KR20210030532A - 전압 변환기 - Google Patents

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오형석
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이정광
허정욱
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Abstract

본 발명은 전압 변환기에 관한 것이다. 본 발명의 전압 변환기는 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위치들, 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 제1 내지 제4 스위치들과 병렬로 순차적으로 연결된 제5 내지 제8 스위치들, 제1 및 제2 스위치들 사이의 제1 노드와 제3 및 제4 스위치들 사이의 제2 노드의 사이에 연결된 제1 부유 커패시터, 제5 및 제6 스위치들 사이의 제3 노드와 제7 및 제8 스위치들 사이의 제4 노드 사이에 연결된 제2 부유 커패시터, 제2 및 제3 스위치들의 사이 그리고 제6 및 제7 스위치들의 사이에 공통 연결된 중앙 노드와 제2 전압 노드의 사이에 연결된 제9 스위치, 제2 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제1 인덕터, 중앙 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 중앙 커패시터, 제2 전압 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제10 스위치, 제3 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 제1 커패시터, 그리고 제2 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 제2 커패시터를 포함한다.

Description

전압 변환기{VOLTAGE CONVERTER}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 다양한 벅 변환들 및 부스트 변환들을 수행하도록 재구성 가능한 전압 변환기에 관한 것이다.
전자 장치들은 내부에서 다양한 레벨들의 전압들을 생성하고 사용한다. 특히, 스마트폰, 스마트패드 등과 같이 배터리를 사용하는 모바일 장치들은 배터리로 인해 더 다양한 레벨들의 전압들을 생성하여야 한다.
모바일 장치가 충전기에 결합된 때에, 모바일 장치는 외부 전원으로부터 배터리를 충전하기 위한 전압 및 내부의 구성 요소들에 공급하기 위한 전압을 별도로 생성하여야 한다. 또한, 모바일 장치가 온더고(OTG)(On The Go) 장치와 같이 모바일 장치로부터 전원을 공급받는 장치에 연결되면, 모바일 장치는 배터리의 전압으로부터 외부의 모바일 장치에 공급하기 위한 전압을 생성하여야 한다.
모바일 장치가 다양한 전압들을 생성하여야 하므로, 모바일 장치는 다수의 전압 변환기들을 탑재하여야 한다. 이는 모바일 장치의 제조 비용을 증가시키고, 그리고 모바일 장치의 사이즈를 증가시키는 요인으로 작용하고 있다.
본 발명의 목적은 다양한 벅 변환들 및 부스트 변환들을 사용하도록 재구성 가능한 전압 변환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 변환기는 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위치들, 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 제1 내지 제4 스위치들과 병렬로 순차적으로 연결된 제5 내지 제8 스위치들, 제1 및 제2 스위치들 사이의 제1 노드와 제3 및 제4 스위치들 사이의 제2 노드의 사이에 연결된 제1 부유 커패시터, 제5 및 제6 스위치들 사이의 제3 노드와 제7 및 제8 스위치들 사이의 제4 노드 사이에 연결된 제2 부유 커패시터, 제2 및 제3 스위치들의 사이 그리고 제6 및 제7 스위치들의 사이에 공통 연결된 중앙 노드와 제2 전압 노드의 사이에 연결된 제9 스위치, 제2 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제1 인덕터, 중앙 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 중앙 커패시터, 제2 전압 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제10 스위치, 제3 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 제1 커패시터, 그리고 제2 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 제2 커패시터를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 변환기는 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위치들, 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 제1 내지 제4 스위치들과 병렬로 순차적으로 연결된 제5 내지 제8 스위치들, 제1 및 제2 스위치들 사이의 제1 노드와 제3 및 제4 스위치들 사이의 제2 노드의 사이에 연결된 제1 부유 커패시터, 제5 및 제6 스위치들 사이의 제3 노드와 제7 및 제8 스위치들 사이의 제4 노드 사이에 연결된 제2 부유 커패시터, 제2 및 제3 스위치들의 사이 그리고 제6 및 제7 스위치들의 사이에 공통 연결된 중앙 노드와 제2 전압 노드의 사이에 연결된 제9 스위치, 제1 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제1 인덕터, 중앙 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 중앙 커패시터, 제2 전압 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제10 스위치, 제3 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 제1 커패시터, 그리고 제2 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결된 제2 커패시터를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 변환기는 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결되고, 스위치들 및 커패시터들을 포함하는 스위치 커패시터 블록, 제2 전압 노드, 제3 전압 노드, 그리고 스위치 커패시터 블록에 연결되는 경로 제어 블록, 그리고 제2 전압 노드, 제3 전압 노드, 접지 노드 및 스위치 커패시터 블록에 연결되는 수동 소자 블록을 포함한다. 전압 변환기는 제1 타입 동작 시에, 제1 전압 노드에서 제1 전압을 수신하고, 그리고 제1 전압을 변환하여 제2 전압 노드 및 제3 전압 노드 중 적어도 하나로 전달한다. 전압 변환기는 제2 타입 동작 시에, 제1 전압 노드에서 제2 전압을 수신하고, 그리고 제2 전압을 제2 전압 노드로 전달한다. 전압 변환기는 제3 타입 동작 시에, 제2 전압 노드에서 제3 전압을 수신하고, 그리고 제3 전압을 변환하여 제1 전압 노드로 전달한다.
본 발명에 따르면, 전압 변환기는 외부로부터 전원이 공급되는지 또는 외부로 전원을 공급하여야 하는지에 따라 다양한 벅 변환들 및 부스트 변환들을 수행하도록 재구성 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 변환기는 다수의 벅 변환기들 및 부스트 변환기들을 대체할 수 있고, 모바일 장치의 제조 비용 및 사이즈를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 2는 제1 실시 예에 따라 구현된 전압 변환기를 보여준다.
도 3은 제1 모드로 설정된 전압 변환기를 보여준다.
도 4는 제1 모드에서 제1 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다.
도 5는 제1 모드의 제1 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기를 보여준다.
도 6은 제1 모드에서 제2 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다.
도 7은 제1 모드의 제2 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기를 보여준다.
도 8은 제1 모드에서 제3 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다.
도 9는 제1 모드의 제3 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기를 보여준다.
도 10은 제2 모드로 설정된 전압 변환기를 보여준다.
도 11은 제2 모드에서 제1 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다.
도 12는 제2 모드의 제1 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기를 보여준다.
도 13은 제2 모드에서 제2 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다.
도 14는 제2 모드의 제2 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기를 보여준다.
도 15는 제1 실시 예에 따른 전압 변환기의 동작 방법을 보여준다.
도 16은 제2 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 17은 제3 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 18은 제4 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 19는 제5 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 20은 제6 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 21은 제7 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 22는 제8 실시 예에 따른 전압 변환기를 보여준다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 보여준다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 변환기(10)를 보여준다. 도 1을 참조하면, 전압 변환기(10)는 스위치 커패시터 블록(11)(Switched Capacitor Block), 경로 제어 블록(12)(Path Control Block), 수동 소자 블록(13)(Passive Element Block), 제어 블록(14), 제1 전압 노드(VN1), 제2 전압 노드(VN2), 그리고 제3 전압 노드(VN3)를 포함한다.
스위치 커패시터 블록(11)은 제1 전압 노드(VN1) 접지 전압(VSS)이 공급되는 접지 노드, 경로 제어 블록(12), 그리고 수동 소자 블록(13)에 연결될 수 있다. 경로 제어 블록(12)은 제2 전압 노드(VN2), 제3 전압 노드(VN3), 스위치 커패시터 블록(11), 그리고 수동 소자 블록(13)에 연결될 수 있다. 수동 소자 블록(13)은 제2 전압 노드(VN2), 제3 전압 노드(VN3), 접지 노드, 스위치 커패시터 블록(11), 그리고 경로 제어 블록(12)에 연결될 수 있다.
스위치 커패시터 블록(11)은 제1 전압 노드(VN1)와 접지 노드의 사이에 연결된 스위치들, 그리고 커패시터들과 병렬 연결된 커패시터들을 포함할 수 있다. 경로 제어 블록(12)은 제2 전압 노드(VN2), 제3 전압 노드, 그리고 스위치 커패시터 블록(11) 사이의 연결 관계를 가변할 수 있다. 수동 소자 블록(13)은 커패시터들 및 인덕터들과 같은 수동 소자들을 포함할 수 있다.
제어 블록(14)은 외부의 장치로부터 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 제어 블록(14)은 전압 변환기(10)의 모드 및 동작 타입을 조절할 수 있다.
전압 변환기(10)는 모드 및 동작 타입에 따라 다양한 벅 변환들 및 부스트 변환들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 전압 노드(VN1)로 전압이 입력될 때, 전압 변환기(10)는 제1 모드일 수 있다. 제1 모드에서, 동작 타입에 따라, 전압 변환기(10)는 제1 전압 노드(VN1)의 전압을 벅 변환(Buck Conversion)(예를 들어, 감압)하여 제2 전압 노드(VN2) 및 제3 전압 노드(VN3) 중 적어도 하나로 전달할 수 있다.
제1 모드에서, 동작 타입에 따라, 전압 변환기(10)는 제1 전압 노드(VN1)의 전압을 변환하지 않고 제2 전압 노드(VN2)(또는 제3 전압 노드(VN3)로 전달할 수 있다.
제2 전압 노드(VN2)로 전압이 입력될 때, 전압 변환기(10)는 제2 모드일 수 있다. 제2 모드에서, 동작 타입에 따라, 전압 변환기(10)는 제2 전압 노드(VN2)의 전압을 부스트 변환(Boost Conversion)(예를 들어, 승압)하여 제1 전압 노드(VN1)로 전달할 수 있다.
전압 변환기(10)가 벅 변환 시에 감압하는 방식, 그리고 부스트 변환 시에 승압하는 방식은 동작 타입에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이, 전압 변환기(10)는 다양한 벅 변환기들 및 부스트 변환기들로 동작하도록 재구성될 수 있다. 따라서, 전압 변환기(10)는 다양한 벅 변환기들 및 부스트 변환기들을 대체할 수 있다.
도 2는 제1 실시 예에 따라 구현된 전압 변환기(100)를 보여준다. 도 2를 참조하면, 전압 변환기(100)는 집적 회로(110)를 포함할 수 있다. 집적 회로(110)는 제1 내지 제9 패드들(P1~P9)을 통해 외부와 연결될 수 있다. 집적 회로(110)는 제1 패드(P1)와 제2 패드(P2)의 사이에 순차적으로 직렬로 연결되는 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)을 포함할 수 있다.
집적 회로(110)는 제1 패드(P1)와 제2 패드(P2)의 사이에서 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)과 병렬로 연결되고, 그리고 제1 패드(P1)와 제2 패드(P2)의 사이에서 순차적으로 직렬 연결되는 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)을 더 포함할 수 있다.
제2 및 제3 스위치들(SW2, SW3)의 사이, 그리고 제6 및 제7 스위치들(SW6, SW7)의 사이는 중앙 노드(NM)에 공통으로 연결될 수 있다. 중앙 노드(NM)는 제6 패드(P6)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)의 사이의 제1 노드(N1)는 제3 패드(P3)에 연결될 수 있다. 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4)의 사이의 제2 노드(N2)는 제7 패드(P7)에 연결될 수 있다.
제5 및 제6 스위치들(SW5, SW6)의 사이의 제3 노드(N3)는 제8 패드(P8)에 연결될 수 있다. 제7 및 제8 스위치들(SW7, SW8)의 사이의 제4 노드(N4)는 제9 패드(P9)에 연결될 수 있다.
집적 회로(110)는 중앙 노드(NM)와 제4 패드(P4)의 사이에 연결되는 제9 스위치(SW9), 그리고 제4 패드(P4)와 제5 패드(P5)의 사이에 연결되는 제10 스위치(SW10)를 더 포함할 수 있다. 집적 회로(110)는 제1 내지 제10 스위치들(SW1~SW10)을 제어하기 위한 제1 내지 제10 신호들(S1~S10)을 생성하는 스위치 제어기(SC)를 더 포함할 수 있다.
전압 변환기(100)는 제1 패드(P1)와 연결되는 제1 전압 노드(VN1), 제4 패드(P4)에 연결되는 제2 전압 노드(VN2), 그리고 제1 인덕터(L1)를 통해 제7 패드(P7)에 연결되는 제3 전압 노드(VN3)를 더 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 전압 노드들(VN1~VN3)의 각각은 외부로부터 전압을 수신하거나 또는 외부로 전압을 출력하는데 사용될 수 있다. 집적 회로(110)의 제2 패드(P2)는 접지 노드에 연결될 수 있다.
전압 변환기(100)는 제3 패드(P3)와 제7 패드(P7)의 사이에 연결되는 제1 부유 커패시터(CF1), 접지 전압(VSS)이 공급되는 접지 노드와 제6 패드(P6)의 사이에 연결되는 중앙 커패시터(CM), 제7 패드(P7)와 제3 전압 노드(VN3)의 사이에 연결되는 제1 인덕터, 제5 패드(P5)와 접지 노드의 사이에 연결되는 제1 커패시터(C1), 제4 패드(P4)와 접지 노드의 사이에 연결되는 제2 커패시터, 그리고 제8 패드(P8)와 제9 패드(P9)의 사이에 연결되는 제2 부유 커패시터를 더 포함할 수 있다
예시적으로, 제1 내지 제8 스위치들(SW1~SW8), 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 그리고 중앙 커패시터(CM)는 도 1의 스위치 커패시터 블록(11)으로 구현될 수 있다. 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 도 1의 경로 제어 블록(12)으로 구현될 수 있다.
제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 그리고 제1 인덕터(L1)는 도 1의 수동 소자 블록(13)으로 구현될 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 도 1의 제어 블록(14)으로 구현될 수 있다. 스위치 제어기(SC)로 제어 신호(CTRL)가 전달되는 경로는 도면이 불필요하게 복잡해지는 것을 방지하기 위하여 생략되어 있다.
도 2 및 위에서 언급된 설명에서, 집적 회로(110), 스위치 커패시터 블록(11), 경로 제어 블록(12), 수동 소자 블록(13), 그리고 제어 블록(14)에 포함되는 구성 요소들이 구체적으로 기재되었다. 그러나 집적 회로(110), 스위치 커패시터 블록(11), 경로 제어 블록(12), 수동 소자 블록(13), 그리고 제어 블록(14)의 각각에 포함되는 구성 요소들은 달라질 수 있다.
예를 들어, 집적 회로(110), 스위치 커패시터 블록(11), 경로 제어 블록(12), 수동 소자 블록(13), 그리고 제어 블록(14) 중 하나에 포함된 것으로 언급된 구성 요소는 해당 구성 요소가 아닌 다른 하나의 구성 요소에 포함될 수 있다.
또한, 집적 회로(110), 스위치 커패시터 블록(11), 경로 제어 블록(12), 수동 소자 블록(13), 그리고 제어 블록(14)의 각각에 포함된 구성 요소들 중 적어도 하나는 제거될 수 있다. 적어도 하나의 추가적인 구성 요소가 집적 회로(110), 스위치 커패시터 블록(11), 경로 제어 블록(12), 수동 소자 블록(13), 그리고 제어 블록(14) 중 적어도 하나에 추가될 수 있다.
도 3은 제1 모드로 설정된 전압 변환기(100a)를 보여준다. 도 3을 참조하면, 제1 모드에서, 전압 변환기(100a)는 제1 전압 노드(VN1)에서 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 전압 변환기(100a)는 제2 전압 노드(VN2) 및 제3 전압 노드(VN3) 중 적어도 하나를 출력으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 전압 변환기(100a)는 제2 전압 노드(VN2)에서 제1 출력 전압(VO1)을 출력하고, 제3 전압 노드(VN3)에서 제2 출력 전압(VO2)을 출력할 수 있다.
도 4는 제1 모드에서 제1 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다. 도 5는 제1 모드의 제1 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기(100a1)를 보여준다. 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제9 신호(S9)는 하이 레벨을 유지하고, 제9 스위치(SW9)는 턴-온 된다. 따라서, 제9 스위치(SW9)는 쇼트인 것으로 표시된다.
제10 신호(S10)는 로우 레벨을 유지하고, 제10 스위치(SW10)는 턴-오프 된다. 따라서, 제10 스위치(SW10)는 단절된 것으로 표시된다. 제5 및 제7 신호들(S5, S7)은 동기되어 로우 레벨과 하이 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제5 및 제7 스위치들(SW5, SW7)은 동기되어 턴-온과 턴-오프의 사이를 토글(또는 스위칭)할 수 있다. 예를 들어, 제5 및 제7 신호들(S5, S7)의 듀티비(duty ratio)는 50%일 수 있다.
제6 및 제8 신호들(S6, S8)은 동기되어 로우 레벨과 하이 레벨의 사이를 토글한다. 제6 및 제8 신호들(S6, S8)은 제5 및 제7 신호들(S5, S7)과 상보적으로 토글할 수 있다. 따라서, 제6 및 제8 스위치들(SW6, SW8)은 제5 및 제7 스위치들(SW5, SW7)과 상보적으로 토글할 수 있다.
제5 내지 제8 신호들(S5~S8)에 응답하여, 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 스위치 커패시터 전압 분배기(Switched Capacitor Voltage Divider)로 동작한다. 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 중앙 노드(NM)의 중앙 전압(VM)의 레벨을 입력 전압(VIN)의 레벨의 절반으로 조절할 수 있다.
제1 및 제3 신호들(S1, S3)은 동기되어 하이 레벨과 로우 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)은 동기되어 토글할 수 있다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 서로 동기되어 토글한다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 제1 및 제3 신호들(S1, S3)과 상보적으로 토글할 수 있다. 따라서, 제2 및 제4 스위치들(SW2, SW4)은 서로 동기되고 그리고 제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)과 상보적으로 토글할 수 있다.
제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)는 중앙 전압(VM)을 입력으로 하는 벅 변환기로 기능할 수 있다. 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)는 중앙 전압(VM)(즉, 제1 출력 전압(VO1))에 대해 벅 변환을 수행하여 제2 출력 전압(VO2)을 생성할 수 있다.
제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(D)(또는 듀티비) 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)에 의해 가변될 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(D)(또는 듀티비) 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)를 조절함으로써 제2 출력 전압(VO2)의 레벨을 조절(ADJ)할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(D)(또는 듀티비)가 증가할수록 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)가 감소할수록, 제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 상승할 수 있다. 반대로, 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(D)(또는 듀티비)가 감소할수록 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)가 증가할수록, 제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 하락할 수 있다.
제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)과 제2 및 제4 스위치들(SW2, SW4)이 서로 상보적으로 토글하므로, 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)은 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)에 의해 수행되는 스위치 커패시터 전압 분배의 리플(ripple)을 줄일 수 있다. 예를 들어, 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 제1 페이즈(phase)의 스위치 커패시터 전압 분배기로 기능하고, 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)은 유사(replica) 제2 페이즈(phase)의 스위치 커패시터 전압 분배기로 기능할 수 있다.
예시적으로, 스위치 제어기(SC)는 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티비를 50%로 조절하고, 그리고 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티비를 50%로 조절할 수 있다. 이때, 제1 내지 제8 스위치들(SW1~SW8)은 완전한 2-페이즈 스위치 커패시터 전압 분배기로 기능하여, 리플이 더 억제될 수 있다. 제1 출력 전압(VO1)의 레벨은 입력 전압(VIN)의 레벨의 절반이고, 그리고 제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 제1 출력 전압(VO1)의 레벨의 절반일 수 있다.
도 6은 제1 모드에서 제2 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다. 도 7은 제1 모드의 제2 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기(100a2)를 보여준다. 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제9 신호(S9)는 로우 레벨을 유지하고, 제9 스위치(SW9)는 턴-오프 된다. 따라서, 제9 스위치(SW9)는 단절된 것으로 표시된다.
제10 신호(S10)는 하이 레벨을 유지하고, 제10 스위치(SW10)는 턴-온 된다. 따라서, 제10 스위치(SW10)는 쇼트인 것으로 표시된다. 제6 및 제7 신호들(S6, S7)은 로우 레벨을 유지하고, 제6 및 제7 스위치들(SW6, SW7)은 턴-오프 된다. 따라서, 제6 및 제7 스위치들(SW6, SW7)은 단절된 것으로 표시된다.
제2, 제3, 제5 및 제8 신호들(S2, S3, S5, S8)은 하이 레벨을 유지하고, 제2, 제3, 제5 및 제8 스위치들(SW2, SW3, SW5, SW8)은 턴-온 된다. 따라서, 제2, 제3, 제5 및 제8 스위치들(SW2, SW3, SW5, SW8)은 쇼트인 것으로 표시된다.
제2, 제3, 제5, 제8 및 제10 스위치들(SW2, SW3, SW5, SW8, SW10)이 쇼트되고 그리고 제6, 제7 및 제9 스위치들(SW6, SW7, SW9)이 단절됨에 따라, 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 중앙 커패시터(CM), 그리고 제2 커패시터(C2)는 전압 변환기(100a2)의 전압 변환 동작에 기여하지 않을 수 있다. 따라서, 전압 변환기(100a2)의 전압 변환 동작을 간결하게 설명하기 위해, 도 7에서 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 중앙 커패시터(CM), 그리고 제2 커패시터(C2)에 엑스 표시(X)가 보여진다.
제1 신호(S1)는 하이 레벨과 로우 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제1 스위치(SW1)는 동기되어 토글할 수 있다. 제4 신호(S4)는 제1 신호(S1)와 상보적으로 토글할 수 있다.
제1 스위치(SW1), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)는 입력 전압(VIN)을 입력으로 하는 벅 변환기로 기능할 수 있다. 제1 스위치(SW1), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)는 입력 전압(VIN)(즉, 제1 출력 전압(VO1))에 대해 벅 변환을 수행하여 제2 출력 전압(VO2))을 생성할 수 있다.
제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 제1 신호(S1)의 듀티(D)(또는 듀티비) 또는 제4 신호(S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)에 의해 가변될 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 제1 신호(S1)의 듀티(D)(또는 듀티비) 또는 제4 신호(S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)를 조절함으로써 제2 출력 전압(VO2)의 레벨을 조절(ADJ)할 수 있다.
예를 들어, 제1 신호(S1)의 듀티(D)(또는 듀티비)가 증가할수록 또는 제4 신호(S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)가 감소할수록, 제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 상승할 수 있다. 반대로, 제1 신호(S1)의 듀티(D)(또는 듀티비)가 감소할수록 또는 제4 신호(S4)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)가 증가할수록, 제2 출력 전압(VO2)의 레벨은 하락할 수 있다.
제3 전압 노드(VN3)는 제5 패드, 쇼트된 제10 스위치(SW10), 그리고 제4 패드(P4)를 통해 제2 전압 노드(VN2)에 연결된다. 따라서, 제1 출력 전압(VO1)은 제2 출력 전압(VO2)과 동일할 수 있다. 예시적으로, 제10 스위치(SW10)가 턴-오프 되면, 제1 출력 전압(VO1)은 출력되지 않을 수 있다.
도 8은 제1 모드에서 제3 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다. 도 9는 제1 모드의 제3 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기(100a3)를 보여준다. 도 3, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제1, 제2, 제4, 제5, 제6, 제8 및 제9 신호들(S1, S2, S4, S5, S6, S8, S9)은 하이 레벨로 유지된다. 따라서, 제1, 제2, 제4, 제5, 제6, 제8 및 제9 스위치들(SW1, SW2, SW4, SW5, SW8, SW9)은 턴-온 되고 쇼트로 표시된다.
제3, 제7 및 제10 신호들(S3, S7, S10)은 로우 레벨로 유지된다. 따라서, 제3, 제7 및 제10 스위치들(S3, S7, S10)은 턴-오프 되고 단절된 것으로 표시된다. 제1 모드의 제3 타입의 동작에서, 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 중앙 커패시터(CM), 제1 및 제2 커패시터들(C1, C2), 그리고 제1 인덕터(L1)는 전압 변환기(100a3)의 전압 변환 동작에 기여하지 않을 수 있다. 따라서, 전압 변환기(100a3)의 전압 변환 동작을 간결히 설명하기 위하여, 도 7에서 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 중앙 커패시터(CM), 제1 및 제2 커패시터들(C1, C2), 그리고 제1 인덕터(L1)에 엑스 표시(X)가 보여진다.
제1 전압 노드(VN1)는 중앙 노드(NM), 쇼트된 제9 스위치(SW9), 그리고 제4 패드(P4)를 통해 제2 전압 노드(VN2)에 연결된다. 즉, 전압 변환기(100a2)는 제1 전압 노드(VN1)에서 수신되는 입력 전압(VIN)을 제2 전압 노드(VN2)로 전달하여 제1 출력 전압(VO1)으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환기(100a2)는 제1 전압 노드(VN1)의 입력 전압(VIN)을 제2 전압 노드(VN2)로 바이패스할 수 있다.
도 9에서, 제3 전압 노드(VN3)는 제1 부유 커패시터(CF1) 및 제1 인덕터(L1)를 통해 제1 전압 노드(VN1)에 연결되고, 그리고 제1 커패시터(C1)를 통해 접지 노드에 연결된다. 제3 전압 노드에 연결되는 장치가 제1 부유 커패시터(CF1), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)를 포함하는 공진 회로를 필요로 하는 경우, 제3 전압 노드(VN3)는 해당 공진 회로를 제공할 수 있다.
예시적으로, 제10 신호(S10)를 하이 레벨로 유지하면, 제3 전압 노드(VN3) 또한 제1 전압 노드(VN1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제10 신호(S10)를 하이 레벨로 유지하여 제10 스위치(SW10)를 턴-온 함으로써, 전압 변환기(100a3)는 입력 전압(VIN)을 제2 출력 전압(VO2)으로 바이패스하도록 수정될 수 있다.
상술된 실시 예들에서, 엑스 표시(X)와 함께 보여지는 소자들은 전압 변환 동작에 기여하지 않는 것으로 설명되었다. 그러나 해당 소자들은 전압의 안정화에 기여하는 형태로, 전압 변환기의 동작에 적어도 일부분 기여할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상을 간결하게 전달하기 위해 이러한 기여는 생략되어 설명되었다.
도 10은 제2 모드로 설정된 전압 변환기(100b)를 보여준다. 도 10을 참조하면, 제2 모드에서, 전압 변환기(100b)는 제2 전압 노드(VN2)에서 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 전압 변환기(100b)는 제1 전압 노드(VN1)를 출력으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환기(100a)는 제1 전압 노드(VN1)에서 제1 출력 전압(VO1)을 출력할 수 있다.
도 11은 제2 모드에서 제1 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다. 도 12는 제2 모드의 제1 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기(100b1)를 보여준다. 도 10, 도 11 및 도 12를 참조하면, 제9 신호(S9)는 하이 레벨을 유지하고, 제9 스위치(SW9)는 턴-온 된다. 따라서, 제9 스위치(SW9)는 쇼트인 것으로 표시된다.
제10 신호(S10)는 로우 레벨을 유지하고, 제10 스위치(SW10)는 턴-오프 된다. 따라서, 제10 스위치(SW10)는 단절된 것으로 표시된다. 제5 및 제7 신호들(S5, S7)은 동기되어 로우 레벨과 하이 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제5 및 제7 스위치들(SW5, SW7)은 동기되어 턴-온과 턴-오프의 사이를 토글(또는 스위칭)할 수 있다. 예를 들어, 제5 및 제7 신호들(S5, S7)의 듀티비(duty ratio)는 50%일 수 있다.
제6 및 제8 신호들(S6, S8)은 동기되어 로우 레벨과 하이 레벨의 사이를 토글한다. 제6 및 제8 신호들(S6, S8)은 제5 및 제7 신호들(S5, S7)과 상보적으로 토글할 수 있다. 따라서, 제6 및 제8 스위치들(SW6, SW8)은 제5 및 제7 스위치들(SW5, SW7)과 상보적으로 토글할 수 있다.
제5 내지 제8 신호들(S5~S8)에 응답하여, 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 스위치 커패시터 전압 더블러(Switched Capacitor Voltage Doubler)로 동작한다. 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 중앙 노드(NM)에 전달된 입력 전압(VIN)의 두 배의 전압을 제1 출력 전압(VO1)으로서 제1 전압 노드(VN1)를 통해 출력할 수 있다.
제1 및 제3 신호들(S1, S3)은 동기되어 하이 레벨과 로우 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)은 동기되어 토글할 수 있다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 서로 동기되어 토글한다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 제1 및 제3 신호들(S1, S3)과 상보적으로 토글할 수 있다. 따라서, 제2 및 제4 스위치들(SW2, SW4)은 서로 동기되고 그리고 제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)과 상보적으로 토글할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 신호들(S1~S4)의 듀티비(duty ratio)는 50%일 수 있다.
제1 및 제3 신호들(S1, S3)은 제6 및 제8 신호들(S5, S8)과 동기될 수 있다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 제5 및 제7 신호들(S5, S7)과 동기될 수 있다. 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 제1 페이즈의 전압 더블러로 동작하고, 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)은 제2 페이즈의 전압 더블러로 동작할 수 있다. 즉, 전압 변환기(100b)는 2-페이즈 전압 더블러로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 출력 전압(VO1)의 리플이 억제될 수 있다.
도 13은 제2 모드에서 제2 타입의 동작에 따라 스위치들에 제어되는 예를 보여준다. 도 14는 제2 모드의 제2 타입의 동작에 따라 모델링된 전압 변환기(100b2)를 보여준다. 도 10, 도 13 및 도 14를 참조하면, 제9 신호(S9)는 로우 레벨을 유지하고, 제9 스위치(SW9)는 턴-오프 된다. 따라서, 제9 스위치(SW9)는 단절된 것으로 표시된다.
제10 신호(S10)는 하이 레벨을 유지하고, 제10 스위치(SW10)는 턴-온 된다. 따라서, 제10 스위치(SW10)는 쇼트인 것으로 표시된다. 제5 및 제7 신호들(S5, S7)은 동기되어 로우 레벨과 하이 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제5 및 제7 스위치들(SW5, SW7)은 동기되어 턴-온과 턴-오프의 사이를 토글(또는 스위칭)할 수 있다. 예를 들어, 제5 및 제7 신호들(S5, S7)의 듀티비(duty ratio)는 50%일 수 있다.
제6 및 제8 신호들(S6, S8)은 동기되어 로우 레벨과 하이 레벨의 사이를 토글한다. 제6 및 제8 신호들(S6, S8)은 제5 및 제7 신호들(S5, S7)과 상보적으로 토글할 수 있다. 따라서, 제6 및 제8 스위치들(SW6, SW8)은 제5 및 제7 스위치들(SW5, SW7)과 상보적으로 토글할 수 있다.
제5 내지 제8 신호들(S5~S8)에 응답하여, 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 스위치 커패시터 전압 더블러(Switched Capacitor Voltage Doubler)로 동작한다. 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 중앙 노드(NM)의 중앙 전압(VM)의 두 배의 전압을 제1 출력 전압(VO1)으로서 제1 전압 노드(VN1)를 통해 출력할 수 있다.
제1 및 제3 신호들(S1, S3)은 동기되어 하이 레벨과 로우 레벨의 사이를 토글한다. 따라서, 제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)은 동기되어 토글할 수 있다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 서로 동기되어 토글한다. 제2 및 제4 신호들(S2, S4)은 제1 및 제3 신호들(S1, S3)과 상보적으로 토글할 수 있다. 따라서, 제2 및 제4 스위치들(SW2, SW4)은 서로 동기되고 그리고 제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)과 상보적으로 토글할 수 있다. 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 중앙 커패시터(CM)는 제2 전압 노드(VN2)의 입력 전압(VIN)을 승압하는 부스트 변환기로 기능할 수 있다. 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 중앙 커패시터(CM)는 입력 전압(VIN) 에 대해 부스트 변환을 수행하여 중앙 전압(VM)을 생성할 수 있다.
중앙 전압(VM)의 레벨은 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(1-D)(또는 듀티비) 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(D)(또는 듀티비)에 의해 가변될 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(1-D)(또는 듀티비) 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(D)(또는 듀티비)를 조절함으로써 중앙 전압(VM)의 레벨을 조절(ADJ)할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)가 증가할수록 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(D)(또는 듀티비)가 감소할수록, 중앙 전압(VM)의 레벨은 감소할 수 있다. 반대로, 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티(1-D)(또는 듀티비)가 감소할수록 또는 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티(D)(또는 듀티비)가 증가할수록, 중앙 전압(VM)의 레벨은 상승할 수 있다.
즉, 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)은 제2 전압 노드(VM2)의 입력 전압(VIN)에 대해 부스트 변환을 수행하여 중앙 전압(VM)을 생성할 수 있다. 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 중앙 전압의 두 배의 전압을 제1 전압 노드(VN1)를 통해 제1 출력 전압(VO1)으로 출력할 수 있다. 제1 출력 전압(VO1)의 레벨은 입력 전압(VIN)의 레벨의 2배보다 클 수 있다.
제1 및 제3 스위치들(SW1, SW3)과 제2 및 제4 스위치들(SW2, SW4)이 서로 상보적으로 토글하므로, 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)은 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)에 의해 수행되는 스위치 커패시터 전압 더블러의 리플(ripple)을 줄일 수 있다. 예를 들어, 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 제1 페이즈(phase)의 스위치 커패시터 전압 더블러로 기능하고, 제1 내지 제4 스위치들(SW1~SW4)은 유사(replica) 제2 페이즈(phase)의 스위치 커패시터 전압 더블러로 기능할 수 있다.
예시적으로, 스위치 제어기(SC)는 제1 및 제3 신호들(S1, S3)의 듀티비를 50%로 조절하고, 그리고 제2 및 제4 신호들(S2, S4)의 듀티비를 50%로 조절할 수 있다. 이때, 제1 내지 제8 스위치들(SW1~SW8)은 완전한 2-페이즈 스위치 커패시터 전압 더블러로 기능하여, 리플이 더 억제될 수 있다.
도 15는 제1 실시 예에 따른 전압 변환기(100)의 동작 방법을 보여준다. 도 2 및 도 15를 참조하면, S110 단계에서, 전압 변환기(100)는 제1 모드의 제1 타입 동작을 수행할 수 있다. 제1 모드의 제1 타입 동작에서, 전압 변환기(100)는 제1 전압 노드(VN1)의 전압을 반분(halves)하고, 반분된 전압을 제2 전압 노드(VN2)로 출력할 수 있다. 또한, 전압 변환기(100)는 반분된(halved) 전압에 대해 벅 변환을 수행하여 제2 전압 노드(VN3)로 출력할 수 있다.
S120 단계에서, 전압 변환기(100)는 제1 모드의 제2 타입 동작을 수행할 수 있다. 제1 모드의 제2 타입 동작에서, 전압 변환기(100)는 제1 전압 노드(VN1)의 전압에 대해 벅 변환을 수행하여 제3 전압 노드(VN3)(그리고/또는 제2 전압 노드(VN2))로 출력할 수 있다.
S130 단계에서, 전압 변환기(100)는 제1 모드의 제3 타입 동작을 수행할 수 있다. 제1 모드의 제3 타입 동작에서, 전압 변환기(100)는 제1 전압 노드(VN1)의 전압을 제2 전압 노드(VN2)로 전달할 수 있다.
S140 단계에서, 전압 변환기(100)는 제2 모드의 제1 타입 동작을 수행할 수 있다. 제2 모드의 제1 타입 동작에서, 전압 변환기(100)는 제2 전압 노드(VN2)의 전압을 2배로 하고(doubles), 그리고 2배가 된(doubled) 전압을 제1 전압 노드(VN1)로 출력할 수 있다.
S150 단계에서, 전압 변환기(100)는 제2 모드의 제2 타입 동작을 수행할 수 있다. 제2 모드의 제2 타입 동작에서, 전압 변환기(100)는 제2 전압 노드(VN2)의 전압에 대해 부스트 변환을 수행하여 부스트된 전압을 생성할 수 있다. 또한, 전압 변환기(100)는 부스트된 전압을 2배로 하고, 2배가 된 전압을 제1 전압 노드(VN1)로 출력할 수 있다.
상술된 바와 같이, 전압 변환기(100)는 다양한 벅 변환들, 부스트 변환들, 그리고 바이패스 전달을 수행하도록 재구성될 수 있다. 따라서, 전압 변환기(100)는 다양한 환경에서 높은 유연성을 갖고 활용 가능하며, 다수의 전압 변환기들을 대체하는데 사용될 수 있다.
특히, 제1 모드의 제1 타입의 동작, 제2 모드의 제1 타입의 동작, 그리고 제2 모드의 제2 타입의 동작에서, 제1 내지 제3 전압 노드들(VN1~VN3)의 각각은 적어도 두 개의 스위치들을 통해 접지 노드에 연결된다. 따라서, 각 스위치가 견뎌야 하는 전압 레벨은 전압 변환기(100)에서 사용되는 최대 전압의 레벨의 절반으로 감소하며, 각 스위치의 내압 특성을 낮출 수 있다.
예시적으로, 전압 변환기(100) 내에서 사용되는 스위치들은 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 전압 변환기(100)가 사용되는 환경 및 요구되는 폼 팩터에 따라, 스위치들은 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터, 그리고 이들의 조합 중에서 적절히 선택될 수 있다.
도 16은 제2 실시 예에 따른 전압 변환기(200)를 보여준다. 전압 변환기(200)의 집적 회로(210)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 2의 전압 변환기(100)와 비교하면, 전압 변환기(200)는 제9 패드(P9)에 연결된 제2 인덕터(L2)를 더 포함한다. 또한, 제2 인덕터(L2)와 제3 전압 노드(VN3)를 연결하는 배선이 추가될 수 있다.
스위치 제어기(SC)는 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)을 항상 턴-오프 하도록 제9 및 제10 신호들(S9, S10)을 제어할 수 있다. 따라서, 도 16에서, 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 엑스 표시들(X)과 함께 표시된다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)는 제1 페이즈의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 제7 스위치(SW7), 제8 스위치(SW8), 제2 인덕터(L2), 그리고 제1 커패시터(C1)는 제2 페이즈의 벅 변환기로 동작할 수 있다.
즉, 전압 변환기(200)는 2-페이즈 벅 변환기로 동작할 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 전압 변환기(200)가 2-페이즈 벅 변환기로 동작하도록 제1 내지 제8 신호들(S1~S8)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 스위치 제어기(SC)는 제1, 제2, 제5 및 제6 스위치들(SW1, SW2, SW5, SW6)이 제3, 제4, 제7 및 제8 스위치들(SW3, SW4, SW7, SW8)에 각각 동기되도록 제1, 제2, 제5 및 제6 신호들(S1, S2, S5, S6)을 제어할 수 있다. 또는, 스위치 제어기(SC)는 제1, 제2, 제5 및 제6 스위치들(SW1, SW2, SW5, SW6)이 턴-온 상태를 유지하도록 제1, 제2, 제5 및 제6 신호들(S1, S2, S5, S6)을 제어할 수 있다.
다른 예로서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치 제어기(SC)는 제2 및 제3 스위치들(SW2, SW3)을 턴-온 상태로 유지하고, 제1 및 제4 스위치들(SW1, SW4)을 상보적으로 토글하여 제1 페이즈의 벅 변환기를 구현할 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 제6 및 제7 스위치들(SW6, SW7)을 턴-온 상태로 유지하고, 제5 및 제8 스위치들(SW5, SW8)을 상보적으로 토글하여 제2 페이즈의 벅 변환기를 구현할 수 있다.
예시적으로, 집적 회로(210)가 2-페이즈 벅 변환기로 동작하도록 구성되는 경우, 2-페이즈 벅 변환기의 변환 기능에 기여하지 않는 구성 요소들, 예를 들어 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 중앙 커패시터(CM), 그리고 제2 커패시터(C2)는 제거될 수 있다. 즉, 집적 회로(210)에 제1 및 제2 인덕터들(L1, L2), 그리고 제1 커패시터(C1)를 연결함으로써, 집적 회로(210)는 2-페이즈 벅 변환기로 구현될 수 있다.
예시적으로, 전압 변환기(200)는 2-페이즈 부스트 변환기로 구현될 수 있다. 제3 전압 노드(VN3)에서 전압이 입력되면, 전압 변환기(200)는 입력된 전압을 승압하여 제1 전압 노드(VN1)에서 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2 인덕터(L2) 및 중앙 커패시터(CM)가 토글하는 제7 및 제8 스위치들(SW7, SW8)과 함께 제1 페이즈의 부스트 변환기를 형성하고, 그리고 제1 인덕터(L1) 및 중앙 커패시터(CM)가 토글하는 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4)과 함께 제2 페이즈의 부스트 변환기를 형성할 수 있다.
도 17은 제3 실시 예에 따른 전압 변환기(300)를 보여준다. 전압 변환기(300)의 집적 회로(310)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 2의 전압 변환기(100)와 비교하면, 전압 변환기(300)는 제9 패드(P9)에 연결된 제3 인덕터(L3), 제3 인덕터(L3)와 제3 전압 노드(VN3)의 사이에 연결된 제11 스위치(SW11), 제3 인덕터(L3)에 연결된 제4 전압 노드(VN4), 그리고 제4 전압 노드(VN4)와 접지 노드의 사이에 연결된 제3 커패시터(C3)를 더 포함할 수 있다.
도 16을 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치 제어기(SC)는 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)을 항상 턴-오프 하도록 제9 및 제10 신호들(S9, S10)을 제어할 수 있다. 따라서, 도 16에서, 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 엑스 표시들(X)과 함께 표시된다.
제11 스위치(SW11)는 스위치 제어기(SC)에 의해 제어될 수 있다. 제11 스위치(SW11)는 집적 회로(310)의 내부에 포함되며, 패드들을 통해 외부의 소자들과 연결될 수 있다. 제11 스위치(SW11)가 턴-온 되면, 전압 변환기(300)는 2-페이즈 벅 변환기(또는 2-페이즈 부스트 변환기)(도 16 참조)로 동작할 수 있다.
제11 스위치(SW11)가 턴-오프 되면, 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4)은 제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)와 함께 하나의 벅 변환기로 동작하고, 그리고 제7 및 제8 스위치들(SW7, SW8)은 제3 인덕터(L3) 및 제3 커패시터(C3)와 함께 다른 하나의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 즉, 전압 변환기(300)는 두 개의 벅 변환기들로 동작할 수 있다.
제7 및 제8 스위치들(SW7, SW8)을 포함하는 벅 변환기는 제4 전압 노드(VN4)를 통해 제2 출력 전압(VO2)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 전압 변환기(300)에서 제11 스위치(SW11)가 제거되면, 전압 변환기(300)가 2-페이즈 벅 변환기로 동작하는 모드는 제거되고, 전압 변환기(300)는 두 개의 벅 변환기들로만 동작할 수 있다. 도 16을 참조하여 설명된 바와 같이, 전압 변환 동작에 기여하지 않는 일부 구성 요소들은 제거될 수 있다.
도 18은 제4 실시 예에 따른 전압 변환기(400)를 보여준다. 전압 변환기(400)의 집적 회로(410)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 2의 전압 변환기(100)와 비교하면, 전압 변환기(400)의 제1 인덕터(L1) 및 제3 전압 노드(VN3)는 제7 패드(P7)가 아닌 제3 패드(P3)와 연결될 수 있다.
도 3 내지 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이, 전압 변환기(400)는 제1 전압 노드(VN1)에서 입력 전압(VIN)이 수신되는 제1 모드로 동작할 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 것과 유사하게, 전압 변환기(400)는 제1 모드의 제1 타입 동작을 수행할 수 있다.
제1 모드의 제1 타입 동작 시에, 제5 내지 제8 스위치들(SW5~SW8)은 스위치 커패시터 전압 분배기로 동작할 수 있다. 제5 및 제8 스위치들(SW5~SW8)을 입력 전압(VIN)의 절반에 해당하는 전압을 제1 출력 전압(VO1)으로서 제2 전압 노드(VN2)를 통해 출력할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)은 입력 전압(VIN)에 대해 벅 변환을 수행할 수 있다. 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)은 벅 변환된 전압을 제2 출력 전압(VO2)으로서 제3 전압 노드(VN3)에서 출력할 수 있다. 제2 출력 전압(VO2)은 제1 출력 전압(VO1)과 입력 전압(VIN) 사이의 레벨을 가질 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 전압 변환기(400)는 제1 모드의 제2 타입의 동작을 수행할 수 있다. 제1 모드의 제2 타입의 동작 시에, 전압 변환기(400)는 입력 전압(VIN)에 대해 벅 변환을 수행하고, 벅 변환된 전압을 제1 출력 전압(VO1) 및 제2 출력 전압(VO2)으로서 제2 전압 노드(VN2) 및 제3 전압 노드(VN3)에서 각각 출력할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이, 전압 변환기(400)는 제1 모드의 제3 타입의 동작을 수행할 수 있다. 제1 모드의 제3 타입의 동작 시에, 전압 변환기(400)는 입력 전압(VIN)을 제2 전압 노드(VN2)로 바이패스하여 출력할 수 있다.
도 19는 제5 실시 예에 따른 전압 변환기(500)를 보여준다. 전압 변환기(500)의 집적 회로(510)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 18의 전압 변환기(400)와 비교하면, 전압 변환기(500)는 제8 패드(P8)에 연결된 제2 인덕터(L2)를 더 포함한다. 또한, 제2 인덕터(L2)와 제3 전압 노드(VN3)를 연결하는 배선이 추가될 수 있다.
스위치 제어기(SC)는 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)을 항상 턴-오프 하도록 제9 및 제10 신호들(S9, S10)을 제어할 수 있다. 따라서, 도 16에서, 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 엑스 표시들(X)과 함께 표시된다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제1 인덕터(L1), 그리고 제1 커패시터(C1)는 제1 페이즈의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 제7 스위치(SW7), 제8 스위치(SW8), 제2 인덕터(L2), 그리고 제1 커패시터(C1)는 제2 페이즈의 벅 변환기로 동작할 수 있다.
즉, 전압 변환기(500)는 2-페이즈 벅 변환기로 동작할 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 전압 변환기(500)가 2-페이즈 벅 변환기로 동작하도록 제1 내지 제8 신호들(S1~S8)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 스위치 제어기(SC)는 제1, 제2, 제5 및 제6 스위치들(SW1, SW2, SW5, SW6)이 제3, 제4, 제7 및 제8 스위치들(SW3, SW4, SW7, SW8)에 각각 동기되도록 제1, 제2, 제5 및 제6 신호들(S1, S2, S5, S6)을 제어할 수 있다. 또는, 스위치 제어기(SC)는 제1, 제2, 제5 및 제6 스위치들(SW1, SW2, SW5, SW6)이 턴-온 상태를 유지하도록 제1, 제2, 제5 및 제6 신호들(S1, S2, S5, S6)을 제어할 수 있다.
다른 예로서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치 제어기(SC)는 제2 및 제3 스위치들(SW2, SW3)을 턴-온 상태로 유지하고, 제1 및 제4 스위치들(SW1, SW4)을 상보적으로 토글하여 제1 페이즈의 벅 변환기를 구현할 수 있다. 스위치 제어기(SC)는 제6 및 제7 스위치들(SW6, SW7)을 턴-온 상태로 유지하고, 제5 및 제8 스위치들(SW5, SW8)을 상보적으로 토글하여 제2 페이즈의 벅 변환기를 구현할 수 있다.
예시적으로, 전압 변환기(500)가 2-페이즈 벅 변환기로 동작하도록 구성되는 경우, 2-페이즈 벅 변환기의 변환 기능에 기여하지 않는 구성 요소들, 예를 들어 제1 및 제2 부유 커패시터들(CF1, CF2), 중앙 커패시터(CM), 그리고 제2 커패시터(C2)는 제거될 수 있다. 즉, 집적 회로(210)에 제1 및 제2 인덕터들(L1, L2), 그리고 제1 커패시터(C1)를 연결함으로써, 집적 회로(210)는 2-페이즈 벅 변환기로 구현될 수 있다.
예시적으로, 전압 변환기(500)는 2-페이즈 부스트 변환기로 구현될 수 있다. 이때, 제1 패드(P1)와 접지 노드의 사이에 하나의 커패시터, 예를 들어 부스트 커패시터가 더 연결될 수 있다. 제3 전압 노드(VN3)에서 전압이 입력되면, 전압 변환기(200)는 입력된 전압을 승압하여 제1 전압 노드(VN1)에서 출력할 수 있다.
예를 들어, 제2 인덕터(L2) 및 부스트 커패시터가 상보적으로 토글하는 제5 및 제6 스위치들(SW5, SW6)과 함께 제1 페이즈의 부스트 변환기를 형성하고, 그리고 제1 인덕터(L1) 및 부스트 커패시터가 상보적으로 토글하는 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)과 함께 제2 페이즈의 부스트 변환기를 형성할 수 있다.
도 20은 제6 실시 예에 따른 전압 변환기(600)를 보여준다. 전압 변환기(600)의 집적 회로(610)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 18의 전압 변환기(400)와 비교하면, 전압 변환기(600)는 제8 패드(P8)에 연결된 제3 인덕터(L3), 제3 인덕터(L3)와 제3 전압 노드(VN3)의 사이에 연결된 제11 스위치(SW11), 제3 인덕터(L3)에 연결된 제4 전압 노드(VN4), 그리고 제4 전압 노드(VN4)와 접지 노드의 사이에 연결된 제3 커패시터(C3)를 더 포함할 수 있다.
도 19를 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치 제어기(SC)는 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)을 항상 턴-오프 하도록 제9 및 제10 신호들(S9, S10)을 제어할 수 있다. 따라서, 도 20에서, 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 엑스 표시들(X)과 함께 표시된다.
제11 스위치(SW11)는 스위치 제어기(SC)에 의해 제어될 수 있다. 제11 스위치(SW11)는 집적 회로(610)의 내부에 포함되며, 패드들을 통해 외부의 소자들과 연결될 수 있다. 제11 스위치(SW11)가 턴-온 되면, 전압 변환기(600)는 2-페이즈 벅 변환기(또는 2-페이즈 부스트 변환기)(도 19 참조)로 동작할 수 있다.
제11 스위치(SW11)가 턴-오프 되면, 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)은 제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)와 함께 하나의 벅 변환기로 동작하고, 그리고 제5 및 제6 스위치들(SW5, SW6)은 제3 인덕터(L3) 및 제3 커패시터(C3)와 함께 다른 하나의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 즉, 전압 변환기(600)는 두 개의 벅 변환기들로 동작할 수 있다.
제5 및 제6 스위치들(SW5, SW6)을 포함하는 벅 변환기는 제4 전압 노드(VN4)를 통해 제2 출력 전압(VO2)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 전압 변환기(300)에서 제11 스위치(SW11)가 제거되면, 전압 변환기(300)가 2-페이즈 벅 변환기로 동작하는 모드는 제거되고, 전압 변환기(300)는 두 개의 벅 변환기들로만 동작할 수 있다. 도 19를 참조하여 설명된 바와 같이, 전압 변환 동작에 기여하지 않는 일부 구성 요소들은 제거될 수 있다.
도 21은 제7 실시 예에 따른 전압 변환기(700)를 보여준다. 전압 변환기(700)의 집적 회로(710)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 2의 전압 변환기(400)와 비교하면, 전압 변환기(700)는 제8 패드(P8)에 연결된 제3 인덕터(L3), 제3 인덕터(L3)에 연결된 제4 전압 노드(VN4), 그리고 제4 전압 노드(VN4)와 접지 노드의 사이에 연결된 제3 커패시터(C3)를 더 포함할 수 있다.
도 19를 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치 제어기(SC)는 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)을 항상 턴-오프 하도록 제9 및 제10 신호들(S9, S10)을 제어할 수 있다. 따라서, 도 21에서, 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 엑스 표시들(X)과 함께 표시된다.
제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)는 상보적으로 토글하는 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4) 또는 상보적으로 토글하는 제1 및 제4 스위치들(SW1, SW4)(도 6 및 도 7 참조)과 함께 하나의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 하나의 벅 변환기는 제3 전압 노드(VN3)에서 제1 출력 전압(VO1)을 출력할 수 있다. 제1 출력 전압(VO1)은 접지 전압과 입력 전압(VIN)의 절반 사이의 범위에서 조절될 수 있다.
제3 인덕터(L3) 및 제3 커패시터(C3)는 상보적으로 토글하는 제5 및 제6 스위치들(SW5, SW6) 또는 상보적으로 토글하는 제5 및 제8 스위치들(SW5, SW8)(도 6 및 도 7 참조)과 함께 다른 하나의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 다른 하나의 벅 변환기는 제4 전압 노드(VN4)에서 제2 출력 전압(VO2)을 출력할 수 있다. 제2 출력 전압(VO2)은 입력 전압(VIN)의 절반과 입력 전압(VIN) 사이의 범위에서 조절될 수 있다.
도 22는 제8 실시 예에 따른 전압 변환기(800)를 보여준다. 전압 변환기(800)의 집적 회로(810)는 도 2의 전압 변환기(100)의 집적 회로(110)와 동일할 수 있다. 도 18의 전압 변환기(400)와 비교하면, 전압 변환기(800)는 제9 패드(P9)에 연결된 제3 인덕터(L3), 제3 인덕터(L3)에 연결된 제4 전압 노드(VN4), 그리고 제4 전압 노드(VN4)와 접지 노드의 사이에 연결된 제3 커패시터(C3)를 더 포함할 수 있다.
도 19를 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치 제어기(SC)는 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)을 항상 턴-오프 하도록 제9 및 제10 신호들(S9, S10)을 제어할 수 있다. 따라서, 도 21에서, 제9 및 제10 스위치들(SW9, SW10)은 엑스 표시들(X)과 함께 표시된다.
제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)는 상보적으로 토글하는 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2) 또는 상보적으로 토글하는 제1 및 제4 스위치들(SW1, SW4)(도 6 및 도 7 참조)과 함께 하나의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 하나의 벅 변환기는 제3 전압 노드(VN3)에서 제1 출력 전압(VO1)을 출력할 수 있다. 제1 출력 전압(VO1)은 입력 전압(VIN)의 절반과 입력 전압(VIN) 사이의 범위에서 조절될 수 있다.
제3 인덕터(L3) 및 제3 커패시터(C3)는 상보적으로 토글하는 제7 및 제8 스위치들(SW7, SW8) 또는 상보적으로 토글하는 제5 및 제8 스위치들(SW5, SW8)(도 6 및 도 7 참조)과 함께 다른 하나의 벅 변환기로 동작할 수 있다. 다른 하나의 벅 변환기는 제4 전압 노드(VN4)에서 제2 출력 전압(VO2)을 출력할 수 있다. 제2 출력 전압(VO2)은 접지 전압과 입력 전압(VIN)의 절반 사이의 범위에서 조절될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 집적 회로는 다양한 구성 요소들과 결합되어 다양한 전압 변환기들로 구현될 수 있다. 따라서, 전압 변환기의 유연성이 향상되고, 다수의 전압 변환기들을 대체할 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템(1000)을 보여준다. 도 23을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 모바일 장치(1100), 전력 공급 장치(1200), 그리고 OTG 장치(1300)(On-The-Go)를 포함할 수 있다.
모바일 장치(1100)는 프로세서(1110), 커넥터(1120)(CON), 검출기(1130), 전압 변환기(1140), 배터리(1150), 그리고 배터리 전력 레귤레이터(1160)를 포함할 수 있다.
프로세서(1110)는 모바일 장치(1100)의 구성 요소들을 제어하고, 그리고 모바일 장치(1100)를 구동하기 위한 다양한 코드들, 운영 체제들, 펌웨어들, 그리고 응용들을 실행할 수 있다. 프로세서(1110)는 응용 프로세서(AP)를 포함할 수 있다.
커넥터(CON)는 외부의 장치와 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 커넥터(CON)는 USB(Universal Serial Bus)의 표준에 부합하는 구조 및 프로토콜을 포함할 수 있다.
검출기(1130)는 외부의 장치로부터 커넥터(1120)를 통해 전력이 공급되는지 검출할 수 있다. 외부로부터 공급되는 전력이 검출되면, 검출기(1130)는 프로세서(1110)에 검출 신호(DET)를 전송할 수 있다. 또한, 검출기(1130)는 커넥터(1120)에 OTG 장치(1300)가 연결되는지 검출할 수 있다. OTG 장치(1300)가 연결되면, 검출기(1130)는 프로세서(1110)에 검출 신호(DET)를 전송할 수 있다. 검출 신호(DET)는 연결된 장치의 종류에 대한 정보와 함께 전송될 수 있다.
전압 변환기(1140)는 도 2의 전압 변환기(200) 또는 도 18의 전압 변환기(400)를 포함할 수 있다. 전압 변환기(1140)는 커넥터(1120)에 연결되는 제1 전압 노드(VN1), 배터리(1150)에 연결되는 제2 전압 노드(VN2), 그리고 프로세서(1110)에 연결되는 제3 전압 노드(VN3)를 포함할 수 있다.
배터리(1150)는 외부로부터 공급되는 전력에 기반하여 충전되고, 그리고 배터리 전력 레귤레이터(1160)로 전력을 공급할 수 있다. 배터리 전력 레귤레이터(1160)는 배터리(1150)로부터 전달되는 전압의 레벨을 조절하여 프로세서(1110)로 공급할 수 있다.
전력 공급 장치(1200)는 커넥터(1120)와 결합된 때에 모바일 장치(1100)에 전력을 공급할 수 있다. 전력의 공급에 응답하여, 검출기(1130)는 전력 공급 장치(1200)가 연결되었음을 알리는 검출 신호(DET)를 프로세서(1110)로 전송할 수 있다. 검출 신호(DET)에 응답하여, 프로세서(1110)는 전압 변환기(1140)를 제1 모드의 제1 타입의 동작으로 제어할 수 있다.
전압 변환기(1140)는 제1 전압 노드(VN1)를 통해 공급되는 전압의 절반에 해당하는 전압을 제2 전압 노드(VN2)로 출력할 수 있다. 제2 전압 노드(VN2)로 출력되는 전압에 의해 배터리(1150)가 충전될 수 있다. 또한, 전압 변환기(1140)는 제2 전압 노드(VN2)의 전압(또는 제1 전압 노드(VN1)를 통해 입력되는 전압)에 대해 벅 변환을 수행하여 제3 전압 노드(VN3)로 출력할 수 있다. 프로세서(1110)는 제3 전압 노드(VN3)의 전압을 이용하여 동작할 수 있다.
예시적으로, 모바일 장치(1100)의 내부에서 필요한 전압들의 레벨들에 따라, 프로세서(1110)는 전압 변환기(1140)를 제1 모드의 제1 타입의 동작, 제2 타입의 동작, 또는 제3 타입의 동작으로 제어할 수 있다.
전력 공급 장치(1200)가 모바일 장치(1100)로부터 분리된 때에, 검출기(1130)는 검출 신호(DET)를 비활성화할 수 있다. 검출 신호(DET)가 비활성화되는 것에 응답하여, 프로세서(1110)는 전압 변환기(1140)를 비활성화할 수 있다. 배터리 전력 레귤레이터(1160)는 배터리(1150)에 충전된 전력을 이용하여 프로세서(1110)에 전압들을 공급할 수 있다. 프로세서(1110)는 배터리 전력 레귤레이터(1160)로부터 공급되는 전압들을 이용하여 동작할 수 있다.
OTG 장치(1300)가 커넥터(1120)에 연결된 때에, 검출기(1130)는 OTG 장치(1300)가 연결되었음을 알리는 검출 신호(DET)를 프로세서(1110)로 전송할 수 있다. 검출 신호(DET)에 응답하여, 프로세서(1110)는 전압 변환기(1140)를 제2 모드로 제어할 수 있다.
전압 변환기(1140)는 제2 전압 노드(VN2)에서 배터리(1150)의 전압을 수신할 수 있다. 전압 변환기(1140)는 배터리의 전압에 대해 부스트 변환을 수행하여 제1 전압 노드(VN1)로 출력할 수 있다. 커넥터(1120)는 제1 전압 노드(VN1)로부터 출력되는 전압을 OTG 장치(1300)에 공급할 수 있다. 예를 들어, OTG 장치(1300)에서 필요한 전압의 레벨에 따라, 프로세서(1110)는 전압 변환기(1140)를 제2 모드의 제1 타입의 동작 또는 제2 모드의 제2 타입의 동작으로 제어할 수 있다.
상술된 바와 같이, 다양한 형태의 전압 변환들이 교대로 사용되는 환경에서, 전압 변환기(1140)는 재구성을 통해 다양한 형태의 전압 변환들을 모두 수행할 수 있다. 따라서, 모바일 장치(1100)의 제조 비용 및 사이즈가 감소할 수 있다.
상술된 실시 예들에서, 제1, 제2, 제3 등의 용어들을 사용하여 전압 변환기들이 설명되었다. 그러나 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 구성 요소들을 서로 구별하기 위해 사용되며, 본 발명을 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 순서 또는 임의의 형태의 수치적 의미를 내포하지 않는다.
상술된 실시 예들에서, 블록들을 사용하여 본 발명의 실시 예들에 따른 구성 요소들이 참조되었다. 블록들은 IC (Integrated Circuit), ASIC (Application Specific IC), FPGA (Field Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device) 등과 같은 다양한 하드웨어 장치들, 하드웨어 장치들에서 구동되는 펌웨어, 응용과 같은 소프트웨어, 또는 하드웨어 장치와 소프트웨어가 조합된 형태로 구현될 수 있다. 또한, 블록들은 IC 내의 반도체 소자들로 구성되는 회로들 또는 IP(Intellectual Property)로 등록된 회로들을 포함할 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: 전압 변환기
11: 스위치 커패시터 블록
12: 경로 제어 블록
13: 수동 소자 블록
14: 제어 블록
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810: 집적 회로
SW1~SW11: 스위치들
P1~P9: 패드들
VN1~VN4: 전압 노드들
N1~N4: 노드들
NM: 중앙 노드
CF1, CF2: 부유 커패시터들
C1, C2: 커패시터들
L1~L3: 인덕터들
SC: 스위치 제어기

Claims (20)

  1. 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위치들;
    상기 제1 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 상기 제1 내지 제4 스위치들과 병렬로 순차적으로 연결된 제5 내지 제8 스위치들;
    상기 제1 및 제2 스위치들 사이의 제1 노드와 상기 제3 및 제4 스위치들 사이의 제2 노드의 사이에 연결된 제1 부유 커패시터;
    상기 제5 및 제6 스위치들 사이의 제3 노드와 상기 제7 및 제8 스위치들 사이의 제4 노드 사이에 연결된 제2 부유 커패시터;
    상기 제2 및 제3 스위치들의 사이 그리고 상기 제6 및 제7 스위치들의 사이에 공통 연결된 중앙 노드와 제2 전압 노드의 사이에 연결된 제9 스위치;
    상기 제2 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제1 인덕터;
    상기 중앙 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 중앙 커패시터;
    상기 제2 전압 노드와 상기 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제10 스위치;
    상기 제3 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 제1 커패시터; 그리고
    상기 제2 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 제2 커패시터를 포함하는 전압 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변환기는,
    상기 제1 전압 노드에서 제1 전압을 수신하고, 그리고 상기 제1 전압을 변환하여 상기 제2 전압 노드 및 상기 제3 전압 노드 중 적어도 하나로 전달하는 제1 타입 동작;
    상기 제1 전압 노드에서 제2 전압을 수신하고, 그리고 상기 제2 전압을 상기 제2 전압 노드로 전달하는 제2 타입 동작; 그리고
    상기 제2 전압 노드에서 제3 전압을 수신하고, 그리고 상기 제3 전압을 변환하여 상기 제1 전압 노드로 전달하는 제3 타입 동작 중 하나를 선택하여 수행하는 전압 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 타입 동작에서 상기 제1 전압을 변환하는 것은 벅 변환(Buck conversion)을 포함하고, 그리고
    상기 제3 타입 동작에서, 상기 제3 전압을 변환하는 것은 부스트 변환(Boost conversion)을 포함하는 전압 변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제9 스위치는 턴-온 되고, 그리고 상기 제10 스위치는 턴-오프 되고,
    상기 제5 및 제7 스위치들은 동기되어 절반의 듀티비를 갖고 토글하고, 그리고 상기 제6 및 제8 스위치들은 동기되고 그리고 상기 제5 및 제7 스위치들과 상보적으로 토글하고, 그리고
    상기 제1 및 제3 스위치들은 동기되어 토글하고, 그리고 상기 제2 및 제4 스위치들은 동기되고 그리고 상기 제1 및 제3 스위치들과 상보적으로 토글하는 전압 변환기.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 전압 노드에서 제1 전압이 수신되고,
    상기 제2 전압 노드에서 상기 제1 전압의 레벨의 절반의 레벨을 갖는 제2 전압이 출력되고, 그리고
    상기 제3 전압 노드에서 출력되는 제3 전압의 레벨은 상기 제1 및 제3 스위치들이 토글하는 듀티비(duty ratio)에 의해 가변되는 전압 변환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제9 스위치는 턴-오프 되고, 그리고 상기 제10 스위치는 턴-온 되고,
    상기 제2, 제3, 제5 및 제8 스위치들은 턴-온 되고,
    상기 제6 및 제7 스위치들은 턴-오프 되고, 그리고
    상기 제1 및 제4 스위치들은 서로 상보적으로 토글하는 전압 변환기.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 전압 노드에서 제1 전압이 수신되고,
    상기 제2 전압 노드에서 출력되는 제2 전압의 레벨은 상기 제1 스위치가 토글하는 듀티비에 의해 가변되고, 그리고
    상기 제3 전압 노드에서 출력되는 제3 전압은 상기 제2 전압과 동일한 전압 변환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제9 스위치는 턴-온 되고, 그리고 상기 제10 스위치는 턴-오프 되고,
    상기 제1, 제2, 제4, 제5, 제6 및 제8 스위치들은 턴-온 되고, 그리고
    상기 제3 및 제7 스위치들은 턴-오프 되는 전압 변환기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 노드에서 제1 전압이 수신되고, 그리고
    상기 제2 전압 노드에서 상기 제1 전압이 출력되는 전압 변환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제9 스위치는 턴-온 되고, 그리고 상기 제10 스위치는 턴-오프 되고,
    상기 제1, 제3, 제5 및 제7 스위치들은 동기되어 토글하고, 그리고
    상기 제2, 제4, 제6 및 제8 스위치들은 동기되고 그리고 상기 제1, 제3, 제5 및 제7 스위치들과 상보적으로 토글하는 전압 변환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 노드에서 제1 전압이 수신되고, 그리고
    상기 제1 전압 노드에서 출력되는 제2 전압의 레벨은 상기 제1 전압의 레벨의 두 배인 전압 변환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제9 스위치는 턴-오프 되고, 그리고 상기 제10 스위치는 턴-온 되고,
    상기 제9 스위치는 턴-온 되고, 그리고 상기 제10 스위치는 턴-오프 되고,
    상기 제1, 제3, 제5 및 제7 스위치들은 동기되어 토글하고, 그리고
    상기 제2, 제4, 제6 및 제8 스위치들은 동기되고 그리고 상기 제1, 제3, 제5 및 제7 스위치들과 상보적으로 토글하는 전압 변환기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 노드에서 제1 전압이 수신되고, 그리고
    상기 제1 전압 노드에서 출력되는 제2 전압의 레벨은 상기 제1 전압의 레벨의 두 배보다 큰 전압 변환기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제4 노드와 상기 제3 전압 노드의 사이에 연결되는 제2 인덕터를 더 포함하는 전압 변환기.
  15. 제1항에 있어서,
    제4 전압 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제2 인덕터;
    상기 제4 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 제3 커패시터; 그리고
    상기 제4 전압 노드와 상기 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제11 스위치를 더 포함하는 전압 변환기.
  16. 제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 순차적으로 연결된 제1 내지 제4 스위치들;
    상기 제1 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 상기 제1 내지 제4 스위치들과 병렬로 순차적으로 연결된 제5 내지 제8 스위치들;
    상기 제1 및 제2 스위치들 사이의 제1 노드와 상기 제3 및 제4 스위치들 사이의 제2 노드의 사이에 연결된 제1 부유 커패시터;
    상기 제5 및 제6 스위치들 사이의 제3 노드와 상기 제7 및 제8 스위치들 사이의 제4 노드 사이에 연결된 제2 부유 커패시터;
    상기 제2 및 제3 스위치들의 사이 그리고 상기 제6 및 제7 스위치들의 사이에 공통 연결된 중앙 노드와 제2 전압 노드의 사이에 연결된 제9 스위치;
    상기 제1 노드와 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제1 인덕터;
    상기 중앙 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 중앙 커패시터;
    상기 제2 전압 노드와 상기 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제10 스위치;
    상기 제3 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 제1 커패시터; 그리고
    상기 제2 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 제2 커패시터를 포함하는 전압 변환기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 노드와 제4 전압 노드의 사이에 연결된 제2 인덕터; 그리고
    상기 제4 전압 노드와 상기 제3 전압 노드의 사이에 연결된 제11 스위치를 더 포함하는 전압 변환기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제4 노드와 제4 전압 노드의 사이에 연결된 제2 인덕터; 그리고
    상기 제4 전압 노드와 상기 접지 노드의 사이에 연결된 제3 커패시터를 더 포함하는 전압 변환기.
  19. 전압 변환기에 있어서:
    제1 전압 노드와 접지 노드의 사이에 연결되고, 스위치들 및 커패시터들을 포함하는 스위치 커패시터(switched capacitor) 블록;
    제2 전압 노드, 제3 전압 노드, 그리고 상기 스위치 커패시터 블록에 연결되는 경로 제어 블록; 그리고
    상기 제2 전압 노드, 상기 제3 전압 노드, 상기 접지 노드 및 상기 스위치 커패시터 블록에 연결되는 수동 소자 블록을 포함하고,
    상기 전압 변환기는,
    제1 타입 동작 시에, 상기 제1 전압 노드에서 제1 전압을 수신하고, 그리고 상기 제1 전압을 변환하여 상기 제2 전압 노드 및 상기 제3 전압 노드 중 적어도 하나로 전달하고,
    제2 타입 동작 시에, 상기 제1 전압 노드에서 제2 전압을 수신하고, 그리고 상기 제2 전압을 상기 제2 전압 노드로 전달하고, 그리고
    제3 타입 동작 시에, 상기 제2 전압 노드에서 제3 전압을 수신하고, 그리고 상기 제3 전압을 변환하여 상기 제1 전압 노드로 전달하는 전압 변환기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 타입 동작에서 상기 제1 전압을 변환하는 것은 벅 변환(Buck conversion)을 포함하고, 그리고
    상기 제3 타입 동작에서, 상기 제3 전압을 변환하는 것은 부스트 변환(Boost conversion)을 포함하는 전압 변환기.
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