KR102595668B1 - 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터 - Google Patents

스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터에 관한 것으로서, 입력전압을 변환하여 레귤레이터 출력단으로 레귤레이터 전압을 출력하는 레귤레이터; 및 컨버터 출력단에 연결되는 상측 노드와, 상기 레귤레이터 출력단에 연결되는 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 하측 노드를 구비하는 커패시터 더블러를 포함하고, 상기 컨버터 출력단의 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 2배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은, 인덕터를 사용하지 않기 때문에 벅-부스트 컨버터를 소형으로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 인덕터를 사용하지 않으면서도 고효율로 벅-부스트 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터{Switched capacitor buck-boost converter}
본 발명은 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인덕터를 사용하지 않으면서도 고효율로 벅-부스트 동작을 수행할 수 있는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 웨어러블 응용분야에 적용되는 벅-부스트 컨버터의 경우 사용 전류는 작지만 입력전압보다 높거나 낮은 전압을 만들 수 있는 하드웨어 기능블록은 벅-부스트 토폴로지만이 가능하여 인덕터를 사용한 스위칭 모드 전원장치(SMPS, Switching Mode Power Supply)로 설계를 하였다.
그러나, 인덕터를 사용하면 상대적으로 큰 면적을 가지는 인덕터 특성에 의해서 큰 부품 면적을 차지하게 된다. 또한, 인덕터의 높이를 낮추는 데에 한계가 있기 때문에 얇은 웨어러블 응용기기에 실장하는데 어려움이 있었다(특허문헌 1 참조).
따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 인덕터를 사용하지 않고도 입력전압 대비 승압 또는 강압된 출력을 모두 생성가능한 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 개발이 절실한 상황이다.
공개특허공보 제2020-0076903호
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인덕터를 사용하지 않으면서도 고효율로 벅-부스트 동작을 수행할 수 있는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 입력전압을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단으로 제1 레귤레이터 전압을 출력하는 제1 레귤레이터; 부하 측으로 컨버터 출력전압을 공급하는 컨버터 출력단에 연결되는 제1 상측 노드와, 상기 제1 레귤레이터 출력단에 연결되는 제1 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 제1 하측 노드를 구비하고, 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 상측 노드의 전압이 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제1 커패시터 더블러; 및 상기 컨버터 출력단에 전기적으로 연결되는 제2 레귤레이터 출력단을 구비하고, 상기 입력전압을 변환하여 상기 제2 레귤레이터 출력단으로 제2 레귤레이터 전압을 출력하도록 동작하는 제2 레귤레이터를 포함하고, 상기 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 2배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제1 레귤레이터 출력단과 기준전위 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제1 센터 노드 및 상기 기준전위에 각각 연결되는 제2 상측 노드 및 제2 하측 노드와, 제2 센터 노드를 구비하고, 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 상측 노드의 전압이 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제2 커패시터 더블러; 또는 상기 컨버터 출력단 및 상기 제1 센터 노드에 각각 연결되는 제3 상측 노드 및 제3 하측 노드와, 제3 센터 노드를 구비하고, 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 상측 노드의 전압이 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제3 커패시터 더블러 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제2 상측 노드 및 제2 센터 노드 사이, 또는 상기 제3 하측 노드 및 제3 센터 노드 사이에 각각 연결되는 하나 이상의 부하 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제2 센터 노드에서의 제2 센터 전압 또는 상기 제3 센터 노드에서의 제3 센터 전압 중 적어도 하나 이상이 부하로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 입력전압을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단으로 제1 레귤레이터 전압을 출력하는 제1 레귤레이터; 부하 측으로 컨버터 출력전압을 공급하는 컨버터 출력단에 연결되는 제1 상측 노드와, 제1 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 제1 하측 노드를 구비하고, 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 상측 노드의 전압이 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제1 커패시터 더블러; 상기 제1 커패시터 더블러와 캐스케이드 연결이 되도록 상기 제1 센터 노드에 연결되는 제2 상측 노드와, 상기 제1 레귤레이터 출력단에 연결되는 제2 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 제2 하측 노드를 구비하고, 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 상측 노드의 전압이 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제2 커패시터 더블러; 및 상기 컨버터 출력단에 전기적으로 연결되는 제2 레귤레이터 출력단을 구비하고, 상기 입력전압을 변환하여 상기 제2 레귤레이터 출력단으로 제2 레귤레이터 전압을 출력하도록 동작하는 제2 레귤레이터를 포함하고, 상기 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 22배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제1 레귤레이터 출력단과 기준전위 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 컨버터 출력단 및 상기 제1 센터 노드에 각각 연결되는 제3 상측 노드 및 제3 하측 노드와, 제3 센터 노드를 구비하고, 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 상측 노드의 전압이 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제3 커패시터 더블러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제2 상측 노드 및 제2 센터 노드 사이, 또는 상기 제3 하측 노드 및 제3 센터 노드 사이에 각각 연결되는 하나 이상의 부하 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제1 레귤레이터와 제2 커패시터 더블러 사이에 배치되어, 상기 제2 커패시터 더블러와 함께 서로 캐스케이드 연결이 되도록 구성된 상측 노드 및 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 하측 노드를 구비하는 n개의 추가 커패시터 더블러를 더 포함하고(여기에서, n은 1 이상의 자연수), 상기 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 2(2+n)배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제3 상측 노드는 상측 노드로, 상기 제1 내지 제3 센터 노드는 센터 노드로, 상기 제1 내지 제3 하측 노드는 하측 노드로 각각 통칭할 때, 상기 제1 내지 제3 커패시터 더블러 각각은, 상기 상측 노드와 하측 노드 사이에 전기적으로 직렬 연결되어 같은 위상으로 스위칭 동작하도록 제어되는 한 쌍의 제1 스위치 소자; 상기 상측 노드와 하측 노드 사이에 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자와 교번적으로 배치되어 직렬 연결되어 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자와 상보적으로 스위칭 동작하도록 제어되는 한 쌍의 제2 스위치 소자; 및 상기 상측 노드와 센터 노드 사이에 배치되는 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자와 상기 한 쌍의 제2 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자의 접속점에 연결되는 일단과, 상기 센터 노드와 하측 노드 사이에 배치되는 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자 중 다른 하나의 스위치 소자와 상기 한 쌍의 제2 스위치 소자 중 다른 하나의 스위치 소자의 접속점에 연결되는 타단을 구비하는 플라잉 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 상기 제2 레귤레이터는, 상기 컨버터 출력전압이 상기 입력전압보다 작은 벅 모드에서는 상기 컨버터 출력전압과 동일한 상기 제2 레귤레이터 전압을 출력하고, 상기 컨버터 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 부스트 모드에서는 상기 컨버터 출력단으로 상기 제2 레귤레이터 전압이 출력되는 것이 차단되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 인덕터를 사용하지 않기 때문에 벅-부스트 컨버터를 소형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 인덕터를 사용하지 않으면서도 고효율로 벅-부스트 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 회로도이다.
도 2는 커패시터 더블러의 동작을 설명하기 위하여 스위칭 동작에 따른 전류 경로를 도시한 도면이다.
도 3은 입력전압의 크기에 따른 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 동작모드를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 일 변형 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 회로도이고, 도 2는 커패시터 더블러의 동작을 설명하기 위하여 스위칭 동작에 따른 전류 경로를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 입력전압(VIN)을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단(110)으로 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)을 출력하는 제1 레귤레이터(100)와, 커패시터 더블러(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 커패시터 더블러(300)는, 컨버터 출력단(400)에 연결되는 상측 노드(NU)와, 제1 레귤레이터 출력단(110)에 연결되는 센터 노드(NC)와, 기준전위(GND)에 연결되는 하측 노드(NL)를 구비하고, 하측 노드(NL)에 대한 상측 노드(NU)의 전압이 하측 노드(NL)에 대한 센터 노드(NC)의 전압의 2배가 되도록 스위칭 동작을 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 컨버터 출력단(400)에 전기적으로 연결되는 제2 레귤레이터 출력단(210)을 구비하고, 입력전압(VIN)을 변환하여 제2 레귤레이터 출력단(210)으로 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)을 출력하도록 동작하는 제2 레귤레이터(200)를 포함하되, 제1 및 제2 레귤레이터(100, 200)는, 입력전압(VIN) 및 컨버터 출력전압(VOUT)의 크기에 따른 벅-부스트 컨버터의 동작모드에 따라 그 동작이 제어되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 통하여, 컨버터 출력단(400)으로부터 부하로 공급되는 컨버터 출력전압(VOUT)은, 기준전위(GND)부터 입력전압(VIN)의 2배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어될 수 있다.
제1 레귤레이터(100)는, 입력전압(VIN)을 소정의 전압으로 변환하여 출력하는 구성요소로서, 일반적인 리니어(linear) 레귤레이터일 수 있으나, 고효율을 달성하기 위하여 입력 및 출력 간에 낮은 전위차로 동작할 수 있는 LDO(Low DropOut) 레귤레이터일 수 있다. 제1 레귤레이터(100)가 LDO 레귤레이터인 경우에 제1 레귤레이터(100)에서 출력되는 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)은 이상적으로 0V에서 입력전압(VIN)까지일 수 있다.
커패시터 더블러(300)는, 상측 노드(NU)와 센터 노드(NC) 사이 및 센터 노드(NC)와 하측 노드(NL) 사이 각각에 제1 스위치 소자(Qa)와 제2 스위치 소자(Qb)가 직렬 연결되며, 한 쌍의 제1 스위치 소자(Qa)와 한 쌍의 제2 스위치 소자(Qb)는 상측 노드(NU)와 하측 노드(NL) 사이에서 서로 교번적으로 배치되어 직렬 연결되는 구성일 수 있다.
또한, 커패시터 더블러(300)는, 상측 노드(NU)와 센터 노드(NC) 사이에 배치되는 제1 스위치 소자(Qa) 및 제2 스위치 소자(Qb)의 접속점인 제1 노드(N1)와 센터 노드(NC)와 하측 노드(NL) 사이에 배치되는 제1 스위치 소자(Qa) 및 제2 스위치 소자(Qb)의 접속점인 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 플라잉 커패시터(Cfly)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 한 쌍의 제1 스위치 소자(Qa)는 서로 동위상으로 스위칭이 제어되고 한 쌍의 제2 스위치 소자(Qb)는 서로 동위상으로 스위칭이 제어되지만, 제1 및 제2 스위치 소자(Qa, Qb)는 서로 상보적으로 스위칭이 제어된다.
예컨대, 제2 스위치 소자(Qb)가 턴온되는 구간에서는 제1 경로(path 1)를 따라 플라잉 커패시터(Cfly)가 센터 노드(NC)의 전압으로 충전되고, 제1 스위치 소자(Qa)가 턴온되는 구간에서는 센터 노드(NC)의 전압으로 충전되었던 플라잉 커패시터(Cfly)가 제2 경로(path 2)를 따라 컨버터 출력단(400) 측으로 방전된다.
이에 따라, 커패시터 더블러(300)는, 제1 및 제2 스위치 소자(Qa, Qb)의 스위칭 동작에 의하여 하측 노드(NL)에 대한 상측 노드(NU)의 전압이 하측 노드(NL)에 대한 센터 노드(NC)의 전압의 2배가 되는 관계가 성립한다.
이러한 구성을 통하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 제1 레귤레이터(100)가 0V에서 입력전압(VIN) 사이의 전압을 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)으로 출력함에 따라, 커패시터 더블러(300)에 의하여 0V에서 2×입력전압(VIN) 사이의 컨버터 출력전압(VOUT)이 출력 커패시터(Cout)가 접속된 컨버터 출력단(400)으로 출력될 수 있다.
그러나, 컨버터 출력전압(VOUT)이 2×입력전압(VIN)과 차이가 큰 경우에는 제1 레귤레이터(100)에 걸리는 입력전압(VIN)과 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)의 차이가 커지기 때문에 제1 레귤레이터(100)에서의 전력손실이 커지게 된다.
따라서, 전력효율을 개선하기 위하여 컨버터 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)보다 작은 벅 모드에서 컨버터 출력전압(VOUT)을 출력하는 제2 레귤레이터(200)가 고려할 수 있다.
제2 레귤레이터(200)는, 입력전압(VIN)을 소정의 전압으로 변환하여 출력하는 구성요소로서, 제1 레귤레이터(100)와 마찬가지로 일반적인 리니어 타입 레귤레이터일 수 있으나, 고효율을 달성하기 위하여 입력 및 출력 간에 낮은 전위차로 동작할 수 있는 LDO 레귤레이터일 수 있다. 제2 레귤레이터(200)가 LDO 레귤레이터인 경우에 제2 레귤레이터(200)에서 출력되는 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)은 이상적으로 0V에서 입력전압(VIN)까지일 수 있다.
제2 레귤레이터(200)는, 입력전압(VIN)과 컨버터 출력전압(VOUT)을 비교하여 컨버터 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)보다 작은 벅 모드에서는 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)을 출력하여 컨버터 출력단(400)에 공급하고, 컨버터 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)보다 큰 부스트 모드에서는 컨버터 출력단(400)으로 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)이 출력되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제1 레귤레이터(100)는, 입력전압(VIN)과 컨버터 출력전압(VOUT)을 비교하여 컨버터 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)보다 작은 벅 모드에서는 제2 레귤레이터(200)가 컨버터 출력전압(VOUT)로서 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)을 출력하여 컨버터 출력단(400)에 공급하기 때문에 그 동작이 차단되거나 제2 레귤레이터(100)를 보조하는 정도의 동작을 하도록 제어될 수 있다.
또한, 제1 레귤레이터(100)는, 컨버터 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)보다 큰 부스트 모드에서는 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)이 커패시터 더블러(300)를 거쳐 컨버터 출력단(400)으로 컨버터 출력전압(VOUT)이 출력되도록 하는 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)을 출력할 수 있다.
더 나아가, 제1 레귤레이터(200)는, 컨버터 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)보다 큰 경우 뿐만 아니라, 컨버터 출력전압(VOUT)이 소정 범위 내에서 입력전압(VIN)보다 작은 경우에도 동작하여 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)을 출력하도록 제어하는 것도 가능하다.
도 1을 참조하면, 제1 및 제2 레귤레이터(100, 200)는 컨버터 출력전압(VOUT)과 입력전압(VIN)을 기초로 생성되는 부스트 인에이블 신호(EN_BT) 및 벅 인에이블 신호(EN_BK)에 의하여 동작이 활성화되고, 컨버터 출력전압(VOUT)에 대한 출력 궤환신호(FB_VO) 및 기준전압(Vref)을 비교하여 제1 및 제2 레귤레이터 전압(Vreg1, Vreg2)을 각각 출력하는 구성일 수 있다.
도 3은 입력전압(VIN)의 크기에 따른 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 동작모드를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 최초에 전원이 들어온 후 입력전압(VIN)이 저전압 차단(UVLO, Under Voltage Lock Out) 레벨 이상으로 커지게 되는 구간(t1~t2)에서 소프트 스타트 모드로 동작한다. 이 동작모드에서는 벅 인에이블 신호(EN_BK)와 부스트 인에이블 신호(EN_BT)가 모두 활성화되어 제1 및 제2 레귤레이터(100, 200)가 모두 동작한다.
소프트 스타트 모드에서 제1 및 제2 레귤레이터(100, 200)는 모두 턴온되어 컨버터 출력전압(VOUT)의 형성에 기여하게 된다.
소프트 스타트 모드 후에 입력전압(VIN)이 컨버터 출력전압(VOUT)보다 크게 제어되는 구간(t2~t3)에서 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 벅 인에이블 신호(EN_BK)만 활성화되어 제1 레귤레이터(100) 및 커패시터 더블러(300)는 비활성화되고 제2 레귤레이터(200)가 컨버터 출력전압(VOUT)에 기여하는 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)을 출력하는 벅 모드로 동작을 하게 된다.
만약, 입력전압(VIN) 또는 컨버터 출력전압(VOUT)의 변동에 의하여 입력전압(VIN)이 컨버터 출력전압(VOUT)보다 작아지게 제어되는 구간(t4~t5)에서 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 부스트 인에이블 신호(EN_BT)만 활성화되어 제2 레귤레이터(200)는 비활성화되고 제1 레귤레이터(100) 및 커패시터 더블러(300)가 컨버터 출력전압(VOUT)을 출력하는 부스트 모드로 동작을 하게 된다.
필요에 따라 입력전압(VIN)이 컨버터 출력전압(VOUT)을 중심으로 소정 범위 내에서 컨버터 출력전압(VOUT)보다 크게 제어되는 구간(t3~t4, t5~t6)에서도 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 부스트 인에이블 신호(EN_BT)가 활성화되어 제2 레귤레이터(200)와 함께 제1 레귤레이터(100) 및 커패시터 더블러(300)가 컨버터 출력전압(VOUT)을 출력하는 벅-부스트 모드로 동작을 하게 구성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 제1 레귤레이터 출력단(110)과 기준전위(GND) 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터(Creg)를 더 포함할 수 있다.
레귤레이터 커패시터(Creg)를 적용하게 되면, 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)이 안정되므로 커패시터 더블러(300)가 스위칭 동작할 경우 낮은 임피던스로 플라잉 커패시터의 충방전 전류를 공급할 수 있게 되어 컨버터 출력전압(VOUT)이 낮은 출력 리플특성을 갖도록 하는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 일 변형 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 다양한 형태로 변형하는 것이 가능하다.
특히, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 도 1에 도시된 구성과 같이 입력전압(VIN)을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단(110)으로 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)을 출력하는 제1 레귤레이터(100)와, 제1 커패시터 더블러(310)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 제1 커패시터 더블러(310)는, 부하 측으로 컨버터 출력전압(VOUT)을 공급하는 컨버터 출력단(400)에 연결되는 제1 상측 노드(NU1)와, 제1 레귤레이터 출력단(110)에 연결되는 제1 센터 노드(NC1)와, 기준전위(GND)에 연결되는 제1 하측 노드(NL1)를 구비하고, 제1 하측 노드(NL1)에 대한 제1 상측 노드(NU1)의 전압이 제1 하측 노드(NL1)에 대한 제1 센터 노드(NC1)의 전압(즉, 제1 레귤레이터 전압(Vreg1))의 2배가 되도록 스위칭 동작을 한다.
이러한 구성을 통하여, 컨버터 출력전압(VOUT)은, 기준전위(GND)부터 입력전압(VIN)의 2배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 컨버터 출력전압(VOUT)의 리플성분을 저감시키기 위하여 제1 레귤레이터 출력단(110)과 기준전위(GND) 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터(Creg)를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 컨버터 출력단(400)에 전기적으로 연결되는 제2 레귤레이터 출력단(210)을 구비하고, 입력전압(VIN)을 변환하여 제2 레귤레이터 출력단(210)으로 제2 레귤레이터 전압(Vreg2)을 출력하도록 동작하는 제2 레귤레이터(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
이상의 제1 및 제2 레귤레이터(100, 200)와, 레귤러 커패시터와, 제1 커패시터 더블러(310)는 앞에서 설명한 사항과 동일하므로, 이하에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 구성 외에 도 4에 도시된, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 일 변형예는, 제1 센터 노드(NC1) 및 기준전위(GND)에 각각 연결되는 제2 상측 노드(NU2) 및 제2 하측 노드(NL2)와, 제2 센터 노드(NC2)를 구비하고, 제2 하측 노드(NL2)에 대한 제2 상측 노드(NU2)의 전압이 제2 하측 노드(NL2)에 대한 제2 센터 노드(NC2)의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제2 커패시터 더블러(320)를 더 포함할 수 있다.
이에 대안적 또는 부가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 다른 변형예는, 컨버터 출력단(400) 및 제1 센터 노드(NC1)에 각각 연결되는 제3 상측 노드(NU3) 및 제3 하측 노드(NL3)와, 제3 센터 노드(NC3)를 구비하고, 제3 하측 노드(NL3)에 대한 제3 상측 노드(NU3)의 전압이 제3 하측 노드(NL3)에 대한 제3 센터 노드(NC3)의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제3 커패시터 더블러(330)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
커패시터 더블러는, 하측 노드를 기준으로 상측 노드의 전압 : 센터 노드의 전압의 비는 2:1의 관계가 있으므로, 기준전위(GND)에 대하여 제1 내지 제3 센터 노드(NC1~NC3)의 전압, 즉 제1 내지 제3 센터 전압(Vnc1~Vnc3)은 각각 0.5·VOUT, 0.25·VOUT 및 0.75·VOUT에 해당하는 전압을 갖게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 제1 내지 제3 센터 전압(Vnc1~Vnc3) 중 적어도 하나 이상이 부하 측으로 공급되도록 구성함으로써, 컨버터 출력전압(VOUT) 외에 부하에서 사용할 수 있는 전압의 크기를 다양화하여 다른 크기의 전압이 요구되는 여러 가지 부하에 다양하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 일 변형예는, 제2 커패시터 더블러(320)의 제2 상측 노드(NU2) 및 제2 센터 노드(NC2) 사이, 및/또는 제3 커패시터 더블러(330)의 제3 하측 노드(NL3) 및 제3 센터 노드(NC3) 사이에 연결되는 하나 이상의 부하 커패시터(CL)를 더 포함할 수 있다.
부하 커패시터(CL)는, 제2 및 제3 센터 전압(Vnc2, Vnc3)이 부하 측에 공급되도록 구성될 때, 제2 및 제3 커패시터 더블러(320, 330)가 제2 및 제3 센터 전압(Vnc2, Vnc3)을 0.25·VOUT 및 0.75·VOUT로 안정되게 생성하도록 하는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 입력전압(VIN)을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단(110)으로 제1 레귤레이터 전압(Vreg1)을 출력하는 제1 레귤레이터(100)와, 서로 캐스케이드(Cascade) 연결된 제1 및 제2 커패시터 더블러(310, 320)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 제1 커패시터 더블러(310)는, 컨버터 출력전압(VOUT)을 공급하는 컨버터 출력단(400)에 연결되는 제1 상측 노드(NU1)와, 제1 센터 노드(NC1)와, 기준전위(GND)에 연결되는 제1 하측 노드(NL1)를 구비하고, 제1 하측 노드(NL1)에 대한 제1 상측 노드(NU1)의 전압이 제1 하측 노드(NL1)에 대한 제1 센터 노드(NC1)의 전압의 2배가 되도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 커패시터 더블러(320)는, 제1 커패시터 더블러(310)와 캐스케이드 연결이 되도록 제1 센터 노드(NC1)에 연결되는 제2 상측 노드(NU2)와, 제1 레귤레이터 출력단(110)에 연결되는 제2 센터 노드(NC2)와, 기준전위(GND)에 연결되는 제2 하측 노드(NL2)를 구비하고, 제2 하측 노드(NL2)에 대한 제2 상측 노드(NU2)의 전압이 제2 하측 노드(NL2)에 대한 제2 센터 노드(NC2)의 전압의 2배가 되도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 컨버터 출력전압(VOUT)을 기준전위(GND)에 대하여 입력전압(VIN)의 22배의 전압 사이의 전압으로 출력하도록 제어될 수 있다.
도 5에는 커패시터 더블러가 2단으로 구성된 경우를 예시하고 있으나, 단수가 이에 한정되는 것은 아니며, 더 높은 컨버터 출력전압(VOUT)을 얻기 위하여 캐스케이드 단수를 더 늘릴 수 있다.
예컨대, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 제1 레귤레이터(100)와 제2 커패시터 더블러(320) 사이에 배치되어, 제2 커패시터 더블러(320)와 함께 서로 캐스케이드 연결이 되도록 구성된 상측 노드 및 센터 노드와, 기준전위(GND)에 연결되는 하측 노드를 구비하는 n개의 추가 커패시터 더블러를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, n은 1 이상의 자연수이다.
커패시터 더블러는 하측 노드에 대한 상측 노드의 전압과 센터 노드의 전압이 2:1의 관계를 가지므로 캐스케이드 단수를 1단 늘릴 때마다 컨버터 출력전압(VOUT)은 2배씩 증가함을 알 수 있다.
따라서, 도 5의 구성에서 제1 레귤레이터(100)와 제2 커패시터 더블러(320) 사이에 n개의 추가 커패시터 더블러가 더 추가되는 경우에, 컨버터 출력단(400)의 컨버터 출력전압(VOUT)은, 기준전위(GND)부터 입력전압(VIN)의 2(2+n)배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 제1 레귤레이터 출력단(110)과 기준전위(GND) 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터(Creg)와, 제2 상측 노드(NU2) 및 제2 센터 노드(NC2) 사이, 및/또는 제3 하측 노드(NL3) 및 제3 센터 노드(NC3) 사이에 각각 연결되는 하나 이상의 부하 커패시터(CL)를 더 포함할 수 있다.
이상의 레귤러 커패시터와 부하 커패시터(CL)는 앞에서 설명한 사항과 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 컨버터 출력단(400) 및 제1 센터 노드(NC1)에 각각 연결되는 제3 상측 노드(NU3) 및 제3 하측 노드(NL3)와, 제3 센터 노드(NC3)를 구비하고, 제3 하측 노드(NL3)에 대한 제3 상측 노드(NU3)의 전압이 제3 하측 노드(NL3)에 대한 제3 센터 노드(NC3)의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제3 커패시터 더블러(330)를 더 포함할 수 있다.
앞에서 상술한 바와 같이, 커패시터 더블러는, 하측 노드를 기준으로 상측 노드의 전압 : 센터 노드의 전압의 비는 2:1의 관계가 있으므로, 기준전위(GND)에 대하여 제3 센터 노드의 전압, 즉 제3 센터 전압(Vnc3)은 각각 0.75·VOUT에 해당하는 전압을 갖게 된다.
이러한 구성을 통하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 제1 내지 제3 센터 전압(Vnc1~Vnc3) 중 적어도 하나 이상이 부하로 공급되도록 구성함으로써, 컨버터 출력전압(VOUT) 외에도 부하에서 사용할 수 있는 전압의 크기를 다양화하여 다른 크기의 전압이 요구되는 여러 가지 부하에 다양하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
상술한 구성을 통하여, 본 발명에 따른 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터는, 인덕터를 사용하지 않기 때문에 벅-부스트 컨버터를 소형으로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 인덕터를 사용하지 않으면서도 고효율로 벅-부스트 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200: 제1 및 제2 레귤레이터
110, 210: 제1 및 제2 레귤레이터 출력단
300, 310, 320, 330: 커패시터 더블러
400: 컨버터 출력단
Vreg1, Vreg2: 제1 및 제2 레귤레이터 전압
VIN: 입력전압 VOUT: 컨버터 출력전압
Cout: 출력 커패시터 Cfly: 플라잉 커패시터
Creg: 레귤레이터 커패시터 CL: 부하 커패시터
NU, NU1, NU2, NU3: 상측 노드
NC, NC1, NC2, NC3: 센터 노드
Vnc1, Vnc2, Vnc3: 센터 전압
NL, NL1, NL2, NL3: 하측 노드
N1, N2: 제1 및 제2 노드
Qa, Q2: 제1 및 제2 스위치 소자
EN_BK: 벅 인에이블 신호 EN_BT: 부스트 인에이블 신호
Vref: 기준전압 FB_VO: 출력 궤환신호
GND: 기준전위
Io: 출력전류 Io.av: 평균 출력전류
Io1, Io2: 제1 및 제2 지로전류(branch current)

Claims (12)

  1. 입력전압을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단으로 제1 레귤레이터 전압을 출력하는 제1 레귤레이터;
    부하 측으로 컨버터 출력전압을 공급하는 컨버터 출력단에 연결되는 제1 상측 노드와, 상기 제1 레귤레이터 출력단에 연결되는 제1 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 제1 하측 노드를 구비하고, 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 상측 노드의 전압이 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제1 커패시터 더블러; 및
    상기 컨버터 출력단에 전기적으로 연결되는 제2 레귤레이터 출력단을 구비하고, 상기 입력전압을 변환하여 상기 제2 레귤레이터 출력단으로 제2 레귤레이터 전압을 출력하도록 동작하는 제2 레귤레이터를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 레귤레이터는, 상기 입력전압 및 컨버터 출력전압의 크기에 따른 동작모드에 따라 그 동작이 제어되고,
    상기 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 2배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레귤레이터 출력단과 기준전위 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센터 노드 및 상기 기준전위에 각각 연결되는 제2 상측 노드 및 제2 하측 노드와, 제2 센터 노드를 구비하고, 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 상측 노드의 전압이 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제2 커패시터 더블러; 또는
    상기 컨버터 출력단 및 상기 제1 센터 노드에 각각 연결되는 제3 상측 노드 및 제3 하측 노드와, 제3 센터 노드를 구비하고, 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 상측 노드의 전압이 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제3 커패시터 더블러 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 상측 노드 및 제2 센터 노드 사이, 또는 상기 제3 하측 노드 및 제3 센터 노드 사이에 각각 연결되는 하나 이상의 부하 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 센터 노드에서의 제2 센터 전압 또는 상기 제3 센터 노드에서의 제3 센터 전압 중 적어도 하나 이상이 부하 측으로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  6. 입력전압을 변환하여 제1 레귤레이터 출력단으로 제1 레귤레이터 전압을 출력하는 제1 레귤레이터;
    부하 측으로 컨버터 출력전압을 공급하는 컨버터 출력단에 연결되는 제1 상측 노드와, 제1 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 제1 하측 노드를 구비하고, 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 상측 노드의 전압이 상기 제1 하측 노드에 대한 상기 제1 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제1 커패시터 더블러;
    상기 제1 커패시터 더블러와 캐스케이드 연결이 되도록 상기 제1 센터 노드에 연결되는 제2 상측 노드와, 상기 제1 레귤레이터 출력단에 연결되는 제2 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 제2 하측 노드를 구비하고, 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 상측 노드의 전압이 상기 제2 하측 노드에 대한 상기 제2 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제2 커패시터 더블러; 및
    상기 컨버터 출력단에 전기적으로 연결되는 제2 레귤레이터 출력단을 구비하고, 상기 입력전압을 변환하여 상기 제2 레귤레이터 출력단으로 제2 레귤레이터 전압을 출력하도록 동작하는 제2 레귤레이터를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 레귤레이터는, 상기 입력전압 및 컨버터 출력전압의 크기에 따른 동작모드에 따라 그 동작이 제어되고,
    상기 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 22배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 레귤레이터 출력단과 기준전위 사이에 연결되는 레귤레이터 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 컨버터 출력단 및 상기 제1 센터 노드에 각각 연결되는 제3 상측 노드 및 제3 하측 노드와, 제3 센터 노드를 구비하고, 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 상측 노드의 전압이 상기 제3 하측 노드에 대한 상기 제3 센터 노드의 전압의 2배가 되도록 동작하는 제3 커패시터 더블러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 상측 노드 및 제2 센터 노드 사이, 또는 상기 제3 하측 노드 및 제3 센터 노드 사이에 각각 연결되는 하나 이상의 부하 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 레귤레이터와 제2 커패시터 더블러 사이에 배치되어, 상기 제2 커패시터 더블러와 함께 서로 캐스케이드 연결이 되도록 구성된 상측 노드 및 센터 노드와, 기준전위에 연결되는 하측 노드를 구비하는 n개의 추가 커패시터 더블러를 더 포함하고(여기에서, n은 1 이상의 자연수),
    상기 컨버터 출력전압은, 상기 기준전위부터 상기 입력전압의 2(2+n)배의 전압 사이의 전압으로 출력되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  11. 제3항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 상측 노드는 상측 노드로, 상기 제1 내지 제3 센터 노드는 센터 노드로, 상기 제1 내지 제3 하측 노드는 하측 노드로 각각 통칭할 때,
    상기 제1 내지 제3 커패시터 더블러 각각은,
    상기 상측 노드와 하측 노드 사이에 전기적으로 직렬 연결되어 같은 위상으로 스위칭 동작하도록 제어되는 한 쌍의 제1 스위치 소자;
    상기 상측 노드와 하측 노드 사이에 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자와 교번적으로 배치되어 직렬 연결되어 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자와 상보적으로 스위칭 동작하도록 제어되는 한 쌍의 제2 스위치 소자; 및
    상기 상측 노드와 센터 노드 사이에 배치되는 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자와 상기 한 쌍의 제2 스위치 소자 중 어느 하나의 스위치 소자의 접속점에 연결되는 일단과, 상기 센터 노드와 하측 노드 사이에 배치되는 상기 한 쌍의 제1 스위치 소자 중 다른 하나의 스위치 소자와 상기 한 쌍의 제2 스위치 소자 중 다른 하나의 스위치 소자의 접속점에 연결되는 타단을 구비하는 플라잉 커패시터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
  12. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 레귤레이터는, 상기 컨버터 출력전압이 상기 입력전압보다 작은 벅 모드에서는 상기 컨버터 출력전압과 동일한 상기 제2 레귤레이터 전압을 출력하고, 상기 컨버터 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 부스트 모드에서는 상기 컨버터 출력단으로 상기 제2 레귤레이터 전압이 출력되는 것이 차단되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 벅-부스트 컨버터.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013240278A (ja) * 2007-08-08 2013-11-28 Advanced Analogic Technologies Inc マルチ出力を有する時分割キャパシタｄｃ／ｄｃコンバータ
KR20180118234A (ko) * 2016-03-18 2018-10-30 피세미 코포레이션 모듈러 스테이지들을 갖는 전력 컨버터
KR20200076903A (ko) 2018-12-20 2020-06-30 주식회사 실리콘웍스 벅-부스트 컨버터
JP2021027698A (ja) * 2019-08-05 2021-02-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置
KR20220109927A (ko) * 2021-01-29 2022-08-05 삼성전자주식회사 전력 변환을 위한 전자 장치 및 전력 변환 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013240278A (ja) * 2007-08-08 2013-11-28 Advanced Analogic Technologies Inc マルチ出力を有する時分割キャパシタｄｃ／ｄｃコンバータ
KR20180118234A (ko) * 2016-03-18 2018-10-30 피세미 코포레이션 모듈러 스테이지들을 갖는 전력 컨버터
KR20200076903A (ko) 2018-12-20 2020-06-30 주식회사 실리콘웍스 벅-부스트 컨버터
JP2021027698A (ja) * 2019-08-05 2021-02-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置
KR20220109927A (ko) * 2021-01-29 2022-08-05 삼성전자주식회사 전력 변환을 위한 전자 장치 및 전력 변환 방법

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