KR101987238B1 - 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법 - Google Patents

플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법 Download PDF

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    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Abstract

플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법이 개시된다. 본 발명은, 승압/강압 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재한다. 본 발명에 따르면, 종래의 컨버터 대비 더 높은 전력 효율을 얻을 수 있고, 이에 따라 배터리 사용 시간을 증대시킬 수 있으며, 더 작은 칩 면적(die area)을 가질 수 있다.

Description

플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법{Step-Up/Step-Down DC-DC converter using flying capacitor and control method threror}
본 발명은 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 승압/강압 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재하는 컨버터 및 방법에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿 등의 스마트 기기는 통상 전력 관리 반도체(Power Management IC : PMIC)를 사용하고 있다. 전력 관리 반도체(PMIC)는 제한된 배터리 용량에서 스마트 기기로 필요한 전력을 효율적으로 분배하는 반도체이다. 이에 따라, 전력 관리 반도체(PMIC)는 배터리를 사용하고 있고 그 크기가 점차 작아지고 있는 스마트 기기의 성능과 효율을 높이기 위해 필수적으로 사용되고 있다.
도 1은 종래의 리튬 이온 배터리의 방전 특성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 스마트 기기에 주로 사용되는 리튬 이온 배터리의 전압은 충전 상태(State-Of-Charge : SOC)에 따라 최대 4.2V에서 최소 2.7V까지 사용자가 스마트 기기를 사용함에 따라 점차 감소하게 된다. 그러나, 스마트 기기 내의 대부분의 회로에서는 전원 전압으로 3.4V 정도의 전압을 요구하고 있다. 스마트 기기의 배터리 전압은 점차 방전됨에 따라, 스마트 기기의 배터리 전압은 스마트 기기 내에서 필요로 하는 전원 전압보다 높거나 낮은 전압을 가지게 될 수 있다.
이전에는 주로 강압형 컨버터(Step-Down Converter), 즉 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 만들어주는 컨버터를 사용하여 배터리 전압이 스마트 기기 내부에서 요구하는 전압보다 높을 경우에만 배터리를 이용하는 방식을 적용하였다. 다시 말하면, 배터리 전압이 스마트 기기에서 원하는 전압보다 낮을 경우에는 스마트 기기의 사용에 제한이 발생되게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 배터리 전압이 스마트 기기 내부에서 원하는 전압보다 낮을 때에도 원하는 전압을 만들어 줄 수 있도록 승압/강압형 컨버터(Step-Up/Step-Down Converter)를 이용하고 있다.
도 2는 종래의 승압/강압형 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 종래의 승압/강압형 컨버터는 1개의 인덕터(L)와 4개의 스위치(S1, S2, S3, S4)로 이루어진다.
종래의 승압/강압형 컨버터의 강압(Step-Down) 동작에서는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 스위칭하며 원하는 전압을 만들게 된다. 이때, 제3 스위치(S3)는 항상 도통(turn-on)되어 있고, 제4 스위치(S4)는 사용하지 않는다.
그리고, 종래의 승압/강압형 컨버터의 승압(Step-Up) 동작에서는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)가 스위칭하며 원하는 전압을 만들게 된다. 이때, 제1 스위치(S1)는 항상 도통(turn-on)되어 있고, 제2 스위치(S2)는 사용하지 않는다.
그러나, 종래의 승압/강압형 컨버터는 크게 2가지의 단점을 가지고 있다.
첫 번째, 부하(Load)로 공급되는 메인 전류(main current)는 인덕터(L)를 거쳐서 흐르는데, 종래의 승압/강압형 컨버터는 구조의 태생적인 이유로 인해 메인 전류가 인덕터(L)와 직렬로 연결된 2개의 스위치를 거쳐서 부하로 공급되게 된다. 결과적으로, 2개의 스위치 저항으로 인한 전도 손실(conduction loss)이 발생하여 전력 효율(power efficiency)이 떨어지게 된다. 그리고, 이 전도 손실을 줄이기 위해서는 스위치의 도통 저항을 줄여야 하고, 이는 스위치 크기가 커지게 된다. 즉, 칩(chip) 면적의 증가를 가져오게 된다. 하지만, 스위치의 크기가 커지게 되면, 스위치를 구동하기 위한 전력이 커지게 되므로(스위칭 loss 증가) 전체적인 전력 효율이 안좋게 된다.
두 번째, 종래의 승압/강압형 컨버터 구조는 배터리 특성에 적합하지 않다. 배터리의 공칭 전압(nominal voltage)은 3.4V 이상의 값(배터리 제조사마다 상이하지만, 대부분 3.5V ~ 3.7V의 공칭 전압을 가짐)을 유지한다. 즉, 배터리 전압은 시스템 온 칩(System On Chip, SOC)에 따라 상이하지만, 대부분은 스마트 기기 내부에서 원하는 전압보다 높은 전압을 가지게 되고, 이는 승압(Step-Up) 동작을 해야하는 배터리 전압 영역은 매우 좁다는 것을 의미한다. 하지만, 종래의 승압/강압형 컨버터는 이 좁은 영역에서 승압(Step-Up) 동작을 하기 위해, 배터리 가용 저압 대부분의 영역에서 수행되는 강압(Step-Down) 동작 시 낮은 효율을 가지게 된다. 즉, 메인 전류가 2개의 스위치를 통해 흐르기 때문에 강압(Step-Down) 동작 시 낮은 효율을 가져오게 된다. 이에 따라, 종래의 승압/강압형 컨버터 구조는 배터리 가용 전압 대부분의 영역에서 낮은 효율을 가져오게 되고, 결과적으로 배터리 가용 시간을 늘리기에는 제한이 있게 된다. 또한, 승압(Step-Up) 동작 시에는 인덕터(L)의 평균 전류값이 부하 전류보다 커지게 되는 특성이 있어, 스위치에서 발생하는 전도 손실을 더욱 커지게 된다. 즉, 승압(Step-Up) 동작 시의 인덕터 전류의 평균값은 스위칭 듀티에 비례하고, 강압(Step-Down) 동작 시의 인덕터 전류의 평균값은 부하 전류와 같은 값이 되게 된다.
따라서, 메인 전류가 흐르는 경로(path)에 2개의 스위치가 존재하는 것은 큰 전력 손실을 가져오게 되고, 결과적으로 낮은 효율을 가지게 된다.
한국공개특허 제2002-0044092호 (도낀 가부시끼가이샤) 2002. 6. 14. 특허문헌 1은 대칭 DC/DC 컨버터로서, 특허문헌 1에는 하나 이상의 스위칭 수단이 각각 입력 스위치 및 출력 스위치로 사용되고, 하나 이상의 스위칭 수단이 역으로 각각 출력 스위치 및 입력 스위치로 사용되는 방식으로 스텝업 컨버터 및 스텝다운 컨버터로 작동하는 내용이 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 승압/강압 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터는, 입력부; 출력부; 및 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 상기 출력부로 전달하고, 입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 변환부;를 포함한다.
상기 변환부는 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 인덕터는 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며, 상기 제1 스위치는 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 스위치는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 제3 스위치는 일단이 상기 인턱터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제4 스위치는 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 플라잉 커패시터는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결될 수 있다.
상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되며, 상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되며, 상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법은, 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 출력부로 전달하는 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법으로서, 입력되는 전원을 승압 또는 강압하는 단계; 및 입력되는 전원의 승압 또는 강압 이후, 승압 또는 강압된 전원을 상기 출력부로 전달하는 단계;를 포함하며, 입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 것으로 이루어진다.
상기 승압/강압형 직류-직류 컨버터는 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 인덕터는 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며, 상기 제1 스위치는 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 스위치는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 제3 스위치는 일단이 상기 인턱터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제4 스위치는 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 플라잉 커패시터는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결될 수 있다.
상기 전원의 승압 또는 강압 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 강압 동작 모드 구동 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계; 및 상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 전원의 승압 또는 강압 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 승압 동작 모드 구동 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계; 및 상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법에 의하면, 승압(Step-Up)/강압(Step-Down) 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재함으로써, 종래의 컨버터 대비 더 높은 전력 효율을 얻을 수 있고, 이에 따라 배터리 사용 시간을 증대시킬 수 있다.
또한, 배터리 특성 상 승압(Step-Up) 동작을 요구하는 배터리 상태는 상대적으로 짧은 시간이므로, 해당 구간에 적절한 효율을 가지도록 설계하면 승압(Step-Up) 동작 시 필요한 스위치들(본 발명에 따른 제3 스위치와 제4 스위치)을 더 작게 설계할 수 있어, 더 작은 칩 면적(die area)을 가질 수 있다.
도 1은 종래의 리튬 이온 배터리의 방전 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 승압/강압형 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 직류-직류 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이ㄷ다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 구현한 칩의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능 실험 시 측정한 파형을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 전력 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시한 직류-직류 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터(이하 '컨버터'라 한다)(100)는 전원이 입력되는 입력부(110), 입력되는 전원을 승압 또는 강압하는 변환부(130) 및 승압 또는 강압된 전원을 전달받아 외부 소자로 전달하는 출력부(150)를 포함한다.
즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 승압 또는 강압하여 출력부(150)로 전달한다. 이때, 변환부(130)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 메인 전류(main current)를 전달한다.
이를 위해, 도 4를 참조하면, 변환부(130)는 인덕터(I1), 플라잉 커패시터(C1), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
인덕터(I1)는 일단이 입력부(110)의 일단과 연결되고, 타단이 출력부(150)의 일단과 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 입력부(110)와 인덕터(I1) 사이에 위치하여, 일단이 입력부(110)의 일단과 연결되고, 타단이 인덕터(I1)의 일단과 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(110)의 타단과 출력부(150)의 타단 사이에 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 인턱터(I1)의 타단과 출력부(150)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제4 스위치(SW4)의 일단과 플라잉 커패시터(C1)의 타단 사이에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 플라잉 커패시터(C1)의 타단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(110)의 타단과 출력부(150)의 타단 사이에 연결된다.
플라잉 커패시터(C1)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 제4 스위치(SW4)의 일단 사이에 연결된다.
보다 자세하게 설명하면, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력부(150)로 전달되는 출력 전압보다 크면, 변환부(130)는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 강압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 인덕터(I1)에 전류를 충전하고 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달하는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 변환부(130)는 제1 서브 강압 동작 모드 및 제2 서브 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.
변환부(130)는 제1 스위치(SW1)는 온(on)시키고 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전할 수 있다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되면, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)을 통해 인덕터(I1)를 충전하게 된다. 이 경우, 제1 스위치(SW1)만 도통(turn-on)되어 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)와 인덕터(I1)에 직렬로 연결된 제1 스위치(SW1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력부(150)로 흐르게 된다.
그리고, 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 변환부(130)는 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되면, 인덕터(I1)에 충전된 전류가 출력부(150)로 전달되게 된다. 이 경우, 제2 스위치(SW2)만 도통(turn-on)되어 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)와 인덕터(I1)에 직렬로 연결된 제2 스위치(SW2)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력부(150)로 흐르게 된다.
이에 반면, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력부(150)로 전달되는 출력 전압보다 작으면, 변환부(130)는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 승압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하며, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전하고, 인덕터(I1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 변환부(130)는 제1 서브 승압 동작 모드 및 제2 서브 승압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.
변환부(130)는 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되면, 플라잉 커패시터(C1)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)과 병렬로 연결되어 배터리 전압(VBAT)만큼 충전된다. 이와 동시에, 인덕터(I1)와 인덕터(I1)에 연결된 제1 스위치(SW1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력부(150)로 흐르게 된다. 이 경우, 제1 스위치(SW1)와 제4 스위치(SW4)만 도통(turn-on)되어 있다.
그리고, 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 변환부(130)는 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전할 수 있다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되면, 플라잉 커패시터(C1)가 직류 전원처럼 동작하여, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)를 충전하게 된다. 이 경우, 제3 스위치(SW3)만 도통(turn-on)되어 있다. 이에 따라, 메인 전류(main current)가 인덕터(I1)와 제3 스위치(SW3) 사이에만 흐르게 된다. 그리고, 부하로 흐르는 전류는 출력부(150)에 구비된 출력 커패시터로부터 빠져 나가게 된다.
그러면, 도 7 및 도 8을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 동작 모드에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
컨버터(100)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력단으로 전달되는 출력 전압, 즉 외부에서 원하는 전압보다 크면, 컨버터(100)는 강압 동작 모드로 구동된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off) 상태로 하고, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 스위칭하며 온(on) 상태로 하여 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
보다 자세하게는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제1 스위치(S1)는 온(on)시키고 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되어, 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)을 통해 인덕터를 충전하게 되고, 인덕터와 인덕터에 직렬로 연결된 제1 스위치(S1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력단으로 흐르게 된다.
그리고, 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제2 스위치(S2)는 온(on)시키고 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되어, 인덕터에 충전된 전류가 출력단으로 전달되게 되고, 인덕터와 인덕터에 직렬로 연결된 제2 스위치(S2)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력단으로 흐르게 된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
컨버터(100)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력단으로 전달되는 출력 전압, 즉 외부에서 원하는 전압보다 작으면, 컨버터(100)는 승압 동작 모드로 구동된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제2 스위치(S2)는 오프(off) 상태로 하고, 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)와 제3 스위치(S3)를 스위칭하며 온(on) 상태로 하여 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
보다 자세하게는, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)는 온(on)시키고, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되어, 플라잉 커패시터(CB)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)과 병렬로 연결되어 배터리 전압(VBAT)만큼 충전되고, 이와 동시에 인덕터와 인덕터에 연결된 제1 스위치(S1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력단으로 흐르게 된다.
그리고, 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제3 스위치(S3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되어, 플라잉 커패시터(CB)가 직류 전원처럼 동작하여, 플라잉 커패시터(CB)에 충전된 전류를 통해 인덕터를 충전하게 되고, 인덕터와 인덕터에 연결된 제3 스위치(S3)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 흐르게 되며, 부하로 흐르는 전류는 출력단에 구비된 출력 커패시터로부터 빠져 나가게 된다.
그러면, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 구현한 칩의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 컨버터(100)를 실제 칩의 구현한 결과, 도 9에 도시된 바와 같이 작은 크기로 구현이 가능한 것을 확인할 수 있다. 180nm BCDMOS 프로세스를 이용하여 본 발명에 따른 컨버터(100)를 칩으로 구현한 결과, 칩의 크기는 4.17mm X 1.36mm이다. 여기서, 도 9에 도시된 ① ~ ④는 power swithches 및 gate drivers이며, ⑤는 control stage & current sensor이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능 실험 시 측정한 파형을 나타내는 도면이다.
출력 전압을 승압(Step-Up) 동작 모드 또는 강압(Step-Down) 동작 모드에 관계없이 3.4V로 전부 고정하고, 본 발명에 따른 컨버터(100)의 파형을 측정한 결과는 도 10과 같다.
보다 자세하게는, 도 10의 (a)는 입력 전압(즉, 배터리 전압)이 4.2V이고, 부하 전류가 500mA일 때 측정된 파형이다. 이때, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 입력 전압이 출력 전압보다 높기 때문에 강압(Step-Down) 동작 모드로 구동되게 된다.
그리고, 도 10의 (b)는 입력 전압(즉, 배터리 전압)이 2.7V이고, 부하 전류가 400mA일 때 측정된 파형이다. 이때, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 입력 전압이 출력 전압보다 낮기 때문에 승압(Step-Up) 동작 모드로 구동되게 된다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 전력 효율을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 컨버터(100)의 전력 효율(power efficiency)을 실험한 결과는 도 11과 같다. 즉, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 96.56%의 최대 전력 효율(입력 전압=3.5V, 부하 전류=1A인 경우)과 86.07%의 최소 전력 효율(입력 전압=2.7V, 부하 전류=2A인 경우)을 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 컨버터(100)의 성능을 실험하기 위해, 종래의 컨버터들과 대비하여 효율을 실험하였다. 여기서, 종래의 컨버터들은 입력 전원으로 리튬 이온 배터리를 이용하고, 벅-부스트 토폴로지(buck-boost topology)로 이루어진다. 그리고, 비교 1은 논문 「X.-E. Hong, et al., "98.1%-Efficiency Hysteretic-Current-Mode Non-Inverting Buck-Boost DC-DC Converter with Smooth Mode Transition," IEEE Trans. Power Electron., vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2016.」에 기재된 컨버터이다. 비교 2는 논문 「S. Rao, et al., "A 1.2A Buck-Boost LED Driver with 13% Efficiency Improvement Using Error-Averaged SenseFET-Based Current Sensing," ISSCC, pp. 238-240, Feb. 2011.」에 기재된 컨버터이다. 비교 3은 논문 「P. Malcovati, et al., "A 0.18μm CMOS 91%-Efficiency 0.1-To-2A Scalable Buck-Boost DC-DC Converter for LED Drivers," ISSCC, pp. 280-282, Feb. 2012.」에 기재된 컨버터이다.
비교 1 내지 비교 3은 각각 부하 전류의 조건이 상이하므로, 같은 입력 전압 조건에 대해 최대 효율을 기준으로 본 발명에 따른 컨버터(100)와 비교를 하였다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 비교 1 내지 비교 3에 비해 넓은 입력 전압(즉, 배터리 전압) 조건에서 더 높은 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
그러면, 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 입력 전압, 즉 배터리 전압이 출력 전압보다 크면(S110-Y), 컨버터(100)는 강압 동작 모드로 구동된다(S130). 즉, 컨버터(100)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 강압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 인덕터(I1)에 전류를 충전하고 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달하는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 컨버터(100)는 제1 서브 강압 동작 모드 및 제2 서브 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 컨버터(100)는 제1 스위치(SW1)는 온(on)시키고 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전할 수 있다.
그리고, 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 컨버터(100)는 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.
이에 반면, 입력 전압, 즉 배터리 전압이 출력 전압보다 작으면(S110-N), 컨버터(100)는 승압 동작 모드로 구동된다(S150). 즉, 컨버터(100)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 승압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하며, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전하고, 인덕터(I1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 컨버터(100)는 제1 서브 승압 동작 모드 및 제2 서브 승압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 컨버터(100)는 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.
그리고, 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 컨버터(100)는 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전하고, 인덕터(I1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터,
110 : 입력부, 130 : 변환부,
150 : 출력부

Claims (12)

  1. 입력부;
    출력부; 및
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 상기 출력부로 전달하고, 입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 변환부;
    를 포함하며,
    상기 변환부는, 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고,
    상기 인덕터는, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며, 상기 제1 스위치는, 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 스위치는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 제3 스위치는, 일단이 상기 인덕터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제4 스위치는, 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 플라잉 커패시터는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결되는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 변환부는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.
  4. 제3항에서,
    상기 변환부는,
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되며,
    상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.
  5. 제1항에서,
    상기 변환부는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.
  6. 제5항에서,
    상기 변환부는,
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되며,
    상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.
  7. 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 출력부로 전달하는 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법으로서,
    입력되는 전원을 승압 또는 강압하는 단계; 및
    입력되는 전원의 승압 또는 강압 이후, 승압 또는 강압된 전원을 상기 출력부로 전달하는 단계;
    를 포함하며,
    입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 것으로 이루어지고,
    상기 승압/강압형 직류-직류 컨버터는, 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고,
    상기 인덕터는, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며, 상기 제1 스위치는, 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 스위치는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 제3 스위치는, 일단이 상기 인덕터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제4 스위치는, 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 플라잉 커패시터는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에서,
    상기 전원의 승압 또는 강압 단계는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함하는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 강압 동작 모드 구동 단계는,
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계; 및
    상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계;
    를 포함하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.
  11. 제7항에서,
    상기 전원의 승압 또는 강압 단계는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함하는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 승압 동작 모드 구동 단계는,
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계; 및
    상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계;
    를 포함하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.
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