KR102285407B1 - Multiple output dc-dc converter system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 스위치드 캐패시터 컨버터를 다상 인터리빙 방식으로 제어함으로써 부하 전압의 리플을 줄일 수 있고, 제1 및 제2 부하의 부하 전압 평균치를 이용하여 스위칭 주파수를 변조함으로써 부하 전류의 변동을 줄일 수 있고, 부하에 따라 제1 및 제2 차지 펌프부 내 캐패시턴스를 변조함으로써 부하 전압의 오버슈트나 언더슈트를 줄일 수 있는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템은, 인가되는 입력 전압을 승압시켜 승압된 제1 출력 전압을 출력하는 제1 파워 스테이지; 상기 입력 전압을 승압시켜 승압된 제2 출력 전압을 출력하는 제2 파워 스테이지; 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 비교하여 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교부; 및 외부로부터 인가되는 클럭 신호와 상기 제1 비교 신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 파워 스테이지의 캐패시턴스를 변조하기 위한 캐패시턴스 변조 신호를 출력하는 캐패시턴스 변조부를 포함한다.The present invention can reduce the ripple of the load voltage by controlling a plurality of switched capacitor converters in a polyphase interleaving method, and can reduce the fluctuation of the load current by modulating the switching frequency using the average load voltage of the first and second loads. , to provide a multi-output DC-DC converter system capable of reducing overshoot or undershoot of a load voltage by modulating the capacitance in the first and second charge pump units according to the load.
A multi-output DC-DC converter system according to the present invention includes: a first power stage that boosts an applied input voltage to output a boosted first output voltage; a second power stage that boosts the input voltage to output a boosted second output voltage; a first comparator configured to compare the first output voltage and the second output voltage to output a first comparison signal; and a capacitance modulator controlling the clock signal and the first comparison signal applied from the outside to output a capacitance modulated signal for modulating the capacitances of the first and second power stages.
Description
본 발명은 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정적인 부하 전압을 제공할 수 있는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-output DC-DC converter system, and more particularly, to a multi-output DC-DC converter system capable of providing a stable load voltage.
SSD는 Solid State Disk 또는 Solid State Drive를 일컫는 말로써, NAND플래시 또는 DRAM 등 초고속 반도체 메모리를 저장 매체로 사용하는 대용량 저장 장치를 의미이다. 여기서 초고속 반도체 메모리는 휴대폰, MP3, 메모리 카드, 디지털카메라 등에 사용되는 데이터 저장용 반도체 소자를 가리킨다. SSD는 기본적으로 메모리 카드와 동작 방식이 유사하지만, HDD를 대체하기 위한 것이기 때문에 용량이 메모리 카드에 비해서 훨씬 크다. 보통 메모리 카드는 2G 내지 8G 정도의 용량을 사용하지만, SSD는 32G에서 1TB(1,024GB) 정도의 대용량을 필요로 한다. SSD refers to a solid state disk or solid state drive, and refers to a mass storage device that uses a high-speed semiconductor memory such as NAND flash or DRAM as a storage medium. Here, the high-speed semiconductor memory refers to a semiconductor device for data storage used in mobile phones, MP3 players, memory cards, digital cameras, and the like. SSDs are basically similar in operation to memory cards, but because they are intended to replace HDDs, their capacity is much larger than that of memory cards. A memory card usually uses a capacity of 2G to 8G, but an SSD requires a capacity of about 1TB (1,024GB) from 32G.
그런데, SSD는 컨트롤러와 낸드 플래시 메모리를 이용해 제작되며 이중 낸드 플래시는 특성상 미세공정이 도입될수록 낸드 플래시의 셀 구조를 약화시켜 내구성이 하락하기 때문에 미세공정 도입이 쉽지 않다. However, SSDs are manufactured using a controller and NAND flash memory. Due to the nature of the dual NAND flash, the more microprocessing is introduced, the weaker the cell structure of the NAND flash and the lower the durability.
이처럼 낸드 플래시 메모리는 기술적으로 해결이 쉽지 않은 인접 셀 사이의 간섭이나 누설 전류 증가 등으로 미세화가 점점 어려워짐에 따라 성능과 내구성, 신뢰성은 하락하고 있으며 용량 증가도 한계에 직면하고 있다. As described above, the performance, durability, and reliability of NAND flash memory are declining as it becomes increasingly difficult to refine due to increased leakage current or interference between adjacent cells, which are technically difficult to solve, and also faces limitations in capacity increase.
이는 DRAM도 비슷한 상황이며 아직까지 명확한 해결책이 등장하지 못하고 있다. 이에 미세화 한계를 극복할 기술들이 등장하고 있다. 대표적인 기술이 3차원 수직구조 낸드 (3D NAND)와 상변화 메모리 (PCRAM), 스핀 주입 메모리 (STT-RAM), 저항 변화 메모리 (ReRAM)로 대표되는 차세대 메모리다.This is a similar situation for DRAM, and a clear solution has not yet emerged. As a result, technologies to overcome the limitations of miniaturization are emerging. Representative technologies are next-generation memories represented by three-dimensional vertical NAND (3D NAND), phase change memory (PCRAM), spin injection memory (STT-RAM), and resistance change memory (ReRAM).
이에 미세화 한계를 극복할 기술들이 등장하고 있는데, 대표적인 기술 중 하나가 상변화 메모리 (PCRAM), 저항 변화 메모리 (ReRAM) 등의 저항성 메모리다.As a result, technologies to overcome the limit of miniaturization are emerging, and one of the representative technologies is resistive memory such as phase change memory (PCRAM) and resistive change memory (ReRAM).
저항성 메모리를 구동하기 위한 구동용 컨버터의 출력 전압은 대략 4.5 내지 5볼트가 되고, 메모리의 집적도가 향상됨에 따라 기입되는 셀의 수가 증가되고 있어 구동용 컨버터는 최대 35mA의 출력 전류를 감당할 수 있어야 한다. 이때 과도한 부하 전류에 의한 출력 전압의 요동 역시 전류 펄스에 영향을 주기 때문에 이를 줄이는 것 또한 중요하다.The output voltage of the driving converter for driving the resistive memory is approximately 4.5 to 5 volts, and as the density of the memory is improved, the number of written cells is increasing. . At this time, it is also important to reduce the fluctuation of the output voltage due to the excessive load current because it also affects the current pulse.
따라서 순간적인 부하 전류의 변화에 대응할 수 있고, 출력 전압에 나타나는 리플 전압도 낮은 수준에 머물러야 한다. Therefore, it can respond to the instantaneous load current change, and the ripple voltage appearing in the output voltage must remain at a low level.
한편, 도 1의 종래기술에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터는, 게이트 드라이브 전원 회로(40), 제1 및 제2 벅 컨버터(70, 80)를 포함한다. 게이트 드라이브 전원 회로(40)는 부스트 레귤레이터(50)와 차지 펌프 더블러 회로(60)를 포함하고, 게이트 드라이브 전원 회로(40)는 4 내지 5볼트의 저전압 VDDL(41)과 8 내지 10볼트의 고전압 VDDH(42)을 생성한다.Meanwhile, the multi-output DC-DC converter according to the prior art of FIG. 1 includes a gate drive
게이트 드라이브 전원 회로(40)에 의해 생성된 저전압(41)과 고전압(42)은 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 내 상측 및 하측 스위칭 소자를 구동하는 데에 사용된다.The low voltage 41 and
그런데, 도 1의 종래기술에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터의 경우, 입력 전압을 부스트하고, 차지 펌프를 이용하여 부스트된 입력전압을 두배로 올려 저전압과 고전압을 생성하는 구조여서, 과도한 부하 전류에 의한 출력 전압의 요동에 빠른 응답 특성을 갖기 어렵다. However, in the case of the multi-output DC-DC converter according to the prior art of FIG. 1, it has a structure in which the input voltage is boosted and the boosted input voltage is doubled using a charge pump to generate a low voltage and a high voltage. It is difficult to have fast response characteristics to fluctuations in the output voltage due to
이에 DRAM 이나 플래시 메모리와 달리 저항성 메모리에서 필요로 하는 출력 전압의 리플이 작으면서도 큰 전류를 공급할 수 있는 DC-DC 컨버터가 필요하다.Therefore, unlike DRAM or flash memory, a DC-DC converter capable of supplying a large current while having a small ripple of the output voltage required for a resistive memory is required.
본 발명은 다수의 스위치드 캐패시터 컨버터를 다상 인터리빙 방식으로 제어함으로써 부하 전압의 리플을 줄일 수 있는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템을 제공한다.The present invention provides a multi-output DC-DC converter system capable of reducing a ripple of a load voltage by controlling a plurality of switched capacitor converters in a polyphase interleaving method.
또한, 본 발명은 제1 및 제2 부하의 부하 전압 평균치를 이용하여 스위칭 주파수를 변조함으로써 부하 전류의 변동을 줄일 수 있는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a multi-output DC-DC converter system capable of reducing variations in load current by modulating a switching frequency using the average load voltage of the first and second loads.
또한, 본 발명은 부하에 따라 제1 및 제2 차지 펌프부 내 캐패시턴스를 변조함으로써 부하 전압의 오버슈트나 언더슈트를 줄일 수 있는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a multi-output DC-DC converter system capable of reducing overshoot or undershoot of a load voltage by modulating the capacitance in the first and second charge pump units according to the load.
본 발명에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템은, 인가되는 입력 전압을 승압시켜 승압된 제1 출력 전압을 출력하는 제1 파워 스테이지; 상기 입력 전압을 승압시켜 승압된 제2 출력 전압을 출력하는 제2 파워 스테이지; 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 비교하여 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교부; 및 외부로부터 인가되는 클럭 신호와 상기 제1 비교 신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 파워 스테이지의 캐패시턴스를 변조하기 위한 캐패시턴스 변조 신호를 출력하는 캐패시턴스 변조부를 포함한다.A multi-output DC-DC converter system according to the present invention includes: a first power stage that boosts an applied input voltage to output a boosted first output voltage; a second power stage that boosts the input voltage to output a boosted second output voltage; a first comparator configured to compare the first output voltage and the second output voltage to output a first comparison signal; and a capacitance modulator that is controlled by the externally applied clock signal and the first comparison signal to output a capacitance modulated signal for modulating capacitances of the first and second power stages.
또한, 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압의 평균치와 소정의 기준전압을 비교하여 제2 비교 신호를 출력하는 제2 비교부; 및 상기 제2 비교 신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 파워 스테이지의 동작 주파수를 변조하기 위한 주파수 변조 신호를 출력하는 주파수 변조부를 더 포함할 수 있다.A second comparison unit for outputting a second comparison signal by comparing an average value of the first output voltage and the second output voltage with a predetermined reference voltage; and a frequency modulator that is controlled by the second comparison signal to output a frequency modulated signal for modulating operating frequencies of the first and second power stages.
또한, 상기 제1 파워 스테이지는, 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹을 포함할 수 있다.Also, the first power stage may include a plurality of converter groups connected in parallel.
또한, 상기 제1 파워 스테이지는, 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹을 포함하고, 상기 제1 파워 스테이지 내 개별 컨버터 그룹은 상기 캐패시턴스 변조 신호에 제어되어 상기 제1 출력 전압 또는 상기 제2 출력 전압에 기여할 수 있다.In addition, the first power stage may include a plurality of converter groups connected in parallel, and individual converter groups in the first power stage may be controlled by the capacitance modulated signal to contribute to the first output voltage or the second output voltage. there is.
또한, 상기 제1 출력 전압을 이용하는 제1 부하 또는 상기 제2 출력 전압을 이용하는 제2 부하 중 어느 하나의 부하 전류가 증가하면 상응하는 출력 전압은 다른 하나의 파워 스테이지 내 컨버터 그룹 중 적어도 일부를 이용할 수 있다.In addition, if the load current of either the first load using the first output voltage or the second load using the second output voltage increases, the corresponding output voltage will use at least some of the converter groups in the other power stage. can
또한, 상기 제1 파워 스테이지는, 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹을 포함하고, 상기 제1 파워 스테이지 내 개별 컨버터 그룹은 상기 캐패시턴스 변조 신호에 제어되어 상기 제1 출력 전압 또는 상기 제2 출력 전압에 기여할 수 있다.In addition, the first power stage may include a plurality of converter groups connected in parallel, and individual converter groups in the first power stage may be controlled by the capacitance modulated signal to contribute to the first output voltage or the second output voltage. there is.
또한, 상기 개별 컨버터 그룹은 각각 소정 위상차를 가지고 스위칭하는 병렬연결된 복수의 컨버터를 포함한다.In addition, the individual converter group includes a plurality of parallel-connected converters that each switch with a predetermined phase difference.
또한, 상기 주파수 변조부는, 상기 출력 전압 평균치가 소정의 기준치보다 낮으면 저속 충전 전류를 충전 캐패시터로 흘리고, 상기 출력 전압 평균치가 상기 기준치보다 높으면 저속 방전 전류를 상기 충전 캐패시터로부터 접지로 흘리는 에러 적분기; 상기 충전 캐패시터가 제공하는 전원 전압의 전위 변화에 따라 상기 동작 주파수가 변화하고, 각각 소정의 위상차를 갖는 복수의 전압 제어 발진 신호를 출력하는 전압 제어 발진기; 및 상기 복수의 전압 제어 발진 신호를 이용하여 상기 병렬연결된 복수의 컨버터 내 캐패시터를 충전하기 위한 제1 위상 신호와, 상기 병렬연결된 복수의 컨버터 내 캐패시터를 방전하기 위한 제2 위상 신호를 출력하는 위상 천이 클럭 발생기를 포함한다.In addition, the frequency modulator may include: an error integrator for passing a low-speed charging current to a charging capacitor when the average output voltage is lower than a predetermined reference value, and flowing a low-speed discharging current from the charging capacitor to the ground when the average output voltage is higher than the reference value; a voltage-controlled oscillator for outputting a plurality of voltage-controlled oscillation signals each having a predetermined phase difference and changing the operating frequency according to a change in potential of a power supply voltage provided by the charging capacitor; and a first phase signal for charging capacitors in the plurality of parallel-connected converters using the plurality of voltage controlled oscillation signals and a phase shift for outputting a second phase signal for discharging capacitors in the plurality of parallel-connected converters Includes a clock generator.
또한, 상기 출력 전압 평균치가 소정의 급속 하위 기준치보다 낮으면 급속 충전 전류가 상기 충전 캐패시터로 흐르게 하고, 상기 출력 전압 평균치가 소정의 급속 상위 기준치보다 높으면 급속 방전 전류가 상기 충전 캐패시터로부터 접지로 흐르게 하는 급속 적분기를 더 포함한다.In addition, when the output voltage average value is lower than a predetermined rapid lower reference value, the rapid charging current flows to the charging capacitor, and when the output voltage average value is higher than the predetermined rapid upper reference value, the rapid discharge current flows from the charging capacitor to the ground It further includes a rapid integrator.
또한, 상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 동일 전위를 가질 수 있다.Also, the first output voltage may have the same potential as the second output voltage.
또한, 상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 동일 부호이고, 상이한 레벨의 전위를 가질 수 있다.Also, the first output voltage may have the same sign as the second output voltage and may have a different level of potential.
또한, 상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 절대값은 갖고, 부호가 다른 전위를 가질 수 있다.Also, the first output voltage may have an absolute value and a different sign from that of the second output voltage.
또한, 상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 부호가 다르고, 상이한 레벨의 전위를 가질 수 있다.Also, the first output voltage may have a different sign from the second output voltage and may have a different level of potential.
또한, 상기 캐패시턴스 변조부는 쉬프트 레지스터를 이용하여 구현될 수 있다.In addition, the capacitance modulator may be implemented using a shift register.
또한, 상기 컨버터는, 적어도 하나의 캐패시터; 및 상기 캐패시터를 충방전시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함한다.In addition, the converter, at least one capacitor; and a switching element capable of charging and discharging the capacitor.
또한, 상기 컨버터는, 적어도 둘 이상의 캐패시터 조합; 및 상기 캐패시터 조합을 충방전시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함한다.In addition, the converter may include a combination of at least two or more capacitors; and a switching element capable of charging and discharging the capacitor combination.
본 발명의 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템에 따르면, 다수의 스위치드 캐패시터 컨버터를 다상 인터리빙 방식으로 제어함으로써 부하 전압의 리플을 줄일 수 있고, 제1 및 제2 부하의 부하 전압 평균치를 이용하여 스위칭 주파수를 변조함으로써 부하 전류의 변동을 줄일 수 있으며, 부하에 따라 제1 및 제2 차지 펌프부 내 캐패시턴스를 변조함으로써 부하 전압의 오버슈트나 언더슈트를 줄일 수 있다.According to the multi-output DC-DC converter system of the present invention, it is possible to reduce the ripple of the load voltage by controlling a plurality of switched capacitor converters in a polyphase interleaving method, and to increase the switching frequency by using the average value of the load voltages of the first and second loads. By modulating, variations in the load current can be reduced, and by modulating the capacitances in the first and second charge pumps according to the load, overshoot or undershoot of the load voltage can be reduced.
도 1은 종래기술에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 파워 스테이지의 구체 회로도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 파워 스테이지의 캐패시턴스 변조된 사용 상태도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조부의 구체 회로도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 위상 천이 클럭 발생기의 출력 파형도,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도, 및
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to the prior art;
2 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to an embodiment of the present invention;
3 is a detailed circuit diagram of a first power stage according to an embodiment of the present invention;
4 is a capacitance-modulated usage state diagram of a first power stage according to an embodiment of the present invention;
5 is a detailed circuit diagram of a frequency modulation unit according to an embodiment of the present invention;
6 is an output waveform diagram of a phase shift clock generator according to an embodiment of the present invention;
7 is a block diagram of a multiple output DC-DC converter system according to a second embodiment of the present invention;
8 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to a third embodiment of the present invention, and
9 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to a fourth embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiment(s) of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are marked with the same reference numerals as much as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, many specific details are shown in the following description, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and those of ordinary skill in the art will realize that the present invention may be practiced without these specific details. It will be self-evident to In the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도이다.2 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템은 제1 파워 스테이지(110), 제2 파워 스테이지(120), 제1 비교부(130), 캐패시턴스 변조부(140), 평균 전압 발생부(150), 제2 비교부(160), 및 주파수 변조부(170)를 포함한다.A multi-output DC-DC converter system according to an embodiment of the present invention includes a
제1 파워 스테이지(110)는 직병렬의 컨버터 그룹을 이용하여 인가되는 입력 전압(Vin, 미도시)을 승압시켜 승압된 제1 출력 전압(Vout1)을 제1 부하(load1)로 출력한다.The
제2 파워 스테이지(120)는 직병렬의 컨버터 그룹을 이용하여 인가되는 입력 전압(Vin, 미도시)을 승압시켜 승압된 제2 출력 전압(Vout2)을 제2 부하(load2)로 출력한다. The
제1 비교부(130)는 제1 출력 전압(Vout1)과 제2 출력 전압(Vout2)을 비교하여 제1 비교 신호(Scomp1)를 출력한다.The
캐패시턴스 변조부(140)는 외부로부터 인가되는 클럭 신호(CLK)와 제1 비교 신호(Scomp1)에 제어되어 제1 파워 스테이지(110) 및 제2 파워 스테이지(120)의 캐패시턴스를 변조하기 위한 캐패시턴스 변조 신호(Scm)를 출력한다.The
제2 비교부(150)는 제1 출력 전압(Vout1)과 제2 출력 전압(Vout2)의 평균치와 기준전압(Vref)을 비교하여 제2 비교 신호(Scomp2)를 출력한다.The
주파수 변조부(160)는 제2 비교 신호(Scomp2)에 제어되어 제1 파워 스테이지(110) 및 제2 파워 스테이지(120)의 주파수를 변조하기 위한 주파수 변조 신호(Sfm)를 출력한다.The
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 파워 스테이지의 구체 회로도이다.3 is a detailed circuit diagram of a first power stage according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 파워 스테이지(110)는 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹(300, 310, ..., 390)을 포함한다. 예컨대, 제1 파워 스테이지(110)는 병렬연결된 제1 내지 제10 컨버터 그룹(300, 310, ..., 390)을 포함한다.The
개별 컨버터 그룹은 캐패시턴스 변조 신호(Scm)와 주파수 변조 신호(Sfm)에 제어된다. Each group of converters is controlled by a capacitance modulated signal (Scm) and a frequency modulated signal (Sfm).
그런데, 본 발명에 따르면, 제1 부하(load1) 또는 제2 부하(load2) 중 어느 하나의 부하 전류가 증가하면 다른 하나의 파워 스테이지 내 개별 컨버터 그룹 중 적어도 일부를 빌려올 수 있다. 이에 따르면, 여하의 부하 상황에서도 모든 캐패시터를 활용하게 되므로, 캐패시터 영역을 낭비하지 않는다는 장점이 있다.However, according to the present invention, when the load current of any one of the first load (load1) or the second load (load2) increases, at least a portion of the individual converter groups in the other power stage can be borrowed. According to this, since all capacitors are used under any load condition, there is an advantage in that the capacitor area is not wasted.
예컨대, 제1 파워 스테이지(110) 내 개별 컨버터 그룹은 캐패시턴스 변조 신호(Scm)에 제어되어 제1 파워 스테이지(110) 내 적어도 일부의 개별 컨버터 그룹은 제1 출력 전압(Vout1) 또는 제2 출력 전압(Vout2)에 기여할 수 있다. 또한, 제2 파워 스테이지(120) 내 개별 컨버터 그룹은 캐패시턴스 변조 신호(Scm)에 제어되어 제2 파워 스테이지(120) 내 적어도 일부의 개별 컨버터 그룹은 제1 출력 전압(Vout1) 또는 제2 출력 전압(Vout2)에 기여할 수 있다. For example, individual converter groups in the
한편, 개별 컨버터 그룹은 스위칭 가능한 병렬연결된 복수의 컨버터를 포함한다. 예컨대, 제1 컨버터 그룹(300)은 스위칭 가능한 병렬연결된 복수의 컨버터(301, 302, ..., 309)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 각각의 컨버터(301, 302, ..., 309)는 적어도 하나의 캐패시터와 이를 충방전시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각의 컨버터(301, 302, ..., 309)는 적어도 둘 이상의 캐패시터 조합과 이를 충방전시킬 수 있는 스위칭 소자들을 포함할 수 있다. On the other hand, the individual converter group includes a plurality of switchable parallel-connected converters. For example, the
개별 컨버터 그룹 내 복수의 컨버터(301, 302, ..., 309)는 각각 소정 위상만큼 천이하여 스위칭된다. 이에 따라 출력 전압의 리플을 저감할 수 있다. 즉, 개별 컨버터 그룹이 각기 하나의 컨버터를 구성하는 것에 비해 9개의 컨버터를 사용하고, 9개의 컨버터가 각기 다른 위상에서 스위칭함으로써 출력 전압의 리플을 저감시킬 수 있다. A plurality of
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 파워 스테이지의 캐패시턴스 변조된 사용 상태도이다.4 is a capacitance-modulated usage state diagram of a first power stage according to an embodiment of the present invention.
도 4(a)는 개별 컨버터 그룹 중 제1 내지 제5 컨버터 그룹(300, 310, ..., 340)은 제1 출력 전압(Vout1)에 기여하고, 제6 내지 제10 컨버터 그룹(350, 360, ..., 390)은 제2 출력 전압(Vout2)에 기여하는 상태를 나타낸다.4(a) shows that the first to
도 4(b)는 개별 컨버터 그룹 중 제1 내지 제6 컨버터 그룹(300, 310, ..., 350)은 제1 출력 전압(Vout1)에 기여하고, 제7 내지 제10 컨버터 그룹(360, 370, ..., 390)은 제2 출력 전압(Vout2)에 기여하는 상태를 나타낸다.4(b) shows that the first to
도 4(c)는 개별 컨버터 그룹 중 제1 내지 제4 컨버터 그룹(300, 310, ..., 330)은 제1 출력 전압(Vout1)에 기여하고, 제5 내지 제10 컨버터 그룹(340, 350, ..., 390)은 제2 출력 전압(Vout2)에 기여하는 상태를 나타낸다.4(c) shows that the first to
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시턴스 변조부는 쉬프트 레지스터를 이용하여 구현할 수 있으며, 이는 이 기술분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 불과한 것이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Here, the capacitance modulating unit according to an embodiment of the present invention may be implemented using a shift register, which is only obvious to a person of ordinary skill in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted. .
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조부의 구체 회로도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변조부(160)는 에러 적분기(510), 전압 제어 발진기(550), 및 위상 천이 클럭 발생기(560)를 포함한다. 5 is a detailed circuit diagram of a frequency modulator according to an embodiment of the present invention. The
본 발명의 일실시예에 따르면, 에러 적분기(510)는 저속 적분기(520)를 포함한다. 저속 적분기(520)는 출력 전압 평균치(Vavr)가 기준치(Vref)보다 낮으면 "H" 레벨의 제2 비교 신호(Scomp2)에 제어된다. 저속 충전 스위치(522)는 "H" 레벨의 제2 비교 신호(Scomp2)에 턴온되고, 저속 충전 전류원(521)을 충전 캐패시터(540)에 연결하여 저속 충전 전류가 흐르도록 한다.According to an embodiment of the present invention, the
저속 적분기(520)는 출력 전압 평균치(Vavr)가 기준치(Vref)보다 높으면 "L" 레벨의 제2 비교 신호(Scomp2)에 제어된다. 저속 방전 스위치(523)는 "L" 레벨의 제2 비교 신호(Scomp2)에 턴온되고, 저속 방전 전류원(524)을 충전 캐패시터(540)에 연결하여 충전 캐패시터(540)로부터 접지측으로 저속 방전 전류가 흐르도록 한다.When the average output voltage Vavr is higher than the reference value Vref, the low-
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 에러 적분기(510)는 저속 적분기(520)와 급속 적분기(530)를 포함할 수 있다. 에러 적분기(510)는 저속 적분기(520)만으로 출력 전압에 발생하는 오버 슈트 또는 언더 슈트에 적응적으로 대응하기가 곤란하다. 따라서, 부하 전류 또는 출력 전압을 검출하고, 검출된 부하 전류 또는 출력 전압의 절대치가 급속 기준치(Vfref)를 넘어서면 저속 적분기(520) 이외에 급속 적분기(530)를 동작시킨다. According to another embodiment of the present invention, the
예컨대, 출력 전압 평균치가 소정의 급속 하위 기준치(Vfref_down)보다 낮으면 급속 충전 신호(Tran_up)에 제어된다. 급속 충전 스위치(532)는 급속 충전 신호(Tran_up)에 턴온되고, 급속 충전 전류원(531)을 충전 캐패시터(540)에 연결하여 급속 충전 전류가 흐르도록 한다.For example, when the average output voltage is lower than the predetermined fast lower reference value Vfref_down, it is controlled by the fast charging signal Tran_up. The
급속 적분기(530)는 출력 전압 평균치(Vavr)가 소정의 급속 상위 기준치(Vfref_up)보다 높으면 급속 방전 신호(Tran_down)에 제어된다. 급속 방전 스위치(533)는 급속 방전 신호(Tran_down)에 턴온되고, 급속 방전 전류원(534)을 충전 캐패시터(540)에 연결하여 충전 캐패시터(540)로부터 접지측으로 급속 방전 전류가 흐르도록 한다.The
본 발명의 일실시예에 따르면, 충전 캐패시터(540)는 에러 적분기(510) 내 스위치의 스위칭에 따라 전위가 변화하는 전원 전압(VDD)을 전압 제어 발진기(550) 내 직렬 연결된 9개의 인버터(551, 552, ..., 559)에 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the charging
전압 제어 발진기(550)를 형성하는 직렬 연결된 9개의 인버터(551, 552, ..., 559)는 전원 전압(VDD)의 전위 변화에 따라 주파수가 변화하는 전압 제어 발진 신호를 각각 출력하고, 전압 제어 발진 신호는 각각 소정 위상 만큼 지연된다. Nine
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 천이 클럭 발생기(560)는 전압 제어 발진기(550)로부터 출력되는 각각의 전압 제어 발진 신호를 이용하여 9쌍의 제1 및 제2 위상 신호(
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도로서, 도 2의 구성과 대부분 동일하고, 제1 및 제2 비교부(730, 750)가 상이하다. 7 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to a second embodiment of the present invention, which is mostly the same as that of FIG. 2 , and first and
즉, 도 7의 제2 실시예에서는 제1 출력 전압(Vout1)과 제2 출력 전압(Vout2)이 부호는 동일하고, 레벨은 다른 전위를 가진다. 제1 출력 전압(Vout1)과 제2 출력 전압(Vout2)이 수학식1을 만족하는 전위를 가진다.That is, in the second embodiment of FIG. 7 , the first output voltage Vout1 and the second output voltage Vout2 have the same sign and different levels of potential. The first output voltage Vout1 and the second output voltage Vout2 have potentials satisfying Equation (1).
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도로서, 도 2의 구성과 대부분 동일하고, 제1 및 제2 비교부(830, 850)가 상이하다.FIG. 8 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to a third embodiment of the present invention. The configuration of FIG. 2 is substantially the same, and first and
즉, 도 8의 제3 실시예에서는 제1 출력 전압(Vout1)과 제2 출력 전압(Vout2)이 수학식2를 만족하는 전위를 가진다.That is, in the third embodiment of FIG. 8 , the first output voltage Vout1 and the second output voltage Vout2 have
이때 제2 비교부(850)의 기준 전압(Vref)은 제1 출력 전압(Vout1)의 2배를 인가한다.At this time, the reference voltage Vref of the
Vref = 2 Vout1Vref = 2 Vout1
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템 블록 구성도로서, 도 2의 구성과 대부분 동일하고, 제1 및 제2 비교부(930, 950)가 상이하다.9 is a block diagram of a multi-output DC-DC converter system according to a fourth embodiment of the present invention, which is mostly the same as that of FIG. 2 , and first and
즉, 도 9의 제4 실시예에서는 제1 출력 전압(Yout1)과 제2 출력 전압(Vout2)이 수학식3을 만족하는 전위를 가진다.That is, in the fourth embodiment of FIG. 9 , the first output voltage Yout1 and the second output voltage Vout2 have potentials satisfying Equation 3 .
이때 제2 비교부(950)의 기준 전압(Vref)은 제1 출력 전압(Vout1)의 2배를 인가한다.In this case, the reference voltage Vref of the
Vref = 2 Vout1Vref = 2 Vout1
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
110: 제1 파워 스테이지
120: 제2 파워 스테이지
130: 제1 비교부
140: 캐패시턴스 변조부
150: 평균 전압 발생부
160: 제2 비교부
170: 주파수 변조부110: first power stage
120: second power stage
130: first comparison unit
140: capacitance modulator
150: average voltage generator
160: second comparison unit
170: frequency modulator
Claims (16)
상기 입력 전압을 승압시켜 승압된 제2 출력 전압을 출력하는 제2 파워 스테이지;
상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 비교하여 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교부; 및
외부로부터 인가되는 클럭 신호와 상기 제1 비교 신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 파워 스테이지의 캐패시턴스를 변조하기 위한 캐패시턴스 변조 신호를 출력하는 캐패시턴스 변조부
를 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
a first power stage that boosts the applied input voltage to output the boosted first output voltage;
a second power stage that boosts the input voltage to output a boosted second output voltage;
a first comparator configured to compare the first output voltage and the second output voltage to output a first comparison signal; and
A capacitance modulator for outputting a capacitance modulated signal for modulating capacitances of the first and second power stages by being controlled by a clock signal applied from the outside and the first comparison signal
A multi-output DC-DC converter system comprising a.
상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압의 평균치와 소정의 기준전압을 비교하여 제2 비교 신호를 출력하는 제2 비교부; 및
상기 제2 비교 신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 파워 스테이지의 동작 주파수를 변조하기 위한 주파수 변조 신호를 출력하는 주파수 변조부
를 더 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
According to claim 1,
a second comparator for comparing an average value of the first output voltage and the second output voltage with a predetermined reference voltage and outputting a second comparison signal; and
A frequency modulator that is controlled by the second comparison signal and outputs a frequency modulated signal for modulating operating frequencies of the first and second power stages
A multi-output DC-DC converter system further comprising a.
상기 제1 파워 스테이지는, 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹을 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
According to claim 1,
The first power stage is a multiple output DC-DC converter system including a plurality of converter groups connected in parallel.
상기 제1 파워 스테이지는, 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹을 포함하고,
상기 제1 파워 스테이지 내 개별 컨버터 그룹은 상기 캐패시턴스 변조 신호에 제어되어 상기 제1 출력 전압 또는 상기 제2 출력 전압에 기여할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
According to claim 1,
The first power stage includes a plurality of converter groups connected in parallel,
wherein individual groups of converters in said first power stage can be controlled to said capacitance modulated signal to contribute to said first output voltage or said second output voltage.
상기 제1 출력 전압을 이용하는 제1 부하 또는 상기 제2 출력 전압을 이용하는 제2 부하 중 어느 하나의 부하 전류가 증가하면 상응하는 출력 전압은 다른 하나의 파워 스테이지 내 컨버터 그룹 중 적어도 일부를 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
According to claim 1,
When the load current of either the first load using the first output voltage or the second load using the second output voltage increases, the corresponding output voltage uses at least some of the converter groups in the other power stage. Multi-output DC-DC converter system with
상기 제1 파워 스테이지는, 병렬연결된 복수의 컨버터 그룹을 포함하고,
상기 제1 파워 스테이지 내 개별 컨버터 그룹은 상기 캐패시턴스 변조 신호에 제어되어 상기 제1 출력 전압 또는 상기 제2 출력 전압에 기여할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The first power stage includes a plurality of converter groups connected in parallel,
wherein individual groups of converters in said first power stage can be controlled to said capacitance modulated signal to contribute to said first output voltage or said second output voltage.
상기 개별 컨버터 그룹은 각각 소정 위상차를 가지고 스위칭하는 병렬연결된 복수의 컨버터를 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
7. The method of claim 6,
The individual converter group includes a plurality of parallel-connected converters each switching with a predetermined phase difference.
상기 출력 전압 평균치가 소정의 기준치보다 낮으면 저속 충전 전류를 충전 캐패시터로 흘리고, 상기 출력 전압 평균치가 상기 기준치보다 높으면 저속 방전 전류를 상기 충전 캐패시터로부터 접지로 흘리는 에러 적분기;
상기 충전 캐패시터가 제공하는 전원 전압의 전위 변화에 따라 상기 동작 주파수가 변화하고, 각각 소정의 위상차를 갖는 복수의 전압 제어 발진 신호를 출력하는 전압 제어 발진기; 및
상기 복수의 전압 제어 발진 신호를 이용하여 상기 병렬연결된 복수의 컨버터 내 캐패시터를 충전하기 위한 제1 위상 신호와, 상기 병렬연결된 복수의 컨버터 내 캐패시터를 방전하기 위한 제2 위상 신호를 출력하는 위상 천이 클럭 발생기
를 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
The method of claim 7, wherein the frequency modulator,
an error integrator for passing a low-speed charging current to a charging capacitor when the average output voltage is lower than a predetermined reference value, and flowing a low-speed discharging current from the charging capacitor to a ground when the average output voltage is higher than the reference value;
a voltage-controlled oscillator in which the operating frequency changes according to a change in the potential of a power supply voltage provided by the charging capacitor and outputs a plurality of voltage-controlled oscillation signals each having a predetermined phase difference; and
A phase shift clock outputting a first phase signal for charging the capacitors in the plurality of parallel-connected converters and a second phase signal for discharging the capacitors in the plurality of parallel-connected converters using the plurality of voltage controlled oscillation signals generator
A multi-output DC-DC converter system comprising a.
상기 출력 전압 평균치가 소정의 급속 하위 기준치보다 낮으면 급속 충전 전류가 상기 충전 캐패시터로 흐르게 하고, 상기 출력 전압 평균치가 소정의 급속 상위 기준치보다 높으면 급속 방전 전류가 상기 충전 캐패시터로부터 접지로 흐르게 하는 급속 적분기
를 더 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
9. The method of claim 8,
When the average output voltage is lower than a predetermined rapid lower reference value, a rapid charge current flows to the charging capacitor, and when the output voltage average value is higher than a predetermined rapid upper reference value, a rapid discharge current flows from the charging capacitor to the ground.
A multi-output DC-DC converter system further comprising a.
상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 동일 전위를 가진 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The multiple output DC-DC converter system, characterized in that the first output voltage has the same potential as the second output voltage.
상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 동일 부호이고, 상이한 레벨의 전위를 가진 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The first output voltage has the same sign as the second output voltage and has a potential of a different level.
상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 절대값은 갖고, 부호가 다른 전위를 가진 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The first output voltage has an absolute value and an absolute value from the second output voltage, and has a potential different in sign.
상기 제1 출력 전압은 상기 제2 출력 전압과 부호가 다르고, 상이한 레벨의 전위를 가진 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The first output voltage has a different sign from the second output voltage and has a potential of a different level.
상기 캐패시턴스 변조부는 쉬프트 레지스터를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The multi-output DC-DC converter system, characterized in that the capacitance modulator is implemented using a shift register.
적어도 하나의 캐패시터; 및
상기 캐패시터를 충방전시킬 수 있는 스위칭 소자
를 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
According to claim 2, wherein the converter,
at least one capacitor; and
A switching element capable of charging and discharging the capacitor
A multi-output DC-DC converter system comprising a.
적어도 둘 이상의 캐패시터 조합; 및
상기 캐패시터 조합을 충방전시킬 수 잇는 스위칭 소자
를 포함하는 다중 출력 DC-DC 컨버터 시스템.
According to claim 2, wherein the converter,
a combination of at least two or more capacitors; and
A switching element capable of charging and discharging the capacitor combination
A multi-output DC-DC converter system comprising a.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |