KR20190050843A - 입력 전압을 제어하도록 구성된 전압 레귤레이터 시스템 - Google Patents

Abstract

전압 레귤레이터 시스템은, 부분적으로, 입력 단자와 출력 단자를 포함하는 레귤레이터를 포함하고, 상기 레귤레이터는 상기 입력 단자에서 어댑터로부터의 입력 전압을 수신하고 상기 출력 단자에서 출력 전압을 공급하도록 구성되고, 상기 레귤레이터는 제1 변환 계수에 대응하는 적어도 제1 변환 모드에서 동작하는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터를 포함한다. 전압 레귤레이터 시스템은 또한 레귤레이터의 동작을 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 레귤레이터의 변환율이 상기 제1 변환 계수보다 높을 때를 결정하고, 이에 응답하여 상기 입력 전압을 감소시키는 요청을 상기 어댑터에 전송하도록 구성된다.

Description

입력 전압을 제어하도록 구성된 전압 레귤레이터 시스템

<관련 출원과의 상호 참조>

본 출원은 2016년 9월 26일에 출원한 미국 임시 특허 출원 일련번호 제62/399,588호에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 출원은 그 전체가 참조로써 본 명세서에 포함된다.

<배경>

전자 시스템의 크기를 줄이려는 강한 요구가 있다. 사이즈 축소는 공간이 프리미엄인 모바일 전자제품에서 특히 바람직하지만, 고정된 크기의 면적(real estate)에 최대한 많은 서버를 집어넣는 것이 중요하기 때문에 빅 데이터 센터에 배치되는 서버에서도 바람직하다.

전자 시스템에서 가장 큰 부품의 일부가 전압 레귤레이터(전력 레귤레이터라고도 함)이다. 전압 레귤레이터는 종종 프로세서, 메모리 디바이스(예컨대, DRAM(dynamic random access memory), RF(무선 주파수) 칩, WiFi 콤보 칩, 및 전력 증폭기)를 비롯해 집적 칩에 전압을 전달하기 위해 대형의 오프칩(off-chip) 부품을 다수 포함한다. 따라서, 전자 시스템 내에서 전압 레귤레이터의 크기를 줄이는 것이 바람직하다.

전압 레귤레이터는 각각 전원(예를 들어, 배터리)으로부터 출력 부하로 전력을 전달하는, DC-DC 레귤레이터 칩과 같은 반도체 칩을 포함한다. 출력 부하는 전자 디바이스 내에 다양한 집적 칩(예를 들어, 애플리케이션 프로세서, DRAM, NAND 플래시 메모리 등)을 포함할 수 있다.

전력을 효율적으로 전달하기 위해, 전압 레귤레이터는 "벅(buck)" 토폴로지를 사용할 수 있다. 이러한 레귤레이터는 벅 레귤레이터(벅 컨버터라고도 함)로 칭해질 수 있다. 벅 레귤레이터는 인덕터를 사용하여 전원으로부터 출력 부하로 전하를 전송한다. 벅 레귤레이터는 전력 스위치를 사용하여 (각각 상이한 시점에서의) 여러 전압에 대해 인덕터를 신속하게 연결/분리함으로써, 여러 전압의 가중 평균인 출력 전압을 공급할 수 있다. 벅 레귤레이터는 인덕터가 여러 전압의 각각에 연결되는 시간량을 제어함으로써 출력 전압을 조정할 수 있다.

유감스럽게도, 벅 레귤레이터는 고도로 집적된 전자 시스템에는 적합하지 않다. 벅 레귤레이터의 변환 효율은 특히 전력 변환율이 높은 경우 그리고 출력 부하에서 소비되는 전류의 양이 많은 경우에, 인덕터의 크기에 달려 있다. 인덕터가 대면적을 차지하고 온다이(on-die) 또는 온패키지(on-package)를 통합할 정도로 부피가 크기 때문에, 기존의 벅 레귤레이터는 종종 다수의 오프칩 인덕터 부품을 사용한다. 이 전략은 종종 기존의 벅 레귤레이터와 이에 상응하는 오프칩 인덕터 부품이 배치되는 인쇄 회로 기판 상의 대면적을 필요로 하여, 인쇄 회로 기판이 배치되는 전자 디바이스의 크기를 증대시킨다. 모바일 시스템온칩(SoC)이 더욱 복잡해지고 점점 더 많은 수의 전압 도메인이 전압 레귤레이터에 의해 전달되어야 함에 따라 이 난제는 악화되고 있다.

게다가, 벅 레귤레이터는 배터리의 고속 충전에 적합하지도 않다. 고속 충전은 일반적으로 높은 입력 전압을 사용하는 것을 필요로 한다. 높은 입력 전압을 사용하면, 벅 레귤레이터는 높은 입력 전압(V_IN)을 배터리에 적합한 출력 전압(V_OUT)으로 변환하기 위해 높은 전압 변환율(V_IN/V_OUT)을 제공해야 한다. 유감스럽게도, 고전압 변환율에서는, 적어도 부분적으로, 벅 레귤레이터가 열 방출을 통해 많은 양의 전력을 낭비하기 때문에, 다른 유형의 전압 레귤레이터에 비해 벅 레귤레이터의 효율이 상대적으로 낮다. 벅 레귤레이터가 발산하는 열은 전자 시스템 내의 디바이스의 동작 온도를 상승시켜 오동작을 일으킬 수 있다. 따라서, 레귤레이터는 배터리의 고속 충전에 적합하지 않다.

고속 충전 시스템은 벅 레귤레이터 대신에, 스위치드 커패시터 레귤레이터를 사용하여 배터리를 충전할 수도 있다. 스위치드 커패시터 레귤레이터는 전압 변환율이 정수이면 고전압 변환율에서도 효율적이라고 알려져 있다. 유감스럽게도, 기존의 충전 시스템은 스위치드 커패시터 레귤레이터의 변환율을 정수값으로 유지하는 메커니즘을 포함하지 않기 때문에, 스위치 커패시터 레귤레이터의 고효율은 동작 조건에 걸쳐 유지될 수 없다. 이에, 높은 입력-출력 전환율에서 고효율을 유지할 수 있는 충전 시스템을 제공해야 하는 필요가 강하다.

개시하는 요지의 일부 실시형태는 전압 레귤레이터 시스템을 포함한다. 전압 레귤레이터 시스템은, 부분적으로, 입력 단자와 출력 단자를 구비한 레귤레이터를 포함하고, 상기 레귤레이터는 상기 입력 단자에서 어댑터로부터의 입력 전압을 수신하고 상기 출력 단자에서 출력 전압을 공급하도록 구성되고, 상기 레귤레이터는 제1 변환 계수에 대응하는 적어도 제1 변환 모드에서 동작하도록 구성되는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터를 포함한다. 전압 레귤레이터 시스템은 또한 레귤레이터의 동작을 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 레귤레이터의 변환율이 상기 제1 변환 계수보다 높을 때를 결정하고, 이에 응답하여 상기 입력 전압을 감소시키는 요청을 상기 어댑터에 전송하도록 구성된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터는 복수의 변환 모드 중 하나에서 동작할 수 있는 재구성 가능 스위치드 커패시터 레귤레이터를 포함하고, 각각의 변환 모드는 고유의 변환 계수와 연관된다.

일부 실시형태에 있어서, 각각의 변환 모드는 고유의 정수 변환 계수와 연관된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터는 복수의 변환 모드에서 동작할 수 있는 하이브리드 레귤레이터의 일부를 포함하고, 각각의 변환 모드는 고유의 변환 계수와 연관된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 하이브리드 레귤레이터는 스위치드-인덕터(switched-inductor) 레귤레이터를 더 포함한다.

일부 실시형태에 있어서, 각각의 변환 모드는 비정수 변환 계수와 연관된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 레귤레이터의 출력 단자는 배터리에 연결되어 상기 배터리에 출력 전압을 공급한다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러는 배터리의 충전 속도를 높이는 명령을 수신하도록 구성된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 배터리의 충전 속도를 높이는 명령은 상기 레귤레이터의 출력 전류를 증가시키는 명령을 포함한다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 충전 속도를 높이는 명령의 수신에 응답하여, 상기 컨트롤러는 또한, 제2 변환 계수와 연관된 제2 변환 모드에서 동작하게 상기 레귤레이터를 재구성하도록 구성되고, 상기 제2 변환 계수는 상기 제1 변환 계수보다 크다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 레귤레이터의 입력 단자에서 수신되는 입력 전압을 상승시킬 것을 상기 어댑터에 요청하도록 구성된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 변환율이 상기 제2 변환 모드의 제2 변환 계수보다 높아질 때까지 상기 레귤레이터의 입력 단자에서 수신되는 입력 전압을 상승시킬 것을 상기 어댑터에 요청하도록 구성된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 전압 레귤레이터 시스템은 모바일 디바이스의 일부이다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 전압 레귤레이터 시스템은 단일 집적 칩으로서 구현된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러는 유선 인터페이스를 통해 상기 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 유선 인터페이스는 USB(Universal Serial Bus) 타입 C 인터페이스를 포함한다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 입력 단자에서 수신되는 입력 전압을 조절함으로써 상기 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다.

개시하는 요지의 다양한 목적, 특징 및 이점은 동일한 참조 번호가 동일한 요소를 나타내는 다음의 도면과 관련하여 고려될 때, 개시하는 요지의 이하의 상세한 설명을 참조하여 보다 충분히 이해될 수 있다.
도 1은 종래 기술에서 공지되어 있는 모바일 디바이스를 위한 통상의 충전 시스템의 블록도의 예를 도시한다.
도 2는 일부 실시형태에 따른 전압 레귤레이터 시스템을 동작시키는데 사용될 수 있는 프로세스의 예를 보여주는 흐름도의 예를 도시한다.
도 3a와 도 3b는 일부 실시형태에 따른 전압 레귤레이터 시스템의 동작을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.
도 4a와 도 4b는 일부 실시형태에 따른 비이상상태(non-ideality)를 가진 전압 레귤레이터 시스템의 동작을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.
도 5는 일부 실시형태에 따른 비이상상태를 가진 스위치드 커패시터(SC) 레귤레이터의 효율 곡선을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.
도 6은 일부 실시형태에 따른 2 변환 모드에서의 재구성 가능 SC 레귤레이터의 효율 곡선을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.
도 7은 일부 실시형태에 따른 3 변환 모드에서의 하이브리드 레귤레이터의 효율 곡선을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.
도 8은 일부 실시형태에 따른 재구성 가능 SC 레귤레이터 또는 하이브리드 레귤레이터를 구비한 전압 레귤레이터 시스템을 동작시키는데 사용될 수 있는 프로세스의 예를 보여주는 흐름도의 예를 도시한다.
도 9는 일부 실시형태에 따른 전압 레귤레이터 시스템 내의 컨트롤러를 동작시키는데 사용될 수 있는 프로세스의 예를 보여주는 상세 흐름도의 예를 도시한다.
도 10은 일부 실시형태에 따른 모바일 디바이스의 충전 시스템의 블록도의 예를 도시한다.

이하의 설명에서는, 개시하는 요지의 이해를 돕기 위해, 개시하는 요지에 따라 구현될 수 있는 장치, 시스템, 및 방법과 이러한 장치, 시스템 및 방법이 동작할 수 있는 환경의 예에 대해 다수의 특정 세부사항을 제시한다. 그러나, 당업자에게는, 개시하는 요지는 그러한 특정 세부 사항없이도 실시될 수 있다는 것과, 개시하는 요지가 지나치게 복잡해지는 것을 막기 위해 해당 분야에 잘 공지되어 있는 특정 특징이 구체적으로 설명되지 않는 것이 명백할 것이다. 또한, 이하에 제공되는 예는 설명을 위한 것이며, 제공되는 예와는 상이한 개시하는 요지의 범위 내에 다른 장치, 시스템 및 방법이 존재한다고 간주된다.

고속 배터리 충전은 모바일 디바이스의 중요한 특징이다. 도 1은 모바일 디바이스의 통상의 충전 시스템의 예를 도시한다. 충전 시스템은 다른 것들 중에서도 레귤레이터(104)와 배터리(106)를 포함하는 모바일 디바이스(102)를 포함한다. 레귤레이터(104)는 배터리(106)에 전력을 공급하여 배터리가 레귤레이터(104)에 의해 공급된 전력을 사용하여 충전되게 하도록 구성된다.

모바일 디바이스(102) 내의 레귤레이터(104)는 어댑터(108)에 연결되도록 구성된다. 어댑터(108)는 콘센트(power outlet)(110)로부터 높은 AC 입력 전압(예컨대, 110 ~ 220V)(V_{OUT _WALL})을 수신하여 V_{OUT _WALL}를 더 낮은 DC 전압(V_BUS)으로 변환하도록 구성된다. 그런 다음 어댑터(108)는 USB 포트 등의 인터페이스를 통해 DC 전압(V_BUS)을 전압 레귤레이터(104)에 공급한다. 어댑터(108)는 통상 AC/DC 컨버터 뒤에 DC/DC 컨버터를 포함한다.

레귤레이터(104)는 어댑터(108)로부터 V_BUS를 수신하고 출력 전압(V_BAT)을 공급하도록 구성된다. 그리고 출력 전압(V_BAT)(및 대응하는 전류(I_CHG))는 배터리(106)로 전달되어 배터리를 충전한다. 통상 레귤레이터(104)는 DC/DC 컨버터, 보다 구체적으로는 벅 레귤레이터 등의 스위칭-인덕터 전압 레귤레이터를 포함한다.

배터리의 충전 속도를 높이기 위해, 레귤레이터는 보다 많은 양의 전력을 배터리(106)에 전달해야 한다. 레귤레이터(104)가 전달하는 전력량은 출력 전압(V_BAT)과 대응하는 전류(I_CHG)의 곱(multiplication)으로서 산출되기 때문에, 레귤레이터(104)는 충전 속도를 높일려면 출력 전류(I_CHG) 또는 출력 전압(V_BAT) 중 하나를 높여야 한다.

통상, 레귤레이터(104)는 출력 전압(V_BAT)은 제어할 수 없다. 출력 전압(V_BAT)은 보통 배터리에 의해, 구체적으로는 배터리의 화학물질(예컨대, 리튬(Li) 이온), 적층된 배터리 셀의 수, 및 충전 상태라고도 하는 배터리에 축적된 전하의 양에 의해 결정된다. 예를 들어, 배터리 양단 전압과 같은 출력 전압(V_BAT)은 배터리가 더 많이 충전됨에 따라 상승한다. 싱글 스택 리튬 이온 배터리는 통상 배터리 전력(V_BAT)이 3 - 4.5 V이다. 통상, 배터리 전압은 완전 방전 상태일 때 3 V이고, 완전 충전 상태일 때 4.5 V이다. 배터리 전압은 배터리가 0%에서 100%로 충전됨에 따라 3 V에서 4.5 V로 점진적으로 상승할 수 있다. 그렇기 때문에, 레귤레이터(104)는 출력 전압(V_BAT)을 제어할 수 없다. 이에, 배터리(106)에 전달되는 전력을 상승시키기 위해서, 레귤레이터(104)는 일반적으로 출력 전류(I_CHG)를 증가시켜야 한다.

레귤레이터(104)는, 증가한 전력량(예컨대, 증가된 전류량(I_CHG))을 배터리(106)에 전달하기 위해서, 레귤레이터(104)는 어댑터(108)로부터 증가한 전력량을 받아야 한다. 이것은, 증가된 전력량을 배터리(106)로 전달하려면, 어댑터(108)가 레귤레이터(104)에 공급되는 출력 전류(I_CHG)과 출력 전압(V_BUS) 중 적어도 하나를 상승시켜야 하는 것을 의미한다.

어댑터(108)를 레귤레이터(104)에 접속시키는 인터페이스 프로토콜이 통상 해당 인터페이스 프로토콜을 준수하는 인터페이스를 통해 흐를 수 있는 전류량을 제한하기 때문에, 대개 어댑터(108)가 출력 전류(V_BUS)의 양을 증가시키는 것은 곤란하다. 예를 들어, USB 표준은 USB 타입 C 인터페이스를 통해 흐르는 전류량을 3 A로 제한한다. 뿐만아니라, 어댑터 케이블이 대량의 전류를 견뎌내려면, 어댑터 케이블은 두껍게 제조되어야 하므로, 어댑터 케이블의 제조 비용이 상승한다. 사실상, 어댑터 케이블은 더 많은 전류를 수용하도록 설계되었기 때문에 실제로 더 비싸졌다.

출력 전류(I_BUS)를 증가시키는 대신에, 어댑터(108)는 증가한 전력량을 전달하기 위해 출력 전압(V_BUS)을 상승시킬 수 있다. 그러나, 이러한 전략은 레귤레이터(104)가 벅 레귤레이터를 사용할 경우에 이상적이지 않다. 출력 전압(V_BUS)이 상승하면, 레귤레이터(104)는 높은 V_BUS를 V_BAT로 변환하기 위해 높은 전압 변환율에서 동작해야 한다. 유감스럽게도, 높은 전압 변환율에서 레귤레이터(104)를 동작시키면 레귤레이터(104)가 벅 레귤레이터를 사용할 경우에 문제가 되는데, 벅 레귤레이터의 효율이 변환율(예컨대, V_BUS/V_BAT)이 상승함에 따라 감소하기 때문이다.

레귤레이터(104)와 같은 레귤레이터의 효율 감소는 전력 손실을 증가시키기 때문에 문제가 커진다. 예를 들어, 레귤레이터의 효율은 다음과 같이 작성될 수 있다.

효율 = P_OUT/P_IN = (P_IN - P_DISS) / P_IN

여기서, P_IN는 입력 전력이고, P_OUT는 출력 전력이며, P_DISS는 레귤레이터가 소비하는 전력이다. 이 관계에 기초하여, 레귤레이터가 소비하는 전력량은 다음과 같이 도출될 수 있다.

P_IN * 효율 = P_IN - P_DISS

P_DISS = P_IN * (1 - 효율)

V_BUS(레귤레이터로의 입력 전압)이 상승할 때에, 다음의 두 요인이 P_DISS도 상승시킨다. (1) P_IN은 높은 입력 전압인 V_BUS와 함께 증가하고, (2) 효율은 높은 변환율에 의해 감소한다.

증가한 전력 소비(P_DISS)는 전력 소비의 증가가 열 방출의 증가로 이어지기 때문에 모바일 디바이스의 경우에 큰 문제이다. 사용자를 보호하기 위해 모바일 디바이스의 표면의 온도 상승에 대해 강력한 제한이 있다. 모바일 디바이스에는 일반적으로 냉각 메커니즘이 없기 때문에, 방열 예산이 매우 엄격하다. 결과적으로 레귤레이터가 너무 많은 열을 방출하면, 레귤레이터는 일반적으로 방열을 줄이기 위해 배터리 충전 속도를 조절하도록 설계된다. 이것은 사용자 경험에 있어서 바람직하지 않다.

따라서, 엄격한 방열 예산 하에서 고속 충전을 유지하기 위해서는 높은 입력-출력 변환율에서 고효율을 유지할 수 있는 충전 시스템을 제공해야 하는 필요가 강하다.

개시하는 요지의 일부 실시형태는 모바일 디바이스의 고속 충전을 도모하기 위해 모바일 디바이스에 내장된 전압 레귤레이터 시스템을 포함한다. 전압 레귤레이터 시스템은 높은 입력-출력 변환율에서 고효율을 유지하도록 전압 레귤레이터의 동작을 조정할 수 있다.

도 10은 일부 실시형태에 따른 모바일 디바이스의 충전 시스템을 보여준다. 충전 시스템은 도 1에 개시한 충전 시스템과 마찬가지로, 배터리(106)를 구비한 모바일 디바이스(102), 어댑터(108), 및 콘센트(110)를 포함한다. 그러나, 충전 시스템은 컨트롤러(1004)와 레귤레이터(1006)를 포함하는 전압 레귤레이터 시스템(1002)도 포함한다. 레귤레이터(1006)는 입력 단자와 출력 단자를 포함한다. 레귤레이터의 입력 단자는 어댑터(108)에 연결되어 입력 전압을 수신하고, 레귤레이터의 출력 단자는 배터리(104)에 연결되어 충전을 위해 출력 전압을 배터리(104)에 공급한다. 컨트롤러(1004)는 높은 입력-출력 변환율에서 고효율을 유지하기 위해 전압 레귤레이터(1006)의 동작을 조정하도록 구성된다.

일부 실시형태에 있어서, 레귤레이터(1006)는 스위치드 커패시터(SC, switched-capacitor) 레귤레이터(SC 컨버터라고도 함)를 포함한다. SC 레귤레이터가 하나 이상의 커패시터를 사용하여 입력 단자(예컨대, 전원에 접속됨)로부터의 전하를 출력 단자(예컨대, 출력 부하에 접속됨)로 전송할 수 있다. SC 레귤레이터는 전력 스위치를 사용하여 (각각 상이한 시점에서의) 여러 전압에 대해 하나 이상의 커패시터를 신속하게 연결/분리함으로써, 여러 전압 레벨의 가중 평균인 출력 전압을 공급할 수 있다. SC 레귤레이터는 커패시터들이 서로 연결되는 듀티 사이클, 시퀀스 및 구성을 변경함으로써 출력 전압을 제어할 수 있다.

이하, 변환율(conversion ratio)이라는 용어는 레귤레이터의 입력 전압과 출력 전압 간의 실제 전압비를 말하며, 변환 모드라는 용어는 (비이상상태가 없는) 이상적인 레귤레이터가 최고 효율을 달성하는, 입력 전압과 출력 전압 간의 전압비(예컨대, 변환 계수)을 의미한다. 예를 들어, 2:1의 변환 모드에서 동작하는 이상적인 SC 레귤레이터는 SC 레귤레이터의 변환율이 2일 때 최고 효율을 달성하지만, 2:1의 변환 모드에서 동작하는 SC 레귤레이터는 여전히 변환율은 2.5이지만 더 낮은 효율로 동작할 수 있다. 이상적인 SC 레귤레이터의 경우, 변환율이 변환 모드의 변환 계수와 같을 수 있지만. 비이상적인 SC 레귤레이터의 경우 일반적으로 변환율이 변환 모드의 변환 계수보다 크다.

벅 레귤레이터는 고변환율에서는 효율이 좋지 않지만, SC 레귤레이터는 변환율이 높더라도 고효율을 보이는 경향이 있다. 특히, SC 레귤레이터는 변환율의 실제 값에 관계없이 변환율이 정수에 가까울 때 고효율을 보이는 경향이 있다. 유감스럽게도, SC 레귤레이터의 효율은 변환율이 정수에서 벗어날 때에 떨어진다. 예를 들어, SC 레귤레이터는 입력 전압이 SC 레귤레이터의 출력 전압의 N배가 될 때 고효율을 달성할 수 있다. 그러나, 동일한 SC 레귤레이터에 있어서 출력 전압이 N에서 벗어날 때 고효율을 제공하지 못할 수도 있다.

일부 실시형태에 있어서, 레귤레이터(1006) 내의 SC 레귤레이터의 고효율을 유지하기 위해, 컨트롤러(1004)는 SC 레귤레이터의 변환율을 정수에 가깝게 유지하도록 구성될 수 있다. SC 레귤레이터의 입력-출력 전압 변환율이 정수값에서 벗어날 때에―부분적으로는, 배터리가 충전될 때에 배터리 전압의 상승으로 인해―, 컨트롤러(1004)는 어댑터가 SC 레귤레이터로의 입력 전압을 상승시켜 입력-출력 전압 변환율이 정수값에 가깝게 유지하게 할 것을 요청할 수 있다.

예를 들어, 레귤레이터(1006) 내의 SC 레귤레이터가 변환 계수 2의 변환 모드에서 동작하고 있고, 레귤레이터(1006)의 출력 전압(예컨대, V_BAT)은 배터리 충전 시에 계속 상승한다고(예컨대, 싱글 스택 리튬 이온 배터리의 경우 3 V로부터 4.5 V로) 가정한다. 이 경우, 컨트롤러(1004)는 어댑터가 그 출력 전압(예컨대, V_BUS)을 상승시켜 출력 전압을 2 x V_BUS에 가깝게 할 것을 요청하는 명령(예컨대, 신호)을 어댑터에 전송할 수 있다. 이런 식으로, SC 레귤레이터(1006)의 변환율은 변환 모드의 변환 계수에 가깝게 유지될 수 있다.

배터리 전압(V_BAT)이 상당히 느리게 그리고 예측 가능하게 변하기 때문에(예를 들어, 배터리 화학물질, 적층된 배터리 셀의 수, 배터리의 충전 상태에 의해 결정됨), 어댑터(108)는 배터리 전압(V_BAT)보다 N배 큰 출력 전압(예컨대, V_BUS)을 안정적으로 공급할 수 있다.

도 2는 일부 실시형태에 따른, 도 10에 도시한 전압 레귤레이터 시스템(1002)과 같은 전압 레귤레이터를 동작시키는데 사용될 수 있는 프로세스의 예(200)를 보여주는 흐름도의 예를 도시한다. 블록 202에서, 전압 레귤레이터 시스템 내의 SC 레귤레이터의 변환율을 결정하도록 컨트롤러가 구성된다. 블록 204에서, SC 레귤레이터의 변환율과 SC 레귤레이터의 변환 모드의 변환 계수 간의 차이를 결정하도록 컨트롤러가 구성된다. 그 차이가 미리 결정된 문턱값보다 크다면, 컨트롤러는 변환율이 변환 모드의 변환 계수에 가깝게 되도록 SC 레귤레이터로의 입력 전압을 변경하라는 요청을 어댑터에 전송하도록 구성된다. 예를 들어, 변환율이 변환 모드의 변환 계수보다 미리 결정된 문턱값을 넘어 크다면, 컨트롤러는 어댑터가 SC 레귤레이터로의 입력 전압을 감소시킬 것을 요청할 수 있고, 변환율이 변환 모드의 변환 계수보다 미리 결정된 문턱값을 넘어 작다면, 컨트롤러는 어댑터가 SC 레귤레이터로의 입력 전압을 상승시킬 것을 요청할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 미리 결정된 문턱값은 제로일 수 있다.

일부 실시형태에서, 블록 204에서, 컨트롤러는 변환율이 변환 모드의 변환 계수 미만인 경우에 SC 레귤레이터로의 입력 전압(V_BUS)을 상승시키는 요청을 어댑터에 전송하도록 구성된다. 경우에 따라, 컨트롤러는 변환율이 변환 모드보다 커질 때까지 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다. 이렇게, 변환율은 레귤레이터의 동작 중에 변환 모드의 변환 계수보다 높아지도록 조정될 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 컨트롤러는 어댑터에 연결된 데이터 신호선을 통해 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러는 대부분의 어댑터 상의 D+ 및 D- 핀을 사용하여 요청을 전송하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 컨트롤러는 어댑터가 공급한 출력 전압(V_BUS)을 조절함으로써 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 어댑터가 USB 타입 C 어댑터인 경우에, 컨트롤러는 CC1 및 CC2 핀을 사용하여 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러는 하나 이상의 유선 통신 프로토콜을 준수하여 어댑터에 요청을 전송한다. 이러한 유선 통신 프로토콜은, 예컨대 QUALCOMM QUICKCHARGE 2.0, QUALCOMM QUICKCHARGE 3.0, SAMSUNG ADAPTIVE FAST CHARGING, MEDIATEK PUMP EXPRESS 2.0, MEDIATEK PUMP EXPRESS 3.0, USB POWER DELIVERY 2.0, USB POWER DELIVERY 3.0, 또는 임의의 다른 적절한 유선 통신 프로토콜 또는 프로토콜의 조합을 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 도 2의 프로세스는, 전부 도 10에 도시되는, 컨트롤러(1004)를 사용하는 전압 레귤레이터(1006) 및 어댑터(108)에서 구현될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 일부 실시형태에 따른, 도 10에 도시하는 것과 같은 전압 레귤레이터 시스템의 동작을 보여주는 그래프의 예를 도시한다. 도 3a는 배터리 충전 시에 SC 레귤레이터의 입력 전압을 나타내고, 도 3b는 SC 레귤레이터의 입력 전압을 상승시키는 시간 인스턴스를 표시하는 인터럽트 신호를 나타낸다. 그래프의 수직축은 전압 레벨을 나타내고, 그래프의 수평축은 시간을 나타낸다. 이들 그래프는, (1) SC 레귤레이터가 변환 모드 N:1(변환 계수 N:1)에서 동작하고 있고, (2) SC 레귤레이터의 변환율이 SC 레귤레이터의 변환 모드 미만인 경우에(예컨대, V_BUS가은 N x V_BAT 미만인 경우에), 어댑터가 SC 레귤레이터로의 입력 전압을 변경할 것을 요청하도록 컨트롤러가 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템의 일 실시형태의 동작을 예시한다. 배터리가 방전될 경우, 배터리 전압(V_BAT)은 V_{BAT _MIN}와 같다. 배터리가 전압 레귤레이터 시스템에 의해 충전됨에 따라, 배터리 전압(V_BAT)은 도 3a에서 점선 N x V_BAT(302)로 나타내는 바와 같이, V_{BAT_MAX}까지 상승한다.

배터리가 충전되고 배터리 전압(V_BAT)이 V_{BAT _MIN}부터 V_{BAT _MAX}까지 상승함에 따라, 배터리 전압(V_BAT)은 N x V_BAT(302)가 입력 전압(V_BUS)보다 커지도록 충분히 높아질 수 있다. 이것은 변환율이 변환 모드 미만인 것을 나타낸다. 이 경우, 컨트롤러는 V_BUS(304)가 N x V_BAT(302)보다 높은 상태를 유지하기 위해 V_BUS(304)를 상승시킬 것을 어댑터에 요청하도록 구성된다. 이 요청은 도 3b에 도시하는 바와 같이 단일 비트 인터럽트 신호(V_{IN_INC_ INT})일 수 있다. 컨트롤러는 N x V_BAT(302)가 입력 전압(V_BUS)(304)보다 높아질 때에 단일 비트 신호(V_{IN_INC_ INT})(306)를 트리거할 수 있다. 컨트롤러는 배터리가 소정 퍼센티지까지 충전되거나 만충전될 때까지 이 프로세스를 반복할 수 있다. 일부 실시형태에, 어댑터는 SC 레귤레이터로의 입력 전압(V_BUS)(304)을 단계적으로, 즉 한번에 1 전압 스텝(V_{BUS _MIN_STEP})(308)만큼 상승시키도록 구성될 수 있다. 이 경우에, SC 레귤레이터에 공급되는 입력 전압(V_BUS)(304)은 도 3a에 도시하는 바와 같이 계단형으로 보일 것이다. 일부 실시형태에서, V_{BUS _MIN_STEP}(308)는 1 mV와 2 V 사이의 전압, 또는 기타 적절한 전압 범위일 수 있다.

실제로, SC 레귤레이터는 예컨대 기생 저항으로 인한 전압 강하 등의 비이상 상태 때문에 N x V_BAT를 V_BAT로 정밀하게 변환할 수 없다. 그보다 통상의 SC 레귤레이터는 입력 전압(N x V_BAT)을 V_BAT 미만의 출력 전압으로 변환할 것이다. 비이상상태는 전압 마진으로서 모델링될 수 있다.

도 4a와 도 4b는 일부 실시형태에 따라 비이상상태를 가진, 도 10에 도시하는 것과 같은 전압 레귤레이터 시스템의 동작을 보여주는 그래프의 예를 도시한다. 비이상상태를 고려할 경우, 컨트롤러는 N x V_BAT(302) + V_MAR(402)가 입력 전압(V_BUS)보다 높아질 때에 V_BUS(304)를 상승시킬 것을 어댑터에 효과적으로 요청할 수 있다. 일부 실시형태에서, V_MAR(402)는 1 mV와 2 V 사이의 전압, 또는 기타 적절한 전압 범위일 수 있다.

도 5는 일부 실시형태에 따른 비이상상태를 가진 SC 레귤레이터의 효율 그래프의 예를 나타낸다. 플롯의 우측에서 시작하면, 효율 곡선(502)이 나타내는 SC 레귤레이터의 효율은 변환율(V_BUS/V_BAT)이 변환 모드(N)에 접근할 때에 상승한다. 효율 곡선은 어떤 점에서 피크 값에 도달하고(동작점 A(504)에서) 변환율이 변환 모드(N)에 가까워질 때에 "절벽"처럼 급격하게 강하하기 시작한다. 다시 말해, V_BUS/N - V_BAT와 같은 V_{SC _DROP}이 0에 접근할 때, SC 레귤레이터의 효율(502)은 급격하게 떨어진다. N:1 SC 레귤레이터는 V_{SC _DROP}가 0과 같을 수 없기 때문에 비이상적 조건에서 V_BAT를 V_BUS/N로 조정할 수 없다.

효율 곡선(506)이 나타내는 바와 같이, 효율 곡선(502)은 더 높은 출력 전류에 의해 야기될 수 있는 기생 전압 강하가 증가할 때에 오른쪽으로 이동한다. V_BUS와 V_BAT가 고정되어 있더라고, 효율 곡선(502)은 출력 전류가 변할 때에 오른쪽으로 이동할 수 있다. 효율 곡선이 출력 전류에 종속되기 때문에, SC 레귤레이터의 효율을 희생하지 않고서 SC 레귤레이터의 동작점(예컨대, 변환율)을 미리 결정하기가 어렵다. 예를 들어, 기생 전압 강하가 작을 때에, 효율 곡선(502) 상의 동작점 A(504)가 SC 레귤레이터에 가장 효율적인 동작점이다. 이에, SC 레귤레이터는 SC 레귤레이터 효율을 최대화하기 위해 동작점 A(504)에서 동작할 수 있다. 그러나, 기생 전압 강하가 크면, 효율 곡선(502)이 오른쪽으로 이동하여, 동작점 B(508)가 나타내는 바와 같이, 이제 해당 SC 레귤레이터에 대한 동일한 변환율이 매우 낮은 효율을 갖는다. 이러한 저효율은 전력 과소비로 인한 열 문제를 야기할 수 있고 전압 레귤레이터 시스템이 출력 조정을 상실하게 할 수 있기 때문에, 출력 전압을 원하는 값으로 조정하는 것이 불가능할 수 있다.

일부 실시형태에서, 도 10에 도시한 전압 레귤레이터 시스템(1002)과 같은 전압 레귤레이터 시스템은 피크 동작점(504)에서 떨어져 있는 차선 동작점에서 SC 레귤레이터를 동작시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 전압 레귤레이터 시스템은 피크 동작점 A(504)에 대응하는 변환율에서 꽤 벗어난 변환율을 가진 동작점 C(510)에서 SC 레귤레이터를 동작시키도록 구성될 수 있다. 동작점 C(510)의 변환율과 피크 동작점 A(504)의 변환율 사이의 오프셋은 SC 레귤레이터가 저효율 모드로 진입하는 것을 막는 안전 마진(safety margin)을 제공한다.

일부 실시형태에서, 도 10에 도시한 전압 레귤레이터 시스템(1002)과 같은 전압 레귤레이터 시스템은, 해당 SC 레귤레이터에 대한 동작점을 결정하면, SC 레귤레이터의 변환율이 결정된 동작점과 연관된 변환율에 매칭되게 하는 V_BUS를 어댑터가 공급할 것을 요청할 수 있다.

일부 실시형태에서, 그러한 전압 시스템에서 사용되는 레귤레이터는, 각각 복수의 변환율 중 하나와 연관되는, 복수의 변환 모드 중 하나에서 동작하도록 재구성될 수 있는 재구성 가능(reconfigurable) SC 레귤레이터일 수 있다. 예를 들어, 3:1재구성 가능 SC 레귤레이터는 3 변환 모드, 즉 3:1, 2:1, 및 1:1을 지원할 수 있다.

일부 실시형태에서, 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터의 변환율에 기초하여 재구성 가능 SC 레귤레이터의 변환 모드를 재구성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 변환율이 3:1에 가까운 경우, 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터를 3:1 변환 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 변환율이 떨어질 때에(예컨대, 입력 전압이 감소하거나 출력 전압이 상승하기 때문에), 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터를 2:1 변환 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 변환율이 1:1에 가까운 점으로 더 떨어질 때에, 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터를 1:1 변환 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 이에 전압 레귤레이터 시스템은 상당한 효율의 손실 없이 폭넓은 범위의 입력 전압을 수용할 수 있다.

일부 실시형태에서, 전압 레귤레이터 시스템에 사용되는 레귤레이터는 Crossley 등이 2016년 4월 6일에 출원한 발명의 명칭이 "ASYMMETRIC SWITCHING CAPACITOR REGULATOR"인 미국 특허 출원 제15/092,037호 및/또는 Puggelli 등이 2016년 4월 18일에 출원한 발명의 명칭이 "RECONFIGURABLE DICKSON STAR SWITCHED CAPACITOR VOLTAGE REGULATOR"인 미국 임시 특허 출원 제62/324,091호에 개시되어 있는 재구성 가능 SC 레귤레이터를 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 여기에서의 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

도 10의 레귤레이터(1006)와 같은 레귤레이터가 재구성 가능 SC 레귤레이터를 포함하는 실시형태에서, 컨트롤러는 원하는 배터리 충전 속도에 기초하여 재구성 가능 SC 레귤레이터의 변환 모드를 동적으로 재구성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 재구성 가능 SC 레귤레이터가 2:1 변환율과 연관된 변환 모드에서 동작하고 있고 더 빠른 속도로 배터리를 충전하는 것이 바람직한 경우를 가정한다. 이 경우에, 컨트롤러는 재구성 SC 레귤레이터로 하여금 SC 레귤레이터가 상위 변환 모드 N:1(예컨대, 3:1 또는 4:1)에서 동작하도록 변환 모드를 변경하게 할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터의 입력 전압이 배터리 전압(V_BAT)의 N배가 되도록 어댑터가 재구성 가능 SC 레귤레이터의 입력 전압을 상승시킬 것을 요청할 수 있다. 이에 전압 레귤레이터 시스템은 배터리의 충전 속도를 동적으로 변경할 수 있다. 도 10에 도시한 전압 레귤레이터 시스템(1002)은 고속 충전을 위한 하위 호환성(backwards compatibility)을 가능하게 하며, 이것은 고전류를 지원하지 않는 구형의 충전 케이블과 함께 사용되도록 구성된 모바일 디바이스가, I_BUS(119) 대신에 V_BUS(103)을 상승시킴으로써, 고속 충전의 이익을 얻을 수 있음을 의미한다.

일부 실시형태에서, 도 10의 컨트롤러(1004)와 같은 컨트롤러는, 재구성 가능 SC 레귤레이터의 현재 변환 모드에서의 효율이 낮음을 컨트롤러가 검출할 때에, 재구성 가능 SC 레귤레이터를 재구성할 수 있다. 예를 들어, 재구성 가능 SC 레귤레이터 효율이 부분적으로, 기생 전압 강하의 증가로 인해 상당히 저하될 때에, 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터가 하위 변환 모드에서 동작하도록 재구성할 수 있다. 그렇게, 컨트롤러는 재구성 가능 SC 레귤레이터의 효율의 심각한 저하를 방지할 수 있다.

도 6은 일부 실시형태에 따른 2 변환 모드―N:1 및 (N+1):1―에서의 재구성 가능 SC 레귤레이터의 효율 곡선을 보여주는 그래프의 예를 도시한다. 곡선(602, 604)은 변환 모드 N:1에서의 재구성 가능 SC 레귤레이터의 효율을 보여주고, 곡선(606, 608)은 변환 모드 (N+1):1에서의 재구성 가능 SC 레귤레이터의 효율을 보여준다.

처음에, 재구성 가능 SC 레귤레이터는 기생 전압 강하가 작은(예컨대, 출력 전류가 적은) 변환 모드 (N+1):1에서 동작할 수 있다. 이 경우에, 재구성 가능 SC 레귤레이터를 포함한 전압 레귤레이터 시스템은 재구성 가능 SC 레귤레이터를 최적 동작점 A(610)에서 동작시킬 수 있다. 기생 전압 강하가 커질 경우(예컨대, 출력 전류 증가로 인해), 효율 곡선(606)은 효율 곡선(608)이 나타내는 바와 같이 오른쪽으로 이동할 것이다. 이러한 기생 전압 강하의 증가로 인해, 재구성 가능 SC 레귤레이터의 효율은 상당히 떨어지게 된다(효율 곡선(608)의 "절벽부"에서 떨어지게 된다).

이 효율 저하를 해결하기 위해, 전압 레귤레이터 시스템의 컨트롤러는, 기생 전압 강하가 상승하였음을 검출하면, 재구성 가능 SC 레귤레이터를 변환 모드 (N+1):1 대신에 N:1에서 동작하도록 재구성할 수 있다. 이렇게, 재구성 가능 SC 레귤레이터는 효율 곡선(608) 상의 "절벽부"에서 떨어지는 것 대신에 효율 곡선(604) 상에서 동작하도록 강제될 수 있다. 다시 말해, 전압 레귤레이터 시스템은 재구성 가능 SC 레귤레이터가 동작점 B(612)에서 동작하도록 재구성 가능 SC 레귤레이터를 재구성할 수 있다. 컨트롤러는, 심각한 효율 저하를 방지하도록 재구성 SC 레귤레이터를 재구성할 수 있기 때문에, 재구성 가능 SC 레귤레이터를 그것의 최적 동작점 A(610)에서 동작시킬 수 있다.

일부 실시형태에서, 컨트롤러는, 재구성 가능 SC 레귤레이터에 대한 동작점을 결정하면, 재구성 가능 SC 레귤레이터의 변환율이 그 결정된 동작점과 연관된 변환율에 매칭되게 하는 V_BUS를 어댑터가 공급할 것을 요청할 수 있다.

일부 실시형태에서, 레귤레이터(1006)와 같은 레귤레이터는 2스테이지 레귤레이터라고도 하는 하이브리드 레귤레이터(hybrid regulator)를 포함할 수 있다. 하이브리드 레귤레이터는 일련의 2개의 전압 레귤레이터, 즉 제1 스테이지 레귤레이터와 제2 스테이지 레귤레이터를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 스테이지 레귤레이터는 SC 레귤레이터를 포함하고, 제2 스테이지 레귤레이터는 스위칭 전압 레귤레이터(예컨대, 벅 레귤레이터)를 포함한다. 이러한 하이브리드 레귤레이터는, SC 레귤레이터가 미리 결정된 분수 값에서 분압하기에 우수하다는 점과, 스위칭 전압 레귤레이터가 폭넓은 범위의 출력 전압을 미세한 스텝으로 조절하기에 우수하다는 점을 이용한다. 이에, 하이브리드 레귤레이터는 비정수 변환율에서도 높은 변환 효율을 달성할 수 있다

일부 실시형태에서, 이러한 하이브리드 레귤레이터는 2015년 9월 22일에 Lion Semiconductor Inc.에 허여된 발명의 명칭이 "APPARATUS, SYSTEMS, AND METHODS FOR PROVIDING A HYBRID POWER REGULATOR"인 미국 특허 제9,143,032호 및/또는 Puggelli 등이 2016년 4월 18일에 출원한 발명의 명칭이 "RECONFIGURABLE DICKSON STAR SWITCHED CAPACITOR VOLTAGE REGULATOR"인 미국 임시 특허 출원 제62/324,091호에 개시되어 있는 하이브리드 레귤레이터를 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 여기에서의 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

일부 실시형태에서, 하이브리드 레귤레이터는 상이한 변환율을 지원하기 위해 복수의 변환 모드를 지원할 수 있다. 예를 들어, (1) 재구성 가능 3:1 SC 레귤레이터와 (2) 스위치드-인덕터 레귤레이터를 구비한 하이브리드 레귤레이터는 5 동작 모드, 즉 S3 변환 모드, H32 하이브리드 변환 모드, S2 변환 모드, H21 하이브리드 변환 모드, 및 S1 변환 모드를 지원할 수 있다.

앞의 하이브리드 레귤레이터에 관한 특허 문헌에서 논의된 바와 같이, 하이브리드 레귤레이터는 재구성 SC 레귤레이터의 2 이상의 변환 모드의 "평균" 출력 전압을 공급하도록 재구성 가능 SC 레귤레이터의 2 이상의 변환 모드 사이에서 디더링(dithering)할 수 있다. 예를 들어, H32 하이브리드 변환 모드에서 동작하는 하이브리드 레귤레이터는 입력 전압(V_IN)을 수신하고, S2 변환 모드라고도 하는 2:1 스위치드 커패시터 변환 모드와, S3 변환 모드라고도 하는 3:1 스위치드 커패시터 변환 모드 사이에서 디더링하여, V_IN/2와 V_IN/3 사이에서 출력 전압을 공급할 수 있다.

일부 실시형태에서, 하이브리드 변환 모드(예컨대, H32 하이브리드 변환 모드)에서의 하이브리드 레귤레이터의 실제 출력 전압은 각각의 스위치드 커패시터 변환 모드에서 소비되는 시간의 비율(예컨대, 듀티 사이클)에 의해 결정된다. 예를 들어, 하이브리드 레귤레이터가 S2 변환 모드에서 시간량 D를 소비하고 S3 변환 모드에서 시간량 (1-D)을 소비할 경우, 출력 전압은 (DxV_IN/2 + (1-D)xV_IN/3)이 될 것이다. 이에, 듀티 사이클(D)의 값을 제어함으로써, 하이브리드 레귤레이터의 출력 전압이 정확하게 제어될 수 있다.

일부 실시형태에서, 하이브리드 변환 모드는 비정수값의 변환 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, H32 하이브리드 변환 모드는 변환 계수 (2D + 3(1-D))를 가질 수 있다. 더 일반적으로, H(N+1)N 하이브리드 변환 모드는 변환 계수 (DxN + (1-D)x(N+1))를 가질 수 있다.

일부 실시형태에서, 도 10에 도시한 컨트롤러(1004)와 같은 컨트롤러는 하이브리드 레귤레이터의 변환율에 기초하여, 하이브리드 레귤레이터가 지원하는 복수의 변환 모드 중 하나로 하이브리드 레귤레이터를 구성할 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 레귤레이터의 변환율이 3:1에 가까울 경우, 하이브리드 레귤레이터는 S3 변환 모드에서 동작할 수 있다. 변환율이 떨어질 때에(예컨대, 입력 전압이 감소하거나 출력 전압이 상승하기 때문에), 컨트롤러는 하이브리드 레귤레이터를 H32 변환 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 변환율이 2:1에 가까운 점으로 변환율이 더 떨어질 때에, 컨트롤러는 하이브리드 레귤레이터를 S2 변환 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 이 프로세스가 계속될 때에, 일부 실시형태의 경우 하이브리드 레귤레이터는 H21 변환 모드에서 그리고 종국에는 S1 변환 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 변환 모드는, 하이브리드 레귤레이터가 S_N 변환 모드(N:1 스위칭 커패시터 변환 모드)에서 S1 변환 모드로 전환될 때에 "하위" 모드로 전환되고, 하이브리드 레귤레이터가 S1 변환 모드에서 S_N 변환 모드로 전환될 때에 "상위" 모드로 전환된다.

일부 실시형태에서, 도 10에 도시한 전압 레귤레이터(1002)와 같은 전압 레귤레이터 시스템은 하이브리드 레귤레이터를 사용함으로써 넓은 범위의 변환율 상에서 효율을 향상시킬 수 있다. 도 7은 일부 실시형태에 따라 3 변환 모드―스위치드 커패시터 N:1 모드, 스위치드 커패시터 (N+1):1 모드, 및 하이브리드 H(N+1)N 모드―에서의 하이브리드 레귤레이터의 효율 곡선을 보여주는 그래프의 예를 도시한다. 전압 레귤레이터 시스템 내의 컨트롤러는 넓은 범위의 변환율에 걸쳐 전압 레귤레이터 시스템의 효율을 향상시키기 위해 전압 레귤레이터 시스템 내의 하이브리드 레귤레이터를 특정 레귤레이션 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 하이브리드 레귤레이터는 2 스위치드 커패시터 변환 모드 사이에서 디더링할 수 있다. 이러한 2 스위치드 커패시터 전환 모드와 연관될 수 있는 효율 곡선은 곡선(702 및 704)으로 보여진다. 스위치드 커패시터 전환 모드 간의 디더링은 실제로 효율 곡선(704)의 "절벽부"를 효율 곡선(702 및 704)을 연결하는 선(706)으로 대체한다. 따라서, 하이브리드 레귤레이터는 기생 전압 강하에 큰 변동이 있더라도 급격한 효율 저하의 위험 및 출력 조정 상실이 없다. 예를 들어, 하이브리드 레귤레이터가 (N+1):1 스위치드 커패시터 변환 모드이고 출력 조정을 상실하고 "절벽부"에서 떨어지면, 컨트롤러는 하이브리드 레귤레이터를 H(N+1)N 하이브리드 변환 모드에서 동작하도록 구성할 수 있다. 이에, 전압 레귤레이터 시스템은 넓은 범위의 변환율에 걸쳐 고효율 동작점에서 동작할 수 있다.

도 8은 일부 실시형태에 따른 재구성 가능 SC 레귤레이터 또는 하이브리드 레귤레이터를 구비한, 도 10에 도시한 전압 레귤레이터 시스템(1002)과 같은 전압 레귤레이터 시스템을 동작시키는데 사용될 수 있는 프로세스(800)의 예를 보여주는 흐름도의 예를 도시한다. 블록 802에서, 컨트롤러는 특정 충전 속도로 배터리를 충전하라는 명령을 수신한다. 블록 804에서, 컨트롤러는 특정 충전 속도를 수용할 수 있는 레귤레이터의 변환 모드를 결정하도록 구성되고 레귤레이터를 결정된 변환 모드에서 동작하도록 구성한다.

일부 실시형태에서, 컨트롤러는 변환 모드 테이블을 이용하여 레귤레이터의 초기 변환 모드를 결정하도록 구성된다. 변환 모드 테이블은 타깃 충전 속도와 대응 변환 모드 간의 매핑을 포함할 수 있다. 따라서, 컨트롤러가 타깃 충전 속도가 제1 레벨이어야 한다는 표시(indication)를 수신할 때에, 컨트롤러는 변환 모드 테이블을 이용하여 해당 제1 레벨과 연관된 변환 모드를 결정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 타깃 충전 속도는 타깃 충전 전류(I_CHG)로서 표현된다. 이 실시형태에서, 변환 모드 테이블은 타깃 충전 전류(I_CHG)와 변환 모드 간의 매핑을 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 컨트롤러는 (1) 타깃 충전 전류와 (2) 레귤레이터에 전력을 공급하는 어댑터의 최대 출력 전류 간의 비율에 기초하여 초기 변환 모드를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 타깃 충전 전류(I_CHG)가 5 A이고, 어댑터의 최대 출력 전류(I_{BUS_MAX})가 3 A이면, 컨트롤러는 타깃 충전 전류(I_CHG)와 어댑터의 최대 출력 전류(I_{BUS_MAX}) 간의 비율을 결정하여, 타깃 변환 비율이 5/3에 가까운 것을 결정할 수 있다. 이에, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환 모드를 S2 변환 모드 또는 H21 변환 모드로 설정하도록 구성된다. 또 다른 예로서, 타깃 충전 전류(I_CHG)가 8 A이고, 레귤레이터에 전력을 공급하는 어댑터의 최대 출력 전류(I_{BUS _MAX})가 3 A이면, 컨트롤러는 타깃 충전 전류(I_CHG)와 어댑터의 최대 출력 전류(I_{BUS _MAX}) 간의 비율을 결정하여, 타깃 변환 비율이 8/3에 가까운 것을 결정할 수 있다. 이에, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환 모드를 S3 변환 모드 또는 H32 변환 모드로 설정하도록 구성된다.

컨트롤러가 초기 변환 모드를 결정하고 레귤레이터를 초기 변환 모드에서 동작하도록 구성하면, 컨트롤러는 블록 806 내지 블록 808에서 설명하는 바와 같이, 실질적으로 실시간으로, 에너지 최대 효율 변환 모드를 결정하기 위해 레귤레이터의 효율을 추적할 수 있다.

블록 806에서, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환율(예컨대, V_BUS/V_BAT의 현재값)을 결정하도록 구성된다. 블록 808에서, 컨트롤러는 결정된 변환율을 레귤레이터의 변환 모드와 비교하도록 구성된다. 레귤레이터의 변환 모드와 변환율 간의 차이가 문턱값보다 크면, 컨트롤러는 레귤레이터로의 입력 전압(V_BUS)을 변경하라는 요청을 어댑터에 전송하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 블록 808에서, 컨트롤러는 입력 전압(V_BUS)이 (변환 계수) x V_BAT 미만일 때 어댑터에 요청을 전송하도록 구성된다. 컨트롤러는 레귤레이터가 동작하는 변환 모드와 연관된 변환 계수에 가까운 변환율을 유지하도록 블록 806과 블록 808을 반복할 수 있다.

일부 실시형태에서, 블록 806과 블록 808의 반복은 컨트롤러가 새로운 바람직한 배터리 충전 속도를 수신할 때에 중단될 수 있으며, 이 경우 프로세스(800)는 블록 802에서 루프백할 것이다(도 8에는 루프백이 도시되지 않음). 일부 실시형태에서, 블록 806과 블록 808의 반복은 레귤레이터의 효율이 낮다고 컨트롤러가 결정할 때에 중단될 수 있다. 이 경우에, 컨트롤러는 블록 804로 루프백하여 레귤레이터에 대한 우수한 변환 모드를 결정하도록 구성된다(도 8에는 루프백이 도시되지 않음).

일부 실시형태에서, 레귤레이터의 효율은 레귤레이터의 입력 전력과 출력 전력을 측정함으로써 측정될 수 있다. 입력 전력과 출력 전력은 아날로그-디지털 컨버터(ADC)와 같은 회로를 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 ADC가 입력 전압과 입력 전류를 측정하여 입력 전력을 결정할 수 있고, 하나 이상의 ADC가 출력 전압과 출력 전류를 측정하여 출력 전력을 결정할 수 있다. 경우에 따라, 단일 ADC가 입력 전력과 출력 전력 둘 다를 측정할 수 있다.

도 9는 일부 실시형태에 따른, 도 10에 도시한 전압 레귤레이터 시스템(1002)과 같은 전압 레귤레이터 내의 컨트롤러를 동작시키는데 사용될 수 있는 프로세스의 예(900)를 보여주는 흐름도의 예를 도시한다.

프로세스(900)에 있어서, 상위 레벨에서, 컨트롤러는 4페이즈, 즉 인에이블 페이즈(902), 초기 동작점 셋업 페이즈(904), 감분 루프 페이즈(906), 및 증분 루프 페이즈(908)에서 동작한다.

인에이블 페이즈(902) 시에, 컨트롤러는 전압 레귤레이터 시스템 내의 레귤레이터를 인에이블하도록 구성된다.

초기 동작점 셋업 페이즈(904) 시에, 컨트롤러는 레귤레이터에 대한 초기 변환 모드를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 전압 레귤레이터 시스템 내의 레귤레이터가 하이브리드 레귤레이터이면, 하이브리드 레귤레이터는 H21 하이브리드 변환 모드에 있도록 구성될 수 있고, 전압 레귤레이터 시스템 내의 레귤레이터가 재구성 가능 SC 레귤레이터이면, 재구성 가능 SC 레귤레이터는 S21 변환 모드에 있도록 구성될 수 있다. 후속으로, 컨트롤러는 입력 전압(V_BUS)이 (변환 계수) x (레귤레이터의 출력 전압(V_BAT))에 실질적으로 가깝게 하기 위해 레귤레이터로의 입력 전압(V_BUS)을 상승시키도록, 전압 레귤레이터 시스템에 전력을 공급하는 어댑터에 하나 이상의 요청을 전송한다.

감분 루프 페이즈(906)와 증분 루프 페이즈(908) 시에, 레귤레이터가 타깃 변환 모드에 있고, 입력 전압(V_BUS)이 실질적으로 (변환 계수) x (레귤레이터의 출력 전압(V_BAT))에 가깝다면, 전압 레귤레이터 시스템은 어댑터 출력(입력 전압(V_BUS))을 조정하여 레귤레이터가 해당 변환 모드를 지속할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 레귤레이터의 변환율이 변환 모드와 연관된 변환 계수보다 높으면(예컨대, V_BUS/V_BAT이 변환 모드의 변환 계수보다 크거나 V_SCDROP이 기대치보다 크면), 컨트롤러는 레귤레이터의 변환율이 변환 모드의 타깃 변환 계수로 되돌아가게 하기 위해 어댑터가 그 출력(입력 전압(V_BUS))을 감소시킬 것을 요청하도록 구성된다. 또한, 또 다른 예로서, 레귤레이터의 변환율이 변환 모드와 연관된 변환 계수보다 낮으면(예컨대, V_BUS/V_BAT이 변환 모드의 변환 계수보다 작거나 V_SCDROP이 기대치보다 작으면), 컨트롤러는 레귤레이터의 변환율이 변환 모드의 타깃 변환 계수로 되돌아가게 하기 위해 어댑터가 그 출력(입력 전압(V_BUS))을 상승시킬 것을 요청하도록 구성된다.

도 9는 일부 실시형태에 따른 4페이즈의 상세 동작을 도시한다. 이 도면은 레귤레이터가 S2 변환 모드에서(예컨대, 변환 계수 2에서) 최대 효율에 도달하는 실시형태를 예시한다. 따라서, 컨트롤러는 어댑터 출력 전압(V_BUS)을 조정하여 레귤레이터가 충전 사이클에 걸쳐 가능한 한 오랫동안 S2 변환 모드를 지속하게 하도록 구성된다.

인에이블 페이즈(902) 시에, 블록 910에서, 모바일 디바이스가 어댑터에 연결된다. 모바일 디바이스가 어댑터에 연결되면, 컨트롤러는 블록 912에서의 초기화 루틴을 수행하도록 구성된다.

일부 실시형태에서, 초기화 루틴은 어댑터의 특성을 식별하는 단계를 포함한다. 어댑터의 특성을 식별하는 단계는, 예컨대 컨트롤러로부터 요청을 수신할 때에 어댑터가 그 출력 전압(V_BUS)을 조정할 수 있는 여부를 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 어댑터의 특성을 식별하는 단계는 어댑터가 특정 표준(예컨대, USB(universal serial bus))을 준수함을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 또한 초기화 루틴은 어댑터가 출력 전압(V_BUS)으로서 특정 디폴트 값을 공급할 것을 요청하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어댑터가 USB 호환형이면, 컨트롤러는 어댑터가 디폴트 출력값으로서 5 VDC를 공급할 것을 요청할 수 있다.

일부 실시형태에서, 또한 초기화 루틴은 어댑터가 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전류의 인출을 시도하지 못하도록 레귤레이터의 입력 전류에 제한을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 또한 초기화 루틴은 레귤레이터가 바람직한 전환율에 대한 적절한 변환 모드에 있음을 확인하는 단계를 포함할 수 있다

일부 실시형태에서, 어댑터는 디폴트 값으로서 5 VDC의 출력 전압(V_BUS)을 공급하도록 구성될 수 있다. 배터리(예컨대, 싱글 스택 리튬 이온 배터리)의 배터리 전압(V_BAT)이 종종 3 V와 4.5 V 사이이기 때문에, 초기 모드에서 레귤레이터의 변환율(V_BUS/V_BAT)은 일반적으로 1과 2 사이일 것이다. 이에, 초기 모드에서, 레귤레이터가 하이브리드 레귤레이터이면, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환 모드를 H21 하이브리드 변환 모드로서 설정하도록 구성될 수 있다. 레귤레이터가 하이브리드 변환 모드를 수용하지 못하는 재구성 가능 SC 레귤레이터이면, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환 모드를 S1 변환 모드로서 설정하도록 구성될 수 있다.

컨트롤러가 인에이블 페이즈(902)를 완료하면, 컨트롤러는 초기 동작점 셋업 페이즈(904)로 이행한다. 이 페이즈에서, 컨트롤러는 레귤레이터에 대해 초기 동작점을 설정하도록 구성된다.

블록 914에서, 컨트롤러는 MODE_CHANGE_INT라고 불리는 인터럽트 신호가 어서트(assert)되었는지의 여부를 체크함으로써 모드 변경의 유무를 체크하도록 구성된다. MODE_CHANGE_INT가 어서트되지 않으면, 컨트롤러는 레귤레이터가 초기 동작 모드(예컨대, 하이브리드 레귤레이터의 경우 H21 변환 모드 또는 재구성 가능 SC 레귤레이터의 경우 S1 변환 모드)임을 알고 있다.

MODE_CHANGE_INT가 어서트되지 않을 때, 컨트롤러는 블록 916으로 이행한다. 블록 916에서, 컨트롤러가 고속 배터리 충전을 위해 어댑터 출력 전압(V_BUS)을 상승시키도록 설계되기 때문에, 컨트롤러는 어댑터가 그 출력 전압을 상승시킬 것을 요청하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러는 어댑터가 그 출력 전압을 특정 전압 스텝(예컨대, V_{MIN _STEP})만큼 상승시킬 것을 요청하도록 구성될 수 있다.

컨트롤러부터의 요청 수신에 응답하여, 어댑터는 그 출력 전압(V_BUS)을 상승시킬 수 있다. 어댑터가 그 출력 전압을 상승시킬 때에, 출력 전압에는 일부 일시적인 리플 또는 글리치가 있을 수도 있다. 따라서, 어댑터에 출력 전압을 상승시키는 요청을 전송한 다음, 컨트롤러는 다음 블록으로 이행하기 전에 (리플 또는 글리치가 사라지도록) 미리 결정된 시간 대기할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 컨트롤러는 모드 변경이 있을 때까지(예컨대, 인터럽트 신호(MODE_CHANGE_INT)가 어서트될 때까지) 블록 914 및 블록 916을 반복할 수 있다.

MODE_CHANGE_INT가 어서트되면, 컨트롤러는 이전 변환 모드보다 1 스텝 상위 변환 모드로 레귤레이터의 변환 모드를 업데이트하도록 구성된다. 예를 들어, 레귤레이터가 하이브리드 레귤레이터이면, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환 모드를 H21 변환 모드에서 S2 변환 모드로 업데이트할 수 있고, 레귤레이터가 재구성 가능 SC 레귤레이터이면, 컨트롤러는 레귤레이터의 변환 모드를 S1 변환 모드에서 S2 변환 모드로 업데이트할 수 있다.

감분 루프 페이즈(906)의 블록 918에서, 컨트롤러는 레귤레이터의 현재 변환 모드를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러는 신호(MODE_STS)를 체크하여 레귤레이터의 현재 변환 모드를 결정할 수 있다.

레귤레이터가 어떤 이유로 S2 변환 모드(예컨대, H32 또는 SC3)가 아니라면, 컨트롤러는 어댑터 출력 전압을 전압 스텝(예컨대, V_{BUS _MIN_STEP})만큼 감소시키도록 구성된다. 컨트롤러는 블록 918과 블록 920을 반복함으로써 레귤레이터가 S2 변환 모드에서 동작할 때까지 어댑터 출력 전압을 감소시키도록 구성된다.

레귤레이터가 기대한 S2 변환 모드(SC2)라면, 레귤레이터는 도 4a 내지 도 4b에 예시하는 바와 같이 동작할 수 있으며, 이 경우 레귤레이터는 배터리가 충전될 때에 어댑터 출력 전압을 1 전압 스텝(예컨대, V_{BUS _MIN_STEP})만큼 상승시킨다. 그런 다음 컨트롤러는 증분 루프 페이즈(908)로 이행한다.

일부 실시형태에서는 918에서 914로 올라가는 경로가 제공될 수 있다. 이 경로는 레귤레이터가 H21 또는 S1 모드인 경우 사용될 수 있는데, 이는 레귤레이터가 SC2 모드에서 동작하기에는 V_BUS가 너무 낮다는 것을 의미한다. 이것은 904에서 처리되었기 때문에 발생하지 않아야 하지만, 어떤 이유로 904에서 초기 동작점을 제대로 셋업하지 않은 경우에 그 경로가 제공될 수 있다.

증분 루프 페이즈(908)의 블록 922에서, 컨트롤러는 슬립 모드로 진입하도록 구성된다. 이것은 인터럽트 신호를 수신할 때까지 또는 컨트롤러가 슬립 모드로 미리 결정된 시간 동안 있을 때까지, 어댑터가 그 출력 전압을 변경할 것을 컨트롤러가 요청하지 않음을 의미한다.

블록 924에서, 컨트롤러는, 슬립 모드에서 웨이크업하면, 인터럽트 신호를 수신했는지의 여부(예컨대, 인터럽트 신호(MODE_CHANGE_INT)가 어서트되는지의 여부)를 결정하도록 구성된다. 컨트롤러는, 인터럽트 신호를 수신하지 않으면, 블록 926에서, 어댑터 출력 전압이 상승해야 하는지를 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러는 컨트롤러에 의해 생성될 수 있는 VIN_INC_INT라 불리는 다른 인터럽트 신호를 분석함으로써, 어댑터 출력 전압(V_BUS)의 상승 여부를 결정하도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러는 어댑터 출력 신호와 (변환 계수) x (배터리 전압)을 비교함으로써 어댑터 출력 전압(V_BUS)의 상승 여부를 결정하도록 구성된다.

컨트롤러는, 어댑터 출력 전압이 상승할 필요가 없다고 결정할 때, 블록 922에서 슬립 모드로 복귀한다. 컨트롤러는, 어댑터 출력 전압이 상승해야 한다고 결정하면, 블록 928에서, 출력 전압(V_BUS)을 1 전압 스텝(예컨대, V_{BUS _MIN_STEP})만큼 상승시키는 요청을 어댑터에 전송한다.

블록 930에서, 컨트롤러는 예를 들어, 상태 신호(MODE_STS)를 분석함으로써 레귤레이터의 현재 변환 모드를 결정하도록 구성된다. 레귤레이터(1006)가 S2 변환 모드(SC2)이면, 컨트롤러는 블록 922에서 슬립 모드로 복귀한다. 레귤레이터가 H21 변환 모드(H21) 또는 S1 변환 모드(SC1)와 같은 하위 모드인 경우, 컨트롤러는 레귤레이터가 S2 변환 모드에서 동작할 때까지 어댑터가 출력 전압을 V_{BUS _MIN_STEP}만큼 상승시킬 것을 요청하도록 구성된다.

블록 924로 돌아가서, 컨트롤러는 변환 모드가 변경되어야 함을 표시하는 인터럽트 신호를 수신하면, 예컨대 블록 912에서 상태 신호(MODE_STS)를 분석함으로써 현재 변환 모드를 결정하도록 구성된다.

현재 변환 모드가 H21 변환 모드나 S1 변환 모드와 같은 S2 변환 모드보다 낮다면, 컨트롤러는 블록 928을 수행한다. 현재 변환 모드가 H32 변환 모드나 SC3 변환 모드와 같은 S2 변환 모드보다 높으면, 컨트롤러는 두가지 옵션 중 하나를 수행한다. 제1 옵션은 블록 922로 이행하여, 전압 레귤레이터 시스템이 S2 변환 모드에서 동작하는 점까지 배터리 전압이 상승하도록 대기함으로써 전압 레귤레이터 시스템이 현재 모드를 지속하게 하는 것이다. 제2 옵션은 감분 루프 페이즈(906)의 블록 920으로 가서, 레귤레이터가 S2 변환 모드로 더 빨리 진입할 수 있도록 어댑터 출력 전압을 V_{BUS _MIN_STEP}만큼 감소시키는 것이다.

도 9에서는 레귤레이터가 S2 변환 모드(SC2)에서(예컨대, 변환 계수 2에서) 최대 효율에 도달하는 실시형태를 예시하고 있지만, 이 동작은 레귤레이터가 S_N 변환 모드에서 최대 효율에 도달하는 경우에도 사용될 수 있다. 그 경우에, S1, H21, H32, S3는 각각 S(N-1), H_N(N-1), H_(N+1)N, S_(N+1) 변환 모드로 변경될 수 있다. 이 경우, 컨트롤러는 어댑터 출력 전압(V_BUS)을 조정하여 레귤레이터가 충전 사이클에 걸쳐 가능한 한 오랫동안 S_N 변환 모드를 지속하게 하도록 구성된다.

일부 실시형태에서, 레귤레이터가 하이브리드 레귤레이터인 경우, 컨트롤러는 어댑터 출력 전압을 조정하여 레귤레이터가 가능한 한 오랫동안 스위치드 커패시터 변환 모드(예컨대, S2, S3, … S_N)를 지속하게 하도록 구성될 수 있으며, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 스위치드 커패시터 변환 모드에서의 레귤레이터의 효율이 하이브리드 변환 모드에서의 레귤레이터의 효율보다 높을 수 있기 때문에, 스위치드 커패시터 변환 모드가 하이브리드 변환 모드보다 유리할 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 전압 레귤레이터 시스템(1002)은 단일 칩으로서 구현될 수 있다. 단일 칩은 여기에 개시하는 컨트롤러와 레귤레이터 둘 다를 포함하는 단일 다이를 포함할 수 있다. 단일 칩은 2개 이상의 다이를 포함할 수도 있으며, 이 경우 한 다이는 컨트롤러를 포함하고 다른 다이는 레귤레이터를 포함한다. 다른 실시형태에서, 전압 레귤레이터 시스템은 2개 이상의 칩을 포함할 수도 있으며, 이 경우 한 칩은 컨트롤러를 포함하고 다른 칩은 레귤레이터를 포함한다.

일부 실시형태에 있어서, 도 10에 도시한 컨트롤러(1004)와 같은 컨트롤러는 하드웨어 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션으로서 구현될 수 있다. 소프트웨어 애플리케이션은 메모리에 저장될 수 있다. 메모리는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체, 플래시 메모리, 자기 디스크 드라이브, 광학 드라이브, 프로그래머블 리드 온리 메모리(PROM), 리드 온리 메모리(ROM), 또는 기타 메모리 또는 메모리의 조합일 수 있다. 소프트웨어는 컴퓨터 명령어나 컴퓨터 코드를 실행할 수 있는 하드웨어 프로세서 상에서 실행될 수 있다. 하드웨어 프로세서는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 주문형 집적 회로(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 또는 기타 적절한 회로와 같은 임의의 적절한 하드웨어로 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러는 주문형 집적 회로(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 또는 기타 적절한 회로를 사용하여 하드웨어로 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러는 Verilog, VHDL 및 Bluespec을 포함하는 하드웨어 프로그래밍 언어를 사용하여 합성될 수 있다.

이와 같이, 당업자라면 본 개시내용이 기초로 한 개념을, 개시하는 요지의 여러 목적들을 수행하기 위한 다른 구조, 장치, 시스템 및 방법을 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 청구범위는 개시하는 요지의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다면 그러한 균등한 구성을 포함하는 것으로 간주되는 것이 중요하다.

전술한 예시적인 실시형태에서 개시하는 요지를 설명하고 예시하였지만, 본 개시내용은 예시 목적으로만 작성되었고, 개시하는 요지의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 개시하는 요지의 구현예의 세부사항에서 많은 변화가 이루어질 수 있으며, 개시하는 요지의 사상 및 범주가 이하의 청구범위에 의해서만 제한됨이 이해될 것이다.

Claims (17)

1. 전압 레귤레이터 시스템에 있어서,
   입력 단자와 출력 단자를 구비한 레귤레이터로서, 상기 레귤레이터는 상기 입력 단자에서 어댑터로부터의 입력 전압을 수신하고, 상기 출력 단자에서 출력 전압을 공급하도록 구성되며, 상기 레귤레이터는 제1 변환 계수(conversion fator)에 대응하는 적어도 제1 변환 모드에서 동작하도록 구성되는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터를 포함하는, 상기 레귤레이터와,
   상기 레귤레이터의 동작을 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 레귤레이터의 변환율이 상기 제1 변환 계수보다 높을 때를 결정하고, 이에 응답하여 상기 입력 전압을 감소시키는 요청을 상기 어댑터에 전송하도록 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터는 복수의 변환 모드에서 동작할 수 있는 재구성 가능 스위치드 커패시터 레귤레이터를 포함하고, 상기 복수의 변환 모드 각각은 고유의 변환 계수와 연관되는, 전압 레귤레이터 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 변환 모드 각각은 고유의 정수 변환 계수와 연관되는, 전압 레귤레이터 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 변환 모드 중 하나는 비정수 변환 계수와 연관되는, 전압 레귤레이터 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스위치드 커패시터 레귤레이터는 복수의 변환 모드에서 동작할 수 있는 하이브리드 레귤레이터의 일부이고, 상기 복수의 변환 모드 각각은 고유의 변환 계수와 연관되는, 전압 레귤레이터 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 하이브리드 레귤레이터는 스위치드-인덕터 레귤레이터를 더 포함하는, 전압 레귤레이터 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 레귤레이터의 출력 단자는 배터리에 연결되어 상기 배터리에 출력 전압을 공급하는, 전압 레귤레이터 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 배터리의 충전 속도를 높이는 명령을 수신하도록 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 배터리의 충전 속도를 높이는 명령은 상기 레귤레이터의 출력 전류를 증가시키는 명령을 포함하는, 전압 레귤레이터 시스템.
10. 제8항에 있어서, 상기 충전 속도를 높이는 명령의 수신에 응답하여, 상기 컨트롤러는 또한, 제2 변환 계수와 연관된 제2 변환 모드에서 동작하게 상기 레귤레이터를 재구성하도록 구성되고, 상기 제2 변환 계수는 상기 제1 변환 계수보다 큰, 전압 레귤레이터 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 레귤레이터의 입력 단자에서 수신되는 입력 전압을 상승시킬 것을 상기 어댑터에 요청하도록 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 변환율이 상기 제2 변환 모드의 제2 변환 계수보다 높아질 때까지 상기 레귤레이터의 입력 단자에서 수신되는 입력 전압을 상승시킬 것을 상기 어댑터에 요청하도록 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터 시스템은 모바일 디바이스의 일부인, 전압 레귤레이터 시스템.
14. 제4항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터 시스템은 단일 집적 칩으로서 구현되는, 전압 레귤레이터 시스템.
15. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 유선 인터페이스를 통해 상기 어댑터에 요청을 전송하도록 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 유선 인터페이스는 유니버셜 시리얼 버스(USB) 타입 C 인터페이스를 포함하는, 전압 레귤레이터 시스템.
17. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 입력 단자에서 수신되는 입력 전압을 조절함으로써 상기 어댑터에 요청을 전송하도록 구성되는, 전압 레귤레이터 시스템.

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