KR101907386B1 - Multi channel switching converter - Google Patents
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- H02M3/1582—Buck-boost converters
Abstract
본 발명에 따른 다중 채널 스위칭 컨버터에 의하면, 다중 채널을 사용함으로써 여러 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 동작시킬 수 있고, 복수의 에너지원의 입력 전압을 고려하여 가장 적합한 어느 하나의 에너지원 또는 복수의 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 구동시킴으로써 효과적으로 출력 전압을 유지할 수 있으며, 복수의 에너지원 중의 일부에 문제가 생겨도 다른 에너지원을 통해 출력을 제공할 수 있는 스위칭 컨버터를 제공할 수 있다.According to the multi-channel switching converter of the present invention, the switching converter can be operated from various energy sources by using multiple channels, and the switching converter can be operated from any one energy source or a plurality of energy sources It is possible to provide a switching converter capable of maintaining an output voltage effectively by driving the switching converter from a plurality of energy sources and capable of providing an output through another energy source even if a problem occurs in a part of the plurality of energy sources.
Description
본 발명은 복수 개의 입력 전압을 공급받는 다중 채널 스위칭 컨버터에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 다중 채널에서 입력 전압의 크기에 따라 단일 또는 복수의 입력 전압을 사용하여 동작하는 벅-부스트 컨버터의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-channel switching converter that is supplied with a plurality of input voltages. More specifically, the present invention relates to a method of controlling a buck-boost converter operating using a single or a plurality of input voltages according to the magnitude of an input voltage in multiple channels.
도 1은 단일 채널 벅-부스트 컨버터(Buck-Boost Converter)를 예시한다. 벅-부스트 컨버터는 입력 전압(Vin)에 연결된 스위칭 소자를 포함하는 복수의 스위칭 소자, 복수의 다이오드, 인덕터 및 커패시터를 포함하여 입력 전압(Vin)의 전압 크기를 변환하여 부하(RL)에 공급하는 역할을 한다. 단일 채널 벅-부스트 컨버터는 하나의 에너지원으로부터 입력 전압(Vin)을 공급받아 동작한다. Figure 1 illustrates a single-channel Buck-Boost Converter. The buck-boost converter includes a plurality of switching elements including a switching element connected to an input voltage Vin, a plurality of diodes, an inductor, and a capacitor to convert the voltage magnitude of the input voltage Vin and supply the voltage to the load RL It plays a role. The single-channel buck-boost converter operates by receiving the input voltage (Vin) from one energy source.
벅-부스트 컨버터는 일반적으로 적분기를 사용하는 펄스 폭 변조 제어, 펄스 주파수 변조 제어, 또는 히스테리시스 제어를 통하여 구현된다. 이때 출력 전압을 안정적으로 유지하기 위해서는 입력 전압이 안정적으로 공급되어야 한다. 입력 전압이 공급되지 않으면 부하에 에너지를 전달할 수 없게 되고, 그에 따라 출력 전압을 유지할 수 없다.The buck-boost converter is typically implemented using pulse width modulation control, pulse frequency modulation control, or hysteresis control using an integrator. At this time, the input voltage must be supplied stably in order to stably maintain the output voltage. If the input voltage is not supplied, it is impossible to transfer energy to the load, and therefore the output voltage can not be maintained.
하나의 에너지원을 가지는 단일 채널의 경우 입력 전압이 안정적으로 공급되지 않을 경우 출력 전압을 안정적으로 유지하기 어렵다. 다중 채널의 입력 전압을 사용하여 컨버터를 구동하면 단일 채널의 이러한 문제를 해결하고 어느 하나의 에너지원의 전압이 안정적으로 공급되지 않는 경우에도 출력 전압을 안정적으로 유지할 수 있다. 다중 채널을 사용하는 예로는 에너지 하베스팅(harvesting) 시스템을 들 수 있다. 에너지 하베스팅 시스템은 RF로 전송되는 에너지, 태양광 에너지, 배터리 등 다양한 에너지원을 입력으로 사용하여 동작하는 시스템이다.In the case of a single channel having one energy source, it is difficult to stably maintain the output voltage when the input voltage is not stably supplied. Driving the converter using the input voltage of multiple channels solves this problem of a single channel and can maintain the output voltage stably even when the voltage of one of the energy sources is not stably supplied. An example of using multiple channels is an energy harvesting system. An energy harvesting system is a system that operates by using various energy sources such as energy transmitted by RF, solar energy, and battery as inputs.
본 발명은 다중 채널을 사용할 때 복수 채널의 입력 전압에 따라 적합한 채널을 선택하여 다수의 에너지원으로부터 에너지를 효과적으로 공급받으면서 출력을 안정적으로 유지하기 위한 방법을 제시한다.The present invention provides a method for stably maintaining an output while efficiently receiving energy from a plurality of energy sources by selecting a suitable channel according to input voltages of a plurality of channels when using multiple channels.
본 발명의 목적은, 다중 채널을 사용함으로써 여러 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 동작시킬 수 있고, 복수의 에너지원의 입력 전압을 고려하여 가장 적합한 어느 하나의 에너지원 또는 복수의 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 구동시킴으로써 효과적으로 출력 전압을 유지할 수 있으며, 복수의 에너지원 중의 일부에 문제가 생겨도 다른 에너지원을 통해 출력을 제공할 수 있는 스위칭 컨버터를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a switching converter that can operate a switching converter from various energy sources by using multiple channels and can operate the switching converter from any one energy source or a plurality of energy sources that are most suitable in consideration of input voltages of a plurality of energy sources And can provide an output through another energy source even if a problem occurs in a part of the plurality of energy sources.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 복수 채널의 입력 전압을 수신하여 출력 전압을 생성하는 다중 채널 스위칭 컨버터로서, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하되, 상기 복수의 제1 스위칭 소자의 각각은 그 일단이 상기 복수의 입력 전압 각각에 연결되고 상기 복수의 제1 스위칭 소자의 타단들은 서로 공통으로 연결된 제1 스위칭부; 상기 복수 채널의 입력 전압 중에서 에너지를 공급받을 입력 전압을 선택하고, 상기 선택된 입력 전압을 사용하여 상기 출력 전압을 생성하도록 상기 제1 스위칭부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 스위칭 컨버터일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-channel switching converter for receiving an input voltage of a plurality of channels and generating an output voltage, the switching converter including a plurality of first switching elements, A first switching unit having one end connected to each of the plurality of input voltages and the other ends of the plurality of first switching devices connected in common to each other; And a controller for controlling the first switching unit to select an input voltage to be supplied with energy from the plurality of input voltages of the plurality of channels and to generate the output voltage using the selected input voltage, Lt; / RTI >
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 제어부는, 각 채널의 입력 전압의 크기에 따라 에너지를 공급받을 채널을 선택하기 위한 동작 모드 신호를 생성하는 동작 모드 선택부; 기본 클럭 신호를 분주하여 각 채널의 클럭 신호를 생성하는 클럭 신호 생성부; 출력 피드백 전압과 기준값을 비교하여 히스테리시스 비교 결과 신호를 생성하는 히스테리시스 비교부; 및 상기 동작 모드 선택부의 동작 모드 신호, 상기 클럭 신호 생성부의 기본 클럭 신호와 채널 클럭 신호, 및 상기 히스테리시스 비교부의 히스테리시스 비교 결과 신호를 수신하고 상기 제1 스위칭부의 제1 스위칭 소자들의 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어 신호 생성부;를 포함할 수 있다. In the multi-channel switching converter, the controller may include an operation mode selection unit for generating an operation mode signal for selecting a channel to receive energy according to a magnitude of an input voltage of each channel; A clock signal generator for dividing a basic clock signal to generate a clock signal of each channel; A hysteresis comparator for comparing the output feedback voltage with a reference value to generate a hysteresis comparison result signal; And a control circuit for receiving the operation mode signal of the operation mode selection unit, the basic clock signal and the channel clock signal of the clock signal generation unit, and the hysteresis comparison result signal of the hysteresis comparison unit and generating a control signal of the first switching devices of the first switching unit And a switching control signal generator.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 동작 모드 선택부는, 각 채널의 입력 전압 크기에 따라 상기 출력 전압을 생성하는데 사용할 입력 전압을 선택하는 입력 전압 선택 신호를 생성하는 입력 전압 선택부; 및 상기 입력 전압 선택 신호를 수신하고 상기 동작 모드 신호를 생성하는 동작 모드 신호 생성부;를 포함할 수 있다. In the multi-channel switching converter, the operation mode selection unit may include an input voltage selection unit for generating an input voltage selection signal for selecting an input voltage to be used to generate the output voltage according to an input voltage level of each channel; And an operation mode signal generator for receiving the input voltage selection signal and generating the operation mode signal.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 제어부는, 1) 상기 입력 전압 선택 신호가 어느 하나의 채널의 입력 전압을 선택한 경우, 상기 기본 클럭 신호와 상기 히스테리시스 비교 결과 신호에 따라 상기 선택된 입력 전압에 대응하는 제1 스위칭 소자가 턴온되도록 하고, 2) 상기 입력 전압 선택 신호가 두 개 이상의 채널의 입력 전압을 선택한 경우, 상기 기본 클럭 신호와 해당 채널의 클럭 신호와 상기 히스테리시스 비교 결과 신호에 따라 상기 선택된 입력 전압들에 대응하는 제1 스위칭 소자들이 교대로 턴온되도록 할 수 있다. In the multi-channel switching converter, the controller may be configured such that: 1) when the input voltage selection signal selects an input voltage of any one of the channels, the control unit selects one of the plurality of channels corresponding to the selected input voltage according to the basic clock signal and the hysteresis comparison result signal The first switching device is turned on, and 2) when the input voltage selection signal selects the input voltage of two or more channels, the selected input voltage is selected according to the basic clock signal, the clock signal of the corresponding channel and the hysteresis comparison result signal. The first switching elements corresponding to the first switching elements can be turned on alternately.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 입력 전압 선택부는 각 채널의 입력 전압 중에서 가장 큰 입력 전압을 선택하되, 상기 가장 큰 입력 전압 이외의 다른 입력 전압의 크기가 상기 가장 큰 입력 전압 크기의 일정 비율 이상인 경우 상기 다른 입력 전압도 함께 선택할 수 있다. The input voltage selector selects the largest input voltage among the input voltages of the respective channels, and when the magnitude of the input voltage other than the largest input voltage is equal to or greater than a certain ratio of the largest input voltage magnitude The other input voltages can be selected together.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 일정 비율은 0.95로 설정될 수 있다. In the multi-channel switching converter, the predetermined ratio may be set to 0.95.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 턴온된 제1 스위칭 소자는 상기 기본 클럭 신호로부터 미리 정해진 제1 시간 이후에 턴오프될 수 있다. In the multi-channel switching converter, the turned-on first switching element may be turned off after a predetermined first time from the basic clock signal.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 제어부는 상기 히스테리시스 비교 결과 신호가 컨버터 오프를 지시할 경우, 상기 기본 클럭 신호 및 상기 채널 클럭 신호에도 불구하고 상기 제1 스위칭부의 어느 제1 스위칭 소자도 턴온시키지 않을 수 있다. In the multi-channel switching converter, when the hysteresis comparison result signal indicates that the converter is to be turned off, the control unit does not turn on any first switching element of the first switching unit in spite of the basic clock signal and the channel clock signal .
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 컨버터는 벅-부스트 컨버터이고 상기 벅-부스트 컨버터는, 상기 제1 스위칭부의 복수의 제1 스위칭 소자들의 타단들이 공통으로 연결된 단자에 캐소드가 연결되고 애노드는 기준전위에 연결된 제1 다이오드; 상기 제1 다이오드의 캐소드에 일단이 연결된 인덕터; 상기 인덕터의 타단에 일단이 연결되고, 그 타단은 상기 기준전위에 연결된 제2 스위칭부; 상기 인덕터의 타단에 애노드가 연결된 제2 다이오드; 및 상기 제2 다이오드의 캐소드에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 기준전위에 연결된 출력 커패시터;를 포함할 수 있다. In the multi-channel switching converter, the converter is a buck-boost converter and the buck-boost converter has a cathode connected to a terminal to which the other ends of the plurality of first switching elements of the first switching unit are connected in common, A first diode coupled to the first electrode; An inductor whose one end is connected to the cathode of the first diode; A second switching unit having one end connected to the other end of the inductor and the other end connected to the reference potential; A second diode connected to the other end of the inductor; And an output capacitor having one end connected to the cathode of the second diode and the other end connected to the reference potential.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 제어부는 하나의 채널이 동작하는 단일 채널 동작 모드와 복수의 채널이 동작하는 다중 채널 동작 모드를 구분하고, 다중 채널 동작 모드에서는 동작하는 복수의 채널에 대응하는 제1 스위칭 소자들이 교대로 턴온되도록 제어할 수 있다. In the multi-channel switching converter, the controller distinguishes between a single-channel operation mode in which one channel operates and a multi-channel operation mode in which a plurality of channels operate, 1 switching elements can be controlled to be turned on alternately.
상기 다중 채널 스위칭 컨버터에 있어서, 상기 제어부는 상기 단일 채널 동작 모드에서는 기본 클럭 신호를 사용하여 제1 스위칭 소자의 턴온 신호를 생성하고, 상기 다중 채널 동작 모드에서는 상기 기본 클럭 신호와 채널 클럭 신호를 함께 사용하여 상기 제1 스위칭 소자들이 교대로 동작하도록 턴온 신호를 생성할 수 있다. In the multi-channel switching converter, the controller generates a turn-on signal of the first switching element using the basic clock signal in the single-channel operation mode, and outputs the basic clock signal and the channel clock signal together in the multi- On signal so that the first switching elements operate alternately.
이와 같은 본 발명에 따른 다중 채널 스위칭 컨버터에 의하면, 다중 채널을 사용함으로써 여러 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 동작시킬 수 있고, 복수의 에너지원의 입력 전압을 고려하여 가장 적합한 어느 하나의 에너지원 또는 복수의 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 구동시킴으로써 효과적으로 출력 전압을 유지할 수 있으며, 복수의 에너지원 중의 일부에 문제가 생겨도 다른 에너지원을 통해 출력을 제공할 수 있는 스위칭 컨버터를 제공할 수 있다.According to the multi-channel switching converter of the present invention, the switching converter can be operated from a plurality of energy sources by using multiple channels, and any one of energy sources or plural A switching converter can be provided which can effectively maintain an output voltage by driving a switching converter from an energy source and can provide an output through another energy source even if a problem occurs in a part of a plurality of energy sources.
도 1은 단일 채널 벅-부스트 컨버터를 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 스위칭 컨버터를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 벅-부스트 컨버터를 예시한다.
도 4는 제어부의 내부 블록도를 예시한다.
도 5는 입력 전압 선택부의 내부 회로를 예시한다.
도 6는 동작 모드 신호 생성부의 내부 회로를 예시한다.
도 7은 클럭 신호 생성부의 동작을 예시한다.
도 8은 스위칭 제어 신호 생성부의 내부 회로를 예시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 벅-부스트 컨버터의 동작 파형을 예시한다.
도 10은 히스테리시스 비교부의 내부 회로를 예시한다.
도 11은 히스테리시스 비교부의 동작 파형을 예시한다.Figure 1 illustrates a single-channel buck-boost converter.
2 illustrates a multi-channel switching converter according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a multi-channel buck-boost converter in accordance with an embodiment of the present invention.
4 illustrates an internal block diagram of the control unit.
5 illustrates an internal circuit of the input voltage selection unit.
6 illustrates an internal circuit of the operation mode signal generation unit.
7 illustrates the operation of the clock signal generator.
8 illustrates an internal circuit of the switching control signal generating unit.
9 illustrates an operation waveform of a multi-channel buck-boost converter according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates an internal circuit of the hysteresis comparator.
11 illustrates an operation waveform of the hysteresis comparator.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 스위칭 컨버터(200)의 블록도이다. 다중 채널 스위칭 컨버터(200)는 복수 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc)을 수신하여 출력 전압(Vo)을 생성할 수 있다. 이를 위해, 다중 채널 스위칭 컨버터(200)는 전력 변환부(210) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 입력 채널이 3개인 것으로 예시되어 있으나, 입력 채널의 수는 이로 한정되는 것이 아니고 필요에 따라 적정한 수로 구성될 수 있다.2 is a block diagram of a
전력 변환부(210)는 제1 스위칭부(212) 및 전력 변환 소자부(214)를 포함할 수 있고, 복수 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 선택된 입력 전압으로부터 에너지를 공급받아 에너지를 변환한 후 출력 전압(Vo)으로 제공하는 기능을 할 수 있다. 본 발명에서는 전력 변환부(210)로 벅-부스트 컨버터를 예시하고 있으나, 그 외에도 다른 전력 변환 회로가 사용될 수도 있다.The
제1 스위칭부(212)는 복수의 스위칭 소자를 포함하여 복수의 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 선택된 입력 전압으로부터 에너지를 공급받아 후단의 전력변환 소자부(214)로 제공하기 위해 복수의 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 선택된 입력 전압과 후단의 전력 변환 소자부(214)를 선택적으로 연결할 수 있다. The
전력 변환 소자부(214)는 전력 변환부(210)의 구성 중에서 제1 스위칭부(212)와 연결되어 전력 변환 기능을 수행하는 다른 스위칭 소자, 다이오드, 인덕터, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 전력 변환 소자부(214)에 포함되는 소자는 사용되는 전력 변환 회로의 종류에 따라 달라질 것이다.The power
제어부(230)는 복수 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 에너지를 공급받을 입력 전압을 선택하고, 선택된 입력 전압을 사용하여 출력 전압(Vo)을 생성하도록 제1 스위칭부(212) 및 전력 변환 소자부(214)를 제어할 수 있다. 여기서 복수의 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 선택된 입력 전압은 최대 크기를 가지는 입력 전압 하나일 수 있지만, 입력 전압 복수 개가 유사한 크기를 가지고 에너지를 공급하기에 충분한 상태라면 복수 개의 입력 전압으로부터 에너지를 공급받을 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 입력 전압 중에서 어느 두 개의 입력 전압이 에너지를 공급하기에 충분한 상태에서 서로 근사한 차이를 나타내고 있는 경우, 굳이 둘 중에서 최대값을 가지는 입력 전압 하나만을 사용하는 것은 복수 에너지원을 효율적으로 사용하는 관점에서 바람직하지 않을 수 있으므로 이런 경우 두 개의 에너지원을 함께 사용하는 것이 더 효과적일 수 있다. 이와 관련한 제어부(230)의 동작에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다. The
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 벅-부스트 컨버터(300)를 예시한다. 다중 채널 벅-부스트 컨버터(300)는 제1 스위칭부(212), 제어부(230), 제어용 전원 공급부(330), 스위칭 소자(S2), 다이오드(D1, D2), 인덕터(L), 출력 커패시터(Co) 및 저항(R1, R2)을 포함할 수 있다.3 illustrates a multi-channel buck-
제1 스위칭부(212)는 복수의 제1 스위칭 소자(S1a, S1b, S1c)를 포함할 수 있고, 복수의 제1 스위칭 소자(S1a, S1b, S1c)의 각각은 그 일단이 복수의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 각각에 연결되고 복수의 제1 스위칭 소자(S1a, S1b, S1c)의 타단들은 서로 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 스위칭부(212)의 복수의 제1 스위칭 소자(S1a, S1b, S1c)는 복수 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc)에 대응하여 구성됨으로써 어느 하나의 채널의 입력 전압으로부터 에너지를 공급받으려는 경우 대응하는 제1 스위칭 소자를 구동하는 방식으로 동작할 수 있다.The
제1 다이오드(D1)는, 제1 스위칭부(212)의 복수의 제1 스위칭 소자(S1a, S1b, S1c)들의 타단들이 공통으로 연결된 단자에 캐소드가 연결되고 애노드는 기준전위에 연결될 수 있다. 기준전위는 접지일 수 있지만, 실제 접지가 아닌 전력 변환부의 기준이 되는 전위가 사용될 수 있다. The cathode of the first diode D1 may be connected to a terminal to which the other ends of the plurality of first switching elements S1a, S1b and S1c of the
인덕터(L)는 그 일단이 제1 다이오드(D1)의 캐소드에 연결되고 타단은 제2 스위칭 소자(S2)의 일단에 연결될 수 있다.The inductor L may have one end connected to the cathode of the first diode D1 and the other end connected to one end of the second switching device S2.
제2 스위칭부(S2)는 그 일단이 인덕터(L)의 타단에 연결되고 그 타단은 기준전위에 연결될 수 있다. The second switching unit S2 may have one end connected to the other end of the inductor L and the other end connected to the reference potential.
제2 다이오드(D2)는 애노드가 인덕터(L)의 타단에 연결되고 캐소드는 출력 커패시터(Co)의 일단에 연결될 수 있다. The anode of the second diode D2 may be connected to the other end of the inductor L and the cathode thereof may be connected to one end of the output capacitor Co.
출력 커패시터(Co)는 일단이 제2 다이오드(D2)의 캐소드에 연결되고 타단은 기준전위에 연결될 수 있다. The output capacitor Co may be connected at one end to the cathode of the second diode D2 and at the other end to the reference potential.
제어용 전원 공급부(330)는 복수 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc)으로부터 제어용 전원(VDD)를 생성할 수 있다. 제어용 전원 공급부(330)는 다이오드 3개의 애노드가 입력 전압(Va, Vb, Vc)에 각각 연결되고 3개 다이오드의 캐소드가 공통으로 연결되어 제어용 전원(VDD)를 형성할 수 있다. 이 경우 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 가장 큰 값을 가지는 입력 전압이 해당 다이오드를 통해 제어용 전원(VDD)에 전력을 공급하고 다른 채널의 다이오드들은 오프되는 방식으로 제어용 전원을 공급할 수 있다. The control
도 4는 제어부(230)의 내부 블록도를 예시한다. 제어부(230)는 동작 모드 선택부(231), 클럭 신호 생성부(235), 스위칭 제어 신호 생성부(237), 히스테리시스 비교부(239)를 포함할 수 있다. 제어부(230)는 복수 채널의 입력 전압 중에서 에너지를 공급받을 입력 전압을 선택하고, 선택된 입력 전압을 사용하여 출력 전압을 생성하도록 제1 스위칭부를 제어할 수 있다.4 illustrates an internal block diagram of the
동작 모드 선택부(231)는 각 채널의 입력 전압의 크기에 따라 에너지를 공급받을 채널을 선택하는 기능을 수행할 수 있고, 이를 위해 동작 모드 선택부(231)는 입력 전압 선택부(232) 및 동작 모드 신호 생성부(233)를 포함할 수 있다.The operation
입력 전압 선택부(232)는 각 채널의 입력 전압 크기에 따라 출력 전압을 생성하는데 사용할 입력 전압을 선택하는데 사용될 입력 전압 선택 신호를 생성할 수 있다. The input
동작 모드 신호 생성부(233)는 입력 전압 선택부(232)에서 생성한 입력 전압 선택 신호를 수신하고 동작 모드 정보를 포함하는 동작 모드 신호를 생성할 수 있다.The operation
클럭 신호 생성부(235)는 기본 클럭 신호를 분주하여 각 채널의 클럭 신호를 생성할 수 있다. The
히스테리시스 비교부(239)는 출력 피드백 전압과 기준 전압을 비교하여 히스테리시스 비교 결과 신호를 생성할 수 있다. The
스위칭 제어 신호 생성부(237)는 동작 모드 선택부(231)의 동작 모드 신호, 클럭 신호 생성부(235)의 클럭 신호 및 히스테리시스 비교부(239)의 히스테리시스 비교 결과 신호를 수신하고 제1 스위칭부의 제1 스위칭 소자들의 제어 신호를 생성할 수 있다. The switching control
이하에서 입력 전압 선택부(232), 동작 모드 신호 생성부(233), 클럭 신호 생성부(235), 스위칭 제어 신호 생성부(237) 및 히스테리시스 비교부(239)에 대해 상세히 설명한다.The input
도 5는 입력 전압 선택부(232)의 내부 회로를 예시한다. 입력 전압 선택부(232)는 다수의 전류원(531, 532, 533, 534) 및 다수의 전류 미러(M1 ~ M9)를 포함할 수 있다. 도 5에서는 3개의 입력 채널(Va, Vb, Vc)을 사용하는 것으로 예시하고 있으나 입력 채널의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다.FIG. 5 illustrates an internal circuit of the input
입력 전압 선택부(232)는 전류원(531, 532, 533, 534)들의 비율을 조절하여 에너지를 공급받을 입력 전압을 선택하는 기능을 수행할 수 있다. 복수의 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 선택된 입력 전압은 최대 크기를 가지는 입력 전압 하나일 수 있지만, 입력 전압 복수 개가 유사한 크기를 가지고 에너지를 공급하기에 충분한 상태라면 복수 개의 입력 전압으로부터 에너지를 공급받을 수도 있다. 예를 들어, 복수의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 어느 두 개의 입력 전압이 에너지를 공급하기에 충분한 상태에서 서로 근사한 차이를 나타내고 있는 경우, 굳이 둘 중에서 최대값을 가지는 입력 전압 하나만을 사용하는 것은 복수 에너지원을 효율적으로 사용하는 관점에서 바람직하지 않을 수 있으므로 이런 경우 두 개의 에너지원을 동시에 사용하는 것이 더 효과적일 수 있다. The input
이를 위해, 입력 전압 선택부(232)는 각 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc) 중에서 가장 큰 입력 전압을 선택하되, 가장 큰 입력 전압 이외의 다른 입력 전압의 크기가 가장 큰 입력 전압 크기의 일정 비율 이상인 경우 해당 입력 전압도 함께 선택할 수 있다. 여기서 최대 입력 전압 이외의 다른 입력 전압을 선택하는 기준인 일정 비율은 다양한 값으로 설정될 수 있으나 다른 입력 전압이 최대 입력 전압의 0.95 이상인 경우 함께 선택하는 것으로 설정하는 것이 바람직하다.To this end, the
3개 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc)에 따른 입력 전압 선택부(232)의 출력인 입력 전압 선택 신호(A, B, C)는 다음과 같은 방식으로 결정될 수 있다. The input voltage selection signals A, B, and C, which are the outputs of the input
1) Va > Vb, Vc 인 경우, A = 1, B = 0, C = 01) When Va> Vb, Vc, A = 1, B = 0, C = 0
2) Vb > Va, Vc 인 경우, A = 0, B = 1, C = 02) When Vb > Va and Vc, A = 0, B = 1, C = 0
3) Vc > Va, Vb 인 경우, A = 0, B = 0, C = 13) When Vc > Va, Vb, A = 0, B = 0, C = 1
4) Va = Vb > Vc 인 경우, A = 1, B = 1, C = 04) When Va = Vb> Vc, A = 1, B = 1, C = 0
5) Va = Vc > Vb 인 경우, A = 1, B = 0, C = 15) When Va = Vc > Vb, A = 1, B = 0, C = 1
6) Vb = Vc > Va 인 경우, A = 0, B = 1, C = 16) When Vb = Vc > Va, A = 0, B = 1, C = 1
7) Va = Vb = Vc 인 경우, A = 0, B = 0, C = 07) When Va = Vb = Vc, A = 0, B = 0, C = 0
입력 전압 선택부(232)의 위 논리 출력은 하나의 예시일 뿐이고 입력 전압 선택 정보를 포함하는 다양한 방식으로 논리 출력을 구성할 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 가장 큰 입력 전압 채널에 '1'의 값을 할당하는 것으로 예시하였으나 가장 큰 입력 전압 채널에 대해 '0'의 값을 할당하는 방식으로 동작할 수도 있다. 또한, 위에서 'Va = Vb'와 같이 두 입력 전압이 같다는 것의 의미는, 두 입력 전압이 실질적으로 동일한 값을 가지는 경우만을 의미하는 것이 아니라 앞서 언급한 바와 같이 두 입력 전압이 일정 비율 이하의 차이를 가지는 경우로서 두 입력 전압으로부터 에너지를 공급받는 것이 바람직한 경우를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.It is apparent that the upper logic output of the
이와 같이 입력 전압 선택부(232)는 복수 채널의 입력 전압(Va, Vb, Vc)의 크기를 비교하여 에너지를 공급받을 채널을 선택하고 그 결과인 입력 전압 선택 신호(A, B, C)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.In this manner, the
도 6은 동작 모드 신호 생성부(233)의 내부 회로를 예시한다. 동작 모드 신호 생성부(233)는 입력 전압 선택부(232)의 출력인 입력 전압 선택 신호(A, B, C) 및 이들의 반전 신호(Ab, Bb, Cb; 예를 들면 A = 1 일 때 Ab = 0)를 사용하여 동작 모드 신호(EO1, EO2)를 출력한다. 이를 위해 동작 모드 신호 생성부(233)는 다수의 논리 회로(NAND, INVERTER, NOR)를 사용할 수 있다. 6 illustrates an internal circuit of the operation mode
도 6에 예시된 동작 모드 신호 생성부(233)의 출력(EO1, EO2)은 아래와 같은 방식으로 동작할 수 있다.The outputs EO1 and EO2 of the operation
1) Va > Vb, Vc 인 경우(A = 1, B = 0, C = 0), EO1 = 0, EO2 = 01) When Va> Vb, Vc (A = 1, B = 0, C = 0), EO1 = 0, EO2 = 0
2) Vb > Va, Vc 인 경우(A = 0, B = 1, C = 0), EO1 = 0, EO2 = 02) When Vb> Va, Vc (A = 0, B = 1, C = 0), EO1 = 0, EO2 = 0
3) Vc > Va, Vb 인 경우(A = 0, B = 0, C = 1), EO1 = 0, EO2 = 03) When Vc> Va, Vb (A = 0, B = 0, C = 1), EO1 = 0, EO2 = 0
4) Va = Vb > Vc 인 경우(A = 1, B = 1, C = 0), EO1 = 1, EO2 = 04) When Va = Vb> Vc (A = 1, B = 1, C = 0), EO1 = 1, EO2 = 0
5) Va = Vc > Vb 인 경우(A = 1, B = 0, C = 1), EO1 = 1, EO2 = 05) When Va = Vc> Vb (A = 1, B = 0, C = 1), EO1 = 1, EO2 = 0
6) Vb = Vc > Va 인 경우(A = 0, B = 1, C = 1), EO1 = 1, EO2 = 06) When Vb = Vc> Va (A = 0, B = 1, C = 1), EO1 = 1, EO2 = 0
7) Va = Vb = Vc 인 경우(A = 0, B = 0, C = 0), EO1 = 1, EO2 = 17) When Va = Vb = Vc (A = 0, B = 0, C = 0), EO1 = 1, EO2 = 1
즉, 동작 모드 신호 생성부(233)는 입력 전압이 1개가 최대인 경우, 2개가 최대인 경우 및 3개가 모두 같은 경우의 총 3가지 경우를 구분할 수 있는 동작 모드 신호(EO1, EO2)를 생성할 수 있다. 동작 모드 신호(EO1, EO2)를 이와 같이 구분하는 이유는 사용할 입력 전압이 1개인 경우와 2개 및 3개인 경우에서 스위칭 제어 신호의 생성 방법이 달라지도록 하기 위함이다(이 부분에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다). 즉, 동작 모드 신호 EO1 = 0인 경우는 하나의 채널만 동작하는 단일 채널 동작 모드를 지시하고, 동작 모드 신호 EO1 = 1인 경우는 두 개 이상의 채널이 동작하는 다중 채널 동작 모드를 지시하는 것으로 이해될 수 있다. 동작 모드 신호 생성부(233)가 동작 모드 신호를 생성하는 방법 및 동작 모드 신호의 출력은 위 예시로 한정되지 않으며 단일 채널이 동작하는 모드와 복수의 채널이 동작하는 모드로 구분이 가능한 동작 모드 신호의 생성 방법은 다양한 변형이 가능할 것이다.That is, the operation
도 7은 클럭 신호 생성부(235)의 동작을 예시한다. 클럭 신호 생성부(235)는 기본 클럭 신호(CLK)를 사용하여 각 채널 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)를 생성할 수 있다. 클럭 신호 생성부(235)는 기본 클럭 신호(CLK)를 채널 수에 해당하는 수로 분주시켜 각 채널의 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)를 생성할 수 있다. 이러한 클럭 신호의 분주 회로는 이 분야에서 일반적으로 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략한다. 기본 클럭 신호(CLK)는 일정 주파수로 발생될 수 있다. 각 채널의 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)는 해당 채널의 스위칭 제어 신호를 생성하는데 활용될 수 있다. 도 7은 3개 채널을 가정하여 3개의 채널 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)를 생성하는 것을 예시하였으나 채널의 수는 3개로 한정되지 않는다.7 illustrates the operation of the
도 8은 A 채널의 스위칭 제어 신호 생성부(237a)의 내부 회로를 예시한다. 도 4의 스위칭 제어 신호 생성부(237)는 각 채널마다 도 8에 예시된 스위칭 제어 신호 생성부(237a)를 구비하여 해당 채널의 제1 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호(ONa, ONb, ONc)를 생성할 수 있다. 8 illustrates an internal circuit of the switching control
A 채널의 스위칭 제어 신호 생성부(237a)는 입력 전압(Va), 입력 전압 선택 신호(A), 동작 모드 신호(EO1, EO2), 기본 클럭 신호(CLK), 채널 클럭 신호(CLKa), 히스테리시스 비교 결과 신호(BM), 제1 기준 신호(REF1), 리셋 신호(RESET) 등을 사용하여 스위칭 제어 신호(ONa)를 생성할 수 있다. 스위칭 제어 신호 생성부(237a)는 이를 위해 다수의 논리 회로(NOR, INVERTER, NAND, 비교기 및 RS 플립플롭 등)를 사용할 수 있다. 도 8에 예시된 스위칭 제어 신호 생성부(237a)는 A 채널에 대한 것이므로, B 채널 또는 C 채널의 경우 도 8에서 A 채널에 대한 신호인 입력 전압 선택 신호(A), 채널 클럭 신호(CLKa), 입력 전압(Va)을 해당 채널의 신호로 변경하면 된다. The switching control
스위칭 제어 신호 생성부(237a)에서 사용하는 신호들 중에서 입력 전압(Va), 입력 전압 선택 신호(A), 동작 모드 신호(EO1, EO2), 기본 클럭 신호(CLK), 채널 클럭 신호(CLKa)에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로, 이하에서는 히스테리시스 비교 결과 신호(BM), 제1 기준 신호(REF1), 리셋 신호(RESET)에 대해 설명한다.The input voltage Va, the input voltage selection signal A, the operation mode signals EO1 and EO2, the basic clock signal CLK and the channel clock signal CLKa among the signals used in the switching
제1 기준 신호(REF1)는 입력 전압(Va)이 기준값 이하인 경우에는 스위칭 컨버터가 동작하지 않도록 하기 위한 구성이다. 이를 위해 입력 전압(Va)을 제1 기준 신호(REF1)와 비교하여 입력 전압(Va)이 제1 기준 신호(REF1) 이상인 경우에만 스위칭 제어 신호(ONa)가 발생하도록 할 수 있다. 그러나 입력 전압(Va)을 제1 기준 신호(REF1)와 비교하여 스위칭 제어 신호(ONa)가 발생하도록 하는 조건은 상황에 따라 사용하지 않을 수도 있다.The first reference signal REF1 is configured to prevent the switching converter from operating when the input voltage Va is lower than the reference value. To this end, the switching control signal ONa may be generated only when the input voltage Va is greater than or equal to the first reference signal REF1 by comparing the input voltage Va with the first reference signal REF1. However, the condition for causing the switching control signal ONa to be generated by comparing the input voltage Va with the first reference signal REF1 may not be used depending on the situation.
리셋 신호(RESET)는 스위칭 소자를 턴오프하기 위한 신호를 발생하기 위한 신호이다. 도 8의 실시예에서 리셋 신호(RESET)에 'High' 신호가 인가되면 플립플롭이 리셋되어 그 출력인 A 채널의 스위칭 제어 신호(ONa)는 'Low' 신호를 나타내고 이 신호에 의해 A 채널의 제1 스위칭 소자는 턴오프 될 수 있다. 일 예로, 기본 클럭 신호(CLK)가 일정 주파수로 발생되고, 시간 지연 소자를 사용하여 기본 클럭 신호(CLK)로부터 일정 시간 지연 후에 리셋 신호(RESET)가 생성되도록 할 수 있다. 이 경우 스위칭 컨버터는 고정 주파수 및 고정 턴온 시간을 가지는 방식으로 동작하게 되고, 출력 전압의 제어는 턴온 구간이 발생하는 주기과 턴온 구간이 발생하지 않는 주기의 빈도를 조절함으로써 달성될 수 있다. 후술하겠지만 어떤 주기에서 턴온 구간을 발생시킬지 여부를 결정하기 위해 히스테리시스 비교기의 출력을 사용할 수 있다.The reset signal RESET is a signal for generating a signal for turning off the switching element. 8, when the 'High' signal is applied to the reset signal RESET, the flip-flop is reset so that the switching control signal ONa of the A channel, which is the output thereof, indicates the 'Low' signal, The first switching element can be turned off. For example, the basic clock signal CLK may be generated at a certain frequency, and the reset signal RESET may be generated after a predetermined time delay from the basic clock signal CLK using the time delay element. In this case, the switching converter operates in a manner having a fixed frequency and a fixed turn-on time, and the control of the output voltage can be achieved by controlling the frequency at which the turn-on interval occurs and the frequency at which no turn-on interval occurs. As will be described below, the output of the hysteresis comparator can be used to determine in which period the turn-on period should be generated.
히스테리시스 비교 결과 신호(BM)에 대해서는 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 도 10을 참조하면, 히스테리시스 비교부(239)는 두 개의 비교기(1001, 1002) 및 플립플롭(1003)을 포함할 수 있다.The hysteresis comparison result signal BM will be described with reference to Figs. 10 and 11. Fig. Referring to FIG. 10, the
제1 비교기(1001)의 양의 입력 단자에는 하한 기준값(REFL)이 입력되고 음의 입력 단자에는 출력 피드백 전압(FB)이 입력된다. 제2 비교기(1002)의 양의 입력 단자에는 출력 피드백 전압(FB)이 입력되고 음의 입력 단자에는 상한 기준값(REFH)이 입력된다. 제1 비교기(1001)의 출력은 플립플롭(1003)의 셋 단자(S)에 입력되고 제2 비교기(1002)의 출력은 플립플롭(1003)의 리셋 단자(R)에 입력된다. 이러한 히스테리시스 비교부(239)에 의하면, 도 10에 예시된 바와 같이, 출력 피드백 전압(FB)이 상한 기준값(REFH) 보다 커지면 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)는 'low'를 나타내고 출력 피드백 전압(FB)이 하한 기준값(REFL) 보다 작아지면 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)는 'high'를 나타내는 방식으로 동작할 수 있다. 즉, 히스테리시스 비교부(239)는 상한 기준값(REFH)과 하한 기준값(REFL)의 범위에서 히스테리시스 방식으로 출력 피드백 신호(FB)의 비교 결과를 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)로 출력할 수 있다.A lower limit reference value REFL is input to a positive input terminal of the
다시 도 8 및 도 9를 참조하여 스위칭 제어 신호 생성부(237a)의 동작을 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 벅-부스트 컨버터의 동작 파형을 예시하는 도면이다. 도 9에서 Va, Vb, Vc는 각 채널의 입력 전압, Vo은 출력 전압, IL은 인덕터 전류, CLK는 기본 클럭 신호, RESET은 리셋 신호, ONa, ONb, ONc는 각 채널의 스위칭 제어 신호이다.The operation of the switching
도 9에서 제1 구간(910)은 Va > Vb > Vc의 경우로서 채널 A가 동작하는 구간이고, 제2 구간(920)은 Va = Vb > Vc의 경우로서 채널 A와 채널 B가 동시에 동작하는 구간이며, 제3 구간(930)은 Va = Vb = Vc의 경우로서 채널 A, B, C가 동시에 동작하는 구간이다.9, the
먼저 제1 구간(910)을 살펴보면, 기본 클럭 신호(CLK)가 'High'가 되면 스위칭 제어 신호(ONa)가 'High'가 되어 A 채널의 제1 스위칭 소자가 턴온되어 인덕터로 에너지가 공급되어 인덕터 전류(IL)가 증가한다. 기본 클럭 신호(CLK)로부터 일정 시간(T1)이 경과한 후 리셋 신호(RESET)가 인가되면 스위칭 제어 신호(ONa)가 'Low'가 되어 A 채널의 제1 스위칭 소자가 턴오프되고 인덕터에 저장된 에너지는 출력 커패시터로 전달되어 출력 전압(Vo)이 상승하는 방식으로 채널 A의 입력 전압으로부터 출력 커패시터로 에너지가 전달될 수 있다. Referring to the
제1 구간(910)에서 매 기본 클럭 신호(CLK)의 발생 시마다 채널 A의 제 스위칭 소자를 턴온할 수 있는 상태가 되는데, 매 주기마다 채널 A의 제1 스위칭 소자를 턴온할 지 여부는 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)를 고려하여 결정될 수 있다. 만약, 출력 전압(Vo)이 상한 기준값(REFH)보다 높아지는 경우, 기본 클럭 신호(CLK)에 의해 채널 A의 제1 스위칭 소자가 턴온될 수 있는 상태가 된다고 하더라도 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)에 의해 채널 A의 제1 스위칭 소자는 턴온되지 않을 수 있다. 즉, 어느 하나의 채널이 선택된 구간에서는 기본 클럭 신호(CLK)와 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)에 따라 선택된 채널의 입력 전압에 대응하는 제1 스위칭 소자가 턴온될 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 입력 전압(Va)을 제1 기준값(REF1)과 비교한 결과도 함께 고려하여 제1 스위칭 소자의 턴온 여부를 결정할 수도 있다.It is possible to turn on the first switching element of the channel A every time the basic clock signal CLK is generated in the
제1 구간(910)에서 제1 스위칭 소자는 리셋 신호(RESET)를 사용하여 턴오프될 수 있다. 리셋 신호(RESET) 신호를 생성하는 방법의 일 예로는, 앞서 설명한 바와 같이, 기본 클럭 신호(CLK)가 일정 주파수로 발생되고 리셋 신호(RESET)는 기본 클럭 신호(CLK)로부터 일정한 제1 시간(T1)이 지나면 리셋 신호(RESET)가 생성되도록 할 수 있다. 이 경우 스위칭 컨버터는 고정 주파수 및 고정 턴온 시간을 가지는 방식으로 동작하게 되고, 출력 전압(Vo)의 제어는 턴온 구간이 발생하는 주기과 턴온 구간이 발생하지 않는 주기의 빈도를 조절함으로써 달성될 수 있으며, 어떤 주기에서 턴온 신호를 발생시킬지 여부는 출력 전압(Vo)을 기준값(REFH, REFL)과 비교하는 히스테리시스 비교부에 의해 결정될 수 있다. 즉, 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)가 컨버터의 오프를 지시할 경우(출력 전압이 상한 기준값(REFH)보다 큰 경우), 기본 클럭 신호(CLK) 및 채널 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)에도 불구하고 어느 채널에 대응되는 제1 스위칭 소자도 턴온되지 않을 수 있다.In the
다음으로 제2 구간(920)은 채널 A와 채널 B가 함께 동작하는 구간인데, 이와 같이 2개의 채널이 함께 동작하는 구간에서는 제1 구간(910)과 같이 하나의 채널만 동작하는 구간에 비해 다음과 같은 동작의 차이가 있다. 제2 구간(920)에서는 2개의 채널이 함께 동작하므로 어느 하나의 채널이 기본 클럭(CLK)이 발생할 때마다 동작하기는 곤란하고, 두 채널이 교대로 동작할 수 있도록 할 필요가 있다. 이를 위해, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 기본 클럭 신호(CLK)를 분주하여 채널 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)를 생성한 후, 도 8의 스위칭 제어 신호 생성부(237a)에서 채널 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)와 동작 모드 신호(EO1, EO2)를 논리 조합함으로써, 2개 이상의 채널이 동작하는 경우 기본 클럭(CLK)과 해당 채널의 클럭 신호(CLKa, CLKb 또는 CLKc)가 동시에 'High'가 되는 것을 해당 채널의 제1 스위칭 소자가 턴온되는 조건으로 만드는 방법을 사용할 수 있다. 물론 앞서 언급한 바와 같이 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)가 컨버터의 턴온을 지시하는지 여부도 고려되어야 한다. 2개 채널을 함께 사용하는 제2 구간(920)에서는 이와 같이 채널 클럭 신호(CLKa, CLKb, CLKc)를 고려함으로써 2개의 채널이 교대로 동작하도록 할 수 있다. 즉, 입력 전압 선택부가 두 개 이상의 채널의 입력 전압을 선택한 경우, 기본 클럭 신호(CLK)와 해당 채널의 클럭 신호(CLKa, CLKb 또는 CLKc)와 히스테리시스 비교 결과 신호(BM)에 따라 선택된 채널의 입력 전압들에 대응하는 제1 스위칭 소자들이 턴온될 수 있다.The
이와 같이, 채널이 1개, 2개 또는 3개가 사용되는 경우를 구분할 수 있는 동작 모드 신호(EO1, EO2)를 사용함으로써 1개의 채널이 동작하는 경우에는 기본 클럭 신호(CLK)에 따라 해당 채널의 제1 스위칭 소자가 턴온될 수 있도록 하고, 2개 이상의 채널이 동작하는 경우 기본 클럭 신호(CLK) 및 해당 채널의 클럭 신호(CLKa, CLKb 또는 CLKc)가 동시에 '하이'인 경우에 해당 채널의 제1 스위칭 소자가 턴온될 수 있도록 만들 수 있다.In this manner, by using the operation mode signals EO1 and EO2 that can distinguish the case where one, two, or three channels are used, when one channel operates, When the basic clock signal CLK and the clock signals CLKa, CLKb or CLKc of the corresponding channel are simultaneously 'high' when two or more channels are operated, the first switching device can be turned on, 1 switching element can be turned on.
다음으로 제3 구간(930)을 살펴보면, Va = Vb = Vc의 조건에서 3개의 채널이 모두 동작하여 3개의 스위칭 제어 신호(ONa, ONb, ONc)가 교대로 발생된다는 점 외에는 제2 구간(920)의 동작 방식과 유사하게 동작할 수 있다.Next, in the
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 스위칭 컨버터에 의하면, 다중 채널을 사용함으로써 여러 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 동작시킬 수 있고, 복수의 에너지원의 입력 전압을 고려하여 가장 적합한 어느 하나의 에너지원 또는 복수의 에너지원으로부터 스위칭 컨버터를 구동시킴으로써 효과적으로 출력 전압을 유지할 수 있으며, 복수의 에너지원 중의 일부에 문제가 생겨도 다른 에너지원을 통해 출력을 제공할 수 있는 스위칭 컨버터를 제공할 수 있다.As described above, according to the multi-channel switching converter according to the embodiment of the present invention, the switching converter can be operated from various energy sources by using multiple channels, and the switching converter can be operated with any one energy source Alternatively, the switching converter can be effectively maintained by driving the switching converter from a plurality of energy sources, and the switching converter can provide an output through another energy source even if a problem occurs in a part of the plurality of energy sources.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 채널 스위칭 컨버터는 입력 전압 선택부 및 동작 모드 신호 생성부를 구비할 수 있고, 이로 인해 복수 채널의 입력 전압의 크기를 비교하여 에너지를 공급받기에 적절한 한 개 또는 복수의 채널을 선택할 수 있으며, 채널이 한 개 선택되었는지 또는 복수 개가 선택되었는지에 대한 정보를 포함하는 동작 모드 신호를 사용하여 스위칭 제어 신호를 생성하는 방법을 달리함으로써 하나의 채널이 선택된 경우 기본 클럭 신호가 발생할 때마다 선택된 채널이 동작할 수 있도록 하고 복수 개의 채널이 선택된 경우 선택된 채널들이 교대로 동작할 수 있도록 할 수 있다.In addition, the multi-channel switching converter according to the embodiment of the present invention may include an input voltage selection unit and an operation mode signal generation unit. Accordingly, it is possible to compare the magnitudes of input voltages of a plurality of channels, A plurality of channels can be selected and a switching control signal is generated by using an operation mode signal including information on whether one channel is selected or a plurality of channels are selected so that when one channel is selected, So that the selected channel can be operated whenever a plurality of channels are selected, and the selected channels can be alternately operated when a plurality of channels are selected.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (11)
복수의 제1 스위칭 소자를 포함하되, 상기 복수의 제1 스위칭 소자의 각각은 그 일단이 상기 복수의 입력 전압 각각에 연결되고 상기 복수의 제1 스위칭 소자의 타단들은 서로 공통으로 연결된 제1 스위칭부; 및
상기 복수 채널의 입력 전압 중에서 에너지를 공급받을 입력 전압을 선택하고, 상기 선택된 입력 전압을 사용하여 상기 출력 전압을 생성하도록 상기 제1 스위칭부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는,
각 채널의 입력 전압의 크기에 따라 에너지를 공급받을 채널을 선택하기 위한 동작 모드 신호를 생성하는 동작 모드 선택부;
기본 클럭 신호를 분주하여 각 채널의 클럭 신호를 생성하는 클럭 신호 생성부;
출력 피드백 전압과 기준값을 비교하여 히스테리시스 비교 결과 신호를 생성하는 히스테리시스 비교부; 및
상기 동작 모드 선택부의 동작 모드 신호, 상기 클럭 신호 생성부의 기본 클럭 신호와 채널 클럭 신호, 및 상기 히스테리시스 비교부의 히스테리시스 비교 결과 신호를 수신하고 상기 제1 스위칭부의 제1 스위칭 소자들의 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 스위칭 컨버터.A multi-channel switching converter for receiving an input voltage of a plurality of channels and generating an output voltage,
Wherein each of the plurality of first switching elements is connected to each of the plurality of input voltages at one end thereof and the other ends of the plurality of first switching elements are connected in common to each other, ; And
And a control unit for controlling the first switching unit to select an input voltage to be supplied with energy among the input voltages of the plurality of channels and to generate the output voltage using the selected input voltage,
Wherein,
An operation mode selection unit for generating an operation mode signal for selecting a channel to receive energy according to a magnitude of an input voltage of each channel;
A clock signal generator for dividing a basic clock signal to generate a clock signal of each channel;
A hysteresis comparator for comparing the output feedback voltage with a reference value to generate a hysteresis comparison result signal; And
A switching circuit for receiving the operation mode signal of the operation mode selection section, the basic clock signal and the channel clock signal of the clock signal generation section, and the hysteresis comparison result signal of the hysteresis comparison section and generating a control signal of the first switching elements of the first switching section And a control signal generator for generating a control signal based on the control signal.
각 채널의 입력 전압 크기에 따라 상기 출력 전압을 생성하는데 사용할 입력 전압을 선택하는 입력 전압 선택 신호를 생성하는 입력 전압 선택부; 및
상기 입력 전압 선택 신호를 수신하고 상기 동작 모드 신호를 생성하는 동작 모드 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 스위칭 컨버터.The apparatus according to claim 1,
An input voltage selection unit for generating an input voltage selection signal for selecting an input voltage to be used for generating the output voltage according to an input voltage magnitude of each channel; And
And an operation mode signal generator for receiving the input voltage selection signal and generating the operation mode signal.
1) 상기 입력 전압 선택 신호가 어느 하나의 채널의 입력 전압을 선택한 경우, 상기 기본 클럭 신호와 상기 히스테리시스 비교 결과 신호에 따라 상기 선택된 입력 전압에 대응하는 제1 스위칭 소자가 턴온되도록 하고,
2) 상기 입력 전압 선택 신호가 두 개 이상의 채널의 입력 전압을 선택한 경우, 상기 기본 클럭 신호와 해당 채널의 클럭 신호와 상기 히스테리시스 비교 결과 신호에 따라 상기 선택된 입력 전압들에 대응하는 제1 스위칭 소자들이 교대로 턴온되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 스위칭 컨버터.4. The apparatus of claim 3,
1) when the input voltage selection signal selects the input voltage of any one of the channels, the first switching device corresponding to the selected input voltage is turned on according to the basic clock signal and the hysteresis comparison result signal,
2) When the input voltage selection signal selects the input voltage of two or more channels, the first switching elements corresponding to the selected input voltages according to the basic clock signal, the clock signal of the corresponding channel, and the hysteresis comparison result signal Channel switching converter is turned on alternately.
상기 제1 스위칭부의 복수의 제1 스위칭 소자들의 타단들이 공통으로 연결된 단자에 캐소드가 연결되고 애노드는 기준전위에 연결된 제1 다이오드;
상기 제1 다이오드의 캐소드에 일단이 연결된 인덕터;
상기 인덕터의 타단에 일단이 연결되고, 그 타단은 상기 기준전위에 연결된 제2 스위칭부;
상기 인덕터의 타단에 애노드가 연결된 제2 다이오드; 및
상기 제2 다이오드의 캐소드에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 기준전위에 연결된 출력 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 스위칭 컨버터.The buck-boost converter of claim 1 wherein the converter is a buck-boost converter and the buck-
A first diode having a cathode connected to a terminal to which the other ends of the plurality of first switching elements of the first switching unit are connected in common, and an anode connected to a reference potential;
An inductor whose one end is connected to the cathode of the first diode;
A second switching unit having one end connected to the other end of the inductor and the other end connected to the reference potential;
A second diode connected to the other end of the inductor; And
And an output capacitor having one end connected to the cathode of the second diode and the other end connected to the reference potential.
복수의 제1 스위칭 소자를 포함하되, 상기 복수의 제1 스위칭 소자의 각각은 그 일단이 상기 복수의 입력 전압 각각에 연결되고 상기 복수의 제1 스위칭 소자의 타단들은 서로 공통으로 연결된 제1 스위칭부; 및
상기 복수 채널의 입력 전압 중에서 에너지를 공급받을 입력 전압을 선택하고, 상기 선택된 입력 전압을 사용하여 상기 출력 전압을 생성하도록 상기 제1 스위칭부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는 하나의 채널이 동작하는 단일 채널 동작 모드와 복수의 채널이 동작하는 다중 채널 동작 모드를 구분하고, 다중 채널 동작 모드에서는 동작하는 복수의 채널에 대응하는 제1 스위칭 소자들이 교대로 턴온되도록 제어하며,
상기 제어부는 상기 단일 채널 동작 모드에서는 기본 클럭 신호를 사용하여 제1 스위칭 소자의 턴온 신호를 생성하고, 상기 다중 채널 동작 모드에서는 상기 기본 클럭 신호와 채널 클럭 신호를 함께 사용하여 상기 제1 스위칭 소자들이 교대로 동작하도록 턴온 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 스위칭 컨버터.A multi-channel switching converter for receiving an input voltage of a plurality of channels and generating an output voltage,
Wherein each of the plurality of first switching elements is connected to each of the plurality of input voltages at one end thereof and the other ends of the plurality of first switching elements are connected in common to each other, ; And
And a control unit for controlling the first switching unit to select an input voltage to be supplied with energy among the input voltages of the plurality of channels and to generate the output voltage using the selected input voltage,
The controller divides a single channel operation mode in which one channel operates and a multi-channel operation mode in which a plurality of channels operate, so that the first switching elements corresponding to the plurality of channels operating in the multi-channel operation mode are alternately turned on Control,
The control unit generates a turn-on signal of the first switching device using the basic clock signal in the single-channel operation mode, and uses the basic clock signal and the channel clock signal in the multi- Channel signal to generate a turn-on signal to operate alternately.
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