KR102307172B1 - 결합 인덕터 회로를 위한 분할된 권선 기술들 - Google Patents

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Abstract

기술들이 DC-DC 전압 변환기 또는 조절기 내에서 결합 인덕터의 분할된 권선들을 위해 제공된다. 예에서, 결합 인덕터 회로는 중심 축을 가진 도전성 코일을 포함한 제 1 권선, 및 제 1 권선과 자기 결합하도록 구성된 제 2 권선을 포함할 수 있다. 제 2 권선은 복수의 개개의 세그먼트들을 가질 수 있다. 각각의 개개의 세그먼트는 제 2 권선의 하나의 턴의 부분을 형성할 수 있다. 각각의 세그먼트는 제 1 도체, 접지 도체, 및 제 1 도체 및 접지 도체를 선택적으로 결합하고, 선택적으로 분리하기 위한 제 1 스위치를 포함할 수 있다.

Description

결합 인덕터 회로를 위한 분할된 권선 기술들{SEGMENTED WINDING TECHNIQUES FOR A COUPLED INDUCTOR CIRCUIT}
본 출원은 DC-DC 전압 변환기들 또는 조절기들을 위한 결합 인덕터 회로들을 위한 기술들을 제공한다.
DC-DC 스위칭 조절기들은, 명칭이 적용되는 대로, 전자 디바이스를 위한 원하는 출력 전압을 발생시키기 위해 고-주파수 스위칭을 사용한다. 특정한 애플리케이션들에서, 비교적 높은 공급 전압들을 수용하기 위한 저 전압 전자 장치에 대한 수요는 공급 전압을 낮은 공급 전압으로 강압시키기 위한 도전을 설계한다. 동일한, 또는 매우 유사한, 설계 도전들이 또한 높은 공급 전압이 낮은 입력 공급 전압으로부터 변환되는 승압(step-up) 애플리케이션들에서 발견될 수 있다.
[발명의 내용]
기술들이 DC-DC 전압 변환기 또는 조절기 내에서 결합 인덕터의 분할된 권선들을 위해 제공된다. 예에서, 결합 인덕터 회로는 중심 축을 가진 도전성 코일을 포함한 제 1 권선, 및 제 1 권선과 자기 결합하도록 구성된 제 2 권선을 포함할 수 있다. 제 2 권선은 복수의 개개의 세그먼트들을 가질 수 있다. 각각의 개개의 세그먼트는 제 2 권선의 하나의 턴의 부분을 형성할 수 있다. 각각의 세그먼트는 제 1 도체, 접지 도체, 및 제 1 도체 및 접지 도체를 선택적으로 결합하고, 선택적으로 분리하기 위한 제 1 스위치를 포함할 수 있다.
이 섹션은 본 특허 출원의 주제의 개요를 제공하도록 의도된다. 그것은 본 발명의 배타적인 또는 철저한 설명을 제공하도록 의도되지 않는다. 상세한 설명은 본 특허 출원에 대한 추가 정보를 제공하기 위해 포함된다.
반드시 일정한 비율인 것은 아닌, 도면들에서, 유사한 숫자들은 상이한 뷰들에서 유사한 구성요소들을 설명할 수 있다. 상이한 글자 접미사를 가진 유사한 숫자들은 유사한 구성요소들의 상이한 인스턴스들을 나타낼 수 있다. 도면들은, 일반적으로, 제한으로서가 아닌, 예로서, 본 문서에 논의된 다양한 실시예들을 예시한다.
도 1a는 일반적으로 다수의 세그먼트들을 가진 권선들을 포함한 평면 결합 인덕터 회로의 확대도를 예시한다.
도 1b는 일반적으로 도 1a의 디바이스의 제 1 권선의 일 부분을 포함한 기판 층들 중 하나의 예시적인 레이아웃을 예시한다.
도 1c는 일반적으로 도 1a의 결합 인덕터 회로의 제 2 권선의 일 부분을 포함한 기판 층들 중 하나의 예시적인 레이아웃을 예시한다.
도 2는 일반적으로 도 1a의 결합 인덕터 회로를 위한 예시적인 제 1 권선 회로를 예시한다.
도 3은 일반적으로 도 1의 예시적인 결합 인덕터 회로를 위한 예시적인 제 2 권선 회로를 예시한다.
도 4는 일반적으로 도 1a 내지 도 1c의 결합 인덕터 회로 및 도 2 및 도 3의 회로를 위한 제 1 및 제 2 권선 스위치에 대한 제어 신호의 플롯을 예시한다.
도 5a는 4개의 턴들을 가진 제 2 권선의 단일 턴을 예시한다.
도 5b는 4개의 세그먼트들을 가진 예시적인 제 2 권선을 예시한다.
도 6은 일반적으로 분할된 권선을 가진 결합 인덕터 회로를 동작시키는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
본 발명자(들)는 종래의 기술들에 비교하여 크기, 및 가능하게는 DC-대-DC 전압 변환기들을 위한 특정한 강압 및 승압 변환기들의 복잡도를 감소시키기 위해 분할된 권선들을 이용할 수 있는, 평면 변압기들, 또는 평면 결합 인덕터 회로를 위한 기술들을 인식하여 왔다. 도 1a는 일반적으로 다수의 세그먼트들을 가진 권선들(101, 102)을 포함한 평면 결합 인덕터 회로(100)의 확대도를 예시한다. 특정한 예들에서, 결합 인덕터 회로(100)는 평면 결합 인덕터 회로(100)의 하나 이상의 내부 기판 층들(103, 104)을 차지한 제 1 권선(101) 및 제 1 권선(101)의 기판 층들에 인접하거나, 또는 그것을 끼워넣은 하나 이상의 기판 층들(105, 106)을 차지한 제 2 권선(102)을 가진 두 개의 권선들(101, 102)을 포함할 수 있다. 도 1a의 예에서, 제 1 권선(101)은 기판의 제 1 층(103) 및 제 2 층(104)을 차지할 수 있으며, 제 2 권선(102)은 기판의 제 3 층(105) 및 제 4 층(106)을 차지할 수 있다. 기판의 제 1 및 제 2 층들(103, 104)은 기판의 제 3 및 제 4 층들(105, 106) 사이에 배치될 수 있다. 층들 중 하나 이상은 기판의 층들 사이에 전기적 연결들을 허용하기 위해 비아들(107)을 포함할 수 있다.
도 1b는 일반적으로 도 1a의 디바이스의 제 1 권선(101)의 일 부분을 포함한 기판 층들(103, 104) 중 하나의 예시적인 레이아웃을 예시한다. 레이아웃은 기판 상에 있거나 또는 그것과 통합되고 중심 축에 대해 두 개의 턴들을 제공하는 경로를 가진 단일 트레이스(108)를 포함할 수 있다. 특정한 예들에서, 트레이스(108)는 예를 들면, 공급 전압과 같은 다른 디바이스들로의 제 1 권선(101)의 연결의 극성을 교번하는 스위치들(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 트레이스(108) 외에, 층은 결합 인덕터 회로(100)의 기판 층들 사이에서 상호 연결들을 수용하기 위한 비아들(107)을 포함할 수 있다.
도 1c는 일반적으로 도 1a의 결합 인덕터 회로(100)의 제 2 권선(102)의 일 부분을 포함한 기판 층들(105, 106) 중 하나의 예시적인 레이아웃을 예시한다. 레이아웃은 제 1 세그먼트 트레이스(109), 제 2 세그먼트 트레이스(110), 제 1 기준 평면 트레이스(111), 및 제 2 기준 평면 트레이스(112)를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 자기 코어(113)의 윈도우들은 세그먼트 트레이스들(109, 110)이 윈도우를 통과하도록 배치될 수 있다. 특정한 예들에서, 세그먼트 트레이스들(109, 110) 및 기준 평면 트레이스들(111, 112)은 세그먼트 트레이스의 단부 및 인접한 기준 평면 트레이스 사이에서 결합되도록 트랜지스터 회로(114)를 수용할 수 있다. 특정한 예들에서, 레이아웃은 트랜지스터 회로들의 각각으로의 제어 신호들을 위한 종단 패드들(115)을 포함할 수 있다.
예시된 바와 같이, 도 1a의 예는 자기 코어(113)의 축 주위에서의 4개의 턴들을 가진 제 1 권선(101) 및 자기 코어(113)의 축 주위에서 분명한 두 개의 턴을 가진 제 2 권선(102)을 포함할 수 있으며, 각각의 턴은 두 개의 세그먼트들을 포함한다. 그러나, 이하에서 설명될 바와 같이, 각각의 권선이 코어 주위에서 만드는 실제 턴들의 수는 각각의 기판 층의 종단들이 어떻게 대응하는 권선의 대응하는 층들과 상호 연결되는지에 의존할 수 있다.
도 2는 일반적으로 도 1a의 결합 인덕터 회로(100)에 대한 예시적인 제 1 권선 회로(220)를 예시한다. 설명은, 다른 예들에서, 그렇게 제한되지 않지만 변압기의 1차 권선과 연관된 용어들로 제 1 권선 회로(220)를 설명한다. 특정한 예들에서, 제 1 권선 회로(220)는 제 1 권선(101), 및 4개의 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)을 포함할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 제 1 권선(101)은 제 2 기판 층(104)의 트레이스와 직렬로 연결된 제 1 기판 층(103)의 트레이스를 갖고 두 개의 기판 층들(103, 104) 상에 제작될 수 있다. 4개의 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)은 전압 공급 장치의 전압(VIN, GND)에 제 1 권선(101)의 단자 단부들(221, 222) 중 하나를 결합할 수 있다. 특정한 예들에서, 제 1 권선은 본 주제의 범위로부터 벗어나지 않고 상기 논의된 것보다 많거나 또는 적은 기판 층들 상에서 상기 논의된 것보다 많거나 또는 적은 턴들을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
특정한 예들에서, 결합 인덕터 회로(100)는 기판 내에 또는 그것 상에 장착된 제어기(225)를 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, 제어기(225)는 결합 인덕터 회로(100)로부터 멀리 떨어질 수 있다. 본 예를 위해, 1차 권선 회로(220)는 3개의 동작 상태들을 가질 수 있다. 제 1 상태, 프리-휠링(free-wheeling) 상태는 "오프"이거나 또는 고 임피던스 상태에서의 제 1 스위치(Q1) 및 제 2 스위치(Q2), 및 "온"이거나, 또는 저 임피던스 상태에서의 제 3 스위치(Q3) 및 제 4 스위치(Q4)를 가질 수 있다. 제 1의, 프리-휠링 상태에서, 제 1 권선(101)의 단자 단부들(221, 222)은 DC 공급 전압으로부터 분리될 수 있으며 접지(GND)와 같은 기준 전압에 결합될 수 있다. 이러한 연결은 제 1 권선(101)을 통과하는 전류를 종단시킬 수 있다. 특정한 예들에서, 공급 전압(VIN)이 제 1 권선에 걸쳐 인가되기 직전, 및 직후, 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4) 모두는 예를 들면, 또 다른 것에 비교하여 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 하나의 보다 긴 고유 지연으로 인해 공급 전압(VIN)을 접지에 단락시키는 것을 방지하기 위해 짧은 간격 동안 고-임피던스 상태에 위치될 수 있다.
제 1 권선 회로(220)의 제 2 상태 및 제 3 상태, 또는 적어도 각각의 이러한 상태로의 전이는 결합 인덕터 회로(100)의 전력 발생 상태들일 수 있다. 제 2 상태에서, 제 2 스위치(Q2) 및 제 3 스위치(Q3)는 "온"일 수 있으며, 제 1 스위치(Q1) 및 제 4 스위치(Q4)는 "오프"일 수 있다. 제 2 상태는 제 1 권선(101)의 제 2 단자 단부(222)보다 더 양성인 제 1 권선(101)의 제 1 단자 단부(221)를 갖고 제 1 권선(101)에 걸쳐 DC 전압(Vd)을 제공할 수 있다. 제 3 상태에서, 제 1 스위치(Q1) 및 제 4 스위치(Q4)는 "온"일 수 있으며, 제 2 스위치(Q2) 및 제 3 스위치(Q3)는 "오프"일 수 있다. 제 3 상태는 제 1 권선(101)에 걸쳐 DC 전압(Vd)을 다시 제공할 수 있지만, 제 1 권선(101)의 제 1 단자 단부(221)는 제 1 권선(101)의 제 2 단자 단부(222)보다 더 음성이다. 그러므로, 제 1 권선 회로(220)의 동작의 제 2 및 제 3 상태들 사이에서의 차이는 제 1 권선(101)에 결합된 공급 전압(Vd)의 극성이다.
도 3은 도 1의 예시적인 결합 인덕터 회로(100)의 일반적인 예시적인 제 2 권선 회로(330)를 예시한다. 설명은 그것이 이와 같이 제한되지 않지만 강압 변압기의 2차 권선과 연관된 용어들로 제 2 권선 회로(330)를 설명한다. 특정한 예들에서, 제 2 권선 회로(330)는 제 2 권선(102)의, 각각의 세그먼트(109, 110, 309, 310), 또는 세그먼트 트레이스, 각각의 기준 평면 트레이스(111, 112, 311, 312), 복수의 스위치들(M1 내지 M8), 및 스위치들(M1 내지 M8)에 대한 드라이버들(331, 332, 333, 334)을 포함할 수 있다. 각각의 스위치는 기준 평면 트레이스를 갖고 각각의 세그먼트 트레이스의 각각의 단부를 결합하고 분리할 수 있다. 특정한 예들에서, 개개의 드라이버는 각각의 개개의 스위치에 결합될 수 있다. 몇몇 예들에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 단일 드라이버를 갖고 하나 이상의 스위치를 구동하는 것이 가능할 수 있다. 제 2 권선(102)은, 도 1a에 대하여 상기 논의된 바와 같이 제 3 층(105) 및 제 4 층(106)과 같은, 결합 인덕터 회로 기판의 다수의 층들 사이에 분포될 수 있다.
특정한 예들에서, 제 2 권선(102)의 몇몇 세그먼트들은 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 예시된 예에서, 제 3 층(105)에서의 각각의 세그먼트 트레이스(109, 110)는 제 4 층(106)에서의 대응하는 세그먼트 트레이스(309, 310)에 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 제 2 권선(102)의, 세그먼트들, 또는 세그먼트 트레이스들의 병렬 연결들을 갖고, 결합 인덕터 회로(100)는 8배만큼 제 1 권선(101)에 인가된 전압의 강압을 제공할 수 있다.
일반적으로, 제 1 권선 전압 및 제 2 권선 전압 사이에서의 전압 비(V1/V2)는 다음에 의해 제공될 수 있으며:
Figure 112019108248849-pat00001
,
여기에서 V1은 제 1 권선의 단자 단부들에서의 전압이고, V2는 제 2 권선의 단자 단부들에서의 전압이고, N은 턴 비이며 Ns은 분할된 제 2 권선의 턴 당 세그먼트들의 수이다. 도 1a 내지 도 1c의 예시된 결합 인덕터 회로 및 층들에 대해, 턴 비(N)는 4이며 턴 당 세그먼트의 수(Ns)는 2이고, 그러므로, 전압 비는 8이어서, V2 = V1/8이도록 한다. 제 2 권선은 코어를 두 번 순환할 수 있는(층들(105, 106)을 통해) 트레이스들(도 1c; 109, 110, 111, 112)의 조합을 포함하지만, 세그먼트 쌍들의 병렬 연결은 제 2 권선(102)에 대한 단일 유효 턴을 생성한다는 것을 주의하자.
특정한 예들에서, 결합 인덕터 회로는 출력 DC 전압을 제공할 수 있는 스위치들의 드레인들에 결합된 출력 스테이지를 포함할 수 있다. 예에서, 출력 스테이지는 제 2 권선(102)의 대응하는 출력 노드(A, B, C, D)에 결합된 하나의 노드를 가진 개개의 인덕터를 포함할 수 있다. 각각의 인덕터의 다른 노드는 출력 DC 전압을 제공하기 위한 출력 노드를 제공하기 위해 다른 인덕터들의 다른 노드에 결합될 수 있다.
도 4는 일반적으로 도 1a 내지 도 1c의 결합 인덕터 회로 및 도 2 및 도 3의 회로들을 위한 제 1 및 제 2 권선 스위치들에 대한 제어 신호의 플롯을 예시한다. 플롯들은 제 2 권선의 스위치들을 제어하는 페이즈(phase) 1(PH1) 및 페이즈 2(PH2) 신호들의 논리 레벨, 제 1 권선에 걸친 전압(V1), 제 1 권선에서의 전류(I1), 및 제 2 권선의 출력 노드들(A, B, C, D)에서의 전압들(VA, VB, VC, VD)을 포함한다.
일반적으로, 제 2 권선의 권선 세그먼트들은 제 1 권선에 인가되거나, 또는 그로부터 분리된 공급 전압과 연관된 전이들 동안 제 1 권선에 의해 유도된 전압을 캡처하기 위해 3개의 페이즈들 중 하나에 위치된다. 공급 전압이 제 1 권선에 인가되거나, 또는 그로부터 분리될 때, 제 1 권선을 통한 전류에서의 변화는 각각의 제 2 권선 세그먼트에 걸쳐 전압을 유도할 수 있다. 제 1 권선의 전류 극성이 변경됨에 따라 유도된 전압을 캡처하기 위해 제 2 권선 세그먼트들의 연결들을 스위칭함으로써, 강압된 DC 전압이, 제 2 권선의, 단자 단부들, 또는 출력 노드들(A, B, C, D)에서 캡처될 수 있다. 신호들의 플롯은 로직 하이가 저 임피던스 상태(예로서, "온")에, 각각의 스위치, 또는 트랜지스터를 위치시키며 로직 로우가 고 임피던스 상태(예로서, "오프")에 각각의 스위치를 위치시킨다고 가정한다. 그러나, 로직 명령들에 상이하게 응답하는 스위치들 또는 트랜지스터들이 가능하며 본 주제의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것이 이해된다.
예를 들면, t0에서, 제 1 권선 회로는 제 1의, 프리-휠링 상태에 있으며 제 2 권선 회로는 "온"인(예로서, PH1=PH2="하이") 스위치들(M1 내지 M8) 모두를 갖고, 따라서 접지에 세그먼트들의 각각의 노드를 결합한다. 제 1 권선의 프리-휠링 상태는 제 1 권선에서의 임의의 전류가 회로 손실에 의해 종단될 때까지 계속해서 흐르도록 허용한다. 시스템의 스위칭이 비교적 빠름에 따라, 일반적으로 프리-휠링 상태 동안 전류에서의 적은 임의의 변화가 있다. 제 1 권선의 전류 흐름에서 적은 변화가 있으므로, 어떤 전압도 제 2 권선의 세그먼트들에서 제 1 권선에 의해 유도되지 않는다.
t1에서, 제 1 권선 회로는 제 2 상태로 이동하며, 공급 전압은 제 1 극성(+VIN)을 갖고 제 1 권선에 걸쳐 인가될 수 있다. 공급 전압(VIN)의 인가는 제 1 권선의 전류(I1)에서의 변화를 유도할 수 있으며 전압은 제 2 권선의 세그먼트들에 걸쳐 유도될 수 있다. 예를 들면, 제 1 권선 상에서의 공급 전압(+VIN)의 인가 시 또는 그것에 응답하여, 페이즈 2 제어 신호(PH2)와 연관된 스위치들(도 3; M2, M3, M6, M7)이 턴 "오프"될 수 있다. 제 1 권선의 전류(I1)에서의 변화는 페이즈 2 제어 신호(PH2)와 연관된 스위치들(도 3; M2, M3, M6, M7)의 드레인들(B, D)에서 전압을 유도할 수 있다. 평면 제 1 및 제 2 권선들의 자기 결합은 제 2 권선의 세그먼트들의 유도된 전압(VB, VD)이 제 1 권선에 인가된 공급 전압(VIN)의 급격한, 펄스 형태에 매칭될 수 있도록 매우 양호할 수 있다. 스위치들의 드레인들(A, B, C, D)에 결합된 출력 필터들은 평활한 DC 출력 전압을 제공할 수 있다. 특정한 예들에서, 출력 필터들은 출력 필터 인덕터들을 포함할 수 있다.
t2에서, 제 1 권선 회로는 다시 제 1, 프리-휠링 상태로 전이하고 제 2 권선 회로는 "온"(예컨대, PH1=PH2="하이")인 스위치들(M1 내지 M8) 모두를 가지며, 그에 따라, 접지에 제 2 권선 세그먼트들의 각각의 노드를 결합한다. 이전처럼, 제 1 권선에서 흐르는 임의의 전류는 제 1 권선 인덕턴스가 전류 흐름에서의 변화를 반대하기 때문에 계속해서 흐른다. 전류는 회로에서의 손실들로 인해 프리-휠링 상태 동안 약간 떨어질 수 있지만, 본 개시의 목적들을 위해, 손실들은 시스템의 높은 스위칭 주파수로 인해 무시해도 될 정도이다.
t3에서, 제 1 권선 회로는 제 3 상태로 이동하며, 공급 전압(VIN)은 제 2 극성(-VIN)을 갖고 제 1 권선에 걸쳐 인가될 수 있다. 공급 전압(VIN)의 인가는 제 1 권선의 전류(I1)에서 변화를 유도할 수 있으며 전압은 제 2 권선의 세그먼트들에 걸쳐 유도될 수 있다. 예를 들면, 제 1 권선에서의 공급 전압(-VIN)의 인가 시, 또는 그것에 응답하여, 페이즈 1 제어 신호(PH1)와 연관된 스위치들(도 3; M1, M4, M5, M8)이 턴 "오프"될 수 있다. 제 1 권선의 전류(I1)에서의 변화는 페이즈 1 제어 신호(PH1)와 연관된 스위치들(도 3; M1, M4, M5, M8)의 드레인들(A, C)에서 전압을 유도할 수 있다. 평면 제 1 및 제 2 권선들의 자기 결합은 제 2 권선의 세그먼트들의 유도 전압(VA, VC)이 제 1 권선에 인가된 공급 전압(VIN)의 급격한, 펄스 형태에 매칭될 수 있도록 매우 양호할 수 있다.
특정한 예들에서, 분할된 턴들을 가진 권선을 이용하는 결합 인덕터 회로는 단편적인 턴들을 가진 권선의 저항이 종래의 권선의 저항보다 작을 수 있으므로 종래의 변압기들에 비해 유리할 수 있다. 도 5a는 4개의 턴들을 가진 제 2 권선의 단일 턴을 예시한다. 도 5b는 4개의 세그먼트들을 가진 예시적인 제 2 권선을 예시한다. 도 5a 및 도 5b의 각각의 예는 권선 또는 턴의 도전성 부분(530) 및 각각의 권선을 포함하는 결합 인덕터 회로의 자기 코어(531)의 단면을 포함한다. 각각의 세그먼트 또는 턴은 변압기 턴 비에 4배 기여할 수 있다. 예를 들면, 도 5a 및 도 5b의 각각의 제 2 권선이 2차 권선으로서 사용된다면, 각각의 턴 또는 세그먼트는 ¼ 강압 인자를 기여하기 위해 연결될 수 있다. 도 5a 및 도 5b의 각각의 권선, 또는 그것의 부분은 그리드(532) 상에 예시된다. 예시적인 목적들을 위해, 각각의 권선의 저항은 그리드라인 거리당 1 유닛이다. 도 5a의 전체 권선에 대해, 각각의 턴의 경로는 8 그리드라인 거리를 가로지른다. 따라서, 도 5a의 전체 4-턴 권선에 대한 총 저항은 다음과 같다,
8 유닛들/턴 * 4 턴들 = 32 유닛들.
도 5b의 예시적인 제 2 권선에 대해, 각각의 세그먼트는 2 그리드라인 거리들을 가로지른다. 따라서, 예시적인 권선에 대한 총 저항은 다음과 같다,
2 유닛들/세그먼트 * 4 세그먼트들 = 8 유닛들.
도 5b의 예시적인 분할된 제 2 권선의 감소된 권선 저항은 도 5a의 종래의 제 2 권선에 비교하여 보다 적은 에너지가 유사한 양의 전류에 대해 도 5b의 예시적인 분할된 제 2 권선에서 저항성 열로서 소멸되므로 보다 효율적인 결합 인덕터 회로를 야기할 수 있다.
도 6은 일반적으로 분할된 권선을 가진 결합 인덕터 회로를 동작시키는 예시적인 방법(600)의 흐름도를 예시한다. 601에서, 분할된 권선의 제 1 세그먼트의 제 1 노드는 접지에 전기적으로 결합될 수 있다. 특정한 예들에서, 트랜지스터는 분할된 권선의 턴의 경로에서의 접지 판과 같은, 접지에 제 1 노드를 결합시킬 수 있다. 603에서, 제 1 세그먼트의 제 2 노드는 접지로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 특정한 예들에서, 제 2 트랜지스터는, 예를 들면, 분할된 권선의 턴의 경로에서 제 2 접지 판으로부터 제 2 노드를 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 605에서, 제 1 극성을 가진 공급 전압은 분할된 권선과 자기 결합되는 제 2 권선의 단부 노드들에 걸쳐 결합될 수 있다. 공급 전압은 제 2 권선에 전압 펄스를 인가하기 위해 미리 결정된 간격 동안 제 2 권선에 결합될 수 있다. 특정한 예들에서, 권선들은 층들로 제작되고, 적층되며, 권선들을 자기 결합하도록 돕기 위해 권선들을 교차하는 금속 코어를 갖도록 배열된 평면 권선들일 수 있다. 607에서, 공급 전압의 인가 때문에 변화하는 전류는 세그먼트의 제 2 노드에서 전압을 유도할 수 있다. 특정한 예들에서, 분할된 권선의 하나 이상의 제 2 세그먼트들은 제 1 세그먼트와 병렬로 결합될 수 있으며 전압이 제 2 세그먼트들을 통해 제 2 노드에서 강화되도록 배열될 수 있다. 특정한 예들에서, 유도된 전압은 분할된 권선의, 하나의 턴의 부분에 기초할 수 있으며, 제 1 세그먼트의 경로에 의해 표현된다.
방법의 제 2 페이즈는 접지에 제 1 세그먼트의 제 2 노드를 결합하고, 접지로부터 제 1 세그먼트의 제 1 노드를 분리하고, 반대 극성을 가진 공급 전압을 제 2 권선에 인가하며, 제 2 권선의 전류 변화를 사용하여 제 1 노드에서 전압을 유도할 수 있다. 페이즈들 사이에서, 방법은 제 2 권선에서의 전류 흐름이 유지되도록 제 2 권선의 단부들을 함께 전기적으로 결합하는 것을 포함할 수 있으며, 접지 판에 분할된 권선의 각각의 세그먼트의 각각의 노드를 결합하는 것을 포함할 수 있다.
상기 상세한 설명은, 상세한 설명의 부분을 형성하는, 수반된 도면들에 대한 참조들을 포함한다. 도면들은, 예시로서, 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 도시한다. 이들 실시예들은 또한 여기에서 "예들"로서 불리운다. 이러한 예들은 도시되거나 또는 설명된 것들 외에 요소들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 또한 단지 도시되거나 또는 설명된 이들 요소들만이 제공되는 예들을 고려한다. 게다가, 본 발명자들은 또한 특정한 예(또는 그것의 하나 이상의 양상들)에 대하여, 또는 여기에서 도시되거나 또는 설명된 다른 예들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)에 대하여, 도시되거나 또는 설명된 이들 요소들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)의 임의의 조합 또는 순열을 사용한 예들을 고려한다.
이 문서와 참조로서 그렇게 통합된 임의의 문서들 사이에서의 부합하지 않은 사용들의 경우에, 본 문서에서의 사용은 통제된다.
이 문서에서, 용어들("a" 또는 "an")은, 특허 문서들에서 일반적인 바와 같이, 임의의 다른 인스턴스들 또는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 사용에 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하기 위해 사용된다. 이 문서에서, 용어("또는")는 비배타적 또는을 나타내기 위해 사용되며, 따라서 달리 표시되지 않는다면, "A 또는 B"는 "B가 아닌 A", "A가 아닌 B", 및 "A 및 B"를 포함한다. 이 문서에서, 용어들("포함시키는" 및 "여기에서")는 각각의 용어들("포함하는" 및 "여기에서")의 평이한 영어 등가물들로서 사용된다. 또한, 용어들("포함시키는" 및 "포함하는")은 제약을 두지 않으며, 즉, 이러한 용어 후 나열된 것들 외에 요소들을 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 조성, 제제, 또는 프로세스는 논의된 주제의 범위 내에 있는 것으로 여전히 간주된다. 게다가, 청구항에서 나타날 수 있는 바와 같이, 용어들("제 1", "제 2", 및 "제 3 ", 등)은 단지 라벨들로서 사용되며, 그것들의 오브젝트들에 대한 수치적 요건들을 부여하도록 의도되지 않는다.
여기에서 설명된 방법 예들은 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터-구현될 수 있다. 몇몇 예들은 상기 예들에서 설명된 바와 같이 방법들을 수행하도록 전자 디바이스를 구성하도록 동작 가능한 지시들로 인코딩된 컴퓨터-판독 가능한 매체 또는 기계-판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 이러한 방법들의 구현은, 마이크로코드, 어셈블리어 코드, 상위-레벨 언어 코드 등과 같은, 코드를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 다양한 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 지시들을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 예에서, 코드는 실행 동안 또는 다른 시간들에서와 같은, 하나 이상의 휘발성, 비-일시적, 또는 비-휘발성 유형의 컴퓨터-판독 가능한 미디어 상에서 유형으로 저장될 수 있다. 이들 유형의 컴퓨터-판독 가능한 미디어의 예들은, 이에 제한되지 않지만, 하드 디스크들, 착탈 가능한 자기 디스크들, 착탈 가능한 광 디스크들(예컨대, 컴팩트 디스크들 및 디지털 비디오 디스크들), 자기 카세트들, 메모리 카드들 또는 스틱들, 랜덤 액세스 메모리들(RAM들), 판독 전용 메모리들(ROM들) 등을 포함할 수 있다.
상기 설명은 예시적이며, 제한적이지 않도록 의도된다. 예를 들면, 상기 설명된 예들(또는 그것의 하나 이상의 양상들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 다른 실시예들이, 상기 설명을 검토할 때 이 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해서와 같이, 사용될 수 있다. 요약은 판독자가 기술적 개시의 특징을 빠르게 알아내도록 허용하기 위해 37 C.F.R. §1.72(b)를 준수하도록 제공된다. 그것은 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 또는 제한하기 위해 사용되지 않을 것이라는 조건하에 제시된다. 또한, 상기 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 개시를 간소화하기 위해 함께 그룹핑될 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 필수적이라는 의도로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 발명의 주제는 특정한 개시된 실시예의 모든 특징들보다 적게 있을 수 있다. 다음의 양상들은 예들 또는 실시예들로서 상세한 설명에 통합되며, 각각의 양상은 그 자체로 별개의 실시예로서 성립하며, 이러한 실시예들은 다양한 조합들 또는 순열들로 서로 조합될 수 있다는 것이 고려된다.

Claims (20)

  1. 결합 인덕터 회로에 있어서,
    중심 축을 가진 도전성 코일을 가진 제 1 권선;
    상기 제 1 권선과 자기 결합하도록 구성된 제 2 권선으로서, 상기 제 2 권선은 복수의 개개의 세그먼트들을 가지며, 각각의 개개의 세그먼트는 상기 제 2 권선의 하나의 턴의 부분을 형성하는, 상기 제 2 권선; 및
    상기 제2 권선의 복수의 개개의 세그먼트들의 각각의 개개의 세그먼트에 대한 개별의 출력 필터들을 포함하는 출력 스테이지
    를 포함하며,
    상기 출력 스테이지는 출력 노드에서 평활한 DC 출력 전압을 제공하도록 구성되고,
    각각의 개개의 세그먼트는 제 1 도체, 접지 도체, 및 상기 제 1 도체 및 상기 접지 도체를 선택적으로 결합하고, 선택적으로 분리하기 위한 제 1 스위치를 포함하고,
    상기 출력 필터들은 개별의 인덕터들을 포함하며,
    개별의 출력 필터들은 대응하는 세그먼트의 제 1 도체와 상기 출력 스테이지의 출력 노드 사이에 결합되는, 결합 인덕터 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각각의 개개의 세그먼트는 상기 제 1 도체 및 제 2 접지 도체를 선택적으로 결합하고, 선택적으로 분리하도록 구성된 제 2 스위치를 포함하며, 상기 제 2 접지 도체는 상기 제 2 권선의 복수의 개개의 세그먼트들의 상이한 개개의 세그먼트의 접지 도체인, 결합 인덕터 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 권선에서 전류를 유도하기 위해 상기 제 1 권선에 직류 공급 장치를 선택적으로 결합하며, 평활한 DC 출력 전압을 제공하기 위해 상기 제 2 권선의 각각의 세그먼트의 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 제어하도록 구성된 제어기 회로를 포함하는, 결합 인덕터 회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 권선은 평면 권선인, 결합 인덕터 회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    다수의 층 기판을 포함하고;
    상기 다수의 층 기판의 하나 이상의 제 1 층들은 상기 제 1 권선을 포함하며;
    상기 다수의 층 기판의 하나 이상의 제 2 층들은 상기 제 2 권선을 포함하는, 결합 인덕터 회로.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하나 이상의 제 1 층들은 상기 하나 이상의 제 2 층들의 두 개의 층들 사이에 배치되는, 결합 인덕터 회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 권선은 평면 권선인, 결합 인덕터 회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    금속 코어를 포함하는, 결합 인덕터 회로.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 금속 코어는 다수의 개구들을 포함하며;
    상기 제 2 권선의 각각의 코일의 각각의 세그먼트의 상기 제 1 도체는 상기 금속 코어의 다수의 개구들 중 하나의 개구를 통과하는, 결합 인덕터 회로.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 권선은 상기 중심 축 주위에 N개 코일들을 포함하며;
    상기 제 2 권선은 상기 중심 축 주위에 m개 코일들을 포함하고;
    상기 제 2 권선은 상기 m개의 코일들 각각에 x개의 세그먼트들을 포함하며;
    상기 제 1 권선에 선택적으로 결합된 입력 전압(Vin), 및 상기 제 2 권선의 각각의 세그먼트 상에 유도된 출력 전압(Vout)의 비는:
    Vin/Vout = N*m에 의해 제공되는, 결합 인덕터 회로.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기 회로는:
    제 1 스테이지 동안, 상기 접지 도체에 상기 제 2 권선의 각각의 세그먼트의 각각의 제 1 도체의 제 1 노드를 결합하고;
    상기 제 1 스테이지 동안, 상기 접지 도체로부터 상기 제 2 권선의 각각의 세그먼트의 각각의 제 1 도체의 제 2 노드를 분리하며;
    상기 제 1 스테이지 동안, 제 1 극성을 갖고 상기 제 1 권선에 입력 전압을 인가하도록 구성되는, 결합 인덕터 회로.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기 회로는:
    제 2 스테이지 동안, 인접한 세그먼트의 접지 도체에 상기 제 2 권선의 각각의 세그먼트의 각각의 제 1 도체의 제 2 노드를 결합하고;
    상기 제 2 스테이지 동안, 상기 접지 도체로부터 상기 제 2 권선의 각각의 세그먼트의 각각의 제 1 도체의 제 1 노드를 분리하며;
    상기 제 2 스테이지 동안, 상기 제 1 극성의 반대인 제 2 극성을 갖고 상기 제 1 권선에 상기 입력 전압을 인가하도록 구성되는, 결합 인덕터 회로.
  13. 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법에 있어서,
    접지에 제 1 권선의 제 1 턴의 제 1 세그먼트의 제 1 단부를 전기적으로 결합하는 단계로서, 상기 제 1 세그먼트는 상기 제 1 권선의 제 1 턴의 제 2 세그먼트와 병렬로 결합되는, 상기 제 1 단부를 전기적으로 결합하는 단계;
    접지로부터 상기 제 1 세그먼트의 제 2 단부를 전기적으로 분리하는 단계;
    제 1 극성을 갖고 제 2 권선에 걸쳐 공급 전압(VIN)을 전기적으로 결합하는 단계로서, 상기 제 2 권선은 상기 제 1 세그먼트에 자기 결합되는, 상기 공급 전압을 전기적으로 결합하는 단계; 및
    상기 제 2 권선의 전류의 변화를 사용하여 상기 제 1 단부에서 출력 전압을 유도하는 단계로서, 상기 출력 전압은 상기 제 1 세그먼트의 경로에 의해 표현된 상기 제 1 턴의 부분에 기초하는, 상기 출력 전압을 유도하는 단계; 및
    상기 제1 세그먼트의 상기 제1 단부에서의 출력 전압을 사용하고, 유도성 출력 필터를 사용하여 평활한 DC 출력 신호를 제공하는 단계
    를 포함하는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제 1 지연 후, 접지로부터 상기 제 1 세그먼트의 제 1 단부를 분리하는 단계; 및
    상기 제 2 권선으로부터 상기 공급 전압을 분리하는 단계를 포함하는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    제 2 지연 후, 접지로부터 상기 제 1 권선의 제 1 턴의 제 1 세그먼트의 제 2 단부를 분리하는 단계;
    접지와 상기 제 1 세그먼트의 제 1 단부를 결합하는 단계;
    제 2 극성을 갖고 상기 제 2 권선에 상기 공급 전압을 결합하는 단계; 및
    상기 제 2 권선의 전류의 변화를 사용하여 상기 제 2 단부에서 상기 출력 전압을 유도하는 단계로서, 상기 출력 전압은 상기 제 1 세그먼트의 경로에 의해 표현된 상기 제 1 턴의 부분에 기초하여, 상기 출력 전압을 유도하는 단계를 포함하는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    제 3 지연 후, 접지와 상기 제 1 세그먼트의 제 2 단부를 결합하는 단계; 및
    상기 제 2 권선으로부터 상기 공급 전압을 전기적으로 분리하는 단계를 포함하는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    제 1 권선의 제 1 턴의 제 1 세그먼트의 제 1 단부를 결합하는 단계는 접지에 상기 제 1 권선의 제 2 세그먼트의 제 1 단부를 결합하는 단계를 포함하는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 2 세그먼트는 상기 제 1 세그먼트와 병렬로 직접 결합되는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 2 세그먼트는 상기 제 1 권선의 제 1 턴의 제 2 세그먼트이며 상기 제 1 세그먼트에 선택적으로 결합되는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 2 세그먼트는 상기 제 1 세그먼트와 병렬로 직접 결합된 복수의 세그먼트들을 포함하는, 각각의 턴 동안 다수의 세그먼트들을 포함한 권선을 가진 DC-DC 결합 인덕터 회로를 제어하는 방법.
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