KR101996718B1 - 전력 변환기를 위한 배전압기 - Google Patents

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Abstract

일례에서, 회로는 교류(AC) 전압 소스, 전압 레일, 기준 레일, 제 1 캐패시터, 제 2 캐패시터, 및 스위칭 유닛을 포함한다. AC 전압 소스는 제 1 반주기 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하고 제 2 반주기 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성된다. 회로의 제 1 상태 동안, AC 전압 소스에 의해 공급되는 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압 소스에 의해 공급되는 제 2 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전한다. 회로의 제 2 상태 동안, AC 전압 소스에 의해 공급되는 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압 소스에 의해 공급되는 제 2 방향의 전압은 제 2 캐패시터를 충전한다.

Description

전력 변환기를 위한 배전압기{VOLTAGE DOUBLER FOR POWER CONVERTERS}
본 개시는 교류(alternating current, AC) 전압을 수신하고 직류(direct current, DC) 전압을 출력하는 교류(AC) 대 직류(DC) 어댑터에 관한 것이다.
교류(AC) 대 직류(DC) 어댑터는 AC 전압을 수신하여 정류된 DC 전압을 출력하는 정류기 및 정류된 AC 전압을 수신하여 랩톱, 모바일 디바이스, 태블릿 등과 같은 전자 디바이스에 적합한 DC 전압으로 출력하는 DC 대 DC 전력 변환기를 포함할 수 있다. 그러나 정류된 AC 전압은 전압 리플 및 DC 대 DC 전력 변환기의 효율을 감소시키는 낮은 피크 전압을 포함할 수 있으며, 그에 따라 AC 대 DC 어댑터의 효율을 감소시키는 결과를 가져온다.
일반적으로, 본 개시는 교류(AC) 대 직류(DC) 어댑터의 효율을 개선하면서 물리적 크기를 줄이는 기술에 관한 것이다. 일부 예에서, 하나 이상의 기술은 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시키기 위해 높은 전압 정격 대신 낮은 전압 정격을 갖는 캐패시터를 사용할 수 있게 하며, 그에 따라 결과적인 AC 대 DC 어댑터의 물리적 크기를 줄일 수 있다. 예를 들어, AC 대 DC 어댑터는 정류된 AC 전압의 전압이 전압 문턱치(예를 들어, 캐패시터의 전압 정격의 ~80%) 이내에 있을 때 낮은 전압 정격(예를 들어, ~100 볼트) 및 높은 캐패시턴스(예를 들어, ~56㎌)를 갖는 캐패시터를 선택적으로 스위칭할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 기술은 AC 대 DC 어댑터의 DC 대 DC 전력 변환기에 의해 수신된 전압을 증가시켜 AC 대 DC 어댑터의 전반적인 효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, AC 대 DC 어댑터는 AC 대 DC 어댑터의 DC 대 DC 전력 변환기가 AC 대 DC 어댑터에 의해 수신된 AC 전압의 피크 전압보다 큰 피크 전압을 수신하도록 캐패시터의 직렬 스트링을 선택적으로 스위칭할 수 있다.
일 예에서, 회로는 전압 레일, 기준 노드, 제 1 캐패시터 및 캐패시터 모듈을 포함한다. 제 1 캐패시터는 전압 레일 및 기준 노드에 연결된다. 캐패시터 모듈은 제 2 캐패시터 및 스위칭 유닛을 포함한다. 스위칭 유닛은 폐쇄 상태 및 개방 상태에서 작동하도록 구성된다. 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터와 병렬로 연결한다. 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터로부터 분리한다.
다른 예에서, 방법은, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 단계를 포함한다. 방법은 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 것에 응답하여, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하는지를 판단하는 단계를 더 포함한다. 방법은 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여, 회로에 의해 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 선택적으로 연결함으로써, 회로에 의해 전압 레일과 기준 노드 사이의 캐패시턴스를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
다른 예에서, 시스템은 전압원, 제 1 캐패시터, 캐패시터 모듈 및 부하를 포함한다. 부하는 전압 레일과 기준 노드에 연결된다. 전압원은 DC 전압을 전압 레일 및 기준 노드에 공급하도록 구성된다. 제 1 캐패시터는 DC 전압의 전압 리플을 감소시키도록 구성된다. 제 1 캐패시터는 전압 레일 및 기준 노드에 연결된다. 캐패시터 모듈은 DC 전압의 전압 리플을 감소시키도록 구성된다. 캐패시터 모듈은 제 2 캐패시터 및 스위칭 유닛을 포함한다. 스위칭 유닛은 폐쇄 상태 및 개방 상태에서 작동하도록 구성된다. 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터와 병렬로 연결한다. 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터로부터 분리한다.
다른 예에서, 회로는 AC 전압원, 전압 레일, 기준 레일, 제 1 캐패시터, 제 2 캐패시터 및 스위칭 유닛을 포함한다. AC 전압원은 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하고 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성되며, 제 1 방향은 제 2 방향과 반대이다. 제 1 캐패시터는 제 1 노드와 제 2 노드를 포함한다. 제 1 캐패시터의 제 1 노드는 전압 레일에 연결된다. 제 2 캐패시터는 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 레일에 연결된 제 2 노드를 포함한다. 스위칭 유닛은 회로를 제 1 상태 및 제 2 상태에서 회로를 동작시키도록 구성된다. 회로의 제 1 상태 동안, AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전한다. 회로의 제 2 상태 동안, AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 제 2 캐패시터를 충전한다.
다른 예에서, 회로는 AC 전압원, 전압 레일, 기준 레일, 제 1 캐패시터, 제 2 캐패시터, 정류기, 스위칭 유닛 및 캐패시터 모듈을 포함한다. 제 1 캐패시터는 제 1 노드와 제 2 노드를 포함한다. 제 1 캐패시터의 제 1 노드는 전압 레일에 연결된다. 제 2 캐패시터는 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 레일에 연결된 제 2 노드를 포함한다. 정류기는 AC 전압원으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 전압을 출력하도록 구성된다. 스위칭 유닛은 정류된 전압을 수신하며, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 피크 전압이 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 선택적으로 스위칭하도록 구성된다. 캐패시터 모듈은 정류된 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여 전압 레일과 기준 레일 사이의 캐패시턴스를 선택적으로 증가하도록 구성된다.
다른 예에서, 시스템은 AC 전압원, 어댑터 및 부하를 포함한다. 어댑터는 정류기, 직렬 스트링 및 스위칭 유닛을 포함한다. 정류기는 AC 전압원으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 전압을 전압 레일 및 기준 레일에 공급하도록 구성된다. 직렬 스트링은 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함한다. 직렬 스트링은 전압 레일 및 기준 레일에 연결된다. 스위칭 유닛은 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 피크 전압이 AC 전압원으로부터의 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 선택적으로 스위칭하도록 구성된다. 캐패시터 모듈은 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 AC 전압 리플을 감소하도록 구성된다. 변환기는 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 전압을 수신하며 DC 전압을 출력하도록 구성된다. 부하는 변환기로부터 DC 전압을 수신하도록 구성된다.
이러한 예 및 다른 예의 세부 사항은 첨부 도면 및 이하의 설명에서 설명된다. 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명 및 도면, 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 캐패시터 스위칭 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 1 전압 추정 유닛을 예시하는 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 2 전압 추정 유닛을 예시하는 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 3 전압 추정 유닛을 예시하는 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 4 전압 추정 유닛 및 예시적인 변환기를 예시하는 회로도이다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 스타트업 유닛 및 예시적인 과전압 요소를 예시하는 회로도이다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 정류기를 예시하는 회로도이다.
도 7은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 전압 리플을 예시하는 다이어그램이다.
도 8은 본 개시에 따른 회로에 의해 수행될 수 있는 기술과 일치하는 흐름도이다.
도 9a는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 1 배전압 정류기(voltage doubler rectifier)를 예시하는 회로도이다.
도 9b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 2 배전압 정류기를 예시하는 회로도이다.
도 9c는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 3 배전압 정류기를 예시하는 회로도이다.
도 10은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 라인 상태 유닛을 예시하는 회로도이다.
도 11a는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 4 배전압 정류기를 예시하는 회로도이다.
도 11b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 5 배전압 정류기를 예시하는 회로도이다.
도 12는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 하이-라인(high-line) 동작을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 로우-라인(low-line) 동작을 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 회로에 의해 수행될 수 있는 기술과 일치하는 흐름도이다.
도 15는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템을 예시하는 회로도이다.
도 16은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 2 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템을 예시하는 회로도이다.
도 17은 본 개시에 따른 회로에 의해 수행될 수 있는 기술에 따른 흐름도이다.
일부 시스템은 교류(AC)를 수신하는 정류기에 의해 출력된 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시키기 위해 벌크 캐패시터를 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 벌크 캐패시터는 낮은 AC 전압을 지원하기 위해 높은 AC 전압 정격을 요구할 뿐만 아니라 높은 캐패시턴스를 지원하기 위해 고전압 정격을 요구할 수 있다. 예를 들어, 벌크 캐패시터는 높은 AC 전압(예를 들어, ~230VAC)을 허용하는 높은 전압 정격(예를 들어, 400 볼트)과 낮은 AC 전압(예를 들어, ~120VAC)을 허용하는 높은 캐패시턴스(예를 들어, ~22㎌)를 모두 다 갖도록 설계될 수 있다. 이러한 벌크 캐패시터는 높은 AC 전압에서 높은 캐패시턴스가 필요하지 않고 낮은 AC 전압에서 높은 전압 정격이 필요하지 않기 때문에 비효율적인 설계일 수 있다. 더욱이, 이러한 벌크 캐패시터는 물리적으로 클 수 있고, 그럼으로써 AC 전압을 전자 디바이스에 사용하기에 적합한 직류(DC) 전압으로 변환하는 AC 대 DC 어댑터("어댑터")가 물리적으로 커지는 결과를 가져온다.
일부 예에서, 캐패시터를 선택적으로 스위칭함으로써 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시키면서 어댑터의 부피를 줄일 수 있다. 예를 들어, 높은 AC 전압(예를 들어, ~230 VAC)에서, 어댑터는 제 1 캐패시터를 사용하여 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 높은 AC 전압에서, 제 1 캐패시터는 그 자체로 정류된 AC 전압의 전압 리플을 충분히 감소시키기에 충분한 에너지를 저장할 수 있고, 이에 따라 DC-DC 변환기에 의해 정류된 AC 전압을 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 그 다음, 낮은 AC 전압(예를 들어, ~120VAC)에서, 제 1 캐패시터는 그 자체로 정류된 AC 전압의 전압 리플을 충분히 감소시키기에 충분한 에너지를 저장하지 않을 수 없다. 그래서, 어댑터는 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 모두 다 사용하여 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시켜 DC-DC 변환기에 의해 정류된 AC 전압을 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 더 구체적으로, 어댑터는 정류된 AC 전압의 전압이 제 2 캐패시터의 전압 정격의 백분율(예를 들어, ~80%) 범위 내에 있을 때 낮은 전압 정격(예를 들어, ~100볼트) 및 높은 캐패시턴스(예를 들어, ~56㎌)를 갖는 제 2 캐패시터에서 선택적으로 스위칭할 수 있다.
일부 예에서, 높은 전압 정격과 낮은 캐패시턴스를 갖는 제 1 캐패시터 및 낮은 전압 정격과 높은 캐패시턴스를 갖는 제 2 캐패시터를 사용하면 어댑터의 부피를 상당히 감소시킬 수 있다. 예를 들어, ~450볼트의 전압 정격과 ~3.3㎌의 캐패시턴스를 갖는 제 1 캐패시터 및 ~100볼트의 전압 정격과 ~56㎌의 캐패시턴스를 갖는 제 2 캐패시터는 ~400볼트의 전압 정격과 ~22㎌의 캐패시턴스를 갖는 벌크 캐패시터보다 ~33% 적은 총 부피를 가지면서, 더 작은 전압 리플(예를 들어, ~81 볼트와 비교하여 더 낮은 88볼트의 홈통 전압(trough voltage)을 제공할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 캐패시터의 직렬 스트링은 전압을 증가시켜 DC-DC 변환기의 효율을 더 개선하는데 사용될 수 있으며, 이에 따라 어댑터의 전체 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 단일의 캐패시터를 사용하여 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시키기보다는, 두 개 이상의 캐패시터가 정류된 AC 전압에 의해 선택적으로 병렬로 충전된 다음 직렬 스트링으로 방전될 수 있으며, 이에 따라 DC-DC 변환기의 효율을 향상시킬 수 있는 더 높은 피크 전압을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 캐패시터 스위칭 시스템(1)을 예시하는 블록도이다. 도 1의 예에서 예시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 AC 전압원(4)에 연결된 어댑터(2) 및 부하(6)를 포함할 수 있다.
AC 전압원(4)은 임의의 적합한 전력망으로부터의 출력일 수 있다. 예를 들어, 출력은 ~60Hz의 ~120VAC, ~50Hz의 ~230VAC 또는 다른 전압 및 주파수일 수 있다. 일부 예에서, AC 전압원(4)은 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하고, 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성될 수 있으며, 제 1 방향은 제 2 방향과 반대이다. 예를 들어, AC 전압원(4)은 사인파의 사이클의 제 1 절반(예를 들어, 0부터 π까지) 동안 AC 전압원(4)의 제 1 노드로부터 AC 전압원(4)의 제 2 노드로 흐르는 양의 전류(예를 들어, 제 1 방향의 전류) 및 사인파의 제 2 절반(예를 들어, π부터 2π까지) 동안 AC 전압원(4)의 제 2 노드로부터 AC 전압원(4)의 제 1 노드로 흐르는 음의 전류(예를 들어, 제 2 방향의 전류)를 포함하는 사인파를 공급하도록 구성될 수 있다.
부하(6)는 어댑터(2)에 의해 출력된 DC 전압을 사용하도록 구성된 임의의 적절한 디바이스일 수 있다. 일부 예에서, 부하(6)는 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 전자 디바이스의 예는 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 착용 디바이스 또는 다른 모바일 디바이스), 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 랩톱, 노트북, 휴대형 개인 컴퓨터 또는 다른 컴퓨팅 디바이스), 배터리(예를 들어, 니켈-카드뮴, 납산(lead-acid), 니켈 수소 합금(nickel-metal hydride), 니켈-아연, 산화은(silver-oxide), 리튬-이온, 리튬 폴리머 또는 다른 배터리), 스피커 또는 다른 전자 디바이스를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
어댑터(2)는 부하(6)를 동작시키기에 적합한 DC 전압을 공급하도록 구성된 임의의 어댑터일 수 있다. 예를 들어, 부하(6)는 5VDC를 수신하도록 구성된 모바일 디바이스를 포함할 수 있다. 이와 같이, 어댑터(2)는 전자 디바이스에 출력되는 DC 전압을 5VDC +/- 5%(예를 들어, 4.75VDC 내지 5.25VDC)로 조절할 수 있다. 일부 예에서, 부하(6)는 12VDC를 수신하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 이와 같이, 어댑터(2)는 전자 디바이스에 출력된 DC 전압을 12VDC +/- 5%(예를 들어, 11.4VDC내지 12.6VDC)로 조절할 수 있다. 일부 예에서, 어댑터(2)는 AC 전압원(4)과 부하(6) 사이에 전자적 (예를 들면, 갈바닉(galvanic)) 절연을 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 어댑터(2)는 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20A-N)(일괄하여, "캐패시터 모듈(20)") 및 변환기(16)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 어댑터(2)는 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20A-N)(일괄하여 "캐패시터 모듈(20)") 및 변환기(16)를 내장하는 인클로저(enclosure)(예를 들어 플라스틱)를 포함할 수 있다.
정류기(10)는 AC 전압원(4)으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 AC 전압을 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 하나 이상의 다른 컴포넌트에 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 정류기(10)는 캐패시터(18)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 정류기(10)의 예는 단상 정류기(예를 들어, 브릿지, 반파, 전파 또는 다른 단상 정류기), 3상 정류기(예를 들어, 반파, 전파, 브릿지, 또는 다른 3상 정류기) 또는 캐패시터(18)에 전력을 공급하도록 구성된 다른 디바이스를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
변환기(16)는 정류기(10)에 의해 출력된 정류된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 스위치 모드(switched-mode) 전력 변환기를 포함할 수 있다. 스위치 모드 전력 변환기의 예는 플라이백, 순방향, 벅-부스트(buck-boost), 벅, 부스트, 쿡(Cuk) 또는 다른 스위치 모드 전력 변환기를 포함할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 변환기(16)의 플라이백 전력 변환기는 정류기(10)에 의해 출력된 정류된 AC 전압을 증가 및/또는 감소시킬 수 있다. 일부 예에서, 변환기(16)에 포함된 스위치 모드 전력 변환기는 제 1 전압에서 정류된 AC 전압을 수신하며 제 2 전압에서 DC 전압을 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 변환기(16)에 포함된 스위치 모드 전력 변환기는 정류기(10)로부터, 캐패시터(18)(및 캐패시터(36))에 의해 전압 리플을 감소시킨 제 1 전압(예를 들어, ~110VAC)에서의 정류된 AC 전압을 수신하며 제 2 전압(예를 들어, ~5VDC, ~12VDC 또는 다른 전압)에서의 DC 전압을 부하(6)에 출력할 수 있다. 일부 예에서, 변환기(16)는 절연 스테이지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변환기(16)는, 예를 들어, 변압기를 사용하여 갈바닉 절연을 제공할 수 있다.
캐패시터(18)는 전기장에 전기 에너지를 저장하도록 구성된 전기 컴포넌트를 포함할 수 있다. 전기장에 전기 에너지를 저장하도록 구성된 전기 컴포넌트의 예는 세라믹 캐패시터, 필름 캐패시터, 전해 캐패시터(예를 들어, 알루미늄, 탄탈륨, 니오븀 또는 다른 전해 캐패시터), 슈퍼 캐패시터(예를 들어, 이중 층, 슈도캐패시터(pseudocapacitor), 하이브리드 캐패시터 또는 다른 슈퍼 캐패시터), 운모 캐패시터, 또는 전기장에 전기 에너지를 저장하도록 구성된 다른 전기 컴포넌트를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 캐패시터(18)는 ~400V의 전압 정격 및 ~2.2㎌의 캐패시턴스를 갖는 알루미늄 전해 캐패시터일 수 있다. 캐패시터(18)는 단일 캐패시터로서 설명될 수 있지만, 캐패시터(18)는 용량성 요소의 어레이일 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(18)는 병렬 및/또는 직렬로 연결된 용량성 요소의 어레이일 수 있다. 일부 사례에서, 각각의 용량성 요소는 개별 컴포넌트일 수 있지만, 다른 예에서 용량성 요소 각각은 단일 패키지(예를 들어, 캐패시터 어레이) 내에 포함될 수 있다.
일부 예에서, 캐패시터(18)는 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 기생 컴포넌트의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(18)는 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 하나 이상의 전기장에 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이러한 전기장은 예를 들어, 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이에서, 변환기(16)의 하나 이상의 컴포넌트에서, 캐패시터 스위칭 시스템(1)을 연결하는 전도체(예를 들어, 와이어) 사이에서, 캐패시터 스위칭 시스템(1)을 연결하는 트레이스(예를 들어, 인쇄 회로 기판 트레이스) 사이에서 또는 스위칭 시스템(1)의 다른 컴포넌트에서 형성될 수 있다.
캐패시터 모듈(20)은 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압 리플을 감소시키도록 구성될 수 있다. 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 임의의 적절한 개수의 캐패시터 모듈(20)을 이용할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 캐패시터 모듈(20A)을 포함할 수 있으며 캐패시터 모듈(20B-N)을 생략할 수 있다. 일부 사례에서, 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 하나 이상의 캐패시터 모듈(20), 예컨대 캐패시터 모듈(20A-N)을 포함할 수 있다.
아래에서는 캐패시터 모듈(20A)을 설명하지만, 캐패시터 모듈(20A)의 설명은 각각의 캐패시터 모듈(20B-20N)에 적용될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 캐패시터 모듈(20)은 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터 모듈(20) 각각은 전압 추정 유닛(32A)과 유사한 전압 추정 유닛, 스위칭 유닛(34A)과 유사한 스위칭 유닛 및 캐패시터(36A)와 유사한 캐패시터를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 캐패시터 모듈(20)은 상이할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터 모듈(20A)은 스타트업 유닛(38A)을 포함할 수 있지만 캐패시터 모듈(20N)은 스타트업 유닛(38N)을 생략할 수 있다. 도 1의 예에 예시된 바와 같이, 캐패시터 모듈(20A)은 전압 추정 유닛(32A), 스위칭 유닛(34A) 및 캐패시터(36A)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 캐패시터 모듈(20A)은 선택적으로 스타트업 유닛(38A)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 캐패시터 모듈(20) 각각이 각자의 스타트업 유닛(38)을 포함할 수 있음을 보여주지만, 일부 예에서, 단일의 스타트업 유닛이 캐패시터 모듈(20) 각각을 기동하는데 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 스타트업 유닛(38A)은 각 캐패시터 모듈(20A-N)에 포함되어 각 캐패시터 모듈을 기동하는데 사용될 수 있지만 스타트업 유닛(38B-N)은 생략된다.
캐패시터(36A)는 전기 에너지를 전기장에 저장하도록 구성된 전기 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(36A)는 ~100 볼트의 전압 정격 및 ~56㎌의 캐패시턴스를 갖는 알루미늄 전해 캐패시터일 수 있다.
스위칭 유닛(34A)은 스위칭 요소를 포함할 수 있다. 스위칭 요소의 예는 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier, SCR), 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET) 및 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT)를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. FET의 예는 접합 전계효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor, JFET), 금속-산화물-반도체 FET(metal-oxide-semiconductor FET, MOSFET), 듀얼 게이트 MOSFET, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT), 임의의 다른 유형의 FET 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. MOSFET의 예는 PMOS, NMOS, DMOS 또는 임의의 다른 유형의 MOSFET, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. BJT의 예는 PNP, NPN, 헤테로 접합 또는 임의의 다른 유형의 BJT 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 스위칭 유닛(34A)의 스위칭 요소는 하이 사이드(high side) 스위치 또는 로우 사이드(low side) 스위치일 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 예가 전압 제어 요소를 사용하는 스위칭 유닛(34A)을 예시할 수 있지만, 일부 예에서, 스위칭 유닛(34A)은 전류 제어 요소를 사용할 수 있다. 전류 제어 요소의 예는 질화 갈륨(gallium nitride, GaN) MOSFET, BJT 또는 다른 전류 제어 요소를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
일부 예에서, 스타트업 유닛(38A)은 예를 들어 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 마이크로컨트롤러 및/또는 논리 컴포넌트의 부팅 동작을 허용하기 위해 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 스타트업 동작 동안 캐패시터(36A)를 선택적으로 연결할 수 있다. 초기에, 스타트업 유닛(38A)은 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결할 수 있다. 예를 들어, 제로 제어 전압에서 폐쇄 상태에서 동작하는 스타트업 유닛(38A)의 스위치(예를 들어, 공핍 모드 전계효과 트랜지스터)는 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 폐쇄 상태는 스위치가 전류를 양방향으로 흐르게 하는 상태를 말할 수 있다.
다음으로, 스타트업 유닛(38A)은 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결하는 것에 응답하여 캐패시터(36A)의 전압을 추정할 수 있다. 예를 들어, 스타트업 유닛(38A)의 분압기는 캐패시터(36A)의 전압을 분압할 수 있다. 일부 사례에서, 스타트업 유닛(38A)의 분압기는 캐패시터(18A)의 전압을 분압할 수 있다. 또한, 스타트업 유닛(38A)은 캐패시터(35A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 선택적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 스타트업 유닛(38A)의 분압기는 캐패시터(36A)의 전압을 분압하여, 캐패시터(36A)의 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 감소분 전압(예컨대, 80%)을 초과할 때 스위치가 개방 상태에서 동작하도록 할 수 있다. 본 명세서에 사용된 것으로, 개방 상태는 스위치가 한 방향 또는 두 방향으로 전류가 흐르는 것을 못하게 하거나 방지하는 상태를 말할 수 있다. 예를 들어, 개방 상태는 스위치가 한 방향으로 전류가 흐르는 것을 못하게 하거나 방지하지만, 다른 방향(예를 들어, 단일 방향 전류 흐름)의 전류 흐름을 허용하는 상태를 말할 수 있다. 즉, 개방 상태에서 동작하는 스위치는 캐패시터(36A)가 방전되게 하면서 캐패시터(36A)가 충전되지 않게 할 수 있다.
스타트업 유닛(38A)이 생략되는 경우 또는 특별히 구성된 경우, 스위칭 유닛(34A)은 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 돌입 전류를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 스위칭 유닛(34A)은 캐패시터(18)가 충전된 후에 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결할 수 있다. 즉, 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 스타트업 동작 동안, 캐패시터(18)는 큰 돌입 전류를 가질 수 있다. 그래서 캐패시터(18)가 실질적으로 충전되고, 그럼으로써 돌입 전류를 감소시킨 후, 스위칭 유닛(34A)은 캐패시터(36A)를 스위칭 인(switch in)할 수 있다. 이러한 방식으로, 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 스타트업 동작 동안 낮은 돌입 전류를 가질 수 있다. 일부 예에서, 스위칭 유닛(34A)은 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호에 따라 스위칭하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 유닛(34A)은 사이클의 제 1 부분(예를 들어, 하이) 동안 폐쇄 상태에서 동작할 수 있고 사이클의 제 2 부분(예를 들어, 로우) 동안 개방 상태에서 동작할 수 있다.
전압 추정 유닛(32A)은 임의의 적합한 기술을 사용하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다. 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 캐패시터(36A)의 전압을 사용하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다. 일부 예에서, 전압 추정 유닛(32A)은 캐패시터(18)의 전압을 사용하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다. 일부 예에서, 전압 추정 유닛(32A)은 어댑터(2)에 의해 AC 전압원(4)으로부터 직접 수신된 AC 전압을 AC 추정할 수 있다. 일부 예에서, 전압 추정 유닛(32A)은 정류기(10)로부터 출력된 정류된 AC 전압을 사용하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다. 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 정류기(10)로부터 정류된 AC 전압을 직접적으로 검출할 수 있다. 일부 예에서, 전압 추정 유닛(32A)은 변환기(16) 에 의해 사용되는 변압기(예를 들어, 플라이백 변압기)의 변압기 권선의 전압을 사용하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 간접적으로 추정할 수 있다.
전압 추정 유닛(32A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정하는 것에 응답하여, 전압 추정 유닛(32A)은 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하는지를 판정할 수 있다. 일부 예에서, 전압 문턱치는 감소분 또는 캐패시터(36A)의 전체 전압 정격의 백분율일 수 있다. 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 추정된 전압이 ~80%, ~90%, ~100% 또는 캐패시터(36A)의 전압 정격의 다른 정의된 백분율보다 크면, 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과한다고 판정할 수 있고, 전압 추정 유닛(32A)은 추정된 전압이 ~80%, ~90%, ~100% 또는 캐패시터(36A)의 전압 정격의 다른 정의된 백분율보다 작으면, 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다고 판정할 수 있다. 일부 예에서, 히스테리시스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 감소함에 따라, 전압 문턱치는 캐패시터(36A)의 전압 정격의 제 1 양(예를 들어, 5 % 내지 50%)만큼 줄어들 수 있고, 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 증가함에 따라, 전압 문턱치는 캐패시터(36A)의 전압 정격의 히스테리시스 윈도우(예를 들어 ~1% 내지 50%)만큼 제 1 양보다 더 감소될 수 있다.
전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하는 것으로 전압 추정 유닛(32A)이 판정하는 것에 응답하여, 스위칭 유닛(34A)은 개방 상태에서 동작하여, 캐패시터(36A)가 전압 문턱치를 초과하지 못하도록 할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 유닛(34A)은 전압 추정 유닛(32A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치(예를 들어, 캐패시터(36A)의 전압 정격의 ~80%)를 초과한다는 판정에 응답하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)와 분리하도록 개방 상태에서 동작할 수 있다.
한편, 스위칭 유닛(34A)은 전압 추정 유닛(32A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 스위칭 유닛(34A)은 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 선택적으로 연결함으로써 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 더 구체적으로, 스위칭 유닛(36A)은 전압 추정 유닛(32A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결하도록 폐쇄 상태에서 동작할 수 있다. 앞에서 언급된 바와 같이, 히스테리시스는 예를 들어 제 1 전압 문턱치(예를 들어, ~70%)를 사용하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결하며 제 2 전압 문턱치(예를 들어, ~80%)를 사용하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)와 분리하는데 사용될 수 있다.
다수의 캐패시터 모듈(20)이 사용되는 경우, 캐패시터 모듈(20)은 캐패시터(36)가 "단계적으로 사용(stepped in)"되도록 상이한 추정 전압에서 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 전압 추정 유닛(32B)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 ~100V로 추정한다면, 캐패시터 모듈(20A)은 캐패시터(36A)를 연결할 수 있다. 그 다음, 전압 추정 유닛(32B)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 ~90V로 추정한다면, 캐패시터 모듈(20B)은 캐패시터(36B)를 연결할 수 있다. 또한, 전압 추정 유닛(32B)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 ~80V로 추정한다면, 캐패시터 모듈(20C)은 캐패시터(36B)를 연결할 수 있고, 기타 등등으로 연결할 수 있다. 이러한 방식으로, 캐패시터 모듈(20)은 설계된 방식으로 전압 리플을 만들고 및/또는 겉보기 등가 직렬 레지스턴스 및 FET Rds(on)를 감소하는데 사용될 수 있는 다수의 병렬 브랜치를 형성할 수 있다.
일부 예에서, 캐패시터(36A-36N)(일괄하여 "캐패시터(36)")는 상이한 구조적 요소일 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(36)는 상이한 캐패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(36A)는 캐패시터(36B)(예를 들어 ~15㎌)보다 높은 캐패시턴스(예를 들어, ~22㎌)를 가질 수 있고, 캐패시터(36B)는 캐패시터(36C)(예를 들어, ~10㎌)보다 큰 캐패시턴스를 가질 수 있고, 기타 등등일 수 있다. 일부 예에서, 캐패시터(36)는 상이한 전압 정격을 가질 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(36A)는 캐패시터(36B)(예를 들어 ~100볼트)보다 높은 전압 정격(예를 들어 ~160볼트)을 가질 수 있고, 캐패시터(36B)는 캐패시터(36C)(예를 들어 ~63볼트)보다 높은 전압 정격을 가질 수 있고, 기타 등등일 수 있다. 이러한 방식으로, 캐패시터(36)는 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 결과적인 부피를 최소화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 다양한 용량성 밀도 유전체, 예를 들어 알루미늄, 세라믹 또는 다른 유형의 유전체가 사용될 수 있다. 일부 예에서, 설명된 하나 이상의 기술은 세라믹 캐패시터와 같은 저밀도 유전체를 선택할 수 있게 할 수 있다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 1 전압 추정 유닛(132)을 예시하는 회로도이다. 도 2는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 정류기(10), 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 도 2의 예에 예시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(100)은 캐패시터(118) 및 캐패시터 모듈(120)을 포함할 수 있다. 캐패시터 모듈(120)은 전압 추정 유닛(132), 스위칭 유닛(134) 및 캐패시터(136)를 포함할 수 있다.
캐패시터(118)는 전기장에 전기 에너지를 저장하도록 구성된 임의의 적합한 전기 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(118)는 400 볼트의 전압 정격 및 2.2㎌의 캐패시턴스를 갖는 알루미늄 전해 캐패시터일 수 있다. 캐패시터(118)가 단일 캐패시터로서 예시될 수 있지만, 캐패시터(118)는 용량성 요소의 어레이일 수 있다. 도시된 바와 같이, 캐패시터(118)는 전압 레일(12)에 연결된 제 1 노드(예를 들어, 양극성(positive)) 및 기준 노드(14)에 연결된 제 2 노드(예를 들어, 음극성(negative))를 갖는다. 일부 예에서, 캐패시터(118)는 생략될 수 있다.
스위칭 유닛(134)은 전압 제어 회로 요소(150)를 포함할 수 있다. MOSFET 기호가 도 2에서 전압 제어 회로 요소(150)로서 도시되지만, 전압에 의해 제어되는 임의의 전기 디바이스가 도 2에서 설명된 바와 같은 MOSFET 대신에 사용될 수 있다. 또한, 전압 제어 회로 요소(150)가 하이 사이드 스위치로서 도시될 수 있지만, 일부 예에서, 전압 제어 회로 요소(150)는 로우 사이드 스위치일 수도 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(150)는 전압 레일(12)에 연결된 제 1 노드(152)(예를 들어, 드레인), 제 2 노드(154)(예를 들어, 소스) 및 제어 노드(156)(예를 들어, 게이트)를 포함할 수 있다. 공핍 FET는 전압 제어 회로 요소(150)로서 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 실시예가 스위칭 유닛(134)을 전압 제어 요소를 사용하여 예시할 수 있지만, 일부 예에서, 스위칭 유닛(134)은 전류 제어 요소를 사용할 수 있다. 전류 제어 요소의 예는 질화 갈륨(GaN) MOSFET, BJT 또는 다른 전류 제어 요소를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
캐패시터(136)는 전기 에너지를 전기장에 저장하도록 구성된 임의의 적합한 전기 컴포넌트일 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(136)는 ~100V의 전압 정격 및 ~22㎌의 캐패시턴스를 갖는 알루미늄 전해 캐패시터일 수 있다. 캐패시터(136)가 단일 캐패시터로서 예시될 수 있지만, 캐패시터(136)는 용량성 요소의 어레이일 수 있다. 도시된 바와 같이, 캐패시터(136)는 전압 제어 회로 요소(150)의 제 2 노드(154)에 연결된 제 1 노드(예를 들어, 양극성) 및 기준 노드(14)에 연결된 제 2 노드(예를 들어, 음극성)를 포함한다.
전압 추정 유닛(132)은 스위칭 유닛(134)을 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 선택적으로 동작시키기 위해 분압기로서 구성된 제 1 저항성 요소(170) 및 제 2 저항성 요소(172)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 저항성 요소(170)는 전압 제어 회로 요소(150)의 제 2 노드(154) 및 캐패시터(136)의 제 1 노드(예를 들어, 양극성)에 연결된 제 1 노드를 포함할 수 있다. 제 2 저항성 요소는 제 1 저항성 요소(170)의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드(14)에 연결된 제 2 노드를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(150)의 제어 노드(156)는 분압기의 출력, 예를 들어 제 1 저항성 요소(170)의 제 2 노드 및 제 2 저항성 요소(172)의 제 1 노드에 연결될 수 있다.
일부 예에서, 제 1 저항성 요소(170)와 제 2 저항성 요소(172) 사이의 레지스턴스 비율은 캐패시터(136)의 전압에 기초하여 스위칭 유닛(134)을 폐쇄 상태 및 개방 상태로 동작시키도록 선택될 수 있다(예를 들어, 제조업자에 의해 형성되거나, 고객에 의해 프로그래밍되거나 또는 다른 방법이 있을 수 있다). 예를 들어, 캐패시터(136)의 전압이 문턱 전압(예를 들어, 캐패시터(136)의 전압 정격의 ~80%)을 초과하면, 제 1 저항성 요소(170) 및 제 2 저항성 요소(172)에 의한 출력에 의해 제어 노드(156)에 제공되는 전압으로 말미암아 스위칭 유닛(134)의 전압 제어 회로 요소(150)가 개방 상태에서 동작할 수 있도록 하는 비율이 선택될 수 있다. 즉, 개방 상태에서, 전압 제어 회로 요소(150)는 캐패시터(136)를 전압 레일(12)에서 분리시킬 수 있다. 한편, 캐패시터(136)의 전압이 문턱 전압(예를 들어, 캐패시터(136)의 전압 정격의 ~80%) 이내이면, 제 1 저항성 요소(170) 및 제 2 저항성 요소(172)에 의한 출력에 의해 제어 노드(156)에 제공되는 전압으로 말미암아 스위칭 유닛(134)의 전압 제어 회로 요소(150)가 폐쇄 상태에서 동작할 수 있도록 하는 비율이 또한 선택될 수 있다. 즉, 폐쇄 상태에서, 전압 제어 회로 요소(150)는 캐패시터(136)를 캐패시터(118)와 병렬로 연결하여, 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 스위칭 유닛(134)은 캐패시터(136)가 문턱 전압(예를 들어, 캐패시터(136)의 전압 정격)을 초과하지 못하게 하면서, 캐패시터(136)가 문턱 전압 이하의 전압을 가질 때는 캐패시터(136)가 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이에 캐패시턴스를 추가하게 할 수 있다.
도 3a는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 2 전압 추정 유닛(232)을 예시하는 회로도이다. 도 3a는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 도 3a의 예에 도시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(200)은 도 2에서 설명된 바와 같이 캐패시터(118), 캐패시터(136) 및 스위칭 유닛(134)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(200)은 전압 추정 유닛(232)을 포함할 수 있는 캐패시터 모듈(220)을 포함할 수 있다. 전압 추정 유닛(232)은 제 1 저항성 요소(270), 제 2 저항성 요소(272), 비교기(274), 드라이버(276) 및 전압원(278)을 포함할 수 있다. 전압원(278)은 기준 전압을 출력하도록 구성된 임의의 적합한 전압 디바이스일 수 있다.
일부 사례에서, 전압 제어 회로 요소(150)에서 초래된 손실이 감소될 수 있도록 선형 영역 이외에서 스위칭 유닛(134)의 전압 제어 회로 요소(150)를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 전압 제어 회로 요소(150)에서 전력 손실을 감소시키기 위해 완전 폐쇄 상태(예를 들어, 단락 회로) 또는 완전 개방 상태(예를 들어, 개방 회로) 중 어느 하나의 상태에서 전압 제어 회로 요소(150)를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로 전압 추정 유닛(232)은 전압 제어 회로 요소(150)가 전압 제어 회로 요소(150)의 선형 동작 영역 이외에서 동작되는 것을 보장하기 위해 비교기(274)를 포함할 수 있다.
비교기(274)는 두 전압을 비교하여 더 큰 것을 나타내는 디지털 신호(예를 들어, ~5V 또는 ~0V)를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 비교기(274)는 전압원(278)에 의해 생성된 기준 전압을 제 1 저항성 요소(270) 및 제 2 저항성 요소(272)에 의해 형성된 분압기의 전압 출력과 비교하여 어느 것이 더 큰지를 나타내는 디지털 신호를 출력할 수 있다. 더 구체적으로, 제 1 저항성 요소(270)는 전압 레일(12)에 연결된 제 1 노드 및 제 2 노드를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제 1 저항성 요소(272)의 제 1 노드는 캐패시터(136)의 제 1 노드에 연결될 수 있다. 제 2 저항성 요소(272)는 제 1 저항성 요소(270)의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드(14)에 연결된 제 2 노드를 포함할 수 있다. 제 1 저항성 요소(270)의 제 2 노드 및 제 2 저항 요소(272)의 제 1 노드는 비교기(274)의 입력에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 비교기(274)는 디지털 신호(예를 들어, ~5볼트 또는 ~0볼트)만을 출력하여 전압 제어 회로 요소(150)가 선형 동작 영역 내에서 동작하는 것을 방지할 수 있다.
스위칭 유닛(134)은 비교기(274)의 출력에서 생성된 신호에 기초하여, 캐패시터(136)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 선택적으로 연결할 수 있다. 일부 예에서, 비교기(274)의 출력은 전압 제어 회로 요소(150)의 제어 노드(156)에 직접 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 비교기(274)의 출력은 전압 제어 회로 요소(150)의 제어 노드(156)에 연결된 출력을 갖는 드라이버(276)의 입력에 연결될 수 있다. 드라이버(276)는 입력을 받아들여 스위칭 유닛(134)을 개방 상태 또는 폐쇄 상태에서 동작시킬 수 있는 출력을 생성하는 임의의 적합한 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 드라이버(276)는 절연된 (또는 플로팅/레벨 시프트된) 게이트 드라이버일 수 있다.
도 3b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 3 전압 추정 유닛(233)을 예시하는 회로도이다. 도 3b는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 도 3b의 예에 예시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(201)은 도 2에서 설명한 바와 같이 캐패시터(118), 캐패시터(136) 및 스위칭 유닛(134)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(201)은 전압 추정 유닛(233)을 포함할 수 있는 캐패시터 모듈(221)을 포함할 수 있다. 도 3a의 전압 추정 유닛(232)과 유사하게, 전압 추정 유닛(233)은 제 1 저항성 요소(270), 제 2 저항성 요소(272), 비교기(274), 드라이버(276), 전압원(278)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 추정 유닛(233)은 또한 저항성 요소(280)를 포함할 수 있다. 저항성 요소(280)는 저항성 요소(280)의 제 1 노드를 비교기(274)의 출력에 연결함으로써 그리고 저항성 요소(280)의 제 2 노드를 제 1 저항성 요소(270) 및 제 2 저항성 요소(272)에 의해 형성된 분압기의 출력에 연결함으로써, 히스테리시스 제어를 제공할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 4 전압 추정 유닛(332) 및 예시적인 변환기(316)를 예시하는 회로도이다. 도 4a 및 도 4b는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 예에 예시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(300)은 도 2에서 설명된 바와 같이 캐패시터(118), 캐패시터(136) 및 스위칭 유닛(134)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 캐패시터 모듈(320)은 제 1 저항성 요소(370), 제 2 저항성 요소(372), 드라이버(376) 및 제어기(378)를 포함할 수 있는 전압 추정 유닛(332)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 변환기(316)는 제 1 변압기 권선(374A), 제 2 변압기 권선(374B) 및 제 3 변압기 권선(374C)(일괄하여 "변압기(374"))을 갖는 플라이백 변환기일 수 있다. 변환기(316)는 다이오드(390 및 391), 캐패시터(392 및 393), 전압 제어 회로 요소(394) 및 저항성 요소(397 및 397)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 변환기(316)의 전압 제어 회로 요소(394)는 링크(318)를 통해 전압 추정 유닛(332)의 제어기(378)에 의해 제어된다. 또한, 실시예가 전압 제어 요소를 사용하는 변환기(316)를 예시할 수 있지만, 일부 예에서, 변환기(316)는 전류 제어 요소를 사용될 수 있다.
제어기(378)는 스위칭 유닛(134)을 제어하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압 리플을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 제어기(378)는 스위치 모드 전력 변환기를 제어하도록 구성된 스위치 모드 전력 공급 장치(switched-mode power supply, SMPS) 제어기, 예를 들면, 플라이백 제어기일 수 있다. 일부 예에서, 제어기(378)는 아날로그 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(378)는 프로세서 코어, 메모리, 입력 및 출력을 포함하는 단일의 집적 회로상의 마이크로컨트롤러일 수 있다. 예를 들어, 제어기(378)는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하는 하나 이상의 프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA), 또는 임의의 다른 등가의 집적 회로 또는 이산적 논리 회로뿐만 아니라 그러한 컴포넌트의 임의의 조합을 포함할 수 있다. "프로세서" 또는 "프로세싱 회로"라는 용어는 일반적으로 단독의 전술한 논리 회로 또는 다른 논리 회로와 조합한 전술한 논리 회로 또는 임의의 다른 등가 회로 중 어느 것을 말할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(378)는 하나 이상의 아날로그 컴포넌트 및 하나 이상의 디지털 컴포넌트의 조합일 수 있다. 도시된 바와 같이, 제어기(378)는 제 1 저항성 요소(370)의 제 2 노드와 제 2 저항성 요소(372)의 제 1 노드에 연결된 제 1 입력(380), 제 2 저항성 요소(372)의 제 2 노드에 연결된 제 2 입력(382), 제 1 출력(384) 및 링크(318)를 통해 전압 제어 회로 요소(394)에 연결된 제 2 출력(385)을 포함할 수 있다.
변압기(374)는 캐패시터(118)의 전압을 간접적으로 측정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 변압기(374)는 전압 레일(12)에 연결된 제 1 노드와 전압 제어 회로 요소(394)의 제 1 노드에 연결된 제 2 노드를 포함하는 권선(374A), 제 1 저항성 요소(370)의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드와 제어기(378)의 제 2 입력(382)에 연결된 제 2 노드를 포함하는 권선(374B), 및 다이오드(390)를 통해 부하(6)의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드와 부하(6)의 제 2 노드 부하(6)의 제 2 노드에 연결된 제 2 노드를 갖는 권선(374C)을 포함한다.
스위칭 유닛(134)은 제어기(378)의 출력(384)상에 생성된 신호에 기초하여, 캐패시터(136)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 선택적으로 연결할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(378)의 출력(384)은 전압 제어 회로 요소(150)의 제어 노드(156)에 직접 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제어기(378)의 출력(384)은 전압 제어 회로 요소(150)의 제어 노드(156)에 연결된 출력을 갖는 드라이버(376)의 입력에 연결될 수 있다. 드라이버(376)는 도 3의 드라이버(276)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 드라이버(376)는 절연된 (또는 플로팅/레벨 시프트된) 게이트 드라이버일 수 있다.
일부 예에서, 제어기(378)는 돌입 전류를 감소시키기 위해 캐패시터(136) 및 캐패시터(118)를 프리-차지(pre-charge)할 수 있다. 예를 들어, 제어기(378)는 캐패시터(118)가 완전히 충전되었는지를 판정될 수 있다. 캐패시터(118)가 완전히 충전되었다는 판정에 응답하여, 제어기(378)는 캐패시터(136)의 프리차징을 개시할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(378)는 펄스 폭 변조를 사용하여 캐패시터(136)를 프리차징할 수 있다. 이러한 방식으로, 캐패시터 스위칭 시스템(300)의 돌입 전류가 감소될 수 있다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 스타트업 유닛(438) 및 예시적인 과전압 요소(486)를 예시하는 회로도이다. 도 5는 도 1의 캐패시터 모듈(20A)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 도 5의 예에서, 캐패시터 스위칭 시스템(400)은 도 1에서 설명한 바와 같이 전압 레일(12), 기준 노드(14), 전압 추정 유닛(32A), 스위칭 유닛(34A) 및 캐패시터(36A)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(400)은 스타트업 유닛(438)을 포함할 수 있다. 스타트업 유닛(438)이 캐패시터 모듈(20A)에 구현되는 것으로 설명되지만, 스타트업 유닛(438)은 임의의 개수의 캐패시터 모듈(20)에 구현될 수 있다. 예를 들어, 스타트업 유닛(438)은 캐패시터 모듈(20A, 20B, 20C) 등에 사용될 수 있다. 또한, 스타트업 유닛(438)은 각각의 캐패시터 모듈(20)에 구현될 수 있지만, 스타트업 유닛(438)은 캐패시터 모듈(20) 중 하나(예를 들어, 캐패시터 모듈(20A))에 구현되어 모든 캐패시터 모듈(20)을 기동하도록 구성될 수 있다.
스타트업 유닛(438)은 전압 제어 회로 요소(480), 제 1 저항성 요소(482), 제 2 저항성 요소(484) 및 과전압 요소(486)를 포함할 수 있다. 스타트업 유닛(438)은 캐패시터 스위칭 시스템(400)의 스타트업 동작 동안 캐패시터(36A)를 충전하기 위해 캐패시터(36A)를 연결하도록 구성될 수 있다. 스타트업 동작의 예는 비교기(예를 들어, 도 3의 비교기(274)), 제어기(예를 들어, 도 4a의 제어기(378)) 또는 다른 컴포넌트가 동작될 전력을 갖지 않는 사례를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 전압 제어 회로 요소(480)는 캐패시터(36A)가 문턱 전압(예를 들어, 캐패시터(36A)의 전압 정격의 80%)을 초과하는 전압을 갖지 않게 하면서 캐패시터(36A)가 입력 전력을 수신하자마자 스타트업 동작 중에 충전을 시작하게 할 수 있다. 또한, 예에서는 전압 제어 요소를 사용하는 스타트업 유닛(438)을 예시할 수 있지만, 일부 예에서, 스타트업 유닛(438)은 전류 제어 요소를 사용할 수 있다.
MOSFET 심볼이 도 5에서 전압 제어 회로 요소(480)로서 도시되지만, 전압에 의해 제어되는 임의의 전기 디바이스는 도 5에서 설명된 바와 같이 MOSFET 대신에 사용될 수 있다. 또한, 전압 제어 회로 요소(480)가 하이 사이드 스위치로서 예시되지만, 일부 예에서, 전압 제어 회로 요소(480)는 로우 사이드 스위치일 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(480)는 전압 레일(12)에 연결된 제 1 노드(492)(예를 들어, 드레인), 캐패시터(36A)의 제 1 노드(예를 들어, 양극성)에 연결된 제 2 노드 제어 노드(490)(예를 들어, 소스) 및 제어 노드(496)(예를 들어, 게이트)를 포함할 수 있다. 전압 제어 회로 요소(480)로서 공핍 FET가 사용될 수 있음을 알아야 한다.
제 1 저항성 요소(482) 및 제 2 저항성 요소(484)는 스타트업 동작 중에 전압 제어 회로 요소(480)를 구동하는 분압기를 형성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 저항성 요소(482)는 전압 제어 회로 요소(480)의 제 2 노드(490)에 연결된 제 1 노드 및 전압 제어 회로 요소(480)의 제어 노드(496)에 연결된 제 2 노드를 포함할 수 있다. 제 2 저항성 요소(484)는 전압 제어 회로 요소(480)의 제어 노드(496)에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드(14)에 연결된 제 2 노드를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 제 1 저항성 요소(482)와 제 2 저항성 요소(484) 사이의 레지스턴스의 비율은 캐패시터(36A)의 전압에 기초하여 전압 제어 회로 요소(480)를 폐쇄 상태 또는 개방 상태에서 동작시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 전압 제어 회로 요소(480)는 제 1 저항성 요소(482) 및 제 2 저항성 요소(484)의 출력이 전압 제어 회로 요소(480)의 턴-온 문턱치보다 아래이면 폐쇄 상태에서 동작할 수 있고 전압 제어 회로 요소(480)는 제 1 저항성 요소(482) 및 제 2 저항성 요소(484)의 출력이 전압 제어 회로 요소(480)의 턴-온 문턱치보다 높으면 개방 상태에서 동작할 수 있다.
과전압 요소(486)는 캐패시터(36A)의 과전압으로 인한 비안전 고장(unsafe failure)을 방지하도록 구성될 수 있다. 과전압 요소(486)의 예는 산화 금속 배리스터(metal oxide varistor, MOV), 과도 전압 억제(transient-voltage-suppression) 다이오드, 항복 다이오드, 클램핑 디바이스, 제너 다이오드, 과도 전압 억제기, 쇼트키 다이오드, 임의의 다른 유형의 전압 억제기 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 도시된 바와 같이, 과전압 요소(486)는 기준 노드(14)에 연결된 애노드 및 캐패시터(36A)의 제 1 노드(예를 들어, 양극성)에 연결된 캐소드를 가질 수 있다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 정류기(510)를 예시하는 회로도이다. 도 6은 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다.
정류기(510)는 입력(592)에서 AC 전압을 수신하며 출력(594)에서 실질적으로 DC(예를 들어 정류된) 전압을 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 입력(592)에서는 AC 전압원(4)으로부터 ~60Hz의 ~120VAC를 수신할 수 있으며, 출력(594)에서는 도 1의 캐패시터(18) 및 캐패시터 모듈(20)과 함께, 입력(592)에서 수신된 ~120Hz 발진을 갖는 AC 전압 리플이 작은 실질적으로 DC 전압을 제공할 수 있다.
도 7은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 전압 리플(600)을 예시하는 다이어그램이다. 도 7은 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 예를 들어, 도 6의 정류기(510)에 의해 출력된 정류된 신호(602)는 0볼트 내지 120볼트에 걸쳐 리플을 가질 수 있다. 정류된 신호(602)는 캐패시터(18)가 매우 작거나 아니면 전혀 캐패시턴스를 갖지 않을 수 있고 캐패시터(36A-N)가 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)로부터 분리된 사례에서 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 일 예를 나타낼 수 있다.
일단 정류된 신호(602)가 전압 문턱치(608) 아래이면, 하나 이상의 캐패시터 모듈(20)은 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이에 캐패시터(36A-N)를 연결하기 위해 폐쇄 상태에서 동작하며, 이에 따라 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 캐패시터(36A-N)는 전압 리플을 감소시켜서 최소 전압(606)(예를 들어 ~88볼트)과 정류된 신호(602)의 최대 전압(예를 들어, ~120볼트) 사이에 놓이게 하며, 이에 따라 리플 신호(604)를 낮출 수 있다.
도 8은 본 개시에 따라 회로에 의해 수행될 수 있는 기술과 일치하는 흐름도이다. 단지 예시의 목적을 위해, 예시적인 동작은 도 1에 도시된 바와 같이, 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(10), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시킬 수 있다. 아래에서는 캐패시터 모듈(20A)을 설명하지만, 캐패시터 모듈(20A)의 설명은 캐패시터 모듈(20) 각각에 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 일부 예에서, 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 캐패시터 모듈(20) 중 하나, 예를 들어 캐패시터 모듈(20A)을 포함할 수 있지만, 다른 사례에서 캐패시터 스위칭 시스템(1)은 다수의 캐패시터 모듈, 예를 들어 캐패시터 모듈(20A-20B), 캐패시터 모듈(20A-20C), 캐패시터 모듈(20A-20N) 또는 캐패시터 모듈(20)의 다른 조합을 포함할 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 스타트업 유닛(38A)은 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결할 수 있다(702). 예를 들어, 도 5의 전압 제어 회로 요소(480)(예를 들어, 공핍 모드 MOSFET)는 초기에 폐쇄 상태에서 동작할 수 있다. 그 다음, 스타트업 유닛(38A)은 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결하는 것에 응답하여 캐패시터(36A)의 전압을 추정할 수 있다(704). 예를 들어, 도 5의 제 1 저항성 요소(482) 및 제 2 저항성 요소(484)는 전압을 출력하는 분압기를 형성할 수 있다. 그 다음에, 스타트업 유닛(38A)은 캐패시터(36A)의 추정된 전압에 기초하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 선택적으로 연결한다(706). 예를 들어, 도 5의 제 1 저항성 요소(482) 및 제 2 저항성 요소(484)에 의해 형성된 분압기는 캐패시터(36A)의 전압을 분압하여 캐패시터(36A)의 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 80%를 초과할 때 도 5의 전압 제어 회로 요소(480)가 개방 상태에서 동작하도록 한다.
스타트업 유닛(38A)이 캐패시터(36A)를 선택적으로 연결한 후, 전압 추정 유닛(32A)은 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다(708). 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 캐패시터(36A)의 전압을 직접 검출함으로써 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다. 일부 사례에서, 전압 추정 유닛(32A)은 캐패시터(18)의 전압을 간접적으로 검출함으로써 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정할 수 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b의 변압기(374)는 캐패시터(118)의 전압을 수신하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압에 비례하는 전압을 출력할 수 있다. 일부 사례에서, 전압 추정 유닛(32A)은 AC 전압원(4) 및/또는 정류기(10)에 의해 출력된 전압을 직접 또는 간접적으로 검출할 수 있다.
일단 전압 추정 유닛(32A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압을 추정하면, 전압 추정 유닛(32A)은 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 제 1 전압 문턱치를 초과하지 않는다고 판정될 수 있다(710). 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 추정된 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 80%보다 작으면 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 제 1 전압 문턱치를 초과하지 않는다고 판정할 수 있다. 더 구체적으로, 도 2의 제 1 저항성 요소(170)와 제 2 저항성 요소(172)의 비율은 추정된 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 80%보다 크면 논리 '1'에 대응하는 전압을 출력할 수 있다. 일부 예에서, 도 3의 비교기(274)는 추정된 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 80%보다 크면 논리 '1'에 대응하는 전압을 출력할 수 있다. 일부 예에서, 도 4a의 제어기(378)는 추정된 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 80%보다 크면 출력(384)에서 논리 '1'에 대응하는 전압을 출력할 수 있다.
전압 유닛(32A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 전압이 제 1 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여, 스위칭 유닛(34A)은 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다(712). 예를 들어, 스위칭 유닛(34A)은 폐쇄 상태에서 동작하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)에 연결할 수 있다.
일단 스위칭 유닛(34A)이 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 증가시키면, 스위칭 유닛(34A)은 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)의 전압이 제 2 전압 문턱치를 초과한다는 판정에 응답하여 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 분리할 수 있다(714). 예를 들어, 추정된 전압이 캐패시터(36A)의 전압 정격의 90%보다 크다고 전압 추정 유닛(32A)이 판정하는 것에 응답하여, 스위칭 유닛(34A)은 개방 상태에서 동작하여 캐패시터(36A)를 전압 레일(12) 및 기준 노드(14)로부터 분리시킬 수 있다.
도 9a는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 1 배전압(voltage doubler) 정류기(810)를 예시하는 회로도이다. 도 9a는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술에 따르면, AC 전압원(4)에 의해 공급된 정류된 AC 전압을 사용하여 단일 캐패시터를 충전하는 대신, 제 1 배전압 정류기(810)는 AC 전압원(4)에 의해 공급된 정류된 AC 전압을 사용하여 다수의 캐패시터를 개별적으로 충전하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 배전압 정류기(810)는 AC 전압원(4)에 의해 공급된 피크 전압보다 큰 피크 전압을 출력할 수 있다. 또한, 변환기(16)는 수신된 전압이 증가함에 따라 효율이 증가할 수 있기 때문에, 제 1 배전압 정류기(810)는 변환기(16)의 효율을 개선할 수 있고, 이것은 어댑터(802)의 전체 효율을 개선할 수 있다.
도 9a의 예에서 예시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(800)은 제 1 배전압 정류기(810) 및 변환기(16)를 포함하는 어댑터(802)를 포함할 수 있다. 배전압이라고 지칭하지만, 배전압 스위칭 시스템(800)은 수신된 것보다 높은 피크 전압을 출력하도록 구성된 시스템과 관련이 있을 수 있다. 예를 들어, 배전압 스위칭 시스템(800)은 AC 전압원(4)에 의해 수신된 피크 전압보다 ~10%, ~20%, ~40%, ~60% 또는 달리 정의된 백분율의 더 높은 피크 전압을 변환기(16)에 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 배전압 정류기(810)는 드라이버(811), 라인 상태 유닛(813), 정류기(815) 및 캐패시터(821)와 캐패시터(823)를 포함하는 직렬 스트링(819)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 캐패시터(821) 및/또는 캐패시터(832)는 유니폴라(unipolar)일 수 있거나 아니면 (예를 들어, 하나의 양극성 노드 및 하나의 음극성 노드로 구성된) 극성(polar)일 수 있다. 일부 예에서, 캐패시터(821) 및/또는 캐패시터(832)는 (예를 들어, 어느 한 노드가 양극성 노드일 수 있는 두 개의 노드로 구성된) 바이폴라(bipolar)일 수 있다.
정류기(815)는 AC 전압원(4)으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 AC 전압을 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이에 공급하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 정류기(815)는 기준 노드(14)에 연결된 애노드 및 AC 전압원(4)의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함하는 다이오드(831), AC 전압원(4)의 제 2 노드에 연결된 애노드 및 전압 레일(12)에 연결된 캐소드를 포함하는 다이오드(833) 및 AC 전압원(4)의 제 1 노드에 연결된 애노드 및 전압 레일(12)에 연결된 캐소드를 포함하는 다이오드(835)를 포함한다.
스위칭 유닛(817)은 직렬 스트링(819)의 피크 전압이 AC 전압원(4)에 의해 공급된 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 캐패시터(821) 및 캐패시터(823)를 선택적으로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 유닛(817)은 전압 제어 회로 요소(841) 및 전압 제어 회로 요소(843)를 포함한다. MOSFET 심볼이 도 9a에서 전압 제어 회로 요소(841) 및 전압 제어 회로 요소(843)로서 도시되지만, 전압에 의해 제어되는 임의의 전기 디바이스가 도 9a에 설명된 바와 같은 MOSFET 대신 사용될 수 있다. 또한, 예에서는 전압 제어 요소를 사용하는 스위칭 유닛(817)을 예시할 수 있지만, 일부 예에서, 스위칭 유닛(817)은 전류 제어 요소를 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(841)는 AC 전압원(4)의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드(예를 들어, 드레인), 캐패시터(821)의 제 2 노드에 연결된 제 2 노드(예를 들어, 소스) 및 제어 노드(예를 들어, 게이트)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(843)는 캐패시터(821)의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드(예를 들어, 드레인), 기준 노드(14)에 연결된 제 2 노드(예를 들어, 소스) 및 제어 노드(예를 들어, 게이트)를 포함할 수 있다. 공핍 FET가 전압 제어 회로 요소(841) 및/또는 전압 제어 회로 요소(843)로서 사용될 수 있음을 알아야 한다. 일부 사례에서, 전압 제어 회로 요소(841)는 정류기(815)에서 다이오드를 생략한 (예를 들어, 다이오드(831, 833 및 835)만을 포함하는) 진성 다이오드를 포함할 수 있다. 또한, 전압 제어 회로 요소(843)는 진성 다이오드가 바이패스되도록 스위칭될 수 있고, 그럼으로써 어댑터(802)의 효율을 개선할 수 있다.
본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술에 따르면, 배전압 스위칭 시스템(800)은 전압 제어 회로 요소(841) 및/또는 전압 제어 회로 요소(843)가 양방향 블로킹보다는 단방향 블로킹을 사용하게 할 수 있다. 예를 들어, 전압 제어 회로 요소(841)는 전압 제어 회로 요소(841)의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치(예를 들어, 턴-온 전압)를 만족시킬 때 전압 제어 회로 요소(841)의 제 1 노드로부터 전압 제어 회로 요소(841)의 제 2 노드로 전류가 흐를 수 있도록 구성될 수 있으며 전압 제어 회로(841)의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시키지 않을 때 전압 제어 회로(841)의 제 1 노드로부터 전압 제어 회로 요소(841)의 제 2 노드로 전류가 흐르지 않도록 구성될 수 있고, 전압 제어 회로 요소(841)는 전압 제어 회로 요소(841)의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시키지 않을 때 그리고 전압 제어 회로 요소(841)의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시킬 때 전압 제어 회로 요소(841)의 제 2 노드로부터 전압 제어 회로 요소(841)의 제 1 노드로 전류가 흐르게 하도록 구성된다. 이와 같이, 전압 제어 회로 요소(841) 및/또는 전압 제어 회로 요소(843)는 기계적 릴레이 대신 진성 몸체 다이오드를 갖는 단일의 MOSFET 또는 백-투-백 구성의 두 개의 MOSFET로서 각각 구현될 수 있으며, 이에 따라 배전압 스위칭 시스템(800)의 복잡성, 비용, 크기 및/또는 저항성 손실을 줄일 수 있다. 더욱이, 아래에서 추가 설명되는 바와 같이, 단방향 블로킹으로서 전압 제어 회로 요소(841) 및/또는 전압 제어 회로 요소(843)를 구현하게 되면 하프-브리지 드라이버(half bridge driver)(800)로 하여금 스위칭을 제어할 수 있게 사용할 수 있으며, 이에 따라 배전압 스위칭 시스템(800)의 비용 및 복잡성을 추가로 감소시킬 수 있다.
드라이버(811)는 배전압 스위칭 시스템(800)의 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인(high-line)) 동안 전압 제어 회로 요소(841)를 개방 상태에서 동작시키며 전압 제어 회로 요소(843)를 폐쇄 상태에서 동작시키도록 구성될 수 있으며, 배전압 스위칭 시스템(800)의 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인(low-line)) 동안 전압 제어 회로 요소(841)를 폐쇄 상태에서 동작시키며 전압 제어 회로 요소(843)를 개방 상태에서 동작시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 드라이버(811)는 전압 제어 회로 요소(841)에 대해 논리 '0' 게이트 신호를 발생하며 전압 제어 회로 요소(843)에 대해 논리 '1' 게이트 신호를 발생하는 제 1 상태 또는 전압 제어 회로 요소(841)에 대해 논리 '1' 게이트 신호를 발생하며 전압 제어 회로 요소(843)에 대해 논리 '0' 게이트 신호를 발생하는 제 2 상태 중 하나의 상태에서 동작할 수 있다. 도시된 바와 같이, 드라이버(811)는 하프-브리지 드라이버(851), 캐패시터(853), 캐패시터(855), 전압원(857) 및 다이오드(859)를 포함할 수 있다. 전압원(857)은 전압 제어 회로 요소(841) 및/또는 전압 제어 회로 요소(843)를 턴온하도록 구성된 임의의 적합한 전압 디바이스일 수 있다. 하프-브리지 드라이버(851)는 전압 제어 회로 요소(843)를 스위칭하기 위해 캐패시터(855)를 전압 제어 회로 요소(843)의 제어 노드에 선택적으로 연결할 수 있으며 전압 제어 회로 요소(841)를 스위칭하기 위해 캐패시터(853)를 전압 제어 회로 요소(841)의 제어 노드에 선택적으로 연결할 수 있다. 일부 예에서, 드라이버(811)는 하나 이상의 전압 추정 유닛을 사용하여 제어될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 스위칭 유닛(34A), 캐패시터(36A) 및 스타트업 유닛(38A)을 생략했음에도 AC 전압, AC 정류된 전압 또는 다른 전압의 라인 레벨이 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인) 또는 제 2 상태(예컨대, 로우-라인)와 일치하는지를 판정하는데 사용될 수 있다.
라인 상태 유닛(813)은 드라이버(811)를 제어하여 배전압 스위칭 시스템(800)을 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인) 또는 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인)에서 동작시키도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 라인 상태 유닛(813)은 아날로그 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 라인 상태 유닛(813)은 프로세서 코어, 메모리, 입력 및 출력을 포함하는 단일 집적 회로상의 마이크로컨트롤러일 수 있다. 일부 예에서, 라인 상태 유닛(813)은 하나 이상의 아날로그 컴포넌트와 하나 이상의 디지털 컴포넌트의 조합일 수 있다.
본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술에 따르면, AC 전압원(4)과 병렬로 단일 캐패시터를 충전하며 단일 캐패시터 양단의 전압을 변환기(16)에 공급하는 대신, 배전압 스위칭 시스템(800)은 한 세트의 캐패시터의 각 캐패시터를 AC 전압원(4)으로 충전하고 변환기(16)에 캐패시터의 직렬 스트링 양단의 전압을 공급할 수 있다. 일부 예에서, 배전압 스위칭 시스템(800)의 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인) 동안, AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 캐패시터(821)를 충전하며 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 캐패시터(821)를 충전한다. 일부 예에서, 배전압 스위칭 시스템(800)의 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인) 동안, AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 캐패시터(821)를 충전하고 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 캐패시터(823)를 충전한다. 이러한 방식으로, 변환기(16)는 직렬 스트링(819)으로부터, AC 전압원(4)에 의해 공급되는 전압보다 높은 전압을 수신할 수 있고, 이것은 변환기(16)의 효율을 개선할 수 있고, 그에 따라 어댑터(802)의 배전압 스위칭 시스템(800)을 개선할 수 있다. 더욱이, 배전압 스위칭 시스템(800)은 전압 제어 회로 요소(843) 및 캐패시터(823)가 AC 전압원(4)에 의해 공급되게 전체 입력 전압의 절반인 전압 정격을 갖게 하며, 이렇게 함으로써, 어댑터(802)의 부피를 더 줄일 수 있다.
도 9b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 2 배전압 정류기(812)를 예시하는 회로도이다. 도 9b는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다. 도 9b의 예에 예시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(801)은 도 9a에서 설명한 바와 같이, 정류기(815), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819) 및 드라이버(811)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(801)의 어댑터(803)는 도 9a의 스위칭 유닛(817) 대신에 스위칭 유닛(818)을 포함할 수 있다. 도 9a의 스위칭 유닛(817)과 유사하게, 스위칭 유닛(818)은 전압 제어 회로 요소(843)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 유닛(818)은 전압 제어 회로 요소(843) 대신에 다이오드(844)를 포함할 수 있다. 다이오드(844)는 기준 노드(14)에 연결된 애노드 및 캐패시터(821)의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함할 수 있다.
도 9c는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 3 배전압 정류기(850)를 예시하는 회로도이다. 도 9c는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다. 도 9c에 예시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(861)은 도 9a에서 설명한 바와 같이 정류기(815), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819) 및 드라이버(811)를 포함한다. 도 9c의 예에서, 직렬 스트링(819)의 캐패시터(823)는 바이폴라(예를 들어, 세라믹, 폴리에스테르 필름(예를 들어, MYLAR) 또는 다른 바이폴라 캐패시터)이다. 도시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(861)의 어댑터(852)는 도 9a의 스위칭 유닛(817) 대신에 스위칭 유닛(816)을 포함할 수 있다. 스위칭 유닛(816)은 도 9a의 스위칭 유닛(817)과 유사하게, 전압 제어 회로 요소(841)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 유닛(816)은 직렬 스트링(819)의 캐패시터(823)가 바이폴라이기 때문에 전압 제어 회로 요소(843)를 생략할 수 있다.
도 10은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 라인 상태 유닛(863)을 예시하는 회로도이다. 라인 상태 유닛(863)은 드라이버(811)를 제어하여 배전압 스위칭 시스템(862)을 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인) 또는 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인)에서 동작시키도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 라인 상태 유닛(863)은 저항성 요소(865) 및 저항성 요소(866)에 의해 형성되는 AC 전압원(4)의 전압을 나타내는 제 1 분압기, 저항성 요소(867) 및 저항성 요소(868)에 의해 형성된 기준 전압을 나타내는 제 2 분압기, 비교기(871) 및 상태 머신(873)을 포함할 수 있다.
상태 머신(873)은 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인)에서 시작하여 도 9a에 도시된 바와 같이 드라이버(811)의 캐패시터(853)가 (예를 들어, 1 밀리초 동안) 충전된 다음 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인)로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 캐패시터(853)는 드라이버(811)가 전압 제어 회로 요소(841)를 확실하게 턴 온할 수 있도록 완전 충전될 수 있다. 상태 머신(873)은 아날로그 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상태 머신(873)은 프로세서 코어, 메모리, 입력 및 출력을 포함하는 단일 집적 회로상의 마이크로컨트롤러일 수 있다. 일부 예에서, 상태 머신(873)은 하나 이상의 아날로그 컴포넌트와 하나 이상의 디지털 컴포넌트의 조합일 수 있다.
도 11a는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 4 배전압 정류기(910)를 예시하는 회로도이다. 도 11a는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다. 도 11a의 예에 예시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(900)은 정류기(815), 도 9a에서 설명된 바와 같은 캐패시터(821) 및 캐패시터(823)를 포함하는 직렬 스트링(819) 및 도 10에서 설명된 바와 같은 라인 상태 유닛(813)을 포함하는 어댑터(902)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(900)은 스위칭 유닛(817) 대신 스위칭 유닛(917)을 포함한다.
스위칭 유닛(917)은 직렬 스트링(819)의 피크 전압이 정류기(815)에 의해 공급된 정류된 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 캐패시터(821) 및 캐패시터(823)를 선택적으로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 유닛(917)은 전압 제어 회로 요소(941) 및 전압 제어 회로 요소(943)를 포함한다. MOSFET 심볼이 도 11a에서 전압 제어 회로 요소(941) 및 전압 제어 회로 요소(943)로서 도시되지만, 전압에 의해 제어되는 임의의 전기 디바이스가 도 11a에서 설명된 바와 같은 MOSFET 대신에 사용될 수 있다. 또한, 예에서는 전압 제어 요소를 사용하는 스위칭 유닛(917)을 예시할 수 있지만, 일부 예에서, 스위칭 유닛(917)은 전류 제어 요소를 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(941)는 캐패시터(821)의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드(예를 들어, 드레인), AC 전압원(4)의 제 1 노드에 연결된 제 2 노드(예를 들어, 소스) 및 제어 노드(예를 들어, 게이트)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압 제어 회로 요소(943)는 전압 레일(12)에 연결된 제 1 노드(예를 들어, 드레인), 캐패시터(821)의 제 2 노드에 연결된 제 2 노드(예를 들어, 소스) 및 제어 노드(예를 들어, 게이트)를 포함할 수 있다. 공핍 FET가 전압 제어 회로 요소(941) 및/또는 전압 제어 회로 요소(943)로서 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 방식으로, 배전압 스위칭 시스템(900)은 캐패시터(821)가 AC 전압원(4)에 의해 공급된 전체 입력의 절반인 전압 정격을 갖게 하며, 이렇게 함으로써 어댑터(902)의 부피를 더 줄일 수 있다.
도 11b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 5 배전압 정류기(911)를 예시하는 회로도이다. 도 11b는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(901)은 도 11a에서 설명한 바와 같이 정류기(815), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819) 및 드라이버(811)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 배전압 스위칭 시스템(903)의 어댑터(903)는 도 11a의 스위칭 유닛(917) 대신 스위칭 유닛(918)을 포함할 수 있다. 스위칭 유닛(918)은 도 11a의 스위칭 유닛(917)과 유사하게, 전압 제어 회로 요소(941)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 유닛(918)은 전압 제어 회로 요소(943) 대신에 다이오드(944)를 포함할 수 있다. 다이오드(944)는 기준 노드(14)에 연결된 애노드 및 캐패시터(821)의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함할 수 있다.
도 12는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 하이-라인 동작(950)을 예시하는 다이어그램이다. 도 12는 도 9a의 배전압 스위치 시스템(800)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(815), 드라이버(811), 스위칭 유닛(817), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, AC 전압원(4)은 사이클(956)의 제 1 절반 동안 제 1 방향(예를 들어, 양의 방향)으로 전압(952)을 공급하며 사이클(956)의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압(953)을 공급하는데, 제 1 방향은 제 2 방향과 반대 방향이다. 예시적인 하이-라인 동작(950)에서, 도 9a의 전압 제어 회로 요소(841)는 개방 상태에서 동작하고 전압 제어 회로 요소(843)는 폐쇄 상태에서 동작한다. 이와 같이, 캐패시터(821)는 전압(952)과 전압(953) 모두에 의해 충전되고 캐패시터(823)는 바이패스되며, 따라서 제 1 배전압 정류기(810)로부터 변환기(16)로 출력되는 전압은 도 12에서 전압(958)으로서 도시된 캐패시터(821) 양단의 전압(958)과 동일하다.
도 13은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 로우-라인 동작을 예시하는 도면이다. 도 13은 도 9a의 배전압 스위칭 시스템(800)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(815), 드라이버(811), 스위칭 유닛(817), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, AC 전압원(4)은 사이클(956)의 제 1 절반 동안 제 1 방향(예를 들어, 양의 방향)으로 전압(952)을 공급하며 사이클(956)의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압(953)을 공급하는데, 제 1 방향은 제 2 방향과 반대 방향이다. 예시적인 로우-라인 동작(951)에서, 도 9a의 전압 제어 회로 요소(841)는 폐쇄 상태에서 동작하고, 전압 제어 회로 요소(843)는 개방 상태에서 동작한다. 이와 같이, 캐패시터(821)는 전압(952)에 의해 전압(960)으로 충전되고 캐패시터(823)는 전압(953)에 의해 전압(961)으로 충전되며, 따라서 제 1 배전압 정류기(810)로부터 변환기(16)로 출력되는 전압은 도 13에서 전압(962)으로서 도시된 순시 전압(960 및 961)의 합이 된다. 이러한 방식으로, 스위칭 유닛(817)은 직렬 스트링(819)의 전압(962)이 전압(952)의 피크 전압(예를 들어, ~85볼트)보다 큰 피크 전압(964)(예를 들어 ~170 볼트)을 갖도록 캐패시터(821) 및 캐패시터(823)를 선택적으로 스위칭하도록 구성될 수 있다.
도 14는 본 발명에 따라 회로에 의해 수행될 수 있는 기술과 일치하는 흐름도이다. 단지 예시의 목적을 위해, 예시적인 동작은 도 9a에 도시된 바와 같이 배전압 스위칭 시스템(800)의 맥락 내에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(815), 스위칭 유닛(817), 드라이버(811), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 어댑터(802)의 정류기(815)는 AC 전압원(4)으로부터, 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향의 전압 및 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향의 전압을 포함하는 AC 전압을 수신한다(1002). 드라이버(811)는 AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건 또는 로우-라인 조건과 일치하는지를 판정한다(1004). 예를 들어, 도 10의 비교기(871)는 저항성 요소(865) 및 저항성 요소(866)에 의해 형성된 제 1 분압기에 의해 출력된 전압이 저항성 요소(867) 및 저항성 요소(868)에 의해 형성된 제 2 분압기에 의해 출력된 전압보다 클 때 AC 전압이 하이-라인 조건과 일치한다고 판정할 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 전압 추정 유닛(32)은 AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건 또는 로우-라인 조건과 일치하는지를 판정할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 전압 추정 유닛(32)은 전압을 추정하며 및/또는 하나 이상의 다른 컴포넌트를 생략했음에도 AC 신호의 라인 레벨이 하이-라인 조건 또는 로우-라인 조건과 일치하는지를 판정하는데 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 전압 추정 유닛(32A)은 스위칭 유닛(34A), 캐패시터(36A), 및 스타트업 유닛(38A)을 생략했음에도 AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건 또는 로우-라인 조건과 일치하는지를 판정하는데 사용될 수 있다.
AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건((1004)의 "하이-라인 조건")에 일치하는 것으로 판정한 것에 응답하여, 스위칭 유닛(817)은 AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 제 1 캐패시터를 충전하도록 선택적으로 스위칭한다(1006). 예를 들어, 드라이버(811)는 전압 제어 회로 요소(841)에 대해 논리 '0' 게이트 신호 및 전압 제어 회로 요소(843)에 대해 논리 '1' 게이트 신호를 생성하는 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인 조건)에서 동작하여 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 도 9a의 캐패시터(821)를 충전하며 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 도 9a의 캐패시터(821)를 충전하도록 한다.
한편, AC 전압의 라인 레벨이 로우-라인 조건((1004)의 "로우-라인 조건")에 일치하는 것으로 판정한 것에 응답하여, 스위칭 유닛(817)은 AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 제 2 캐패시터를 충전하도록 선택적으로 스위칭한다. 예를 들어, 드라이버(811)는 전압 제어 회로 요소(841)에 대해 논리 '1' 게이트 신호 및 전압 제어 회로 요소(843)에 대해 논리 '0' 게이트 신호를 생성하는 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인 조건)에서 동작하여 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 도 9의 캐패시터(821)를 충전하고AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 도 9a의 캐패시터(823)를 또한 충전하도록 한다.
도 15는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1100)을 예시하는 회로도이다. 도 15는 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다. 도 15의 예에서 예시된 바와 같이, 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1100)은 직렬 스트링(819)과 병렬 연결된 정류기(10) 및 캐패시터 모듈(20a) 대신에 도 9a에 설명된 바와 같은 제 1 배전압 정류기(810)를 포함한다. 일부 사례에서, 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1100)은 하나 이상의 캐패시터 모듈(20), 예를 들면 캐패시터 모듈(20A-N)을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술에 따르면, AC 전압원(4)에 의해 공급된 정류된 AC 전압을 사용하여 단일 캐패시터를 충전하는 것 및 정류된 AC 전압에 관계없이 변환기(16)와 병렬로 캐패시터를 연결하는 것이 아니라, 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1100)은 AC 전압원(4)에 의해 공급된 정류된 AC 전압을 사용하여 다수의 캐패시터를 개별적으로 충전할 뿐만 아니라, 낮은 전압에서 전압 레일(12)과 기준 노드(14) 사이의 캐패시턴스를 선택적으로 증가시키도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1100)은 AC 전압원(4)에 의해 공급된 피크 전압보다 큰 피크 전압을 출력하며 정류된 AC 전압의 전압 리플을 감소시켜 변환기(16)의 효율을 개선하면서 어댑터(1102)의 부피를 줄일 수 있다.
도 16은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따른 예시적인 제 2 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1200)을 예시하는 회로도이다. 도 16은 도 1의 캐패시터 스위칭 시스템(1)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 전압 레일(12), 기준 노드(14), 캐패시터(18), 캐패시터 모듈(20) 및 변환기(16)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다. 도 16의 예에 예시된 바와 같이, 제 2 배전압기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1200)은 정류기(10) 대신에 도 9a에서 설명된 바와 같은 제 1 배전압 정류기(810) 및 직렬 스트링(819) 대신에 캐패시터(821)와 병렬 연결된 캐패시터 모듈(20A)를 포함한다. 일부 사례에서, 제 2 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1200)은 하나 이상의 캐패시터 모듈(20), 예를 들면 캐패시터 모듈(20A-N)을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 하나 이상의 기술에 따르면, AC 전압원(4)에 의해 공급된 정류된 AC 전압을 사용하여 단일 캐패시터를 충전하는 것 및 정류된 AC 전압에 관계없이 캐패시터(821)와 병렬로 캐패시터를 연결하는 것이 아니라, 제 2 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1200)은 AC 전압원(4)에 의해 공급된 정류된 AC 전압을 사용하여 다수의 캐패시터를 개별적으로 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 전압에서 캐패시터(821)의 유효 캐패시턴스를 선택적으로 증가시키도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 2 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1200)은 AC 전압원(4)에 의해 공급된 피크 전압보다 큰 피크 전압을 출력하며 정류된 AC 전압의 전압 리플을 효과적으로 감소하여 변환기(16)의 효율을 개선하면서 어댑터(1102)의 부피를 줄일 수 있다.
도 17은 본 개시에 따른 회로에 의해 수행될 수 있는 기술과 일치하는 흐름도이다. 단지 예시의 목적을 위해, 예시적인 동작은 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 배전압 정류기 및 캐패시터 스위칭 시스템(1100)의 맥락에서 아래와 같이 설명된다. 그러나, 아래에서 설명되는 기술은 AC 전압원(4), 정류기(815), 스위칭 유닛(817), 드라이버(811), 라인 상태 유닛(813), 직렬 스트링(819), 변환기(16) 및 부하(6)와 임의의 순열 및 임의의 조합으로 사용되어 DC 전압의 전압 리플을 감소시키고 변환기(16)에 의해 수신된 전압을 증가시킬 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 어댑터(1102)의 정류기(815)는 AC 전압원(4)으로부터, 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향의 전압 및 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향의 전압을 포함하는 AC 전압을 수신한다(1302). 다음으로, 드라이버(811)는 AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건 또는 로우-라인 조건과 일치하는지를 판정한다(1304). 예를 들어, 도 10의 비교기(871)는 저항성 요소(865) 및 저항성 요소(866)에 의해 형성된 제 1 분압기에 의해 출력된 전압이 저항성 요소(867) 및 저항성 요소(868)에 의해 형성된 제 2 분압기에 의해 출력된 전압보다 높을 때 AC 신호가 하이-라인 조건과 일치한다고 판정할 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 전압 추정 유닛(32)은 AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건 또는 로우-라인 조건과 일치하는지를 판정될 수 있다.
AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건((1304)의 "하이-라인 조건")과 일치한다고 판정한 것에 응답하여, 스위칭 유닛(817)은 AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 제 1 캐패시터를 충전하며 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 제 1 캐패시터를 충전하도록 선택적으로 스위칭한다(1306). 예를 들어, 드라이버(811)는 전압 제어 회로 요소(841)에 대해 논리 '0' 게이트 신호 및 전압 제어 회로 요소(843)에 대해 논리 '1' 게이트 신호를 생성하는 제 1 상태(예를 들어, 하이-라인 조건)에서 동작하여 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 도 15의 캐패시터(821)를 충전하며 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 도 15의 캐패시터(821)를 충전하도록 한다. 또한, AC 전압의 라인 레벨이 하이-라인 조건((1304)의 "하이-라인 조건")과 일치한다고 판정한 것에 응답하여, 캐패시터 모듈(20A)은 도 1의 캐패시터(36A)를 스위칭 아웃(switching out)함으로써 캐패시터(36A)가 전압 정격을 초과하는 것을 방지한다(1308). 예를 들면, 캐패시터 모듈(20A)의 스위칭 유닛(34A)은 하이-라인 상태 동안 개방 상태에서 동작한다.
한편, AC 전압의 라인 레벨이 로우-라인 조건((1304)의 "로우-라인 조건")과 일치하는 것으로 판정한 것에 응답하여, 스위칭 유닛(817)은 AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 제 2 캐패시터를 충전하도록 선택적으로 스위칭한다(1310). 예를 들어, 드라이버(811)는 전압 제어 회로 요소(841)에 대해 논리 '1' 게이트 신호 및 전압 제어 회로 요소(843)에 대해 논리 '0' 게이트 신호를 발생하는 제 2 상태(예를 들어, 로우-라인 조건)에서 동작하여 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 1 방향의 전압이 도 15의 캐패시터(821)를 충전하며 AC 전압원(4)에 의해 공급된 제 2 방향의 전압이 도 15의 캐패시터(823)를 충전하도록 할 수 있다. 또한, AC 전압의 라인 레벨이 로우-라인 조건((1304)의 "로우-라인 조건")과 일치하는 것으로 판정한 것에 응답하여, 캐패시터 모듈(20A)은 도 1의 캐패시터(36A)를 스위칭 인(switching in)함으로써 전압 레일(12)의 캐패시턴스를 증가시킨다(1312). 예를 들어, 캐패시터 모듈(20A)의 스위칭 유닛(34A)은 도 15에 도시된 바와 같이 (36A)의 캐패시턴스가 직렬 스트링(819)의 총 캐패시턴스에 가산되도록 폐쇄 상태에서 동작할 수 있다. 일부 예에서, 캐패시터 모듈(20A)의 스위칭 유닛(34A)은 도 16에 도시된 바와 같이 (36A)의 캐패시턴스가 캐패시터(821)의 캐패시턴스에 추가되도록 폐쇄 상태에서 동작할 수 있다.
하기의 예는 본 개시의 하나 이상의 양태를 예시할 수 있다.
예 1. 회로로서, 전압 레일과, 기준 노드와, 전압 레일 및 기준 노드에 연결된 제 1 캐패시터와, 제 2 캐패시터 및 폐쇄 상태와 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하는 캐패시터 모듈을 포함하되, 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고, 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터로부터 분리한다.
예 2. 예 1의 회로로서, 전압 레일 및 기준 노드에 연결된 전압원을 더 포함한다.
예 3. 예 1-2의 임의의 조합의 회로로서, 스위칭 유닛은 전압 레일에 연결된 제 1 노드, 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 전압 제어 회로 요소를 포함하고, 제 2 캐패시터는 스위칭 유닛의 전압 제어 회로 요소의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드에 연결된 제 2 노드를 포함한다.
예 4. 예 1-3의 임의의 조합의 회로로서, 제 1 노드 및 제 2 노드를 포함하는 제 1 저항성 요소 - 제 1 저항성 요소의 제 1 노드는 스위칭 유닛의 전압 제어 회로 요소의 제 2 노드 및 제 2 캐패시터의 제 1 노드에 연결됨 - 와, 제 1 저항성 요소의 제 2 노드 및 스위칭 유닛의 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 저항성 요소를 더 포함한다.
예 5. 예 1-4의 임의의 조합의 회로로서, 제 1 노드 및 제 2 노드를 포함하는 제 1 저항성 요소 - 제 1 저항성 요소의 제 1 노드는 전압 레일에 연결됨 - 와, 제 1 저항성 요소의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 저항성 요소와, 출력, 기준 전압에 연결된 제 1 입력 및 제 1 저항성 요소의 제 2 노드에 연결된 제 2 입력을 포함하는 비교기를 더 포함하며, 스위칭 유닛은 비교기의 출력에서 발생된 신호에 기초하여 제 2 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 선택적으로 연결한다.
예 6. 예 1-5의 임의의 조합의 회로로서, 제 1 입력, 제 2 입력 및 출력을 포함하는 제어기와, 변환기의 변압기 - 변압기는 적어도 제 1 권선 및 제 2 권선을 포함하고, 변압기의 제 1 권선은 제 1 노드와 제 2 노드를 포함하고 변압기의 제 2 권선은 변환기의 출력에 연결됨 - 와, 제 1 권선의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드 및 제어기의 제 1 입력에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 1 저항성 요소와, 제어기의 제 1 입력에 연결된 제 1 노드 및 제어기의 제 2 입력 및 제 1 권선의 제 2 노드에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 저항성 요소를 더 포함하며, 스위칭 유닛은 제어기의 출력에서 발생된 신호에 기초하여 제 2 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 선택적으로 연결한다.
예 7. 예 1-6의 임의의 조합의 회로로서, 캐패시터 모듈은 스타트업 유닛을 포함하되, 스타트업 유닛은 전압 레일에 연결된 제 1 노드, 제 2 캐패시터의 제 1 노드에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 전압 제어 회로 요소와, 스타트업 유닛의 전압 제어 회로 요소의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 스타트업 유닛의 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 1 저항성 요소와, 스타트업 유닛의 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 노드에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 저항성 요소를 포함한다.
예 8. 예 1-7의 임의의 조합의 회로로서, 적어도 제 3 캐패시터를 포함하는 제 2 캐패시터 모듈과, 폐쇄 상태와 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하는 제 2 캐패시터 모듈을 더 포함하며, 제 2 캐패시터 모듈의 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고, 제 2 캐패시터 모듈의 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 3 캐패시터를 개방 상태로 제 1 캐패시터로부터 분리한다.
예 9. 예 1-8의 임의의 조합의 회로로서, 제 1 캐패시터는 제 2 캐패시터보다 낮은 캐패시턴스를 갖고, 제 1 캐패시터는 제 2 캐패시터보다 높은 전압 정격을 갖는다.
예 10. 예 1-9의 임의의 조합의 회로로서, 제 1 캐패시터는 회로의 기생 캐패시턴스이다.
예 11. 방법으로서, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 단계와, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 것에 응답하여, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하는지를 판정하는 단계와, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는 다는 판정에 응답하여, 회로에 의해, 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 선택적으로 연결함으로써, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 캐패시턴스를 증가시키는 단계를 포함한다.
예 12. 예 11에 따른 방법으로서, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 제 2 전압 문턱치를 초과한다는 판정에 응답하여, 회로에 의해, 캐패시터를 전압 레일과 기준 노드로부터 분리하는 단계를 포함한다.
예 13. 예 11-12의 임의의 조합의 방법으로서, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 단계는 회로에 의해, 캐패시터의 전압을 회로에 의해 추정하는 단계를 포함한다.
예 14. 예 11-13의 임의의 조합의 방법으로서, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 단계는 회로에 의해, 변압기의 제 1 권선상의 전압을 회로에 의해 추정하는 단계를 포함하고, 변압기는 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 다른 전압으로 변환하는 스위치 모드 전력 변환기의 출력에 연결된 제 2 권선을 포함한다.
예 15. 예 11-14의 임의의 조합의 방법으로서, 전압 문턱치는 캐패시터의 전압 정격의 일부이다.
예 16. 예 11-15의 임의의 조합의 방법으로서, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압을 추정하는 것에 응답하여, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 제 2 전압 문턱치를 초과하는지를 판정하는 단계와, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 전압이 제 2 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여, 회로에 의해, 제 2 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 선택적으로 연결함으로써, 회로에 의해, 전압 레일과 기준 노드 사이의 캐패시턴스를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
예 17. 예 11-16의 임의의 조합의 방법으로서, 회로의 스타트업 유닛에 의해, 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 연결하는 단계와, 캐패시터를 전압 레일과 기준 노드에 연결하는 것에 응답하여, 스타트업 유닛에 의해, 캐패시터의 전압을 추정하는 단계와, 스타트업 유닛에 의해, 캐패시터의 추정된 전압에 기초하여 캐패시터를 전압 레일 및 기준 노드에 선택적으로 연결하는 단계를 포함한다.
예 18. 시스템으로서, 정류된 AC 전압을 전압 레일 및 기준 노드에 공급하도록 구성된 정류기와, 정류된 AC 전압의 교류(alternating current, AC) 전압 리플을 감소시키도록 구성된 제 1 캐패시터 - 제 1 캐패시터는 전압 레일 및 기준 노드에 연결됨 - 와, 정류된 AC 전압의 AC 전압 리플을 감소시키도록 구성된 캐패시터 모듈 - 캐패시터 모듈은 제 2 캐패시터 및 폐쇄 상태와 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하되, 스위칭 유닛은 제 2 캐패시터를 폐쇄 상태에서 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고, 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 2 캐패시터를 제 1 캐패시터로부터 분리함 - 과, 전압 레일 및 기준에 연결된 변환기를 포함한다.
예 19. 예 18의 시스템으로서, 변환기는 제 1 전압에서 정류된 AC 전압을 수신하며 제 2 전압에서 DC 전압을 출력하도록 구성된 스위치 모드 전력 변환기를 포함한다.
예 20. 예 18-19의 임의의 조합의 시스템으로서, 스위치 모드 전력 변환기의 출력에 연결된 부하를 더 포함하고, 부하는 제 2 전압에서 동작하도록 구성된 전자 디바이스를 포함한다.
예 21. 회로로서, 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하며 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성된 교류(alternating current, AC) 전압원 - 제 1 방향은 제 2 방향과 반대임 - 과, 전압 레일과, 기준 레일과, 제 1 노드 및 제 2 노드를 포함하는 제 1 캐패시터 - 제 1 노드는 전압 레일에 연결됨 - 와, 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 레일에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 캐패시터와, 회로를 제 1 상태 및 제 2 상태에서 동작시키도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하되, 회로의 제 1 상태 동안, AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하며 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고, 회로의 제 2 상태 동안, AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하며 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 제 2 캐패시터를 충전한다.
예 22. 예 21의 임의의 조합의 회로로서, 전압 레일과 기준 레일 사이의 전압을 수신하며 전압 레일과 기준 레일 사이의 전압과 상이한 전압을 갖는 직류(direct current, DC) 전압을 출력하도록 구성된 변환기를 더 포함하며, 변환기는 전압 레일 및 기준 레일에 연결된다.
예 23. 예 21-22의 임의의 조합의 회로로서, 스위칭 유닛은 AC 전압원의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드, 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 1 전압 제어 회로 요소를 포함한다.
예 24. 예 21-23의 임의의 조합의 회로로서, 제 1 전압 제어 회로 요소는 제 1 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시킬 때 제 1 전압 제어 회로 요소의 제 1 노드로부터 제 1 전압 제어 회로 요소의 제 2 노드로 전류가 흐르게 하도록 구성되며 제 1 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시키지 못할 때 제 1 전압 제어 회로 요소의 제 1 노드로부터 제 1 전압 제어 회로 요소의 제 2 노드로 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성되고, 제 1 전압 제어 회로 요소는 제 1 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시키지 않을 때 및 제 1 전압 제어 회로 요소의 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시킬 때 제 1 전압 제어 회로 요소의 제 2 노드로부터 제 1 전압 제어 회로 요소의 제 1 노드로 전류가 흐르게 하도록 구성된다.
예 25. 예 21-24의 임의의 조합의 회로로서, 스위칭 유닛은 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드, 기준 레일에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 2 전압 제어 회로 요소를 더 포함한다.
예 26. 예 21-25의 임의의 조합의 회로로서, 스위칭 유닛은, 회로의 제 1 상태 동안 제 1 전압 제어 회로 요소를 개방 상태에서 동작시키며 제 2 전압 제어 회로 요소를 폐쇄 상태에서 동작시키고, 회로의 제 2 상태 동안 제 1 전압 제어 회로 요소를 폐쇄 상태에서 동작시키며 제 2 전압 제어 회로 요소를 개방 상태에서 동작시키도록 구성된 드라이버를 더 포함한다.
예 27. 예 21-25의 임의의 조합의 회로로서, 기준 레일에 연결된 애노드 및 AC 전압원의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함하는 제 1 다이오드와, AC 전압원의 제 2 노드에 연결된 애노드 및 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 2 다이오드와, AC 전압원의 제 1 노드에 연결된 애노드 및 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 3 다이오드를 더 포함한다.
예 28. 회로로서, 교류(alternating current, AC) 전압원과, 전압 레일과, 기준 레일과, 제 1 노드 및 제 2 노드를 포함하는 제 1 캐패시터 - 제 1 캐패시터의 제 1 노드는 전압 레일에 연결됨 - 와, 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 기준 레일에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 캐패시터와, AC 전압원으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 전압을 출력하도록 구성된 정류기와, 정류된 전압을 수신하며 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 피크 전압이 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 선택적으로 스위칭하도록 구성된 스위칭 유닛과, 정류된 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여 전압 레일과 기준 레일 사이의 캐패시턴스를 선택적으로 증가시키도록 구성된 캐패시터 모듈을 포함한다.
예 29. 예 28의 회로로서, 정류기는, 기준 레일에 연결된 애노드 및 AC 전압원의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함하는 제 1 다이오드와, AC 전압원의 제 2 노드에 연결된 애노드 및 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 2 다이오드와, AC 전압원의 제 1 노드에 연결된 애노드 및 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 3 다이오드를 포함한다.
예 30. 예 28-29의 임의의 조합의 회로로서, 스위칭 유닛은 AC 전압원의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드, 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 1 전압 제어 회로 요소를 포함한다.
예 31. 예 28-30의 임의의 조합의 회로로서, 스위칭 유닛은, 제 1 캐패시터의 제 2 노드에 연결된 제 1 노드, 기준 레일에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 2 전압 제어 회로 요소를 더 포함한다.
예 32. 예 28-31의 임의의 조합의 회로로서, 캐패시터 모듈은 제 3 캐패시터와, 폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 제 2 스위칭 유닛을 포함하고, 제 2 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링과 병렬로 연결하고, 제 2 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링으로부터 분리한다.
예 33. 예 28-32의 임의의 조합의 회로로서, 캐패시터 모듈은 제 3 캐패시터와, 폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 제 2 스위칭 유닛을 포함하고, 제 2 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고, 제 2 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터로부터 분리한다.
예 34. 시스템으로서, 교류(alternating current, AC) 전압원과, 어댑터 - 어댑터는 AC 전압원으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 전압을 전압 레일 및 기준 레일에 공급하도록 구성된 정류기와, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링 - 직렬 스트링은 전압 레일 및 기준 레일에 연결됨 - 과, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 피크 전압이 AC 전압원으로부터의 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 선택적으로 스위칭하도록 구성된 스위칭 유닛과, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 AC 전압 리플을 감소시키도록 구성된 캐패시터 모듈과, 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 전압을 수신하며 직류(direct current, DC) 전압을 출력하도록 구성된 변환기를 포함함 - 와, 변환기로부터 DC 전압을 수신하도록 구성된 부하를 포함한다.
예 35. 예 34의 시스템으로서, 변환기는 제 1 전압에서 정류된 AC 전압을 수신하며 제 2 전압에서 DC 전압을 출력하도록 구성된 스위치 모드 전력 변환기를 포함한다.
예 36. 예 34-35의 임의의 조합의 시스템으로서, 스위치 모드 전력 변환기는 AC 전압원과 부하 사이에 갈바닉 절연을 제공하도록 구성된다.
예 37. 예 34-36의 임의의 조합의 시스템으로서, 부하는 제 2 전압에서 동작하도록 구성된 전자 디바이스이다.
예 38. 예 34-37의 임의의 조합의 시스템으로서, 캐패시터 모듈은 제 3 캐패시터와, 폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하고, 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 3 캐패시터를 직렬 스트링과 병렬로 연결하고, 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 3 캐패시터를 직렬 스트링으로부터 분리한다.
예 39. 예 34-38의 임의의 조합의 시스템으로서, 캐패시터 모듈은 제 3 캐패시터와, 폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하고, 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고, 스위칭 유닛은 개방 상태에서 제 3 캐패시터를 제 1 캐패시터로부터 분리한다.
예 40. 예 34-39의 임의의 조합의 시스템으로서, AC 전압원은 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하고 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성되며, 제 1 방향은 제 2 방향과 반대이고, 스위칭 유닛은 또한 시스템을 제 1 상태 및 제 2 상태에서 동작시키도록 구성되고, 시스템의 제 1 상태 동안, AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하며, 시스템의 제 2 상태 동안, AC 전압원에 의해 공급된 제 1 방향의 전압은 제 1 캐패시터를 충전하고 AC 전압원에 의해 공급된 제 2 방향의 전압은 제 2 캐패시터를 충전한다.
본 개시에서 설명된 기술은 적어도 부분적으로, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술의 다양한 양태는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하는 하나 이상의 프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 또는 임의의 다른 등가의 집적 회로 또는 이산적 논리 회로뿐만 아니라 그러한 컴포넌트의 임의의 조합 내에서 구현될 수 있다. "프로세서" 또는 "프로세싱 회로"라는 용어는 일반적으로 단독의 전술한 논리 회로 또는 다른 논리 회로와 조합한 전술한 논리 회로 또는 임의의 다른 등가 회로 중 어느 것을 말할 수 있다. 하드웨어를 포함하는 제어 유닛은 또한 본 개시의 하나 이상의 기술을 수행할 수 있다.
이러한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어는 본 개시에서 설명된 다양한 기술을 지원하기 위해 동일한 디바이스 내에서 또는 별개의 디바이스 내에서 구현될 수 있다. 또한, 설명된 유닛, 모듈 또는 컴포넌트 중 어느 것이든 함께 또는 개별적이지만 상호 운용 가능한 로직 디바이스로서 별도로 구현될 수 있다. 모듈 또는 유닛과 상이한 특징을 묘사한 것은 상이한 기능적 측면을 강조하려 의도한 것이며 그러한 모듈 또는 유닛이 반드시 개별 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트에 의해 실현되어야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 오히려, 하나 이상의 모듈 또는 유닛과 연관된 기능성은 별도의 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트에 의해 수행될 수 있거나 공통 또는 별도의 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트 내에 통합될 수 있다.
본 개시에서 다양한 양태가 설명되었다. 이들 양태 및 다른 양태는 하기 청구 범위의 범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 회로로서,
    사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하며 상기 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성된 교류(alternating current, AC) 전압원 - 상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향과 반대임 - 과,
    전압 레일과,
    기준 레일과,
    제 1 노드 및 제 2 노드를 포함하는 제 1 캐패시터 - 상기 제 1 캐패시터의 상기 제 1 노드는 상기 전압 레일에 연결됨 - 와,
    상기 제 1 캐패시터의 상기 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 상기 기준 레일에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 캐패시터와,
    상기 회로를 제 1 상태 및 제 2 상태에서 동작시키도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하되,
    상기 회로의 상기 제 1 상태 동안, 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 1 방향의 전압은 상기 제 1 캐패시터를 충전하며 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 2 방향의 전압은 상기 제 1 캐패시터를 충전하고,
    상기 회로의 상기 제 2 상태 동안, 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 1 방향의 전압은 상기 제 1 캐패시터를 충전하며 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 2 방향의 전압은 상기 제 2 캐패시터를 충전하는
    회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 레일과 상기 기준 레일 사이의 전압을 수신하며 상기 전압 레일과 상기 기준 레일 사이의 전압과 상이한 전압을 갖는 직류(direct current, DC) 전압을 출력하도록 구성된 변환기를 더 포함하고, 상기 변환기는 상기 전압 레일 및 상기 기준 레일에 연결된
    회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은 상기 AC 전압원의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드, 상기 제 1 캐패시터의 상기 제 2 노드에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 1 전압 제어 회로 요소를 포함하는
    회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전압 제어 회로 요소는, 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제어 노드에서 수신된 신호가 문턱치를 만족시킬 때 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제 1 노드로부터 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제 2 노드로 전류가 흐르게 하도록 구성되며, 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제어 노드에서 수신된 상기 신호가 상기 문턱치를 만족시키지 않을 때 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제 1 노드로부터 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제 2 노드로 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성되고,
    상기 제 1 전압 제어 회로 요소는, 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제어 노드에서 수신된 신호가 상기 문턱치를 만족시키지 않을 때 및 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제어 노드에서 수신된 신호가 상기 문턱치를 만족시킬 때 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제 2 노드로부터 상기 제 1 전압 제어 회로 요소의 상기 제 1 노드로 전류가 흐르게 하도록 구성되는
    회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은 상기 제 1 캐패시터의 상기 제 2 노드에 연결된 제 1 노드, 상기 기준 레일에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 2 전압 제어 회로 요소를 더 포함하는
    회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은,
    상기 회로의 상기 제 1 상태 동안 상기 제 1 전압 제어 회로 요소를 개방 상태에서 동작시키며 상기 제 2 전압 제어 회로 요소를 폐쇄 상태에서 동작시키고,
    상기 회로의 상기 제 2 상태 동안 상기 제 1 전압 제어 회로 요소를 폐쇄 상태에서 동작시키며 상기 제 2 전압 제어 회로 요소를 개방 상태에서 동작시키도록 구성된 드라이버를 더 포함하는
    회로.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준 레일에 연결된 애노드 및 상기 AC 전압원의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함하는 제 1 다이오드와,
    상기 AC 전압원의 상기 제 2 노드에 연결된 애노드 및 상기 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 2 다이오드와,
    상기 AC 전압원의 상기 제 1 노드에 연결된 애노드 및 상기 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 3 다이오드를 더 포함하는
    회로.
  8. 회로로서,
    교류(alternating current, AC) 전압원과,
    전압 레일과,
    기준 레일과,
    제 1 노드 및 제 2 노드를 포함하는 제 1 캐패시터 - 상기 제 1 캐패시터의 상기 제 1 노드는 상기 전압 레일에 연결됨 - 와,
    상기 제 1 캐패시터의 상기 제 2 노드에 연결된 제 1 노드 및 상기 기준 레일에 연결된 제 2 노드를 포함하는 제 2 캐패시터와,
    상기 AC 전압원으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 전압을 출력하도록 구성된 정류기와,
    스위칭 요소를 포함하는 스위칭 유닛 - 상기 스위칭 유닛은 상기 정류된 전압을 수신하며 상기 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 피크 전압이 상기 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 상기 스위칭 요소를 사용하여 상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 2 캐패시터를 선택적으로 연결하도록 구성됨 - 과,
    상기 정류된 전압이 전압 문턱치를 초과하지 않는다는 판정에 응답하여 상기 전압 레일과 상기 기준 레일 사이의 캐패시턴스를 선택적으로 증가시키도록 구성된 캐패시터 모듈을 포함하는
    회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정류기는,
    상기 기준 레일에 연결된 애노드 및 상기 AC 전압원의 제 2 노드에 연결된 캐소드를 포함하는 제 1 다이오드와,
    상기 AC 전압원의 상기 제 2 노드에 연결된 애노드 및 상기 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 2 다이오드와,
    상기 AC 전압원의 상기 제 1 노드에 연결된 애노드 및 상기 전압 레일에 연결된 캐소드를 포함하는 제 3 다이오드를 포함하는
    회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은,
    상기 AC 전압원의 제 1 노드에 연결된 제 1 노드, 상기 제 1 캐패시터의 상기 제 2 노드에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 1 전압 제어 회로 요소를 포함하는
    회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은,
    상기 제 1 캐패시터의 상기 제 2 노드에 연결된 제 1 노드, 상기 기준 레일에 연결된 제 2 노드 및 제어 노드를 포함하는 제 2 전압 제어 회로 요소를 더 포함하는
    회로.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 캐패시터 모듈은,
    제 3 캐패시터와,
    폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 제 2 스위칭 유닛을 포함하고,
    상기 제 2 스위칭 유닛은 상기 폐쇄 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링과 병렬로 연결하고,
    상기 제 2 스위칭 유닛은 상기 개방 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 2 캐패시터를 포함하는 상기 직렬 스트링으로부터 분리하는
    회로.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 캐패시터 모듈은,
    제 3 캐패시터와,
    폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 제 2 스위칭 유닛을 포함하고,
    상기 제 2 스위칭 유닛은 상기 폐쇄 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고,
    상기 제 2 스위칭 유닛은 상기 개방 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 제 1 캐패시터로부터 분리하는
    회로.
  14. 시스템으로서,
    교류(alternating current, AC) 전압원과,
    어댑터 - 상기 어댑터는,
    상기 AC 전압원으로부터 AC 전압을 수신하며 정류된 전압을 전압 레일 및 기준 레일에 공급하도록 구성된 정류기와,
    제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하고 상기 전압 레일 및 상기 기준 레일에 연결되는 직렬 스트링과,
    스위칭 요소를 포함하는 스위칭 유닛 - 상기 스위칭 유닛은 상기 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터를 포함하는 직렬 스트링의 피크 전압이 상기 AC 전압원으로부터의 AC 전압의 피크 전압보다 크도록 상기 스위칭 요소를 사용하여 상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 2 캐패시터를 선택적으로 연결하도록 구성됨 - 과,
    상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 2 캐패시터를 포함하는 상기 직렬 스트링의 AC 전압 리플을 감소시키도록 구성된 캐패시터 모듈과,
    상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 2 캐패시터를 포함하는 상기 직렬 스트링의 전압을 수신하며 직류(direct current, DC) 전압을 출력하도록 구성된 변환기를 포함함 - 와,
    상기 변환기로부터 DC 전압을 수신하도록 구성된 부하를 포함하는
    시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 변환기는,
    제 1 전압에서 상기 정류된 AC 전압을 수신하며 제 2 전압에서 DC 전압을 출력하도록 구성된 스위치 모드(switched-mode) 전력 변환기를 포함하는
    시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전력 변환기는 상기 AC 전압원과 상기 부하 사이에 갈바닉 절연(galvanic isolation)을 제공하도록 구성되는
    시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 부하는 제 2 전압에서 동작하도록 구성된 전자 디바이스인
    시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐패시터 모듈은,
    제 3 캐패시터와,
    폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하고,
    상기 스위칭 유닛은 폐쇄 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 직렬 스트링과 병렬로 연결하고,
    상기 스위칭 유닛은 개방 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 직렬 스트링으로부터 분리하는
    시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐패시터 모듈은,
    제 3 캐패시터와,
    폐쇄 상태 및 개방 상태에서 동작하도록 구성된 스위칭 유닛을 포함하고,
    상기 스위칭 유닛은 상기 폐쇄 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 제 1 캐패시터와 병렬로 연결하고,
    상기 스위칭 유닛은 상기 개방 상태에서 상기 제 3 캐패시터를 상기 제 1 캐패시터로부터 분리하는
    시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 AC 전압원은 사이클의 제 1 절반 동안 제 1 방향으로 전압을 공급하고 상기 사이클의 제 2 절반 동안 제 2 방향으로 전압을 공급하도록 구성되며, 상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향과 반대이고,
    상기 스위칭 유닛은 또한 상기 시스템을 제 1 상태 및 제 2 상태에서 동작시키도록 구성되고,
    상기 시스템의 상기 제 1 상태 동안, 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 1 방향의 전압은 상기 제 1 캐패시터를 충전하고 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 2 방향의 전압은 상기 제 1 캐패시터를 충전하며,
    상기 시스템의 상기 제 2 상태 동안, 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 1 방향의 전압은 상기 제 1 캐패시터를 충전하고 상기 AC 전압원에 의해 공급된 상기 제 2 방향의 전압은 상기 제 2 캐패시터를 충전하는
    시스템.
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