KR101460944B1 - Dc-dc 컨버터 장치 및 이에 포함되는 병렬 구조의 서브 dc-dc 컨버터부 - Google Patents

Dc-dc 컨버터 장치 및 이에 포함되는 병렬 구조의 서브 dc-dc 컨버터부 Download PDF

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Abstract

DC-DC 컨버터 장치 및 이에 포함되는 병렬 구조의 서브 DC-DC 컨버터부가 개시된다. 개시된 DC-DC 컨버터 장치는 제1-1 레퍼런스 전압, 제1-2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압과 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터부; 및 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 n번째 출력 전압에 대응되는 n번째 제2 출력 전류를 출력하는 서브 DC-DC 컨버터부;를 포함하되, 상기 n번째 제1 출력 전류와 상기 n번째 제2 출력 전류의 합이 상기 n번째 출력 전압에 따른 출력 전류를 구성한다.

Description

DC-DC 컨버터 장치 및 이에 포함되는 병렬 구조의 서브 DC-DC 컨버터부{DC-DC converter device and Sub DC-DC converter of parallel structure provided in the same}
본 발명의 실시예들은 선형 레귤레이터의 병렬 구조를 이용하여 출력 전력을 컨트롤하며, 높은 출력 전력 해상도 문제를 해결하여 출력 전력 응답 속도가 빨라지며, 안정적인 직류 전압을 공급할 수 있는 DC-DC 컨버터 장치 및 이에 포함되는 서브 DC-DC 컨버터부에 관한 것이다.
종래의 DC-DC 컨버터 장치는 출력 전압의 조절과 전력 변환 효율을 높이기 위해 아날로그 및 디지털 컨트롤 방식을 사용하고 있다. 특히, 디지털 컨트롤 방식은 컨트롤 회로의 전력 소모가 적고 빠른 응답 속도를 갖는 장점이 있어 최근의 DC-DC 컨버터 장치는 디지털 컨트롤 방식을 주로 사용하고 있다.
디지털 컨트롤 방식의 DC-DC 컨버터 장치는 이진 부호로 출력 전력을 조절하기 때문에 양자화된 출력 전력을 갖는다. 결국, 출력 전력의 해상도를 높이려면 많은 컨트롤 비트가 요구되며, 이로 인해 시스템이 복잡해지고 부하 저항이 급변할 때 DC-DC 컨버터 장치의 출력 전압 응답속도가 현저히 느려지게 되는 단점이 있다. 또한, 적은 컨트롤 비트를 사용하면 출력 전력 해상도가 낮아져서 비안정화된 전압이 출력이 될 수 있는 단점 또한 존재한다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 선형 레귤레이터의 병렬 구조를 이용하여 출력 전력을 컨트롤하며, 높은 출력 전력 해상도 문제를 해결하여 출력 전력 응답 속도가 빨라지며, 안정적인 직류 전압을 공급할 수 있는 DC-DC 컨버터 장치 및 이에 포함되는 서브 DC-DC 컨버터부를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1-1 레퍼런스 전압, 제1-2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압과 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터부; 및 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 n번째 출력 전압에 대응되는 n번째 제2 출력 전류를 출력하는 서브 DC-DC 컨버터부;를 포함하되, 상기 n번째 제1 출력 전류와 상기 n번째 제2 출력 전류의 합이 상기 n번째 출력 전압에 따른 출력 전류를 구성하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터 장치가 제공된다.
상기 서브 DC-DC 컨버터부는, 상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압의 차이 전압값을 출력하는 서브 DC-DC 컨버터; 및 상기 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 차이 전압값에 의해 제어되는 LDO(Low Drop Output) 레귤레이터;를 포함하되, 상기 LDO 레귤레이터가 상기 n번째 제2 출력 전류를 출력할 수 있다.
상기 제2 레퍼런스 전압은 상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압 사이의 전압일 수 있다.
상기 제2 레퍼런스 전압은 상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압이 평균값일 수 있다.
상기 메인 DC-DC 컨버터부는, 상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 n-1번째 출력 전압을 비교하는 제1 비교기; 상기 제1-2 레퍼런스 전압과 상기 n-1번째 출력 전압을 비교하는 제2 비교기; 상기 제1 비교기의 출력값 및 상기 제2 비교기의 출력값을 입력받아, 상기 n번째 제1 출력 전류를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어기; 및 상기 제어신호에 기초하여 상기 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1-1 레퍼런스 전압, 제1-2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압과 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터부와 병렬로 연결되는 서브 DC-DC 컨버터부에 있어서, 상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압의 차이 전압값을 출력하는 서브 DC-DC 컨버터; 및 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 차이 전압값에 의해 제어되어 상기 n번째 제2 출력 전류를 출력하는 LDO 레귤레이터;를 포함하되, 상기 n번째 제1 출력 전류와 상기 n번째 제2 출력 전류의 합이 상기 n번째 출력 전압에 따른 출력 전류를 구성하는 것을 특징으로 하는 서브 DC-DC 컨버터부가 제공된다.
본 발명에 따른 DC-DC 컨버터 장치는 선형 레귤레이터의 병렬 구조를 이용하여 출력 전력을 컨트롤하며, 높은 출력 전력 해상도 문제를 해결하여 출력 전력 응답 속도가 빨라지며, 안정적인 직류 전압을 공급할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 DC-DC 컨버터 장치의 간략화된 모델을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 메인 DC-DC 컨버터부의 제1 출력 전류를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 서브 DC-DC 컨버터부의 제2 출력 전류를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 총 출력 전류를 도시한 그래프이다.
도 6 및 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 DC-DC 컨버터 장치의 간략화된 모델을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)는 메인 DC-DC 컨버터부(110) 및 서브 DC-DC 컨버터부(120)를 포함한다.
메인 DC-DC 컨버터부(110)는 종래의 스위치드 커패시터를 이용한 DC-DC 컨버터부와 유사한 구조를 갖는 것으로서, 제1-1 레퍼런스 전압, 제1-2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압과 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력한다. 이를 위해, 메인 DC-DC 컨버터부(110)는 제1 비교기(111), 제2 비교기(112), 업/다운 결정기(UP/DN DECISION) 및 디지털 컨트롤러(Digital Controller)를 포함하는 제어기(113) 및 메인 DC-DC 컨버터(114)를 포함한다. 이 때, 제1 비교기(111), 제2 비교기(112), 업/다운 결정기(UP/DN DECISION)메인 DC-DC 컨버터부(110)의 구성을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 비교기(111)는 제1-1 레퍼런스 전압과 n-1번째 출력 전압을 비교하고, 이에 따라 출력값을 출력한다. 일례로서, 제1-1 레퍼런스 전압은 하이 레퍼런스 전압(VREF _H)일 수 있다. 또한, 제2 비교기(112)는 제1-2 레퍼런스 전압과 n-1번째 출력 전압을 비교하고, 이에 따라 출력값을 출력한다. 일례로서, 제1-2 레퍼런스 전압은 로우 레퍼런스 전압(VREF _L)일 수 있다.
그리고, 제어기(113)는 제1 비교기(111)의 출력값 및 제2 비교기(112)의 출력값에 의한 비교 결과를 이용하여 메인 DC-DC 컨버터(114)의 출력 전압이 레퍼런스 전압과 상응되도록 하는 제어신호를 생성한다. 즉, 제어기(113)는 두 비교기들(111, 112)에 의한 비교 결과에 기초하여 n번째 출력전압이 제1-1 레퍼런스 전압(VREF _H)과 제1-2 레퍼런스 전압(VREF_L)의 사이에 해당하는 레퍼런스 전압을 갖도록 하는 제어신호를 생성한다.
보다 상세하게, 먼저 제어기(113)의 업/다운 결정부는 제1 비교기(111) 및 제2 비교기(112)에 의한 비교 결과에 기초하여 출력 전압을 조절하기 위한 신호를 생성한다.
즉, 제1 비교기(111) 및 제2 비교기(112)에 의한 비교 결과 업/다운 결정부는, n-1번째 출력 전압이 i) 제1-1 레퍼런스 전압(VREF _H) 및 제1-2 레퍼런스 전압(VREF _L)보다 높은 것으로 판단된 경우, 출력 전압을 낮추기 위한 다운(down) 신호를 생성하고, ii) 제1-1 레퍼런스 전압(VREF _H) 및 제1-2 레퍼런스 전압(VREF _L)보다 낮은 경우, 출력 전압을 높이기 위한 업(up) 신호를 생성하며, iii) 제1-1 레퍼런스 전압(VREF _H) 및 제1-2 레퍼런스 전압(VREF _L) 사이에 존재하는 것으로 판단된 경우, 출력 전압을 그대로 유지시키기 위한 록(lock) 신호를 각각 생성할 수 있다.
계속하여, 제어기(113)의 디지털 컨트롤러는 발생된 업, 다운, 록 신호를 이용하여 메인 DC-DC 컨버터(114)의 출력 전압이 레퍼런스 전압과 상응되도록 하는 제어신호를 생성한다. 일례로서, 상기의 제어신호는 3비트의 디지털 신호(000 내지 111)일 수 있다.
마지막으로, 메인 DC-DC 컨버터(114)는 상기 제어신호에 기초하여 n번째 출력 전압 내지 이와 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력한다.
이에 따라, 메인 DC-DC 컨버터부(110)는 도 3와 같은 제1 출력 전류를 출력하게 된다.
서브 DC-DC 컨버터부(120)는 제2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압에 대응되는 n번째 제2 출력 전류를 출력한다. 이를 위해, 서브 DC-DC 컨버터부(120)는 서브 DC-DC 컨버터(121) 및 LDO(Low Drop Output) 레귤레이터(122)를 포함한다. 서브 DC-DC 컨버터부(120)의 구성을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
서브 DC-DC 컨버터(121)는 제1-1 레퍼런스 전압(VREF _H)과 제1-2 레퍼런스 전압(VREF_L)의 차이 전압값을 출력한다. 일례로서, 제1-1 레퍼런스 전압(VREF_H)가 1.5V이고, 제1-2 레퍼런스 전압(VREF _L)이 1.6V인 경우, 서브 DC-DC 컨버터(121)는 0.1V(1.6V-1.5V)를 출력한다.
LDO 레귤레이터(122)는 제2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 서브 DC-DC 컨버터(121)에서 출력된 차이 전압값에 의해 제어되어, 이에 따라 n번째 제2 출력 전류를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 레퍼런스 전압은 제1-1 레퍼런스 전압(VREF _H)과 제1-2 레퍼런스 전압(VREF _L)의 사이의 전압(일례로, 제1-1 레퍼런스 전압(VREF_H)과 제1-2 레퍼런스 전압(VREF _L)의 평균값)일 수 있다.
보다 상세하게, LDO 레귤레이터(122)는 반도체의 전압에 따라서 저항 성분이 바뀌는 것을 이용한 레귤레이터로서, 비교기 및 FET를 포함하며, 피드백 루프를 통해 안정화한다. 즉, LDO 레귤레이터(122)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 출력 전압을 일정하게 하기 위해서 가변 저항값(FET)을 계속 바꿔주는 회로이다.
즉, LDO 레귤레이터(122)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 출력 전압과 제2 레퍼런스 전압(VREF)를 비교하고, 상기 비교값에 따라 FET가 도통시켜주는 전류를 제어함으로써(즉, 가변 저항값을 변경함으로써) n번째 제2 출력 전류를 출력한다.
이에 따라, 서브 DC-DC 컨버터부(120)는 도 4와 같은 제2 출력 전류를 출력하게 된다. 여기서, 제2 출력 전류는 LDO 레귤레이터(122)의 비교기의 출력값에 의해 전류값이 조절된다.
따라서, 본 발명에 따르면, n번째 제1 출력 전류와 n번째 제2 출력 전류의 합이 n번째 출력 전압에 따른 출력 전류를 구성함을 확인할 수 있다(도 5 참조).
따라서, 종래 기술에 따른 DC-DC 컨버터 장치는 적은 컨트롤 비트를 사용하면 출력 전력 해상도가 낮아지는 단점이 있지만, 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)는 적은 컨트롤 비트를 사용하면서도 서브 DC-DC 컨버터(120)을 이용해 출력 전력 해상도를 높일 수 있는 장점이 있다.
즉, 도 3 및 5에서, "001"이 1mA고, "010"이 2mA인 것과 같이 1 비트가 "1mA"의 값을 가지는 것으로 가정하면, 종래 기술에 따른 DC-DC 컨버터 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 해상도가 "1mA"이지만, 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 서브 DC-DC 컨버터부(120)에 의해 "0.5mA"의 출력 전류도 출력할 수 있는바, 출력 전력 해상도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 시스템이 단순화되며, 부하 저항이 급변할 때 출력 전압 응답속도가 빨라지고(도 6 참조), 안정화된 전압이 출력되는(도 7 참조) 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 제1-1 레퍼런스 전압, 제1-2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압과 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터부; 및
    상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압 사이의 전압인 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 n번째 출력 전압에 대응되는 n번째 제2 출력 전류를 출력하는 서브 DC-DC 컨버터부;를 포함하되,
    상기 n번째 제1 출력 전류와 상기 n번째 제2 출력 전류의 합이 상기 n번째 출력 전압에 따른 출력 전류를 구성하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 DC-DC 컨버터부는,
    상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압의 차이 전압값을 출력하는 서브 DC-DC 컨버터; 및
    상기 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 차이 전압값에 의해 제어되는 LDO(Low Drop Output) 레귤레이터;를 포함하되,
    상기 LDO 레귤레이터가 상기 n번째 제2 출력 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레퍼런스 전압은 상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압이 평균값인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 DC-DC 컨버터부는,
    상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 n-1번째 출력 전압을 비교하는 제1 비교기;
    상기 제1-2 레퍼런스 전압과 상기 n-1번째 출력 전압을 비교하는 제2 비교기;
    상기 제1 비교기의 출력값 및 상기 제2 비교기의 출력값을 입력받아, 상기 n번째 제1 출력 전류를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어기; 및
    상기 제어신호에 기초하여 상기 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터 장치.
  6. 제1-1 레퍼런스 전압, 제1-2 레퍼런스 전압 및 n-1번째 출력 전압을 입력받고, n번째 출력 전압과 대응되는 n번째 제1 출력 전류를 출력하는 메인 DC-DC 컨버터부와 병렬로 연결되는 서브 DC-DC 컨버터부에 있어서,
    상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압의 차이 전압값을 출력하는 서브 DC-DC 컨버터; 및
    상기 제1-1 레퍼런스 전압과 상기 제1-2 레퍼런스 전압 사이의 전압인 제2 레퍼런스 전압 및 상기 n-1번째 출력 전압을 입력받고, 상기 차이 전압값에 의해 제어되어 상기 n번째 제2 출력 전류를 출력하는 LDO 레귤레이터;를 포함하되,
    상기 n번째 제1 출력 전류와 상기 n번째 제2 출력 전류의 합이 상기 n번째 출력 전압에 따른 출력 전류를 구성하는 것을 특징으로 하는 서브 DC-DC 컨버터부.
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