KR20090018208A - Ｄｃ-ｄｃ 변환기와 이를 구비한 전자 디바이스 및 집적 회로 - Google Patents

Ｄｃ-ｄｃ 변환기와 이를 구비한 전자 디바이스 및 집적 회로 Download PDF

Info

Publication number
KR20090018208A
KR20090018208A KR1020097000269A KR20097000269A KR20090018208A KR 20090018208 A KR20090018208 A KR 20090018208A KR 1020097000269 A KR1020097000269 A KR 1020097000269A KR 20097000269 A KR20097000269 A KR 20097000269A KR 20090018208 A KR20090018208 A KR 20090018208A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter
battery
solid state
electronic device
charge
Prior art date
Application number
KR1020097000269A
Other languages
English (en)
Inventor
데르크 리프만
프레디 루즈붐
페트루스 에이치 엘 노튼
요한 에이치 클루트위즈크
Original Assignee
엔엑스피 비 브이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엔엑스피 비 브이 filed Critical 엔엑스피 비 브이
Publication of KR20090018208A publication Critical patent/KR20090018208A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

DC-DC 변환기를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다. 상기 DC-DC 변환기는 DC-DC 변환용 에너지를 저장하는 적어도 하나의 고체 상태 재충전가능 배터리(B1, B2)와 출력 커패시터(C2)를 포함한다.

Description

ＤＣ-ＤＣ 변환기와 이를 구비한 전자 디바이스 및 집적 회로{CHARGE PUMP DC-DC CONVERTER COMPRISING SOLID STATE BATTERIES}
본 발명은 DC-DC 변환기를 구비한 전자 디바이스에 관한 것이다.
전자 디바이스 또는 집적 회로 내에서 여러 DC 전압이 요구되는 경우, 일반적으로, 전자 디바이스의 특정 요건에 따라 DC 전압을 증폭(boost)하거나 감소시키기 위해서 DC-DC 변환기가 사용된다.
DC-DC 변환기는 용량성 변환 메커니즘(capacitive conversion mechanism)을 위해 커패시터를 사용할 수 있다. 유도성 변환 메커니즘(an inductive conversion mechanism)의 경우, 일반적으로, 스위칭 변환기로부터의 에너지를 저장하는 데에는 코일과 커패시터가 일시적으로 사용된다. 반면, 용량성 변환 기술은 DC-DC 변환에 단지 커패시터만을 필요로 한다. 특히, DC-DC 변환기가 집적회로로서 구현된 경우에, 코일, 커패시터 등의 각각의 소자의 크기는 그러한 소자 내에 저장될 수 있는 에너지의 양이 매우 적도록 제한된다. 따라서, 구성요소의 에너지가 초당 107회까 지 리프레시되도록 스위칭 변환기의 높은 스위칭 주파수가 필요하다. 그러나, 그러한 높은 주파수는 오염되고 간섭 문제를 야기하는 공급 라인 및 EMI에 관해서 상당한 문제점을 가져올 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스위치 커패시터 DC-DC 변환기의 회로도를 도시하고 있다. 본 도면에는, 특히, 전하 펌프 DC-DC 변환기가 도시되어 있다. 커패시터(C1-Cn)는 전압원에 의해 충전될 수 있다. 이어서, 동시에 충전되거나 또는 단일 커패시터로서 충전되며 연속하여 방전되는 다수의 커패시터로 인해, DC-DC 변환기의 출력 전압은 DC-DC 변환기의 입력에서 공급 전압의 정수 배와 동일하다. 또한, DC-DC 변환기의 구현은 출력 전압이 입력 전압의 정수 배가 아니라 유리수(a rational number)인 경우에도 가능할 수 있다.
스위치 커패시터에 기초하여 DC-DC 변환을 수행하는 메커니즘은 유도성 변환기에 비해 소자의 크기가 작다는 점에서 유리하다. 그러나, 높은 효율성을 달성하려면 고정된 변환 단계를 거쳐야만 가능하다. 즉, 변환기는, 배터리 전압이 그것의 정상 값에 있는 경우에, 예컨대, 80%의 효율로 동작할 수 있다. 그러나, 전압이 10%만큼 떨어진다면, 효율은 60%로 떨어질 수 있다.
본 발명의 목적은, 전압이 정상 전압보다 아래에 있을지라도 보다 효율적인 DC-DC 변환기를 구비한 전자 디바이스를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 전자 디바이스 및 청구항 8에 따른 집적회로에 의해 달성된다.
따라서, DC-DC 변환기를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다. DC-DC 변환기는 DC-DC 변환용 에너지를 저장하는 적어도 하나의 고체 상태 재충전가능 배터리와 출력 커패시터를 포함한다. 고체 상태 배터리의 에너지 저장 용량이 스위칭 커패시터의 것보다 훨씬 높기 때문에, DC-DC 변환의 스위칭 주파수는 현저히 감소할 수 있다.
본 발명의 양상에 따르면, 적어도 하나의 고체 상태 배터리는 실리콘 기판 내에 에칭된 세공 어레이(a pore array) 또는 트렌치 어레이(trench array) 내의 박막 배터리(a thin-film battery)로서 구현되거나 또는 멀티스택 평면 배터리(a multi-stack planar battery)로서 구현된다. 따라서, 고체 상태 배터리는 DC-DC 변환기와 동일한 기판 상에 집적될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 고체 상태 배터리는 배터리가 대용량이도록 Li 이온 배터리로서 구현된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, DC-DC 변환기는 제 1 제어 신호에 따라 적어도 하나의 고체 상태 배터리를 충전시키는 제 1 스위치 세트 및 제 2 제어 신호에 따라 적어도 하나의 배터리를 방전시키는 제 2 스위치 세트를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, DC-DC 변환기의 스위칭 주파수는 1Hz보다 작다. 그러한 낮은 스위칭 주파수를 이용하면, 스위칭 손실이 현저히 감소할 수 있다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 고체 상태 재충전가능 배터리와 출력 커패시터를 포함하는 집적된 DC-DC 변환기를 구비하는 집적 회로에 관한 것이다.
본 발명은 또한 DC-DC 변환기에 사용되어 에너지를 저장하는 커패시터를 작은 크기의 배터리로 대체하여 DC-DC 변환용 에너지를 저장하는 아이디어에 관한 것이다. 이것은, 보다 큰 배터리 용량으로 인해 변환기의 스위칭 주파수가 현저히 감소하기 때문에, 즉, DC-DC 변환기가 매우 낮은 스위칭 주파수에서 동작하기 때문에, 특히 유리하다. 또한, 스위칭 리플도 현저히 감소할 수 있다. 더욱이, 스위칭 주파수가 감소할 수 있기 때문에, DC-DC 변환기의 전체 전력 소산(dissipation)이 감소하도록 스위칭 손실도 감소할 것이다. 만일, 예를 들어, 트렌치 배터리가 사용된다면, DC-DC 변환기의 크기는 스위치 커패시터 변환기와 거의 비슷한 크기로 감소할 수 있다.
이제 본 발명의 이점 및 실시예가 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 DC-DC 변환기의 회로도,
도 2는 제 1 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 회로도,
도 3은 제 2 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 회로도,
도 4는 제 3 실시예에 따른 배터리의 전압/충전 특성 그래프,
도 5는 제 1 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 타이밍도,
도 6은 제 4 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 회로도,
도 7은 제 5 실시예에 따른 트랜치 배터리의 개략적인 대표도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 회로도를 도시하고 있다. DC-DC 변환기(전하-펌프)는 그것의 출력단에 제 1 및 제 2 배터리(B1, B2)와 출력 커패시터(C2)를 포함한다. 또한, 회로는 8개의 스위치(S1a, S2a, S3a, S4a, S1b, S2b, S3B, S4b)를 포함한다. 스위치(S1a, S4a, S2b, S3b)는 위상(p)의 클록 신호에 의해 구동되고, 스위치(S2a, S3a, S1b, S2b)는 위상(-p)의 클록 신호를 이용하여 역 위상으로 구동된다. 따라서, 클록 신호의 처음 절반에서는 제 1 배터리(B1)가 부분적으로 충전되면 제 2 배터리(B2)가 부분적으로 충전되고, 클록 신호의 나머지 절반에서는 그 반대가 된다. 출력 커패시터(C2)는 제 1 배터리(B1)와 제 2 배터리9B2) 사이의 전환 동안에 임의의 전압 강하(any voltage-dips)를 회피시키는 데 사용된다. 따라서, 스위치의 제어에 따라서, 제 1 배터리 또는 제 2 배터리 중 어느 하나는 출력단에 연결되고, 나머지 배터리는 입력 전압만큼 충전될 수 있다. 도면에서, 제 1 배터리(B1)는 스위치(S1a, S4a)가 폐쇄되고 스위치(S3a)가 개방될 때 입력 전압(Vin)으로 충전된다. 제 1 배터리는 스위치(S2a)가 개방될 때 출력단으로부터 연결 해제된다. 제 2 배터리는 스위치(S1b, S4b)가 개방되고 스위치(S3b, S2b)가 폐쇄될 때 출력단에 연결된다. 제 2 배터리는 스위치(S1b)가 개방될 때 입력 전압으로부터 연결 해제된다.
배터리(B1, B2)의 대용량으로 인해, DC-DC 변환기의 스위칭 주파수(초당 충전/방전 사이클의 수)는 0.1 Hz 정도의 낮은 값으로 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 리플 값 << 1 ㎷이 용이하게 실현될 정도로, 스위칭 리플이 매우 작 게 만들어질 수 있다(일반적으로, DC-DC 변환기는 약 50 ㎷의 출력 전압 리플을 갖는다).
도 3은 제 2 실시예에 따른 DC-DC 변환기 수단의 블록도를 도시하고 있다. (제 2 실시예 또는 제 4 실시예에 따라 구현될 수 있는) DC-DC 변환기(DC)와는 별도로, 온-오프 제어 회로(OOC) 및 전하 감시 회로(a charge watch-dog circuit: CWD)가 제공된다. 전하 감시 회로(CWD)는 시동 시에 필요하다. 즉, 배터리가 비어 있을 때에는, 2005년에 노튼(Notten) 등이 Journal of Power Sources 145(89-94)에 발표한 "Boost-charging Li-ion batteries: A challenging new charging concept"에 기술된 바와 같은 부스트-충전 알고리즘(a boost-charging concept)이 사용된다 하더라도, 배터리가 급속하게 충분히 충전될 수 없다. 이것을 회피하기 위해서, 예를 들어, DC-DC 변환기가 오프 상태로 스위칭되는 경우에는 초저전력 감시 회로(a very low-power watch-dog circuit)를 부가함으로써, 배터리가 충전 레벨로 유지될 수 있다.
온-오프 제어 신호(OOS)는 온/오프 제어 유닛(OOC)을 구동한다. '오프' 신호가 수신되면, DC-DC 변환기(DC)는 오프 상태로 스위칭된다. 즉, 모든 스위치(S1a, ..., S4b)가 이 '오프' 위치에 놓이고 전하 감시 회로(CWD)가 온 상태로 스위칭된다. '온' 신호가 수신되면, 감시 회로(CWD)는 오프 상태로 스위칭되고 DC-DC 변환기(DC)는 정상 조건 하에서 동작한다.
도 4는 제 3 실시예에 따른 배터리의 전압/충전 특성의 그래프를 도시하고 있다. 도면에서, 배터리의 전압/충전 특성은 적절히 선택된 화학적 작용을 갖는 것으로 도시되어 있다. 배터리 전압은 배터리 내의 전하량에 의존한다. 따라서, 배터리 내의 전하량을 제어함으로써, 배터리 전압은 원하는 값으로 조절될 수 있다. DC-DC 변환기의 입력/출력 비율의 30% 편차는 출력 전압을 일정하게 유지시키면서 (배터리의 소모로 인한) 작은 입력 전압 편차를 보상하는 데에 충분할 수 있다. 그러나, 입력/출력 비율의 편차는 출력 전압이 일정하게 유지될 것이라면 천천히 충전되어야 한다. 이것은 시간당 1보다 높은 스위칭 주파수에 의해 달성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같은 전압 편차는 1시간의 시간 범위 내에 발생할 수 있다.
따라서, 적절한 배터리 화학적 작용에 의해, 가변 출력 전압(즉, 입력 전압의 고정된 배수가 아닌 전압)이 달성될 수 있다.
도 5는 도 2에 따른 DC-DC 변환기의 타이밍도를 도시하고 있다. 도면에는 2개의 제어 신호인 충전용 제어 신호(Pc) 및 방전용 제어 신호(Pd)가 도시되어 있다. 제어 신호의 듀티사이클은 커패시터(또는 배터리)의 방전에 비해 충전 동안에 상이할 수 있다. 커패시터(또는 배터리)를 충전하는 경우에는 스위치(S1a, S3a, S2b, S3b)가 필요하고, 커패시터(또는 배터리)를 방전시키는 경우에는 스위치(S2a, S3a, S2b, S3b)가 필요하다. 따라서, 충전 스위치용 제어 신호(Pc)는 방전 스위치용 제어 신호(Pd)와는 상이할 것이다. 어떠한 출력 전압 제어도 존재하지 않는 경우, 그들 제어 신호는 고정된 관계(예를 들어, Pd=-Pc)를 통해서 간단히 접속될 수 있다. 그러나, 배터리의 전하 상태가 변화될 필요가 있다면, 제어 신호가 조절될 필요가 있다. 출력 전압이 낮아져야 한다면, 충전 사이클의 듀티사이클도 마찬가 지로 낮아져야 한다. 즉, 제어 신호(Pc')가 조절된다. 방전용 제어 신호(Pd)는 변경되지 않은 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라, 배터리는 완전한 충전/방전 사이클 동안에 (평균적으로) 방전된다. 따라서, 보다 낮은 출력 전압이 달성된다. 실례로서, 간단한 제어 신호(Pc)는 신호(Pc)의 듀티사이클을 0으로 변경하기 위한 것이다.
도 6은 제 4 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 회로도를 도시하고 있다. 도면에는 제 1 배터리 및 제 2 배터리(B1, B2)와 출력 커패시터(c2)를 각각의 스위치와 함께 구비하고 있는 도 2의 회로도가 도시되어 있다. 커패시터(또는 배터리) 충전 스위치(S1a, S4a, S1b, S4b)는 제어 신호(Pc)에 의해 제어된다. 커패시터(또는 배터리) 방전 스위치, 즉, 스위치(S2a, S3a, S2b, S3b)는 제어 신호(Pd)에 의해 제어된다. 또한, 입력 신호로서 기준 전압(Verf)과 출력 전압(Vout)을 수신하는 윈도우 비교기(WC)가 제공된다.
클록 신호(clk)(예를 들어, 1 Hz 이하)는 방전 스위치용 신호(Pd)를 생성한다. 커패시터(또는 배터리) 충전 스위치를 구동하는 신호(Pc)는 윈도우 비교기(WC)의 출력에 기초하여 온/오프 상태로 스위칭될 수 있다. 윈도우 비교기(WC)는 소정 윈도우 내의 출력 전압이 필요 기준 전압과 동일한지를 판별한다. 출력 전압이 너무 높으면, 스위치(S)는 개방되고 Pc의 듀티사이클은 0이 된다. 출력 전압이 너무 낮으면, 스위치는 폐쇄되고 0이 아니게 된다.
보다 복잡하고 정교한 방식과 회로가 본 발명의 원리에 기초하여 일어날 수 있음에 유의해야 한다.
위에서 본 발명의 원리가 도 2, 도 4 및 도 6에 도시한 회로와 관련하여 설명되었지만, 배터리, 특히 트렌치 배터리가 커패시터에 기초한 다른 DC-DC 변환기 내의 커패시터 대신에 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 7은 도 2 또는 도 6에 따른 DC-DC 변환기에 사용될 수 있는 제 5 실시예에 따른 트렌치 배터리의 개략적인 대표도를 도시하고 있다. 배터리는 고체 상태 Li 이온 배터리 층 스택으로 구현된다. 이 배터리 층 스택은 Si 기판(100) 내에 에칭된 세공 어레이 또는 트렌치 어레이로서 구현될 수 있다. Si 기판(100)의 상부에는 (예를 들어, Ta 등으로 구성된) 장벽 층(110)이 제공된다. 장벽 층(110) 상에는 비정질 Si(Si)의 층(120)이 제공된다. 그 후, 고체 전해물(LiNbO3 등)의 층(130)과 LiCoO2의 층(140)이 제공된다.
배터리 층이 실리콘 상에 구현되기 때문에, 그들은 종래의 MOS 제조 공정의 상태에서 집적될 수 있다. 또한, 도 7에 따른 배터리와 본 발명에 따른 DC-DC 변환기가 SiP(a system-in-package) 내부에 집적될 수 있다.
그와 같은 고체 상태 배터리의 구조 및 제조는 본 명세서 내에서 참조로서 인용되는 WO 2005/027245 A2에 기술되어 있다.
전술한 DC-DC 회로는 휴대형 디바이스, 예를 들어, 이동 전화기, PDA 등과 같은 배터리 동작형 디바이스에 사용될 수 있다. 높은 안정적 전압이 요구되는 경우, 본 발명에 따른 DC-DC 변환기는, EMI 및 스펙트럼 오염이 회피되기 때문에, LCD 디스플레이 또는 메모리 디바이스, 특히, 이동 전화기에 적용될 수 있다.
커패시터를 소형 배터리, 예를 들어, 트렌치 배터리로 대체함으로써, 변환기의 스위칭 주파수, 즉, 초당 충전/방전 사이클의 수가 0.1 Hz 정도의 낮은 값으로 감소할 수 있다. 스위칭 리플은 매우 작게 만들어질 수 있는데, 본 발명에 따르면, 리플 값 << 1 ㎷이 용이하게 실현된다(일반적으로, DC-DC 변환기는 약 50 ㎷의 출력 전압 리플을 갖는다). 이것은 (가장 관계 있는 애플리케이션에서의) 출력 전압 상의 스위칭 리플이 스위칭 주파수와 임의의 주파수의 혼합으로 인한 스펙트럼 문제를 가져오지 않는다는 현저한 이점을 갖는다.
이 애플리케이션의 경우에서 트렌치 배터리의 사용은 그러한 배터리가 훨씬 높은 스위칭 주파수에서 동작하는 스위치된 커패시터 변환기에 비해 DC-DC 변환기의 크기를 매우 작게 하기 때문에 매우 유리하다. 추가 이점으로서, 스위치는 이들 디바이스에서의 스위칭 손실이 더 많이 감소하게 하는 매우 낮은 주파수에서 동작한다. 일반적인 상황에서, 스위칭 손실은 변환기에서의 손실의 대략 절반을 차지한다. 따라서, 배터리의 품질에 의존하여, 전술한 변환기의 손실은 아마도 표준 변환기의 것의 절반일 것으로 예상될 수 있다.
추가 실시예에서, 멀티스택 평면 배터리가 사용될 수 있다.
전술한 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로서, 당업자라면 첨부한 특허청구범위로부터 벗어나지 않는 수많은 다른 실시예를 설계할 수 있을 것이라는 점에 유의해야 한다. 특허청구범위에서, 괄호 안에 표기된 임의의 참조 부호는 특허청구범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. "포함하는"이라는 용어는 청구항에 나열된 구성요소 또는 단계 이외의 구성요소 또는 단계의 존재를 배제하는 것이 아니다. 구성요소의 단수 표현은 그러한 구성요소가 다수 개 존재함을 배제하는 것이 아니다. 여러 가지 수단을 포괄하는 디바이스 청구항에서, 그러한 수단 중 일부는 동일한 항목의 하드웨어에 의해서 구현될 수 있다. 소정 측정치가 상이한 종속항에 인용된다는 단순한 사실이 그러한 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 표시하는 것이 아니다.
또한, 특허청구범위 내의 임의의 참조 부호는 특허청구범위의 범주를 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

Claims (9)

  1. DC-DC 변환용 에너지를 저장하는 적어도 하나의 고체 상태 재충전가능 배터리(B1, B2)와 출력 커패시터(C2)를 구비한 DC-DC 변환기를 포함하는
    전자 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고체 상태 배터리(B1, B2)는 박막 배터리, 실리콘 기판 내에 에칭된 세공 어레이(a pore array) 내의 박막 배터리(a thin-film battery), 실리콘 기판 내에 에칭된 트렌치 어레이(a trench array) 내의 박막 배터리, 또는 멀티스택 평면 배터리(a multi-stack planar battery)로서 구현되는
    전자 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고체 상태 배터리(B1, B2)는 Li 이온 배터리를 포함하는
    전자 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 DC-DC 변환기는 제 1 제어 신호(Pc)에 따라 상기 적어도 하나의 고체 상태 배터리(B1, B2)를 충전하는 데 사용되는 제 1 세트의 스위치와 제 2 제어 신호(Pd)에 따라 상기 적어도 하나의 배터리(B1, B2)를 방전시키는 데 사용되는 제 2 세트의 스위치를 포함하는
    전자 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC-DC 변환기의 온 및 오프 스위칭을 제어하는 온-오프 제어 유닛(OOC)과,
    상기 DC-DC 변환기가 상기 온-오프 제어 유닛(OOC)에 의해 오프 상태로 스위칭되면 상기 적어도 하나의 배터리(B1, B2)를 충전 레벨로 유지시키는 전하 감시 회로(a watch-dog circuit: CWD)를 더 포함하는
    전자 디바이스.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 신호(Pc)와 상기 제 2 제어 신호(Pd)는 상기 DC-DC 변환기의 출력 전압(Vout)을 조절하도록 독립적으로 제어되는
    전자 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC-DC 변환기의 스위칭 주파수는 1 Hz보다 작은
    전자 디바이스.
  8. DC-DC 변환용 에너지를 저장하는 적어도 하나의 고체 상태 재충전가능 배터리(B1, B2)와 출력 커패시터(C2)를 구비한 DC-DC 변환기를 포함하는
    집적 회로.
  9. DC-DC 변환용 에너지를 저장하는 적어도 하나의 고체 상태 재충전가능 배터리(B1, B2)와 출력 커패시터(C2)를 구비한
    DC-DC 변환기.
KR1020097000269A 2006-06-07 2007-06-01 Ｄｃ-ｄｃ 변환기와 이를 구비한 전자 디바이스 및 집적 회로 KR20090018208A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06300562 2006-06-07
EP06300562.3 2006-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090018208A true KR20090018208A (ko) 2009-02-19

Family

ID=38467943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097000269A KR20090018208A (ko) 2006-06-07 2007-06-01 Ｄｃ-ｄｃ 변환기와 이를 구비한 전자 디바이스 및 집적 회로

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8610404B2 (ko)
EP (1) EP2038990A1 (ko)
JP (1) JP2009540782A (ko)
KR (1) KR20090018208A (ko)
CN (1) CN101467341A (ko)
WO (1) WO2007141722A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102164845A (zh) * 2008-09-30 2011-08-24 Nxp股份有限公司 鲁棒高宽比半导体器件
CN102197479A (zh) 2008-10-30 2011-09-21 Nxp股份有限公司 具有金属膏的基板贯通过孔和重分布层
US8274179B2 (en) * 2009-03-20 2012-09-25 Qualcomm Incorporated Passive differential voltage doubler
US9716428B2 (en) 2010-05-26 2017-07-25 Lionel O. Barthold High voltage capacitive power transformer
DE102010064311A1 (de) * 2010-12-29 2012-07-05 Robert Bosch Gmbh Steuerbarer Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben eines steuerbaren Energiespeichers
EP2533612A1 (de) * 2011-06-10 2012-12-12 Exscitron GmbH LED-Netzteilvorrichtung für nicht-aktivierten Ansteuerzustand
KR20140064781A (ko) 2011-08-17 2014-05-28 사임베트 코퍼레이션 복수-셀 박막 마이크로배터리 어레이
FR2992480B1 (fr) * 2012-06-22 2016-10-21 Renault Sas Dispositif de rechauffement d'une batterie d'accumulateurs d'un vehucule automobile et procede de rechauffement correspondant
WO2014024184A1 (en) * 2012-08-05 2014-02-13 Ben-Gurion University Of The Negev Research & Development Authority A high efficiency resonant switched capacitor converter with continuous conversion ratio
DE102012215755A1 (de) * 2012-09-05 2014-03-06 Robert Bosch Gmbh Niedervoltnetz mit Gleichspannungswandler und Verfahren zum Testen einer Niedervoltbatterie
US9419463B2 (en) * 2012-11-29 2016-08-16 Cymbet Corporation Thin film microbattery charge and output control
CN103532377B (zh) * 2013-10-31 2015-12-23 无锡中感微电子股份有限公司 一种电荷泵装置及使用该装置的电源管理电路
DE102015112512A1 (de) * 2015-07-30 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Einzelmodul, elektrisches Umrichtersystem und Batteriesystem
US10818976B2 (en) 2016-06-29 2020-10-27 International Business Machines Corporation Rechargeable battery
CN106300539B (zh) * 2016-09-12 2018-12-18 南昌黑鲨科技有限公司 一种充电系统及方法
US11233288B2 (en) * 2018-07-11 2022-01-25 International Business Machines Corporation Silicon substrate containing integrated porous silicon electrodes for energy storage devices
US20210057726A1 (en) * 2019-08-23 2021-02-25 Blue Current, Inc. Methods and compositions for solid electrolyte infiltration into active material
FR3121798B1 (fr) 2021-04-09 2023-08-04 Inst Nat Sciences Appliquees Lyon Dispositif de conversion DC-DC à base de batteries
CN114253333B (zh) * 2021-12-16 2023-09-29 乐鑫信息科技（上海）股份有限公司 稳压装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4056764A (en) * 1974-06-03 1977-11-01 Nissan Motor Company, Limited Power supply system having two different types of batteries and current-limiting circuit for lower output battery
US5190496A (en) * 1991-05-01 1993-03-02 Holmes Products Corp. Window fan
US6064178A (en) * 1998-05-07 2000-05-16 Ford Motor Company Battery charge balancing system having parallel switched energy storage elements
US6175214B1 (en) 1998-10-14 2001-01-16 Raytheon Company High voltage power supply using thin metal film batteries
US6197450B1 (en) 1998-10-22 2001-03-06 Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. Micro electrochemical energy storage cells
JP4132382B2 (ja) 1999-04-09 2008-08-13 富士重工業株式会社 電気自動車のバッテリ充電装置
US6504422B1 (en) * 2000-11-21 2003-01-07 Semtech Corporation Charge pump with current limiting circuit
DE10064819A1 (de) 2000-12-22 2002-07-18 Koninkl Philips Electronics Nv Adaptive Phasensteuerung für Ladungspumpen
US6727602B2 (en) 2001-01-29 2004-04-27 Broadcom Corporation Power supply for controlled parallel charging and discharging of batteries
AU2002236420A1 (en) 2002-02-27 2003-09-09 William Tan A power supply
JP4205410B2 (ja) * 2002-11-25 2009-01-07 旭化成株式会社 非水系リチウム型蓄電素子及びその製造方法
US6847126B2 (en) 2003-02-25 2005-01-25 Michelin Recherche Et Technique S.A. System and method for harvesting electric power from a rotating tire's static electricity
WO2005027245A2 (en) 2003-09-15 2005-03-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrochemical energy source, electronic device and method of manufacturing said energy source
GB0416881D0 (en) 2004-07-29 2004-09-01 Koninkl Philips Electronics Nv Apparatus comprising a charge pump and LCD driver comprising such an apparatus
US20060168972A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-03 Fry Warren C Air-conditioning thermostat
CA2602737A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-14 Air Tech Equipment Ltd. Dehumidifying system
US20090242651A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Computime, Ltd. Local Comfort Zone Control

Also Published As

Publication number Publication date
EP2038990A1 (en) 2009-03-25
US20100225278A1 (en) 2010-09-09
WO2007141722A1 (en) 2007-12-13
US8610404B2 (en) 2013-12-17
JP2009540782A (ja) 2009-11-19
CN101467341A (zh) 2009-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090018208A (ko) Ｄｃ-ｄｃ 변환기와 이를 구비한 전자 디바이스 및 집적 회로
CN100511938C (zh) 充电泵电路与具有充电泵电路的电子电路以及用于驱动充电泵电路的方法
US20070091655A1 (en) Switching power supply apparatus provided with series-connected charge pump circuits
US7236046B2 (en) LED bias current control using adaptive fractional charge pump
US9112405B2 (en) Voltage converter with step-down converter circuit and method for converting voltage
US11532987B2 (en) Power conversion circuit, power conversion system and power chip
US20150280553A1 (en) Power Converter With Capacitive Energy Transfer And Fast Dynamic Response
CN101990736A (zh) 自适应增益升压/降压开关电容器直流/直流转换器
CN101119064A (zh) 半导体集成电路以及包括其的电子设备
KR20150088308A (ko) 스위치드 캐패시터 회로들을 위한 펌프 캐패시터 구성
US20170047839A1 (en) Switched Capacitors with Inverted Break-Before-Make without External Filtering Load Capacitor
US11469672B2 (en) Interleaved multi-level buck-boost switching power converter with pulse-width modulation
CN112019052B (zh) 一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片
CN106716805B (zh) 切换式功率级及用于控制切换式功率级的方法
JP2013236545A (ja) 電源システム
US11588391B1 (en) Power conversion structure, system, method, electronic device including power conversion structure, and chip unit
US8723485B2 (en) Power supply system
US20050212493A1 (en) Capacitor system
JP2007089265A (ja) 携帯型電子機器及び携帯型電子機器のバッテリ充電方法
US9197129B2 (en) Boost converter topology for high efficiency and low battery voltage support
KR100907372B1 (ko) 전자 기기
JP2011050209A (ja) スイッチトキャパシタシステムの中間タップを利用した電気二重層キャパシタ電源装置
CN204633599U (zh) 功率电荷泵及使用该功率电荷泵的电源管理电路
TW200402927A (en) Charge pump
JP2011050208A (ja) スイッチトキャパシタシステムの中間タップを利用した出力電圧調整装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application