KR101289958B1 - Switched capacitor dc-dc converter and system including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 변환 비율을 갖는 직류-직류 변환기 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to switched-capacitor DC-DC converters and systems comprising the same, and more particularly, to DC-DC converters and systems having various conversion ratios.
최근 환경에 대한 관심이 높아지고 저탄소 녹색 성장이 중요시 되는 현 시점에 저전력 반도체 설계가 반도체 시장에 큰 이슈가 되고 있다. 이에 더 나아가 우리가 쉽게 무시하고 지나가는 산재 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 친환경 기술인 에너지 하베스팅 기술이 소형기기에 활용되는 사례가 점차 늘어나고 있다. At the present time when environmental concern and high-carbon green growth are important, low-power semiconductor design has become a big issue in the semiconductor market. In addition, more and more cases are using energy harvesting technology, which is an eco-friendly technology that converts industrial energy that is easily ignored and passed into electrical energy, into small devices.
빛 에너지, 열 에너지, 운동 에너지(진동, 압력 등), RF 에너지 등의 산재 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 여러 가지 에너지 하베스터가 존재한다. 하지만 산재 에너지는 주변 환경에 따라 얻어지는 에너지의 양이 큰 차이가 생기며 이에 따라 직류-직류 변환기로 입력되는 전압이 크게 변하기 때문에 넓은 입력 전압 범위를 커버할 수 있는 직류-직류 변환기가 반드시 필요하다. 또한 현재 전력 관리제품들은 전체 시스템을 구성하는 각종 모듈들에게 필요한 전력을 공급하기 위해 여러 개의 직류-직류 변환기와 많은 LDO(Low Drop Out)가 하나의 칩에 집적된다. 이 때 하나의 직류-직류 변환기마다 각각의 외부 소자들을 사용하며, LDO는 낮은 효율로 부하에 전압 전류를 공급하게 된다. 그러나 많은 외부 소자는 비용의 증가뿐만 아니라 넓은 면적을 요구하여 곧 전체 시스템에 대한 비용 부담으로 연결된다. 따라서 다양한 전압 레벨로 많은 수의 출력을 담당할 수 있는 직류-직류 변환기가 필요하다.There are several energy harvesters that convert scattered energy such as light energy, thermal energy, kinetic energy (vibration, pressure, etc.), and RF energy into electrical energy. However, the scattered energy has a large difference in the amount of energy obtained according to the surrounding environment, and accordingly the voltage input to the DC-DC converter changes greatly, so a DC-DC converter that can cover a wide input voltage range is necessary. In addition, current power management products integrate several DC-DC converters and many low drop outs (LDOs) on a single chip to provide the necessary power to the various modules that make up the entire system. In this case, each external device is used for each DC-DC converter, and the LDO supplies voltage current to the load with low efficiency. Many external devices, however, require not only an increase in cost, but also a large area, which leads to a cost for the entire system. Therefore, a DC-DC converter is needed that can handle a large number of outputs at various voltage levels.
도 1은 종래기술에 따른 직류-직류 변환기를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a DC-DC converter according to the prior art.
도 1은 3개의 펌핑 커패시터 유닛을 사용하는 직류-직류 변환기를 도시한 것으로서, 도 1과 같은 직류-직류 변환기를 이용하는 경우, 입력 전압 대비 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1의 변환비율을 갖는 출력 전압을 생성할 수 있다. FIG. 1 illustrates a DC-DC converter using three pumping capacitor units. In the case of using the DC-DC converter shown in FIG. 1, 1/4, 1/3, 1/2, and 2/3 of input voltages are illustrated. It is possible to generate an output voltage having a conversion ratio of 3/4, 1.
종래의 직류-직류 변환기는 최대 6개의 변환비율을 가질 수 있는데, 다양한 부하가 에너지 하베스터에 연결되는 환경에서 출력 전압을 보다 여러 레벨로 변환해야 하는 필요성이 있다.Conventional DC-DC converters can have up to six conversion ratios, and there is a need to convert the output voltage to more levels in an environment where various loads are connected to the energy harvester.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 입력 전압을 여러 레벨로 변환할 수 있는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기 및 이를 포함하는 시스템을 제안하고자 한다.The present invention proposes a switched capacitor DC-DC converter capable of converting an input voltage to various levels and a system including the same in order to solve the problems of the prior art as described above.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 입력 전압 대비 소정의 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하는 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기에 있어서, 복수의 제1 스위치 및 상기 복수의 제1 스위치의 적어도 일부의 온/오프를 통해 충전 또는 방전되는 커패시터를 포함하는 복수의 펌핑 커패시터 유닛; 및 상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 사이에 제공되는 복수의 연결 스위치를 포함하는 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기가 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, in the switched-capacitor DC-DC converter for generating an output voltage having a predetermined conversion ratio to an input voltage, a plurality of first switches and the plurality of A plurality of pumping capacitor units comprising capacitors charged or discharged through on / off of at least some of the first switches of the plurality of pumps; And a plurality of connection switches provided between the plurality of pumping capacitor units.
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 각각은, 상기 전압원과 상기 커패시터의 제1 단자(입력측 단자)가 연결되는 제1 노드, 접지와 상기 커패시터의 제2 단자가 연결되는 제2 노드, 상기 제2 노드와 상기 출력측에 연결되는 제3 노드 및 상기 제1 노드와 상기 제3 노드에 연결되는 제4 노드를 포함할 수 있다. Each of the plurality of pumping capacitor units may include a first node to which the voltage source and a first terminal (input terminal) of the capacitor are connected, a second node to which ground and a second terminal of the capacitor are connected, the second node, and the And a third node connected to an output side and a fourth node connected to the first node and the third node.
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛은, 제1, 제2 및 제3 펌핑 커패시터 유닛을 포함할 수 있다. The plurality of pumping capacitor units may include first, second and third pumping capacitor units.
상기 복수의 연결 스위치는, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이 및 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 각각 제공되고, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이 및 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 각각 제공될 수 있다. The plurality of connection switches may include a third node of the first pumping capacitor unit and a first node of the second pumping capacitor unit, and a third node of the first pumping capacitor unit and a fourth of the second pumping capacitor unit. Respectively provided between nodes, between a third node of said second pumping capacitor unit and a first node of said third pumping capacitor unit, and a third node of said second pumping capacitor unit and a fourth of said third pumping capacitor unit Each may be provided between nodes.
1/8 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하기 위해, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 방전 시 온 상태(On at Discharge Phase)가 되며, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태(Always Off)가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 충전 시 온 상태(On at Charge Phase)가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태가 될 수 있다. In order to generate an output voltage having a 1/8 conversion ratio, a connection switch provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the first node of the second pumping capacitor unit is On at Discharge. Phase), and the connection switch provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the fourth node of the second pumping capacitor unit is always off, and the second pumping capacitor unit The connection switch provided between the third node and the first node of the third pumping capacitor unit is in an on at charge phase, and the third node of the second pumping capacitor unit and the third pumping capacitor The connection switch provided between the fourth nodes of the unit can always be off.
1/6 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하기 위해, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 방전 시 온 상태(On at Discharge Phase)가 되며, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태(Always Off)가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 온 상태가 될 수 있다. In order to generate an output voltage having a 1/6 conversion ratio, the connection switch provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the first node of the second pumping capacitor unit is On at Discharge. Phase), and the connection switch provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the fourth node of the second pumping capacitor unit is always off, and the second pumping capacitor unit The connection switch provided between the third node and the first node of the third pumping capacitor unit is always in an off state, and between the third node of the second pumping capacitor unit and the fourth node of the third pumping capacitor unit. The connection switch provided can always be on.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위치드-커패시터 직류-직류 변환 시스템으로서, 복수의 제1 스위치, 상기 복수의 제1 스위치의 적어도 일부의 온/오프를 통해 충전 또는 방전되는 커패시터 및 상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 사이에 제공되는 복수의 연결 스위치를 포함하는 직류-직류 변환기; 및 상기 복수의 제1 스위치 및 상기 복수의 연결 스위치의 온/오프를 제어하는 스위치 제어기를 포함하는 직류-직류 변환 시스템이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a switched-capacitor DC-DC conversion system, comprising: a plurality of first switches, a capacitor charged or discharged through on / off of at least a portion of the plurality of first switches, and the plurality of pumping capacitors A dc-dc converter comprising a plurality of connection switches provided between the units; And a switch controller for controlling on / off of the plurality of first switches and the plurality of connection switches.
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 각각은, 상기 전압원과 상기 커패시터의 제1 단자(입력측 단자)가 연결되는 제1 노드, 접지와 상기 커패시터의 제2 단자가 연결되는 제2 노드, 상기 제2 노드와 상기 출력측에 연결되는 제3 노드 및 상기 제1 노드와 상기 제3 노드에 연결되는 제4 노드를 포함하는 직류-직류 변환 시스템이 제공된다. Each of the plurality of pumping capacitor units may include a first node to which the voltage source and a first terminal (input terminal) of the capacitor are connected, a second node to which ground and a second terminal of the capacitor are connected, the second node, and the A DC-DC conversion system including a third node connected to an output side and a fourth node connected to the first node and the third node is provided.
본 발명에 따르면, 각 펌핑 커패시터 유닛 사이에 하나 이상의 스위치를 더 추가하여 입력 전압을 여러 레벨로 변환할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage in that the input voltage can be converted to various levels by adding one or more switches between each pumping capacitor unit.
도 1은 종래기술에 따른 직류-직류 변환기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류-직류 변환 시스템의 블록도.
도 3은 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기의 내부 회로도.
도 4는 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기가 각각의 변환 비율로 동작할 때의 스위치 온/오프 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 단위 펌핑 커패시터 유닛의 회로도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 펌핑 커패시터 유닛을 직렬 또는 병렬로 서로 다르게 연결한 형태를 도시한 도면.1 shows a direct current-to-dc converter according to the prior art.
2 is a block diagram of a DC-DC conversion system according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is an internal circuit diagram of a DC-DC converter according to the present embodiment.
Fig. 4 is a diagram showing a switch on / off state when the DC-DC converter according to this embodiment operates at each conversion ratio.
5 is a circuit diagram of a unit pumping capacitor unit according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view illustrating a unit pumping capacitor unit connected differently in series or in parallel according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류-직류 변환 시스템의 블록도이다. 2 is a block diagram of a DC-DC conversion system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 직류-직류 변환 시스템은 스위치드-커패시터 기반으로 설계된 직류-직류 변환기(200) 및 직류-직류 변환기(200)의 내부에 배치되는 복수의 스위치를 제어하는 스위치 제어기(202)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the DC-DC conversion system according to the present embodiment controls a DC-
도 3은 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기의 내부 회로도이다. 3 is an internal circuit diagram of the DC-DC converter according to the present embodiment.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기(200)는 복수의 펌핑 커패시터 유닛(300-1 내지 300-3)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, the DC-
각 펌핑 커패시터 유닛(300)은 전압원 및 접지에 연결되며, 4개의 제1 스위치(302) 및 하나의 커패시터(304-1 내지 304-3)를 포함할 수 있다. Each pumping capacitor unit 300 is connected to a voltage source and a ground, and may include four
각 펌핑 커패시터 유닛(300)은 복수의 제1 스위치(302)의 일부를 온시켜 커패시터(304)를 전압원(Vin)에 연결하여 충전시킨 후, 제1 스위치(302)의 일부를 오프시켜 커패시터(304)를 출력에 연결하여 입력 전압과 다른 레벨의 출력 전압을 생성한다. Each pumping capacitor unit 300 turns on a part of the plurality of
상기와 같은 구조로 이루어지는 3개의 펌핑 커패시터 유닛(300)을 이용하는 경우, 출력 전압은 입력 전압 대비 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1의 변환 비율을 가질 수 있다. When using three pumping capacitor units 300 having the above structure, the output voltage has a conversion ratio of 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1 to the input voltage Can be.
종래에는 각 펌핑 커패시터 유닛(300) 사이에 하나의 연결 스위치(제2 스위치, 306)가 제공되었으나, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 각 펌핑 커패시터 유닛(300) 사이에 2개의 연결 스위치(제3 스위치, 308-1 내지 308-4)가 추가된다. Conventionally, one connecting switch (second switch, 306) is provided between each pumping capacitor unit 300, but according to one preferred embodiment of the present invention, two connecting switches (between each pumping capacitor unit 300) Third switches 308-1 to 308-4 are added.
보다 상세하게, 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기(200)의 각 펌핑 커패시터 유닛(300)은 전압원(Vin)과 커패시터(304)의 제1 단자(입력측 단자)가 연결되는 제1 노드(n1), 접지와 커패시터(304)의 제2 단자(출력측 단자)가 연결되는 제2 노드(n2), 제2 노드와 출력측에 연결되는 제3 노드(n3), 그리고 제1 노드와 제3 노드에 연결되는 제4 노드(n4)를 포함할 수 있다. In more detail, each pumping capacitor unit 300 of the DC-
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기한 하나의 제3 스위치(308-1)는 제1 펌핑 커패시터 유닛(300-1)의 제3 노드와 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2)의 제1 노드 사이에 제공된다. 그리고, 나머지 제3 스위치(308-2)는 제1 펌핑 커패시터 유닛(300-1)의 제3 노드와 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2)의 제4 노드 사이에 제공된다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the one third switch 308-1 may include a third node of the first pumping capacitor unit 300-1 and a third node of the second pumping capacitor unit 300-2. Provided between 1 nodes. The remaining third switch 308-2 is provided between the third node of the first pumping capacitor unit 300-1 and the fourth node of the second pumping capacitor unit 300-2.
상기한 형태와 마찬가지로, 본 실시예에 따른 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2)의 제3 노드와 제3 펌핑 커패시터 유닛(300-3)의 제1 노드 사이에 하나의 제3 스위치(308-3)가 제공되고, 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2)의 제3 노드와 제3 펌핑 커패시터 유닛(300-3)의 제4 노드 사이에도 제3 스위치(308-4)가 제공된다. Similarly to the above, one third switch 308-between the third node of the second pumping capacitor unit 300-2 and the first node of the third pumping capacitor unit 300-3 according to the present embodiment. 3) is provided, and a third switch 308-4 is also provided between the third node of the second pumping capacitor unit 300-2 and the fourth node of the third pumping capacitor unit 300-3.
상기한 바와 같이, 3개의 펌핑 커패시터 유닛(300-1 내지 300-3) 사이에 4개의 제3 스위치(308)를 추가하는 경우, 종래에 비해 1/6 및 1/8의 변환 비율을 갖는 출력 전압을 더 생성할 수 있다. As described above, in the case of adding four third switches 308 between three pumping capacitor units 300-1 to 300-3, an output having a conversion ratio of 1/6 and 1/8 as compared with the prior art It can generate more voltage.
도 4는 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기가 각각의 변환 비율로 동작할 때의 스위치 온/오프 상태를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a switch on / off state when the DC-DC converter according to the present embodiment operates at each conversion ratio.
도 4a에 도시된 바와 같이, 1/8의 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하기 위해, 제1 펌핑 커패시터 유닛(300-1)과 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2) 사이에 배치되는 제3 스위치 중 하나(308-1)는 방전 시 온 상태(On at Discharge Phase)가 되며, 나머지 제3 스위치(308-2)는 항상 오프 상태(Always Off)가 된다.
As shown in FIG. 4A, a third disposed between the first pumping capacitor unit 300-1 and the second pumping capacitor unit 300-2 to generate an output voltage having a conversion ratio of 1/8. One of the switches 308-1 is in an On at Discharge Phase, and the other third switch 308-2 is always in an Off state.
또한, 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2)과 제3 펌핑 커패시터 유닛(300-3) 사이에 배치되는 제3 스위치 중 하나(308-3)는 충전 시 온 상태(On at Charge Phase)가 되며, 나머지 제3 스위치(308-4)는 항상 오프 상태가 된다. In addition, one of the third switches 308-3 disposed between the second pumping capacitor unit 300-2 and the third pumping capacitor unit 300-3 is in an on at charge phase. , The remaining third switch 308-4 is always in the OFF state.
다른 한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 1/6의 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하기 위해, 제1 펌핑 커패시터 유닛(300-1)과 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2) 사이에 배치되는 제3 스위치 중 하나(308-1)는 방전 시 온 상태가 되며, 다른 제3 스위치(308-2)는 항상 오프 상태가 된다. On the other hand, as shown in FIG. 4B, disposed between the first pumping capacitor unit 300-1 and the second pumping capacitor unit 300-2 to generate an output voltage having a conversion ratio of 1/6. One of the third switches 308-1 is in an on state during discharge, and the other third switch 308-2 is always in an off state.
그리고, 제2 펌핑 커패시터 유닛(300-2)과 제3 펌핑 커패시터 유닛(300-3) 사이에 배치되는 제3 스위치 중 하나(308-3)는 항상 오프 상태가 되며, 나머지 제3 스위치(308-4)는 항상 온 상태(Always On)가 된다. In addition, one of the third switches 308-3 disposed between the second pumping capacitor unit 300-2 and the third pumping capacitor unit 300-3 is always in an off state, and the remaining third switch 308 is turned off. -4) is always On.
그러나, 도 4c 내지 4h에 도시된 바와 같이, 입력 전압 대비 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1의 출력 전압을 생성하는 경우, 제3 스위치 중 하나(308-1,308-3)는 항상 오프 상태가 되며, 나머지 하나(308-2.308-4)는 항상 온 상태가 된다. However, as shown in FIGS. 4C to 4H, when generating an output voltage of 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, 1 relative to the input voltage, one of the third switches ( 308-1 and 308-3 are always in the off state, and the other one (308-2.308-4) is always in the on state.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 단위 펌핑 커패시터 유닛의 회로도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 펌핑 커패시터 유닛을 직렬 또는 병렬로 서로 다르게 연결한 형태를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a circuit diagram of a unit pumping capacitor unit according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating a form in which unit pumping capacitor units according to an embodiment of the present invention are connected to each other in series or in parallel. .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 3개의 단위 펌핑 커패시터를 직렬로 연결하여 직류-직류 변환기가 1/8의 변환 비율을 갖도록 할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6A, three unit pumping capacitors may be connected in series so that the DC-DC converter has a conversion ratio of 1/8.
또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 2개의 단위 펌핑 커패시터 유닛을 병렬로 연결하고, 이를 나머지 단위 펌핑 커패시터 유닛과 직렬로 연결하여 1/6의 변환 비율을 갖도록 할 수 있다. In addition, as illustrated in FIG. 6B, two unit pumping capacitor units may be connected in parallel, and may be connected in series with the other unit pumping capacitor units to have a conversion ratio of 1/6.
그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 3개의 단위 펌핑 커패시터 유닛을 병렬로 연결하여 종래와 같이 6개의 변환 비율을 갖는 직류-직류 변환기를 제공할 수 있다. As illustrated in FIG. 6C, three unit pumping capacitor units may be connected in parallel to provide a DC-DC converter having six conversion ratios as in the related art.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.
Claims (10)
복수의 제1 스위치 및 상기 복수의 제1 스위치의 적어도 일부의 온/오프를 통해 충전 또는 방전되는 커패시터를 포함하는 복수의 펌핑 커패시터 유닛; 및
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 사이에 제공되는 복수의 연결 스위치를 포함하되,
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 각각은,
전압원과 상기 커패시터의 제1 단자(입력측 단자)가 연결되는 제1 노드, 접지와 상기 커패시터의 제2 단자가 연결되는 제2 노드, 상기 제2 노드와 출력측에 연결되는 제3 노드 및 상기 제1 노드와 상기 제3 노드에 연결되는 제4 노드를 포함하고,
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛은 제1, 제2 및 제3 펌핑 커패시터 유닛을 포함하며,
상기 복수의 연결 스위치는,
상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이 및 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 각각 제공되고,
상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이 및 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 각각 제공되는 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기.A switched-capacitor DC-DC converter for producing an output voltage having a predetermined conversion ratio with respect to an input voltage,
A plurality of pumping capacitor units including a plurality of first switches and capacitors charged or discharged through on / off of at least a portion of the plurality of first switches; And
Including a plurality of connection switches provided between the plurality of pumping capacitor units,
Each of the plurality of pumping capacitor units,
A first node to which a voltage source and a first terminal (input terminal) of the capacitor are connected, a second node to which ground and a second terminal of the capacitor are connected, a third node connected to the second node and an output side, and the first node A fourth node coupled to the node and the third node,
The plurality of pumping capacitor units include first, second and third pumping capacitor units,
The plurality of connection switches,
Respectively provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the first node of the second pumping capacitor unit and between the third node of the first pumping capacitor unit and the fourth node of the second pumping capacitor unit,
A switched switch provided between the third node of the second pumping capacitor unit and the first node of the third pumping capacitor unit and between the third node of the second pumping capacitor unit and the fourth node of the third pumping capacitor unit, respectively. -Capacitor DC-DC converter.
1/8 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하기 위해,
상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 방전 시 온 상태(On at Discharge Phase)가 되며, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태(Always Off)가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 충전 시 온 상태(On at Charge Phase)가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태가 되는 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기. The method of claim 1,
To generate an output voltage with a 1/8 conversion ratio,
The connection switch provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the first node of the second pumping capacitor unit becomes an On at Discharge Phase, and the third of the first pumping capacitor unit The connection switch provided between the node and the fourth node of the second pumping capacitor unit is always OFF, the third node of the second pumping capacitor unit and the first node of the third pumping capacitor unit The connection switch provided between the devices is in an on at charge phase, and the connection switch provided between the third node of the second pumping capacitor unit and the fourth node of the third pumping capacitor unit is always off. Switched-capacitor DC-DC converters that enter the state.
1/6 변환 비율을 갖는 출력 전압을 생성하기 위해,
상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 방전 시 온 상태(On at Discharge Phase)가 되며, 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태(Always Off)가 되며,
상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 오프 상태가 되며, 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 제공되는 연결 스위치는 항상 온 상태가 되는 스위치드-커패시터 직류-직류 변환기.The method of claim 1,
To generate an output voltage with a 1/6 conversion ratio,
The connection switch provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the first node of the second pumping capacitor unit becomes an On at Discharge Phase, and the third of the first pumping capacitor unit The connection switch provided between the node and the fourth node of the second pumping capacitor unit is always off.
The connection switch provided between the third node of the second pumping capacitor unit and the first node of the third pumping capacitor unit is always in an off state, and the third node of the second pumping capacitor unit and the third pumping capacitor are A switched-capacitor DC-DC converter, wherein the connection switch provided between the fourth nodes of the unit is always on.
복수의 제1 스위치, 상기 복수의 제1 스위치의 적어도 일부의 온/오프를 통해 충전 또는 방전되는 복수의 펌핑 커패시터 유닛 및 상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 사이에 제공되는 복수의 연결 스위치를 포함하는 직류-직류 변환기; 및
상기 복수의 제1 스위치 및 상기 복수의 연결 스위치의 온/오프를 제어하는 스위치 제어기를 포함하되,
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛 각각은,
전압원과 상기 커패시터의 제1 단자(입력측 단자)가 연결되는 제1 노드, 접지와 상기 커패시터의 제2 단자가 연결되는 제2 노드, 상기 제2 노드와 출력측에 연결되는 제3 노드 및 상기 제1 노드와 상기 제3 노드에 연결되는 제4 노드를 포함하고,
상기 복수의 펌핑 커패시터 유닛은,
제1, 제2 및 제3 펌핑 커패시터 유닛을 포함하고,
상기 복수의 연결 스위치는,
상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이 및 상기 제1 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 각각 제공되고,
상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제1 노드 사이 및 상기 제2 펌핑 커패시터 유닛의 제3 노드와 상기 제3 펌핑 커패시터 유닛의 제4 노드 사이에 각각 제공되는 직류-직류 변환 시스템. Switched-capacitor DC-DC converter system,
A direct current circuit comprising a plurality of first switches, a plurality of pumping capacitor units charged or discharged through on / off of at least a portion of the plurality of first switches, and a plurality of connection switches provided between the plurality of pumping capacitor units A direct current converter; And
Including a switch controller for controlling the on / off of the plurality of first switches and the plurality of connection switches,
Each of the plurality of pumping capacitor units,
A first node to which a voltage source and a first terminal (input terminal) of the capacitor are connected, a second node to which ground and a second terminal of the capacitor are connected, a third node connected to the second node and an output side, and the first node A fourth node coupled to the node and the third node,
The plurality of pumping capacitor unit,
A first, second and third pumping capacitor unit,
The plurality of connection switches,
Respectively provided between the third node of the first pumping capacitor unit and the first node of the second pumping capacitor unit and between the third node of the first pumping capacitor unit and the fourth node of the second pumping capacitor unit,
Direct current provided between the third node of the second pumping capacitor unit and the first node of the third pumping capacitor unit and between the third node of the second pumping capacitor unit and the fourth node of the third pumping capacitor unit, respectively. -DC conversion system.
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