KR20070023718A - 다중-출력 전압 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중-출력 전압 변환기에 관한 것이다. 본 발명의 기본 생각은 다양한 출력 전력 조건에 적응될 수 있는 다중-출력 변환기를 제공하는 것이다. 컨버터는, 예시적인 실시예에서, 모두 공통 탭핑된 인덕터(301,302)를 공유하는 세 개의 출력을 구비한다. 인덕터 탭은 인덕터의 인덕턴스를 제어하기 위해 채용된다. 큰 인덕턴스는 저전력 대기 작동에 사용되며 작은 인덕턴스는 예컨대, LED 백라이트가 스위칭온될 때 사용된다. 스위치들은, 각각의 변환기 출력들 중 어느 것에 인덕터의 에너지가 전달되는지를 선택하기 위해 변환기 출력에 배열된다.

Description

다중-출력 전압 변환기{MULTIPLE-OUTPUT VOLTAGE CONVERTER}

본 발명은 다중-출력 전압 변환기에 관한 것이다.

많은 전자 디바이스에서, 디바이스의 배터리 전압과 다른 전압이 요구된다. 일례로서, 흑백 이동 전화 디스플레이 모듈은 3개의 다른 출력 전압을 필요로 하는데: 한 전압은 발광 다이오드(LED) 백라이트용이며 2개의 전압은 LCD용이다. 실제로, LED 백라이트가 연결된 출력은 전류원으로 작동되며 전압원으로 작동되지 않는다. 이들 세 개의 전압을 제공하기 위한 최신 회로는, 예를 들어, 3개의 부스트 변환기(boost converters)와 같은 3개의 별도의 변환기의 사용을 포함한다.

그러나, 이들 컨버터 각각은 크고 비용이 드는 인덕터를 필요로 한다. 그러므로, 차세대 디바이스에서, 3개의 출력을 위한 컨버터가 시간-순차적으로 작동되고, 공통의 인덕터를 공유하는 새로운 토폴로지(topology)는 사용될 것이다.

휴대폰 디스플레이 모듈의 전술한 예에서, LED 백라이트는 LCD보다 훨씬 더 많은 전력을 필요로 한다. 대기 모드에서, LED 백라이트는 스위칭오프되며 디스플레이 모듈은 오직 소량의 전력만을 필요로 한다. 디스플레이 모듈은 LED 백라이트가 스위칭온되었을 때 훨씬 더 많은 전력을 필요로 한다. 양자의 경우, 전원은 달성될 긴 대기 시간동안 매우 효율적이여야 한다.

본 발명의 목적은 융통성있고 다른 부하 조건에 대해 효율적인 방법으로 작동하는 전압 변환 회로를 제공하는 것이다. 이 목적은 청구항 제1항에 따라 다중-출력 변환기에 의해 달성된다.

본 발명의 제 1 양상에 따라서, 변환기 입력, 다수의 변환기 출력, 스위칭 장치, 인덕터 및 제 1 스위칭 수단을 포함하는 다중-출력 전압 변환기가 제공된다. 인덕터는 변환기 입력에 연결되고, 인덕턴스가 변환기의 작동동안 제어될 수 있도록 배열된다. 제 1 스위칭 수단은 상기 인덕터에 저장된 에너지를 스위칭 장치로 전송하기 위해 인덕터에 배열되며, 상기 스위칭 장치는 상기 저장된 에너지를 상기 수의 변환기 출력들 중 적어도 하나로 선택적으로 전송하기 위해 변환기 출력에 배열된다.

본 발명의 기본 생각은 다양한 출력 전력 조건에 적응될 수 있는 다중-출력 변환기를 제공하는 것이다. 다수의 출력은 공통 인덕터를 공유한다. 이러한 설계가, 다른 부하 조건하에서 효율적으로 작동하도록 하기 위해 인덕터는 다양한 인덕턴스를 가져야 하는데, 바람직하게는 휴대용 디스플레이 대기 모드와 같은 낮은 전력 작동에 대해서는 큰 인덕턴스를 그리고 LED 백라이트가 스위칭온될 때 휴대용 디스플레이의 그것과 같은 높은 전력 작동에 대해서는 작은 인덕턴스를 가져야 한다.

변환기는, 예시적인 실시예에서, 모두 공통의 탭핑된 인덕터를 공유하는 3개의 출력을 구비한다. 인덕터 탭은 인덕터의 인덕턴스를 제어하기 위해 채용된다. 스위치들은 각 변환기 출력들 중 어느 것에 인덕터의 에너지가 전송될지를 선택하기 위해 변환기 출력에서 배열된다.

본 발명은, 대기 모드에서 매우 낮은 전력을 그리고 백라이트가 턴온되었을 때 높은 전력을 제공해야 하는 휴대용 LCD 디스플레이용 디스플레이 구동기에서 특히 유리하다. 이들 양자의 경우, 높은 효율성을 달성하는 것이 바람직하다. 상기 컨버터가 단일 탭핑된 인덕터와 함께 배열된, 본 발명의 다중-출력 컨버터로, 인덕턴스는 출력 전력 조건으로 최적으로 적응될 수 있으며, 성분 수, 량 및 비용은 최소화된다.

본 발명의 추가적 기능과 이점은 첨부된 청구항과 다음 설명을 보면 명백해질 것이다. 당업자라면 본 발명의 다른 특성들이 다음에 설명된 것 이외의 실시예를 생성하기 위해 결합될 수 있음을 인식할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부한 도면을 참조로 하여 자세히 설명될 것이다.

도 1은 종래 기술의 다중-출력 전압 변환기를 도시한 도면.

도 2는 다른 종래 기술의 다중-출력 전압 변환기를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중-출력 전압 변환기를 도시한 도면.

도 1과 도 2는 전압 입력을 3개의 다른 전압 출력을 변환하는 종래 기술의 해결책을 도시한다. 변환기는 예컨대, 휴대폰과 같은 전자 디바이스에서 응용될 수 있다. 도 1은 각각이 하나의 인덕터(104,105,106)(그 회로는 따라서 3개의 출력을 가짐)를 포함하는 회로를 도시하며, 도 2는 또한 3개의 출력(201,202,203)을 구비하지만, 또한 오직 하나의 단일 인덕터(204)를 포함하는 다른 변환기를 도시한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중-출력 변환기를 도시한다. 이러한 다중-출력 변환기는, 이전에 개설한 것처럼, 흑백 이동 전화 디스플레이 모듈용 다중-출력 전원에서 사용될 수 있다. 이것은 또한 작동의 높은 전력 정상 모드와 작동의 낮은 전력 대기 모드 모두에서 높은 효율성으로 작동해야 하는 기타 이동 전화 하위 시스템 및 기타 휴대용 디바이스용 다중-출력 전원에서 사용될 수 있다.

인덕터는 공통 코어 상에 직렬로 감긴 2개의 권선(windings)(301,302)을 구비한 것으로 도시된다. 인덕터 탭(303)은 인덕터의 인덕턴스를 제어하기 위해 사용된다. 예컨대, 트랜지스터에 의해 구현된, 제 1 스위치(304)는 인덕터를 충전/방전하는데 채용된다.

왼쪽 권선(301)의 권선 회수는 N1이며 오른쪽 권선(302)의 권선 횟수는 N2이다. 오른쪽 권선은 제 2 스위치(305)에 의해 연결 해제될 수 있다. 스위치가 오른쪽 위치, 즉 제 1 상태에 놓인 경우, 2개의 권선들은 직렬로 연결되며 인덕터의 인덕턴스(권선이 이상적으로 연결되었다고 가정)는 AL*(N1+N2)^2이며, AL은 코어의 AL-값이며 단일 권선이 이 코어 상에서 권선되었을 때 획득된 인덕턴스를 표시한다. 스위치가 왼쪽 위치에 있는 경우, 즉 제 2 상태에 있는 경우, 오른쪽 권선(302)은 연결 해제되고 인덕터의 인덕턴스는 AL*N1^2이다. 이러한 인덕턴스는 일반적으로 AL*(N1+N2)^2보다 훨씬 더 작다. 누설 플럭스를 고려하는 경우, 즉, 권선 이 이상적으로 결합되지 않았다고 가정하면, 인덕터의 인덕턴스는 AL*N1^2+ALS1*N1^2(오른쪽 권선이 연결해제될 때) 및 AL*(N1+N2)^2+ALS1*N1^2+ALS2*N2^2(이들 권선이 직렬로 연결될 때)로 표현될 것이다. ALS1과 ALS2는 누설 플럭스에 대해 대응 권선의 "추가적" AL-값을 표시한다. 그러나, 상당히 자주 ALS1과 ALS2가 ALDP 비해 작을 것이다.

이러한 특정 변환기는 임의의 하나 이상의 변환기 출력(들)에 입력 전압을 결합하기 위해 각 출력에 배열된 대응 스위치(306,307,308) 및 3개의 출력을 구비한다.

전력원이 변환기 입력에 적용될 때, 그리고 제 1 스위치(304)가 닫힐 때, 전류는 인덕터를 통해 흐르고, 그 결과, 에너지는 인덕터에 저장된다. 제 2 스위치(305)가 제 2 상태에 놓일 때, 에너지는 인덕터의 오른쪽 권선(302)뿐만 아니라 왼쪽 권선(301)에 저장된다. 제 2 스위치(305)가 제 1 상태에 놓인 경우, 에너지는 오직 왼쪽 권선(301)에 저장된다. 제 1 스위치가 열리고, 출력 스위치(306,307,308)들 중 임의의 하나가 닫혔을 때, 인덕터에 저장된 에너지는 닫힌 출력 스위치에 대응하는 변환기 출력으로 전송된다. 2개 이상의 출력 스위치가 닫힌 경우, 에너지는 대응 변환기 출력으로 전송된다.

본 발명이 특정 예시적인 실시예를 참조로 설명되었다고 해도, 많은 다른 대안, 변형 등이 당업자에게 명백해질 것이다. 그러므로 전술한 실시예들은, 첨부한 청구항에 의해 한정된 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 다중-출력 전압 변환기에 관한 것으로서, 휴대용 LCD용 디스플레이 구동기 등에 이용가능하다.

Claims (7)

1. 다중-출력 전압 변환기로서,

   변환기 입력;

   다수의 변환기 출력;

   스위칭 장치(306,307,308);

   상기 변환기 입력에 연결된 인덕터(301,302)로서, 상기 인덕터는 그 인덕턴스가 상기 변환기의 동작동안 제어될 수 있도록 배열된, 인덕터(301,302); 및

   상기 인덕터에 저장된 에너지를 상기 스위칭 장치로 전달하기 위해 상기 인덕터에서 배열된 제 1 스위칭 수단(304)으로서, 상기 스위칭 장치는 상기 저장된 에너지를 상기 수의 변환기 출력들 중 적어도 하나로 선택적으로 전달하기 위해 상기 변환기 출력에 배열된, 제 1 스위칭 수단(304)

   을 포함하는, 다중-출력 전압 변환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 인덕터(301,302)는 제 1 단자, 제 2 단자 및 탭 단자로 배열되며, 상기 제 1 인덕터 단자는 제 1 변환기 입력 단자에 연결되고, 상기 변환기는:

   상기 제 2 인덕터 단자 또는 상기 탭 단자에 연결된 스위칭 수단(305)을 더 포함하며, 상기 제 2 스위칭 수단은 제 2 변환기 입력 단자에 연결된 상기 제 1 스위칭 수단(304)과 직렬로 연결되고, 상기 제 2 스위칭 수단은 상기 인덕터의 인덕 턴스를 제어하는, 다중-출력 전압 변환기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 스위칭 수단(305)은 제 1 상태에서 상기 제 2 인덕터 단자로 연결되고 제 2 상태에서 상기 탭 단자로 연결되며, 상기 제 2 스위칭 수단은 제 1 상태에서 제 1 인덕턴스 및 제 2 상태에서 제 2 인덕턴스를 갖도록 상기 인덕터(301,302)를 제어하는, 다중-출력 전압 변환기.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 스위칭 장치는 복수의 다른 출력 스위칭 수단(306,307,308)을 포함하며, 이들 스위칭 수단 각각은 제 1 및 제 2 단자를 구비하며, 각 출력 스위칭 수단의 제 2 단자는 상기 제 1 스위칭 수단(305)과 상기 제 1 스위칭 수단(304)과 연결되며, 각각의 출력 스위칭 수단의 제 1 단자는 상기 대응하는 변환기 출력에 연결되는, 다중-출력 전압 변환기.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제 2 스위칭 수단(305)의 제 2 단자는 제 1 상태에서 상기 제 2 인덕터 단자로 연결되며 상기 제 2 상태에서 상기 탭 단자로 연결되며;

   상기 제 2 스위칭 수단의 제 1 단자는 상기 제 1 스위칭 수단(304)의 제 2 단자로 연결되며, 상기 제 1 스위칭 수단의 제 1 단자는 상기 제 2 변환기 입력 단자에 연결되며; 그리고

   상기 제 2 스위칭 수단의 상기 제 1 단자와 상기 제 1 스위칭 수단의 제 1 단자는 각 출력 스위칭 수단(306,307,308)의 제 2 단자에 연결되는, 다중-출력 전압 변환기.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 수단(304,305,306,307,308)은 트랜지스터를 포함하는, 다중-출력 전압 변환기.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 다중-전압 변환기를 포함하는, 휴대용 LCD용 디스플레이 구동기.

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