KR20180136649A - Step-Up/Step-Down DC-DC converter using flying capacitor and control method threror - Google Patents

Step-Up/Step-Down DC-DC converter using flying capacitor and control method threror Download PDF

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Abstract

A step-up/step-down DC-DC converter using a flying capacitor and a control method thereof are disclosed. According to the present invention, there is only one switch in a current path through which a main current flows through an inductor during a step-up/step-down operation. According to the present invention, higher power efficiency can be obtained in comparison with a conventional converter, thereby increasing battery usage time and having a smaller die area. The step-up/step-down DC-DC converter includes an input part; an output part; and a conversion part.

Description

플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법{Step-Up/Step-Down DC-DC converter using flying capacitor and control method threror}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor,

본 발명은 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 승압/강압 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재하는 컨버터 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor and a control method thereof. More particularly, the present invention relates to a step- And methods.

스마트폰, 태블릿 등의 스마트 기기는 통상 전력 관리 반도체(Power Management IC : PMIC)를 사용하고 있다. 전력 관리 반도체(PMIC)는 제한된 배터리 용량에서 스마트 기기로 필요한 전력을 효율적으로 분배하는 반도체이다. 이에 따라, 전력 관리 반도체(PMIC)는 배터리를 사용하고 있고 그 크기가 점차 작아지고 있는 스마트 기기의 성능과 효율을 높이기 위해 필수적으로 사용되고 있다.Smart devices such as smart phones and tablets usually use power management ICs (PMICs). Power Management Semiconductors (PMICs) are semiconductors that efficiently distribute the required power to smart devices at limited battery capacity. As a result, power management semiconductors (PMICs) have been used to increase the performance and efficiency of smart devices that use batteries and are becoming smaller in size.

도 1은 종래의 리튬 이온 배터리의 방전 특성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a discharge characteristic of a conventional lithium ion battery.

도 1을 참조하면, 스마트 기기에 주로 사용되는 리튬 이온 배터리의 전압은 충전 상태(State-Of-Charge : SOC)에 따라 최대 4.2V에서 최소 2.7V까지 사용자가 스마트 기기를 사용함에 따라 점차 감소하게 된다. 그러나, 스마트 기기 내의 대부분의 회로에서는 전원 전압으로 3.4V 정도의 전압을 요구하고 있다. 스마트 기기의 배터리 전압은 점차 방전됨에 따라, 스마트 기기의 배터리 전압은 스마트 기기 내에서 필요로 하는 전원 전압보다 높거나 낮은 전압을 가지게 될 수 있다.Referring to FIG. 1, the voltage of a lithium ion battery used mainly in a smart device gradually decreases as a user uses the smart device from a maximum of 4.2 V to a minimum of 2.7 V according to a state-of-charge (SOC) do. However, most circuits in smart devices require a voltage of about 3.4 V as the power supply voltage. As the battery voltage of the smart device is gradually discharged, the battery voltage of the smart device may become higher or lower than the power supply voltage required in the smart device.

이전에는 주로 강압형 컨버터(Step-Down Converter), 즉 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 만들어주는 컨버터를 사용하여 배터리 전압이 스마트 기기 내부에서 요구하는 전압보다 높을 경우에만 배터리를 이용하는 방식을 적용하였다. 다시 말하면, 배터리 전압이 스마트 기기에서 원하는 전압보다 낮을 경우에는 스마트 기기의 사용에 제한이 발생되게 된다.Previously, we mainly used a battery using a step-down converter, ie, a converter that produces an output voltage lower than the input voltage, only when the battery voltage is higher than the voltage required in the smart device. In other words, when the battery voltage is lower than the desired voltage in the smart device, the use of the smart device is limited.

이러한 문제를 해결하기 위해, 배터리 전압이 스마트 기기 내부에서 원하는 전압보다 낮을 때에도 원하는 전압을 만들어 줄 수 있도록 승압/강압형 컨버터(Step-Up/Step-Down Converter)를 이용하고 있다.To solve this problem, a step-up / step-down converter is used so that a desired voltage can be generated even when the battery voltage is lower than a desired voltage in the smart device.

도 2는 종래의 승압/강압형 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a conventional step-up / step-down type converter.

도 2의 (a)를 참조하면, 종래의 승압/강압형 컨버터는 1개의 인덕터(L)와 4개의 스위치(S1, S2, S3, S4)로 이루어진다.Referring to FIG. 2A, the conventional step-up / step-down type converter includes one inductor L and four switches S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 .

종래의 승압/강압형 컨버터의 강압(Step-Down) 동작에서는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 스위칭하며 원하는 전압을 만들게 된다. 이때, 제3 스위치(S3)는 항상 도통(turn-on)되어 있고, 제4 스위치(S4)는 사용하지 않는다.In the step-down operation of the conventional step-up / step-down type converter, the first switch S 1 and the second switch S 2 are switched as shown in FIG. 2 (b) do. At this time, the third switch S 3 is always turned on and the fourth switch S 4 is not used.

그리고, 종래의 승압/강압형 컨버터의 승압(Step-Up) 동작에서는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)가 스위칭하며 원하는 전압을 만들게 된다. 이때, 제1 스위치(S1)는 항상 도통(turn-on)되어 있고, 제2 스위치(S2)는 사용하지 않는다.In the step-up operation of the conventional step-up / step-down type converter, the third switch S 3 and the fourth switch S 4 are switched as shown in FIG. 2 (c) . At this time, the first switch S 1 is always turned on and the second switch S 2 is not used.

그러나, 종래의 승압/강압형 컨버터는 크게 2가지의 단점을 가지고 있다.However, the conventional step-up / step-down type converter has two disadvantages.

첫 번째, 부하(Load)로 공급되는 메인 전류(main current)는 인덕터(L)를 거쳐서 흐르는데, 종래의 승압/강압형 컨버터는 구조의 태생적인 이유로 인해 메인 전류가 인덕터(L)와 직렬로 연결된 2개의 스위치를 거쳐서 부하로 공급되게 된다. 결과적으로, 2개의 스위치 저항으로 인한 전도 손실(conduction loss)이 발생하여 전력 효율(power efficiency)이 떨어지게 된다. 그리고, 이 전도 손실을 줄이기 위해서는 스위치의 도통 저항을 줄여야 하고, 이는 스위치 크기가 커지게 된다. 즉, 칩(chip) 면적의 증가를 가져오게 된다. 하지만, 스위치의 크기가 커지게 되면, 스위치를 구동하기 위한 전력이 커지게 되므로(스위칭 loss 증가) 전체적인 전력 효율이 안좋게 된다.First, the main current supplied to the load flows through the inductor L, and the conventional step-up / step-down converter has a main current connected in series with the inductor L And is supplied to the load through two switches. As a result, a conduction loss due to the two switch resistances is generated and the power efficiency is lowered. In order to reduce the conduction loss, the conduction resistance of the switch must be reduced, which increases the switch size. That is, the chip area is increased. However, if the size of the switch becomes larger, the power for driving the switch becomes larger (the switching loss increases), and the overall power efficiency becomes worse.

두 번째, 종래의 승압/강압형 컨버터 구조는 배터리 특성에 적합하지 않다. 배터리의 공칭 전압(nominal voltage)은 3.4V 이상의 값(배터리 제조사마다 상이하지만, 대부분 3.5V ~ 3.7V의 공칭 전압을 가짐)을 유지한다. 즉, 배터리 전압은 시스템 온 칩(System On Chip, SOC)에 따라 상이하지만, 대부분은 스마트 기기 내부에서 원하는 전압보다 높은 전압을 가지게 되고, 이는 승압(Step-Up) 동작을 해야하는 배터리 전압 영역은 매우 좁다는 것을 의미한다. 하지만, 종래의 승압/강압형 컨버터는 이 좁은 영역에서 승압(Step-Up) 동작을 하기 위해, 배터리 가용 저압 대부분의 영역에서 수행되는 강압(Step-Down) 동작 시 낮은 효율을 가지게 된다. 즉, 메인 전류가 2개의 스위치를 통해 흐르기 때문에 강압(Step-Down) 동작 시 낮은 효율을 가져오게 된다. 이에 따라, 종래의 승압/강압형 컨버터 구조는 배터리 가용 전압 대부분의 영역에서 낮은 효율을 가져오게 되고, 결과적으로 배터리 가용 시간을 늘리기에는 제한이 있게 된다. 또한, 승압(Step-Up) 동작 시에는 인덕터(L)의 평균 전류값이 부하 전류보다 커지게 되는 특성이 있어, 스위치에서 발생하는 전도 손실을 더욱 커지게 된다. 즉, 승압(Step-Up) 동작 시의 인덕터 전류의 평균값은 스위칭 듀티에 비례하고, 강압(Step-Down) 동작 시의 인덕터 전류의 평균값은 부하 전류와 같은 값이 되게 된다.Second, the conventional boost / buck converter structure is not suitable for battery characteristics. The nominal voltage of the battery maintains a value of 3.4V or more (which varies from battery manufacturer to battery, most of which has a nominal voltage of 3.5V to 3.7V). In other words, although the battery voltage differs depending on the system on chip (SOC), most of the battery voltage has a higher voltage than the desired voltage in the smart device. This is because the battery voltage region in which the step- It means that it is narrow. However, the conventional step-up / step-down type converter has a low efficiency in the step-down operation performed in most of the low-voltage region for the battery to perform the step-up operation in this narrow region. That is, since the main current flows through the two switches, the efficiency is lowered in the step-down operation. Thus, the conventional voltage step-up / step-down converter structure has a low efficiency in most areas of the available voltage of the battery, and as a result, there is a limit to increase the battery usable time. Further, at the time of the step-up operation, the average current value of the inductor L becomes larger than the load current, so that the conduction loss generated in the switch becomes larger. That is, the average value of the inductor current during the step-up operation is proportional to the switching duty, and the average value of the inductor current during the step-down operation becomes equal to the load current.

따라서, 메인 전류가 흐르는 경로(path)에 2개의 스위치가 존재하는 것은 큰 전력 손실을 가져오게 되고, 결과적으로 낮은 효율을 가지게 된다.Therefore, the existence of two switches in the path along which the main current flows leads to a large power loss, resulting in low efficiency.

한국공개특허 제2002-0044092호 (도낀 가부시끼가이샤) 2002. 6. 14. 특허문헌 1은 대칭 DC/DC 컨버터로서, 특허문헌 1에는 하나 이상의 스위칭 수단이 각각 입력 스위치 및 출력 스위치로 사용되고, 하나 이상의 스위칭 수단이 역으로 각각 출력 스위치 및 입력 스위치로 사용되는 방식으로 스텝업 컨버터 및 스텝다운 컨버터로 작동하는 내용이 개시되어 있다.Patent Document 1 discloses a symmetric DC / DC converter. In Patent Document 1, at least one switching means is used as an input switch and an output switch, respectively, and one Up converter and a step-down converter in such a manner that the above switching means are used as output switches and input switches, respectively.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 승압/강압 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor in which only one switch is present in a current path through which the main current flows through an inductor during a step-up / step-down operation, There is.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터는, 입력부; 출력부; 및 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 상기 출력부로 전달하고, 입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 변환부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor, comprising: An output section; And a conversion unit for transferring the current to the output unit through a current transfer path through one switch during the step-up or step-down of the input power supply, .

상기 변환부는 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 인덕터는 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며, 상기 제1 스위치는 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 스위치는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 제3 스위치는 일단이 상기 인턱터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제4 스위치는 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 플라잉 커패시터는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결될 수 있다.Wherein the inductor is connected to one end of the input unit and the other end is connected to one end of the output unit, and the inductor is connected to one end of the inductor, the inductor, the flying capacitor, Wherein the first switch is located between the input unit and the inductor and has one end connected to one end of the input unit and the other end connected to one end of the inductor and the second switch has one end connected to the other end of the first switch, And the other end of the inductor is connected between one end of the inductor and the other end of the inductor is connected between the other end of the input section and the other end of the output section, Wherein one end of the fourth switch is connected to the other end of the third switch and the other end of the flying capacitor, One end of the flying capacitor is connected between the other end of the first switch and one end of the inductor, and the other end of the flying capacitor is connected between the other end of the inductor and the other end of the inductor, And one end of the fourth switch.

상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.The converting unit may be driven in a step-down operation mode in which the inductor is charged with current and the current charged in the inductor is transmitted to the output unit, in order to step down the power source input through the input unit and transfer it to the output unit.

상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되며, 상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.Wherein the converting unit turns on the first switch and turns off the second switch, the third switch, and the fourth switch to charge the current to the inductor through a power source input through the input unit, The second switch is turned on so that the current charged in the inductor is transmitted to the output unit after the driving in the first sub-step-down operation mode, , The third switch and the fourth switch are turned off in a second sub-step-down operation mode.

상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.The converting unit charges the current to the flying capacitor to transfer the current to the output unit during the charging of the flying capacitor to boost the power supplied to the input unit and to transfer the current to the output unit, The inductor is charged with a current through the inductor, and the current is transferred to the output during charging of the inductor.

상기 변환부는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되며, 상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.The first switch and the fourth switch are turned on to charge the current to the flying capacitor through a power source input through the input unit and to transfer the current to the output unit during charging of the flying capacitor, Up operation mode in which the first switch and the second switch are turned off and the second switch and the third switch are turned off, and after driving in the first sub-step-up operation mode, a current charged in the flying capacitor is supplied to the inductor The third switch is turned on and the first switch, the second switch, and the fourth switch are turned off so as to charge the current and deliver current to the output portion during charging of the inductor And may be driven in the second sub-step-up operation mode.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법은, 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 출력부로 전달하는 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법으로서, 입력되는 전원을 승압 또는 강압하는 단계; 및 입력되는 전원의 승압 또는 강압 이후, 승압 또는 강압된 전원을 상기 출력부로 전달하는 단계;를 포함하며, 입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 것으로 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control method of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor, including: a step-up / step-down DC / DC converter for boosting or stepping down a power source input through an input unit, A method for controlling a DC converter, comprising steps of: stepping up or stepping down an input power source; And a step of transmitting a stepped up or stepped down power source to the output unit after the step-up or step-down of the input power source, wherein a current is supplied to the output unit through a current path through one switch during the step- .

상기 승압/강압형 직류-직류 컨버터는 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 인덕터는 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며, 상기 제1 스위치는 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 스위치는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 제3 스위치는 일단이 상기 인턱터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제4 스위치는 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며, 상기 플라잉 커패시터는 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결될 수 있다.Wherein the step-up / step-down DC-DC converter includes an inductor, a flying capacitor, a first switch, a second switch, a third switch and a fourth switch, the inductor having one end connected to one end of the input unit, Wherein the first switch is connected to one end of the inductor, the first switch is connected between the input part and the inductor, one end is connected to one end of the input part, the other end is connected to one end of the inductor, And the other end of the inductor is connected between the other end of the input unit and the other end of the output unit, and the third switch has one end connected between the other end of the inductor and one end of the output unit, And the other end is connected between one end of the fourth switch and the other end of the flying capacitor, and one end of the fourth switch is connected to the other end of the third switch And one end of the flying capacitor is connected between the other end of the first switch and one end of the inductor, and the other end of the flying capacitor is connected between the other end of the input capacitor and the other end of the output part, And may be connected between the other end of the third switch and one end of the fourth switch.

상기 전원의 승압 또는 강압 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함할 수 있다.The step-up or step-down of the power source is driven in a step-down operation mode in which a current is charged in the inductor and a current charged in the inductor is transmitted to the output unit, in order to step down the power input through the input unit and transfer it to the output unit Step < / RTI >

상기 강압 동작 모드 구동 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계; 및 상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계;를 포함할 수 있다.Wherein the step-down operation mode driving step turns on the first switch and the second switch, the third switch, and the fourth switch to charge the current to the inductor through a power source input through the input unit, Down operation mode in which the first sub-step-down operation mode is turned off; And after the driving of the first sub-step-down operation mode, the second switch is turned on to transfer the current charged in the inductor to the output unit, and the first switch, the third switch, Step-down operation mode for turning off the first sub-step-down operation mode.

상기 전원의 승압 또는 강압 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함할 수 있다.The step-up or step-down of the power source charges a current to the flying capacitor to boost the power input through the input unit to the output unit, and transmits a current to the output unit during charging of the flying capacitor. And a step-up operation mode in which current is charged to the inductor through a current charged in the capacitor, and a current is transmitted to the output during charging of the inductor.

상기 승압 동작 모드 구동 단계는 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계; 및 상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계;를 포함할 수 있다.Wherein the step-up operation mode driving step includes charging the current to the flying capacitor through a power source input through the input unit and delivering a current to the output unit during charging of the flying capacitor, A first sub boost operation mode in which the first switch and the second switch are turned on and the second switch and the third switch are turned off; And after the driving of the first sub-step-up operation mode, the third switch is turned on to charge the current through the current charged in the flying capacitor and to deliver the current to the output during charging of the inductor and driving the first switch, the second switch, and the fourth switch in a second sub-step-up operation mode in which the first switch, the second switch, and the fourth switch are turned off.

본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법에 의하면, 승압(Step-Up)/강압(Step-Down) 동작 시 인덕터를 통해 메인 전류가 흐르는 전류 전달 경로에 1개의 스위치만 존재함으로써, 종래의 컨버터 대비 더 높은 전력 효율을 얻을 수 있고, 이에 따라 배터리 사용 시간을 증대시킬 수 있다.According to the step-up / step-down operation of the step-up / step-down DC / DC converter and the method of controlling the step-up / step-down DC / DC converter using the flying capacitor according to the present invention, Since there are only two switches, higher power efficiency can be obtained as compared with the conventional converter, and thus the battery use time can be increased.

또한, 배터리 특성 상 승압(Step-Up) 동작을 요구하는 배터리 상태는 상대적으로 짧은 시간이므로, 해당 구간에 적절한 효율을 가지도록 설계하면 승압(Step-Up) 동작 시 필요한 스위치들(본 발명에 따른 제3 스위치와 제4 스위치)을 더 작게 설계할 수 있어, 더 작은 칩 면적(die area)을 가질 수 있다.In addition, since the battery state requiring the step-up operation is relatively short in the battery characteristic, if it is designed to have a proper efficiency in the corresponding section, the switches necessary for the step-up operation The third switch and the fourth switch) can be designed smaller and can have a smaller die area.

도 1은 종래의 리튬 이온 배터리의 방전 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 승압/강압형 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 직류-직류 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이ㄷ다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 구현한 칩의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능 실험 시 측정한 파형을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 전력 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a view showing a discharge characteristic of a conventional lithium ion battery.
2 is a view for explaining a conventional step-up / step-down type converter.
3 is a block diagram illustrating a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the configuration of the DC-DC converter shown in FIG.
5 is a view for explaining a step-down operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a voltage step-up operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining an example of a step-down operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining an example of a voltage step-up operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining an example of a chip implementing a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is a graph showing waveforms measured during a performance test of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
11 is a diagram for explaining power efficiency of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
12 is a diagram for explaining the performance of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of controlling a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to the present invention and a control method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터에 대하여 설명한다.First, a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시한 직류-직류 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a block diagram for explaining a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the configuration of the DC- FIG. 5 is a view for explaining a step-down operation mode according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view for explaining a step-up operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터(이하 '컨버터'라 한다)(100)는 전원이 입력되는 입력부(110), 입력되는 전원을 승압 또는 강압하는 변환부(130) 및 승압 또는 강압된 전원을 전달받아 외부 소자로 전달하는 출력부(150)를 포함한다.3, a step-up / step-down DC-DC converter (hereinafter referred to as a converter) 100 using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention includes an input unit 110 for receiving power, And an output unit 150 that receives the step-up or step-down power and transfers the step-up or step-down power to the external device.

즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 승압 또는 강압하여 출력부(150)로 전달한다. 이때, 변환부(130)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 메인 전류(main current)를 전달한다.That is, the converting unit 130 steps up or down the power supplied to the input unit 110, that is, the battery voltage, and transmits the voltage to the output unit 150. At this time, the converting unit 130 transfers the main current to the output unit 150 through the current path through the one switch during the step-up or step-down of the input power, that is, the battery voltage.

이를 위해, 도 4를 참조하면, 변환부(130)는 인덕터(I1), 플라잉 커패시터(C1), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.4, the converting unit 130 includes an inductor I1, a flying capacitor C1, a first switch SW1, a second switch SW2, a third switch SW3, (SW4).

인덕터(I1)는 일단이 입력부(110)의 일단과 연결되고, 타단이 출력부(150)의 일단과 연결된다.One end of the inductor I1 is connected to one end of the input unit 110 and the other end is connected to one end of the output unit 150. [

제1 스위치(SW1)는 입력부(110)와 인덕터(I1) 사이에 위치하여, 일단이 입력부(110)의 일단과 연결되고, 타단이 인덕터(I1)의 일단과 연결된다.The first switch SW1 is located between the input unit 110 and the inductor I1 and has one end connected to one end of the input unit 110 and the other end connected to one end of the inductor I1.

제2 스위치(SW2)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(110)의 타단과 출력부(150)의 타단 사이에 연결된다.The second switch SW2 has one end connected between the other end of the first switch SW1 and one end of the inductor I1 and the other end connected between the other end of the input unit 110 and the other end of the output unit 150. [

제3 스위치(SW3)는 일단이 인턱터(I1)의 타단과 출력부(150)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제4 스위치(SW4)의 일단과 플라잉 커패시터(C1)의 타단 사이에 연결된다.The third switch SW3 has one end connected between the other end of the inductor I1 and one end of the output unit 150 and the other end connected between the end of the fourth switch SW4 and the other end of the flying capacitor C1 .

제4 스위치(SW4)는 일단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 플라잉 커패시터(C1)의 타단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(110)의 타단과 출력부(150)의 타단 사이에 연결된다.The fourth switch SW4 has one end connected between the other end of the third switch SW3 and the other end of the flying capacitor C1 and the other end connected between the other end of the input unit 110 and the other end of the output unit 150 .

플라잉 커패시터(C1)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 제4 스위치(SW4)의 일단 사이에 연결된다.The flying capacitor C1 has one end connected between the other end of the first switch SW1 and one end of the inductor I1 and the other end connected between the other end of the third switch SW3 and one end of the fourth switch SW4 do.

보다 자세하게 설명하면, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력부(150)로 전달되는 출력 전압보다 크면, 변환부(130)는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.More specifically, if the power input through the input unit 110, that is, the battery voltage, is greater than the output voltage delivered to the output unit 150, the conversion unit 130 may be driven in the step-down operation mode.

즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 강압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 인덕터(I1)에 전류를 충전하고 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달하는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 변환부(130)는 제1 서브 강압 동작 모드 및 제2 서브 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.That is, the converting unit 130 charges the current to the inductor I1 and supplies the inductor I1 to the inductor I1 in order to reduce the battery voltage, which is input through the input unit 110, And may be driven in a step-down operation mode for transferring the current to the output unit 150. [ For this, the converting unit 130 may be driven in the order of the first sub-step-down operation mode and the second sub step-down operation mode.

변환부(130)는 제1 스위치(SW1)는 온(on)시키고 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전할 수 있다.The converting unit 130 generates a first sub-step-down operation mode in which the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2, the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned off, Lt; / RTI > Accordingly, the inductor (I1) can be charged with the current through the power source, that is, the battery voltage inputted through the input unit (110).

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되면, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)을 통해 인덕터(I1)를 충전하게 된다. 이 경우, 제1 스위치(SW1)만 도통(turn-on)되어 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)와 인덕터(I1)에 직렬로 연결된 제1 스위치(SW1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력부(150)로 흐르게 된다.5 (a), when the converting unit 130 is driven in the first sub-step-down operation mode, the inductor I1 (I1) through the power source input through the input unit 110, that is, the battery voltage V BAT , . In this case, only the first switch SW1 is turned on. Accordingly, the main current flows to the output unit 150 through the current transfer path including the inductor I1 and the first switch SW1 connected in series to the inductor I1.

그리고, 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 변환부(130)는 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.After the driving in the first sub step-down operation mode, the converting part 130 turns on the second switch SW2 and turns on the first switch SW1, the third switch SW3 and the fourth switch SW4, Down operation mode for turning off the second sub-step-down operation mode. Accordingly, the current charged in the inductor (I1) can be transmitted to the output unit (150).

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되면, 인덕터(I1)에 충전된 전류가 출력부(150)로 전달되게 된다. 이 경우, 제2 스위치(SW2)만 도통(turn-on)되어 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)와 인덕터(I1)에 직렬로 연결된 제2 스위치(SW2)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력부(150)로 흐르게 된다.5B, when the converting unit 130 is driven in the second sub-step-down operation mode, the current charged in the inductor I1 is transferred to the output unit 150. FIG. In this case, only the second switch SW2 is turned on. Accordingly, the main current flows to the output unit 150 through the current transfer path including the inductor I1 and the second switch SW2 connected in series to the inductor I1.

이에 반면, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력부(150)로 전달되는 출력 전압보다 작으면, 변환부(130)는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.On the other hand, if the power input through the input unit 110, that is, the battery voltage, is less than the output voltage transmitted to the output unit 150, the conversion unit 130 can be driven in the boost operation mode.

즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 승압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하며, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전하고, 인덕터(I1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 변환부(130)는 제1 서브 승압 동작 모드 및 제2 서브 승압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.That is, the converting unit 130 charges the current to the flying capacitor C1 to boost the voltage, that is, the battery voltage, input through the input unit 110, and transmits the voltage to the output unit 150, A current is charged to the inductor I1 through the current charged in the flying capacitor C1 and a current is supplied to the output unit 150 during the charging of the inductor I1 Up operation mode in which the operation mode is switched. For this, the converting unit 130 may be driven in the order of the first sub step-up operation mode and the second sub step-up operation mode.

변환부(130)는 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.The converting section 130 performs a first sub boosting operation for turning on the first switch SW1 and the fourth switch SW4 and turning off the second switch SW2 and the third switch SW3 Mode. Accordingly, the flying capacitor C1 may be charged with the current through the input unit 110, that is, the battery voltage, and the current may be transmitted to the output unit 150 during the charging of the flying capacitor C1.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되면, 플라잉 커패시터(C1)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)과 병렬로 연결되어 배터리 전압(VBAT)만큼 충전된다. 이와 동시에, 인덕터(I1)와 인덕터(I1)에 연결된 제1 스위치(SW1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력부(150)로 흐르게 된다. 이 경우, 제1 스위치(SW1)와 제4 스위치(SW4)만 도통(turn-on)되어 있다.6A, when the converting unit 130 is driven in the first sub step-up voltage operation mode, the flying capacitor C1 is connected to the power source, that is, the battery voltage V BAT And is charged by the battery voltage V BAT . At the same time, the main current flows to the output unit 150 through the current transfer path including the inductor I1 and the first switch SW1 connected to the inductor I1. In this case, only the first switch SW1 and the fourth switch SW4 are turned on.

그리고, 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 변환부(130)는 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전할 수 있다.After the driving of the first sub step-up voltage operation mode, the converting part 130 turns on the third switch SW3 and turns on the first switch SW1, the second switch SW2 and the fourth switch SW4 May be driven in the second sub-step-up operation mode for turning off the first sub-step-up operation mode. Thus, current can be charged to the inductor I1 through the current charged in the flying capacitor C1.

도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 변환부(130)가 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되면, 플라잉 커패시터(C1)가 직류 전원처럼 동작하여, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)를 충전하게 된다. 이 경우, 제3 스위치(SW3)만 도통(turn-on)되어 있다. 이에 따라, 메인 전류(main current)가 인덕터(I1)와 제3 스위치(SW3) 사이에만 흐르게 된다. 그리고, 부하로 흐르는 전류는 출력부(150)에 구비된 출력 커패시터로부터 빠져 나가게 된다.6B, when the converting unit 130 is driven in the second sub step-up voltage operation mode, the flying capacitor C1 operates as a direct current power source, so that the current charged in the flying capacitor C1 So that the inductor I1 is charged. In this case, only the third switch SW3 is turned on. Thus, the main current flows only between the inductor (I1) and the third switch (SW3). The current flowing to the load is removed from the output capacitor provided in the output unit 150.

그러면, 도 7 및 도 8을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 동작 모드에 대하여 설명한다.7 and 8, the operation mode of the step-up / step-down DC-DC converter using the flying capacitor according to the preferred embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining an example of a step-down operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.

컨버터(100)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력단으로 전달되는 출력 전압, 즉 외부에서 원하는 전압보다 크면, 컨버터(100)는 강압 동작 모드로 구동된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off) 상태로 하고, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 스위칭하며 온(on) 상태로 하여 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.Converter 100 is driven in a step-down operation mode if the input power, that is, the battery voltage, is greater than the output voltage to be delivered to the output stage, i.e., the desired voltage from the outside. 7, the converter 100 turns off the third switch S 3 and the fourth switch S 4 and turns off the first switch S 1 and the second switch S 4 , (S 2 ), and can be driven in the step-down operation mode.

보다 자세하게는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제1 스위치(S1)는 온(on)시키고 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되어, 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)을 통해 인덕터를 충전하게 되고, 인덕터와 인덕터에 직렬로 연결된 제1 스위치(S1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력단으로 흐르게 된다.More specifically, as shown in FIG. 7A, the converter 100 turns on the first switch S 1 and turns on the second switch S 2 , the third switch S 3 , The fourth switch S 4 is driven in the first sub step-down operation mode to charge the inductor through the input power source, that is, the battery voltage V BAT , and the inductor is connected to the inductor in series. The main current flows to the output terminal through the current transfer path made up of one switch S 1 .

그리고, 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제2 스위치(S2)는 온(on)시키고 제1 스위치(S1), 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되어, 인덕터에 충전된 전류가 출력단으로 전달되게 되고, 인덕터와 인덕터에 직렬로 연결된 제2 스위치(S2)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력단으로 흐르게 된다.7 (b), the converter 100 turns on the second switch S 2 and turns on the first switch S 1 and the second switch S 2 as shown in FIG. 7 (b) The third switch S 3 and the fourth switch S 4 are driven in the second sub step-down operation mode in which the current charged in the inductor is transmitted to the output terminal and the inductor and the inductor are connected in series The main current flows to the output terminal through the current transfer path including the second switch S 2 .

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining an example of a voltage step-up operation mode according to a preferred embodiment of the present invention.

컨버터(100)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압이 출력단으로 전달되는 출력 전압, 즉 외부에서 원하는 전압보다 작으면, 컨버터(100)는 승압 동작 모드로 구동된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제2 스위치(S2)는 오프(off) 상태로 하고, 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)와 제3 스위치(S3)를 스위칭하며 온(on) 상태로 하여 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.The converter 100 is driven in the step-up operation mode when the input power, that is, the battery voltage is smaller than the output voltage to be delivered to the output terminal, that is, the desired voltage from the outside. 8, the converter 100 turns off the second switch S 2 and turns off the first switch S 1 and the fourth switch S 4 and the third switch S 2 , switching (S 3) and can be driven at a voltage step-up operation mode in the on (on) state.

보다 자세하게는, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)는 온(on)시키고, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되어, 플라잉 커패시터(CB)는 입력되는 전원, 즉 배터리 전압(VBAT)과 병렬로 연결되어 배터리 전압(VBAT)만큼 충전되고, 이와 동시에 인덕터와 인덕터에 연결된 제1 스위치(S1)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 출력단으로 흐르게 된다.More specifically, the converter 100 turns on the first switch S 1 and the fourth switch S 4 and turns on the second switch S 2 , as shown in FIG. 8 (a) and a third switch (S 3) is turned off (off) the first sub is driven by voltage step-up operation mode, the flying capacitor (C B) is connected to the input power, that is, the battery voltage (V BAT) and in parallel to the battery voltage ( V BAT ). At the same time, the main current flows to the output terminal through the current transfer path including the inductor and the first switch S 1 connected to the inductor.

그리고, 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 컨버터(100)는 제3 스위치(S3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되어, 플라잉 커패시터(CB)가 직류 전원처럼 동작하여, 플라잉 커패시터(CB)에 충전된 전류를 통해 인덕터를 충전하게 되고, 인덕터와 인덕터에 연결된 제3 스위치(S3)로 이루어진 전류 전달 경로를 통해 메인 전류(main current)가 흐르게 되며, 부하로 흐르는 전류는 출력단에 구비된 출력 커패시터로부터 빠져 나가게 된다.8 (b), the converter 100 turns on the third switch S 3 and turns on the first switch S 1 as shown in FIG. 8 (b) , The second switch S 2 and the fourth switch S 4 are turned off so that the flying capacitor C B acts as a direct current power source and the flying capacitor C B The main current flows through the current transfer path including the inductor and the third switch S 3 connected to the inductor and the current flowing to the load is supplied to the output terminal The output capacitor is removed.

그러면, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능에 대하여 설명한다.The performance of the step-up / step-down DC-DC converter using the flying capacitor according to the preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 9 to 12. FIG.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터를 구현한 칩의 일례를 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining an example of a chip implementing a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 컨버터(100)를 실제 칩의 구현한 결과, 도 9에 도시된 바와 같이 작은 크기로 구현이 가능한 것을 확인할 수 있다. 180nm BCDMOS 프로세스를 이용하여 본 발명에 따른 컨버터(100)를 칩으로 구현한 결과, 칩의 크기는 4.17mm X 1.36mm이다. 여기서, 도 9에 도시된 ① ~ ④는 power swithches 및 gate drivers이며, ⑤는 control stage & current sensor이다.As a result of implementation of the actual chip of the converter 100 according to the present invention, it can be confirmed that the converter 100 can be implemented in a small size as shown in FIG. As a result of implementing the converter 100 according to the present invention on a chip using a 180 nm BCDMOS process, the size of the chip is 4.17 mm X 1.36 mm. 9 to 9 are power swithches and gate drivers, and 5 is a control stage & current sensor.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능 실험 시 측정한 파형을 나타내는 도면이다.10 is a graph showing waveforms measured during a performance test of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

출력 전압을 승압(Step-Up) 동작 모드 또는 강압(Step-Down) 동작 모드에 관계없이 3.4V로 전부 고정하고, 본 발명에 따른 컨버터(100)의 파형을 측정한 결과는 도 10과 같다.The output voltage was fixed to 3.4V in all, regardless of the step-up operation mode or the step-down operation mode, and the waveform of the converter 100 according to the present invention was measured.

보다 자세하게는, 도 10의 (a)는 입력 전압(즉, 배터리 전압)이 4.2V이고, 부하 전류가 500mA일 때 측정된 파형이다. 이때, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 입력 전압이 출력 전압보다 높기 때문에 강압(Step-Down) 동작 모드로 구동되게 된다.More specifically, Fig. 10A is a waveform measured when the input voltage (i.e., battery voltage) is 4.2V and the load current is 500mA. At this time, the converter 100 according to the present invention is driven in a step-down operation mode because the input voltage is higher than the output voltage.

그리고, 도 10의 (b)는 입력 전압(즉, 배터리 전압)이 2.7V이고, 부하 전류가 400mA일 때 측정된 파형이다. 이때, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 입력 전압이 출력 전압보다 낮기 때문에 승압(Step-Up) 동작 모드로 구동되게 된다.10 (b) is a waveform measured when the input voltage (i.e., battery voltage) is 2.7 V and the load current is 400 mA. At this time, the converter 100 according to the present invention is driven in a step-up operation mode because the input voltage is lower than the output voltage.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 전력 효율을 설명하기 위한 도면이다.11 is a diagram for explaining power efficiency of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 컨버터(100)의 전력 효율(power efficiency)을 실험한 결과는 도 11과 같다. 즉, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 96.56%의 최대 전력 효율(입력 전압=3.5V, 부하 전류=1A인 경우)과 86.07%의 최소 전력 효율(입력 전압=2.7V, 부하 전류=2A인 경우)을 보이는 것을 확인할 수 있다.The power efficiency of the converter 100 according to the present invention is shown in FIG. That is, converter 100 according to the present invention has a maximum power efficiency of 96.56% (input voltage = 3.5V, load current = 1A) and a minimum power efficiency (input voltage = 2.7V, load current = 2A ) Is displayed.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 성능을 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining the performance of a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 컨버터(100)의 성능을 실험하기 위해, 종래의 컨버터들과 대비하여 효율을 실험하였다. 여기서, 종래의 컨버터들은 입력 전원으로 리튬 이온 배터리를 이용하고, 벅-부스트 토폴로지(buck-boost topology)로 이루어진다. 그리고, 비교 1은 논문 「X.-E. Hong, et al., "98.1%-Efficiency Hysteretic-Current-Mode Non-Inverting Buck-Boost DC-DC Converter with Smooth Mode Transition," IEEE Trans. Power Electron., vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2016.」에 기재된 컨버터이다. 비교 2는 논문 「S. Rao, et al., "A 1.2A Buck-Boost LED Driver with 13% Efficiency Improvement Using Error-Averaged SenseFET-Based Current Sensing," ISSCC, pp. 238-240, Feb. 2011.」에 기재된 컨버터이다. 비교 3은 논문 「P. Malcovati, et al., "A 0.18μm CMOS 91%-Efficiency 0.1-To-2A Scalable Buck-Boost DC-DC Converter for LED Drivers," ISSCC, pp. 280-282, Feb. 2012.」에 기재된 컨버터이다.In order to test the performance of the converter 100 according to the present invention, efficiency was tested in comparison with conventional converters. Here, conventional converters use a lithium ion battery as an input power source and are made up of a buck-boost topology. Comparisons 1 are described in the article " X.-E. &Quot; 98.1% -Efficiency Hysteretic-Current-Mode Non-Inverting Buck-Boost DC-DC Converter with Smooth Mode Transition, " IEEE Trans. Power Electron., Vol. PP, no. 99, pp. 1-1, 2016. " The comparison 2 is described in the paper " S. Rao, et al., "A 1.2A Buck-Boost LED Driver with 13% Efficiency Improvement Using Error-Averaged SenseFET-Based Current Sensing," ISSCC, pp. 238-240, Feb. 2011. " Comparative 3 is described in the paper " P. Malcovati, et al., "A 0.18 μm CMOS 91% -Efficiency 0.1-To-2A Scalable Buck-Boost DC-DC Converter for LED Drivers," ISSCC, pp. 280-282, Feb. 2012. "

비교 1 내지 비교 3은 각각 부하 전류의 조건이 상이하므로, 같은 입력 전압 조건에 대해 최대 효율을 기준으로 본 발명에 따른 컨버터(100)와 비교를 하였다.Comparisons 1 to 3 are different from the converter 100 according to the present invention on the basis of the maximum efficiency for the same input voltage condition since the conditions of the load current are different from each other.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 비교 1 내지 비교 3에 비해 넓은 입력 전압(즉, 배터리 전압) 조건에서 더 높은 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 12, the converter 100 according to the present invention has higher efficiency at a wide input voltage (i.e., battery voltage) condition than that of the comparative example 1 to the comparative example 3. FIG.

그러면, 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.A control method of the step-up / step-down DC-DC converter using the flying capacitor according to the preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of controlling a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 입력 전압, 즉 배터리 전압이 출력 전압보다 크면(S110-Y), 컨버터(100)는 강압 동작 모드로 구동된다(S130). 즉, 컨버터(100)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 강압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 인덕터(I1)에 전류를 충전하고 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달하는 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 컨버터(100)는 제1 서브 강압 동작 모드 및 제2 서브 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.Referring to FIG. 13, when the input voltage, that is, the battery voltage is greater than the output voltage (S110-Y), the converter 100 is driven in the step-down operation mode (S130). That is, the converter 100 charges the current to the inductor I1 and supplies the current I1 to the inductor I1 in order to reduce the battery voltage, which is input through the input unit 110, To the output unit 150. In this case, To this end, the converter 100 may be driven in the order of the first sub-step-down operation mode and the second sub step-down operation mode.

보다 자세히 설명하면, 컨버터(100)는 제1 스위치(SW1)는 온(on)시키고 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전할 수 있다.More specifically, the converter 100 controls the first switch SW1 and the second switch SW2 so that the first switch SW1 is turned on and the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned off, And can be driven in the sub step-down operation mode. Accordingly, the inductor (I1) can be charged with the current through the power source, that is, the battery voltage inputted through the input unit (110).

그리고, 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 컨버터(100)는 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 인덕터(I1)에 충전된 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.After the driving in the first sub step-down operation mode, the converter 100 turns on the second switch SW2, and the first switch SW1, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 are turned on Down operation mode for turning off the first sub-step-down operation mode. Accordingly, the current charged in the inductor (I1) can be transmitted to the output unit (150).

이에 반면, 입력 전압, 즉 배터리 전압이 출력 전압보다 작으면(S110-N), 컨버터(100)는 승압 동작 모드로 구동된다(S150). 즉, 컨버터(100)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 승압하여 출력부(150)로 전달하기 위해, 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하며, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전하고, 인덕터(I1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달하는 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이를 위해, 컨버터(100)는 제1 서브 승압 동작 모드 및 제2 서브 승압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.On the other hand, if the input voltage, that is, the battery voltage is smaller than the output voltage (S110-N), the converter 100 is driven in the step-up operation mode (S150). That is, the converter 100 charges the current flowing through the input capacitor 110, that is, the battery voltage, to the output unit 150, and supplies the current to the flying capacitor C1. The current is charged to the output unit 150 during charging and the current is charged to the inductor I1 through the current charged in the flying capacitor C1 and the current is transmitted to the output unit 150 during charging of the inductor I1 Up operation mode. To this end, the converter 100 may be driven in the order of the first sub-step-up operation mode and the second sub step-up operation mode.

보다 자세히 설명하면, 컨버터(100)는 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원, 즉 배터리 전압을 통해 플라잉 커패시터(C1)에 전류를 충전하고, 플라잉 커패시터(C1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.More specifically, the converter 100 switches the first switch SW1 and the fourth switch SW4 on and the second switch SW2 and the third switch SW3 off 1 sub-step-up operation mode. Accordingly, the flying capacitor C1 may be charged with the current through the input unit 110, that is, the battery voltage, and the current may be transmitted to the output unit 150 during the charging of the flying capacitor C1.

그리고, 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 컨버터(100)는 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 플라잉 커패시터(C1)에 충전된 전류를 통해 인덕터(I1)에 전류를 충전하고, 인덕터(I1)의 충전 도중에 전류를 출력부(150)로 전달할 수 있다.After the driving in the first sub boosting operation mode, the converter 100 turns on the third switch SW3 and turns on the first switch SW1, the second switch SW2, and the fourth switch SW4, Step-down operation mode in which the first sub-boosting operation mode is turned off. Accordingly, the inductor I1 can be charged with current through the current charged in the flying capacitor C1, and the current can be delivered to the output unit 150 during charging of the inductor I1.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the appended claims.

100 : 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터,
110 : 입력부, 130 : 변환부,
150 : 출력부100: step-up / step-down DC-DC converter using flying capacitor,
110: input unit, 130: conversion unit,
150:

Claims (12)

입력부;
출력부; 및
상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 상기 출력부로 전달하고, 입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 변환부;
를 포함하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.An input unit;
An output section; And
A converting unit for transferring current from the input unit to the output unit through a current transfer path through one switch during the step-up or step-down of the input power supply,
Up / step-down type DC / DC converter using a flying capacitor. 제1항에서,
상기 변환부는, 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고,
상기 인덕터는, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며,
상기 제1 스위치는, 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고,
상기 제2 스위치는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며,
상기 제3 스위치는, 일단이 상기 인턱터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고,
상기 제4 스위치는, 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며,
상기 플라잉 커패시터는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.The method of claim 1,
Wherein the converting unit includes an inductor, a flying capacitor, a first switch, a second switch, a third switch, and a fourth switch,
Wherein the inductor has one end connected to one end of the input unit and the other end connected to one end of the output unit,
Wherein the first switch is disposed between the input unit and the inductor and has one end connected to one end of the input unit and the other end connected to one end of the inductor,
The second switch has one end connected between the other end of the first switch and one end of the inductor and the other end connected between the other end of the input unit and the other end of the output unit,
The third switch has one end connected between the other end of the inductor and one end of the output section and the other end connected between one end of the fourth switch and the other end of the flying capacitor,
The fourth switch has one end connected between the other end of the third switch and the other end of the flying capacitor and the other end connected between the other end of the input unit and the other end of the output unit,
Wherein the flying capacitor is connected between one end of the first switch and one end of the inductor and the other end is connected between the other end of the third switch and one end of the fourth switch, Type DC to DC converters. 제2항에서,
상기 변환부는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.3. The method of claim 2,
Wherein the conversion unit is driven in a step-down operation mode for charging the current to the inductor and delivering the current charged in the inductor to the output unit in order to step down the power input through the input unit and transfer it to the output unit, A step - up / step - down DC - DC converter. 제3항에서,
상기 변환부는,
상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되며,
상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.4. The method of claim 3,
Wherein,
A first switch for turning on the first switch and a second switch for turning off the second switch, the third switch, and the fourth switch to charge the current through the inductor through a power source input through the input unit, A sub-step-down operation mode,
The first switch, the third switch, and the fourth switch are turned on to transfer the current charged in the inductor to the output unit after the driving in the first sub-step-down operation mode, Step-down DC-DC converter using a flying capacitor, which is driven in a second sub-step-down operation mode for turning off the DC-DC converter. 제2항에서,
상기 변환부는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.3. The method of claim 2,
The converting unit charges the current to the flying capacitor to transfer the current to the output unit during the charging of the flying capacitor to boost the power supplied to the input unit and to transfer the current to the output unit, Wherein the inductor is driven in a voltage step-up operation mode in which the inductor is charged with current and the current is delivered to the output part during charging of the inductor. 제5항에서,
상기 변환부는,
상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되며,
상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터.The method of claim 5,
Wherein,
The first switch and the fourth switch are turned on to charge the current to the flying capacitor through a power source input through the input unit and to transmit a current to the output unit during charging of the flying capacitor, A second sub-step-up operation mode in which the second switch and the third switch are turned off,
The third switch is turned on to charge the current to the inductor through the current charged in the flying capacitor after the driving in the first sub boosting operation mode and to deliver the current to the output during charging of the inductor, Step-down operation mode in which the first switch, the second switch, and the fourth switch are turned off. The step-up / step-down type DC-DC converter using the flying capacitor is driven in a second sub-step-up operation mode. 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 출력부로 전달하는 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법으로서,
입력되는 전원을 승압 또는 강압하는 단계; 및
입력되는 전원의 승압 또는 강압 이후, 승압 또는 강압된 전원을 상기 출력부로 전달하는 단계;
를 포함하며,
입력되는 전원의 승압 또는 강압 도중에 1개의 스위치를 통한 전류 전달 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 전달하는 것으로 이루어진, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.A method of controlling a step-up / step-down DC-DC converter in which a power source inputted through an input unit is stepped up or stepped down and transferred to an output unit,
Step-up or step-down of an input power source; And
Transferring the step-up or step-down power from the input power source to the output unit;
/ RTI >
A method of controlling a step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor, comprising the steps of: supplying current to the output unit through a current path through one switch during a step-up or step-down of an input power source. 제7항에서,
상기 승압/강압형 직류-직류 컨버터는, 인덕터, 플라잉 커패시터, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하고,
상기 인덕터는, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 출력부의 일단과 연결되며,
상기 제1 스위치는, 상기 입력부와 상기 인덕터 사이에 위치하여, 일단이 상기 입력부의 일단과 연결되고, 타단이 상기 인덕터의 일단과 연결되고,
상기 제2 스위치는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며,
상기 제3 스위치는, 일단이 상기 인턱터의 타단과 상기 출력부의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제4 스위치의 일단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고,
상기 제4 스위치는, 일단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 플라잉 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 타단이 상기 입력부의 타단과 상기 출력부의 타단 사이에 연결되며,
상기 플라잉 커패시터는, 일단이 상기 제1 스위치의 타단과 상기 인덕터의 일단 사이에 연결되고, 타단이 상기 제3 스위치의 타단과 상기 제4 스위치의 일단 사이에 연결되는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.8. The method of claim 7,
The step-up / step-down DC-DC converter includes an inductor, a flying capacitor, a first switch, a second switch, a third switch, and a fourth switch,
Wherein the inductor has one end connected to one end of the input unit and the other end connected to one end of the output unit,
Wherein the first switch is disposed between the input unit and the inductor and has one end connected to one end of the input unit and the other end connected to one end of the inductor,
The second switch has one end connected between the other end of the first switch and one end of the inductor and the other end connected between the other end of the input unit and the other end of the output unit,
The third switch has one end connected between the other end of the inductor and one end of the output section and the other end connected between one end of the fourth switch and the other end of the flying capacitor,
The fourth switch has one end connected between the other end of the third switch and the other end of the flying capacitor and the other end connected between the other end of the input unit and the other end of the output unit,
Wherein the flying capacitor is connected between one end of the first switch and one end of the inductor and the other end is connected between the other end of the third switch and one end of the fourth switch, Type DC - DC converter. 제8항에서,
상기 전원의 승압 또는 강압 단계는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 강압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 인덕터에 전류를 충전하고 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하는 강압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함하는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.9. The method of claim 8,
The step-up or step-down of the power source is performed in a step-down operation mode in which a current is charged in the inductor and a current charged in the inductor is transmitted to the output unit in order to push down the power source inputted through the input unit and transfer it to the output unit Wherein the step-up / step-down DC-DC converter comprises a step-up converter. 제9항에서,
상기 강압 동작 모드 구동 단계는,
상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하기 위해, 상기 제1 스위치는 온(on)시키고 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계; 및
상기 제1 서브 강압 동작 모드의 구동 이후, 상기 인덕터에 충전된 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제2 스위치는 온(on)시키고 상기 제1 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 강압 동작 모드로 구동되는 단계;
를 포함하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.The method of claim 9,
The step-down operation mode includes:
A first switch for turning on the first switch and a second switch for turning off the second switch, the third switch, and the fourth switch to charge the current through the inductor through a power source input through the input unit, Driving in a sub step-down operation mode; And
The first switch, the third switch, and the fourth switch are turned on to transfer the current charged in the inductor to the output unit after the driving in the first sub-step-down operation mode, Down operation mode for turning off the first sub-step-down operation mode;
A step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor. 제8항에서,
상기 전원의 승압 또는 강압 단계는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 승압하여 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하며, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하는 승압 동작 모드로 구동되는 단계를 포함하는, 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of increasing or decreasing the power supply includes charging the current to the flying capacitor to boost the power input through the input unit and transferring the current to the output unit during charging of the flying capacitor, A step-up operation mode in which a current is charged in the inductor through a current charged in the flying capacitor and a current is supplied to the output part during charging of the inductor, Control method of converter. 제11항에서,
상기 승압 동작 모드 구동 단계는,
상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 통해 상기 플라잉 커패시터에 전류를 충전하고, 상기 플라잉 커패시터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 온(on)시키고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 오프(off)시키는 제1 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계; 및
상기 제1 서브 승압 동작 모드의 구동 이후, 상기 플라잉 커패시터에 충전된 전류를 통해 상기 인덕터에 전류를 충전하고, 상기 인덕터의 충전 도중에 전류를 상기 출력부로 전달하기 위해, 상기 제3 스위치는 온(on)시키고, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 오프(off)시키는 제2 서브 승압 동작 모드로 구동되는 단계;
를 포함하는 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터의 제어 방법.
12. The method of claim 11,
The step-up operation mode driving step includes:
The first switch and the fourth switch are turned on to charge the current to the flying capacitor through a power source input through the input unit and to transmit a current to the output unit during charging of the flying capacitor, A second sub-step-up operation mode in which the second switch and the third switch are turned off; And
The third switch is turned on to charge the current to the inductor through the current charged in the flying capacitor after the driving in the first sub boosting operation mode and to deliver the current to the output during charging of the inductor, Driving the first switch, the second switch and the fourth switch in a second sub-step-up operation mode for turning off the first switch, the second switch and the fourth switch;
A step-up / step-down DC-DC converter using a flying capacitor.
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