KR20050009099A - 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터 - Google Patents
강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터에 관한 것으로, 충전 배터리로부터 입력된 직류전압을 변환하여 소정의 직류전원을 출력하는 디씨 컨버터에 있어서, 스위치 반전동작을 수행하여 직류 전력변환 출력하는 강압 및 승압 스위칭수단을 각각 구비하여 소정의 출력전압을 기준으로 상기 강압 또는 승압 스위칭수단 중 하나를 선택적으로 반전 동작시킴으로써, 충전 배터리로부터의 입력 전압이 상기 출력전압보다 낮을 경우에도 직류 전압 컨버터링이 가능함과 아울러 충전 배터리의 잔여용량을 최대한 사용으로 배터리의 사용시간을 증가시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
Description
본 발명은, 전 배터리로부터 입력된 직류전압을 변환하여 소정의 직류전원을 출력하는 디씨 컨버터에 있어서, 특히, 스위치 반전동작을 수행하여 직류 전력변환 출력하는 강압 스위칭수단 및 승압 스위칭수단을 디씨 컨버터에 입력되는 직류전압에 따라 선택적으로 이용하게 하는 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 Buck 디씨 컨버터의 구성을 도시한 회로도로, 예를 들어 충전 배터리 등에서 입력된 직류전원을 인가 받아 각 기기에 소정의 직류전원을 공급하는 스위칭 모드 전원변환장치로서의 일반적인 Buck 디씨 컨버터는, 충전 배터리에서 인가된 방전전원(V_batt)을 입력받는 입력단측에 접속되어 입력전류를 스위칭하는 두 개의 스위칭 소자를 구비하는 강압 스위칭수단(100)과 상기 강압 스위칭부의 스위칭소자를 TTL레벌의 펄스신호로 턴온/턴오프시키는 스위치 제어수단(200)을 포함되어 구성된다.
또한, 상기 디씨 컨버터는, 입력된 전류를 필터링하는 커패시터(13)와 상기 강압스위칭부의 스위칭소자를 통해 출력된 전류를 펼활하는 상기 코일(14) 및 커패시터(15)를 포함하여 구성되며, 상기 스위칭 소자는 MOS 트랜지스터로 각각 보디 다이오드가 구비되어 있다.
그리고, 강압 스위칭수단(100)은, 제 1 스위칭 소자(11)와 제 2 스위칭소자(12)가 직렬 접속되어 제 1 스위칭소자(11)와 제 2 스위칭 소자(12)의 게이트단은 각각 스위칭 제어부(200)에 접속되어 있으며, 상기 스위칭소자의 공통단은 코일과 접속되어, 입력된 전류는 스위칭을 통해 전력이 변화되어 코일과 커패시터에 의해 평활되어 소정의 전압이 출력된다.
한편, 스위칭 제어수단(200)은, 상기 강압 스위칭수단(100)의 각 스위칭소자(11,12)를 교대로 상보 턴온시켜 서로 반전 동작을 제어한다, 상기 제1 스위칭 소자(11)가 턴오프 되는 경우, 출력단자의 출력전압이 커패시터로부터 제 2 스위칭 소자(12)의 보디 다이오드를 경유하여 출력코일에 공급되는 전류에 의해 평활된다.
또한, 제 1 스위칭소자(11) 및 제 2 스위칭 소자(12)는 스위칭 제어부에서 출력되는 게이트전압에 의해 턴온 되며, 상기 제 2 스위칭 소자의 보디 다이오드의 순방행 전압강하에가 거의 제로로 감소된다.
이때. 제 2 스위칭 소자(12)는 제 1 스위칭소자(11)가 턴오프된 이후에 턴온되고, 제 1 스위칭 소자가 다시 턴온되기 전에 턴오프된다. 그러므로, 관통전류는 입력전원단에서 제 1 및 제 2 스위칭소자를 통해 접지로 흐르지 못한다.
전술된 동작을 통해, 출력전압(V_out)은 출력 단자로부터 출력되고, 출력전압의 전압레벨은 스위칭 제어부의 반전제어에 의한 출력신호의 듀티율(duty rate)을 조절함으로써, 일정하게 유지된다.
그러나, 상기와 같은 Buck 컨버터는, 입력 전원을 배터리를 사용할 때, 배터리의 방전으로 인하여 배터리로부터의 입력 전압(V_batt)이 상기 소정의 출력전압(V_out)보다 낮아지게 되어, 출력전압(V_out)은 더 이상 스위칭 반전제어에 의해 소정의 출력전압을 유지할 수 없음과 더불어 소정의 출력전압보다 작은 배터리의 잔여용량을 사용할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 충전 배터리로부터 입력된 직류전압을 변환하여 소정의 직류전원을 출력하는 디씨 컨버터에 있어서, 강압 스위칭수단이외에 승압 스위칭수단을 구비하여, 소정의 출력전압을 기준으로 상기 강압 또는 승압 스위칭수단 중 하나를 선택적으로 반전 동작하게 함으로써, 충전 배터리로부터의 입력 전압이 상기 출력전압보다 낮을 경우도 직류 전압 컨버터링이 가능함과 더불어 충전 배터리의 잔여용량을 최대한 사용으로 배터리의 사용시간을 증가시킬 수 있는 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터를 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.
도 1은 일반적인 Buck 디씨 컨버터의 구성을 도시한 회로도이고,
도 2는 본 발명의 디씨 컨버터의 Buck-Boost 스위칭 모드 구성을 도시한 회로도이고,
도 3은 본 발명의 디씨 컨버터에 있어서, Buck 스위칭 모드가 적용된 디씨 컨버터의 동작을 설명하기 위한 동작도이고,
도 4는 본 발명의 디씨 컨버터에 있어서, Boost 스위칭 모드가 적용된 디씨 컨버터의 동작을 설명하기 위한 동작도이고,
도 5는 본 발명이 적용된 디씨 컨버터에 있어서, 충전 배터리의 방전상태에의 DC 컨버터 동작 범위를 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100, 101 : 강압 스위칭수단 200, 201 : 스위칭 제어부
300 : 승압 스위칭수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터는, 충전 배터리로부터 고전압의 직류 전원을 입력받아 스위치 반전동작을 수행하여 소정의 직류전압레벨로 전력을 변환 출력하는 강압 스위칭수단; 상기 충전 배터리로부터 저전압의 직류 전원을 입력받아 스위치 반전동작을 수행하여 소정의 직류전압레벨로 전력을 변환 출력하는 승압 스위칭수단; 및 상기 강압 또는 승압 스위칭수단 중 하나를 선택적으로 반전 동작시키는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는, 본 발명의 디씨 컨버터의 Buck-Boost 스위칭 모드 구성을 도시한 회로도로, 충전 배터리 등에서 입력된 직류전원을 인가 받아 각 기기에 소정의 직류전원을 공급하는 스위칭 모드 전원변환장치로서의 본 발명의 Buck-Boost 디씨 컨버터는, 충전 배터리에서 인가된 방전전원 입력받는 입력단(V_batt)측에 접속되어 입력전류를 스위칭하는 적어도 두 개이상의 스위칭 소자를 구비하는 강압 스위칭수단(101)과, 상기 두 개의 스위칭 소자의 공통단에 접속되어 있는 코일(13)과, 상기 코일의 다른 끝을 공통단으로 하여 상기 코일에서 인가된 전류를 스위칭하는 두 개의 스위칭소자를 구비하는 승압 스위칭수단(300)과, 상기 각 스위칭소자를 TTL레벌의 펄스신호로 턴온/턴오프시키는 스위치 제어부(201)를 포함되어 구성된다.
또한, 상기 디씨 컨버터는, 충전 배터리에서 방전되어 입력된 전류를 필터링하는 커패시터(13)와 상기 강압 스위칭수단의 스위칭소자를 통해 출력된 전류를 평활하는 상기 코일(14)이외에도 커패시터(15)를 포함하여 구성되며, 상기 스위칭 소자는 MOS 트랜지스터로 보디 다이오드가 각각 구비되어 있다.
그리고, 상기 강압 스위칭수단(101)은, 제 1 스위칭 소자(11)와 제 2 스위칭소자(12)가 직렬 접속되며, 상기 스위칭소자의 공통단은 코일과 접속되고, 제 1 스위칭소자와 제 2 스위칭 소자의 게이트단은 각각 스위칭 제어부(201)에 접속되어 스위칭 제어부의 상보 펄스신호의 턴온/턴오프 제어를 받게 된다.
또한, 상기 승압 스위칭수단(300)은, 제 3 스위칭 소자(31)와 제 4 스위칭소자(41)가 직렬 접속되며, 상기 스위칭 소자의 공통단은 코일과 접속된다, 또한 제 3 스위칭소자와 제 4 스위칭 소자의 게이트단은 각각 스위칭 제어부(201)에 접속되어 스위칭 제어부의 상보 펄스신호의 턴온/턴오프 제어를 받게 된다.
그리고 상기 스위칭 제어부(201)는, 출력전압(V_out)을 인가받아 상기 입력된 전압(V_batt)이 출력전압보다 높을 경우, 상기 소정의 출력전압에 의해 강압 스위칭수단의 제 1 및 제 2 스위칭소자(11, 12)를 교대로 상보 턴온시켜 서로 반전 동작을 제어하며, 상기 출력전압을 기준으로 하여 입력전압이 낮을 경우에는 상기 승압 스위칭수단의 제 3 및 제 4 스위칭소자(31, 32)를 교대로 상보 턴온 시켜 서로 반전 동작을 제어하게 된다.
전술된 동작을 통해, 출력전압(V_out)은 출력 단자로부터 출력되고, 출력전압의 전압레벨은 스위칭 제어부의 출력신호의 듀티율(duty rate)을 조절하여 반전함으로써, 일정하게 유지된다.
도 3은 본 발명의 디씨 컨버터에 있어서, Buck 스위칭 모드가 적용된 디씨 컨버터의 동작을 설명하기 위한 동작도이고, 도 4는 본 발명의 디씨 컨버터에 있어서, Boost 스위칭 모드가 적용된 디씨 컨버터의 동작을 설명하기 위한 동작도로써, 상기 출력전압(V_out)이 일정하게 출력되어, 디씨 컨버터에 입력된 전압(V_batt)이 상기 일정하게 출력전압보다 높을 경우, 도 3과 같이, 스위칭 제어부(201)는 강압 스위칭수단(101)에 교번 펄스폭 신호를 출력하여 반전제어를 함과 더불어, 상기 승압 스위칭수단(300)의 제 3 스위칭 소자(31)는 펄스신호를 유지하여 온되게 하며 제 4 스위칭 소자(32)는 오프하도록 한다.
또한, 디씨 컨버터에 입력된 전압(V_batt)이 상기 소정의 출력전압(V_out)보다 낮아지게 되는 경우, 도 4와 같이, 스위칭 제어부(201)는 승압 스위칭수단(300)에 교번 펄스폭 신호를 출력하여 반전제어를 함과 더불어, 상기 강압 스위칭수단(101)의 제 1 스위칭 소자(11)는 펄스신호를 유지하여 온되게 하며 제 2 스위칭 소자(12)는 오프하도록 한다.
예들 들어, PDA와 같은 모바일 장치의 경우, 3.3 V전원으로 입출력장치 ,기억장치 등에 메인 전원으로 사용하기에, 상기 DC컨버터를 통해 충전 배터리에서 제공되는 전원을 3.3V변환하여 상기 기기에 메인 전원으로 공급한다.
이에, 상기 DC 컨버터의 출력전압인 3.3V를 기준전압으로 하여 충전 배터리에서 입력된 전압이 높은 경우(4.2V~3.4v),상기 스위칭 제어부는, 제 3 스위칭소자를 온상태를 유지하고 4 스위칭 소자는 오프하게 하여 종래의 기술로 기술한 Buck 스위칭 모드가 적용되게 한다,
즉, 제 2 스위칭 소자는 제 1 스위칭소자가 턴오프된 이후에 턴온되고, 제 1 스위칭 소자가 다시 턴온되기 전에 턴오프하게 하여 충전 배터리에서 인가된 입력전류를 스위칭 전력 변환함으로써, 상기 출력전압인 3.3V로 유지하게 한다.
그리고, 상기 DC 컨버터는, 상기 충전 배터리에서 방전된 입력전압이 출력전압인 3.3V보다 낮은 경우, Boost 스위칭 모드가 적용 되게 하여, 스위칭 제어부에 의해 제 1 스위칭 소자를 온상태 및 제 2 스위칭 소자를 오프상태로 되며, 제 4 스위칭 소자는 제 3 스위칭소자가 턴오프된 이후에 턴온되고, 제 3 스위칭 소자가 다시 턴온되기 전에 턴오프된다. 따라서, 관통전류는 전원 입력단에서 각각의 스위칭소자를 통해 접지로 흐르지 못하고, 상기 제 3 및 제 4의 스위칭소자의 스위칭 작용에 의해 전력 변환되며, 상기 코일과 커패시터는 상기 스위칭 제어에 의한 전압변환시에 출력전압을 3.3V로 평활하게 한다.
도 5는 본 발명이 적용된 디씨 컨버터에 있어서, 충전 배터리의 방전상태에의 DC 컨버터 동작 범위를 도시한 것으로, 상기 충전 배터리의 방전전압은 입력받아 출력전압을 3.3V 기준전압으로 하여 상기 입력전압이 높을 경우, 강압스위칭수단을 반전 동작시킴과 더불어 승압 스위칭수단 중 적어도 스위칭 소자를 오프하고, 입력전압이 출력전압보다 낮을 경우, 승압 스위칭수단을 반전 동작시킴과 더불어 강압 스위칭수단 중 적어도 하나의 스위칭 소자를 오프하게 하여 출력전압을 3.3V로 변환하여 출력한다.
따라서, 일반적인 BucK 컨버터에 있어서 컨버터가 구동 가능한 충전 배터리의 방전시간이 A까지라면 본 발명에 따른 디씨 컨버터는 충전 배터리의 셀의 데미지를 주지 않는 수준인 2.7V의 입력전원수준까지 이용할 수 있어 충전 배터리의 방전시간을 B까지 증가시킨다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터는, 충전 배터리로부터 입력된 직류전압을 변환하여 소정의 직류전원을 출력하는 디씨 컨버터에 있어서, 스위치 반전동작을 수행하여 직류 전력변환 출력하는 강압 및 승압 스위칭수단을 각각 구비하여 소정의 출력전압을 기준으로 상기 강압 또는 승압 스위칭수단 중 하나를 선택적으로 반전 동작시킴으로써, 충전 배터리로부터의 입력 전압이 상기 출력전압보다 낮을 경우에도 직류 전압 컨버터링이 가능함과 아울러 충전 배터리의 잔여용량을 최대한 사용으로 배터리의 사용시간을 증가시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (4)
- 충전 배터리로부터 고전압의 직류 전원을 입력받아 스위치 반전동작을 수행하여 소정의 직류전압레벨로 전력을 변환 출력하는 강압 스위칭수단;상기 충전 배터리로부터 저전압의 직류 전원을 입력받아 스위치 반전동작을 수행하여 소정의 직류전압레벨로 전력을 변환 출력하는 승압 스위칭수단; 및상기 강압 또는 승압 스위칭수단 중 하나를 선택적으로 반전 동작시키는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터.
- 제 1항에 있어서,상기 강압 스위칭수단은, 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자를 구비하여, 충전 배터리로부터 입력된 전압이 상기 소정의 전압레벨까지 방전될 때까지, 상기 스위칭 제어수단의 출력신호에 의해 상기 스위칭 소자들을 서로 반전 동작되는 것을 특징으로 하는 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터.
- 제 1항에 있어서,상기 승압 스위칭수단은, 제 3 스위칭 소자와 제 4 스위칭 소자를 구비하여, 상기 입력 직류전압이 상기 소정의 전압레벨에 도달시, 상기 스위칭 제어수단의 출력신호에 의해 상기 스위칭 소자들을 서로 반전 동작되는 것을 특징으로 하는 강압및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터.
- 제 1항 내지 제 3항에 중 어느 한 항에 있어서,상기 제어수단은, 상기 소정의 전압레벨을 기준으로 하여 입력전압이 높을 경우, 강압스위칭수단을 반전 동작시킴과 아울러 승압 스위칭수단 중 적어도 하나의 스위칭 소자를 오프하고, 이후 입력전압이 상기 소정의 전압레벨보다 낮을 경우, 승압 스위칭수단을 반전 동작시킴과 아울러 강압 스위칭수단 중 적어도 하나의 스위칭 소자를 오프하는 것을 특징으로 하는 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터.
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|---|---|---|---|
| KR1020030048355A KR20050009099A (ko) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020030048355A KR20050009099A (ko) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터 |
Publications (1)
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| KR20050009099A true KR20050009099A (ko) | 2005-01-24 |
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| KR1020030048355A KR20050009099A (ko) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | 강압 및 승압 스위칭 기능이 구비된 디씨 컨버터 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101416234B1 (ko) * | 2008-01-11 | 2014-07-07 | 삼성전자주식회사 | 전원 공급 장치 및 이를 구비하는 디지털 영상 처리장치 |
| KR20190105529A (ko) * | 2016-08-05 | 2019-09-17 | 주식회사 아모센스 | 변류기 모듈 및 이를 포함하는 전력 공급 장치 |
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2003
- 2003-07-15 KR KR1020030048355A patent/KR20050009099A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101416234B1 (ko) * | 2008-01-11 | 2014-07-07 | 삼성전자주식회사 | 전원 공급 장치 및 이를 구비하는 디지털 영상 처리장치 |
| KR20190105529A (ko) * | 2016-08-05 | 2019-09-17 | 주식회사 아모센스 | 변류기 모듈 및 이를 포함하는 전력 공급 장치 |
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