KR20120003398A - 불감대를 가진 벅-부스트 레귤레이터 - Google Patents

불감대를 가진 벅-부스트 레귤레이터 Download PDF

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KR20120003398A
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조나단 클레인
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Abstract

요구 전압 레벨에 근접한 출력 전압을, 예컨대 가변하는 입력 또는 부하 상태 하에서 효율적으로 조정하도록 구성된 방법 및 장치가 개시된다. 일례로서의 장치는, 입력 전압 또는 출력 전압의 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 경우 레귤레이터의 출력에 전압을 제공하도록 구성된 부스트 제어기와, 입력 전압 또는 출력 전압의 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 경우 레귤레이터의 출력에 전압을 제공하는 벅 제어기를 포함할 수 있다. 또한, 레귤레이터는, 입력 전압 또는 출력 전압의 적어도 하나가 제1 임계 전압과 제2 임계 전압 사이에 있는 때에 레귤레이터의 출력에 입력 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 일례에서, 제1 임계 전압은 제2 임계 전압보다 낮다.

Description

불감대를 가진 벅-부스트 레귤레이터{BUCK-BOOST REGULATOR WITH DEAD BAND}
일반적으로, 배터리에 의해 제공된 전압은 전하가 고갈됨에 따라 하강한다. 부하 상태 또한 배터리 전압이 변동하도록 하는 요인이 될 수 있다. 전자 기기 내의 많은 컴포넌트들은 안정된 전압원을 필요로 하며, 이것이 배터리와 그 부하 간의 전압 조정에 대한 요구를 생성한다. 시스템 컴포넌트에 의해 요구되는 전압이 배터리가 완전히 충전된 때의 전압과 완전히 방전된 때의 전압 사이에 있으며, 전압 레귤레이터를 사용하여 여러 출력 부하 상태에 대해 배터리 전압을 벅(감소) 또는 부스트(증가)시킬 수 있다.
본 명세서는, 예컨대 가변하는 입력이나 부하 상태 하에서, 요구되는 전압 레벨에 가깝게 출력 전압을 효율적으로 조정하도록 구성된 방법 및 장치를 제공한다. 예시적인 장치는, 출력 전압 또는 입력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮을 때 레귤레이터의 출력에 전압을 제공하도록 구성된 부스트 제어기, 및 출력 전압 또는 입력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높을 때 레귤레이터의 출력에 전압을 제공하도록 구성된 벅 제어기를 가진 레귤레이터를 포함할 수 있다. 또한, 이 레귤레이터는, 입력 전압 또는 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 및 제2 임계 전압 사이에 있을 때, 레귤레이터의 출력에 입력 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 제1 임계 전압은 제2 임계 전압보다 낮다.
일례에서, 장치는 공통 인덕터를 공유하는 벅 레귤레이터 및 부스트 레귤레이터를 포함할 수 있다. 벅 레귤레이터의 레귤레이션 레퍼런스은 부스트 레귤레이터의 레귤레이션 레퍼런스 보다 더 높게 설정될 수 있다. 방법의 예에서, 입력 전압과 부하 전류의 조합이 출력 전압을, 벅 제어기가 벅 레귤레이션 레퍼런스에서 레귤레이션을 유지할 수 없는 정도로 감소시킨 때, 벅 제어의 듀티 사이클은 100%가 될 수 있다. 출력 전압이 감소함에 따라, 예컨대 입력 전압 및/또는 출력 부하에서의 추가 감소로 인해, 출력 전압은 부스트 레귤레이션 레퍼런스를 건너고 이로 인해 부스트 레귤레이터가 레귤레이션을 하기 시작하게 된다. 부스트 레귤레이터는 출력 전압을 증가시켜서 출력 전압이 부스트 레귤레이션 레퍼런스 아래로 감소하지 않도록 막을 수 있다.
여기서는 본 특허 출원의 출원 발명의 개요를 제공한다. 본 발명의 배타적이고 완전한 설명을 제공하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 상세한 설명은 본 특허 출원에 관한 추가의 정보를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 장치를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 방법의 흐름도를 개략적으로 보여준다.
도 3의 (a)는 벅-부스트 레귤레이터의 VIN, VOUT 및 스위칭 신호들을 개략적으로 보여준다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시례에 따른 벅-부스트 레귤레이터의 VIN, VOUT 및 스위칭 신호들을 개략적으로 보여준다.
많은 소비자 전자 기기가, 외부의 소스로부터 에너지를 받는 일 없이 기기가 작동할 수 있도록 하는 파워 서플라이를 포함한다. 그러한 파워 서플라이는 배터리와 커패시터를 포함한다. 여러 기기에서, 파워 서플라이는 기기의 수명 기간 동안 지속하도록 설계된다. 몇몇 기기에서, 파워 서플라이는 충전 가능하다. 파워 서플라이는, 파워 서플라이가 기기의 모든 전자 부품을 작동시킬 수 있는 정상 상태 전압을 제공하는 동작 윈도(operating window)을 가지고 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 몇몇 기기에서, 레귤레이터는 파워 서플라이로부터의 에너지를 사용하는 기기의 하나 이상의 부속 컴포넌트의 동작에 기여하는 요구 전압을 제공하는 데에 기여하도록 제공된다. 여러 기기에서, 레귤레이터는, 파워 서플라이로부터의 전압이 기기의 동작을 위해 요구되는 전압이 아니거나 그 전압 범위 내에 있지 않더라도 요구 전압을 제공하는데, 예컨대 입력 파워 서플라이로부터의 전압을 올리거나 부스팅하는 것에 의해, 또는 입력 파워 서플라이로부터의 전압을 내리거나 벅킹하는 것에 의해, 기기의 부속 컴포넌트 또는 기기를 작동시키기 위해 요구 출력 전압을 제공한다.
예컨대, 파워 소스는, 기기가 파워 소스에 저장된 에너지를 사용함에 따라 가변하는 전압 프로파일을 가질 수 있다. 배터리는, 그 배터리 내에 저장된 에너지가 사용됨에 따라 내려가고, 배터리 내에 에너지가 충전됨에 따라 올라가는 전압 프로파일을 가진다. 새 배터리는, 다라서, 기기를 동작시키는 데 필요한 것보다 더 높은 초기 전압을 제공할 수 있다. 에너지가 사용됨에 따라, 배터리 전압은 내려가서 기기를 동작시키는 데 필요한 것보다 낮아진다. 벅/부스트 레귤레이터는, 파워 소스에 의해 공급된 전압이 가변될 수 있더라도, 파워 소스(예컨대, 배터리)의 에너지를 사용하여 기기를 동작시키기 위해 요구되는 전압을 제공할 수 있다. 일정한 동작 전압을 제공하는 것 외에도, 심지어 배터리가 가용 수명 또는 가용 충전 사이클의 종점에 가까워 가더라도, 레귤레이터는 배터리의 에너지가 보다 완전하게 사용될 수 있도록 한다. 다른 전압 프로파일을 가진 파워 서플라이가 본 발명에 따른 전압 레귤레이터와 함께 사용될 수 있으며, 또 여기서 교시하고 시사하고 있는 것은 파워 서플라이의 저장된 에너지가 사용됨에 따라 내려가는 파워 서플라이 전압 프로파일에 한정되지 않음을 이해해야 한다.
다른 예에서, 기기 동작 상태에 의해서도 또한 배터리 또는 충전된 파워 소스의 전압이 가변할 수 있다. 예컨대, 더 많은 전류가 공급됨에 따라 배터리의 전압이 강하하는 것이 일반적이다. 무선 통신 기기에서, 예컨대, 전류 사용량(current draw)은 기기의 송신기가 규칙적으로 작동할 때(예컨대, 기기가 신호를 탐색할 때) 크게 가변될 수 있다. 다른 예에서, 전류는 송신기 주파수에 대해 가변될 수 있다. 파워 서플라이로부터 요구 전류가 가변됨에 따라, 전압도 가변될 수 있어 기기 또는 기기의 부속 컴포넌트의 요구 동작 전압을 유지하기 위한 레귤레이션이 필요하게 된다. 여기서의 기기 또는 기기의 부속 컴포넌트는, 한정되지 않지만, 프로세서, 기능 모듈, 디스플레이, 메모리, 또는 하나 이상의 다른 기기 서브 컴포넌트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일례에서, 벅-부스트 레귤레이터는 가변하는 파워 소스에 의해 전력을 공급받는 기기의 동작 전압을 조정할 수 있다. 일례에서, 벅-부스트 레귤레이터는 부하에 연결된 인덕터를 통과하는 전류를 제어하기 위해 하나 이상의 스위치를 채용할 수 있다. 전류의 제어에 의해, 레귤레이터로의 서플라이 전압이 기기의 요구 동작 전압과 같이 않은 때에, 부하로의 전하를 조정하여 요구 출력 전압을 유지할 수 있다. 레귤레이터로의 서플라이 전압이 요구 동작 전압보다 작으면, 부스트 제어기가 상기한 스위치들 중 하나 이상을 전환하여 인덕터를 통과하는 전류를 유도하여 더 높은 전압을 레귤레이터의 부하에 공급하고, 이로써 서플라이 전압보다 더 높은 동작 전압을 유지한다. 서플라이 전압이 요구 동작 전압보다 크면, 벅 제어기가 상기한 스위치들 중 하나 이상을 전환하여 인덕터를 통과하는 전류를 유도하여 부하를 동작 전압보다 바로 위의 요구 전압을 가하고, 또 일례에서는 부하를 다시 충전하기 전에 부하가 방전하도록 할 수 있다.
서플라이 전압이 요구 동작 전압에 가까워짐에 따라, 벅 제어기 및 부스트 제어기는 스위치들의 제어를 공유하여 일정한 또는 잘 조정된 요구 출력 전압을 유지한다. 그러나, 이들 제어기들이 스위치들의 제어를 공유한 때, 레귤레이터는 스위칭 손실을 가져올 수 있고, 이것은 파워 서플라이의 충전 수명을 현저하게 감소시킬 수 있다.
본 발명자는, 무엇보다도, 서플라이 전압이 요구 동작 전압에 가까운 때 파워 서플라이로부터의 효율적인 조정된 전압을 제공하는 장치 및 방법을 생각해 냈다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 레귤레이터(100)를 나타낸다. 레귤레이터(100)는 부스트 제어기(101), 벅 제어기(102), 및 인덕터(L1)를 통과하는 전류를 제어하는 복수의 스위치들(예컨대, 제1 내지 제4 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4) 등)을 포함한다. 인덕터 전류의 제어에 의해 레귤레이터(100)의 출력(103)에서의 출력 전압(VOUT)을 여러 부하들 아래에서 조절할 수 있다. 일례에서, 레귤레이터(100)는 출력 전압(VOUT)을 조정하는 데에 기여하기 위해 부하 커패시터(COUT)에 연결되도록 구성된다. 다양한 예에서, 레귤레이터는 부하 커패시터(COUT)을 포함한다.
도 1의 예에서, 부스트 제어기(101)는 하나 이상의 스위치(예컨대, Q3, Q4 등)에 연결되어, 입력 전압(VIN)이 요구 출력 전압보다 낮은 때 인덕터(L1)을 통하는 전류를 제어할 수 있다. 벅 제어기(102)는 하나 이상의 스위치(예컨대, Q1, Q2 등)에 연결되어 입력 전압(VIN)이 요구 출력 전압보다 높은 때 인덕터(L1)을 통하는 전류를 제어할 수 있다.
인덕터들의 하나의 성질은 인덕터를 통하는 전류가 변화에 저항한다는 것이다. 예컨대, 벅 제어기(102) 및 부스트 제어기(101)는 이러한 성질을 이용하여 레귤레이터의 출력에서의 전압을 제어하기 위해 인덕터를 통해 흐르는 전류를 개시시키고 그런 다음 방향을 바꿀 수 있다. 일례에서, 레귤레이터(100)는 커패시터를 포함할 수 있고 또는 용량성 부하에 전력을 공급하여 출력 전압(VOUT)의 레귤레이션을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 벅 제어기(102)는 여러 스위치들을 토글링(toggle)시켜 인덕터(L1)를 통해 흐르는 전류를 제어하고 출력 전압(VOUT)을 조정할 수 있다. 예컨대, 충전 사이클에서, 벅 제어기(102)는 제1 및 제3 스위치(Q1, Q3)를 온으로 하여 인덕터(L1)에 흐르는 전류를 개시하거나 유지하고, 입력 전압이 인덕터(L1)(여러 실시예에서는 부하 커패시터(COUT)도)를 충전하는 데에 사용될 수 있다. 충전 사이클의 끝에서, 제1 스위치(Q1)이 오프로 전환되고 제2 스위치(Q2)가 온으로 전환되어, 인덕터(L1)에 흐르는 전류를 감소시키거나 또는 방전시킬 수 있다. 벅 제어기(102)의 방전 사이클 동안의 어느 한 지점에서, 인덕터(L1) 및 커패시터(COUT) 양자는, 이들이 모두 다시 충전될 필요가 있을 때까지 부하에 전류를 공급할 수 있다. 일례에서, 벅 제어기의 충전 사이클 동안, 출력 전압은 요구 출력 전압과 같거나 약간 높은 값으로 될 수 있다. 이러한 시나리오는 보다 높은 입력 전압이 보다 낮은 요구 부하 전압을 공급할 수 있게 한다. 일례로서, 벅 제어기의 충전 사이클 동안, 출력 전압은 요구 출력 전압과 같거나 약간 높은 값으로 될 수 있고, 부하의 커패시턴스는, 출력 전압의 큰 변화없이 부하에 전류가 공급될 수 있도록 충전한다. 추가의 출력 커패시턴스를 추가하여 전압을 조정하는 데에 기여하도록 할 수 있다. 더 높은 입력 전압은 일반적으로 충전 시간을 더 단축시킨다.
부스트 제어기(101)는 여러 스위치들을 토글링하여 입력 전압(VIN)보다 더 높은 요구 출력 전압(VOUT)을 제공한다. 부스트 제어기의 충전 사이클 동안, 인덕터(L1)를 통하는 전류는 제3 스위치(Q3)의 오프와 제1 및 제4 스위치(Q1, Q4)의 온에 의해 증가될 수 있다. 충전 사이클의 끝에서, 인덕터(L1)으로부터의 전류가 제4 스위치(Q4)의 오프와 제3 스위치(Q3)의 온에 의해 그 방향이 바뀌게 된다. 따라서, 충전 사이클 동안, 인덕터(L1)는 충전되고 부하 전류가 출력 커패시터(COUT)에 의헤 공급된다. 방전 사이클 동안, 인덕터(L1)는 방전하고 전류를 출력 커패시터(COUT)와 부하 모두에게 공급한다. 인덕터(L1)가 방전함에 따라, 출력 전압(VOUT)은 인덕터 양단에 걸리는 전압과 입력 전압의 합이 된다.
본 발명자는, 무엇보다, 많은 기존의 벅-부스트 레귤레이터들이 입력 전압이 실질ㅈ거으로 요구 출력 전압과 같은 때에도 계속하여 스위칭하는 것을 인식하였다. 그러한 제어는 출력 전압의 엄격한 레귤레이션을 제공할 수 잇지만, 각 제어기에 의한 스위칭은 실질적인 손실과 연관된다. 또한, 많은 기기가, 엄격하게 조정된 서플라이 전압을 제공받은 때 가능한 한 어느 범위의 서플라이 전압에 걸쳐 아주 효과적으로 또는 거의 효과적으로 동작할 수 있다. 이러한 경우, 입력 전압이 요구 출려 전압에 가까운 때, 많은 기존의 벅-부스트 레귤레이터의 스위칭 동작은, 많은 경우에, 한정된 에너지 공급을 낭비하는 것에 해당한다.
도 1의 레귤레이터(100)는 부스트 제어기(101)를 위한 제1 임계 전압(REF1)과 벅 제어기(102)를 위한 제2 임계 전압(REF2)을 포함한다. 제1 임계 전압(REF1)은 제2 임계 전압(REF2)보다 낮을 수 있고, 이로써 출력 전압(VOUT)이 요구 출력 전압에 가까운 때, 벅 제어기(102)와 부스트 제어기(101)가 스위칭으로 인한 손실이 실질적으로 없도록 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각의 상태를 유지한다. 결과적으로, 레귤레이터(100)는 보다 효율적으로 되며, 입력 전압을 제공하는 한정된 공급은 교체나 충전 전에 보다 오랜 동안 지속될 수 있다. 제1 임계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2)의 차는 출력 전압(VOUT)의 레귤레이션 품질에 관련될 수 있다. 따라서, 제1 임계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2)의 차가 클수록 출력 전압에서의 더 큰 변동을 가져올 수 있다.
여러 실시례에서, 레귤레이터(100)는 가변 주파수 제어기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 가변 주파수 제어기는, 예컨대 스위치들이 인덕터 전류의 펄스폭변조(PWM)를 위해 사용되는 때, 각 스위치를 트리거하는 데에 사용될 수 있다. 일례에서, 스위칭의 빈도는 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2) 사이의 불감대(dead band)에 근접함에 따라 감소될 수 있고, 따라서 스위칭 손실을 저감시키게 된다. 여러 실시례에서, 레귤레이터(100)는 입력 전압 단자와 출력 전압 단자 사이에 연결된 바이패스 스위치(104)를 포함할 수 있다. 바이패스 스위치(104)는 입력 전압이 실질적으로 서플라이 전압과 같은 때 폐쇄되고, 이로써, 예컨대 제1 스위치(Q1), 인덕터(L1) 및 제3 스위치(Q3)와 관련된 저항 손실을 줄일 수 있다. 바이패스 스위치(104)는, 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2) 사이에 있을 때 폐쇄되고, 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2) 사이의 불감대 밖에 있을 때 개방된다. 여러 실시례에서, 벅 제어기 및 부스트 제어기는 하나 이상의 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)을 사용하여 인덕터 전류를 제어한다. 도 1이 레귤레이터(100)의 여러 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)로서 트랜지스터를 보여주고 있지만, 다른 형태의 스위치들, 한정되지는 않지만 다른 형태의 반도체 스위치들도 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 제2 및 제3 스위치(Q2, Q3)는 다이오드로 대체될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따라 요구 출력 전압을 제공하는 방법(200)의 흐름도를 개략적으로 나타낸 것이다. 이 방법(200)은, 202에서 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1)보다 작은 경우, 204에서 부스트 제어기를 사용하여 인덕터 전류를 제어하는 것을 포함한다. 이 방법(200)은, 206에서 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압(REF2)보다 큰 경우, 208에서 벅 제어기를 사용하여 인덕터 전류를 제어하는 것을 포함한다. 이 방법(200)은, 210에서 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1)보다 크고 제2 임계 전압(REF2)보다 작은 경우, 212에서 입력 전압(VIN)을 레귤레이터의 출력에 연결하는 것을 포함한다.
여러 실시례에서, 제1 임계 전압(REF1)은, 제1 및 제2 임계 전압(REF1, REF2) 사이에 불감대를 생성하기 위해 제2 임계 전압(REF2)보다 작게 설정될 수 있다. 출력 전압(VOUT)의 값이 불감대 내에 있으면, 레귤레이터의 스위치들은 입력 전압(VIN)을 레귤레이터의 출력에 연결하는 상태로 유지될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 출력 전압(VOUT)이 요구 출력 전압이거나 또는 그와 근접한 경우, 인덕터 전류의 벅 제어 및 부스트 제어로 인한 스위칭 손실을 최소할 수 있고, 요구 출력 전압을 효율적으로 제공할 수 있다. 출력 전압(VOUT)이 요구 출력 전압이거나 그와 근접한 경우의 스위칭을 최소화함으로써 다른 벅-부스트 레귤레이터에서 종종 나타나는 스위칭 노이즈를 실질적으로 제거할 수도 있다.
예컨대, 레귤레이터의 요구 출력 전압이 약 3.35 볼트이고 레귤레이터에 의해 전력이 공급되는 전자 기기가 공급되는 전압 내에서 적어도 ±1.5% 변동을 가지고 동작할 수 있다고 한다면, 제1 임계 전압(REF1)은 약 3.3 볼트로, 제2 임계 전압(REF2)는 약 3.4 볼트로 설정될 수 있고, 이로써 불감대는 요구 출력 전압에 대해 0.1 볼트로 된다. 전자 기기가 벅-부스트 레귤레이터의 출력 전압 내에서 보다 큰 변동을 허용할 수 있다면, 불감대는 증가될 수 있다. 불감대가 증가하면 보다 효율적인 레귤레이션과 파워 소스를 충전하거나 교체하는 간격이 더 길어지는 결과가 나타난다. 상술한 전압치는 예시적인 것이며, 불감대를 제공하는 다른 요구 출력 전압이나 기준 전압을 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 3의 (a)는 종래의 벅-부스트 레귤레이터의 입력 전압(VIN), 출력 전압(VOUT), 그리고 벅 및 부스트 스위칭 신호들의 예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시례에 따른 벅-부스트 레귤레이터의 입력 전압(VIN), 출력 전압(VOUT), 그리고 벅 및 부스ㅌ 스위칭 신호들의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3의 (a)에서, 부스트 제어기는, 입력 전압(VIN)이 출력 전압(VOUT)보다 낮은 때(예컨대 301 구간에서), 인덕터 전류를 제어하고 요구 출력 전압을 유지하기 위해 스위칭을 트리거한다. 벅 제어기는, 입력 전압(VIN)이 출력 전압(VOUT)보다 높은 때(예컨대, 302 구간에서), 인덕터 전류를 제어하고 요구 출력 전압을 유지하기 위해 스위칭을 트리거한다. 입력 전압(VIN)이 출력 전압(VOUT)과 같거나 근접한 경우, 벅 제어기 및 부스트 제어기 양자는 출력 전압(VOUT)을 유지하도록 스위칭을 트리거한다(예컨대, 303 구간에서).
도 3의 (b)에서, 부스트 제어기는 입력 전압(VIN)이 제1 임계 전압(REF1)보다 낮은 때(예컨대 311 구간에서), 스위칭을 트리거한다. 일례에서, 부스트 제어기는 인덕터 전류를 제어하고 방향을 바꾸어 제1 임계 전압(REF1)과 같거나 근접한 출력 전압(VOUT)을 제공할 수 있다. 여러 실시례에서, 도 1에 도시된 레귤레이터(100)를 사용하여, 부스트 제어기(101)가, 입력 전압(VIN)이 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1) 아래로 떨어지려 할 정도로 낮아진 때, 제1 스위치(Q1)을 온으로 유지하면서 제3 및 제4 스위치(Q3, Q4)를 토글(toggle)할 수 있다. 부스트 제어기는 출력 전압(VOUT)을 제1 임계 전압(REF1)과 비교하여 출력 전압(VOUT)이 제1 임계 전압(REF1) 아래로 떨어지는 시점을 검출할 수 있다.
벅 제어기는 입력 전압(VIN)이 제2 임계 전압(REF2)보다 높은 때 스위칭을 트리거한다(예컨대, 312 구간에서). 일례에서, 벅 제어기는 제2 임계 전압(REF2)과 같거나 근접한 출력 전압을 제공하기 위해 인덕터 전류를 제어하고 방향을 바꿀 수 있다. 여러 실시례에서, 도 1에 도시된 레귤레이터(100)를 사용하여, 벅 제어기(102)가, 입력 전압(VIN)이 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압(REF2) 위로 올라가려 할 정도로 높아진 때, 제3 스위치(Q3)을 온으로 유지하면서 제1 및 제2 스위치(Q1, Q2)를 토글(toggle)할 수 있다. 벅 제어기는 출력 전압(VOUT)을 제2 임계 전압(REF2)과 비교하여 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압(REF1) 위로 올라가는 시점을 검출할 수 있다.
입력 전압(VIN)이 제1 임계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2)의 사이에 있으면, 벅 제어기 및 부스트 제어기는 입력 전압(VIN)을 출력 전압(VOUT)에 연결하고 스위치의 상태를 유지할 수 있다. 입력 전압(VIN)이 출력 전압(VOUT)을 제1 임계 전압(REF1)보다 높게 유지할 정도로 높지만 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압(REF2)에 도달하지는 않게 낮은 경우(예컨대 313 구간에서), 입력 전압(VIN)은 출력 전압(VOUT)에 연결될 수 있다. 많은 실시례에서, 도 1에 도시된 레귤레이터(100)는 바이패스 스위치(예컨대, 바이패스 스위치(104))를 사용하여 하나 이상의 다른 스위치들(예컨대, 제1 내지 제4 스위치(Q1~Q4)) 또는 인덕터들(예컨대 인덕터(L1))을 바이패스할 수 있다. 일례에서, 바이패스 스위치는, 출력 전압이 제1 입계 전압(REF1)과 제2 임계 전압(REF2) 사이의 불감대에 있는 경우(예컨대, 313 구간에서), 입력 전압(VIN)을 출력 전압(VOUT)으로 보다 직접적으로 연결할 수 있다. 레귤레이터에서 손실을 줄임으로써, 한정되지는 않지만, 휴대폰, PDA, 휴대용 미디어 플레이어, 카메라, 캠코더 또는 이들의 조합을 포함하는 휴대용 기기와 같은 기기의 배터리 또는 다른 한정된 전압 공급원의 수명을 연장시킬 수 있다.
일례에서, 출력 전압(VOUT) 및 입력 전압(VIN)은 부하의 전력 요구량이 증가함에 따라 함께 떨어지거나, 부하의 전력 요구량이 감소함에 따라 함께 올라간다. 여러 실시례에서, 입력 전압(VIN)이나 출력 전압(VOUT) 중 하나는 제1 또는 제2 임계 전압(REF1, REF2)과 비교될 수 있고, 레귤레이터는 그 비교의 결과를 이용하여 하나 이상의 스위치의 스위칭을 제어할 수 있다.
상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 이루는 첨부 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면들은, 실례로서, 본 발명의 실시할 수 있는 구체적인 실시예를 나타낸 것이다. 이들 실시례를 여기서는 "예"라고도 한다. 이러한 예들은 도시되거나 설명된 것 외의 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 또한 도시되거나 설명된 요소만이 제공되는 예도 고려한다. 또한, 본 발명자들은 본 명세서에 도시되거나 설명된 특정한 예(또는 하나 이상의 그 측면들)에 대해 또는 다른 예들(또는 하나 이상의 그 측면들)에 대해, 도시되거나 설명된 다른 예(또는 하나 이상의 그 측면들)의 요소들의 임의의 조합 또는 순열을 사용하는 예들도 고려한다.
본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허, 및 특허문헌은 인용에 의해 각기 본 명세서에 포함되는 것처럼, 그 내용 전체는 인용에 의해 여기에 포함된다. 본 명세서와 인용에 의해 포함되는 상기한 문헌들 사이에 사용이 불일치하는 경우, 포함되는 문헌(들)의 용법은 본 명세서의 용법에 대한 보충으로 생각되어야 하며, 양립할 수 없는 불일치의 경우, 본 명세서에서의 사용이 지배한다.
본 명세서에서, "하나"이라는 용어는, 특허문헌에 공통인 것처럼, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 사례 또는 사용과 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하기 위해 사용된다. 본 명세서에서, "또는"이라는 용어는 비배타적인 것, 즉 달리 명시되지 않는 한, "A 또는 B"는 "B가 아니라 A", "A가 아니라 B", 그리고 "A 및 B"를 가리키기 위해 사용된다. 또한 아래의 특허청구범위에서, "포함하는"이라는 용어는 제한을 두지 않는 것이다, 즉, 특허청구범위에서 이 용어 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 또는 프로세스가 여전히 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 게다가, 아래의 특허청구범위에서 "제1", "제2", 및 "제3" 등의 용어는 단지 라벨로서 사용된 것이고, 그 대상에 수치적 요건을 부가하기 위한 것은 아니다.
이상의 기재는 설명하기 위한 것이고, 한정하려는 것은 아니다. 예를 들면, 전술한 예들(또는 하나 이상의 그 측면들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들면 해당 기술분야의 당업자가 이상의 기재를 검토함에 따라, 다른 실시예를 사용할 수 있다. 요약서는 독자로 하여금 개시된 기술 내용을 신속하게 알 수 있도록 하기 위해 제공된다. 요약서는 청구항들의 범위 또는 의미를 해석하거나 한정하는 데 사용되지 않을 것이라는 이해를 바탕으로 제출된다. 또한, 이상의 상세한 설명에서, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간단하게 할 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징은 모든 청구항에 필수적임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 발명의 내용은 특정 개시된 실시예의 모든 특징 이내 있을 수 있다. 따라서, 다음의 특허청구범위는, 개별 실시예인 그 자체에 의거하는 각 청구항과 함께, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 포함되며, 그러한 실시예들은 여러 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위는 청구항들의 등가물의 전 범위와 함께, 첨부된 특허청구범위를 참조하여 정해져야 한다.

Claims (14)

  1. 입력 전압을 받는 입력측과 출력 전압을 제공하는 출력측을 포함하는 레귤레이터를 포함하는 전압 컨버터로서,
    상기 레귤레이터는,
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성된 부스트 제어기와,
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성된 부스트 제어기
    를 포함하고,
    상기 레귤레이터는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 상기 제1 임계 전압 및 상기 제2 임계 전압 사이에 있을 때 상기 출력측에 상기 입력 전압을 제공하도록 구성되며, 여기서 상기 제1 임계 전압은 상기 제2 임계 전압보다 낮은,
    전압 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 제어기는, 상기 출력 전압이 제1 임계 전압보다 낮은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성되어 있고,
    상기 벅 제어기는, 상기 출력 전압이 제2 임계 전압보다 높은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성되어 있으며,
    상기 레귤레이터는 상기 출력 전압이 상기 제1 임계 전압 및 상기 제2 임계 전압 사이에 있을 때 상기 입력 전압을 상기 출력측에 제공하도록 구성되어 있는,
    전압 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 제어기는, 상기 입력 전압이 제1 임계 전압보다 낮은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성되어 있고,
    상기 벅 제어기는, 상기 입력 전압이 제2 임계 전압보다 높은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성되어 있으며,
    상기 레귤레이터는 상기 입력 전압이 상기 제1 임계 전압 및 상기 제2 임계 전압 사이에 있을 때 상기 입력 전압을 상기 출력측에 제공하도록 구성되어 있는,
    전압 컨버터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레귤레이터는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 및 상기 제2 임계 전압 사이에 있을 때에 상기 입력측을 상기 출력측에 연결하도록 구성되어 있는, 전압 컨버터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레귤레이터는 인덕터에 연결되도록 구성된 복수의 스위치를 포함하고,
    상기 부스트 제어기는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 때 상기 입력 전압보다 더 높은 전압을 상기 출력측에 제공하도록, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나를 이용하여 상기 인덕터를 통과하는 전류를 제어하도록 구성되어 있고,
    상기 벅 제어기는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 때 상기 입력 전압보다 더 낮은 전압을 상기 출력측에 제공하도록, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나를 이용하여 상기 인덕터를 통과하는 전류를 제어하도록 구성되어 있으며,
    상기 레귤레이터는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 및 제2 임계 전압 사이에 있을 때 상기 복수의 스위치의 각각의 상태를 유지하도록 구성되어 있는,
    전압 컨버터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 및 제2 임계 전압 사이에 있을 때 상기 입력측을 상기 출력측에 연결하도록 구성된 바이패스 스위치를 더 포함하는 전압 컨버터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 컨버터는 집적 회로를 포함하고, 상기 집적 회로가 상기 레귤레이터를 포함하는, 전압 컨버터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부스트 제어기는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 전압값으로부터 제1 임계 전압으로 접근함에 따라 부스트 스위칭 빈도를 감소시키도록 구성되어 있는, 전압 컨버터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벅 제어기는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 전압값으로부터 제2 임계 전압으로 접근함에 따라 벅 스위칭 빈도를 감소시키도록 구성되어 있는, 전압 컨버터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부스트 제어기는, 상기 출력 전압이 제1 임계치만큼 상기 입력 전압을 초과한 때에 상기 출력측에 전압을 공급하도록 구성되어 있고,
    상기 벅 제어기는, 상기 입력 전압이 제2 임계량만큼 상기 출력 전압을 초과한 때에 상기 출력측에 전압을 공급하도록 구성되어 있으며,
    상기 레귤레이터는, 상기 출력 전압이 상기 제1 임계치만큼 상기 입력 전압을 초과하지 않고 또 상기 입력 전압이 상기 제2 임계량만큼 상기 출력 전압을 초과하지 않은 때, 상기 출력측에 상기 입력 전압을 제공하도록 구성되어 있는,
    전압 컨버터.
  11. 전압 컨버터를 작동시키는 작동 방법에 있어서,
    레귤레이터의 입력측에서 입력 전압을 입력받는 단계, 및
    상기 레귤레이터의 출력측에서 출력 전압을 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 출력 전압을 제공하는 단계는,
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 때에 부스트 제어기를 사용하여 상기 레귤레이터의 출력측에 전압을 제공하는 단계,
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 때에 벅 제어기를 사용하여 상기 레귤레이터의 출력측에 전압을 제공하는 단계, 및
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압과 제2 임계 전압 사이에 있을 때에 상기 레귤레이터의 출력측에 상기 입력 전압을 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 임계 전압은 상기 제2 임계 전압보다 낮은,
    작동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레귤레이터의 출력측에 상기 입력 전압을 제공하는 단계는, 상기 입력측을 상기 출력측에 연결하는 단계를 포함하는, 작동 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 부스트 제어기를 사용하여 상기 레귤레이터의 출력측에 전압을 제공하는 단계는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 때, 상기 입력 전압보다 더 높은 출력 전압을 제공하도록 복수의 스위치 중 적어도 하나를 사용하여 인덕터를 통과하는 전류를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 벅 제어기를 사용하여 상기 레귤레이터의 출력측에 전압을 제공하는 단계는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 때, 상기 입력 전압보다 더 낮은 출력 전압을 제공하도록 복수의 스위치 중 적어도 하나를 사용하여 인덕터를 통과하는 전류를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 레귤레이터의 출력측에 상기 입력 전압을 제공하는 단계는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 및 제2 임계 전압 K이에 있는 때 상기 복수의 스위치 각각의 상태를 유지하는 단계를 포함하는,
    작동 방법.
  14. 시스템으로서,
    제1 단자 및 제2 단자를 가지는 인덕터, 및
    입력 전압을 입력받도록 구성된 입력측과 출력 전압을 제공하도록 구성된 출력측을 포함하는 레귤레이터
    를 포함하고,
    상기 레귤레이터는,
    상기 인덕터의 제1 단자와 상기 레귤레이터의 입력측에 연결된 제1 스위치,
    상기 인덕터의 제1 단자와 그라운드에 연결된 제2 스위치,
    상기 인덕터의 제2 단자와 상기 레귤레이터의 출력층에 연결된 제3 스위치,
    상기 인덕터의 제2 단자와 그라운드에 연결된 제4 스위치,
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압보다 낮은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성된 부스트 제어기, 및
    상기 출력 전압과 상기 입력 전압 중 적어도 하나가 제2 임계 전압보다 높은 때에 상기 출력측에 전압을 제공하도록 구성된 벅 제어기
    를 포함하고,
    상기 레귤레이터는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 및 제2 임계 전압 사이에 있을 때는 상기 입력 전압을 상기 출력측에 제공하도록 구성되고,
    상기 제1 임계 전압은 상기 제2 임계 전압보다 낮은,
    시스템.
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