KR101921793B1 - 다수의 출력 전압을 위한 탭핑된 권선 플라이백 컨버터 - Google Patents

다수의 출력 전압을 위한 탭핑된 권선 플라이백 컨버터 Download PDF

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Abstract

이 개시내용은 다수의 출력 전압 레벨들을 제공할 수 있는 전력 컨버터들에 관한 것이다. USB-C 어댑터 설계와 관련하여, 컨버터의 출력은 ― 충전 디바이스의 요건에 기초하여 ― 상이한 전압 레벨들 사이에서, 예를 들어, 낮은 전압(예컨대, 5V, 10V), 중간 전압(예컨대, 12V, 20V), 또는 높은 전압(예컨대, 20V, 40V) 사이에서 변경될 필요가 있을 수 있다. 탭핑된-권선 변압기를 사용함으로써, 플라이백 변압기의 권선비가 높은 출력 전압 범위들에 대해 지능적으로 선택될 수 있고, 따라서, 듀티 사이클이 낮은 전압 출력 레벨 및 중간 전압 출력 레벨에 대해 동일하게 유지될 수 있게 한다. 플라이백 컨버터는 이후 중간 출력 전압 및 높은 출력 전압만을 수용할 필요가 있을 것이다. 높은 출력 전압들에 대해, 변압기의 2개의 권선을 직렬로 놓도록 스위치를 활성화시킬 수 있고; 더 낮은 출력 전압들에 대해, 하나의 권선만이 사용되도록 스위치를 턴오프시킬 수 있다.

Description

다수의 출력 전압을 위한 탭핑된 권선 플라이백 컨버터{TAPPED WINDING FLYBACK CONVERTER FOR MULTIPLE OUTPUT VOLTAGES}
관련 출원에 대한 교차 참조
이 출원은 2015년 9월 30일에 출원되었으며, 그 내용이 본원에 참조로 전체적으로 포함되는, 미국 가출원 제62/235,033호를 우선권 주장한다.
기술분야
이 개시내용은 일반적으로 효율적인 방식으로 다수의 출력 전압 레벨들을 제공할 수 있는 플라이백 컨버터-기반 전력 컨버터들(flyback converter-based power converters)에 관한 것이다. 다른 실시예들 역시 본 명세서에 기술된다.
교류(alternating current)(AC) 전력은 통상적으로 벽 콘센트로부터 공급되며, 때때로 선 전력(line power)이라 지칭된다. 전자 디바이스들은 직류(direct current)(DC) 전력으로부터 실행하는 회로를 종종 포함한다. AC 대 DC 전력 컨버터 회로가 AC 전력을 DC 전력으로 전력 변환시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 컨버터 회로로부터의 DC 전력은 전자 디바이스에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. DC 전력은 전자 디바이스 내의 배터리를 충전시키기 위해 사용될 수도 있다.
AC 대 DC 전력 컨버터들은 변압기들을 종종 포함한다. AC 대 DC 전력 컨버터 내의 변압기는 1차 권선 및 2차 권선을 가질 수 있다. 변압기의 1차측 상의 펄스 폭 변조(pulse width modulation)(PWM) 회로는 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류의 펄스들을 생성할 수 있다. 변압기의 2차측 상에서, 2차 권선의 출력을 정류하기 위해 다이오드가 사용될 수 있다.
일부 AC 대 DC 전력 컨버터 회로들은 동기식 정류기(synchronous rectifier)(SR) 출력 스테이지들을 사용한다. SR 출력 스테이지들은 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(MOSFET)을 포함할 수 있다. MOSFET은, 다이오드가 다른 전력 컨버터 설계들에서 사용되는 것과 동일한 방식으로 변압기로부터 파형을 출력하는 동시에, 전류를 도통시킬 때 높은 다이오드 전압 강하(예를 들어, ~　0.7V)를 회피하도록 구동된다.
일부 전력 컨버터 설계들은 잠재적인 결함들을 가질 수 있다. 한 가지 결함은, 상이한 전자 디바이스들이 상이한 전압 요건들을 가질 수 있으며, 단일 전력 컨버터가 모든 상이한 디바이스들의 모든 요건들을 만족시키지 못할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 랩톱 컴퓨터는 동작 동안 모바일 폰에 의해 요구되는 전력양보다 더 높은 전력양을 요구할 수 있는데, 예를 들어, 랩톱은 모바일 폰의 전력양의 2배 내지 3배(또는 그 이상)를 요구할 수 있다. 모바일 폰을 동작시키기 위해 사용되는 전력 컨버터는 랩톱을 동작시키기에 충분한 전압양을 제공하지 않을 수 있고, 랩톱을 동작시키기 위해 사용되는 전력 컨버터는 너무 많은 전압을 제공하여 모바일 폰을 오버파워링(overpower)할 수 있다.
이러한 결함들 중 일부를 해소하기 위해, 일부 전력 컨버터들은 "탭핑된 권선(tapped winding)" 구성을 사용할 수 있다. 탭핑된 권선 변압기는, 원하는 경우, 변압기의 권선비가 높은 출력 전압 범위 및 낮은 출력 전압 범위를 생성하도록 조정될 수 있는 변압기를 지칭한다. 그러나, "탭핑된 권선" 구성은, 예를 들어, 2개 이상의 전압 출력 레벨들이 요구될 때, 과도하게 복잡한 회로 설계를 초래할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 듀티 사이클을 제어하고 동기식 정류를 수행하기 위해 탭핑된 2차 권선 및 하나 이상의 스위칭 디바이스들을 가지는 변압기를 사용함으로써, 다수의 출력 전압들을 지원하기 위한, 즉, 2개 이상의 전압 출력 레벨들 각각에 대해 최적화된 최소-복잡도의 회로 설계를 사용하여 2개 이상의 전압 출력 레벨들에서 출력 전력을 레귤레이팅할 수 있는, 지능형 플라이백 컨버터 설계가 요구된다.
듀티 사이클을 제어하고 동기식 정류를 수행하기 위해, 하나 이상의 스위칭 디바이스들과 함께, 탭핑된 2차 권선을 가지는 변압기가 사용되는, 개선된 플라이백 컨버터들을 동작시키기 위한 다양한 디바이스들 및 방법들이 본원에 기술된다.
광범위한 가용 출력 전압들을 가지는 플라이백 컨버터들은 다수의 전력 변환 상황들에서 적용가능할 수 있다. 예를 들어, 이들은 새로운 USB-C 표준 상황에서 특히 적용가능할 수 있다. USB-C 산업 표준은 임의의 디바이스에 그리고 임의의 디바이스로부터 데이터를 충전하고 전달하도록 사용되기 위해 충분히 조정가능하도록 설계된다. 광범위한 디바이스들이 USB-C 표준을 곧 지원할 것이기 때문에, 사용자들은 동일한 전력 어댑터를 사용하여 자신의 USB-C 호환가능 디바이스들 모두를 충전시키기를 바랄 것이다. USB-C 표준으로 동작하도록 설계되는 전력 어댑터들에 대해, 이후, 어댑터의 플라이백 출력이, 충전 디바이스의 요구에 기초하여, 광범위한 출력 전압들에 걸쳐 변경될 필요가 있을 수 있다.
넓은 출력 전압 범위(예를 들어, 5V 내지 12V 내지 20V, 또는 10V 내지 20V 내지 40V) 및 넓은 입력 전압 범위(예를 들어, 90V 내지 265V)는 플라이백 컨버터 설계를 최적화하는 것을 매우 어렵게 한다. 이러한 범위들이 본 개시내용의 양태들을 예시하기 이해 사용되는 비제한적인 예들임이 이해될 것이다. 일부 실시예들에 따르면, 탭핑된-권선 설계를 사용함으로써, 플라이백 변압기의 권선비가 변경되어 다양한 출력 전압들, 예를 들어, 제1 출력 전압, 제2 출력 전압 및 제3 출력 전압을 생성할 수 있다. 더 구체적으로, 권선비는, 플라이백 컨버터의 동작 파라미터들, 예를 들어, PWM(즉, 듀티 사이클)이 제1 출력 레벨(낮은 출력 레벨, 예를 들어, 5V일 수 있음) 및 제2 출력 레벨(중간 출력 레벨, 예를 들어, 12V일 수 있음)에 대해 동일하게 유지될 수 있도록 선택될 수 있다. 플라이백 설계는 이후, 제2 출력 레벨(예를 들어, 12V) 및 제3 출력 레벨(높은 출력 레벨, 예를 들어, 20V일 수 있음)에 대해서만 고유한 동작 파라미터들을 가질 필요가 있어서, 종래 기술의 전력 어댑터보다 더 간단한 설계를 초래한다. 상이한 동작 파라미터들은 또한 제1 출력 전압 레벨 및 제2 출력 전압 레벨을 생성하도록 (상이한 권선비들과 함께) 결정될 수 있다.
본원에 개시되는 일부 실시예들에 따르면, 변압기의 탭핑된 2차 권선에서 사용되는 권선수를 제어하기 위해 1개의 스위치가 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에 따르면, 드라이버 회로는 높은 전압 출력들에 대해 스위치를 턴 '온'시키고(따라서, 탭핑된 2차 권선의 2개의 권선들을 서로 직렬로 배치함), 또는 낮은 전압 출력에 대해 스위치를 턴 '오프'시키기 위해(따라서, 탭핑된 2차 권선 중 1개의 권선만을 사용함) 사용될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 제2 스위치의 듀티 사이클은 또한 ― 복수의 '높은 전압' 출력 레벨들 중에서 ― 컨버터가 어느 출력 레벨에서 동작할지를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
위 요약은 본 발명의 모든 양태들의 완전한 리스트를 포함하지는 않는다. 발명이 위에서 요약된 다양한 양태들의 모든 적합한 조합들뿐만 아니라, 하기의 상세한 설명에 개시되고 특히 본원과 함께 출원된 청구항들에서 지정되는 것들로부터 구현될 수 있는 모든 시스템 및 방법을 포함한다는 것이 참작된다. 이러한 조합들은 위의 발명의 내용에서 구체적으로 인용되지 않은 특별한 장점들을 가진다.
발명의 실시예들은, 동일한 참조부호들이 유사한 엘리먼트들을 나타내는 첨부 도면들의 도해들에서 제한으로써가 아니라 예로써 예시된다. 이 개시내용에서 발명의 일("an" 또는 "one") 실시예에 대한 참조가 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니며, 이들이 적어도 하나를 의미한다는 것에 유의해야 한다. 또한, 간결함에 관심을 두어, 주어진 도해가 발명의 하나 초과의 실시예들, 또는 발명의 하나 초과의 종(species)의 특징들을 예시하기 위해 사용될 수 있으며, 주어진 실시예 또는 도해 내의 모든 엘리먼트들이 주어진 실시예 또는 종에 대해 요구되지 않을 수 있다.
도 1은 종래의 플라이백 컨버터 회로를 예시한다.
도 2는 플라이백 컨버터 회로 및 벅(buck) 컨버터 회로를 포함하는 2-스테이지 전력 컨버터 방식을 예시한다.
도 3a는 2개의 출력 전압들을 가지는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터를 예시한다.
도 3b는 스위치의 사용을 통해 선택가능한 2개의 출력 전압들을 가지는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터를 예시한다.
도 4는 펄스 폭 변조 및/또는 하나 이상의 스위치들의 사용을 통해 선택가능한 3개의 가능한 출력 전압들 및 동기식 정류를 가지는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터를 예시한다.
도 5a 및 5b는 동기식 정류를 가지며, 제1 출력 전압 레벨에서 동작하도록 구성되는 하나 이상의 스위치들 및/또는 펄스폭 변조의 사용을 통해 선택가능한 3개의 출력 전압들을 생성할 수 있는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터에 대한 다양한 스위치 구성들을 예시한다.
도 6a 및 6b는 동기식 정류를 가지며, 제2 출력 전압 레벨 또는 제3 출력 전압 레벨에서 동작하도록 구성되는 하나 이상의 스위치들 및/또는 펄스폭 변조의 사용을 통해 선택가능한 3개의 출력 전압들을 생성할 수 있는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터에 대한 다양한 스위치 구성들을 예시한다.
도 7은 스위치 및 펄스폭 변조의 사용을 통해 선택가능한 3개의 출력 전압들 및 동기식 정류를 가지는 탭핑된 권선 플라이백 컨버터의 스위치를 제어하기 위한 예시적인 구동 회로를 예시한다.
후속하는 기재에서, 설명의 목적으로, 발명의 개념의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세항목들이 설명된다. 이 기재의 일부로서, 이 개시내용의 도면들 중 일부는 발명을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 구조들 및 디바이스들을 블록도로 표현한다. 명료함에 관심을 두어, 실제 구현예들의 모든 특징들이 이 명세서에 기재되지는 않는다. 더욱이, 이 개시내용에 사용되는 언어는 가독성 및 교육의 목적으로 원칙상 선택되었으며, 발명 대상을 결정하기 위해 필요한 청구항에 따라, 이러한 발명 대상을 상술하거나 제한하기 위해 선택되지 않았을 수 있다. 이 개시내용에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는 실시예와 관련하여 기술되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미하며, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 다수의 참조가 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것으로서 이해되지 않아야 한다.
도 1을 이제 참조하면, 종래의 플라이백 컨버터 회로(100)가 도시된다. 플라이백 컨버터 회로(100)는 1차 권선 및 2차 권선을 가지는 변압기(105)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 변압기(105)의 2차측은 탭핑되지 않는다. 플라이백 컨버터 회로(100)는 플라이백 컨버터의 듀티 사이클, 즉, 변압기(105)의 1차 권선(즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 좌측)이 1차측 입력 전원(미도시됨)에 접속되는 시간양을 제어하고, 따라서, 변압기의 1차 권선에 에너지를 저장하기 위한, P-FET, N-FET 또는 임의의 다른 적절한 전력 스위치를 포함할 수 있는, 1차 스위칭 메커니즘(Q0)(110)을 더 포함한다.
출력 시스템은 차단 다이오드(125) 및 출력 커패시터(120)를 포함한다. 스위치(Q0)(110)가 닫힐 대, 변압기(105)의 1차 권선이 입력 전압원에 직접 접속된다. 변압기(105) 내의 1차 전류 및 자속이 증가하고, 이에 의해, 변압기에 에너지를 저장한다. 변압기(105)의 2차 권선에 유도되는 전압이 음이고, 따라서 다이오드(125)는 역바이어싱(즉, 차단)된다. 이 시간동안, 출력 커패시터(120)는 예를 들어, 출력 부하에 출력 전압을 출력함으로써, 에너지를 공급한다. 출력 전압인 Vout은 Vbus 상의 포인트에서 측정될 수 있다. 예를 들어, P-FET일 수 있는 스위치(Q9)(115)는 잘못된 조건들 하에서 출력 부하를 접속해제하기 위해 사용될 수 있다. 반면, 스위치(110)가 열릴 때, 변압기(105)의 1차 권선 양단의 전압은 1차 전류를 시도하고(try) 유지하기 위해 반전된다. 2차 전압은 양이고, 따라서, 다이오드(125)를 순방향-바이어싱하고, 전류가 변압기(105)로부터 출력 부하 및 출력 커패시터(120)로 흐르도록 한다. 따라서 변압기 코어로부터의 에너지는 커패시터를 재충전시키고 전력을 2차 시스템 부하에 공급한다.
도 1의 플라이백 컨버터 회로(100)의 설계와 연관된 과제들 중 일부는 생산될 넓은 출력 전압 범위, 뿐만 아니라 컨버터에 제공될 넓은 입력 전압 범위를 포함한다. 또한, 넓은 PWM 듀티 사이클 및 스위칭 주파수 변경은 전체 동작 출력 범위를 커버하도록 요구될 수 있다. 마지막으로, 전압 출력 레벨들을 스위칭할 때, 과도 응답들을 최소화하도록 최적의 회로 루프 설계를 달성하는 것이 어려울 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 도 1의 종래의 플라이백 컨버터 회로(100)는 플라이백 컨버터 회로 및 벅 컨버터 회로(205)를 포함하는 2-스테이지 전력 컨버터 방식(200)을 포함하도록 수정된다. 벅 컨버터(205)는 벅 회로의 동작을 제어하기 위한 스위칭 엘리먼트들(Q7(210) 및 Q8(215)), 뿐만 아니라 인덕터(225) 및 커패시터(220)를 포함할 수 있다. 벅 컨버터(205)는, 종래의 방식으로, 즉, 출력 전압이 입력 전압보다 더 낮은 스텝-다운 컨버터로서, 동작할 수 있는데, 여기서 입력 전압 및 출력 전압 모두 DC 전압이다. 인덕터(225)는 연관된 전력 스위칭 회로에 의해, 요구되는 경우 시간에 따라 상승하거나 하강하도록 스위칭되는 인덕터 전류를 도통시키는 에너지 저장 엘리먼트로서 사용될 수 있다. 출력 커패시터(220)는 Vbus 상에 내재된 스위칭-유도 리플을 평활화하는 것을 보조하는 추가적인 에너지 저장 엘리먼트로서 작용한다.
일부 실시예들에 따르면, 회로(200)의 플라이백 컨버터 부분은 특정 전압 레벨(예를 들어, 20V, 40V 등)에서 Vout를 레귤레이팅하도록 사용될 수 있는 반면, 벅 컨버터 부분(205)은 Vout보다 더 낮은 Vbus에서의 전압들, 예를 들어, 5V 또는 12V를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 스위치(Q9)(115)는 20V 출력 구성을 위해 Vout를 Vbus에 결속(tie)시키도록 사용될 수 있다. 회로(200)의 설계는, Vbus 전압 트랜지션에 대한 빠른 응답들과 더불어, 고정된 전압 출력 레벨에서 동작할 때의 간단한 설계 및 Vbus 전압에 대한 용이한 제어와 같은, 몇몇 장점들을 가진다. 그러나, 고비용인 많은 수의 컴포넌트들, 이상적인 것보다 더 낮은 효율성(추가적인 벅 컨버터 스테이지로 인함), 및 과-전압 이벤트에 대한 잠재성과 같이, 회로(200)의 설계에 대한 몇몇 단점들 역시 존재하는데, 예를 들어, Q7 및 Q9가 단락되는 경우, 20V Vout이 충전 디바이스에 의해 요구되는 5V 또는 12V 레벨보다 훨씬 더 높도록 Vbus 전압을 푸시할 것이다. 이 개시내용 전반에 걸쳐, 인용되는 출력 전압 값 및 입력 전압 값이 기술되는 개념들의 이해를 돕기 위해 제공된다는 것이 이해되어야 한다. 제1 출력 전압(V1)은, 제2 출력 전압(V2)보다 더 낮을 수 있고, 제2 출력 전압(V2)은 차례로, 제3 출력 전압(V3)보다 더 낮을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 5V (V1), 12V (V2), 및 20V (V3)의 값들이 예시적인 낮은 출력 전압 레벨(V1), 중간 출력 전압 레벨(V2) 및 높은 출력 전압 레벨(V3)로서 주어진다. 주어진 구현예에서, 예를 들어, 3.3V/12V/18V, 5V/9V/20V, 5V/15V/20V, 10V/20V/40V, 또는 12V/18V/24V와 같이, 실제 출력 레벨들은 상이할 수 있다. 실제로, 본원에 기술되는 회로 토폴로지 설계 원리들은 본원에 개시되는 발명의 기법들에 따라, 주어진 구현예에 대해 출력 전압 레벨들의 바람직한 범위가 무엇이든 달성하도록 사용될 수 있다.
플라이백 컨버터의 설계에 대한 일 잠재적인 수정은 변압기의 2차 권선 상의 "탭핑된 권선", 즉, 2차 권선에서의 전체 권선수보다 더 적게 이용하는 전압 출력을 제공하기 위해, 중간 위치에서 변압기의 2차 권선으로의 "탭핑"의 사용이다. 탭핑된 2차 권선을 사용하는 플라이백 컨버터들의 일부 예시적인 실시예들이 이제 더 상세하게 기술될 것이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 2개의 예시적인 출력 전압들(305 및 310)을 가지는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터(300)가 예시된다. 알 수 있는 바와 같이, 12V 출력은 변압기의 2차 권선 내의 모든 턴(turn)을 사용함으로써 12Vout(305)에서 생성되는 반면, 5V 출력은 변압기의 2차 권선의 12개 턴 중 5개를 사용함으로써 5Vout(310)에서 생성된다. 변압기의 2차 권선 내의 상이한 권선수들을 사용함으로써, 플라이백 컨버터(300)는 2개의 상이한 출력 전압들을 전달하는 동시에 동일한 듀티 사이클을 사용할 수 있다. 넓은, 조정가능한 출력 전압 범위를 가지는 응용예들에 대해, 주어진 출력 전압 레벨에 대해 사용되는 변압기의 2차 권선의 권선수를 변경하는 것은 듀티 사이클이 상대적으로 좁은 범위 내에 유지되도록 한다.
도 3b는 스위치, 예를 들어, 스위치(Q3)(박스(365)에 도시됨)의 사용을 통해 선택가능한 3개의 예시적인 출력 전압들(예를 들어, 20V, 12V, 또는 5V)을 제공할 수 있는 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터(360)를 예시한다. 예를 들어, 스위치(Q3)가 턴 '온'될 때, 플라이백 컨버터(360)는 (2차 권선의 모든 턴을 사용하여) 12V 출력을 생성할 수 있는 반면, 스위치(Q3)가 턴 '오프'될 때, 플라이백 컨버터(360)는 (2차 권선의 5개 턴만을 사용하여) 5V 출력을 생성할 수 있다. 스위치(Q3)를 사용함으로써, 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터(360)는 상대적으로 좁은 듀티 사이클 범위를 사용하여 상이한 출력 전압들을 생성할 수 있다. 플라이백 컨버터(360)는 출력 측 상에서 다이오드들(D1 및 D2)을 사용하는 것으로서 도시된다. 출력 측 상의 다이오드들이 MOSFET들(또는 다른 적절한 스위칭 디바이스들)의 사용에 의해 대체될 수 있다는 것이 이해된다. 특히, 일부 설계들에서, 동기식 정류기가 2차 권선의 접지측에 사용될 수 있고, 따라서, 그것은 구동하기에 더 용이하다.
이제 도 4를 참조하면, 하나 이상의 스위치들 및/또는 PWM 듀티 사이클의 사용을 통해 선택가능한 3개의 가능한 출력 전압들 및 동기식 정류(접지측에서)를 가지는, 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터(400)가 예시된다. 도 4에서 1xx로 넘버링된 회로 엘리먼트들은 위의 도 1에 관련하여 도시되고 기술된 대응적으로-넘버링된 엘리먼트들과 유사한 구조 및 기능성을 공유하는 것으로서 간주될 수 있다. 도 3b에 관련하여 논의된 바와 같이, 플라이백 컨버터(400) 내의 변압기(425)는 이 경우, 2차 권선의 5번째 턴에서 탭핑되는, 탭핑된 2차 권선을 가진다. 2차 권선이 상이한 권선수에서 탭핑될 수 있고, 도 4에 예시된 바와 같이, 5번째 턴에서 탭핑하도록 결정하는 것이 단지 일 예시적인 선택이라는 것이 이해될 것이다. 2차 권선의 상이한 탭핑들에 의하여, 상이한 듀티 사이클들이 원하는 제1 및 제2 전압 출력 레벨을 생성하는 데에 필요할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 3b와 도 4의 설계들 사이의 한 가지 차이는 도 3c의 다이오드들(D1 및 D2)이 도 4에서 스위치들, 예를 들어, 컨버터에 대한 더 큰 전력 변환 효율성을 제공하기 위해 동기식 정류기(SR)로서 작용하는 트랜지스터-기반 스위치들(Q1(405) 및 Q2(410))로 대체되었다는 것이다. 일부 실시예들에 따르면, SR 출력 스테이지들은 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(MOSFET)을 포함할 수 있다. MOSFET들은 다이오드가 다른 전력 컨버터 설계들(예를 들어, 도 3b)에서 사용되는 것과 동일한 방식으로 변압기로부터의 출력 파형을 정류하는 동시에, 전류를 도통시킬 때 높은 다이오드 전압 강하(예를 들어, ~0.7V)를 회피하도록, 능동적으로 제어되고 구동될 수 있다.
도 4의 플라이백 컨버터 회로(400)의 일부 실시예들에 따르면, 1차측 스위치의 동작은 낮은 출력 모드(즉, 이 예에서, 5V) 및 중간 출력 모드(즉, 이 예에서, 12V)에 대해 동일할 수 있다. 다시 말해, 스위치(Q3)(415)이 턴 '온'될 때, 2차 권선에 대한 모든 12개 턴이 사용되어, Vbus(420) 상에서 12V 출력 레벨을 초래할 수 있다. 그러나, 스위치(Q3)(415)가 턴 '오프'될 때, 2차 권선에 대해 5개 턴만이 사용되어, Vbus(420) 상에서 5V 출력 레벨을 초래할 수 있다. 이러한 2개의 출력 전압 레벨 각각(즉, Q3가 '온'인 12Vout 및 Q3가 '오프'인 5Vout)에 대한 PWM 듀티 사이클 및 스위칭 주파수는 동일할 수 있다. 이는, 예를 들어, 회로가 Vbus(420) 상에서 더 높은 전압 출력 레벨들, 예를 들어, 12V 및 20V을 생성하는 것 사이에서 스위칭하도록 동작 파라미터들의 조정을 다루어야만 하기 때문에, 설계되는 다른 플라이백 컨버터에 비해 설계를 간략화시킨다. 도 4에 예시된 바와 같이, 스위치들(Q3 및 Q2)은 변압기의 2차 권선과 접지 사이에 직렬로 접속될 수 있는 반면, 스위치(Q1)는 2차 권선 상의 탭 포인트와 접지 사이에 접속될 수 있다. 따라서, 스위치(Q3)가 턴오프될 때, 스위치(Q1)가 이용될 수 있고, 따라서, 플라이백 컨버터(400)는 변압기의 2차 권선의 일부만을 사용하여(예를 들어, 도 4는 5개 턴이 사용될 것임을 도시함) 낮은 5V 출력 전압을 생성할 것이다. 스위치(Q3)가 턴온될 때, 회로가 변압기의 전체 2차 권선을 사용할 것이기 때문에 플라이백 컨버터(400)는 중간 12V 출력 전압을 생성할 것이다.
플라이백 컨버터(400) 내의 스위치 Q3의 Vds 전압은 2개의 출력 전압 범위들에 대한 권선비에서의 차이에 의존할 것이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 5 턴- 7턴 예시적인 회로에서, Q3 양단의 Vds 전압은 7V일 것이다(누설 인덕턴스가 무시되는 경우). 스위치(Q3)는 N-FET, P-FET, 또는 더 높은 출력 전압들에 대해 항상 '온'인 임의의 다른 전력 스위치로서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 탭핑된 권선을 사용함으로써, 그것은 스위치(Q3)에 대해 요구되는 전압 정격을 낮출 수 있는데, 이는 더 낮은 비용의 컴포넌트들이 사용되도록 할 수 있다. 도 1에 관련하여 위에서 언급된 바와 같이, 스위치(Q9)(115)는 잘못된 또는 비정상적 동작 조건들 하에서 출력 부하로부터 전력 변환 장치의 출력측을 접속해제하기 위해 이용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 동기식 정류를 가지며, 제1 출력 전압 레벨, 예를 들어, 5V에서 동작하도록 구성되는 하나 이상의 스위치들 및/또는 펄스 폭 변조의 사용을 통해 선택가능한 3개의 출력 전압을 생성할 수 있는 도 4의 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터에 대한 다양한 스위치 구성들을 예시한다. 일반적으로, 접미어 'a'를 가지는 엘리먼트 숫자들은 '온' 상태인 스위치들을 지칭하고, 접미어 'b'를 가지는 엘리먼트 숫자들은 '오프' 상태인 스위치들을 지칭한다. 도 5a의 구성(500)은 스위치(Q0)(110a)가 '온'이고 스위치들(Q1(405b), Q2(410b), 및 Q3(415b))이 '오프'인 개선된 플라이백 컨버터를 도시한다. 도 5b의 구성(550)은 스위치(Q1)(405a)가 '온'이고 스위치들(Q0(110b), Q2(410b), 및 Q3(415b))이 '오프'인 개선된 플라이백 컨버터를 도시한다. 구성(550)에서 도시된 바와 같이, Q2(410b) 및 Q3(415b)를 턴 '오프'시키는 동시에, Q1(405a)을 사용하여 출력 신호를 동기적으로 정류시키고Q0(110b)를 사용하여 미리 결정된 레벨에서 플라이백 컨버터의 듀티 사이클을 설정함으로써, 컨버터는 원하는 출력, 예를 들어, 5V 출력을 생성할 수 있다. 박스(505)에 도시된 바와 같이, Q2(410b) 및 Q3(415b)을 턴 '오프'시키고, Q1(405a)을 턴 '온'시킴으로써, 변압기(425)의 2차 권선의 낮은 단자(즉, 바닥)가 플로팅되고, 따라서, 회로가 5-턴 권선을 가지는 종래의 플라이백 컨버터로서 동작하도록 한다.
도 6a 및 6b는 동기식 정류를 가지며, 제2 출력 전압 레벨 또는 제3 출력 전압 레벨, 예를 들어, 12V 또는 20V에서 동작하도록 구성되는 하나 이상의 스위치들 및/또는 펄스폭 변조의 사용을 통해 선택가능한 3개의 출력 전압들을 생성할 수 있는 도 4의 예시적인 탭핑된 권선 플라이백 컨버터에 대한 다양한 스위치 구성들을 예시한다. 도 6a의 구성(600)은, 스위치(Q0)(110a)가 '온'이고 스위치들(Q1(405b), Q2(410b) 및 Q3(415b))이 '오프'인 개선된 플라이백 컨버터를 도시한다. 도 6b의 구성(650)은 스위치들(Q2(410a) 및 Q3(415a))이 '온'이고, 스위치들(Q0(110b) 및 Q1(110b))이 '오프'인 개선된 플라이백 컨버터를 도시한다. 구성(650)에 도시된 바와 같이, Q3(415a)를 턴 '온'시키는 동시에, Q2(410a)를 사용하여 출력 신호를 동기적으로 정류시키고 Q0(110)를 사용하여 플라이백 컨버터의 듀티 사이클을 제어함으로써, 컨버터는 Q0(110)의 듀티 사이클에 기초하여, 2개의 원하는 출력들, 예를 들어, 12V 출력 및 20V 출력을 생성할 수 있다. 박스(605)에 도시된 바와 같이, Q3(415b)를 턴 '온'시키고 Q1(405b)을 턴 '오프'시킴으로써, 동기식 정류기로서 동작하는 Q2(410b)를 이용하여, 변압기의 2차 권선의 중간 경로는 접지되지 않고, 따라서, 예시적인 2차 권선의 모든 12개 턴을 사용하여, 회로가 종래의 플라이백 컨버터로서 작용하도록 한다. 이제 이해될 수 있는 바와 같이, 모두 스위치들(Q1(405), Q2(410) 및 Q3(415))을 동일한 위치들에서 유지하는 동안 미리 결정된 양만큼 Q0(110)의 듀티 사이클을 증가시키는 것은 출력 전압이 12V에서 20V로 상승하도록 할 수 있고, 그 역으로, 미리 결정된 양만큼 Q0(110)의 듀티 사이클을 감소시키는 것은 출력 전압이 20V에서 12V로 낮아지도록 할 수 있다.
도 7은 펄스폭 변조 및/또는 스위치의 사용을 통해 선택가능한 3개의 출력 전압들 및 동기식 정류를 가지는 탭핑된 권선 플라이백 컨버터(700)의 스위치를 제어하기 위한 예시적인 구동 회로(705)를 예시한다. 전술된 실시예들 중 일부에 따르면, 스위치(Q3)(415)는 '플로팅'으로 간주될 수 있고, 따라서, 반드시 직접 구동되지 못할 수도 있다. 예를 들어, Q3(415)가 미지의 전압으로 플로팅될 수 있기 때문에, 그것은 접지에 대해 5V에 있는 신호에 의해 구동되지 못할 수도 있다. 일부 실시예들에 따르면, 전용 집적 회로(IC) 또는 변압기가 스위치(Q3)(415)를 직접 구동하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 해법들은 바람직하지 않은 레벨의 복잡도 및/또는 비용을 추가할 수 있다.
따라서, 구동 회로(705)는 탭핑된 권선 플라이백 컨버터(700)의 스위치(Q3)(415)를 제어하기 위한 일 예시적인 회로를 제공한다. 구동 회로(705)는 다이오드(D4) 및 추가적인 스위치(Q4)와 직렬로 접속되는 커패시터(C1)와 병렬인 저항기(R1)를 포함하고, 추가적인 스위치(Q4)는 차례로 저항기(R2)와 병렬로 접속되고, 저항기(R2)는 차례로 또다른 스위치(Q5) 및 전압원(VDD)과 병렬로 접속된다. 일부 실시예들에 따르면, 연관된 논리 회로가 플라이백 컨버터(700)가 12V 또는 20V 레벨에서 출력 전압을 생성할 필요가 있음을 (즉, Q3가 턴'온'될 필요가 있음을) 나타낼 때, 스위치(Q5)에 대한 게이트 구동이 턴 '온'될 것이다.
스위치들(Q0, Q4, 및 Q5)이 '온' 되고, 스위치들(Q1, Q2, 및 Q3)이 오프될 때, V3는 VDD보다 더 높을 수 있다. 따라서, D4는 높은 전압을 차단할 것인데, 즉, D4 양단의 전압은 V3 마이너스 VDD와 동일할 것이다. 스위치들(Q2, Q3, Q4, 및 Q5)이 온이고 스위치들(Q0 및 Q1)이 오프일 때, V3는 강하하기 시작할 것이다. V3가 VDD 아래로 강하할 때, VDD는 Q4 및 D4를 통해 C1을 충전할 것이다. 일부 실시예들에 따르면, Q3는 C1 양단의 전압이 Q3의 Vth 초과일 때 턴 '온'될 수 있다. C1은 이후 더 오랫동안 Q3를 '온'으로 유지하기 위해 수 사이클 동안 충전을 유지할 수 있다. 스위치(Q1)가 온이고 스위치들(Q0, Q2, Q3, Q4, 및 Q5)이 오프일 때, V3는 (-Vout*7)/5와 동일할 것인데, 즉, V3는 5V 출력 전압 레벨에 대해 -7V일 것이다. Q4의 '오프' 상태 Rds가 R1보다 훨씬 더 크기 때문에, 스위치(Q3)의 Vgs는 매우 낮게 유지되고, 따라서, 스위치(Q3)를 '오프' 상태로 유지한다.
예들
후속하는 예들은 추가적인 실시예들에 관한 것이다.
예 1은 1차 권선 및 2차 권선을 갖는 변압기; 1차 권선을 통한 전류의 흐름을 제어하기 위해 1차 권선에 커플링되는 제1 스위치; 2차 권선의 탭핑된 부분에 커플링되는 제2 스위치; 및 제1 스위치와 제2 스위치에 커플링되는 회로를 포함하는 전력 변환 장치이며, 회로는, 제1 듀티 사이클을 사용하여 제1 스위치를 스위칭하고 제2 스위치를 턴오프시켜서, 변압기의 2차 권선의 제1 권선수―제1 권선수는 변압기의 2차 권선의 전체 권선수보다 더 작음―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제1 출력 전압 레벨을 출력하고; 제2 듀티 사이클을 사용하여 제1 스위치를 스위칭하고 제2 스위치를 턴온시켜서, 변압기의 2차 권선의 제2 권선수―제2 권선수는 변압기의 2차 권선의 제1 권선수보다 더 큼―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제2 출력 전압 레벨을 출력하고; 그리고 제2 듀티 사이클보다 더 큰 제3 듀티 사이클을 사용하여 제1 스위치를 스위칭시키고 제2 스위치를 턴온시켜서, 변압기의 2차 권선의 제2 권선수를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제3 출력 전압 레벨을 출력하도록 구성된다.
예 2는 동기식 정류기(SR) 회로를 더 포함하는, 예 1의 발명 대상을 포함한다.
예 3은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 듀티 사이클은 제2 듀티 사이클과 동일하다.
예 4는 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 출력 전압 레벨은 제1 전압을 포함하고, 제2 출력 전압 레벨은 제1 전압을 초과하는 제2 전압을 포함하고, 제3 출력 전압 레벨은 제2 전압을 초과하는 제3 전압을 포함한다.
예 5는 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 출력 전압 레벨은 5V를 포함하고, 제2 출력 전압 레벨은 12V를 포함하고, 제3 출력 전압 레벨은 20V를 포함한다.
예 6은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 출력 전압 레벨은 10V를 포함하고, 제2 출력 전압 레벨은 20V를 포함하고, 제3 출력 전압 레벨은 40V를 포함한다.
예 7은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 출력 전압 레벨은 5V를 포함하고, 제2 출력 전압 레벨은 9V를 포함하고, 제3 출력 전압 레벨은 20V를 포함한다.
예 8은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 출력 전압 레벨은 5V를 포함하고, 제2 출력 전압 레벨은 15V를 포함하고, 제3 출력 전압 레벨은 20V를 포함한다.
예 9는 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 권선수 대 제2 권선수의 비는 5:12이다.
예 10은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 권선수 대 제2 권선수의 비는 1:2이다.
예 11은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 권선수 대 제2 권선수의 비는 5:9이다.
예 12는 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제1 권선수 대 제2 권선수의 비는 1:3이다.
예 13은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 비정상 조건들 하에서 전력 변환 장치의 출력 측을 접속해제시키도록 구성되는 제3 스위치를 더 포함한다.
예 14는 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제2 스위치는 N-FET 또는 P-FET를 포함한다.
예 15는 예 1의 발명 대상을 포함하고, 제2 스위치에 커플링되는 회로는 집적 회로(IC) 또는 변압기를 포함한다.
예 16은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 2차 권선의 제2 권선수는 2차 권선의 전체 권선수와 동일하다.
예 17은 예 1의 발명 대상을 포함하고, 전력 변환 장치에 의해 생성되는 출력 전압 레벨은 전력이 전달되고 있는 디바이스의 요건에 기초하여 결정된다.
예 18은 예 17의 발명 대상을 포함하고, 전력 변환 장치는 USB-C 케이블을 통해 전력을 전달하도록 구성된다.
예 19는 변압기, 제1 스위치와 제2 스위치, 및 레귤레이팅된 출력 전압 레벨을 출력하도록 제1 스위치와 제2 스위치를 동작시키는 회로를 포함하는 전력 변환 회로를 동작시키는 방법이며, 방법은: 제1 듀티 사이클을 사용하여 제1 스위치를 스위칭하고 제2 스위치를 턴오프시켜서, 변압기의 2차 권선의 제1 권선수―제1 권선수는 변압기의 2차 권선의 전체 권선수보다 더 작음―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제1 출력 전압 레벨을 출력하는 단계; 제2 듀티 사이클을 사용하여 제1 스위치를 스위칭하고 제2 스위치를 턴온시켜서, 변압기의 2차 권선의 제2 권선수―제2 권선수는 제1 권선수보다 더 큼―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제2 출력 전압 레벨을 출력하는 단계; 및 제1 듀티 사이클보다 더 큰 제3 듀티 사이클을 사용하여 제1 스위치를 스위칭하고 제2 스위치를 턴온시켜서, 변압기의 2차 권선의 제2 권선수를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제3 출력 전압 레벨을 출력하는 단계를 포함한다.
예 20은 예 19의 발명 대상을 포함하고, 제1 출력 전압 레벨은 5V를 포함하고, 제2 출력 전압 레벨은 12V를 포함하고, 제3 출력 전압 레벨은 20V를 포함한다.
예 21은 예 19의 발명 대상을 포함하고, 제1 권선수 대 제2 권선수의 비는 5:12이다.
예 22는 예 19의 발명 대상을 포함하고, 전력 변환 회로는 비정상 조건들 하에서 전력 변환 회로를 접속해제시키도록 구성되는 제3 스위치를 더 포함한다.
예 23은 예 19의 발명 대상을 포함하고, 제2 스위치에 커플링되는 회로는 집적 회로(IC) 또는 변압기를 포함한다.
예 24는 예 19의 발명 대상을 포함하고, 제2 권선수는 2차 권선의 전체 권선수와 동일하다.
예 25는 예 19의 발명 대상을 포함하고, 전력 변환 회로에 의해 생성되는 출력 전압 레벨은 출력 시스템의 요건에 기초하여 결정된다.
예 26은 예 19의 발명 대상을 포함하고, 제1 듀티 사이클은 제2 듀티 사이클과 동일하다.
예 27은: 에너지를 저장하고 복수의 출력 전압 레벨들을 출력하도록 구성되고, 1차측 권선 및 2차측 권선을 포함하는 변압기; 제1 출력 전압 레벨을 생성하는 것으로부터 제2 또는 제3 출력 전압 레벨을 생성하는 것으로 2차측 권선의 권선비를 변경하기 위해, 변압기의 2차측 권선과 직렬로 배열되는 제1 스위칭 디바이스; 및 제1 또는 제2 출력 전압 레벨들을 생성하는 것으로부터 제3 출력 전압 레벨을 생성하는 것으로 1차측의 듀티 사이클을 변경하기 위해, 변압기의 1차측 권선과 직렬로 배열되는 제2 스위칭 디바이스를 포함하는 전력 회로이고, 제1 출력 전압 레벨은 제2 출력 전압 레벨 및 제3 출력 전압 레벨보다 더 작고, 제2 전압 레벨은 제3 전압 레벨보다 더 작다.
위의 기재가 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 자료는 본 기술분야의 통상의 기술자가 청구되는 바와 같은 발명을 제작하고 사용할 수 있도록 제시되고, 특정 실시예들의 상황에서 제공되며, 그 변형들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백할 것이다(예를 들어, 개시된 실시예들 중 일부가 서로 조합하여 사용될 수 있다). 추가로, 본원에서 식별되는 동작들 중 일부가 상이한 순서로 수행될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 관련하여, 이러한 청구항들에 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 전력 변환 장치로서,
    1차 권선(primary winding) 및 2차 권선(secondary winding)을 갖는 변압기;
    상기 1차 권선을 통한 전류의 흐름을 제어하기 위해 상기 1차 권선에 커플링되는 제1 스위치;
    상기 2차 권선의 탭핑된 부분(tapped portion)에 커플링되는 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 커플링되고,
    제1 듀티 사이클을 사용하여 상기 제1 스위치를 스위칭하고 상기 제2 스위치를 턴오프(turn off)시켜서, 상기 변압기의 상기 2차 권선의 제1 권선수(a first number of turns)―상기 제1 권선수는 상기 변압기의 상기 2차 권선의 전체 권선수보다 더 작음―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제1 전압을 출력하고;
    상기 제1 듀티 사이클을 사용하여 상기 제1 스위치를 스위칭하고 상기 제2 스위치를 턴온(turn on)시켜서, 상기 변압기의 상기 2차 권선의 제2 권선수―상기 제2 권선수는 상기 변압기의 상기 2차 권선의 상기 제1 권선수보다 더 큼―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압을 출력하고; 그리고
    제2 듀티 사이클을 사용하여 상기 제1 스위치를 스위칭하고 상기 제2 스위치를 턴온시켜서, 상기 변압기의 상기 2차 권선의 상기 제2 권선수를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 상기 제2 전압보다 높은 제3 전압을 출력하도록
    구성되는 회로
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 동기식 정류기(synchronous rectifier)(SR) 회로를 더 포함하는 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전압은 5V이고, 상기 제2 전압은 12V이고, 상기 제3 전압은 20V인 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 권선수 대 상기 제2 권선수의 비는 5:12인 장치.
  7. 제1항에 있어서, 비정상 조건들 하에서 상기 전력 변환 장치의 출력 측을 접속해제(disconnect)하도록 구성되는 제3 스위치를 더 포함하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 스위치는 N-FET 또는 P-FET를 포함하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 스위치에 커플링되는 회로는 집적 회로(integrated circuit)(IC) 또는 제2 변압기를 포함하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 2차 권선의 제2 권선수는 상기 2차 권선의 전체 권선수와 동일한 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치에 의해 생성되는 출력 전압은 전력이 전달되고 있는 디바이스의 요건에 기초하여 결정되는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전력 변환 장치는 USB-C 케이블을 통해 전력을 전달하도록 구성되는 장치.
  13. 변압기, 제1 스위치와 제2 스위치, 및 레귤레이팅된(regulated) 출력 전압을 출력하도록 상기 제1 스위치와 제2 스위치를 동작시키는 회로를 포함하는 전력 변환 회로를 동작시키는 방법으로서,
    제1 듀티 사이클을 사용하여 상기 제1 스위치를 스위칭하고 상기 제2 스위치를 턴오프시켜서, 상기 변압기의 2차 권선의 제1 권선수―상기 제1 권선수는 상기 변압기의 상기 2차 권선의 전체 권선수보다 더 작음 ―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 제1 전압을 출력하는 단계;
    상기 제1 듀티 사이클을 사용하여 상기 제1 스위치를 스위칭하고 상기 제2 스위치를 턴온시켜서, 상기 변압기의 상기 2차 권선의 제2 권선수―상기 제2 권선수는 상기 제1 권선수보다 더 큼―를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 상기 제1 전압보다 높은 제2 전압을 출력하는 단계; 및
    제2 듀티 사이클을 사용하여 상기 제1 스위치를 스위칭하고 상기 제2 스위치를 턴온시켜서, 상기 변압기의 상기 2차 권선의 상기 제2 권선수를 통해 전류가 흐를 수 있게 하여, 상기 제2 전압보다 높은 제3 전압을 출력하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 전압은 5V이고, 상기 제2 전압은 12V이고, 상기 제3 전압은 20V인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1 권선수 대 상기 제2 권선수의 비는 5:12인 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 전력 변환 회로는 비정상 조건들 하에서 상기 전력 변환 회로를 접속해제하도록 구성되는 제3 스위치를 더 포함하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제2 스위치에 커플링되는 회로는 집적 회로(IC) 또는 변압기를 포함하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제2 권선수는 상기 2차 권선의 전체 권선수와 동일한 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 전력 변환 회로에 의해 생성되는 출력 전압은 상기 출력 전압을 수신하는 부하의 요건에 기초하여 결정되는 방법.
  21. 삭제
  22. 전력 회로로서,
    에너지를 저장하고 복수의 출력 전압 레벨들을 출력하도록 구성되고, 1차측 권선(primary side winding) 및 2차측 권선(secondary side winding)을 포함하는 변압기;
    제1 출력 전압을 생성하는 것으로부터 상기 제1 출력 전압보다 높은 제2 출력 전압 또는 상기 제2 출력 전압보다 높은 제3 출력 전압을 생성하는 것으로 상기 2차측 권선의 권선비를 변경하기 위해, 상기 변압기의 상기 2차측 권선과 직렬로 배열되는 제1 스위칭 디바이스; 및
    상기 제1 또는 제2 출력 전압을 생성하는 것으로부터 상기 제3 출력 전압을 생성하는 것으로 상기 1차측 권선의 듀티 사이클을 변경하기 위해, 상기 변압기의 상기 1차측 권선과 직렬로 배열되는 제2 스위칭 디바이스
    를 포함하는 전력 회로.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102394826B1 (ko) * 2018-02-14 2022-05-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리와 평활 커패시터 간의 에너지 전달을 위한 전원 회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
KR102031338B1 (ko) * 2018-07-13 2019-10-11 주식회사 필로시스 전력 공급을 관리하는 혈당 측정기 및 그 방법
US10862401B2 (en) * 2018-10-26 2020-12-08 Lear Corporation Tandem DC/DC converter for a vehicle battery charger
US11690321B2 (en) * 2018-10-30 2023-07-04 Cnh Industrial America Llc System for supplying electric power to agricultural harvester components and related methods
CN111146946B (zh) * 2018-11-06 2021-03-23 通嘉科技股份有限公司 应用于电源转换器的二次侧的次级控制器及其操作方法
DE112019005894T5 (de) * 2018-11-27 2021-08-05 Husqvarna Ab Batterieladegerät
CN110165902B (zh) * 2019-06-17 2020-12-22 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种电源系统及电视机
WO2022064967A1 (ja) * 2020-09-23 2022-03-31 パナソニック株式会社 配線器具
CN112803519A (zh) * 2020-12-31 2021-05-14 安克创新科技股份有限公司 一种充电控制电路和充电设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3514567C1 (de) * 1985-04-23 1986-11-27 Loewe Opta Gmbh, 8640 Kronach Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil mit einstellbarer Ausgangsspannung
US20150015071A1 (en) 2013-07-10 2015-01-15 Infineon Technologies Austria Ag Post-regulated flyback converter with variable output stage
JP2015082913A (ja) * 2013-10-23 2015-04-27 Smk株式会社 電源供給装置
US20160049875A1 (en) 2014-08-13 2016-02-18 Qisda (Suzhou) Co., Ltd. Transformer and Control method Thereof

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320764B1 (en) * 2000-03-31 2001-11-20 Yimin Jiang Regulation circuit for a power converter and method of operation thereof
SE519148C2 (sv) * 2000-04-07 2003-01-21 Ericsson Telefon Ab L M Förfarande och anordning för att reglera låga utspänningar i likspänningsomvandlare av flyback-typ med multipla utgångar
JP2002315329A (ja) 2001-04-17 2002-10-25 Canon Inc 電気機器の省電力電源システム
US7262980B2 (en) 2004-12-02 2007-08-28 Astec International Limited Method and apparatus for reducing body diode conduction of synchronous rectifiers
US7274575B2 (en) 2005-08-05 2007-09-25 Power-One, Inc. AC coupled bias circuit for power converters
JP2008017663A (ja) 2006-07-07 2008-01-24 Alpine Electronics Inc スイッチング電源装置
US8040704B2 (en) 2007-06-30 2011-10-18 Cuks, Llc Integrated magnetics switching converter with zero inductor and output ripple currents and lossless switching
US8106636B2 (en) * 2008-02-22 2012-01-31 Murata Power Solutions Method and apparatus for power conversion with wide input voltage range
US9153995B2 (en) * 2010-01-26 2015-10-06 Broadcom Corporation Smart power delivery system and related method
TWI427909B (zh) * 2010-06-21 2014-02-21 Niko Semiconductor Co Ltd 多輸出返馳式電源供應器及其次級側穩壓控制電路
US8488340B2 (en) * 2010-08-27 2013-07-16 Flextronics Ap, Llc Power converter with boost-buck-buck configuration utilizing an intermediate power regulating circuit
US8531123B2 (en) * 2010-12-20 2013-09-10 O2Micro, Inc. DC/DC converter with multiple outputs
JP2012143112A (ja) 2011-01-06 2012-07-26 Canon Inc スイッチング電源装置
US20120314456A1 (en) 2011-06-09 2012-12-13 Comarco Wireless Technologies, Inc. Synchronous ac rectified flyback converter utilizing boost inductor
US8737099B2 (en) * 2011-07-15 2014-05-27 O2Micro, Inc. Controllers for power converters
US8699243B2 (en) 2011-10-28 2014-04-15 Apple Inc. Power converter system with synchronous rectifier output stage and reduced no-load power consumption
US20130229832A1 (en) 2012-03-02 2013-09-05 Apple Inc. Controlling a flyback converter for use with a computer system
TWI479792B (zh) 2012-04-23 2015-04-01 Delta Electronics Inc 電源轉換器及其切換控制方法
US9318965B2 (en) * 2012-10-10 2016-04-19 Flextronics Ap, Llc Method to control a minimum pulsewidth in a switch mode power supply
US9099932B2 (en) * 2013-01-07 2015-08-04 Analog Devices Global Duty cycle balance module for switch mode power converter
EP2962387B1 (en) * 2013-02-28 2018-10-24 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Driver for a synchronous rectifier in a forward flyback switch mode power supply
US10855381B2 (en) * 2013-09-19 2020-12-01 Radius Universal Llc Fiber optic communications and power network
JP6213268B2 (ja) * 2014-01-30 2017-10-18 株式会社デンソー 電力変換装置
CN203896211U (zh) * 2014-06-10 2014-10-22 宁波东方之光安全技术有限公司 单端反击式高频变压器升压电路
CN104201896A (zh) 2014-08-27 2014-12-10 苏州佳世达电通有限公司 变压器及其控制方法
US9948196B2 (en) * 2014-09-05 2018-04-17 Rohm Co., Ltd. Insulation-type synchronous DC/DC converter
US20160087384A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-24 Seth Green USB and Micro USB T-Tip Connectors
US9774270B2 (en) * 2015-06-15 2017-09-26 Apple Inc. Systems and methods of operation for power converters having series-parallel mode active clamps
US20170055031A1 (en) * 2015-08-19 2017-02-23 Opentv, Inc. Method to transmit and receive mpeg-ts over a thunderbolt cable
CN107534389B (zh) * 2015-10-30 2020-04-17 三垦电气株式会社 切换输出电压的设定的开关电源装置和开关电源装置用集成电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3514567C1 (de) * 1985-04-23 1986-11-27 Loewe Opta Gmbh, 8640 Kronach Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil mit einstellbarer Ausgangsspannung
US20150015071A1 (en) 2013-07-10 2015-01-15 Infineon Technologies Austria Ag Post-regulated flyback converter with variable output stage
JP2015082913A (ja) * 2013-10-23 2015-04-27 Smk株式会社 電源供給装置
US20160049875A1 (en) 2014-08-13 2016-02-18 Qisda (Suzhou) Co., Ltd. Transformer and Control method Thereof

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