KR101979622B1 - 동적으로 전류를 센싱하는 컨버터 - Google Patents

동적으로 전류를 센싱하는 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 파워스테이지, 전류센서부 및 제어부를 포함하는 컨버터를 제공한다. 파워스테이지는 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어에 따라 벅모드 혹은 부스트모드로 작동할 수 있다. 그리고, 부스트모드에서 복수의 스위칭 소자 중 제1스위칭 소자는 상시적으로 턴온되고, 벅모드에서 복수의 스위칭 소자 중 제2스위칭 소자는 상시적으로 턴온될 수 있다. 전류센서부는 제1스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제1센서 및 제2스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제2센서를 포함할 수 있다. 그리고, 제어부는 부스트모드에서 제1센서의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어하고, 벅모드에서 제2센서의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어할 수 있다.

Description

동적으로 전류를 센싱하는 컨버터{CONVERTER FOR SENSING CURRENT DYNAMICALLY}
본 발명은 전력을 변환하는 컨버터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 컨버터에서 전류를 센싱하는 기술에 관한 것이다.
스위칭 소자(예를 들어, 전력반도체(power semiconductor))를 이용하여 전력을 변환하는 스위치-모드 컨버터로서 벅(buck)타입 컨버터 및 부스트(boost)타입 컨버터가 널리 알려져 있다.
벅타입 컨버터는 입력전압보다 출력전압을 낮춰서 출력하기 때문에 스텝-다운 컨버터(step-down converter)로 불리우기도 한다. 벅타입 컨버터에서 입력전압 대비 출력전압의 비율은 스위칭 소자의 듀티 사이클(D: duty cycle)에 비례한다.
부스트타입 컨버터는 입력전압보다 출력전압을 높혀서 출력하기 때문에 스텝-업 컨버터(step-up converter)로 불리우기도 한다. 부스트타입 컨버터에서 입력전압 대비 출력전압의 비율은 일반적으로 (1-D)에 반비례한다.
이러한 컨버터는 회로에 흐르는 전류(예를 들어, 스위칭 소자의 전류, 인덕터 전류 혹은 출력전류)를 피드백하는 방식으로 전류제어될 수 있다. 배터리충전과 같이 부하로 일정 전류를 공급하고자 할 때, 혹은 부하로 공급되는 전류(예를 들어, 최대 전류)에 제한을 두고자 할 때, 이러한 전류제어 방식이 적용될 수 있다.
한편, 전류제어에 따른 컨버터를 설계하기 위해서는 전류센서에 관련된 요소들이 치명적으로 고려되어야 한다. 매주기마다 온오프되는 스위칭 소자의 전류에는 링잉(ringing)이 발생하게 된다. 그런데, 이러한 링잉은 전류센서(특히, 전류센싱앰프)를 고장나게 할 수 있기 때문에, 링잉의 특성(예를 들어, 크기, 주파수 등)이 일정 한도로 제한되도록 컨버터가 설계되어야 한다.
링잉의 특성은 스위칭 소자의 온저항(Rds-on), 기생캐패시턴스, 슬루 레이트(slew rate), 및 회로의 기생인덕턴스 등에 의해 결정될 수 있다. 링잉의 특성을 일정 한도로 제한하기 위해서는 이러한 요소들의 설계값이 제한되어져야 한다. 예를 들어, 링잉을 줄이기 위해서는 스위칭 소자의 온저항이 커지고, 기생캐패시턴스가 작아져야 한다.
그런데, 링잉을 줄이기 위한 설계 제약들은 컨버터의 다른 성능을 약화시키는 요인이 되기도 한다. 예를 들어, 스위칭 소자의 전류 레이팅(rating)을 높이기 위해서는 스위칭 소자(예를 들어, FET(Field Effect Transistor))의 크기가 커지게 되는데, 이때, 스위칭 소자의 온저항은 작아지고 기생캐패시턴스는 커지게 된다. 다시 말해, 링잉을 줄이기 위해 스위칭 소자의 온저항을 크게 하고 기생캐패시턴스를 작게 하면, 스위칭 소자의 전류 레이팅이 낮아지는 문제가 발생한다.
링잉에 의한 전류센싱의 문제와 컨버터의 다른 성능을 개선하는 문제의 최적 솔루션을 찾는 것은 컨버터 설계에 있어서 항상 골치거리가 되고 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 전류의 링잉을 고려하지 않고 다른 부분을 설계할 수 있는 컨버터 기술을 제공하는 것이다.
다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 스위칭 소자의 온오프에 의한 링잉이 전류센싱값에 치명적인 영향을 미치지 않도록 하는 컨버터 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 파워스테이지, 전류센서부 및 제어부를 포함하는 컨버터를 제공한다.
파워스테이지는 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어에 따라 벅모드 혹은 부스트모드로 작동할 수 있다. 그리고, 부스트모드에서 복수의 스위칭 소자 중 제1스위칭 소자는 상시적으로 턴온되고, 벅모드에서 복수의 스위칭 소자 중 제2스위칭 소자는 상시적으로 턴온될 수 있다.
전류센서부는 제1스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제1센서 및 제2스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제2센서를 포함할 수 있다.
그리고, 제어부는 부스트모드에서 제1센서의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어하고, 벅모드에서 제2센서의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 파워스테이지, 전류센서부 및 제어부를 포함하는 컨버터를 제공한다.
파워스테이지는 인덕터 및 4개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 이 중 제1스위칭 소자는 일측이 입력전압과 연결되고 타측은 인덕터와 연결될 수 있다. 그리고, 제2스위칭 소자는 일측이 출력전압과 연결되고 타측은 인덕터와 연결될 수 있다. 그리고, 제3스위칭 소자는 일측이 제1스위칭 소자 및 인덕터와 연결되고 타측은 저전압라인(예를 들어, 그라운드)과 연결될 수 있다. 그리고, 제4스위칭 소자는 일측이 제2스위칭 소자 및 인덕터와 연결되고 타측은 저전압라인과 연결될 수 있다.
전류센서부는 제1스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제1센서 및 제2스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제2센서를 포함할 수 있다.
그리고, 제어부는 파워스테이지를 벅모드 혹은 부스트모드로 작동시키고, 부스트모드에서 제1센서의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어하고, 벅모드에서 제2센서의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터를 제어하는 방법을 제공한다.
제어방법은, 컨버터를 벅모드 혹은 부스트모드로 제어하는 단계, 복수의 스위칭 소자 중 각 모드에서 상시적으로 턴온되는 스위칭 소자의 전류를 측정하는 단계, 및 전류의 측정값을 이용하여 컨버터를 전류제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각 모드에서 온오프 스위칭이 이루어지지 않는 스위칭 소자의 전류를 동적으로 센싱함으로써 전류의 링잉을 고려하지 않고 컨버터의 다른 부분(예를 들어, 스위칭 주파수, 전류 레이팅 등)을 설계할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 다른 부분의 성능 개선이 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자의 온오프에 의한 링잉이 전류측정값에 치명적인 영향을 미치지 않는 장점이 있다. 이에 따라, 컨버터는 링잉을 고려하지 않거나 심각하게 처리하지 않고 전류측정값을 획득할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 2는 파워스테이지의 일 예시 구성도이다.
도 3은 부스트모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이다.
도 4는 부스트모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
도 5는 벅모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이다.
도 6은 벅모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은 제1전류에 대한 전류센서의 측정값을 나타내는 도면이다.
도 8은 파워스테이지에 복수의 전류센서가 배치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 벅모드 및 부스트모드에서의 제1센서 및 제2센서의 측정값을 나타내는 도면이다.
도 10은 전류센서부의 일 예시 구성도이다.
도 11은 신호생성부의 일 예시 구성도이다.
도 12는 신호생성부의 다른 예시 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어방법의 흐름도이다.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 컨버터(100)는 파워스테이지(110), 전류센서부(120), 제어부(130), 출력캐패시터(Cout) 등을 포함할 수 있다.
컨버터(100)는 벅모드로 작동될 수도 있고, 부스트모드로 작동될 수도 있기 때문에 벅 부스트 컨버터로 호칭될 수 있으나, 본 발명이 이러한 명칭으로 제한되는 것은 아니다.
파워스테이지(110)에는 인덕터 및 복수의 스위칭 소자-예를 들어, 전력반도체-가 포함될 수 있다. 파워스테이지(110)는 스위칭 소자를 온오프제어하여 전력원으로부터 공급되는 입력전압(Vin)을 출력전압(Vout)으로 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 스위칭 소자로는 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), 다이오드(Diode) 등의 전력반도체가 적용될 수 있으나, 이외에도 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등 다른 형태의 전력반도체가 적용될 수도 있다.
전류센서부(120)는 파워스테이지(110)에 흐르는 전류에 대한 측정값(Is)을 이용하여 센싱신호(SENSE)를 생성하고 센싱신호(SENSE)를 제어부(130)로 전달할 수 있다.
제어부(130)는 센싱신호(SENSE)를 이용하여 파워스테이지(110)를 전류제어할 수 있다. 전류제어로는 평균전류제어(Average Current Control), 최대전류제어(Peak Current Control) 등이 적용될 수 있다.
한편, 제어부(130)는 파워스테이지(110)를 벅모드로 제어할 수도 있고, 부스트모드로 제어할 수도 있다. 제어부(130)는 파워스테이지(110)에 대한 모드신호(MODE)를 전류센서부(120)로 전달하고 전류센서부(120)는 모드신호(MODE)에 따라 센싱신호(SENSE)를 생성할 수 있다.
도 2는 파워스테이지의 일 예시 구성도이다.
도 2를 참조하면, 파워스테이지(110)는 인덕터(L1)를 포함하고, 인덕터(L1)의 일측에 연결되는 제1스위치부(210) 및 인덕터(L2)의 타측에 연결되는 제2스위치부(220)를 포함할 수 있다.
제1스위치부(210)에는 일측은 입력전압(Vin)과 연결되고 타측은 인덕터(L1)와 연결되는 제1스위칭 소자(SW1)가 배치되고, 일측은 제1스위칭 소자(SW1) 및 인덕터(L1)와 연결되고 타측은 저전압라인(예를 들어, 그라운드)과 연결되는 제3스위칭 소자(SW3)가 배치될 수 있다. 위치적으로 보면, 입력전압(Vin)이 전달되는 입력노드와 인덕터(L1)의 일측 사이에 제1스위칭 소자가 위치하고, 저전압라인(예를 들어, 그라운드)과 인덕터(L1)의 일측 사이에 제3스위칭 소자(SW3)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 제1스위칭 소자(SW1) 및 제3스위칭 소자(SW3)를 온오프제어하는 제1드라이버(212)가 제1스위치부(210)에 배치될 수 있다.
제2스위치부(220)에는 일측은 출력전압(Vout)과 연결되고 타측은 인덕터(L1)와 연결되는 제2스위칭 소자(SW2)가 배치되고, 일측은 제2스위칭 소자(SW2) 및 인덕터(L1)와 연결되고 타측은 저전압라인과 연결되는 제4스위칭 소자(SW4)가 배치될 수 있다. 위치적으로 보면, 출력전압(Vout)이 공급되는 출력노드와 인덕터(L1)의 타측 사이에 제2스위칭 소자(SW2)가 위치하고, 저전압라인과 인덕터(L1)의 타측 사이에 제4스위칭 소자(SW4)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 제2스위칭 소자(SW2) 및 제4스위칭 소자(SW4)를 온오프제어하는 제2드라이버(222)가 제2스위치부(220)에 배치될 수 있다.
파워스테이지(110)는 스위칭 소자들(SW1 ~ SW4)에 대한 제어에 따라 벅모드 혹은 부스트모드로 작동될 수 있다.
도 3은 부스트모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이고, 도 4는 부스트모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
부스트모드에서, 제1스위치부(210)의 스위칭 소자들(SW1 및 SW3)은 상시적으로 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 예를 들어, 부스트모드에서 제1스위칭 소자(SW1)는 상시적으로 턴온되고, 제3스위칭 소자(SW3)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 이러한 제어를 위해 제1드라이버(212)는 부스트모드 구간에서 제1스위칭 소자(SW1)의 게이트-소스로 계속해서 턴온전압(ON)을 공급하고 제3스위칭 소자(SW3)의 게이트-소스로 계속해서 턴오프전압(OFF)을 공급할 수 있다.
부스트모드에서, 제2스위치부(220)의 스위칭 소자들(SW2 및 SW4)은 매주기마다 순차적으로 온오프되면서 컨버터를 부스트 컨버터로 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 일 주기(T)에서 제4스위칭 소자(SW4)가 듀티 구간(D) 동안 턴온되고 제2스위칭 소자(SW2)가 턴오프되면서 인덕터(L1)에 전류를 빌드업(build-up)하고, 이외 구간(1-D) 동안 제4스위칭 소자(SW4)가 턴오프되고 제2스위칭 소자(SW2)가 턴온되면서 인덕터(L1)에 저장된 전류를 출력캐패시터로 전달시킬 수 있다.
이러한 제어를 위해 제2드라이버(222)는 부스트모드 구간에서 매주기마다 제2스위칭 소자(SW2)와 제4스위칭 소자(SW4)를 순차적으로 온오프제어할 수 있다.
도 5는 벅모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이고, 도 6은 벅모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
벅모드에서, 제2스위치부(220)의 스위칭 소자들(SW2 및 SW4)은 상시적으로 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 예를 들어, 벅모드에서 제2스위칭 소자(SW2)는 상시적으로 턴온되고, 제4스위칭 소자(SW4)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 이러한 제어를 위해 제2드라이버(222)는 벅모드 구간에서 제2스위칭 소자(SW2)의 게이트-소스로 계속해서 턴온전압(ON)을 공급하고 제4스위칭 소자(SW4)의 게이트-소스로 계속해서 턴오프전압(OFF)을 공급할 수 있다.
벅모드에서, 제1스위치부(210)의 스위칭 소자들(SW1 및 SW3)은 매주기마다 순차적으로 온오프되면서 컨버터를 벅 컨버터로 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 일 주기(T)에서 제1스위칭 소자(SW1)가 듀티 구간(D) 동안 턴온되고 제3스위칭 소자(SW3)가 턴오프되면서 인덕터(L1)에 고전압(입력전압)을 연결시키고, 이외 구간(1-D) 동안 제1스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제3스위칭 소자(SW3)가 턴오프되면서 인덕터(L1)에 저전압(그라운드전압)을 연결시킬 수 있다.
이러한 제어를 위해 제1드라이버(212)는 벅모드 구간에서 매주기마다 제1스위칭 소자(SW1)와 제3스위칭 소자(SW3)를 순차적으로 온오프제어할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 것과 같이 제1스위칭 소자(SW1)로 흐르는 제1전류(Isw1)를 센싱하기 위한 전류센서(514)가 제1스위칭 소자(SW1)와 제1노드(N1) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 제1노드(N1)는 제1스위칭 소자(SW1), 제3스위칭 소자(SW3) 및 인덕터(L1)가 만나는 노드이다. 전류센서(514)는 센서저항일 수도 있고, 홀센서일 수도 있다.
컨버터는 전류센서(514)의 측정값(Is)을 이용하여 전류제어할 수 있는데, 전류센서(514)가 측정하는 제1전류(Isw1)는 제1스위칭 소자(SW1)의 온오프 스위칭에 따라 링잉을 포함할 수 있어 문제가 된다.
도 7은 제1전류에 대한 전류센서의 측정값을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 제1스위칭 소자(SW1)는 듀티 구간(D)에서 턴온되었다가 이외 구간(1-D)에서 턴오프된다. 그런데, 제1스위칭 소자(SW1)가 턴오프될 때, 제1전류(Isw1)가 흐르는 경로의 기생인덕터에 저장된 에너지가 다른 회로구성(예를 들어, 스위칭 소자들의 기생캐패시터)과 공진하면서 링잉이 발생하게 된다.
링잉은 전류센서(514)의 측정값을 통해 전류센서부로 전달되면서 전류센서부 혹은 컨버터에 장애를 일으킬 수 있다.
이러한 링잉의 문제를 해결하기 위해 컨버터에 복수의 전류센서를 배치할 수 있다.
도 8은 파워스테이지에 복수의 전류센서가 배치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 컨버터(예를 들어, 전류센서부)는 제1스위칭 소자(SW1)로 흐르는 제1전류(Isw1)를 센싱하는 제1센서(814) 및 제2스위칭 소자(SW2)로 흐르는 제2전류(Isw2)를 센싱하는 제2센서(816)를 포함할 수 있다. 위치상으로 제1센서(814)는 제1스위칭 소자(SW1) 및 제1노드(N1) 사이에 위치할 수 있고, 제2센서(816)는 제2스위칭 소자(SW2) 및 제2노드(N2) 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 제2노드(N2)는 인덕터(L1), 제2스위칭 소자(SW2) 및 제4스위칭 소자(SW4)가 만나는 노드이다.
컨버터는 파워스테이지를 벅모드 혹은 부스트 모드로 작동시킬 수 있는데, 제1스위칭 소자(SW1)는 부스트모드에서 상시적으로 턴온되고, 제2스위칭 소자(SW2)는 벅모드에서 상시적으로 턴온될 수 있다.
그리고,컨버터(예를 들어, 제어부)는 제1센서(814)의 측정값 및 제2센서(816)의 측정값을 이용하여 전류제어할 수 있는데, 부스트모드에서는 제1센서(814)의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어하고, 벅모드에서는 제2센서(816)의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어할 수 있다.
벅모드에서 제2스위칭 소자(SW2)는 상시적으로 턴온되어 있기 때문에 제2스위칭 소자(SW2)로 흐르는 제2전류(Isw2) 및 그 측정값(Is2)에는 링잉이 크게 발생하지 않는다.
또한, 부스트모드에서 제1스위칭 소자(SW1)는 상시적으로 턴온되어 있기 때문에 제1스위칭 소자(SW1)로 흐르는 제1전류(Isw1) 및 그 측정값(Is1)에는 링잉이 크게 발생하지 않는다.
컨버터(예를 들어, 제어부)는 파워스테이지를 벅모드 혹은 부스트모드로 작동시키고, 각각의 모드에서 상시적으로 턴온되는 스위칭 소자의 전류를 센싱함으로써 링잉의 문제없이 전류제어를 수행할 수 있게 된다.
도 9는 벅모드 및 부스트모드에서의 제1센서 및 제2센서의 측정값을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 벅모드에서 온오프 스위칭이 이루어지는 제1스위칭 소자의 전류(제1전류)의 측정값(Is1)에는 링잉이 나타나고 있는데, 반해, 상시적으로 턴온되어 있는 제2스위칭 소자(제2전류)의 측정값(Is2)에는 링잉이 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
또한, 부스트모드에서 온오프 스위칭이 이루어지는 제2스위칭 소자의 전류(제2전류)의 측정값(Is2)에는 링잉이 나타나고 있는데, 반해, 상시적으로 턴온되어 있는 제1스위칭 소자(제1전류)의 측정값(Is1)에는 링잉이 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
컨버터는 각 모드에 따라 링잉이 크게 나타나지 않는 측정값(스위칭이 이루어지지 않는 소자의 전류 측정값)을 이용하여 전류제어를 수행함으로써 링잉이 전류측정값에 영향을 미치지 않게 할 수 있을 뿐만 아니라 전류의 링잉을 고려하지 않고 다른 부분이 설계되도록 할 수 있다.
도 10은 전류센서부의 일 예시 구성도이다.
도 10을 참조하면, 전류센서부(120)는 제1센서(814) 및 제2센서(816)를 포함한다. 그리고, 전류센서부(120)는 제어부로부터 수신되는 모드신호(MODE)에 따라 제1센서(814)의 측정값(Is1) 및 제2센서(816)의 측정값(Is2) 중 하나를 선택하여 센싱신호(SENSE)를 생성하는 신호생성부(1010)를 더 포함할 수 있다.
도 11은 신호생성부의 일 예시 구성도이다.
도 11을 참조하면, 신호생성부(1010a)는 제1센서 측정값(Is1)을 처리하는 제1전류센싱앰프(A1) 및 제2센서 측정값(Is2)을 처리하는 제2전류센싱앰프(A2)를 포함한다. 그리고, 신호생성부(1010a)는 모드신호(MODE)에 따라 제1전류센싱앰프(A1) 및 제2전류센싱앰프(A2)의 출력 중 하나를 선택하는 먹스(1111)를 이용하여 센싱신호(SENSE)를 생성할 수 있다.
이때, 제1전류센싱앰프(A1)는 모드신호(MODE)가 벅모드를 지시할 때, 입력신호를 차단하거나 출력신호를 내보내지 않을 수 있다. 또한, 제2전류센싱앰프(A2)는 모드신호(MODE)가 부스트모드를 지시할 때, 입력신호를 차단하거나 출력신호를 내보내지 않을 수 있다.
도 12는 신호생성부의 다른 예시 구성도이다.
도 12를 참조하면, 신호생성부(1010b)는 스위치(S1) 및 전류센싱앰프(AMP)를 포함할 수 있다.
스위치(S1)는 모드신호(MODE)에 따라 제1센서 측정값(Is1) 및 제2센서 측정값(Is2) 중 하나를 전류센싱앰프(AMP)로 전달할 수 있다. 그리고, 전류센싱앰프(AMP)는 스위치(S1)로부터 수신된 측정값을 이용하여 센싱신호(SENSE)를 생성할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어방법의 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 컨버터는 파워스테이지를 벅모드 혹은 부스트모드로 제어할 수 있다(S1302).
이때, 컨버터는 각 모드에서 컨버터에 포함된 복수의 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자를 상시적으로 턴온할 수 있다.
예를 들어, 컨버터는 4개의 스위칭 소자를 포함하고 이 중 두 개의 스위칭 소자를 이용하여 파워스테이지를 벅모드로 제어할 수 있다. 그리고, 컨버터는 나머지 두 개의 스위칭 소자 중 하나를 상시적으로 턴온시키고 다른 하나를 상시적으로 턴오프시킬 수 있다.
다른 예로서, 컨버터는 4개의 스위칭 소자를 포함하고 이 중 두 개의 스위칭 소자를 이용하여 파워스테이지를 부스트모드로 제어할 수 있다. 그리고, 컨버터는 나머지 두 개의 스위칭 소자 중 하나를 상시적으로 턴온시키고 다른 하나를 상시적으로 턴오프시킬 수 있다.
컨버터는 복수의 스위칭 소자 중 각 모드에서 상시적으로 턴온되는 스위칭 소자의 전류를 측정할 수 있다(S1304). 그리고, 컨버터는 이러한 전류의 측정값을 이용하여 파워스테이지를 전류제어할 수 있다(S1306).
컨버터는 전류를 측정할 때(S1304), 둘 이상의 스위칭 소자의 전류를 측정할 수 있다. 이때, 전류가 측정되는 둘 이상의 스위칭 소자 중 제1스위칭 소자는 제1모드에서 상시적으로 턴온되고 제2모드에서는 온오프 스위칭할 수 있다. 그리고, 둘 이상의 스위칭 소자 중 제2스위칭 소자는 제1모드에서 온오프 스위칭하고 제2모드에서 상시적으로 턴온될 수 있다.
컨버터는 전류를 제어할 때(S1306), 각 모드에 따라 적어도 하나의 측정값을 이용하여 컨버터를 전류제어할 수 있다.
예를 들어, 컨버터는 제1모드에서 제1스위칭 소자의 전류 측정값을 이용하여 컨버터를 전류제어할 수 있고, 제2모드에서 제2스위칭 소자의 전류 측정값을 이용하여 컨버터를 전류제어할 수 있다.
다른 예로서, 컨버터는 제1모드에서 제1스위칭 소자의 전류 측정값과 제2스위칭 소자의 전류 측정값을 조합(예를 들어, 가중치 평균)하여 이용할 수 있고, 제2모드에서 제1스위칭 소자의 전류 측정값과 제2스위칭 소자의 전류측정값을 조합(예를 들어, 가중치 평균)하여 이용할 수 있다. 이때, 컨버터는 측정값을 조합할 때, 각 모드에서 상시적으로 턴온되는 스위칭 소자의 전류 측정값에 가중치를 높게 둘 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 및 그 제어방법에 대해 설명하였다. 이러한 실시예에 따르면, 각 모드에서 온오프 스위칭이 이루어지지 않는 스위칭 소자의 전류를 동적으로 센싱함으로써 전류의 링잉을 고려하지 않고 컨버터의 다른 부분(예를 들어, 스위칭 주파수, 전류 레이팅 등)을 설계할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 다른 부분의 성능 개선이 용이해질 수 있다.
또한, 이러한 실시예에 의하면, 스위칭 소자의 온오프에 의한 링잉이 전류측정값에 치명적인 영향을 미치지 않는 장점이 있다. 이에 따라, 컨버터는 링잉을 고려하지 않거나 심각하게 처리하지 않고 전류측정값을 획득할 수 있게 된다.
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.
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.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어에 따라 벅모드 혹은 부스트모드로 작동하며, 상기 부스트모드에서 상기 복수의 스위칭 소자 중 제1스위칭 소자가 상시적으로 턴온되고 제2스위칭 소자는 온/오프를 반복하고, 상기 벅모드에서 상기 제1스위칭 소자는 온/오프를 반복하고 상기 제2스위칭 소자가 상시적으로 턴온되는 파워스테이지;
    상기 제1스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제1센서 및 상기 제2스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제2센서를 포함하는 전류센서부; 및
    상기 부스트모드에서 온/오프를 반복하는 상기 제2스위 칭소자의 전류를 센싱한 상기 제2센서의 측정값을 이용하지 않고 상시적으로 턴온되는 상기 제1스위칭 소자의 전류를 센싱한 상기 제1센서의 측정값을 이용하여 상기 파워스테이지를 전류제어하고, 상기 벅모드에서 온/오프를 반복하는 상기 제1스위칭 소자의 전류를 센싱한 상기 제1센서의 측정값을 이용하지 않고 상시적으로 턴온되는 상기 제2스위 칭소자의 전류를 센싱한 상기 제2센서의 측정값을 이용하여 상기 파워스테이지를 전류제어하는 제어부
    를 포함하는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류센서부는,
    상기 제어부로부터 모드신호를 수신하고 상기 모드신호에 따라 상기 제1센서의 측정값 및 상기 제2센서의 측정값 중 하나를 선택하여 센싱신호를 생성하고 상기 센싱신호를 상기 제어부로 전달하는 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류센서부는, 스위치 및 전류센싱앰프를 포함하고,
    상기 스위치는 상기 모드신호에 따라 상기 제1센서의 측정값 및 상기 제2센서의 측정값 중 하나를 상기 전류센싱앰프로 전달하고,
    상기 전류센싱앰프는 상기 스위치로부터 수신된 측정값을 이용하여 상기 센싱신호를 생성하는 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파워스테이지에서,
    입력노드와 상기 인덕터의 일측 사이에 상기 제1스위칭 소자가 위치하고, 출력노드와 상기 인덕터의 타측 사이에 상기 제2스위칭 소자가 위치하며, 상기 인덕터의 일측과 저전압라인 사이에 제3스위칭 소자가 위치하고, 상기 인덕터의 타측과 저전압라인 사이에 제4스위칭 소자가 위치하는 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부스트모드에서 상기 제1스위칭 소자는 상시적으로 턴온되고 상기 제3스위칭 소자는 상시적으로 턴오프되며, 상기 벅모드에서 상기 제2스위칭 소자는 상시적으로 턴온되고 상기 제4스위칭 소자는 상시적으로 턴오프되는 컨버터.
  6. 인덕터, 일측은 입력전압과 연결되고 타측은 상기 인덕터와 연결되는 제1스위칭 소자, 일측은 출력전압과 연결되고 타측은 상기 인덕터와 연결되는 제2스위칭 소자, 일측은 상기 제1스위칭 소자 및 상기 인덕터와 연결되고 타측은 저전압라인과 연결되는 제3스위칭 소자, 및 일측은 상기 제2스위칭 소자 및 상기 인덕터와 연결되고 타측은 상기 저전압라인과 연결되는 제4스위칭 소자를 포함하되, 부스트모드에서 상기 제1스위칭 소자가 상시적으로 턴온되고 상기 제2스위칭 소자는 온/오프를 반복하고, 벅모드에서 상기 제1스위칭 소자는 온/오프를 반복하고 상기 제2스위칭 소자가 상시적으로 턴온되는, 파워스테이지;
    상기 제1스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제1센서 및 상기 제2스위칭 소자의 전류를 센싱하는 제2센서를 포함하는 전류센서부; 및
    상기 파워스테이지를 상기 벅모드 혹은 상기 부스트모드로 작동시키고, 상기 부스트모드에서 온/오프를 반복하는 상기 제2스위칭 소자의 전류를 센싱한 상기 제2센서의 측정값을 이용하지 않고 상시적으로 턴온되는 상기 제1스위칭 소자의 전류를 센싱한 상기 제1센서의 측정값을 이용하여 상기 파워스테이지를 전류제어하고, 상기 벅모드에서 온/오프를 반복하는 상기 제1스위칭 소자의 전류를 센싱한 상기 제1센서의 측정값을 이용하지 않고 상시적으로 턴온되는 상기 제2스위칭 소자의 전류를 센싱한 상기 제2센서의 측정값을 이용하여 상기 파워스테이지를 전류제어하는 제어부
    를 포함하는 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 벅모드에서, 상기 제2스위칭 소자를 상시적으로 턴온시키고 상기 제1스위칭 소자 및 상기 제3스위칭 소자를 순차적으로 턴온시키며,
    상기 부스트모드에서, 상기 제1스위칭 소자를 상시적으로 턴온시키고 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제4스위칭 소자를 순차적으로 턴온시키는 컨버터.
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