KR102614055B1 - DC-DC Converter with Flying Capacitor And Method for Compensating Voltage of Flying Capacitor therefor - Google Patents
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Abstract
플라잉 커패시터를 구비한 직류-직류 컨버터 및 이를 위한 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 개시한다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 입력 전원을 강압하거나 바이패스(bypass)하는 벅 컨버터부; 및 상기 벅 컨버터부로부터 인가되는 전원을 승압하거나 바이패스하여 출력하는 부스트 컨버터부를 포함하되, 상기 벅 컨버터부 및 상기 부스트 컨버터부는, 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 각각 포함하고, 하나의 인덕터(inductor)를 공유하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터를 제공한다.A DC-DC converter with a flying capacitor and a flying capacitor voltage compensation method therefor are disclosed.
According to one aspect of the present disclosure, a buck converter unit that steps down or bypasses the input power; and a boost converter unit that boosts or bypasses the power applied from the buck converter unit and outputs the buck converter unit and the boost converter unit, each including a flying capacitor and one inductor. Provides a direct current-direct current converter characterized by sharing.
Description
본 개시는 플라잉 커패시터를 구비한 직류-직류 컨버터 및 이를 위한 플라잉 커패시터 전압 보상방법에 관한 것이다. The present disclosure relates to a direct current-direct current converter having a flying capacitor and a flying capacitor voltage compensation method therefor.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information about the present invention and does not constitute prior art.
도 1a 및 도 1b는 종래의 3-레벨 플라잉 커패시터 직류-직류 컨버터(three-level flying capacitor DC-DC converter)를 개략적으로 나타낸 회로도이다. 3-레벨 플라잉 커패시터 직류-직류 컨버터에서, 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)의 양단 사이의 전압은 입력전압(VL) 또는 출력전압(VH)의 절반으로 제어된다. 이는 인덕터 전류 리플 및 출력전압 리플을 줄이는 효과를 가져오게 된다. 또한, 스위치의 양단에 걸리는 전압이 입력전압(VL) 또는 출력전압(VH)의 절반이 되어, 스위치에서 견딜 수 있는 전압보다 두 배 높은 입력전압(VL) 또는 출력전압(VH)을 사용할 수 있는 점에서 이점이 있다.1A and 1B are circuit diagrams schematically showing a conventional three-level flying capacitor DC-DC converter. In a 3-level flying capacitor DC-DC converter, the voltage between both ends of the flying capacitor (C FL or C FH ) is controlled to be half of the input voltage (V L ) or output voltage (V H ). This has the effect of reducing inductor current ripple and output voltage ripple. In addition, the voltage applied to both ends of the switch is half of the input voltage (V L ) or output voltage (V H ), so the input voltage (V L ) or output voltage (V H ) is twice as high as the voltage that the switch can withstand. There is an advantage in being able to use .
한편, 도 1a 도시된 직류-직류 컨버터(10)는 강압(step-down)형 컨버터인 벅 컨버터(buck converter)로서 출력전압(VO)이 입력전압(VL)보다 낮은 조건에서만 사용 가능하다. 또한, 도 1b 도시된 직류-직류 컨버터(12)는 승압(step-up)형 컨버터인 부스트 컨버터(boost converter)로서, 출력전압(VH)이 입력전압(VO)보다 높은 조건에서만 사용 가능하다. Meanwhile, the DC-
즉, 종래의 벅 컨버터(10) 및 부스트 컨버터(12)는 넓은 입력전압 범위와 넓은 출력전압 범위가 요구되어 출력전압이 입력전압보다 크거나 작은 경우가 모두 존재하는 경우 사용하기 어렵다는 단점이 있다.That is, the
본 개시는, 플라잉 커패시터를 이용하면서도, 요구되는 입력전압 범위와 출력전압 범위에 따라 승압 동작 및 강압 동작이 모두 가능한 직류-직류 컨버터 및 이를 위한 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.The main purpose of the present disclosure is to provide a DC-DC converter capable of both step-up and step-down operations depending on the required input voltage range and output voltage range while using a flying capacitor, and a flying capacitor voltage compensation method for the same.
나아가 본 개시는, 스위칭을 최소화하여 효율적인 구동이 가능하면서도, 플라잉 커패시터 양단 전압을 일정하게 유지할 수 있는 직류-직류 컨버터 및 이를 위한 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.Furthermore, the main purpose of the present disclosure is to provide a DC-DC converter that can be driven efficiently by minimizing switching while maintaining the voltage across the flying capacitor constant, and a flying capacitor voltage compensation method therefor.
나아가 본 개시는, 전류 측정값에 오프셋이 존재하더라도 플라잉 커패시터 양단 전압을 일정하게 유지할 수 있는 직류-직류 컨버터 및 이를 위한 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다. Furthermore, the main purpose of the present disclosure is to provide a DC-DC converter capable of maintaining the voltage across the flying capacitor constant even if there is an offset in the current measurement value, and a flying capacitor voltage compensation method for the same.
본 개시의 일 측면에 의하면, 입력 전원을 강압하거나 바이패스(bypass)하는 벅 컨버터부; 및 상기 벅 컨버터부로부터 인가되는 전원을 승압하거나 바이패스하여 출력하는 부스트 컨버터부를 포함하되, 상기 벅 컨버터부 및 상기 부스트 컨버터부는, 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 각각 포함하고, 하나의 인덕터(inductor)를 공유하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터를 제공한다.According to one aspect of the present disclosure, a buck converter unit that steps down or bypasses the input power; and a boost converter unit that boosts or bypasses the power applied from the buck converter unit and outputs the buck converter unit and the boost converter unit, each including a flying capacitor and one inductor. Provides a direct current-direct current converter characterized by sharing.
본 개시의 다른 측면에 의하면, 플라잉 커패시터, 복수개의 스위치 및 인덕터를 포함하며, 입력받은 전압을 바이패스 시키도록 구동되는 컨버터의 플라잉 커패시터 전압을 보상하는 방법으로서, 기선택된 제1 보상모드에 기초하여, 상기 플라잉 커패시터가 충전 또는 방전되도록 하는 경로를 형성하도록 상기 복수개의 스위치 중 일부를 선택적으로 스위칭하는 제1 스위칭 과정; 및 상기 플라잉 커패시터의 전압 변화량에 기초하여, 상기 제1 보상모드를 유지할지 여부를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 제공한다.According to another aspect of the present disclosure, there is provided a method of compensating the flying capacitor voltage of a converter that includes a flying capacitor, a plurality of switches, and an inductor and is driven to bypass an input voltage, based on a preselected first compensation mode. , a first switching process of selectively switching some of the plurality of switches to form a path for charging or discharging the flying capacitor; and determining whether to maintain the first compensation mode based on the amount of change in voltage of the flying capacitor.
이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 실시예에 의하면, 플라잉 커패시터를 이용하면서도, 요구되는 입력전압 범위와 출력전압 범위에 따라 승압 동작 및 강압 동작이 모두 가능하다. As described above, according to the embodiment of the present disclosure, both step-up and step-down operations are possible depending on the required input voltage range and output voltage range while using a flying capacitor.
나아가 본 개시의 실시예에 의하면, 스위칭을 최소화하여 효율적인 구동이 가능하면서도, 플라잉 커패시터 양단 전압을 일정하게 유지할 수 있다. Furthermore, according to an embodiment of the present disclosure, efficient driving is possible by minimizing switching, and the voltage across the flying capacitor can be kept constant.
나아가 본 개시의 실시예에 의하면, 전류 측정값에 오프셋이 존재하더라도 플라잉 커패시터 양단 전압을 일정하게 유지할 수 있다. Furthermore, according to an embodiment of the present disclosure, the voltage across the flying capacitor can be kept constant even if there is an offset in the current measurement value.
도 1a 및 도 1b는 종래의 3-레벨 플라잉 커패시터 직류-직류 컨버터를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 벅 컨버터부 및 부스트 컨버터부의 바이패스 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 벅 플라잉 커패시터의 전압 보상모드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 부스트 플라잉 커패시터의 전압 보상모드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부를 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라잉 커패시터 전압 보상에 따른 동작 파형을 나타내는 예시도이다. 1A and 1B are circuit diagrams schematically showing a conventional 3-level flying capacitor DC-DC converter.
Figure 2 is a schematic configuration diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present disclosure.
3A and 3B are exemplary diagrams for explaining the bypass state of the buck converter unit and the boost converter unit according to an embodiment of the present disclosure.
4A and 4B are exemplary diagrams for explaining the voltage compensation mode of the buck flying capacitor according to an embodiment of the present disclosure.
5A and 5B are exemplary diagrams for explaining a voltage compensation mode of a boost flying capacitor according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 6 is a block diagram schematically showing a control unit according to an embodiment of the present disclosure.
7A and 7B are flowcharts showing a flying capacitor voltage compensation method according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 8 is an exemplary diagram showing an operation waveform according to flying capacitor voltage compensation according to an embodiment of the present disclosure.
이하, 본 개시의 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 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description will be omitted.
또한, 본 개시의 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. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Additionally, in describing the components of the present disclosure, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part is said to 'include' or 'have' a certain component, this means that it does not exclude other components but may further include other components, unless specifically stated to the contrary. . In addition, ‘…’ stated in the specification. Terms such as 'unit' and 'module' refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터를 개략적으로 나타낸 구성도이다. Figure 2 is a schematic configuration diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present disclosure.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(dc-dc converter, 20)는 입력부(200), 벅 컨버터부(210), 부스트 컨버터부(220), 출력부(230) 및 제어부(240)를 전부 또는 일부 포함한다. As shown in FIG. 2, a direct current-direct current converter (dc-dc converter, 20) according to an embodiment of the present disclosure includes an
본 개시의 일 실시예에 따른 벅 컨버터부(210)는 입력부(200)로부터 입력되는 전압을 강압하거나 바이패스(bypass)하여 부스트 컨버터부(220)로 전달할 수 있으며, 부스트 컨버터부(220)는 벅 컨버터부(210)로부터 전달되는 전압을 승압하거나 바이패스하여 출력부(230)로 전달할 수 있다. The
이를 위해, 벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220)는 복수개의 스위치(switch), 인덕터(inductor) 및 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수개의 스위치는 각각 트랜지스터(transistor)로 구현될 수 있다. To this end, the
벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220)는 하나의 인덕터(LB)를 공유하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(20)는 종래의 벅 컨버터(10) 및 부스트 컨버터(12)를 단순 결합한 구조 대비 1개의 인덕터 및 2개의 커패시터를 절약할 수 있다.The
이하, 벅 컨버터부(210)와 부스트 컨버터부(220)의 구분이 필요한 경우에는, 벅 컨버터부(210)에 포함된 스위치 및 플라잉 커패시터를 벅 스위치 및 벅 플라잉 커패시터라 지칭하고, 부스트 컨버터부(220)에 포함된 스위치 및 플라잉 커패시터를 부스트 스위치 및 부스트 플라잉 커패시터라 지칭한다. Hereinafter, when it is necessary to distinguish between the
벅 컨버터부(210)는 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4), 벅 플라잉 커패시터(CFL) 및 인덕터(LB)를 포함할 수 있다. The
제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)는 서로 직렬로 연결되고, 벅 플라잉 커패시터(CFL)는 제2 벅 스위치(SL2) 및 제3 벅 스위치(SL3)의 직렬연결 회로에 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.The first to fourth buck switches (S L1 to S L4 ) are connected in series with each other, and the buck flying capacitor (C FL ) is a series connection circuit of the second buck switch (S L2 ) and the third buck switch (S L3 ). It can be configured to be connected in parallel.
구체적으로, 제1 벅 스위치(SL1)는 일단이 입력부(200)의 일단과 연결되고, 타단이 벅 플라잉 커패시터(CFL)의 일단과 연결된다. 제2 벅 스위치(SL2)는 일단이 제1 벅 스위치(SL1) 및 벅 플라잉 커패시터(CFL)의 접점과 연결되고, 타단이 인덕터(LB)의 일단에 연결된다. 제3 벅 스위치(SL3)는 일단이 제2 벅 스위치(SL2) 및 인덕터(LB)의 접점에 연결되고, 타단이 벅 플라잉 커패시터(CFL)의 타단과 연결된다. 제4 벅 스위치(SL4)는 일단이 제3 벅 스위치(SL3) 및 벅 플라잉 커패시터(CFL)의 접점과 연결되고, 타단이 입력부(200)의 타단과 연결된다. Specifically, one end of the first buck switch (S L1 ) is connected to one end of the
부스트 컨버터부(220)는 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4), 부스트 플라잉 커패시터(CFH) 및 인덕터(LB)를 포함할 수 있다. The
제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)는 서로 직렬로 연결되고, 부스트 플라잉 커패시터(CFH) 는 제2 부스트 스위치(SH2) 및 제3 부스트 스위치(SH3)의 직렬연결 회로에 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.The first to fourth boost switches (S H1 to S H4 ) are connected in series with each other, and the boost flying capacitor (C FH ) is a series connection circuit of the second boost switch (S H2 ) and the third boost switch (S H3 ). It can be configured to be connected in parallel.
구체적으로, 제1 부스트 스위치(SH1)는 일단이 출력부(230)의 일단과 연결되고, 타단이 부스트 플라잉 커패시터(CFH)의 일단과 연결된다. 제2 부스트 스위치(SH2)는 일단이 제1 부스트 스위치(SH1) 및 부스트 플라잉 커패시터(CFH)의 접점과 연결되고, 타단이 인덕터(LB)의 타단에 연결된다. 제3 부스트 스위치(SH3)는 일단이 제2 부스트 스위치(SH2) 및 인덕터(LB)의 접점에 연결되고, 타단이 부스트 플라잉 커패시터(CFH)의 타단과 연결된다. 제4 부스트 스위치(SH4)는 일단이 제3 부스트 스위치(SH3) 및 부스트 플라잉 커패시터(CFH)의 접점과 연결되고, 타단이 출력부(230)의 타단과 연결된다. Specifically, one end of the first boost switch (S H1 ) is connected to one end of the
제어부(240)는 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)를 각각 도통(turn-on) 또는 차단(turn-off)시키는 제어신호(QL1 내지 QL4) 및 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)를 각각 도통 또는 차단시키는 제어신호(QH1 내지 QH4)를 생성한다. The
제어부(240)는 제1 및 제4 벅 스위치(SL1 및 SL4)를 상호 상보적으로 스위칭하고, 제2 및 제3 벅 스위치(SL2 및 SL3)를 상호 상보적으로 스위칭할 수 있다. 제어부(240)는 제1 및 제4 벅 스위치(SL1 및 SL4)와 제2 및 제3 벅 스위치(SL2 및 SL3)가 180도의 위상차를 가지도록 스위칭할 수 있다.The
마찬가지로, 제어부(240)는, 제1 및 제4 부스트 스위치(SH1 및 SH4)를 상호 상보적으로 스위칭하고, 제2 및 제3 부스트 스위치(SH2 및 SH3)를 상호 상보적으로 스위칭할 수 있다. 제어부(240)는 제1 및 제4 부스트 스위치(SH1 및 SH4)와 제2 및 제3 부스트 스위치(SH2 및 SH3)가 180도의 위상차를 가지도록 스위칭할 수 있다Likewise, the
이상과 같은 구조를 통해, 본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(20)는 수학식 1의 전압 전달비를 만족하게 된다. Through the above structure, the DC-
여기서, VL은 입력전압, VH는 출력전압, DL은 벅 컨버터부(210)의 듀티비(duty ratio), DH는 부스트 컨버터부(220)의 듀티비이다.Here, V L is the input voltage, V H is the output voltage, D L is the duty ratio of the
본 개시의 일 실시예에 따르면 입력전압(VL) 및 출력전압(VH)의 조건에 따라 벅 컨버터부(210)의 듀티비(DL) 및/또는 부스트 컨버터부(220)의 듀티비(DH)를 조절함으로써, 직류-직류 컨버터(20)를 승압모드로 동작시키거나 강압모드로 동작시킬 수 있다. 이때, 입력전압(VL)을 출력전압(VH)으로 승압 또는 강압시키기 위해 벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220)를 모두 주기적으로 스위칭하는 것은 비효율적일 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(20)는 입력전압(VL) 및 출력전압(VH)의 조건에 따라, 벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220) 중 하나를 바이패스시키고 나머지만 스위칭할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the duty ratio (D L ) of the
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 벅 컨버터부 및 부스트 컨버터부의 바이패스 상태를 설명하기 위한 예시도이다.3A and 3B are exemplary diagrams for explaining the bypass state of the buck converter unit and the boost converter unit according to an embodiment of the present disclosure.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 요구되는 출력전압(VH)이 입력전압(VL)보다 큰 경우, 즉 직류-직류 컨버터(20)를 승압모드로 동작시키는 경우에는 벅 컨버터부(210)를 바이패스시킴으로써, 입력전압(VL)을 부스트 컨버터부(220)로 전달할 수 있다. 이를 위해, 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4) 중 일부가 선택적으로 스위칭될 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, when the required output voltage (V H ) is greater than the input voltage (V L ), that is, when the DC-
도 3a를 참조하여 보다 자세하게 설명하면, 승압모드에서 제어부(240)는 제1 벅 스위치(SL1) 및 제2 벅 스위치(SL2)는 온(on)시키고, 제3 벅 스위치(SL3) 및 제 4 벅 스위치(SL4)는 오프(off)시킴으로써, 입력전압(VL)울 부스트 컨버터부(220)로 전달할 수 있다. 다시 말해, 승압모드에서 벅 컨버터부(210)의 듀티비(DL)는 1로 설정되고, 이에 따라 직류-직류 컨버터(20)는 수학식 2의 전압 전달비를 만족하게 된다. To be described in more detail with reference to FIG. 3A, in the boost mode, the
마찬가지로, 요구되는 출력전압(VH)이 입력전압(VL)보다 작은 경우, 즉 직류-직류 컨버터(20)를 강압모드로 동작시키는 경우에는 부스트 컨버터부(220)를 바이패스 시킴으로써, 벅 컨버터부(210)로부터 인가된 전압을 출력부(230)로 전달할 수 있다. 이를 위해, 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4) 중 일부가 선택적으로 스위칭될 수 있다.Likewise, when the required output voltage (V H ) is smaller than the input voltage (V L ), that is, when the DC-
도 3b를 참조하여 보다 자세하게 설명하면, 강압모드에서 제어부(240)는 제1 부스트 스위치(SH1) 및 제2 부스트 스위치(SH2)는 온시키고, 제3 부스트 스위치(SH3) 및 제4 부스트 스위치(SH4)는 오프시킴으로써, 벅 컨버터부(220)로부터 인가된 전압을 출력부(230)로 전달할 수 있다. 다시 말해, 강압모드에서 부스트 컨버터부(220)의 듀티비(DH)는 0으로 설정되고, 이에 따라 직류-직류 컨버터(20)는 수학식 3의 전압 전달비를 만족하게 된다.To be described in more detail with reference to FIG. 3B, in the step-down mode, the
한편, 벅 플라잉 커패시터(CFL)를 포함하는 벅 컨버터부(210)의 정상동작을 위해서는, 벅 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL)이 입력전압(VL)의 절반으로 유지되어야 한다. 마찬가지로, 부스트 플라잉 커패시터(CFH)를 포함하는 부스트 컨버터부(220)의 정상동작을 위해서는, 부스트 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFH)이 출력전압(VH)의 절반으로 유지되어야 한다.Meanwhile, for normal operation of the
그러나, 도 3a 및 도 3b에 점선으로 도시되듯이, 벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220) 중 바이패스되는 쪽의 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)에는 전압을 제어할 수 있는 경로(path)가 형성되어 있지 않고, 오히려 회로의 기생 저항 성분 등으로 인해 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)의 방전이 일어나게 된다.However, as shown by the dotted line in FIGS. 3A and 3B, the flying capacitor (C FL or C FH ) on the bypassed side of the
이하에서는, 벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220) 중 바이패스되는 쪽의 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL 또는 VFH)이 입력전압(VL) 또는 출력전압(VH)의 절반으로 유지될 수 있도록 제어하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, the voltage (V FL or V FH ) across the flying capacitor on the bypassed side of the buck converter unit 210 and the boost converter unit 220 is set to half of the input voltage (V L ) or output voltage (V H ) . Let us explain how to compensate for the flying capacitor voltage by controlling it so that it can be maintained.
한편, 벅 컨버터부(210) 및 부스트 컨버터부(220) 중 바이패스되지 않는 쪽, 다시 말해, 승압모드 동작 시 부스트 컨버터부(220) 및 강압모드 동작 시 벅 컨버터부(210)의 스위칭 동작 및 플라잉 커패시터 전압 보상방법은, 종래의 부스트 컨버터(10) 및 벅 컨버터(12)의 스위칭 동작 및 플라잉 커패시터 전압 보상방법과 동일 또는 유사하므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Meanwhile, the switching operation of the non-bypassed side of the
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 벅 플라잉 커패시터의 전압 보상모드를 설명하기 위한 예시도이다. 4A and 4B are exemplary diagrams for explaining the voltage compensation mode of the buck flying capacitor according to an embodiment of the present disclosure.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 바이패스 상태인 벅 컨버터부(210)의 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4) 중 일부를 선택적으로 턴온 또는 턴오프시킴으로써, 벅 플라잉 커패시터(CFL)를 충전 또는 방전시킬 수 있는 경로를 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, by selectively turning on or turning off some of the first to fourth buck switches (S L1 to S L4 ) of the
도 4a는 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)들 중, 벅 플라잉 커패시터(CFL)와 형성하는 접점의 상단에 위치한 스위치들이 온되어 있는 '상단 보상모드'를 보여준다. 이를 위해, 바이패스 상태로부터 제2 벅 스위치(SL2)가 턴오프되고, 제3 벅 스위치(SL3)가 턴온될 수 있다.Figure 4a shows the 'top compensation mode' in which the switches located at the top of the contact formed with the buck flying capacitor (C FL ) among the first to fourth buck switches (S L1 to S L4 ) are turned on. To this end, the second buck switch (S L2 ) may be turned off and the third buck switch (S L3 ) may be turned on from the bypass state.
도 4b는 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)들 중, 벅 플라잉 커패시터(CFL)와 형성하는 접점의 하단에 위치한 스위치들이 온되어 있는 '하단 보상모드'를 보여준다. 이를 위해, 바이패스 상태로부터 제1 벅 스위치(SL1)가 턴오프되고, 제4 벅 스위치(SL4)가 턴온될 수 있다.Figure 4b shows a 'bottom compensation mode' in which the switches located at the bottom of the contact formed with the buck flying capacitor (C FL ) among the first to fourth buck switches (S L1 to S L4 ) are turned on. To this end, the first buck switch (S L1 ) may be turned off and the fourth buck switch (S L4 ) may be turned on from the bypass state.
벅 플라잉 커패시터(CFL)는 보상모드 및 인덕터 전류(IL)의 방향에 따라 충전 또는 방전된다. 예를 들어, 상단 보상모드에서, 인덕터 전류(IL)가 부스트 컨버터부(220) 방향으로 흐르는 경우에는 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 충전되고, 인덕터 전류가 벅 컨버터부(210) 방향으로 흐르는 경우에는 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 방전된다. 마찬가지로, 하단 보상모드에서, 인덕터 전류(IL)가 부스트 컨버터부(220) 방향으로 흐르는 경우에는 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 방전되고, 인덕터 전류가 벅 컨버터부(210) 방향으로 흐르는 경우에는 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 충전된다.The buck flying capacitor (C FL ) is charged or discharged depending on the compensation mode and direction of the inductor current (I L ). For example, in the top compensation mode, when the inductor current (I L ) flows in the direction of the
다시 말해, 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)의 스위칭 상태를 정의하는 보상 모드는, 벅 플라잉 커패시터(CFL)의 충방전 조건 및 인덕터 전류(IL)의 방향에 따라 결정될 수 있다. 인덕터 전류(IL)가 벅 컨버터부(210) 방향으로 흐르는 경우를 양의 방향으로 정의할 때, 벅 커패시터(CFL)의 충전, 방전 또는 전압유지를 위한 보상모드를 정리하면 표 1과 같다.In other words, the compensation mode that defines the switching state of the first to fourth buck switches (S L1 to S L4 ) will be determined according to the charging and discharging conditions of the buck flying capacitor (C FL ) and the direction of the inductor current (I L ). You can. When the case where the inductor current (I L ) flows in the direction of the
II
LL
(바이패스)No compensation
(Bypass)
여기서, 무보상모드는 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)의 스위칭 상태를 도 3a의 바이패스 상태로 유지시키는 것으로, 벅 플라잉 커패시터(CFL)는 회로의 기생 저항성분 등에 의해 자연 방전된다.Here, the uncompensated mode maintains the switching state of the first to fourth buck switches (S L1 to S L4 ) in the bypass state of FIG. 3A, and the buck flying capacitor (C FL ) is affected by the parasitic resistance of the circuit, etc. is discharged naturally.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 부스트 플라잉 커패시터의 전압 보상모드를 설명하기 위한 예시도이다.5A and 5B are exemplary diagrams for explaining a voltage compensation mode of a boost flying capacitor according to an embodiment of the present disclosure.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 바이패스 상태인 부스트 컨버터부(220)의 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4) 중 일부를 선택적으로 턴온 또는 턴오프시킴으로써, 부스트 플라잉 커패시터(CFH)를 충전 또는 방전시킬 수 있는 경로를 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, by selectively turning on or turning off some of the first to fourth boost switches (S H1 to S H4 ) of the
도 5a는 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)들 중, 부스트 플라잉 커패시터(CFH)와 형성하는 접점의 상단에 위치한 스위치들이 온되어 있는 '상단 보상모드'를 보여준다. 이를 위해, 바이패스 상태로부터 제2 부스트 스위치(SH2)가 턴오프되고, 제3 부스트 스위치(SH3)가 턴온될 수 있다.Figure 5a shows the 'top compensation mode' in which the switches located at the top of the contact formed with the boost flying capacitor (C FH ) among the first to fourth boost switches (S H1 to S H4 ) are turned on. To this end, the second boost switch (S H2 ) may be turned off and the third boost switch (S H3 ) may be turned on from the bypass state.
도 5b는 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)들 중, 부스트 플라잉 커패시터(CFH)와 형성하는 접점의 하단에 위치한 스위치들이 온되어 있는 '하단 보상모드'를 보여준다. 이를 위해, 바이패스 상태로부터 제1 부스트 스위치(SH1)가 턴오프되고, 제4 부스트 스위치(SH4)가 턴온될 수 있다.Figure 5b shows a 'bottom compensation mode' in which switches located at the bottom of the contact formed with the boost flying capacitor (C FH ) among the first to fourth boost switches (S H1 to S H4 ) are turned on. To this end, the first boost switch (S H1 ) may be turned off and the fourth boost switch (S H4 ) may be turned on from the bypass state.
부스트 플라잉 커패시터(CFH)는 보상모드 및 인덕터 전류(IL)의 방향에 따라 충전 또는 방전된다. 예를 들어, 상단 보상모드에서, 인덕터 전류(IL)가 부스트 컨버터부(220) 방향으로 흐르는 경우에는 부스트 플라잉 커패시터(CFH)가 방전되고, 인덕터 전류가 벅 컨버터부(210) 방향으로 흐르는 경우에는 부스트 플라잉 커패시터(CFH)가 충전된다. 마찬가지로, 하단 보상모드에서, 인덕터 전류(IL)가 부스트 컨버터부(220) 방향으로 흐르는 경우에는 부스트 플라잉 커패시터(CFH)가 충전되고, 인덕터 전류가 벅 컨버터부(210) 방향으로 흐르는 경우에는 부스트 플라잉 커패시터(CFH)가 방전된다.The boost flying capacitor (C FH ) is charged or discharged depending on the compensation mode and the direction of the inductor current (I L ). For example, in the top compensation mode, when the inductor current (I L ) flows in the direction of the
다시 말해, 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)의 스위칭 상태를 정의하는 보상 모드는, 부스트 플라잉 커패시터(CFH)의 충방전 조건 및 인덕터 전류(IL)의 방향에 따라 결정될 수 있다. 인덕터 전류(IL)가 벅 컨버터부(210) 방향으로 흐르는 경우를 양의 방향으로 정의할 때, 부스트 커패시터(CFH)의 충전, 방전 또는 전압유지를 위한 보상모드를 정리하면 표 2와 같다. In other words, the compensation mode that defines the switching state of the first to fourth boost switches (S H1 to S H4 ) will be determined according to the charging and discharging conditions of the boost flying capacitor (C FH ) and the direction of the inductor current ( IL ). You can. When the case where the inductor current (I L ) flows in the direction of the
II
LL
(바이패스)No compensation
(Bypass)
여기서, 무보상모드는 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)의 스위칭 상태를 도 3b의 바이패스 상태로 유지시키는 것으로, 부스트 플라잉 커패시터(CFH)는 회로의 기생 저항성분 등에 의해 자연 방전된다.Here, the non-compensation mode maintains the switching state of the first to fourth boost switches (S H1 to S H4 ) in the bypass state of FIG. 3B, and the boost flying capacitor (C FH ) is operated by the parasitic resistance of the circuit, etc. is discharged naturally.
이상과 같이, 인덕터 전류(IL)의 방향에 따라 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)를 충전 또는 방전시키기 위한 보상모드가 달라지므로, 인덕터 전류(IL)를 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 그러나 인덕터 전류(IL)를 정확하게 측정하는 것은 현실적으로 어렵다. 특히, 직류-직류 컨버터(20)의 경부하 또는 무부하 동작 시, 전류 센서의 오프셋(offset)으로 인해 인덕터에 흐르는 실제 전류(IL)와 측정전류(IL_m)의 방향이 달라지면, 보상모드가 잘못 선택되어, 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL 또는 VFH)을 일정하게 유지할 수 없게 된다.As described above, since the compensation mode for charging or discharging the flying capacitor (C FL or C FH ) varies depending on the direction of the inductor current (I L ), it is important to accurately measure the inductor current (I L ). However, it is realistically difficult to accurately measure the inductor current (I L ). In particular, during light load or no-load operation of the DC-
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 개시에서는 인덕터에 흐르는 실제 전류(IL)와 측정전류(IL_m) 사이에 오프셋이 존재하더라도, 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL 또는 VFH)을 일정하게 유지할 수 있는 방법을 제안한다.To solve this problem, in the present disclosure, even if there is an offset between the actual current (I L ) flowing in the inductor and the measured current (I L_m ), the voltage across the flying capacitor (V FL or V FH ) can be kept constant. suggest a method
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부를 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.Figure 6 is a block diagram schematically showing a control unit according to an embodiment of the present disclosure.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부(240)는 충방전 결정부(600), 보상모드 선택부(610) 및 제어신호 생성부(620)를 전부 또는 일부 포함한다. 도 6에 도시된 모든 구성이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 제어부(240)에 포함된 일부 구성이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 즉, 도 6의 경우는 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부(240)가 승압모드 동작 시 벅 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL)이 입력전압(VL)의 절반으로 유지될 수 있도록 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4) 중 적어도 하나를 제어하거나, 강압모드 동작 시 부스트 플라잉 커패시터 양단 전압(VFH)이 출력전압(VH)의 절반으로 유지될 수 있도록 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4) 중 적어도 하나를 제어하기 위한 구성요소를 예시적으로 도시한 것으로서, 제어부(240)는 다른 기능의 구현을 위해 도시한 것보다 많거나 적은 구성요소 또는 상이한 구성요소의 구성을 가질 수 있음을 인식하여야 한다. 예컨대, 제어부(240)는 승압모드 동작 시 부스트 컨버터부(220) 및 강압모드 동작 시 벅 컨버터부(210)의 스위치들을 제어하기 위한 구성요소를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6, the
충방전 결정부(600)는 벅 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL) 또는 부스트 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFH)에 기초하여 충방전 조건을 결정한다. 여기서, 충방전 조건은 충전, 방전 및 유지 중 하나로 결정될 수 있다. 실시예들에 따라, 자연방전만을 이용하여 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)를 방전시키는 경우, 충방전 조건은 충전 또는 유지 중 하나로 결정될 수 있다. The charge/
직류-직류 컨버터(20)의 승압모드 동작시, 충방전 결정부(600)는 벅 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL)을 기초로 충방전 조건을 결정할 수 있다. 마찬가지로, 직류-직류 컨버터(20)의 강압모드 동작시, 충방전 결정부(600)는 부스트 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFH)을 기초로 충방전 조건을 결정할 수 있다. When the DC-
예를 들어, 충방전 결정부(600)는 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)이 기설정된 제1 임계전압 이하인 경우, 충방전 조건을 '충전'으로 결정할 수 있다. 여기서, 기설정된 제1 임계전압은, 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL 또는 VFH)이 해당 전압 이하인 경우, 회로의 정상 구동을 위해, 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)를 충전시켜야 할 충분한 당위성을 가지는 기준 전압을 의미하며, 입력전압(VL) 또는 출력전압(VH)의 절반 이하의 값으로 설정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 가변적으로 설정될 수 있다.For example, when the voltage (V FL or V FH ) across the flying capacitor is less than or equal to a preset first threshold voltage, the charge/
충방전 결정부(600)는 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)이 기설정된 제2 임계전압 이상인 경우, 충방전 조건을 '방전'으로 결정할 수 있다. 여기서, 기설정된 제2 임계전압은, 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL 또는 VFH)이 해당 전압 이상인 경우, 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)를 방전시켜야 할 충분한 당위성을 가지는 기준 전압을 의미하며, 입력전압(VL) 또는 출력전압(VH)의 절반 이상의 값으로 설정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 가변적으로 설정될 수 있다.When the voltage (V FL or V FH ) across the flying capacitor is greater than or equal to a preset second threshold voltage, the charge/
충방전 결정부(600)는 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)이 기설정된 제1 임계전압보다 크고 기설정된 제2 임계전압보다 작은 경우, 충방전 조건을 '유지'로 결정할 수 있다. 실시예들에 따라, 자연방전만을 이용하여 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)를 방전시키는 경우에는, 충방전 결정부(600)는 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)이 기설정된 제1 임계전압보다 큰 경우, 충방전 조건을 '유지'로 결정할 수 있다. When the voltage (V FL or V FH ) across the flying capacitor is greater than the preset first threshold voltage and less than the preset second threshold voltage, the charge/
보상모드 선택부(610)는 충방전 조건 및 인덕터 측정전류(IL_m)에 기초하여 보상모드를 결정한다.The compensation
보상모드 선택부(610)의 동작은, 크게 인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT) 이상인 경우와 인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT)보다 작은 경우로 구분될 수 있다. 여기서, 기설정된 임계전류(ISAT)는 전류센서의 오프셋을 무시할 수 있는 최솟값으로, 구현예에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.The operation of the compensation
먼저, 인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT) 이상인 경우, 다시 말해, 인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 오프셋의 영향을 받지 않을 정도로 충분히 큰 경우에는, 인덕터에 실제로 흐르는 전류(IL)와 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향이 일치하는 것을 보장할 수 있다. 따라서, 보상모드 선택부(610)는 인덕터에 실제로 흐르는 전류(IL)의 방향이 인덕터 측정전류(IL_m)와 같은 방향인 것으로 가정하고, 표 1 또는 표 2과 같이, 충방전 조건 및 인덕터 전류(IL)의 방향에 따른 보상모드를 선택할 수 있다.First, if the size of the inductor measurement current (I L_m ) is greater than the preset threshold current (I SAT ), that is, if the size of the inductor measurement current (I L_m ) is large enough to not be affected by the offset, the inductor It can be ensured that the directions of the actual flowing current (I L ) and the inductor measurement current (I L_m ) match. Therefore, the compensation
반면, 인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT)보다 작은 경우에는, 인덕터에 실제로 흐르는 전류(IL)와 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향이 일치하는 것을 보장할 수 없다. 이러한 경우에도 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)의 전압을 보상할 수 있도록 하기 위해, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향을 기준으로 보상모드를 선택할지 또는 인덕터 측정전류(IL_m)의 역방향을 기준으로 보상모드를 선택할지를 판단할 수 있다.On the other hand, if the size of the inductor measurement current (I L_m ) is smaller than the preset threshold current (I SAT ), it is guaranteed that the direction of the current (I L ) actually flowing in the inductor and the inductor measurement current (I L_m ) match. I can't. Even in this case, in order to compensate for the voltage of the flying capacitor (C FL or C FH ), the compensation
본 개시에서는 '보상극성'을 이용하여 보상모드 선택을 위한 기준방향을 정의할 수 있다. 예컨대, 보상극성이 양의 값인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향을 기준으로 보상모드를 선택할 수 있다. 반면, 보상극성이 음의 값인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 역방향을 기준으로 보상모드를 선택할 수 있다.In the present disclosure, 'compensation polarity' can be used to define a reference direction for selecting a compensation mode. For example, when the compensation polarity is a positive value, the compensation
보상모드 선택부(610)는 기설정된 시간(TSET) 동안의 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)의 변화량에 기초하여, 기선택된 보상모드를 다음번 보상시에도 유지할지 또는 보상모드를 다시 선택할지를 판단할 수 있다. The compensation
여기서, 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)의 변화량은, 스위칭 상태를 변경하기 전 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)과, 스위칭 상태를 변경한 후로부터 기설정된 시간(TSET)이 지난 이후의 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH) 간의 차를 의미할 수 있다. 기설정된 시간(TSET)은 바이패스 상태에서 플라잉 커패시터 양단의 전압 보상을 수행하는 주기로, 직류-직류 컨버터(20)의 동작 주파수나 충전, 방전 및/또는 자연 방전 시 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)의 변화량 등을 고려하여 가변적으로 설정될 수 있다.Here, the amount of change in the voltage across the flying capacitor (V FL or V FH ) is the voltage across the flying capacitor before changing the switching state (V FL or V FH ) and the preset time (T It can mean the difference between the voltage (V FL or V FH ) across the flying capacitor after SET ) has passed. The preset time (T SET ) is a period for performing voltage compensation across the flying capacitor in the bypass state, and is the operating frequency of the DC-
보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터 양단의 전압(VFL 또는 VFH)의 변화량에 기초하여 기선택된 보상모드가 충방전 조건에 부합하는지 판단하고, 부합하지 않는다고 판단된 경우, 보상모드를 다시 선택할 수 있다. The compensation
보상모드 선택부(610)는 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 충방전 조건에 맞게 충전 또는 방전되었는지 여부에 기초하여, 기선택된 보상모드가 충방전 조건에 부합하는지 판단할 수 있다. The compensation
예를 들어, 충방전 조건이 충전인 경우, 보상모드 선택부(610)는 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 충전되었는지 판단할 수 있다. 보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 충전되었다고 판단된 경우 기선택된 보상모드를 유지하고, 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 충전되지 않았다고 판단된 경우에는 인덕터 측정전류(IL_m)를 기초로 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 방전되도록 하는 보상모드를 다시 선택할 수 있다.For example, when the charging/discharging condition is charging, the compensation
마찬가지로, 충방전 조건이 방전인 경우, 보상모드 선택부(610)는 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 방전되었는지 판단할 수 있다. 보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 방전되었다고 판단된 경우 기선택된 보상모드를 유지하고, 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 방전되지 않았다고 판단된 경우에는 인덕터 측정전류(IL_m)를 기초로 플라잉 커패시터(CFL 또는 CFH)가 충전되도록 하는 보상모드를 다시 선택할 수 있다.Similarly, when the charge/discharge condition is discharge, the compensation
충방전 조건에 부합하는 보상모드를 다시 선택하기 위해, 보상모드 선택부(610)는 보상모드 선택을 위한 기준방향을 변경할 수 있다. 예컨대, 기선택된 보상모드의 기준방향이 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향이었던 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 역방향을 기준으로 충방전 조건에 맞는 보상모드를 재선택할 수 있다. 마찬가지로, 기선택된 보상모드의 기준방향이 인덕터 측정전류(IL_m)의 역방향이었던 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향을 기준으로 충방전 조건에 맞는 보상모드를 재선택할 수 있다.In order to re-select the compensation mode that meets the charging and discharging conditions, the compensation
보상모드 선택부(610)의 구체적인 동작은, 도 7a, 도 7b 및 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.The specific operation of the compensation
제어신호 생성부(620)는 선택된 보상모드에 따라, 제1 내지 제4 벅 스위치(SL1 내지 SL4)를 선택적으로 턴온 또는 턴오프시키는 제어신호(QL1 내지 QL4) 및/또는 제1 내지 제4 부스트 스위치(SH1 내지 SH4)를 선택적으로 턴온 또는 턴오프 시키는 제어신호(QH1 내지 QH4)를 생성한다.The
예를 들어, 직류-직류 컨버터(20)의 승압모드 동작 중 상단 보상모드가 선택된 경우, 제어신호 생성부(620)는 제1 및 제4 벅 스위치(SL1 및 SL4)는 기존 스위칭 상태를 유지하고, 제2 벅 스위치(SL2)는 턴오프되고, 제3 벅 스위치(SL3)는 턴온되도록 하는 제어신호(QL1 내지 QL4)를 생성할 수 있다. 반대로, 직류-직류 컨버터(20)의 승압모드 동작 중 하단 보상모드가 선택된 경우에는, 제어신호 생성부(620)는 제2 및 제3 벅 스위치(SL2 및 SL3)는 기존 스위칭 상태를 유지하고, 제1 벅 스위치(SL1)는 턴오프되고, 제4 벅 스위치(SL4)는 턴온되도록 하는 제어신호(QL1 내지 QL4)를 생성할 수 있다.For example, when the upper compensation mode is selected during the step-up mode operation of the DC-
마찬가지로, 직류-직류 컨버터(20)의 강압모드 동작 중 상단 보상모드가 선택된 경우, 제어신호 생성부(620)는 제1 및 제4 부스트 스위치(SH1 및 SH4)는 기존 스위칭 상태를 유지하고, 제2 부스트 스위치(SH2)는 턴오프되고, 제3 부스트 스위치(SH3)는 턴온되도록 하는 제어신호(QH1 내지 QH4)를 생성할 수 있다. 반대로, 직류-직류 컨버터(20)의 강압모드 동작 중 하단 보상모드가 선택된 경우에는, 제어신호 생성부(620)는 제2 및 제3 벅 스위치(SH2 및 SH3)는 기존 스위칭 상태를 유지하고, 제1 부스트 스위치(SH1)는 턴오프되고, 제4 부스트 스위치(SH4)는 턴온되도록 하는 제어신호(QH1 내지 QH4)를 생성할 수 있다.Likewise, when the upper compensation mode is selected during the step-down mode operation of the DC-
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라잉 커패시터 전압 보상방법을 나타내는 순서도이다.7A and 7B are flowcharts showing a flying capacitor voltage compensation method according to an embodiment of the present disclosure.
도 7a 및 도 7b는 직류-직류 컨버터(20)의 승압모드 동작 시 벅 플라잉 커패시터 양단 전압(VFL)을 보상하는 과정을 도시하고 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 7a 및 도 7b의 보상방법은, 직류-직류 컨버터(20)의 강압모드 동작 시 부스트 플라잉 커패시터 양단 전압(VFH)을 보상하는 과정에도 유사하게 확장 가능하다.FIGS. 7A and 7B illustrate a process of compensating the voltage (V FL ) across the buck flying capacitor when the DC-
보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터 전압 보상 후, 기설정된 시간(TSET)이 경과하였는지 확인한다(S700). 실시예들에 따라, 보상모드 선택부(610)는 타이머(미도시)를 구비할 수 있으며, 기설정된 시간에 대응하는 타이머 값과 같아질 때까지 타이머 값을 증가시킬 수 있다(S702).The compensation
기설정된 시간(TSET)이 경과한 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT)보다 작은지 확인한다(S704).When the preset time (T SET ) has elapsed, the compensation
인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT) 이상인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 방향을 기준으로 충방전 조건(Flagchar)에 맞는 보상모드(Comp)를 선택한다(S706).When the size of the inductor measurement current (I L_m ) is greater than or equal to the preset threshold current (I SAT ), the compensation
인덕터 측정전류(IL_m)의 크기가 기설정된 임계전류(ISAT)보다 작은 경우, 보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)을 산출한다(S710). 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)은 현재 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)과, 이전 보상과정에서 기선택된 보상모드에 따라 스위칭을 제어하기 이전에 저장한 플라잉 커패시터 양단전압(Vbuff) 간의 차로 정의될 수 있다. 이에 따라, 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)에는 기선택된 보상모드에 의한 플라잉 커패시터(CFL)의 충전 또는 방전과, 기설정된 시간(TSET) 동안의 플라잉 커패시터(CFL)의 자연 방전이 반영될 수 있다. When the size of the inductor measurement current (I L_m ) is smaller than the preset threshold current (I SAT ), the compensation
보상모드 선택부(610)는 충방전 조건(Flagchar)을 확인한다(S720 및 S722).The compensation
충방전 조건이 충전인 경우, 보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)이 기설정된 제1 비교전압(-VSET)보다 작은지에 기초하여, 기선택된 보상모드를 유지할지 여부를 판단할 수 있다(S730). 기설정된 제1 비교전압(-VSET)은 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL)가 충전되었는지 여부를 판단하기 위한 값으로, 기설정된 시간(TSET) 동안의 플라잉 커패시터(CFL)의 자연 방전을 고려하여 설정될 수 있다. When the charging/discharging condition is charging, the compensation
충방전 조건이 방전인 경우, 보상모드 선택부(610)는 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)이 기설정된 제2 비교전압(VSET)보다 큰지에 기초하여, 기선택된 보상모드를 유지할지 여부를 판단할 수 있다(S732). 기설정된 제2 비교전압(VSET)은 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL)가 방전되었는지 여부를 판단하기 위한 값으로, 기설정된 시간(TSET) 동안의 플라잉 커패시터(CFL)의 자연 방전을 고려하여 설정될 수 있다. 한편, 도 7a에서는 제1 비교전압과 제2 비교전압이 동일한 절댓값을 가지는 것으로 도시하고 있으나 이는 일 실시예로서, 제1 비교전압과 제2 비교전압은 독립적으로 설정될 수도 있다.When the charge/discharge condition is discharge, the compensation
충방전 조건이 충전이고 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)이 기설정된 제1 비교전압(-VSET)이상인 경우에는, 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL)가 충전되었으므로, 보상모드 선택부(610)는 기선택된 보상모드를 유지한다(S736). 마찬가지로, 충방전 조건이 방전이고 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)이 기설정된 제2 비교전압(VSET) 이하인 경우에는, 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL)가 방전되었으므로, 보상모드 선택부(610)는 기선택된 보상모드를 유지한다(S742). 이때, 보상극성은 '0'으로 결정될 수 있다(S734).If the charging/discharging condition is charging and the amount of change (V comp ) in the voltage (V FL ) across the flying capacitor is higher than the preset first comparison voltage (-V SET ), the flying capacitor (C FL ) is charged according to the pre-selected compensation mode. Therefore, the compensation
충방전 조건이 충전인데 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)이 기설정된 제1 비교전압(-VSET)보다 작은 경우에는, 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL)가 방전되었으므로, 보상모드를 재선택한다. 마찬가지로, 충방전 조건이 방전인데 플라잉 커패시터 양단전압(VFL)의 변화량(Vcomp)이 기설정된 제2 비교전압(VSET)보다 큰 경우에는, 기선택된 보상모드에 의해 플라잉 커패시터(CFL)가 충전되었으므로, 보상모드를 재선택한다.If the charging/discharging condition is charging and the change in voltage (V FL ) across the flying capacitor (V comp ) is smaller than the preset first comparison voltage (-V SET ), the flying capacitor (C FL ) is Since the battery is discharged, reselect compensation mode. Likewise, if the charging/discharging condition is discharge and the change in voltage (V FL ) across the flying capacitor (V comp ) is greater than the preset second comparison voltage (V SET ), the flying capacitor (C FL ) is charged by the pre-selected compensation mode. Since has been charged, reselect compensation mode.
이를 위해, 보상모드 선택부(610)는 보상극성을 변경하고(S740 내지 S747), 변경된 보상극성을 기준으로 보상모드를 재선택할 수 있다(S750 내지 S758). 이때, 보상모드 선택부(610)는 변경된 보상극성이 양수 값을 가지는 경우에는 인덕터 측정전류(IL_m)의 정방향을 기준으로 보상모드를 선택하고, 변경된 보상극성이 음수 값을 가지는 경우 인덕터 측정전류(IL_m)의 역방향을 기준으로 보상모드를 선택할 수 있다. 여기서, 인덕터 측정전류(IL_m)의 역방향을 기준으로 보상모드를 선택함은, 상단 보상모드와 하단 보상모드 중 인덕터 측정전류(IL_m)의 정방향을 기준으로 선택된 보상모드가 아닌 나머지 보상모드를 선택하는 것을 의미할 수 있다. To this end, the compensation
이때, 보상극성의 절댓값은 충방전 조건을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 충방전 조건이 충전인 경우 보상극성의 절댓값은 '1'이 되고(S741 및 S742), 충방전 조건이 방전인 경우 보상극성의 절댓값은 '2'가 되도록 설정할 수 있다(S746 및 S748).At this time, the absolute value of the compensation polarity may be determined based on charging and discharging conditions. For example, if the charge/discharge condition is charging, the absolute value of the compensation polarity can be set to '1' (S741 and S742), and if the charge/discharge condition is discharge, the absolute value of the compensation polarity can be set to '2' (S746 and S742). S748).
한편, 충방전 조건이 변경된 경우, 보상모드 선택부(610)는 보상극성이 양수 값을 가지도록 설정 수 있다(S742 및 S747). 이에 따라, 보상모드 선택부(610)는 충방전 조건 변경 후 첫 번째 보상모드 선택시, 인덕터 측정전류(IL_m)의 정방향을 기준으로 보상모드를 선택할 수 있다.Meanwhile, when the charging and discharging conditions are changed, the compensation
충방전 조건이 충전이고 변경된 보상극성이 양수 값(즉, 1)인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 크면 상단 보상모드를 선택하고, 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 작으면 하단 보상모드를 선택한다(S754 내지 S756).When the charging/discharging condition is charging and the changed compensation polarity is a positive value (i.e., 1), the compensation
반면, 충방전 조건이 충전이고 변경된 보상극성이 음수 값(즉, -1)인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 크면 하단 보상모드를 선택하고, 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 작으면 상단 보상모드를 선택한다(S750 내지 S754).On the other hand, when the charging/discharging condition is charging and the changed compensation polarity is a negative value (i.e., -1), the compensation
충방전 조건이 방전이고 변경된 보상극성이 양수 값(즉, 2)인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 크면 하단 보상모드를 선택하고, 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 작으면 상단 보상모드를 선택한다(S750 내지 S754).When the charging/discharging condition is discharge and the changed compensation polarity is a positive value (i.e., 2), the compensation
반면, 충방전 조건이 방전이고 변경된 보상극성이 음수 값(즉, -2)인 경우, 보상모드 선택부(610)는 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 크면 상단 보상모드를 선택하고, 인덕터 측정전류(IL_m)의 값이 0보다 작으면 하단 보상모드를 선택한다(S754 내지 S756).On the other hand, when the charge/discharge condition is discharge and the changed compensation polarity is a negative value (i.e., -2), the compensation
한편, 충방전 조건이 유지이면, 보상모드 선택부(610)는 무보상모드를 선택한다(S760).Meanwhile, if the charge/discharge condition is maintained, the compensation
보상모드 선택부(610)는 타이머 값을 초기화하고, 플라잉 커패시터 양단전압(VFL), 보상모드(Comp) 및 보상극성(Pole)을 저장한다(S770).The compensation
제어신호 생성부(620)는 선택된 보상모드를 기초로 스위치들 중 일부를 선택적으로 턴온 또는 턴오프시키는 제어신호를 생성한다(S780). 상단 보상모드 또는 하단 보상모드가 선택된 경우 플라잉 커패시터(CFL)가 충전 또는 방전되게 된다. 이후, 제어신호 생성부(620)는 벅 컨버터(110)가 다시 바이패스 상태가 되도록 스위치들 중 일부를 선택적으로 턴온 또는 턴오프시키는 제어신호를 생성할 수 있다.The
도 7a 및 도 7b에 도시된 과정 S700 내지 S780는 반복 수행될 수 있다. 이에 따라, 기설정된 시간(TSET)간격으로 상단 보상(Top_Comp), 하단 보상(Bot_Comp) 및 무보상(No_Comp) 중 하나의 보상모드가 선택될 수 있으며, 선택된 보상모드에 따른 스위칭을 수행할 수 있다.Processes S700 to S780 shown in FIGS. 7A and 7B may be performed repeatedly. Accordingly, one compensation mode among top compensation (Top_Comp), bottom compensation (Bot_Comp), and no compensation (No_Comp) can be selected at a preset time (T SET ) interval, and switching according to the selected compensation mode can be performed. there is.
도 7a 및 도 7b에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 7a 및 도 7b에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 7a 및 도 7b은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIGS. 7A and 7B, each process is described as being sequentially executed, but this is merely an illustrative explanation of the technical idea of an embodiment of the present disclosure. In other words, a person of ordinary skill in the technical field to which an embodiment of the present disclosure pertains may change the order shown in FIGS. 7A and 7B or perform one of the processes without departing from the essential characteristics of the embodiment of the present disclosure. Since various modifications and variations can be applied by executing one or more processes in parallel, FIGS. 7A and 7B are not limited to the time series order.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라잉 커패시터 전압 보상에 따른 동작 파형을 나타내는 예시도이다.Figure 8 is an exemplary diagram showing an operation waveform according to flying capacitor voltage compensation according to an embodiment of the present disclosure.
도 8은 벅 플라잉 커패시터의 실제(또는 이상적인)전압(800) 및 측정전압(810), 입력전압의 절반(820), 보상모드(830) 및 인덕터 전류(840)를 보여준다.Figure 8 shows the actual (or ideal)
충방전 조건은 벅 플라잉 커패시터의 측정전압(810) 및 입력전압의 절반(820)을 기초로 결정된다.The charging and discharging conditions are determined based on the measured
충전 조건하에서, 기설정된 시간(TSET)마다 보상모드(830)가 결정되며, 이에 따라 기설정된 시간(TSET)마다 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 충전 또는 방전된다. 벅 플라잉 커패시터가 충전 또는 방전된 이후 벅 컨버터부(210)는 바이패스 상태(무보상 모드)로 스위칭 되고, 다음 보상이 이루어지기 전, 즉 기설정된 시간(TSET)이 경과하기 전까지 스위칭 상태가 유지된다. 이때, 벅 플라잉 커패시터(CFL)는 회로의 기생 저항성분 등에 의해 자연방전된다.Under charging conditions, the
본 개시의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터(20)는 벅 플라잉 커패시터의 측정전압(810)의 변화량을 기초로 기선택된 보상모드가 현재 충방전 조건에 적합한지를 판단할 수 있다. 도 8에 도시되듯이, 벅 플라잉 커패시터의 측정전압(810)은 실제전압(800)에 필터링(filtering)이 적용된 형태로 나타날 수 있다.The DC-
도 8은, 보상모드 선택 초창기에, 상단 보상모드에 의해 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 실제로 충전되었으나, 벅 플라잉 커패시터의 측정전압(810)이 감소하는 경향성을 가지어, 다음번 보상모드가 하단 보상모드로 변경되는 경우를 보여준다. 이에 따라, 하단 보상모드와 상단 보상모드가 교번하여 선택되게 된다. 그러나 일정시간 경과 후부터는, 상단 보상모드에 의해 벅 플라잉 커패시터(CFL)가 충전될 때 벅 플라잉 커패시터의 측정전압(810)이 증가하는 경향성을 가지게 되어, 최종적으로 충전 조건에 알맞은 보상모드(즉, 상단 보상모드)를 찾아갈 수 있게 된다.Figure 8 shows that, at the beginning of compensation mode selection, the buck flying capacitor (C FL ) was actually charged by the upper compensation mode, but the measured
본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현예들은 프로그래밍가능 시스템 상에서 실행가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 것을 포함할 수 있다. 프로그래밍가능 시스템은, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 그리고 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령들을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령들을 전송하도록 결합되는 적어도 하나의 프로그래밍가능 프로세서(이것은 특수 목적 프로세서일 수 있거나 혹은 범용 프로세서일 수 있음)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램들(이것은 또한 프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션들 혹은 코드로서 알려져 있음)은 프로그래밍가능 프로세서에 대한 명령어들을 포함하며 "컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체"에 저장된다. Various implementations of the systems and techniques described herein may include digital electronic circuits, integrated circuits, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), computer hardware, firmware, software, and/or these. It can be realized through combination. These various implementations may include being implemented as one or more computer programs executable on a programmable system. The programmable system includes at least one programmable processor (which may be a special purpose processor) coupled to receive data and instructions from and transmit data and instructions to a storage system, at least one input device, and at least one output device. or may be a general-purpose processor). Computer programs (also known as programs, software, software applications or code) contain instructions for a programmable processor and are stored on a "computer-readable recording medium."
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등의 비휘발성(non-volatile) 또는 비일시적인(non-transitory) 매체일 수 있으며, 또한 데이터 전송 매체(data transmission medium)와 같은 일시적인(transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.Computer-readable recording media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. These computer-readable recording media are non-volatile or non-transitory such as ROM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, memory card, hard disk, magneto-optical disk, and storage device. It may be a medium, and may further include a transitory medium such as a data transmission medium. Additionally, the computer-readable recording medium may be distributed in a computer system connected to a network, and computer-readable code may be stored and executed in a distributed manner.
본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 프로그램가능 컴퓨터에 의하여 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 프로그램가능 프로세서, 데이터 저장 시스템(휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 다른 종류의 저장 시스템이거나 이들의 조합을 포함함) 및 적어도 한 개의 커뮤니케이션 인터페이스를 포함한다. 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는 서버, 네트워크 기기, 셋탑 박스, 내장형 장치, 컴퓨터 확장 모듈, 개인용 컴퓨터, 랩탑, PDA(Personal Data Assistant), 클라우드 컴퓨팅 시스템 또는 모바일 장치 중 하나일 수 있다.Various implementations of the systems and techniques described herein can be implemented by a programmable computer. Here, the computer includes a programmable processor, a data storage system (including volatile memory, non-volatile memory, or another type of storage system, or a combination thereof), and at least one communication interface. For example, a programmable computer may be one of a server, network device, set-top box, embedded device, computer expansion module, personal computer, laptop, personal data assistant (PDA), cloud computing system, or mobile device.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.
20: 직류-직류 컨버터
200: 입력부 210: 벅 컨버터부
220: 부스트 컨버터부 230: 출력부
240: 제어부 600: 충방전 결정부
610: 보상 선택부 620: 제어신호 생성부20: DC-DC converter
200: input unit 210: buck converter unit
220: Boost converter unit 230: Output unit
240: Control unit 600: Charge/discharge decision unit
610: Compensation selection unit 620: Control signal generation unit
Claims (16)
상기 벅 컨버터부로부터 인가되는 전압을 승압하거나 바이패스하여 출력하는 부스트 컨버터부; 및
상기 벅 컨버터부 및 상기 부스트 컨버터부 중 어느 하나인 대상 컨버터부가 선택적으로 바이패스되도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 벅 컨버터부 및 상기 부스트 컨버터부는 각각,
직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 제4 스위치; 및
상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 직렬연결 회로에 병렬로 연결되는 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하고,
상기 벅 컨버터부 및 상기 부스트 컨버터부는 하나의 인덕터(inductor)를 공유하며,
상기 제어부는,
상기 대상 컨버터부를 바이패스 상태로 유지시키는 무보상 모드, 상기 대상 컨버터부의 제1 스위치 및 제3 스위치를 온(on)시켜 상기 대상 컨버터부의 플라잉 커패시터(이상, 대상 플라잉 커패시터)의 전압을 보상하는 상단 보상모드와, 상기 대상 컨버터부의 제2 스위치 및 제4 스위치를 온(on)시켜 상기 대상 플라잉 커패시터의 전압을 보상하는 하단 보상모드 중에서 선택된 제1 보상모드로 동작하도록 상기 대상 컨버터부의 복수개의 스위치 중 일부를 선택적으로 스위칭하고, 상기 대상 플라잉 커패시터의 전압 변화량에 기초하여 상기 제1 보상모드를 유지할지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.A buck converter unit that steps down or bypasses the input voltage;
A boost converter unit that boosts or bypasses the voltage applied from the buck converter unit and outputs it; and
A control unit that controls the target converter unit, which is one of the buck converter unit and the boost converter unit, to be selectively bypassed,
The buck converter unit and the boost converter unit, respectively,
A first switch, a second switch, a third switch, and a fourth switch connected in series; and
It includes a flying capacitor connected in parallel to the series connection circuit of the second switch and the third switch,
The buck converter unit and the boost converter unit share one inductor,
The control unit,
A non-compensation mode for maintaining the target converter unit in a bypass state, and an upper stage for compensating the voltage of the flying capacitor (hereinafter, target flying capacitor) of the target converter unit by turning on the first switch and the third switch of the target converter unit. Among the plurality of switches of the target converter unit to operate in the first compensation mode selected from among the compensation mode and the lower compensation mode in which the voltage of the target flying capacitor is compensated by turning on the second switch and the fourth switch of the target converter unit. A direct current-direct current converter characterized by selectively switching some parts and determining whether to maintain the first compensation mode based on the amount of voltage change of the target flying capacitor.
상기 대상 컨버터부는,
상기 대상 컨버터부의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온(on)되고, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치가 오프(off)될 때 바이패스 상태로 동작하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.According to paragraph 1,
The target converter unit,
A DC-DC converter, characterized in that it operates in a bypass state when the first switch and the second switch of the target converter unit are turned on and the third switch and the fourth switch are turned off. .
상기 제어부는,
상기 제1 보상모드에 의한 상기 대상 플라잉 커패시터의 전압 변화량이 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건에 부합하지 않는다고 판단된 경우, 상기 인덕터의 측정전류를 이용하여 상기 무보상 모드, 상기 상단 보상모드 및 상기 하단 보상모드 중에서 제2 보상모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.According to paragraph 1,
The control unit,
If it is determined that the voltage change of the target flying capacitor due to the first compensation mode does not meet the charging and discharging conditions of the flying capacitor, the uncompensated mode, the upper compensation mode, and the lower compensation mode are used using the measured current of the inductor. A DC-DC converter characterized by selecting a second compensation mode among compensation modes.
상기 제어부는,
상기 제1 보상모드를 유지하지 않는 것으로 판단된 경우,
상기 제1 보상모드가 상기 인덕터의 측정전류의 정방향을 기준으로 선택되었던 경우, 상기 인덕터의 측정전류의 역방향을 기준으로 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건을 만족하는 제2 보상모드를 선택하고;
상기 제1 보상모드가 상기 인덕터의 측정전류의 역방향을 기준으로 선택되었던 경우, 상기 인덕터의 측정전류의 정방향을 기준으로 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건을 만족하는 제2 보상모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.In clause 7,
The control unit,
If it is determined that the first compensation mode is not maintained,
When the first compensation mode is selected based on the forward direction of the measured current of the inductor, selecting a second compensation mode that satisfies the charging and discharging conditions of the flying capacitor based on the reverse direction of the measured current of the inductor;
When the first compensation mode is selected based on the reverse direction of the measured current of the inductor, the second compensation mode that satisfies the charging and discharging conditions of the flying capacitor is selected based on the forward direction of the measured current of the inductor. DC-DC converter.
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 온(on)시켜 상기 플라잉 커패시터의 전압을 보상하는 상단 보상모드와, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치를 온(on)시켜 상기 플라잉 커패시터의 전압을 보상하는 하단 보상모드 중에서 선택된 제1 보상모드에 기초하여, 상기 플라잉 커패시터가 충전 또는 방전되도록하는 경로를 형성하도록 상기 제1 내지 제4 스위치 중 일부를 선택적으로 스위칭하는 제1 스위칭 과정; 및
상기 플라잉 커패시터의 전압 변화량에 기초하여, 상기 제1 보상모드를 유지할지 여부를 판단하는 과정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.The flying capacitor of the converter is driven to bypass the applied voltage, including first to fourth switches connected in series, an inductor, and a flying capacitor connected in parallel to the series connection circuit of the second switch and the third switch. As a method of compensating for voltage,
An upper compensation mode in which the voltage of the flying capacitor is compensated by turning on the first switch and the third switch, and the voltage of the flying capacitor is compensated by turning on the second switch and the fourth switch. A first switching process of selectively switching some of the first to fourth switches to form a path for charging or discharging the flying capacitor, based on a first compensation mode selected from among the lower compensation modes; and
A process of determining whether to maintain the first compensation mode based on the amount of change in voltage of the flying capacitor.
A flying capacitor voltage compensation method comprising:
상기 플라잉 커패시터 전압의 변화량은,
상기 제1 스위칭 과정으로부터 기설정된 시간이 경과한 이후의 상기 플라잉 커패시터의 전압과 상기 제1 스위칭 과정 이전의 상기 플라잉 커패시터의 전압에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to clause 9,
The amount of change in the flying capacitor voltage is,
A flying capacitor voltage compensation method, characterized in that calculated based on the voltage of the flying capacitor after a preset time has elapsed from the first switching process and the voltage of the flying capacitor before the first switching process.
상기 판단하는 과정은,
상기 제1 스위칭 과정에 의해 상기 플라잉 커패시터가 충전 또는 방전되었는지 여부에 기초하여 상기 제1 보상모드를 유지할지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to clause 9,
The above judgment process is,
A flying capacitor voltage compensation method characterized by determining whether to maintain the first compensation mode based on whether the flying capacitor is charged or discharged by the first switching process.
상기 판단하는 과정은, 상기 플라잉 커패시터가 충전되었다고 판단된 경우, 상기 제1 보상모드를 유지하는 것으로 판단하고,
상기 플라잉 커패시터가 충전되지 않았다고 판단된 경우, 상기 인덕터의 측정전류에 기초하여, 상기 상단 보상모드 및 상기 하단 보상모드 중에서 상기 플라잉 커패시터가 충전되도록 하는 제2 보상모드를 선택하는 과정
을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to clause 11,
In the determining process, when it is determined that the flying capacitor is charged, it is determined to maintain the first compensation mode,
When it is determined that the flying capacitor is not charged, a process of selecting a second compensation mode that allows the flying capacitor to be charged from among the upper compensation mode and the lower compensation mode based on the measured current of the inductor.
A flying capacitor voltage compensation method further comprising:
상기 판단하는 과정은, 상기 플라잉 커패시터가 방전되었다고 판단된 경우, 상기 제1 보상모드를 유지하는 것으로 판단하고,
상기 플라잉 커패시터가 방전되지 않았다고 판단된 경우, 상기 인덕터의 측정전류에 기초하여, 상기 상단 보상모드 및 상기 하단 보상모드 중에서 상기 플라잉 커패시터가 방전되도록 하는 제2 보상모드를 선택하는 과정
을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to clause 11,
In the determining process, when it is determined that the flying capacitor is discharged, it is determined to maintain the first compensation mode,
When it is determined that the flying capacitor is not discharged, a process of selecting a second compensation mode that causes the flying capacitor to discharge from among the upper compensation mode and the lower compensation mode based on the measured current of the inductor.
A flying capacitor voltage compensation method further comprising:
상기 제2 보상모드를 선택하는 과정은,
상기 제1 보상모드가 상기 인덕터의 측정전류의 정방향을 기준으로 선택되었던 경우, 상기 인덕터의 측정전류의 역방향을 기준으로 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건을 만족하는 제2 보상모드를 선택하고;
상기 제1 보상모드가 상기 인덕터의 측정전류의 역방향을 기준으로 선택되었던 경우, 상기 인덕터의 측정전류의 정방향을 기준으로 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건을 만족하는 제2 보상모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to claim 12 or 13,
The process of selecting the second compensation mode is,
When the first compensation mode is selected based on the forward direction of the measured current of the inductor, selecting a second compensation mode that satisfies the charging and discharging conditions of the flying capacitor based on the reverse direction of the measured current of the inductor;
When the first compensation mode is selected based on the reverse direction of the measured current of the inductor, the second compensation mode that satisfies the charging and discharging conditions of the flying capacitor is selected based on the forward direction of the measured current of the inductor. Flying capacitor voltage compensation method.
상기 제2 보상모드를 선택하는 과정은,
상기 제1 스위칭 과정에서의 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건과, 상기 제2 보상모드를 선택하는 과정에서의 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건이 일치하지 않는 경우, 상기 인덕터의 측정전류의 정방향을 기준으로 상기 플라잉 커패시터의 충방전 조건을 만족하는 제2 보상모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to claim 12 or 13,
The process of selecting the second compensation mode is,
If the charging and discharging conditions of the flying capacitor in the first switching process and the charging and discharging conditions of the flying capacitor in the process of selecting the second compensation mode do not match, based on the forward direction of the measured current of the inductor A flying capacitor voltage compensation method characterized by selecting a second compensation mode that satisfies the charging and discharging conditions of the flying capacitor.
상기 제1 스위칭 과정 이후에,
상기 컨버터가 상기 인가되는 전압을 바이패스시키도록, 상기 제1 내지 제4 스위치 중 일부를 선택적으로 스위칭하는 제2 스위칭 과정을 추가로 포함하고,
상기 제2 보상모드를 선택하는 과정 이후에,
상기 선택된 제2 보상모드에 기초하여, 상기 플라잉 커패시터가 충전 또는 방전되도록하는 경로를 형성하도록 상기 제1 내지 제4 스위치 중 일부를 선택적으로 스위칭하는 제3 스위칭 과정
을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라잉 커패시터 전압 보상방법.According to claim 12 or 13,
After the first switching process,
Further comprising a second switching process of selectively switching some of the first to fourth switches so that the converter bypasses the applied voltage,
After the process of selecting the second compensation mode,
A third switching process of selectively switching some of the first to fourth switches to form a path for charging or discharging the flying capacitor, based on the selected second compensation mode.
A flying capacitor voltage compensation method further comprising:
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KR1020210080676A KR102614055B1 (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | DC-DC Converter with Flying Capacitor And Method for Compensating Voltage of Flying Capacitor therefor |
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- 2021-06-22 KR KR1020210080676A patent/KR102614055B1/en active IP Right Grant
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