 연결되고, 닫힘 동작 시 상기 제1 커패시터(312)의 제1 단자에서 인가되는 출력전압을 도통시키고, 열림 동작 시 상기 출력전압을 차단하는 역할을 한다.Meanwhile, in the fourth switch 315 mounted in the plurality of boosting means 310, 320, and 330, a first terminal is connected to the first terminal of the first capacitor 312, and the first switch is closed when the first switch is closed. The output voltage applied from the first terminal of the capacitor 312 is conducted, and serves to block the output voltage during the opening operation.

또한, 상기 복수개의 승압 수단(310, 320, 330) 내에 장착된 제2 커패시터(316)는, 제1 단자가 상기 제4 스위치(315)의 제2 단자에 연결되고, 상기 제4 스위치(315)로부터 인가받은 출력전압을 충전하는 역할을 한다.In addition, the second capacitor 316 mounted in the plurality of boosting means 310, 320, 330 has a first terminal connected to the second terminal of the fourth switch 315, and the fourth switch 315. It charges the output voltage applied from).

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 직류 승압기의 동작을 나타낸 예시도로서, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 직류 승압기의 동작을 설명하면 다음과 같다.4A and 4B are exemplary views illustrating the operation of a DC booster according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 3, 4A and 4B, the operation of the DC booster of the present invention will be described below.

먼저, 제1 스위치(311) 및 제2 스위치(313)의 닫힘 동작을 통하여 제1 커패시터(312)에 입력전압이 충전된다. 이후에, 제1 스위치(311) 및 제2 스위치(313)는 열리고, 제3 스위치(314) 및 제4 스위치(315)가 닫힘 동작을 수행하여 충전된 입력전압에 입력전압을 더한 출력전압을 제4 스위치(315)의 제2 단자로 인가하게 된다. 상기 출력전압은 제2 커패시터(316)에 충전되는 동시에 다음 승압 수단(320)에 인가되어, 상술한 과정이 다시 수행된다. 여기서, 입력전압과 입력전압이 더해져 출력전압이 되므로, 출력전압은 입력전압의 두 배의 크기를 갖는 전압이 되고, 예를 들어, 상기 복수개의 승압 수단이 세 개인 경우에는, 23배인 8배의 승압 전압을 획득하게 된다. 상술한 실시예에서는 각각의 스위치들이 동시에 동작하도록 하고 있으나, 각각의 타이밍으로 제어할 수도 있다.First, an input voltage is charged to the first capacitor 312 through the closing operation of the first switch 311 and the second switch 313. Subsequently, the first switch 311 and the second switch 313 are opened, and the third switch 314 and the fourth switch 315 perform the closing operation to output an output voltage obtained by adding an input voltage to a charged input voltage. It is applied to the second terminal of the fourth switch 315. The output voltage is charged to the second capacitor 316 and simultaneously applied to the next boosting means 320, and the above-described process is performed again. Here, deohaejyeo the input voltage to the input voltage, so the output voltage, the output voltage is a voltage having twice the size of the input voltage, for example, in the case where the three individual said plurality of step-up means, 23 times 8 times A boosted voltage of is obtained. In the above-described embodiment, the switches are operated at the same time, but may be controlled at the respective timings.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the drawings shown.

본 발명은, 고전압을 이용하여 구동되는 구동 회로의 집적에 있어서, 커패시터 및 스위칭 소자의 개수를 줄임으로써, 회로를 간략화하고, 나아가 전체 칩에서의 실장 면적을 줄일 수 있는 이점이 있다.The present invention has the advantage of simplifying the circuit and further reducing the mounting area of the entire chip by reducing the number of capacitors and switching elements in the integration of the driving circuit driven using the high voltage.

Claims (3)

입력전압을 인가받아 제1 충전 수단에 충전하고, 상기 입력전압과 상기 제1 충전 수단에 충전된 전압을 더한 전압을 출력전압으로 출력하는 동시에 상기 출력전압을 제2 충전 수단에 충전하는 복수개의 승압 수단을 포함하고,A plurality of boosts for receiving an input voltage and charging the first charging means, outputting a voltage obtained by adding the input voltage and the voltage charged in the first charging means as an output voltage and simultaneously charging the output voltage to the second charging means; Means, 상기 승압 수단들은 직렬로 연결되며, 전단의 승압 수단의 출력전압이 후단의 승압 수단의 입력전압이 되고, The boosting means are connected in series, and the output voltage of the boosting means of the preceding stage becomes the input voltage of the boosting means of the rear stage, 상기 복수개의 승압 수단 각각은,Each of the plurality of boosting means, 제1 단자가 상기 입력전압에 연결되고, 닫힘 동작 시 상기 입력전압을 도통시키고, 열림 동작 시 상기 입력전압을 차단하는 제1 스위치;A first switch connected to the input voltage with a first terminal, the first switch conducting the input voltage during the closing operation, and blocking the input voltage during the opening operation; 제1 단자가 상기 제1 스위치의 제2 단자에 연결되고, 상기 제1 스위치로부터 인가받은 입력전압을 충전하는 제1 커패시터;A first capacitor connected to a second terminal of the first switch and charging an input voltage applied from the first switch; 제1 단자가 상기 제1 커패시터의 제2 단자에 연결되고, 제2 단자는 접지되며, 닫힘 동작 시 상기 제1 커패시터의 제2 단자를 접지시키고, 열림 동작 시 상기 제1 커패시터를 접지에서 분리시키는 제2 스위치;A first terminal is connected to the second terminal of the first capacitor, the second terminal is grounded, and the second terminal of the first capacitor is grounded in the closing operation, and the first capacitor is disconnected from the ground in the opening operation. A second switch; 제1 단자는 상기 입력전압에 연결되고, 제2 단자는 상기 제1 커패시터의 제2 단자에 연결되며, 닫힘 동작 시 상기 입력전압을 도통시키고, 열림 동작 시 상기 입력전압을 차단하는 제3 스위치;A third switch connected to the first terminal, the second terminal connected to the second terminal of the first capacitor, the third switch conducting the input voltage during the closing operation, and blocking the input voltage during the opening operation; 제1 단자가 상기 제1 커패시터의 제1 단자에 연결되고, 닫힘 동작 시 상기 제1 커패시터의 제1 단자에서 인가되는 출력전압을 도통시키고, 열림 동작 시 상기 출력전압을 차단하는 제4 스위치; 및A fourth switch connected to a first terminal of the first capacitor, conducting an output voltage applied from the first terminal of the first capacitor during a closing operation, and blocking the output voltage during an opening operation; And 제1 단자가 상기 제4 스위치의 제2 단자에 연결되고, 상기 제4 스위치로부터 인가받은 출력전압을 충전하는 제2 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 승압기.And a second capacitor having a first terminal connected to the second terminal of the fourth switch and charging an output voltage applied from the fourth switch. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직렬로 연결된 복수개의 승압 수단에 있어서,In the plurality of boosting means connected in series, 가장 앞단의 승압 수단의 입력전압은 기준전압인 것을 특징으로 하는 직류 승압기.A DC booster characterized in that the input voltage of the boosting means of the foremost stage is a reference voltage.
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IEEE Paper: 1999.10 *
IEEE 논문(제목 : Switched capacitor four-quadrant DC/DC Luo-converter) 발표일 1999.10

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