KR102452458B1 - Buck dc/dc converter - Google Patents

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    • 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
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    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Abstract

본 발명은, 인덕터를 경유하지 않는 다른 전력경로를 추가하여 입력에서 출력으로 전달되는 전력경로를 분산시키고, 전력경로의 분산에 따라 인덕터의 전류 부담을 줄이는 DC/DC 벅 컨버터를 제공한다.The present invention provides a DC/DC buck converter that distributes the power path transferred from the input to the output by adding another power path that does not go through the inductor, and reduces the current burden of the inductor according to the distribution of the power path.

Figure R1020170067526
Figure R1020170067526

Description

벅 DC/DC 컨버터{BUCK DC/DC CONVERTER}Buck DC/DC Converter {BUCK DC/DC CONVERTER}

본 발명은 전력을 변환하는 컨버터에 관한 것이다. The present invention relates to a converter for converting power.

전력을 변환하는 컨버터 중 입력전압보다 출력전압을 낮혀서 출력하는 컨버터를 벅 컨버터(buck converter)라고 한다. 경우에 따라서는 벅 컨버터를 스텝다운(step-down) 컨버터로 부르기도 한다.Among converters that convert power, a converter that outputs an output voltage lower than the input voltage is called a buck converter. In some cases, the buck converter is also called a step-down converter.

일반적으로 벅 컨버터는 제1시구간-DT에 해당되는 시구간(D는 duty, T는 스위칭주기)-에서 인덕터로 입력전압을 연결시키고 제2시구간-(1-D)T에 해당되는 시구간-에서 입력전압을 차단하면서 인덕터 전류를 형성하는 구조를 가진다. 이와 같이 벅 컨버터는 인덕터로 공급되는 입력전압을 챠핑하면서 입력전압 대비 출력전압의 비율을 조절하게 되는데, 이때, 입력전압이 인덕터로 공급되는 시간(제1시구간)이 길어질 수록 출력전압이 높아지게 된다.In general, the buck converter connects the input voltage to the inductor in the first time period - the time period corresponding to DT (D is duty, T is the switching period) - and the second time period - the time period corresponding to (1-D)T It has a structure that forms an inductor current while blocking the input voltage in the inter- As described above, the buck converter controls the ratio of the input voltage to the output voltage while chopping the input voltage supplied to the inductor. .

한편, 종래 벅 컨버터는 인덕터를 경유하는 단일 전력경로를 통해 출력으로 전력을 공급하기 때문에 인덕터 전류의 평균값은 출력전류와 동일하였다. 이에 따라, 출력전류(부하전류)가 큰 벅 컨버터는 인덕터의 전류 부담이 커지는 문제가 있었다. 인덕터의 전류 부담이 커지면 인덕터를 구성하는 선(와이어)의 두께가 커지고 이에 따라 인덕터 전체의 부피가 증가하는 문제가 있다.Meanwhile, since the conventional buck converter supplies power to the output through a single power path passing through the inductor, the average value of the inductor current is the same as the output current. Accordingly, the buck converter having a large output current (load current) has a problem in that the current burden of the inductor is increased. When the current load of the inductor increases, the thickness of the line (wire) constituting the inductor increases, and accordingly, the volume of the entire inductor increases.

전자제품의 경박단소화의 추세에 따라 벅 컨버터에서 각 부품들의 부피를 줄이기 위해서는 인덕터의 전류 부담을 줄일 수 있는 기술의 개발이 요구된다.In order to reduce the volume of each component in the buck converter according to the trend of lightness, compactness and miniaturization of electronic products, it is necessary to develop a technology that can reduce the current burden of the inductor.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 벅 컨버터에서 인덕터의 전류 부담을 줄이는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 벅 컨버터에서 인덕터를 경유하지 않는 다른 전력경로를 추가하여 입력에서 출력으로 전달되는 전력경로를 분산시키는 기술을 제공하는 것이다.Against this background, it is an object of the present invention, in one aspect, to provide a technique for reducing the current burden of an inductor in a buck converter. In another aspect, an object of the present invention is to provide a technique for distributing a power path transferred from an input to an output by adding another power path not via an inductor in a buck converter.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 입력노드에 형성되는 전압(입력전압)을 출력전압(출력노드에 형성되는 전압)으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In order to achieve the above object, in one aspect, the present invention provides a DC/DC converter for converting a voltage (input voltage) formed in an input node into an output voltage (voltage formed in the output node).

이러한 컨버터는 스위칭주기의 제1시구간에서 입력노드로부터 중간캐패시터 및 인덕터를 제1방향으로 경유하여 출력노드에 이르는 제1전력경로를 형성하면서 인덕터전류를 빌드업할 수 있다. 그리고, 컨버터는 스위칭주기의 제2시구간에서 저전압단으로부터 인덕터를 경유하여 출력노드에 이르는 제2전력경로 및 저전압단으로부터 중간캐패시터를 제2방향으로 경유하여 출력노드에 이르는 제3전력경로를 형성할 수 있다.Such a converter may build up the inductor current while forming a first power path from the input node to the output node via the intermediate capacitor and the inductor in the first direction in the first time period of the switching cycle. In the second time period of the switching cycle, the converter forms a second power path from the low voltage stage to the output node via the inductor and a third power path from the low voltage stage to the output node via the intermediate capacitor in the second direction. can do.

중간캐패시터에는 출력전압으로부터 일정 범위 이내의 전압이 형성될 수 있다.A voltage within a predetermined range from the output voltage may be formed in the intermediate capacitor.

인덕터의 일측으로는 출력전압(Vo)이 공급되고, 인덕터의 타측으로는 제1시구간에서 입력전압(Vi)에서 중간캐패시터의 양단전압(Vcf)을 차감한 전압(Vi-Vcf)이 공급되고, 제2시구간에서 저전압단의 전압이 공급될 수 있다.The output voltage Vo is supplied to one side of the inductor, and the voltage Vi-Vcf obtained by subtracting the voltage Vcf from both ends of the intermediate capacitor from the input voltage Vi in the first time period is supplied to the other side of the inductor. , the voltage of the low voltage stage may be supplied in the second time period.

그리고, 이러한 컨버터에서 제1전력경로에 흐르는 전류를 제1시구간으로 누적시킨 적분값과 제3전력경로에 흐르는 전류를 제2시구간으로 누적시킨 적분값이 실질적으로 동일할 수 있다.In addition, an integral value obtained by accumulating the current flowing in the first power path for the first time period in the converter may be substantially the same as the integral value obtained by accumulating the current flowing through the third power path through the second time period.

그리고, 이러한 컨버터는, 입력노드와 중간캐패시터를 연결시키는 제1스위치, 인덕터의 일측과 중간캐패시터의 일측을 저전압단으로 연결시키는 제2스위치 및 중간캐패시터의 타측과 출력노드를 연결시키는 제3스위치를 포함할 수 있는데, 제1시구간에서 제1스위치가 턴온되고 제2스위치 및 제3스위치가 턴오프되고, 제2시구간에서 제1스위치가 턴오프되고 제2스위치 및 제3스위치가 턴온될 수 있다.And, the converter includes a first switch connecting the input node and the intermediate capacitor, a second switch connecting one side of the inductor and one side of the intermediate capacitor to a low voltage terminal, and a third switch connecting the other end of the intermediate capacitor and the output node. It may include, in the first time period the first switch is turned on, the second switch and the third switch are turned off, in the second time period the first switch is turned off and the second switch and the third switch are turned on can

출력노드에는 출력캐패시터가 연결되고, 제2시구간에서 중간캐패시터는 출력캐패시터와 전하공유(charge-sharing)를 통해 전력을 공급할 수 있다.An output capacitor is connected to the output node, and in the second time period, the intermediate capacitor may supply power through charge-sharing with the output capacitor.

입력노드에 형성되는 입력전압 대비 출력노드에 형성되는 출력전압의 비율(M)은, 인덕터 전류가 전류연속모드(CCM: Continous Conduction Mode)에서 동작할 때, M=D/(1+D)을 따를 수 있는데, 여기서, D는 스위칭주기 중 제1시구간의 비율이다.The ratio (M) of the output voltage formed at the output node to the input voltage formed at the input node is M=D/(1+D) when the inductor current operates in a continuous conduction mode (CCM). may be followed, where D is the ratio of the first time period of the switching period.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 다른 측면에서, 본 발명은, 입력노드에 형성되는 전압(입력전압)을 출력전압(출력노드에 형성되는 전압)으로 변환하는 DC/DC 컨버터에 있어서, 일측이 제1노드와 연결되고 타측이 출력노드와 연결되는 인덕터; 일측이 제2노드와 연결되고 타측이 제1노드와 연결되는 중간캐패시터; 제2노드와 입력노드를 연결시키는 제1스위치; 제1노드와 저전압단을 연결시키는 제2스위치; 및 제2노드와 출력노드를 연결시키는 제3스위치를 포함하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In order to achieve the above object, in another aspect, the present invention provides a DC/DC converter for converting a voltage (input voltage) formed in an input node into an output voltage (voltage formed in an output node), one side an inductor connected to the first node and the other end connected to the output node; an intermediate capacitor having one side connected to the second node and the other side connected to the first node; a first switch connecting the second node and the input node; a second switch connecting the first node and the low voltage terminal; and a third switch for connecting the second node and the output node.

이러한 컨버터에서, 제1스위치와 제2스위치는 교번하면서 턴온되고, 제2스위치와 제3스위치는 동기화되어 온오프(ON/OFF)될 수 있다. In such a converter, the first switch and the second switch may be turned on alternately, and the second switch and the third switch may be synchronized on/off.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 인덕터를 경유하지 않는 다른 전력경로가 추가되면서 인덕터의 전류 부담이 감소하고 이에 따라 인덕터의 부피가 감소하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, as another power path that does not pass through the inductor is added, the current load of the inductor is reduced, and thus the volume of the inductor is reduced.

도 1은 일반적인 벅 컨버터에서 제1스위치가 턴온될 때의 상태도이다.
도 2는 일반적인 벅 컨버터에서 제1스위치가 턴오프될 때의 상태도다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 벅 컨버터의 주요 파형도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력단의 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력단의 제1시구간 상태도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전력단의 제2시구간 상태도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 일 실시예에 따른 전력단의 주요 파형도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 컨버터의 전압비를 나타내는 그래프이다.1 is a state diagram when a first switch is turned on in a general buck converter.
2 is a state diagram when the first switch is turned off in a general buck converter.
3 is a main waveform diagram of the buck converter shown in FIGS. 1 and 2 .
4 is a block diagram of a converter according to an embodiment.
5 is a configuration diagram of a power stage according to an embodiment.
6 is a first time period state diagram of a power stage according to an embodiment.
7 is a second time period state diagram of a power stage according to an embodiment.
8 is a main waveform diagram of a power stage according to an embodiment shown in FIGS. 6 and 7 .
9 is a graph illustrating a voltage ratio of a converter according to an exemplary embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It should be understood that elements may be “connected,” “coupled,” or “connected.”

도 1은 일반적인 벅 컨버터에서 제1스위치가 턴온될 때의 상태도이고, 도 2는 일반적인 벅 컨버터에서 제1스위치가 턴오프될 때의 상태도다.1 is a state diagram when the first switch is turned on in a general buck converter, and FIG. 2 is a state diagram when the first switch is turned off in a general buck converter.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 벅 컨버터(10)는 입력부(12), 벅전력부(14) 및 출력부(16)를 포함할 수 있다.1 and 2 , a typical buck converter 10 may include an input unit 12 , a buck power unit 14 , and an output unit 16 .

입력부(12)는 입력전압(Vi)을 공급받는 입력캐패시터(Ci)를 포함하고, 벅전력부(14)는 인덕터(L) 및 복수의 스위치(S1, S2)를 포함하며, 출력부(16)는 출력캐패시터(Co)를 포함할 수 있다.The input unit 12 includes an input capacitor Ci to which an input voltage Vi is supplied, and the buck power unit 14 includes an inductor L and a plurality of switches S1 and S2, and an output unit 16 ) may include an output capacitor (Co).

도 1을 참조하면, 일반적인 벅 컨버터(10)에서 제1스위치(S1)가 턴온되면 인덕터(L)에 전류(iL)가 빌드업된다. 그리고, 인덕터(L)는 출력캐패시터(Co)와 연결되어 있기 때문에 빌드업되는 인덕터 전류(iL)는 그대로 출력캐패시터(Co)로 전달되게 된다. 제1스위치(S1)가 턴온될 때, 제2스위치(S2)는 턴오프된다.Referring to FIG. 1 , when the first switch S1 is turned on in a typical buck converter 10 , a current iL is built up in the inductor L. And, since the inductor L is connected to the output capacitor Co, the built-up inductor current iL is transferred to the output capacitor Co as it is. When the first switch S1 is turned on, the second switch S2 is turned off.

도 2를 참조하면, 일반적인 벅 컨버터(10)에서 제1스위치(S1)가 턴오프될 때, 제2스위치(S2)가 턴온되고, 인덕터(L)에 빌드업된 전류(iL)는 제2스위치(S2) 및 인덕터(L)를 경유하여 출력캐패시터(Co)로 전달되게 된다.2, when the first switch S1 is turned off in the general buck converter 10, the second switch S2 is turned on, and the current iL built up in the inductor L is the second It is transmitted to the output capacitor (Co) via the switch (S2) and the inductor (L).

일반적인 벅 컨버터(10)는 매 주기(T)마다 제1스위치(S1)가 턴온과 턴오프를 반복하고, 제2스위치(S2)는 턴오프와 턴온을 반복하면서 도 1의 상태와 도 2의 상태를 반복하게 된다.In the general buck converter 10, the first switch S1 repeats turn-on and turn-off at every cycle T, and the second switch S2 repeats turn-off and turn-on in the state of FIG. 1 and FIG. 2 . state repeats.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 벅 컨버터의 주요 파형도이다.3 is a main waveform diagram of the buck converter shown in FIGS. 1 and 2 .

일반적인 벅 컨버터에서 출력캐패시터로 전달되는 전력은 모두 인덕터를 경유하기 때문에 인덕터 전류(iL)의 평균값(iLavg)은 출력전류(io)와 같게 된다. 이에 따라, 출력전류(io)가 커지면 인덕터 전류의 평균값(iLavg)도 커지게 된다.In a general buck converter, since all power transferred to the output capacitor passes through the inductor, the average value (iLavg) of the inductor current (iL) becomes equal to the output current (io). Accordingly, as the output current io increases, the average value iLavg of the inductor current also increases.

인덕터 전류의 평균값(iLavg)이 커지면 인덕터의 부피가 커지는 문제가 있다. 일반적으로 인덕터는 자성체(magnetic material)와 금속성의 와이어로 구성되는데, 자성체의 부피는 컨버터의 최대 전력전달량에 비례하여 커지게 된다. 또한, 와이어는 도선 저항이 있기 때문에 도통되는 전류가 커지면 발열이 증가하게 된다. 이러한 발열을 줄이기 위해 와이어의 두께를 두껍게 하여 도선 저항을 줄일 수 있는데, 이렇게 되면 와이어의 두께로 인해 인덕터의 부피가 커지는 문제가 발생하게 된다.When the average value (iLavg) of the inductor current increases, there is a problem in that the volume of the inductor increases. In general, an inductor is composed of a magnetic material and a metallic wire, and the volume of the magnetic material increases in proportion to the maximum power transfer amount of the converter. In addition, since the wire has a wire resistance, heat generation increases when the current to be conducted increases. In order to reduce the heat generation, the resistance of the wire can be reduced by increasing the thickness of the wire. In this case, the volume of the inductor increases due to the thickness of the wire.

이러한 일반적인 벅 컨버터에서의 인덕터 전류 부담을 줄이기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터는 보조경로를 이용하여 전류 공급을 분담하는 구조를 제시한다.In order to reduce the burden of inductor current in such a general buck converter, the converter according to an embodiment of the present invention proposes a structure in which the current supply is shared using an auxiliary path.

일 실시예에 따른 컨버터에 의하면, 인덕터를 거치지 않는 보조경로를 통해 입력전력을 출력으로 공급하기 때문에 인덕터를 경유하는 전력경로의 전력 분담률이 낮아지게 되고, 이에 따라, 인덕터 전류의 평균값도 낮아지게 된다. 그리고, 인덕터 전류 평균값이 낮아지면서 인덕터의 부피도 줄일 수 있게 된다.According to the converter according to an embodiment, since the input power is supplied as an output through the auxiliary path that does not pass through the inductor, the power share ratio of the power path through the inductor is lowered, and accordingly, the average value of the inductor current is also lowered. . In addition, as the average value of the inductor current decreases, the volume of the inductor can also be reduced.

도 4는 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.4 is a block diagram of a converter according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 컨버터(100)는 전력단(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the converter 100 may include a power stage 110 and a control unit 120 .

전력단(110)은 인덕터 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다.The power stage 110 may include an inductor and a plurality of switches.

제어부(120)는 제어신호(CTR)를 전력단(110)으로 전송하여 복수의 스위치를 온오프(ON/OFF)제어할 수 있다. 그리고, 전력단(110)은 스위치들의 온오프에 따라 벅 컨버터로 작동될 수 있다.The controller 120 may transmit the control signal CTR to the power stage 110 to turn on/off the plurality of switches. And, the power stage 110 may be operated as a buck converter according to the on-off of the switches.

전력단(110)이 벅 컨버터로 작동되는 경우, 출력전압(Vo)은 입력전압(Vi)보다 낮게 제어될 수 있다.When the power stage 110 operates as a buck converter, the output voltage Vo may be controlled to be lower than the input voltage Vi.

이하에서 전력단(110)의 구성 및 상태가 주로 설명되는데, 이러한 전력단(110)의 스위치들은 제어부(120)에 의해 제어되는 것으로 이해할 수 있다.Hereinafter, the configuration and state of the power stage 110 will be mainly described, and it can be understood that the switches of the power stage 110 are controlled by the controller 120 .

도 5는 일 실시예에 따른 전력단의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a power stage according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 전력단(110)은 입력부(112), 벅전력부(114) 및 출력부(116) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the power stage 110 may include an input unit 112 , a buck power unit 114 , and an output unit 116 .

입력부(112)는 입력전압(Vi)이 공급되는 입력캐패시터(Ci)를 포함할 수 있다. 입력캐패시터(Ci)는 입력전압(Vi)을 일시적으로 저장하고 입력전압(Vi)에 포함된 노이즈를 필터링할 수 있다. 입력부(112)는 입력캐패시터(Ci)와 같은 용량성소자 이외에 필요에 따라 초크(choke)와 같은 유도성소자를 더 포함할 수 있다. 이러한 유도성소자는 전자파간섭(EMI: Electro Magnetic Interference)을 완화시키는 기능을 수행할 수 있다.The input unit 112 may include an input capacitor Ci to which the input voltage Vi is supplied. The input capacitor Ci may temporarily store the input voltage Vi and may filter noise included in the input voltage Vi. The input unit 112 may further include an inductive element such as a choke if necessary in addition to a capacitive element such as the input capacitor Ci. Such an inductive element may perform a function of mitigating electromagnetic interference (EMI).

출력부(116)는 출력전압(Vo)을 부하로 공급하는 출력캐패시터(Co)를 포함할 수 있다. 출력캐패시터(Co)는 출력전압(Vo)을 일시적으로 저장하고 출력전압(Vo)에 포함된 노이즈를 필터링할 수 있다. 출력부(116)는 출력캐패시터(Co)와 같은 용량성소자 이외에 필요에 따라 출력인덕터와 같은 유도성소자를 더 포함할 수 있다. 이러한 유도성소자는 출력노이즈를 완화시키는 기능을 수행할 수 있다.The output unit 116 may include an output capacitor Co for supplying the output voltage Vo to a load. The output capacitor Co may temporarily store the output voltage Vo and filter noise included in the output voltage Vo. The output unit 116 may further include an inductive element such as an output inductor, if necessary, in addition to a capacitive element such as the output capacitor Co. Such an inductive element may perform a function of alleviating output noise.

벅전력부(114)는 인덕터(L), 중간캐패시터(Cf) 및 복수의 스위치(S1, S2, S3)를 포함할 수 있다.The buck power unit 114 may include an inductor L, an intermediate capacitor Cf, and a plurality of switches S1, S2, and S3.

벅전력부(114)는 일측이 입력노드(Ni)와 연결되고 타측이 출력노드(No)와 연결될 수 있다. 벅전력부(114)는 입력노드(Ni)로부터 공급되는 전력을 변환하여 출력노드(No)로 전달할 수 있다.The buck power unit 114 may have one side connected to the input node Ni and the other side connected to the output node No. The buck power unit 114 may convert the power supplied from the input node Ni and transmit it to the output node No.

여기서, 입력노드(Ni)는 일 예로, 입력캐패시터(Ci)의 일측 노드와 연결될 수 있다. 그리고, 출력노드(No)는 일 예로, 출력캐패시터(Co)의 일측 노드와 연결될 수 있다.Here, the input node Ni may be connected to one node of the input capacitor Ci, for example. And, the output node (No) may be connected to one node of the output capacitor (Co), for example.

벅전력부(114)는 스위칭주기의 제1시구간에서 입력노드(Ni)로부터 중간캐패시터(Cf) 및 인덕터(L)를 제1방향으로 경유하여 출력노드(No)에 이르는 제1전력경로(P1)를 형성하면서 인덕터전류를 빌드업할 수 있다.The buck power unit 114 is a first power path from the input node (Ni) to the output node (No) via the intermediate capacitor (Cf) and the inductor (L) in the first direction in the first time period of the switching cycle ( The inductor current can be built up while forming P1).

그리고, 벅전력부(114)는 스위칭주기의 제2시구간에서 저전압단-입력노드(Ni)보다 낮은 전압이 형성되는 부분, 일 예로, 그라운드전압이 형성되는 부분-으로부터 인덕터(L)를 경유하여 출력노드(No)에 이르는 제2전력경로(P2) 및 저전압단으로부터 중간캐패시터(Cf)를 제2방향으로 경유하여 출력노드(No)에 이르는 제3전력경로(P3)를 형성할 수 있다.And, the buck power unit 114 in the second time period of the switching cycle from the low voltage stage - a portion in which a lower voltage than the input node (Ni) is formed, for example, a portion in which the ground voltage is formed - via the inductor (L). to form the second power path P2 leading to the output node No and the third power path P3 from the low voltage terminal to the output node No via the intermediate capacitor Cf in the second direction. .

벅전력부(114)는 스위칭주기의 제2시구간에서 인덕터(L)를 경유하는 제2전력경로(P2) 뿐만 아니라 인덕터(L)를 경유하지 않는 제3전력경로(P3)를 통해 출력노드(No)로 전력을 공급함으로써 인덕터(L)의 전류 부담을 줄일 수 있다.The buck power unit 114 is an output node through the third power path P3 that does not go through the inductor L as well as the second power path P2 via the inductor L in the second time period of the switching cycle. By supplying power to (No), the current burden of the inductor (L) can be reduced.

벅전력부(114)에서 인덕터(L)의 일측은 제1노드(N1)와 연결되고 타측은 출력노드(No)와 연결될 수 있다. 그리고, 중간캐패시터(Cf)의 일측은 제2노드(N2)와 연결되고 타측은 제1노드(N1)와 연결될 수 있다.In the buck power unit 114 , one side of the inductor L may be connected to the first node N1 and the other side may be connected to the output node No. In addition, one side of the intermediate capacitor Cf may be connected to the second node N2 , and the other side may be connected to the first node N1 .

스위칭주기의 제1시구간에서 제1방향-중간캐패시터(Cf)를 제2노드(N2)에서 제1노드(N1)로 경유하는 방향-으로 전류가 흐르면서 중간캐패시터(Cf)에 전하가 저장되게 된다. 이렇게 저장된 전하는 스위칭주기의 제2시구간에서 제2방향-중간캐패시터(Cf)를 제1노드(N1)에서 제2노드(N2)로 경유하는 방향-으로 전류가 흐르면서 방전되고 방전된 전류는 제3전력경로(P3)를 통해 출력노드(No)로 전달되게 된다.In the first time period of the switching cycle, the electric current flows in the first direction - the direction passing the intermediate capacitor Cf from the second node N2 to the first node N1 - so that the charge is stored in the intermediate capacitor Cf. do. The stored charges are discharged as current flows in the second direction - the direction passing the intermediate capacitor (Cf) from the first node (N1) to the second node (N2) - in the second time period of the switching cycle. It is transmitted to the output node (No) through the 3 power path (P3).

이와 같이, 중간캐패시터(Cf)가 스위칭주기의 제1시구간에서 입력노드(Ni)로부터 공급되는 전력을 일부 저장하고 있다가 제2시구간에서 저장된 전력을 출력노드(No)로 공급함으로써 인덕터(L)가 처리하는 전력의 양이 줄어들게 된다.In this way, the intermediate capacitor Cf stores some of the power supplied from the input node Ni in the first time period of the switching cycle, and supplies the stored power to the output node No in the second time period. L) will reduce the amount of power processed.

중간캐패시터(Cf)의 양단에 형성되는 전압-중간캐패시터전압(Vcf)-은 출력캐패시터전압(Vco)으로부터 일정 범위 이내의 전압일 수 있다. 출력캐패시터전압(Vco)이 출력전압(Vo)과 실질적으로 동일하다고 할 때, 중간캐패시터전압(Vcf)은 출력전압(Vo)으로부터 일정 범위 이내의 전압일 수 있다.The voltage formed at both ends of the intermediate capacitor Cf—the intermediate capacitor voltage Vcf—may be a voltage within a predetermined range from the output capacitor voltage Vco. Assuming that the output capacitor voltage Vco is substantially equal to the output voltage Vo, the intermediate capacitor voltage Vcf may be a voltage within a predetermined range from the output voltage Vo.

제3전력경로(P3)가 형성되는 스위칭주기의 제2시구간에서 중간캐패시터(Cf)는 실질적으로 출력캐패시터(Co)와 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 중간캐패시터(Cf)는 출력캐패시터(Co)와 전하공유(charge-sharing)를 통해 전력을 공급할 수 있고, 결과적으로 중간캐패시터전압(Vcf)은 출력캐패시터전압(Vco)과 같아지게 된다. 중간캐패시터전압(Vcf)과 출력캐패시터전압(Vco)이 같아지는 시간은 제3전력경로(P3)의 도선 저항에 따라 달라지는데, 제3전력경로(P3)의 도선 저항이 작을 수록 중간캐패시터전압(Vcf)과 출력캐패시터전압(Vco)이 같아지는 시간이 짧아지게 된다.In the second time period of the switching cycle in which the third power path P3 is formed, the intermediate capacitor Cf may be substantially connected to the output capacitor Co in parallel. At this time, the intermediate capacitor Cf may supply power through charge-sharing with the output capacitor Co, and as a result, the intermediate capacitor voltage Vcf becomes equal to the output capacitor voltage Vco. The time for which the intermediate capacitor voltage Vcf and the output capacitor voltage Vco become equal depends on the resistance of the third power path P3. The smaller the resistance of the third power path P3, the smaller the intermediate capacitor voltage Vcf. ) and the output capacitor voltage (Vco) become the same becomes shorter.

스위칭주기에서 중간캐패시터(Cf)는 충전과 방전을 수행하기 때문에 전압이 변동할 수 있다. 그런데, 중간캐패시터(Cf)의 정전용량이 충분이 크게 되면, 전압변동의 폭이 일정값이하로 제한될 수 있다. 중간캐패시터(Cf)의 정전용량이 충분히 큰 경우, 중간캐패시터(Cf)에는 출력전압(Vo)으로부터 일정 범위 이내의 전압이 형성될 수 있다.In the switching period, the voltage of the intermediate capacitor Cf may fluctuate because it performs charging and discharging. However, if the capacitance of the intermediate capacitor Cf is sufficiently large, the width of the voltage fluctuation may be limited to a predetermined value or less. When the capacitance of the intermediate capacitor Cf is sufficiently large, a voltage within a predetermined range from the output voltage Vo may be formed in the intermediate capacitor Cf.

중간캐패시터(Cf)가 매 스위칭주기마다 일정한 전압을 가지기 위해서는 충전되는 전하량과 방전되는 전하량이 실질적으로 동일해야 한다. 이를 위해, 제1전력경로(P1)에 흐르는 전류를 제1시구간으로 누적시킨 적분값-제1시구간에서 중간캐패시터(Cf)로 충전되는 전하량-은 제3전력경로(P3)에 흐르는 전류를 제2시구간으로 누적시킨 적분값-제2시구간에서 중간캐패시처(Cf)에서 방전되는 전하량-과 실질적으로 동일할 수 있다.In order for the intermediate capacitor Cf to have a constant voltage in every switching period, the amount of charge to be charged and the amount of charge to be discharged must be substantially the same. To this end, the integral value accumulating the current flowing in the first power path P1 to the first time period - the amount of charge charged to the intermediate capacitor Cf in the first time period - is the current flowing in the third power path P3 may be substantially the same as the integral value accumulated in the second time period - the amount of charge discharged from the intermediate capacitor Cf in the second time period.

인덕터(L)는 스위칭주기의 제1시구간에서 전류를 증가시키고-빌드업하고-, 제2시구간에서 전류를 감소시키면서 평균값을 일정하게 유지할 수 있다.The inductor L may maintain a constant average value while increasing the current in the first time period of the switching cycle - building up - and decreasing the current in the second time period.

인덕터(L)는 양단에 형성되는 전압의 크기에 따라 전류의 증감량이 결정된다.The increase/decrease amount of the current is determined according to the magnitude of the voltage formed at both ends of the inductor L.

스위칭주기의 제1시구간에서 인덕터(L)의 일측-제1노드(N1)-으로는 제1전력경로(P1)에 따라 입력전압(Vi)에서 중간캐패시터의 양단전압(중간캐패시터전압; Vcf)을 차감한 전압(Vi-Vcf)이 공급되고, 인덕터(L)의 타측-출력노드(No)-으로는 출력전압(Vo)이 공급될 수 있다. 이에 따라, 인덕터의 양단전압(VL)은 입력전압(Vi)에서 중간캐패시터전압(Vcf) 및 출력전압(Vo)을 차감한 전압(Vi-Vcf-Vo)이 된다. 중간캐패시터전압(Vcf)이 출력전압(Vo)과 실질적으로 같다고 할때, 제1시구간에서 인덕터의 양단전압(VL)은 입력전압(Vi)에서 2배의 출력전압(2Vo)을 차감한 전압(Vi-2Vo)이 될 수 있다.In the first time period of the switching period, one side of the inductor L - the first node N1 - is the voltage between both ends of the intermediate capacitor (intermediate capacitor voltage; Vcf) from the input voltage Vi according to the first power path P1. ) minus the voltage Vi-Vcf may be supplied, and the output voltage Vo may be supplied to the other side of the inductor L - the output node No -. Accordingly, the voltage VL across the inductor becomes the voltage Vi-Vcf-Vo obtained by subtracting the intermediate capacitor voltage Vcf and the output voltage Vo from the input voltage Vi. Assuming that the intermediate capacitor voltage Vcf is substantially equal to the output voltage Vo, the voltage VL across the inductor in the first time period is the voltage obtained by subtracting the double output voltage 2Vo from the input voltage Vi. (Vi-2Vo).

스위칭주기의 제2시구간에서 인덕터(L)의 일측-제1노드(N1)-으로는 제2전력경로(P2)에 따라 저전압단전압-예를 들어, 그라운드전압, 0V-이 공급되고, 인덕터(L)의 타측-출력노드(No)-으로는 출력전압(Vo)이 공급될 수 있다. 이에 따라, 인덕터의 양단전압(VL)은 저전압단전압에서 출력전압(Vo)을 차감한 전압-예를 들어, -Vo-이 될 수 있다.In the second time period of the switching cycle, one side of the inductor L - the first node N1 - is supplied with a low voltage terminal voltage - for example, a ground voltage, 0 V - according to the second power path P2, The output voltage Vo may be supplied to the other side of the inductor L - the output node No. Accordingly, the voltage VL at both ends of the inductor may be a voltage obtained by subtracting the output voltage Vo from the low voltage end voltage—for example, -Vo—.

인덕터(L) 전류가 매 스위칭주기마다 일정한 값을 가지기 위해서는 한 주기에서 인덕터(L)의 양단전압(VL)을 적분한 값이 0이 되어야 한다. 저전압단전압이 0V라고 할때, 이러한 조건을 만족시키기 위해서는 아래의 수학식이 성립해야 한다.In order for the inductor (L) current to have a constant value in every switching period, the integrated value of the voltage VL across the inductor (L) in one period must be zero. When the low voltage stage voltage is 0V, the following equation must be established in order to satisfy this condition.

[수학식 1][Equation 1]

(Vi-2Vo)DT+(-Vo)(1-D)T=0(Vi-2Vo)DT+(-Vo)(1-D)T=0

[수학식 2][Equation 2]

M=Vo/Vi=D/(1+D)M=Vo/Vi=D/(1+D)

수학식에서, T는 스위칭주기이고, D는 듀티로서 스위칭주기에서 제1시구간의 비율을 의미하며, M은 입력전압 대비 출력전압의 비율을 의미한다.In the equation, T is a switching period, D is a duty as a ratio of the first time period in the switching period, and M is a ratio of an input voltage to an output voltage.

한편, 벅전력부(114)는 복수의 스위치(S1, S2, S3)를 온오프(ON/OFF) 제어하면서 각 전력경로(P1, P2, P3)를 형성할 수 있다.On the other hand, the buck power unit 114 may form each power path (P1, P2, P3) while controlling the on-off (ON/OFF) of the plurality of switches (S1, S2, S3).

벅전력부(114)는 입력노드(Ni)와 중간캐피시터(Cf)를 연결시키는 제1스위치(S1)를 포함할 수 있다. 중간캐패시터(Cf)의 일측이 제2노드(N2)와 연결될 때, 제1스위치(S1)는 입력노드(Ni)와 제2노드(N2)를 연결시킬 수 있다.The buck power unit 114 may include a first switch S1 connecting the input node Ni and the intermediate capacitor Cf. When one side of the intermediate capacitor Cf is connected to the second node N2 , the first switch S1 may connect the input node Ni and the second node N2 .

벅전력부(114)는 인덕터(L)의 일측을 저전압단으로 연결시키고 중간캐패시터(Cf)의 타측을 저전압단으로 연결시키는 제2스위치(S2)를 포함할 수 있다. 인덕터(L)의 일측과 중간캐패시터(Cf)의 타측이 제1노드(N1)와 연결될 때, 제2스위치(S2)는 제1노드(N1)와 저전압단을 연결시킬 수 있다.The buck power unit 114 may include a second switch S2 that connects one side of the inductor L to the low voltage terminal and the other side of the intermediate capacitor Cf to the low voltage terminal. When one side of the inductor L and the other side of the intermediate capacitor Cf are connected to the first node N1 , the second switch S2 may connect the first node N1 to the low voltage terminal.

벅전력부(114)는 중간캐패시터(Cf)의 일측과 출력노드(No)를 연결시키는 제3스위치(S3)를 포함할 수 있다. 중간캐패시터(Cf)의 일측이 제2노드(N2)와 연결될 때, 제3스위치(S3)는 제2노드(N2)와 출력노드(No)를 연결시킬 수 있다.The buck power unit 114 may include a third switch S3 connecting one side of the intermediate capacitor Cf and the output node No. When one side of the intermediate capacitor Cf is connected to the second node N2 , the third switch S3 may connect the second node N2 to the output node No.

제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)는 교번하면서 턴온될 수 있고, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)는 동기화되어 온오프(ON/OFF)될 수 있다.The first switch S1 and the second switch S2 may be turned on alternately, and the second switch S2 and the third switch S3 may be synchronized on/off.

스위칭주기의 제1시구간에서 제1스위치(S1)가 턴온되고, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)가 턴오프될 수 있다. 이에 따라, 입력노드(Ni), 제2노드(N2), 중간캐패시터(Cf), 제1노드(N1), 인덕터(L) 및 출력노드(No)가 직렬로 연결되면서 제1전력경로(P1)를 형성할 수 있다.In the first time period of the switching cycle, the first switch S1 may be turned on, and the second switch S2 and the third switch S3 may be turned off. Accordingly, while the input node Ni, the second node N2, the intermediate capacitor Cf, the first node N1, the inductor L, and the output node No are connected in series, the first power path P1 ) can be formed.

스위칭주기의 제2시구간에서 제1스위치(S1)가 턴오프되고, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)가 턴온될 수 있다. 이에 따라, 저전압단, 제1노드(N1), 인덕터(L) 및 출력노드(No)가 직렬로 연결되면서 제2전력경로(P2)가 형성되고, 저전압단, 제1노드(N1), 중간캐패시터(Cf), 제2노드(N2), 및 출력노드(No)가 직렬로 연결되면서 제3전력경로(P3)가 형성될 수 있다.In the second time period of the switching cycle, the first switch S1 may be turned off, and the second switch S2 and the third switch S3 may be turned on. Accordingly, the second power path P2 is formed while the low voltage terminal, the first node N1, the inductor L, and the output node No are connected in series, and the low voltage terminal, the first node N1, and the middle A third power path P3 may be formed while the capacitor Cf, the second node N2, and the output node No are connected in series.

도 6은 일 실시예에 따른 전력단의 제1시구간 상태도이다.6 is a first time period state diagram of a power stage according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 제1시구간에서 제1스위치(S1)가 턴온되고, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)가 턴오프될 수 있다. 실질적으로 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)는 동기화되어 온오프(ON/OFF)될 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the first time period, the first switch S1 may be turned on, and the second switch S2 and the third switch S3 may be turned off. Substantially, the second switch S2 and the third switch S3 may be synchronized on/off.

벅전력부(114)에서 제1스위치(S1)가 턴온되면, 인덕터(L)의 일측-제1노드(N1)-으로 입력전압(Vi)에서 중간캐패시터전압(Vcf)이 차감된 전압(Vi-Vcf)이 공급되고 인덕터(L)의 타측-출력노드(No)-으로 출력전압(Vo)이 공급되면서 인덕터전류(iL)가 증가하게 된다.When the first switch S1 is turned on in the buck power unit 114, the voltage Vi obtained by subtracting the intermediate capacitor voltage Vcf from the input voltage Vi to one side of the inductor L - the first node N1 - -Vcf) is supplied, and as the output voltage Vo is supplied to the other side of the inductor L-output node No-, the inductor current iL increases.

그리고, 제1스위치(S1)의 턴온에 따라, 입력노드(Ni), 제2노드(N2), 중간캐패시터(Cf), 제1노드(N1), 인덕터(L) 및 출력노드(No)가 직렬로 연결되면서 제1전력경로(P1)가 형성된다.And, according to the turn-on of the first switch (S1), the input node (Ni), the second node (N2), the intermediate capacitor (Cf), the first node (N1), the inductor (L) and the output node (No) The first power path P1 is formed while being connected in series.

제1시구간에서 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)는 턴오프되기 때문에, 입력노드(Ni)로부터 공급되는 전류는 모두 제1전력경로(P1)로만 흐르게 된다. 이때, 제1전력경로(P1)에 흐르는 전류는 인덕터전류(iL)와 같을 수 있다. 그리고, 제1전력경로(P1)에 흐르는 전류는 중간캐패시터(Cf)에 전하를 충전시키게 된다.Since the second switch S2 and the third switch S3 are turned off in the first time period, all of the current supplied from the input node Ni flows only through the first power path P1. In this case, the current flowing through the first power path P1 may be equal to the inductor current iL. Then, the current flowing through the first power path P1 charges the intermediate capacitor Cf.

도 7은 일 실시예에 따른 전력단의 제2시구간 상태도이다.7 is a second time period state diagram of a power stage according to an embodiment.

도 7을 참조하면, 제2시구간에서 제1스위치(S1)가 턴오프되고, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)가 턴온될 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the second time period, the first switch S1 may be turned off, and the second switch S2 and the third switch S3 may be turned on.

벅전력부(114)에서 제2스위치(S2)가 턴온되면, 인덕터(L)의 일측-제1노드(N1)-으로 저전압단이 연결되고, 인덕터(L)의 타측-출력노드(No)-으로 출력전압(Vo)이 공급되면서 인덕터전류(iL)가 감소하게 된다.When the second switch S2 is turned on in the buck power unit 114, the low voltage terminal is connected to one side of the inductor L - the first node N1 - and the other side of the inductor L - the output node No. As the output voltage Vo is supplied to -, the inductor current iL decreases.

그리고, 제2스위치(S2)의 턴온에 따라, 저전압단, 제1노드(N1), 인덕터(L) 및 출력노드(No)가 직렬로 연결되면서 제2전력경로(P2)가 형성될 수 있다.And, as the second switch S2 is turned on, the low voltage terminal, the first node N1, the inductor L, and the output node No are connected in series to form a second power path P2. .

벅전력부(114)에서 제2스위치(S2)와 함께 제3스위치(S3)가 턴온되면, 중간캐패시터(Cf)의 일측-제2노드(N2)-은 출력노드(No)와 연결되고, 중간캐패시터(Cf)의 타측-제1노드(N1)-은 저전압단과 연결될 수 있다. 출력노드(No)에 출력캐패시터(Co)가 연결되는 경우, 제2시구간에서 중간캐패시터(Cf)와 출력캐패시터(Co)는 병렬로 연결되게 되고 이에 따라, 중간캐패시터(Cf)에 충전된 전하는 전하공유의 방식으로 출력캐패시터(Co)로 전달되게 된다.When the third switch (S3) is turned on together with the second switch (S2) in the buck power unit 114, one side of the intermediate capacitor (Cf) - the second node (N2) - is connected to the output node (No), The other side of the intermediate capacitor Cf - the first node N1 - may be connected to the low voltage terminal. When the output capacitor (Co) is connected to the output node (No), the intermediate capacitor (Cf) and the output capacitor (Co) are connected in parallel in the second time period. Accordingly, the charge charged in the intermediate capacitor (Cf) is It is transferred to the output capacitor (Co) in a way of sharing charge.

그리고, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)가 함께 턴온됨에 따라, 저전압단, 제1노드(N1), 중간캐패시터(Cf), 제2노드(N2), 및 출력노드(No)가 직렬로 연결되면서 제3전력경로(P3)가 형성되게 된다.And, as the second switch S2 and the third switch S3 are turned on together, the low voltage terminal, the first node N1, the intermediate capacitor Cf, the second node N2, and the output node No. are connected in series, the third power path P3 is formed.

도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 일 실시예에 따른 전력단의 주요 파형도이다.8 is a main waveform diagram of a power stage according to an embodiment shown in FIGS. 6 and 7 .

제1시구간에서는 제1전력경로를 통해, 그리고, 제2시구간에서는 제2전력경로 및 제3전력경로를 통해 전류가 출력캐패시터로 전달된다. 제1전력경로 및 제2전력경로에서 출력캐패시터로 전달되는 전류는 인덕터전류(iL)와 같고, 제3전력경로에서 출력캐패시터로 전달되는 전류는 중간캐패시터의 방전전류(ia)와 같다.In the first time period, the current is transferred to the output capacitor through the first power path, and in the second time period, through the second power path and the third power path. The current transferred to the output capacitor in the first power path and the second power path is equal to the inductor current iL, and the current transferred to the output capacitor in the third power path is equal to the discharge current ia of the intermediate capacitor.

출력캐패시터로 전달되는 전류의 총합(ico)은 인덕터전류(iL) 및 중간캐패시터의 방전전류(ia)의 합과 같은데, 제1시구간에서는 중간캐패시터의 방전전류(ia)가 형성되지 않기 때문에, 출력캐패시터로 전달되는 전류의 총합(ico)은 인덕터전류(iL)와 같게 된다.The sum (ico) of the current delivered to the output capacitor is equal to the sum of the inductor current (iL) and the discharge current (ia) of the intermediate capacitor. Since the discharge current (ia) of the intermediate capacitor is not formed in the first time period, The sum (ico) of the current delivered to the output capacitor is equal to the inductor current (iL).

제2시구간에서는 인덕터전류(iL)와 더불어 중간캐패시터의 방전전류(ia)가 출력캐패시터로 전달되기 때문에, 출력캐패시터로 전달되는 전류의 총합(ico)은 인덕터전류(iL)와 중간캐패시터의 방전전류(ia)의 합이 된다.In the second time period, since the discharge current (ia) of the intermediate capacitor is transferred to the output capacitor along with the inductor current (iL), the sum (ico) of the current transferred to the output capacitor is the inductor current (iL) and the discharge of the intermediate capacitor It is the sum of the currents (ia).

이와 같이 일 실시예에 따른 컨버터에서는 인덕터전류(iL) 이외에 중간캐패시터의 방전전류(ia)가 보조적으로 출력으로 공급되기 때문에 인덕터의 전류 부담이 줄어들게 된다.As described above, in the converter according to the embodiment, since the discharge current ia of the intermediate capacitor is supplied as an auxiliary output in addition to the inductor current iL, the current burden on the inductor is reduced.

도 8을 참조하면, 한 스위칭주기(T)에서 인덕터를 통해 흐르는 인덕터전류의 평균값(iLavg)은 출력노드로부터 부하로 공급되는 출력전류(io) 혹은 출력전류(io)의 평균값보다 작아지게 되고, 출력전류(io)와 인덕터전류의 평균값(iLavg) 사이에 일정 크기 이상의 갭(G)이 발생하게 된다. 이러한 갭(G)은 중간캐패시터의 방전전류(ia)를 스위칭주기(T)로 평균한 값과 같을 수 있다.8, the average value (iLavg) of the inductor current flowing through the inductor in one switching period (T) becomes smaller than the average value of the output current (io) or the output current (io) supplied from the output node to the load, A gap G of a certain size or more is generated between the output current io and the average value iLavg of the inductor current. This gap (G) may be equal to the average value of the discharge current (ia) of the intermediate capacitor by the switching period (T).

도 9는 일 실시예에 따른 컨버터의 전압비를 나타내는 그래프이다.9 is a graph illustrating a voltage ratio of a converter according to an exemplary embodiment.

일 실시예에 따른 컨버터에서, 입력노드에 형성되는 입력전압 대비 출력노드에 형성되는 출력전압의 비율(M1)은 M1=D/(1+D)을 따를 수 있다-D는 스위칭주기 중 제1시구간의 비율(듀티)-.In the converter according to an embodiment, a ratio (M1) of an input voltage formed in the input node to an output voltage formed in the output node (M1) may follow M1=D/(1+D) - D is the first switching period Ratio of time intervals (duty)-.

일반적인 벅 컨버터의 입력전압 대비 출력전압의 비율(M2)는 D가 되는데, M1과 M2를 비교해 보면, M1이 듀티(D)에 대한 민감성이 낮은 것을 알 수 있다. 예를 들어, 일반적인 벅 컨버터는 듀티의 변동에 따라 입력전압 대비 출력전압의 비율이 많이 변했는데, 일 실시예에 따른 컨버터는 듀티에 대한 민감성이 상대적으로 낮다. 듀티에 대한 민감성이 높으면 제어의 안정성이 낮아질 수 있는데, 이러한 관점에서 일 실시예에 따른 컨버터의 제어 안정성이 일반적인 벅 컨버터보다 높다는 것을 알 수 있다.The ratio (M2) of the output voltage to the input voltage of a typical buck converter becomes D. Comparing M1 and M2, it can be seen that M1 has low sensitivity to duty (D). For example, a typical buck converter has a large ratio of an input voltage to an output voltage according to a change in duty, and the converter according to an embodiment has relatively low sensitivity to duty. If the sensitivity to the duty is high, the stability of the control may be reduced. From this point of view, it can be seen that the control stability of the converter according to the embodiment is higher than that of a general buck converter.

이상에서 일 실시예에 따른 컨버터에 대해 설명하였는데, 이러한 실시예에 의하면, 인덕터를 경유하지 않는 다른 전력경로가 추가되면서 인덕터의 전류 부담이 감소하고 이에 따라 인덕터의 부피가 감소하는 효과가 있다.The converter according to an embodiment has been described above. According to this embodiment, as another power path that does not pass through the inductor is added, the current burden of the inductor is reduced, and thus the volume of the inductor is reduced.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "include", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be embedded unless otherwise stated, so it does not exclude other components. It should be construed as being able to further include other components. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (11)

입력노드에 형성되는 전압(입력전압)을 출력전압(출력노드에 형성되는 전압)으로 변환하는 DC/DC 컨버터에 있어서,
일측이 제1노드와 직접 연결되고 타측이 상기 출력노드와 전기적으로 연결되는 인덕터;
일측이 제2노드와 전기적으로 연결되고 타측이 상기 제1노드와 직접 연결되는 중간캐패시터;
상기 제2노드와 상기 입력노드를 전기적으로 연결시키는 제1스위치;
일측이 상기 제1노드와 직접 연결되고, 타측이 저전압단과 전기적으로 연결되는 제2스위치; 및
상기 제2노드와 상기 출력노드를 전기적으로 연결시키는 제3스위치
를 포함하는 DC/DC 컨버터.A DC/DC converter for converting a voltage (input voltage) formed in an input node into an output voltage (voltage formed in an output node), the DC/DC converter comprising:
an inductor having one end directly connected to the first node and the other end electrically connected to the output node;
an intermediate capacitor having one end electrically connected to the second node and the other end directly connected to the first node;
a first switch electrically connecting the second node and the input node;
a second switch having one end directly connected to the first node and the other end electrically connected to the low voltage terminal; and
a third switch electrically connecting the second node and the output node
DC/DC converter comprising 제1항에 있어서,
상기 중간캐패시터에는 상기 출력전압으로부터 일정 범위 이내의 전압이 형성되는 DC/DC 컨버터.According to claim 1,
A DC/DC converter in which a voltage within a predetermined range from the output voltage is formed in the intermediate capacitor. 제2항에 있어서,
제1시구간에서 상기 인덕터의 일측으로 상기 입력전압(Vi)에서 상기 중간캐패시터의 양단전압(Vcf)을 차감한 전압(Vi-Vcf)이 공급되고, 제2시구간에서 상기 인덕터의 일측으로 상기 저전압단의 전압이 공급되며,
상기 인덕터의 타측으로 상기 출력전압(Vo)이 공급되는 DC/DC 컨버터.3. The method of claim 2,
In a first time period, a voltage (Vi-Vcf) obtained by subtracting a voltage (Vcf) across both ends of the intermediate capacitor from the input voltage (Vi) is supplied to one side of the inductor, and in a second time period, the voltage (Vi-Vcf) is supplied to one side of the inductor The voltage of the low voltage stage is supplied,
A DC/DC converter to which the output voltage Vo is supplied to the other side of the inductor. 제3항에 있어서,
상기 중간캐패시터에 흐르는 전류를 상기 제1시구간으로 누적시킨 적분값과 상기 제2시구간으로 누적시킨 적분값이 실질적으로 동일한 DC/DC 컨버터.4. The method of claim 3,
A DC/DC converter in which an integral value accumulating the current flowing through the intermediate capacitor in the first time period and an integral value accumulating in the second time period are substantially the same. 제3항에 있어서,
상기 제1시구간에서 상기 제1스위치가 턴온되고 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치가 턴오프되고,
상기 제2시구간에서 상기 제1스위치가 턴오프되고 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치가 턴온되는 DC/DC 컨버터.4. The method of claim 3,
In the first time period, the first switch is turned on and the second switch and the third switch are turned off,
A DC/DC converter in which the first switch is turned off and the second switch and the third switch are turned on in the second time period. 제3항에 있어서,
상기 출력노드에는 출력캐패시터가 연결되고,
상기 제2시구간에서 상기 중간캐패시터는 상기 출력캐패시터와 전하공유(charge-sharing)를 통해 전력을 공급하는 DC/DC 컨버터.4. The method of claim 3,
An output capacitor is connected to the output node,
In the second time period, the intermediate capacitor supplies power through charge-sharing with the output capacitor. 제3항에 있어서,
상기 입력노드에 형성되는 상기 입력전압 대비 상기 출력노드에 형성되는 상기 출력전압의 비율(M)은 M=D/(1+D)을 따르는 DC/DC 컨버터-D는 스위칭주기 중 상기 제1시구간의 비율임-.4. The method of claim 3,
The ratio (M) of the input voltage formed in the input node to the output voltage formed in the output node is M=D/(1+D). It is the ratio between -. 제1항에 있어서,
상기 제1스위치와 상기 제2스위치는 교번하면서 턴온되고,
상기 제2스위치와 상기 제3스위치는 동기화되어 온오프(ON/OFF)되는 DC/DC 컨버터.According to claim 1,
The first switch and the second switch are turned on while alternating,
The second switch and the third switch are synchronized on/off DC/DC converter. 제1항에 있어서,
스위칭주기에서 상기 인덕터를 통해 흐르는 인덕터전류의 평균값은 상기 출력노드로부터 부하로 공급되는 출력전류의 평균값보다 작은 DC/DC 컨버터.According to claim 1,
The average value of the inductor current flowing through the inductor in the switching period is smaller than the average value of the output current supplied from the output node to the load. 삭제delete 삭제delete
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