KR102190294B1 - 스위치드 커패시터 변환기 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Abstract

본 발명은 스위치와 커패시터의 이용률을 개선한 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기에 관한 것으로, 제1 내지 제4 스위치와 제1 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부; 제5 내지 제8 스위치와 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부; 및 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부와 상기 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 연결되는 제9 내지 제12 스위치를 구비하는 승압비 변환부를 포함한다.

Description

스위치드 커패시터 변환기{SWITCHED CAPACITOR CONVERTER}
본 발명은 스위치드 커패시터 변환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반복적인 스위치드 커패시터 직류(DC)-직류(DC) 변환기에 관한 것이다.
직류-직류 변환기(DC/DC converter)는 임의의 직류 전원을 부하가 요구하는 형태의 직류 전원으로 변환시키는 전력변환장치이다. 상기 직류-직류 변환기의 종류로는 인덕터(inductor) 기반의 DC/DC 변환기와 스위치드 커패시터(switched capacitor) 기반의 DC/DC 변환기가 있다.
인덕터 기반의 DC/DC 변환기는 가장 간단한 형태의 변환기로서 반도체 스위치, 인덕터, 커패시터 등의 부품으로 구성되며, 고 효율(90% 이상) 및 고 출력(100mW 이상)이 필요한 분야에서 주로 사용된다. 한편, 스위치드 커패시터 기반의 DC/DC 변환기는 반도체 스위치와 커패시터 등의 부품으로 구성되며, 낮은 전력(100mW 이하)이 필요한 분야와 에너지 효율 및 전압 제어 정도가 중요하지 않은 분야에서 주로 사용된다.
한편, 최근 환경에 대한 관심이 높아지고 저 탄소 녹색 성장이 중요시 되는 현 시점에 저전력 반도체 설계가 반도체 시장에 큰 이슈가 되고 있다. 더 나아가 우리가 쉽게 무시하고 지나가는 산재 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 친환경 기술인 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술이 소형기기에 활용되는 사례가 점차 늘어나고 있다.
빛 에너지, 열 에너지, 운동 에너지(진동, 압력 등), RF 에너지 등의 산재 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 다양한 에너지 하베스터들이 존재한다. 하지만 산재 에너지는 주변 환경에 따라 얻어지는 에너지의 양에 큰 차이가 생기며, 이에 따라 직류-직류 변환기로 입력되는 전압이 크게 변하기 때문에 넓은 입력 전압 범위를 커버할 수 있는 직류-직류 변환기가 필요하다. 특히, 이러한 에너지 하베스팅과 관련된 기술 분야에서는 저 전압 및 저 전력으로 구동 가능하고, 저 전력 집적회로의 설계에 유리한 스위치드 커패시터 기반의 직류-직류 변환기가 필요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 재구성 가능한 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기는 다수의 스위치와 커패시터의 조합으로 구성되어 있으며 다양한 입출력 변환 비를 가지고 있다.
그런데, 종래의 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기가 특정 입출력 변환 비(가령, 입출력 변환비 2/3)로 동작하는 경우, 총 18개의 스위치 중에서 10개의 스위치가 동작하지 않고, 총 3개의 커패시터 중에서 2개의 커패시터가 이용되지 않는 단점이 있다. 따라서, 다수의 스위치와 커패시터의 이용률이 개선된 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 개발할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 반도체 스위치와 커패시터의 이용률을 개선한 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 다양한 입출력 변환 비율을 통해 효율을 개선한 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 둘 이상의 반복적인 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터부들을 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 내지 제4 스위치와 제1 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부; 제5 내지 제8 스위치와 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부; 및 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부와 상기 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 연결되는 제9 내지 제12 스위치를 구비하는 승압비 변환부를 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 내지 제4 스위치와 제1 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부; 제5 내지 제8 스위치와 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부; 제9 내지 제12 스위치와 제3 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제3 스텝업 SC 컨버터부; 상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 연결되는 제13 내지 제16 스위치를 구비하는 제1 승압비 변환부; 및 상기 제2 및 제3 스텝업 SC 컨버터부 사이에 연결되는 제17 내지 제20 스위치를 구비하는 제2 승압비 변환부를 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 내지 제4 스위치와 제1 커패시터로 구성되며, 2:1의 입출력 변환 비를 갖는 스텝다운 SC 컨버터부; 제5 내지 제8 스위치와 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부; 제9 내지 제12 스위치와 제3 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부; 상기 스텝다운 SC 컨버터부와 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부 사이에 연결되는 제13 내지 제15 스위치를 구비하는 제1 승압비 변환부; 및 상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 연결되는 제16 내지 제19 스위치를 구비하는 제2 승압비 변환부를 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 둘 이상의 반복적인 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터부들을 이용함으로써, 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 구성하는 반도체 스위치와 커패시터의 이용률을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 둘 이상의 반복적인 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터부들을 이용함으로써, 다양한 입출력 변환 비율을 구현할 수 있고, 그에 따라 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기의 효율을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 나타내는 도면;
도 2a는 본 발명과 관련된 직류-직류 변환 시스템의 구성 블록도;
도 2b는 본 발명과 관련된 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면;
도 4는 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제1 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 5는 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제2 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 6은 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제3 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7은 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제4 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 반도체 스위치와 커패시터의 이용률을 개선한 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제안한다. 또한, 본 발명은 다양한 입출력 변환 비율을 통해 효율을 개선한 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제안한다. 또한, 본 발명은 둘 이상의 반복적인 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터부들을 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기를 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명과 관련된 직류-직류 변환 시스템의 구성 블록도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명과 관련된 직류-직류 변환 시스템(100)은, 스위치드 커패시터 기반으로 설계된 직류-직류 변환기(110)와 상기 직류-직류 변환기(110)를 구성하는 복수의 스위치들을 제어하는 스위치 제어기(120)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터(200)는 1:2의 입출력 변환 비(또는 전압 변환 비율)를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(210~240)와 하나의 커패시터(250)로 구성된다. 즉, 해당 스위치드 커패시터 컨버터(200)는 제1 스위치(S12, 210), 제2 스위치(S22, 220), 제3 스위치(S11, 230), 제4 스위치(S21, 240) 및 커패시터(C1, 250)를 포함한다.
제1 스위치(210)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있다. 제2 스위치(220)의 일 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 타 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 제3 스위치(230)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있다. 제4 스위치(240)의 일 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 타 단은 해당 컨버터(200)의 출력 단(Vout)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 스위치(210~240)는 접지(G)와 출력 단(Vout) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
커패시터(250)는 제1 스위치(210)와 제2 스위치(220) 사이에 위치한 제1 노드(N1)와, 제3 스위치(230)와 제4 스위치(240) 사이에 위치한 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다. 상기 커패시터(250)는 제2 및 제3 스위치(220, 230)와 병렬로 연결될 수 있다.
스텝업 스위치드 커패시터 컨버터(200)의 입력 단(Vin)은 제2 스위치(220)와 제3 스위치(230) 사이에 위치한 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 출력 단(Vout)은 제4 스위치(240)의 타 단에 연결될 수 있다.
이러한 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터(200)에서, 제1 스위치(210)와 제3 스위치(230)는 같이 동작하고, 제2 스위치(220)와 제4 스위치(240)는 같이 동작한다. 그리고, 제2 및 제4 스위치(220, 240)는 제1 및 제3 스위치(210, 230)와 반대로 동작한다.
스텝업 스위치드 커패시터 컨버터(200)의 제1 스위칭 모드는 제1 및 제3 스위치(210, 230)가 턴 온(turn on)하고, 제2 및 제4 스위치(220, 240)가 턴 오프(turn off)하는 모드이다. 상기 제1 스위칭 모드에서, 입력 전압(Vin)이 커패시터(250)를 충전하므로, 상기 커패시터(250)의 양 단 전압은 입력 전압(Vin)과 동일하게 된다.
스텝업 스위치드 커패시터 컨버터(200)의 제2 스위칭 모드는 제1 및 제3 스위치(210, 230)가 턴 오프(turn off)하고, 제2 및 제4 스위치(220, 240)가 턴 온(turn on)하는 모드이다. 상기 제2 스위칭 모드에서, 제2 노드(N2)에 연결된 입력 전압(Vin)과 커패시터(250)에 충전된 전압(Vin)이 합쳐져 해당 컨버터(200)의 출력 전압(Vout)으로 전달된다. 따라서, 해당 컨버터(200)의 출력 전압(Vout)은 아래 수학식 1과 같은 관계를 만족한다.
Figure 112018093623118-pat00001
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310), 제2 스텝업 SC 컨버터부(320), 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(320) 사이에 연결되는 승압비 변환부(330)를 포함할 수 있다.
제1 스텝업 SC 컨버터부(310)는, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(311~314)와 하나의 커패시터(315)로 구성된다.
제1 스텝업 SC 컨버터부(310)는 제1 스위치(S12, 311), 제2 스위치(S22, 312), 제3 스위치(S11, 313), 제4 스위치(S21, 314) 및 제1 커패시터(C1, 315)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(311)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있다. 제2 스위치(312)의 일 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 타 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 제3 스위치(313)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있다. 제4 스위치(314)의 일 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 타 단은 해당 컨버터부(310)의 출력 단인 제4 노드(N4)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 스위치(311~314)는 접지(G)와 제4 노드(N4) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제1 커패시터(315)는 제1 스위치(311)와 제2 스위치(312) 사이에 위치한 제1 노드(N1)와, 제3 스위치(313)와 제4 스위치(314) 사이에 위치한 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제1 커패시터(315)는 제2 및 제3 스위치(312, 313)와 병렬로 연결될 수 있다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(320) 역시 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(321~324)와 하나의 커패시터(325)로 구성된다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(320)는 제5 스위치(S14, 321), 제6 스위치(S24, 322), 제7 스위치(S13, 323), 제8 스위치(S23, 324) 및 제2 커패시터(C2, 325)를 포함할 수 있다.
제5 스위치(321)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있다. 제6 스위치(322)의 일 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제7 스위치(323)의 일 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있고, 타 단은 제7 노드(N7)와 연결될 수 있다. 제8 스위치(324)의 일 단은 제7 노드(N7)와 연결될 수 있고, 타 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제5 내지 제8 스위치(321~324)는 접지(G)와 제8 노드(N8) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제2 커패시터(325)는 제5 스위치(321)와 제6 스위치(322) 사이에 위치한 제6 노드(N6)와, 제7 스위치(323)와 제8 스위치(324) 사이에 위치한 제7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2 커패시터(325)는 제6 및 제7 스위치(322, 323)와 병렬로 연결될 수 있다.
승압비 변환부(330)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(320) 사이에 연결되며, 5개의 스위치(331~335)와 하나의 커패시터(336)로 구성된다.
승압비 변환부(330)는 제9 스위치(SR1, 331), 제10 스위치(SR2, 332), 제11 스위치(SR3, 333), 제12 스위치(SR4, 334), 제13 스위치(SR5, 335) 및 제3 커패시터(C3, 336)를 포함한다. 여기서, 제13 스위치(SR5, 335) 및 제3 커패시터(C3, 336)는 필수적인 구성요소는 아니며, 실시 예에 따라 생략 가능하도록 구성될 수 있다.
제9 스위치(SR1, 331)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제 8 노드(N8)와 연결될 수 있다. 제10 스위치(SR2, 332)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제11 스위치(SR3, 333)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있다. 제12 스위치(SR4, 334)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제13 스위치(SR5, 335)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제3 커패시터(C3, 336)의 일 단과 연결될 수 있다. 제3 커패시터(C3, 336)의 일 단은 제13 스위치(SR5, 335)의 일 단과 연결될 수 있고, 타 단은 접지(ground)와 연결될 수 있다.
즉, 제9 스위치의 일 단은 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 제2 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결될 수 있다. 제10 스위치의 일 단은, 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 제6 스위치와 제7 스위치 사이의 노드에 연결될 수 있다. 제11 스위치의 일 단은, 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 제5 스위치와 제6 스위치 사이의 노드에 연결될 수 있다. 제12 스위치의 일 단은, 제2 스위치와 제3 스위치 사이의 노드에 연결되고, 타 단은 제6 스위치와 제7 스위치 사이의 노드에 연결될 수 있다. 제13 스위치의 일 단은, 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 제3 커패시터의 일 단에 연결될 수 있다. 제3 커패시터의 일 단은 접지와 연결되고, 타 단은 제13 스위치의 일 단에 연결될 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(300)의 입력 단(Vin)은 제2 스위치(312)와 제3 스위치(313) 사이에 위치하는 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 출력 단(Vout)은 제8 스위치(324)의 타 단과 제9 스위치(331)의 타 단이 만나는 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 두 개의 반복적인 1:2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)를 이용함으로써, 다양한 입출력 변환 비를 구현할 수 있다. 즉, 해당 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4의 변환 비를 구현할 수 있다.
또한, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 두 개의 반복적인 1:2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)를 이용함으로써, 해당 컨버터(300)의 스위치 및 커패시터의 이용률을 개선할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제1 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 즉, 도 4의 (a)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위칭 동작을 나타내는 도면이고, 도 4의 (b)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치 구동 파형을 나타내는 도면이며, 도 4의 (c)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치별 구동 파형을 테이블 형태로 나타내는 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 동작 모드로 동작함으로써, 1:2의 입출력 변환 비를 획득할 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(300)의 제1 동작 모드에서, 승압비 변환부(330)의 제9 스위치(SR1, 331)와 제12 스위치(SR4, 334)는 하이 레벨 신호(H)의 입력에 따라 턴 온(turn on) 상태로 동작하고, 제10 스위치(SR2, 332), 제11 스위치(SR3, 333) 및 제13 스위치(SR5, 335)는 로우 레벨 신호(L)의 입력에 따라 턴 오프(turn off) 상태로 동작한다. 이에 따라, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)가 서로 병렬로 연결되는 구조이다.
이러한 승압비 변환부(330)의 스위칭 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(300)에서, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 스위치(311)와 제3 스위치(313)는 같이 동작하고, 제2 스위치(312)와 제4 스위치(314)는 같이 동작하며, 상기 제2 및 제4 스위치(312, 314)는 상기 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 반대로 동작한다. 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 스위치(321)와 제7 스위치(323)는 같이 동작하고, 제6 스위치(322)와 제8 스위치(324)는 같이 동작하며, 상기 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 상기 제6 및 제8 스위치(322, 324)와 반대로 동작한다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 같이 동작할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 및 제8 스위치(322, 324)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 같이 동작할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321) 및 제7 스위치(323)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00002
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00003
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 90도 위상 차에 해당하는 지연 시간을 갖도록 동작할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 및 제8 스위치(322, 324)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 90도 위상 차에 해당하는 지연 시간을 갖도록 동작할 수 있다. 즉, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00004
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00005
)에 90도 지연된 제4 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00006
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00007
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 및 제8 스위치(322, 324)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00008
)에 90도 지연된 제3 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00009
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 이와 같이, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)를 90도 지연된 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00010
,
Figure 112018093623118-pat00011
)로 동작시킬 경우, 해당 컨버터(300)에서 출력되는 전압의 리플(ripple)을 반으로 줄일 수 있다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위칭 모드는 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)가 턴 온(turn on)하고, 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)가 턴 오프(turn off)하는 모드이다. 상기 제1 스위칭 모드에서, 입력 전압(Vin)이 제1 및 제2 커패시터(315, 325)를 충전하므로, 상기 제1 및 제2 커패시터(315, 325)의 양 단 전압은 입력 전압(Vin)과 동일하게 된다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제2 스위칭 모드는 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)가 턴 오프(turn off)하고, 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)가 턴 온(turn on)하는 모드이다. 상기 제2 스위칭 모드에서, 제2 노드(N2)에 연결된 입력 전압(Vin)과 제1 커패시터(315)에 충전된 전압(Vin)이 합쳐져 해당 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)으로 전달된다. 따라서, 해당 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 아래 수학식 2와 같은 관계를 만족한다.
Figure 112018093623118-pat00012
도 5는 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제2 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 즉, 도 5의 (a)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위칭 동작을 나타내는 도면이고, 도 5의 (b)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치 구동 파형을 나타내는 도면이며, 도 5의 (c)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치별 구동 파형을 테이블 형태로 나타내는 도면이다.
도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제2 동작 모드로 동작함으로써, 1:3의 입출력 변환 비를 획득할 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(300)의 제2 동작 모드에서, 승압비 변환부(330)의 제11 스위치(SR3, 333)와 제12 스위치(SR4, 334)는 하이 레벨 신호(H)의 입력에 따라 턴 온(turn on) 상태로 동작하고, 제9 스위치(SR1, 331), 제10 스위치(SR2, 332) 및 제13 스위치(SR5, 335)는 로우 레벨 신호(L)의 입력에 따라 턴 오프(turn off) 상태로 동작한다. 이에 따라, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 출력이 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 노드(N6)에 연결되는 구조이다.
이러한 승압비 변환부(330)의 스위칭 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(300)에서, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 스위치(311)와 제3 스위치(313)는 같이 동작하고, 제2 스위치(312)와 제4 스위치(314)는 같이 동작하며, 상기 제2 및 제4 스위치(312, 314)는 상기 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 반대로 동작한다. 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 스위치(321)와 제7 스위치(323)는 같이 동작하고, 제8 스위치(324)는 상기 제5 및 제7 스위치(321, 323)와 반대로 동작하며, 제6 스위치(322)는 로우 레벨 신호(L)의 입력에 따라 턴 오프 상태로 동작한다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 같이 동작할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제8 스위치(324)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 같이 동작할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00013
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제8 스위치(324)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00014
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위칭 모드는 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)가 턴 온(turn on)하고, 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)가 턴 오프(turn off)하는 모드이다. 상기 제1 스위칭 모드에서, 입력 전압(Vin)이 제1 및 제2 커패시터(315, 325)를 충전하므로, 상기 제1 및 제2 커패시터(315, 325)의 양 단 전압은 입력 전압(Vin)과 동일하게 된다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제2 스위칭 모드는 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제6 스위치(322), 제7 스위치(323)가 턴 오프(turn off)하고, 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제8 스위치(324)가 턴 온(turn on)하는 모드이다. 상기 제2 스위칭 모드에서, 제2 노드(N2)에 연결된 입력 전압(Vin)과 제1 커패시터(315)에 충전된 전압(Vin)이 합쳐져 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 출력 전압(2Vin)으로 전달된다. 그리고, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 출력 전압(2Vin)과 제2 커패시터(325)에 충전된 전압(Vin)이 합쳐져 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 출력 전압(3Vin)으로 전달된다. 따라서, 해당 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 아래 수학식 3과 같은 관계를 만족한다.
Figure 112018093623118-pat00015
도 6은 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제3 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 즉, 도 6의 (a)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위칭 동작을 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치 구동 파형을 나타내는 도면이며, 도 6의 (c)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치별 구동 파형을 테이블 형태로 나타내는 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제3 동작 모드로 동작함으로써, 1:4의 입출력 변환 비를 획득할 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(300)의 제3 동작 모드에서, 승압비 변환부(330)의 제10 스위치(SR2, 332)는 하이 레벨 신호(H)의 입력에 따라 턴 온(turn on) 상태로 동작하고, 제9 스위치(SR1, 331), 제11 스위치(SR3, 333), 제12 스위치(SR4, 334) 및 제13 스위치(SR5, 335)는 로우 레벨 신호(L)의 입력에 따라 턴 오프(turn off) 상태로 동작한다. 이에 따라, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 출력이 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 입력으로 연결되는 구조이다.
이러한 승압비 변환부(330)의 스위칭 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(300)에서, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 스위치(311)와 제3 스위치(313)는 같이 동작하고, 제2 스위치(312)와 제4 스위치(314)는 같이 동작하며, 상기 제2 및 제4 스위치(312, 314)는 상기 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 반대로 동작한다. 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 스위치(321)와 제7 스위치(323)는 같이 동작하고, 제6 스위치(322)와 제8 스위치(324)는 같이 동작하며, 상기 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 상기 제6 및 제8 스위치(322, 324)와 반대로 동작한다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 90도 위상 차에 해당하는 지연 시간을 갖도록 동작할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 및 제8 스위치(322, 324)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 90도 위상 차에 해당하는 지연 시간을 갖도록 동작할 수 있다. 즉, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00016
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00017
)에 90도 지연된 제4 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00018
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00019
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 및 제8 스위치(322, 324)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00020
)에 90도 지연된 제3 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00021
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위칭 모드는 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 제5 및 제7 스위치(321, 323)를 일정한 시간 차이로 턴 온(turn on)하고, 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 제6 및 제8 스위치(322, 324)를 일정한 시간 차이로 턴 오프(turn off)하는 모드이다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제2 스위칭 모드는 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 제5 및 제7 스위치(321, 323)를 일정한 시간 차이로 턴 오프(turn off)하고, 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 제6 및 제8 스위치(322, 324)를 일정한 시간 차이로 턴 온(turn on)하는 모드이다.
이러한 제1 및 제2 스위칭 모드에 따라, 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 출력이 존재할 때 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)를 동작시킬 수 있다. 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)는 입력 전압(Vin)의 2배를 출력하게 되고, 해당 출력 전압(2Vin)은 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 입력 전압으로 전달된다. 그러면, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)는 다시 입력 전압(2Vin)의 2배를 출력하게 된다. 따라서, 해당 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 아래 수학식 4와 같은 관계를 만족한다.
Figure 112018093623118-pat00022
도 7은 도 3에 도시된 스위치드 커패시터 컨버터의 제4 동작 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 즉, 도 7의 (a)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위칭 동작을 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치 구동 파형을 나타내는 도면이며, 도 7의 (c)는 스위치드 커패시터 컨버터의 스위치별 구동 파형을 테이블 형태로 나타내는 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제4 동작 모드로 동작함으로써, 1:4의 입출력 변환 비를 획득할 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(300)의 제4 동작 모드에서, 승압비 변환부(330)의 제10 스위치(SR2, 332)와 제13 스위치(SR5, 335)는 하이 레벨 신호(H)의 입력에 따라 턴 온(turn on) 상태로 동작하고, 제9 스위치(SR1, 331), 제11 스위치(SR3, 333), 제12 스위치(SR4, 334)는 로우 레벨 신호(L)의 입력에 따라 턴 오프(turn off) 상태로 동작한다. 이에 따라, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(300)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 출력을 제3 커패시터(336)에 저장하였다가 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 입력으로 연결되는 구조이다.
이러한 승압비 변환부(330)의 스위칭 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(300)에서, 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 스위치(311)와 제3 스위치(313)는 같이 동작하고, 제2 스위치(312)와 제4 스위치(314)는 같이 동작하며, 상기 제2 및 제4 스위치(312, 314)는 상기 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 반대로 동작한다. 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 스위치(321)와 제7 스위치(323)는 같이 동작하고, 제6 스위치(322)와 제8 스위치(324)는 같이 동작하며, 상기 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 상기 제6 및 제8 스위치(322, 324)와 반대로 동작한다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제5 및 제7 스위치(321, 323)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제1 및 제3 스위치(311, 313)와 같이 동작할 수 있고, 제2 스텝업 SC 컨버터부(320)의 제6 및 제8 스위치(322, 324)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 및 제4 스위치(312, 314)와 같이 동작할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)는 제2 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00023
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있고, 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310)의 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)는 제1 제어 신호(
Figure 112018093623118-pat00024
)에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제1 스위칭 모드는 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)가 턴 온(turn on)하고, 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)가 턴 오프(turn off)하는 모드이다. 상기 제1 스위칭 모드에서, 입력 전압(Vin)이 제1 커패시터(315)를 충전하므로, 상기 제1 커패시터(315)의 양 단 전압은 입력 전압(Vin)과 동일하게 된다. 그리고, 제3 커패시터(336)에 충전된 전압(2Vin)이 제2 커패시터(325)를 충전하므로, 상기 제2 커패시터(325)의 양 단 전압은 제3 커패시터(336)의 충전 전압(2Vin)과 동일하게 된다.
제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부(310, 320)의 제2 스위칭 모드는 제1 스위치(311), 제3 스위치(313), 제5 스위치(321), 제7 스위치(323)가 턴 오프(turn off)하고, 제2 스위치(312), 제4 스위치(314), 제6 스위치(322), 제8 스위치(324)가 턴 온(turn on)하는 모드이다. 상기 제2 스위칭 모드에서, 제3 커패시터(336)에 충전된 전압(2Vin)과 제2 커패시터(325)에 충전된 전압(2Vin)이 합쳐져 해당 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)으로 전달된다. 따라서, 해당 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 아래 수학식 5와 같은 관계를 만족한다.
Figure 112018093623118-pat00025
한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 스위치드 커패시터 컨버터(300)는, 승압비 변환부(330)의 제9 스위치(SR1, 331), 제10 스위치(SR2, 332) 및 제12 스위치(SR4, 334)를 턴 온(turn on) 상태로 동작시키고, 제11 스위치(SR3, 333)와 제13 스위치(SR5, 335)를 턴 오프(turn off) 상태로 동작시킴으로써, 1:1의 입출력 변환 비를 획득할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(800)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(810), 제2 스텝업 SC 컨버터부(820), 제3 스텝업 SC 컨버터부(830), 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부(810)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(820) 사이에 연결되는 제1 승압비 변환부(840), 상기 제2 스텝업 SC 컨버터부(820)와 제3 스텝업 SC 컨버터부(830) 사이에 연결되는 제2 승압비 변환부(850)를 포함할 수 있다.
제1 스텝업 SC 컨버터부(810)는, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(811~814)와 하나의 커패시터(815)로 구성된다. 즉, 제1 스텝업 SC 컨버터부(810)는 제1 스위치(S12, 811), 제2 스위치(S22, 812), 제3 스위치(S11, 813), 제4 스위치(S21, 814) 및 제1 커패시터(C1, 815)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(811)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있다. 제2 스위치(812)의 일 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 타 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 제3 스위치(813)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있다. 제4 스위치(814)의 일 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 타 단은 해당 컨버터부(810)의 출력 단인 제4 노드(N4)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 스위치(811~814)는 접지(G)와 제4 노드(N4) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제1 커패시터(815)는 제1 스위치(811)와 제2 스위치(812) 사이에 위치한 제1 노드(N1)와 제3 스위치(813)와 제4 스위치(814) 사이에 위치한 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제1 커패시터(815)는 제2 및 제3 스위치(812, 813)와 병렬로 연결될 수 있다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(820) 역시 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(821~824)와 하나의 커패시터(825)로 구성된다. 즉, 제2 스텝업 SC 컨버터부(820)는 제5 스위치(S14, 821), 제6 스위치(S24, 822), 제7 스위치(S13, 823), 제8 스위치(S23, 824) 및 제2 커패시터(C2, 825)를 포함할 수 있다.
제5 스위치(821)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제6 스위치(822)의 일 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있고, 타 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있다. 제7 스위치(823)의 일 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있고, 타 단은 제7 노드(N7)와 연결될 수 있다. 제8 스위치(824)의 일 단은 제7 노드(N7)와 연결될 수 있고, 타 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제5 내지 제8 스위치(821~824)는 접지(G)와 제8 노드(N8) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제2 커패시터(825)는 제5 스위치(821)와 제6 스위치(822) 사이에 위치한 제5 노드(N5)와 제7 스위치(823)와 제8 스위치(824) 사이에 위치한 제7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2 커패시터(825)는 제6 및 제7 스위치(822, 823)와 병렬로 연결될 수 있다.
제3 스텝업 SC 컨버터부(830) 역시 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(831~834)와 하나의 커패시터(835)로 구성된다. 즉, 제3 스텝업 SC 컨버터부(830)는 제9 스위치(S16, 831), 제10 스위치(S26, 832), 제11 스위치(S15, 833), 제12 스위치(S25, 834) 및 제3 커패시터(C3, 835)를 포함할 수 있다.
제9 스위치(831)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있다. 제10 스위치(832)의 일 단은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있고, 타 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다. 제11 스위치(833)의 일 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있고, 타 단은 제11 노드(N11)와 연결될 수 있다. 제12 스위치(834)의 일 단은 제11 노드(N11)와 연결될 수 있고, 타 단은 제12 노드(N12)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제9 내지 제12 스위치(831~834)는 접지(G)와 제12 노드(N12) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제3 커패시터(835)는 제9 스위치(831)와 제10 스위치(832) 사이에 위치한 제9 노드(N9)와 제11 스위치(833)와 제12 스위치(834) 사이에 위치한 제11 노드(N11) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제3 커패시터(835)는 제10 및 제11 스위치(832, 833)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 승압비 변환부(840)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(810)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(820) 사이에 연결되며, 4개의 스위치(841~844)로 구성된다. 즉, 제1 승압비 변환부(840)는 제13 스위치(SR1, 841), 제14 스위치(SR2, 842), 제15 스위치(SR3, 843), 제16 스위치(SR4, 844)를 포함한다.
제13 스위치(SR1, 841)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제 8 노드(N8)와 연결될 수 있다. 제14 스위치(SR2, 842)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있다. 제15 스위치(SR3, 843)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제16 스위치(SR4, 844)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있다.
제2 승압비 변환부(850)는 제2 스텝업 SC 컨버터부(820)와 제3 스텝업 SC 컨버터부(830) 사이에 연결되며, 4개의 스위치(851~854)로 구성된다. 즉, 제2 승압비 변환부(850)는 제17 스위치(SR5, 851), 제18 스위치(SR6, 852), 제19 스위치(SR7, 853), 제20 스위치(SR8, 854)를 포함한다.
제17 스위치(SR5, 851)의 일 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있고, 타 단은 제12 노드(N12)와 연결될 수 있다. 제18 스위치(SR6, 852)의 일 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있고, 타 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다. 제19 스위치(SR7, 853)의 일 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있고, 타 단은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있다. 제20 스위치(SR8, 854)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(800)의 입력 단(Vin)은 제1 스텝업 SC 컨버터부(810)의 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 출력 단(Vout)은 제3 스텝업 SC 컨버터부(830)의 제12 노드(N8)에 연결될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(800)는 세 개의 반복적인 1:2 스텝업 SC 컨버터부(810, 820, 830)를 이용함으로써, 다양한 입출력 변환 비를 구현할 수 있다. 즉, 해당 스위치드 커패시터 컨버터(800)는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:8의 변환 비를 구현할 수 있다.
또한, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(800)는 세 개의 반복적인 1:2 스텝업 SC 컨버터부(810, 820, 830)를 이용함으로써, 해당 컨버터(800)의 스위치와 커패시터의 이용률을 개선할 수 있다.
한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 넷 이상의 반복적인 1:2 스텝업 SC 컨버터부를 포함하는 스위치드 커패시터 컨버터를 구성하여 다양한 입출력 변환 비를 획득할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터 회로를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 스텝다운 SC 컨버터부(910), 제1 스텝업 SC 컨버터부(920), 제2 스텝업 SC 컨버터부(930), 상기 스텝다운 SC 컨버터부(910)와 제1 스텝업 SC 컨버터부(920) 사이에 연결되는 제1 승압비 변환부(940), 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부(920)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(930) 사이에 연결되는 제2 승압비 변환부(950)를 포함할 수 있다.
스텝다운 SC 컨버터부(910)는, 2:1의 입출력 변환 비를 갖는 스텝다운 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(911~914)와 하나의 커패시터(915)로 구성된다. 즉, 스텝다운 SC 컨버터부(910)는 제1 스위치(S12, 911), 제2 스위치(S22, 912), 제3 스위치(S11, 913), 제4 스위치(S21, 914) 및 제1 커패시터(C1, 915)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(911)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있다. 제2 스위치(912)의 일 단은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 타 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 제3 스위치(913)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있다. 제4 스위치(914)의 일 단은 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 타 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 스위치(911~914)는 접지(G)와 제4 노드(N4) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제1 커패시터(915)는 제1 스위치(911)와 제2 스위치(912) 사이에 위치한 제1 노드(N1)와, 제3 스위치(913)와 제4 스위치(914) 사이에 위치한 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제1 커패시터(915)는 제2 및 제3 스위치(912, 913)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 스텝업 SC 컨버터부(920)는 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(921~924)와 하나의 커패시터(925)로 구성된다. 즉, 제1 스텝업 SC 컨버터부(920)는 제5 스위치(S14, 921), 제6 스위치(S24, 922), 제7 스위치(S13, 923), 제8 스위치(S23, 924) 및 제2 커패시터(C2, 925)를 포함할 수 있다.
제5 스위치(921)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있다. 제6 스위치(922)의 일 단은 제6 노드(N6)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제7 스위치(923)의 일 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있고, 타 단은 제7 노드(N7)와 연결될 수 있다. 제8 스위치(924)의 일 단은 제7 노드(N7)와 연결될 수 있고, 타 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제5 내지 제8 스위치(821~824)는 접지(G)와 제8 노드(N8) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제2 커패시터(925)는 제5 스위치(921)와 제6 스위치(922) 사이에 위치한 제6 노드(N6)와, 제7 스위치(923)와 제8 스위치(924) 사이에 위치한 제7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2 커패시터(925)는 제6 및 제7 스위치(922, 923)와 병렬로 연결될 수 있다.
제2 스텝업 SC 컨버터부(930) 역시 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 스텝업 스위치드 커패시터 컨버터로서, 4개의 스위치(931~934)와 하나의 커패시터(935)로 구성된다. 즉, 제2 스텝업 SC 컨버터부(930)는 제9 스위치(S16, 931), 제10 스위치(S26, 932), 제11 스위치(S15, 933), 제12 스위치(S25, 934) 및 제3 커패시터(C3, 935)를 포함할 수 있다.
제9 스위치(931)의 일 단은 접지(ground)와 연결될 수 있고, 타 단은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있다. 제10 스위치(932)의 일 단은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있고, 타 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다. 제11 스위치(933)의 일 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있고, 타 단은 제11 노드(N11)와 연결될 수 있다. 제12 스위치(934)의 일 단은 제11 노드(N11)와 연결될 수 있고, 타 단은 제12 노드(N12)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제9 내지 제12 스위치(931~934)는 접지(G)와 제12 노드(N12) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제3 커패시터(935)는 제9 스위치(931)와 제10 스위치(932) 사이에 위치한 제9 노드(N9)와, 제11 스위치(933)와 제12 스위치(934) 사이에 위치한 제11 노드(N11) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제3 커패시터(935)는 제10 및 제11 스위치(932, 933)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 승압비 변환부(940)는 스텝다운 SC 컨버터부(910)와 제1 스텝업 SC 컨버터부(920) 사이에 연결되며, 3개의 스위치(941~943)로 구성된다. 즉, 제1 승압비 변환부(940)는 제13 스위치(SR1, 941), 제14 스위치(SR2, 942), 제15 스위치(SR3, 943)를 포함한다.
제13 스위치(SR1, 941)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제 8 노드(N8)와 연결될 수 있다. 제14 스위치(SR2, 942)의 일 단은 제4 노드(N4)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다. 제15 스위치(SR3, 843)의 일 단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있고, 타 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있다.
제2 승압비 변환부(950)는 제1 스텝업 SC 컨버터부(920)와 제2 스텝업 SC 컨버터부(930) 사이에 연결되며, 4개의 스위치(951~954)로 구성된다. 즉, 제2 승압비 변환부(950)는 제16 스위치(SR4, 951), 제17 스위치(SR5, 952), 제18 스위치(SR6, 953), 제19 스위치(SR7, 954)를 포함한다.
제16 스위치(SR4, 951)의 일 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있고, 타 단은 제12 노드(N12)와 연결될 수 있다. 제17 스위치(SR5, 952)의 일 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있고, 타 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다. 제18 스위치(SR6, 953)의 일 단은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있고, 타 단은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있다. 제19 스위치(SR7, 954)의 일 단은 제5 노드(N5)와 연결될 수 있고, 타 단은 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다.
스위치드 커패시터 컨버터(900)의 입력 단(Vin)은 스텝다운 SC 컨버터부(910)의 제4 노드(N2)에 연결될 수 있고, 출력 단(Vout)은 제2 스텝업 SC 컨버터부(930)의 제12 노드(N8)에 연결될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 하나의 2:1 스텝다운 SC 컨버터부(910)와 두 개의 1:2 스텝업 SC 컨버터부(920, 930)를 이용함으로써, 다양한 입출력 변환 비를 구현할 수 있다. 즉, 해당 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 1:0.5, 1:1, 1:1.5, 1:2, 1:3, 1:4의 변환 비를 구현할 수 있다.
또한, 상기 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 하나의 2:1 스텝다운 SC 컨버터부(910)와 두 개의 1:2 스텝업 SC 컨버터부(920, 930)를 이용함으로써, 해당 컨버터(900)의 스위치와 커패시터의 이용률을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
300: 스위치드 커패시터 컨버터 310: 제1 스텝업 SC 컨버터부
311: 제1 스위치 312: 제2 스위치
313: 제3 스위치 314: 제4 스위치
315: 제1 커패시터 320: 제2 스텝업 SC 컨버터부
321: 제5 스위치 322: 제6 스위치
323: 제7 스위치 324: 제8 스위치
325: 제2 커패시터 330: 승압비 변환부
331: 제9 스위치 332: 제10 스위치
333: 제11 스위치 334: 제12 스위치
335: 제13 스위치 336: 제3 커패시터

Claims (14)

  1. 상호 직렬 연결된 제1 내지 제4 스위치와, 제2 및 제3 스위치와 병렬로 연결된 제1 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부;
    상호 직렬 연결된 제5 내지 제8 스위치와, 제6 및 제7 스위치와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부; 및
    상기 제1 스텝업 SC 컨버터부와 상기 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 배치되어, 입력 단과 출력 단 사이의 입출력 변환 비를 변환하는 승압비 변환부를 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승압비 변환부는,
    상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단과 상기 제2 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단 사이에 연결되는 제9 스위치와,
    상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단과 상기 제6 스위치와 제7 스위치 사이의 노드 사이에 연결되는 제10 스위치와,
    상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단과 상기 제5 스위치와 제6 스위치 사이의 노드 사이에 연결되는 제11 스위치와,
    상기 제2 스위치와 제3 스위치 사이의 노드와 상기 제6 스위치와 제7 스위치 사이의 노드 사이에 연결되는 제12 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변환기는, 제1 동작 모드 시, 상기 제1 내지 제12 스위치의 스위칭 동작에 기초하여 1:2의 입출력 변환 비를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 동작 모드 시,
    상기 승압비 변환부의 제9 스위치 및 제12 스위치는 턴 온(turn on) 상태로 동작하고, 제10 스위치 및 제11 스위치는 턴 오프(turn off) 상태로 동작하며,
    상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제2 스위치, 제4 스위치, 제6 스위치, 제8 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00059
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제1 스위치, 제3 스위치, 제5 스위치 및 제7 스위치는 상기 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00060
    )와 반대 파형인 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00061
    )에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 동작 모드 시,
    상기 승압비 변환부의 제9 스위치 및 제12 스위치는 턴 온 상태로 동작하고, 제10 스위치 및 제11 스위치는 턴 오프 상태로 동작하며,
    상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 제2 및 제4 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00062
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 제1 및 제3 스위치는 상기 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00063
    )와 반대 파형인 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00064
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하며,
    상기 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제6 및 제8 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00065
    )에 90도 지연된 제3 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00066
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 제5 및 제7 스위치는 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00067
    )에 90도 지연된 제4 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00068
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 변환기는, 제2 동작 모드 시, 상기 제1 내지 제12 스위치의 스위칭 동작에 기초하여 1:3의 입출력 변환 비를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 동작 모드 시,
    상기 승압비 변환부의 제11 스위치와 제12 스위치는 턴 온 상태로 동작하고, 제9 스위치 및 제10 스위치는 턴 오프 상태로 동작하며,
    상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제2 스위치, 제4 스위치, 제8 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00069
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제1 스위치, 제3 스위치, 제5 스위치, 제7 스위치는 상기 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00070
    )와 반대 파형인 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00071
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 변환기는, 제3 동작 모드 시, 상기 제1 내지 제12 스위치의 스위칭 동작에 기초하여 1:4의 입출력 변환 비를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 동작 모드 시,
    상기 승압비 변환부의 제10 스위치는 턴 온 상태로 동작하고, 제9 스위치, 제11 스위치 및 제12 스위치는 턴 오프 상태로 동작하며,
    상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 제2 및 제4 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00072
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 제1 및 제3 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00073
    )와 반대 파형인 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00074
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하며,
    상기 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제6 및 제8 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00075
    )에 90도 지연된 제3 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00076
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 제5 및 제7 스위치는 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00077
    )에 90도 지연된 제4 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00078
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 승압비 변환부는 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되는 제13 스위치와, 상기 제13 스위치의 일 단과 접지 사이에 연결되는 제3 커패시터를 더 포함하고,
    상기 변환기는, 제4 동작 모드 시, 상기 제1 내지 제13 스위치의 스위칭 동작에 기초하여 1:4의 입출력 변환 비를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제4 동작 모드 시,
    상기 승압비 변환부의 제10 스위치 및 제13 스위치는 턴 온 상태로 동작하고, 제9 스위치, 제11 스위치 및 제12 스위치는 턴 오프 상태로 동작하며,
    상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제2 스위치, 제4 스위치, 제6 스위치 및 제8 스위치는 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00079
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부의 제1 스위치, 제3 스위치, 제5 스위치 및 제7 스위치는 상기 제1 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00080
    )와 반대 파형인 제2 제어 신호(
    Figure 112020101293079-pat00081
    )에 따라 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제9 스위치의 일 단은 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 상기 제2 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되며,
    상기 제10 스위치의 일 단은, 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 상기 제6 스위치와 제7 스위치 사이의 노드에 연결되며,
    상기 제11 스위치의 일 단은, 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부의 출력 단에 연결되고, 타 단은 상기 제5 스위치와 제6 스위치 사이의 노드에 연결되며,
    상기 제12 스위치의 일 단은, 상기 제2 스위치와 제3 스위치 사이의 노드에 연결되고, 타 단은 상기 제6 스위치와 제7 스위치 사이의 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  13. 상호 직렬 연결된 제1 내지 제4 스위치와, 제2 및 제3 스위치와 병렬로 연결된 제1 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부;
    상호 직렬 연결된 제5 내지 제8 스위치와, 제6 및 제7 스위치와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부;
    상호 직렬 연결된 제9 내지 제12 스위치와, 제10 및 제11 스위치와 병렬로 연결된 제3 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제3 스텝업 SC 컨버터부;
    상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 배치되어, 동작 모드에 따라 서로 다른 스위칭 경로(switching path)를 연결하는 제1 승압비 변환부; 및
    상기 제2 및 제3 스텝업 SC 컨버터부 사이에 배치되어, 상기 동작 모드에 따라 서로 다른 스위칭 경로를 연결하는 제2 승압비 변환부를 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
  14. 상호 직렬 연결된 제1 내지 제4 스위치와, 제2 및 제3 스위치와 병렬로 연결된 제1 커패시터로 구성되며, 2:1의 입출력 변환 비를 갖는 스텝다운 SC 컨버터부;
    상호 직렬 연결된 제5 내지 제8 스위치와, 제6 및 제7 스위치와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제1 스텝업 SC 컨버터부;
    상호 직렬 연결된 제9 내지 제12 스위치와, 제10 및 제11 스위치와 병렬로 연결된 제3 커패시터로 구성되며, 1:2의 입출력 변환 비를 갖는 제2 스텝업 SC 컨버터부;
    상기 스텝다운 SC 컨버터부와 상기 제1 스텝업 SC 컨버터부 사이에 배치되어, 동작 모드에 따라 서로 다른 스위칭 경로(switching path)를 연결하는 제1 승압비 변환부; 및
    상기 제1 및 제2 스텝업 SC 컨버터부 사이에 배치되어, 상기 동작 모드에 따라 서로 다른 스위칭 경로를 연결하는 제2 승압비 변환부를 포함하는 스위치드 커패시터 직류-직류 변환기.
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