KR20210037301A - Matrix switch and power converter using the same - Google Patents

Matrix switch and power converter using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210037301A
KR20210037301A KR1020190119774A KR20190119774A KR20210037301A KR 20210037301 A KR20210037301 A KR 20210037301A KR 1020190119774 A KR1020190119774 A KR 1020190119774A KR 20190119774 A KR20190119774 A KR 20190119774A KR 20210037301 A KR20210037301 A KR 20210037301A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitors
terminal
voltage
power
matrix switch
Prior art date
Application number
KR1020190119774A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102246854B1 (en
Inventor
하정익
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020190119774A priority Critical patent/KR102246854B1/en
Publication of KR20210037301A publication Critical patent/KR20210037301A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102246854B1 publication Critical patent/KR102246854B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32Means for saving power
    • G06F1/3203Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46Multiprogramming arrangements
    • G06F9/48Program initiating; Program switching, e.g. by interrupt
    • G06F9/4806Task transfer initiation or dispatching
    • G06F9/4843Task transfer initiation or dispatching by program, e.g. task dispatcher, supervisor, operating system
    • G06F9/4881Scheduling strategies for dispatcher, e.g. round robin, multi-level priority queues
    • G06F9/4893Scheduling strategies for dispatcher, e.g. round robin, multi-level priority queues taking into account power or heat criteria
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

The present invention relates to a matrix switch and a power conversion device, which can be used to supply power to loads stacked in series or can be used as a general-purpose switch-capacitor converter. According to one aspect of the present invention, the matrix switch for selectively connecting between the M number of power sources and the N number of loads stacked in series comprises: a first switch group including the (N x M) number of switches selectively connecting a first terminal of each of the N number of loads and a first terminal of each of the M number of power sources; and a second switch group including the (N x M) number of switches selectively connecting a second terminal of each of the N number of loads and a second terminal of each of the M number of power sources.

Description

매트릭스 스위치 및 이를 이용한 전력변환장치{MATRIX SWITCH AND POWER CONVERTER USING THE SAME}Matrix switch and power converter using the same {MATRIX SWITCH AND POWER CONVERTER USING THE SAME}

본 발명은 매트릭스 스위치 및 이를 이용한 전력변환장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 매트릭스 스위치 및 전력변환장치는 직렬로 스택된 부하에 전력을 공급하기 위해 사용되거나 또는 범용의 스위치-커패시터 컨버터로 사용될 수 있다. The present invention relates to a matrix switch and a power conversion device using the same. Specifically, the matrix switch and the power conversion device of the present invention may be used to supply power to a load stacked in series or may be used as a general-purpose switch-capacitor converter.

최근 스마트폰, 태블릿, 노트북 등의 전자장치에 사용되는 AP(Application Process), GPU(Graphic Processing Unit) 등의 고성능 디지털 회로는 동작 전압이 계속 낮아지고 있고 소비 전류는 계속 증가하고 있다.In recent years, high-performance digital circuits such as AP (Application Process) and GPU (Graphic Processing Unit) used in electronic devices such as smartphones, tablets, and notebooks have continuously lowered their operating voltage and their current consumption continues to increase.

또한, 고성능 디지털 회로는 성능 향상을 위해 복수의 코어(core)를 사용하는 병렬 연산 구조를 많이 채용하고 있다. 도 1을 참조하면, 복수의 코어(40)가 병렬로 연결되어 동작하면서 전력 컨버터(20)로부터 전력을 공급받아 동작한다. 이 경우, 전력 컨버터(20)는 하나의 코어가 동작하는 낮은 전압(Vp)에서 복수의 코어가 소비하는 전류의 합에 해당하는 큰 전류(Ip)을 공급할 수 있어야 한다. 이런 구조에서 전력 컨버터(20)가 공급하는 전압(Vp)은 통상 1V 이하이고, 전류(Ip)는 약 10A에 이를 수 있다. 전력 공급 관점에서 이러한 저전압에서 대전류를 공급하는 것은 효율적이지 않다.In addition, high-performance digital circuits often employ parallel computing structures using a plurality of cores to improve performance. Referring to FIG. 1, while a plurality of cores 40 are connected in parallel and operated, power is supplied from the power converter 20 to operate. In this case, the power converter 20 must be able to supply a large current Ip corresponding to the sum of the currents consumed by a plurality of cores at a low voltage Vp in which one core operates. In this structure, the voltage Vp supplied by the power converter 20 is usually 1V or less, and the current Ip may reach about 10A. In terms of power supply, it is not efficient to supply a large current at such a low voltage.

이에 대한 대안으로, 도 2에 예시된 바와 같이, 복수의 코어(40)를 직렬로 스택한 구조를 사용하는 프로세서에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 시스템에서 코어(40)가 스택된 수가 N인 경우, 전력 컨버터(20)가 공급하는 전압(Vs)은 복수의 코어의 전압의 합으로서 병렬 구조의 전압(Vp)의 N 배가 되고, 전력 컨버터(20)가 공급하는 전류(Is)는 병렬 구조의 전류(Ip)의 1/N 배가 된다. As an alternative to this, as illustrated in FIG. 2, research is being conducted on a processor using a structure in which a plurality of cores 40 are stacked in series. In such a system, when the number of stacked cores 40 is N, the voltage Vs supplied by the power converter 20 becomes N times the voltage Vp of the parallel structure as the sum of the voltages of the plurality of cores, and the power converter The current Is supplied by (20) becomes 1/N times the current Ip of the parallel structure.

이와 같이, 전력 컨버터(20)가 공급하는 전압이 N 배가 되고 전류가 1/N 배가 될 경우, 전류 감소로 인해 전력 손실이 줄어들고, 부하의 등가 임피던스가 N2 배가 되어 전력을 안정적으로 공급하기가 유리하며, I/O 패드의 개수도 줄일 수 있는 등의 장점이 있다.In this way, when the voltage supplied by the power converter 20 is N times and the current is 1/N times, the power loss is reduced due to the current reduction, and the equivalent impedance of the load is N 2 times, so that it is difficult to stably supply power. It is advantageous, and there are advantages such as being able to reduce the number of I/O pads.

다만, 도 2에 예시된 바와 같은 구조에서는 전력 컨버터(20)가 제공하는 전압(Vs)이 직렬로 연결된 코어(40)들 각각에 균일하게 분배되지 않을 가능성이 있으므로, 각 코어(40)에 공급되는 전압의 밸런싱(balancing)을 위한 대책이 필요하다.However, in the structure as illustrated in FIG. 2, since there is a possibility that the voltage Vs provided by the power converter 20 is not evenly distributed to each of the cores 40 connected in series, it is supplied to each core 40 A countermeasure is needed for balancing the voltage to be used.

직렬로 스택된 복수의 부하의 전압 밸런싱을 위한 종래 기술로서, Schaef는 각 스택 별로 인덕터를 포함하는 DC-DC 레귤레이터(regulator)를 사용하는 방법을 제시하고 있다(C. Schaef and J. T. Stauth, "Efficient Voltage Regulation for Microprocessor Cores Stacked in Vertical Voltage Domains," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 2, pp. 1795-1808, Feb. 2016.). 그러나 이 방법은 사이즈가 큰 인덕터를 많이 사용해야 하는 단점이 있다.As a conventional technique for voltage balancing of a plurality of loads stacked in series, Schaef proposes a method of using a DC-DC regulator including an inductor for each stack (C. Schaef and JT Stauth, "Efficient" Voltage Regulation for Microprocessor Cores Stacked in Vertical Voltage Domains," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 2, pp. 1795-1808, Feb. 2016.). However, this method has the disadvantage of using a large number of large inductors.

직렬로 스택된 복수 부하의 전압 밸런싱을 위한 다른 종래 기술로서, Lee는 스위치-커패시터 래더 컨버터(switched-capacitor ladder converter)를 사용하여 각 스택의 중간 노드 전압을 안정적으로 유지하는 방법을 제시하고 있다(S. K. Lee, T. Tong, X. Zhang, D. Brooks, and G. Wei, "A 16-Core Voltage-Stacked System With Adaptive Clocking and an Integrated Switched-Capacitor DC-DC Converter," IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 25, no. 4, pp. 1271-1284, Apr. 2017.). 이 방법은 인덕터를 사용하지 않음으로써 사이즈에서는 장점이 있지만 부하의 변화에 대한 응답 속도가 느리다는 단점이 있다.As another prior art for voltage balancing of multiple loads stacked in series, Lee proposes a method of stably maintaining the intermediate node voltage of each stack using a switched-capacitor ladder converter ( SK Lee, T. Tong, X. Zhang, D. Brooks, and G. Wei, "A 16-Core Voltage-Stacked System With Adaptive Clocking and an Integrated Switched-Capacitor DC-DC Converter," IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 25, no. 4, pp. 1271-1284, Apr. 2017.). This method has an advantage in size as it does not use an inductor, but has a disadvantage in that the response speed to a change in load is slow.

이와 같이, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 간단한 구조를 사용하면서도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 방법이 필요하다.As described above, there is a need for a method capable of stably supplying power while using a simple structure in a system in which a plurality of loads are stacked in series.

본 발명의 일 목적은, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 안정적으로 전력을 공급하는 것이다. An object of the present invention is to stably supply power to a system in which a plurality of loads are stacked in series.

또한, 본 발명의 일 목적은, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 전력을 공급함에 있어서 간단한 구조로 전압 밸런싱을 가능하게 하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to enable voltage balancing with a simple structure in supplying power to a system in which a plurality of loads are stacked in series.

또한, 본 발명의 일 목적은, 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서에서 레벨 쉬프터와 같은 별도의 수단을 강구하지 않고도 주변 회로와 통신이 가능하도록 하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to enable communication with peripheral circuits in a multi-core processor stacked in series without taking a separate means such as a level shifter.

또한, 본 발명의 일 목적은, 전압 변환비를 용이하게 변경할 수 있는 범용 강압 컨버터 또는 승압 컨버터를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a general-purpose step-down converter or step-up converter capable of easily changing the voltage conversion ratio.

본 발명의 일 측면은, 직렬로 스택(stack)된 M개의 전원과 N개의 부하(load) 사이의 선택적인 연결을 수행하는 매트릭스 스위치로서, N개의 부하 각각의 제1 단자와 M개의 전원 각각의 제1 단자 사이를 선택적으로 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹; 및 N개의 부하 각각의 제2 단자와 M개의 전원 각각의 제2 단자 사이를 선택적으로 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹;을 포함하는 매트릭스 스위치이다.One aspect of the present invention is a matrix switch that performs a selective connection between M power supplies and N loads stacked in series, the first terminal of each of the N loads and each of the M power supplies. A first switch group including N x M switches selectively connecting the first terminals; And a second switch group including N x M switches selectively connecting the second terminals of each of the N loads and the second terminals of each of the M power supplies.

상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각의 제1 단자를 M개의 전원 중의 임의의 전원의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 상기 N개의 부하 각각의 제2 단자를 M개의 전원 중의 임의의 전원의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있다. The matrix switch may selectively connect a first terminal of each of the N loads to a first terminal of an arbitrary power source among M power sources, and connect a second terminal of each of the N loads to an arbitrary power source among M power sources. It can be selectively connected to the second terminal of.

상기 매트릭스 스위치는 주기적으로 또는 비주기적으로 상기 M개의 전원과 상기 N개의 부하의 연결 관계를 변경할 수 있다. The matrix switch may periodically or aperiodically change a connection relationship between the M power supplies and the N loads.

상기 매트릭스 스위치는, 상기 전원의 전압 및/또는 상기 부하의 소비 전력에 기초하여 각각의 전원에 연결되는 부하를 결정하되, 하나의 전원에는 하나의 부하 또는 복수의 부하가 임의로 연결하는 독립 스위칭 방식으로 동작할 수 있다. The matrix switch determines a load connected to each power source based on the voltage of the power source and/or the power consumption of the load, but is an independent switching method in which one load or a plurality of loads is arbitrarily connected to one power source. It can work.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, N과 M은 동일하고, 상기 매트릭스 스위치는, 상기 전원의 전압 및/또는 상기 부하의 소비 전력에 기초하여 각각의 전원에 연결되는 부하를 결정하되, 하나의 전원에는 하나의 부하가 임의로 연결하는 밸런스 스위칭 방식으로 동작할 수 있다. In the matrix switch, N and M are the same, and the matrix switch determines a load connected to each power source based on the voltage of the power source and/or power consumption of the load, but one power source has one It can operate in a balanced switching method in which the load connects arbitrarily.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, N과 M은 동일하고, 상기 매트릭스 스위치는, 하나의 전원에는 하나의 부하만을 연결하되 미리 정해진 순서대로 전원과 부하의 연결을 변경하는 롤링 스위칭 방식으로 동작할 수 있다. In the matrix switch, N and M are the same, and the matrix switch may operate in a rolling switching method in which only one load is connected to one power source and the connection between the power source and the load is changed in a predetermined order.

상기 매트릭스 스위치는 제1 클럭 신호에 기초하여 주기적으로 상기 M개의 전원과 상기 N개의 부하의 연결 관계를 변경할 수 있다. The matrix switch may periodically change a connection relationship between the M power sources and the N loads based on a first clock signal.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, 상기 제1 클럭 신호는 상기 부하가 사용하는 제2 클럭 신호에 동기된 것일 수 있다. In the matrix switch, the first clock signal may be synchronized with a second clock signal used by the load.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, 상기 제1 클럭 신호의 상승 또는 하강 에지(edge)는 상기 제2 클럭 신호의 하강 에지와 다음 상승 에지의 사이에 발생되고, 상기 전원과 부하의 연결 관계의 변경은 상기 제1 클럭 신호의 에지에 의해 트리거(trigger)될 수 있다. In the matrix switch, a rising or falling edge of the first clock signal is generated between a falling edge of the second clock signal and a next rising edge, and a change in the connection relationship between the power source and the load is performed by the first clock signal. It can be triggered by the edge of one clock signal.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, 상기 부하는 멀티 코어 프로세서에 사용되는 코어일 수 있다. In the matrix switch, the load may be a core used in a multi-core processor.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, 상기 N과 상기 M은 각각 상기 멀티 코어 프로세서에서 직렬로 스택된 코어의 스택 수와 동일할 수 있다. In the matrix switch, N and M may be equal to the number of stacks of cores serially stacked in the multi-core processor, respectively.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, i 번째(i = 1, 2, ... M-1) 전원의 제2 단자는 i+1번째 전원의 제1 단자와 연결될 수 있다. In the matrix switch, the second terminal of the i-th power supply (i = 1, 2, ... M-1) may be connected to the first terminal of the i+1-th power supply.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, 상기 제1 스위치 그룹과 상기 제2 스위치 그룹에 포함된 스위치 중의 적어도 하나는 복수의 반도체 스위칭 소자가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 스위치로 동작할 수 있다. In the matrix switch, at least one of the switches included in the first switch group and the second switch group may operate as one switch by connecting a plurality of semiconductor switching elements in series and/or in parallel.

상기 매트릭스 스위치에 있어서, 상기 M개의 전원은 외부로부터 제공되는 전압을 M개의 직렬 연결된 커패시터로 분압한 것일 수 있다. In the matrix switch, the M power supplies may be obtained by dividing a voltage provided from an external device by M series-connected capacitors.

본 발명의 다른 일 측면은, N개의 부하(load)에 전력을 공급하는 전력변환장치로서, 외부로부터 전력을 공급받고 출력전압을 제공하는 전력 컨버터; 상기 전력 컨버터가 제공하는 출력전압을 분압하는, 직렬로 연결된 M개의 커패시터; 및 상기 M개의 커패시터와 상기 N개의 부하(load) 사이의 선택적인 연결을 수행하는 매트릭스 스위치;를 포함하는 전력변환장치이다. Another aspect of the present invention is a power conversion device for supplying power to N loads, comprising: a power converter that receives power from the outside and provides an output voltage; M capacitors connected in series for dividing the output voltage provided by the power converter; And a matrix switch for selectively connecting the M capacitors and the N loads.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각을 상기 M개의 커패시터 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결할 수 있다. In the power conversion device, the matrix switch may selectively connect each of the N loads to an arbitrary capacitor among the M capacitors.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각의 제1 단자를 M개의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 상기 N개의 부하 각각의 제2 단자를 M개의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있다. In the power conversion device, the matrix switch may selectively connect a first terminal of each of the N loads to a first terminal of an arbitrary capacitor among M capacitors, and a second terminal of each of the N loads It can be selectively connected to the second terminal of any capacitor among the M capacitors.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각의 제1 단자와 상기 M개의 커패시터 각각의 제1 단자 사이를 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹; 및 상기 N개의 부하 각각의 제2 단자와 M개의 커패시터 각각의 제2 단자 사이를 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹;을 포함할 수 있다. In the power conversion apparatus, the matrix switch comprises: a first switch group including N x M switches connecting between first terminals of each of the N loads and first terminals of each of the M capacitors; And a second switch group including N x M switches connecting the second terminals of each of the N loads and the second terminals of each of the M capacitors.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 매트릭스 스위치는 주기적으로 또는 비주기적으로 상기 M개의 커패시터와 상기 N개의 부하의 연결 관계를 변경할 수 있다. In the power conversion device, the matrix switch may periodically or aperiodically change a connection relationship between the M capacitors and the N loads.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 전력변환장치; 복수의 코어가 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서; 및 상기 멀티 코어 프로세서와 통신하는 주변 회로;를 포함하되, 상기 N개의 부하는 N개의 스테이지로 직렬로 스택된 상기 멀티 코어 프로세서에서 각 스테이지의 코어인 것을 특징으로 하는 전자장치이다. Another aspect of the present invention, the power conversion device described above; A multi-core processor in which a plurality of cores are stacked in series; And a peripheral circuit communicating with the multi-core processor, wherein the N loads are cores of each stage of the multi-core processor stacked in series into N stages.

상기 전자장치에 있어서, 상기 M개의 커패시터 중에서 그라운드에 연결된 커패시터로부터 전력을 공급받는 코어는 상기 주변 회로와 통신을 수행하고, 상기 M개의 커패시터 중에서 그라운드에 연결되지 않은 커패시터로부터 전력을 공급받는 코어는 상기 주변 회로와 통신을 수행하지 않을 수 있다. In the electronic device, a core receiving power from a capacitor connected to the ground among the M capacitors performs communication with the peripheral circuit, and a core receiving power from a capacitor not connected to the ground among the M capacitors is the Communication with peripheral circuits may not be performed.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 제1 단자와 제2 단자를 통해 연결되는 제1 전압과 제3 단자와 제4 단자를 통해 연결되는 제2 전압 사이에서 전력을 전달하는 컨버터로서, 제1 단자와 제2 단자 사이에 직렬로 연결된 복수의 커패시터; 및 상기 제2 전압을 상기 복수의 커패시터 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결하는 매트릭스 스위치;를 포함하는 컨버터이다. Another aspect of the present invention is a converter that transfers power between a first voltage connected through a first terminal and a second terminal and a second voltage connected through a third terminal and a fourth terminal, the first terminal A plurality of capacitors connected in series between the and the second terminal; And a matrix switch selectively connecting the second voltage to an arbitrary capacitor among the plurality of capacitors.

상기 컨버터에 있어서, 상기 매트릭스 스위치는, 상기 제3 단자를 상기 복수의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 상기 제4 단자를 상기 복수의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있다. In the converter, the matrix switch may selectively connect the third terminal to a first terminal of an arbitrary capacitor among the plurality of capacitors, and connect the fourth terminal to a second terminal of an arbitrary capacitor among the plurality of capacitors. Can be selectively connected to the terminal.

상기 컨버터에 있어서, 상기 매트릭스 스위치는, 상기 제3 단자와 상기 복수의 커패시터 각각의 양의 단자 사이를 선택적으로 연결하는, 커패시터와 동일한 개수의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹; 및 상기 제4 단자와 복수의 커패시터 각각의 음의 단자 사이를 선택적으로 연결하는, 커패시터와 동일한 개수의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹;을 포함할 수 있다. In the converter, the matrix switch comprises: a first switch group including the same number of switches as the capacitors, selectively connecting between the third terminal and the positive terminals of each of the plurality of capacitors; And a second switch group including the same number of switches as the capacitors, selectively connecting the fourth terminal to the negative terminal of each of the plurality of capacitors.

상기 컨버터에 있어서, 상기 제1 전압은 입력전압이고, 상기 제2 전압은 출력전압이며, 상기 커패시터의 개수는 M이고, 상기 컨버터는, 상기 제2 전압과 상기 M개의 커패시터와의 연결 관계를 변경하면서, 상기 입력전압과 상기 출력전압의 비가 M:1의 전압 변환비를 가지는 강압(step-down) 컨버터로 동작할 수 있다. In the converter, the first voltage is an input voltage, the second voltage is an output voltage, the number of capacitors is M, and the converter changes a connection relationship between the second voltage and the M capacitors. Meanwhile, the input voltage and the output voltage may operate as a step-down converter having a voltage conversion ratio of M:1.

상기 컨버터에 있어서, 상기 제1 전압은 출력전압이고, 상기 제2 전압은 입력전압이며, 상기 커패시터의 개수는 M이고, 상기 컨버터는, 상기 제2 전압과 상기 M개의 커패시터와의 연결 관계를 변경하면서, 상기 입력전압과 상기 출력전압의 비가 1:M의 전압 변환비를 가지는 승압(step-up) 컨버터로 동작할 수 있다. In the converter, the first voltage is an output voltage, the second voltage is an input voltage, the number of capacitors is M, and the converter changes a connection relationship between the second voltage and the M capacitors. Meanwhile, the input voltage and the output voltage may operate as a step-up converter having a voltage conversion ratio of 1:M.

본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.According to the present invention, according to an embodiment, it is possible to stably supply power to a system in which a plurality of loads are stacked in series.

또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 전력을 공급함에 있어서 간단한 구조로 전압 밸런싱이 가능하다. Further, according to the present invention, voltage balancing is possible with a simple structure in supplying power to a system in which a plurality of loads are stacked in series, according to an embodiment.

또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서에서 레벨 쉬프터와 같은 별도의 수단을 강구하지 않고도 주변 회로와 통신이 가능하다. In addition, according to the present invention, in a multi-core processor stacked in series, communication with peripheral circuits is possible without taking a separate means such as a level shifter, according to an embodiment.

또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 전압 변환비를 용이하게 변경할 수 있는 범용 강압 컨버터 또는 승압 컨버터를 제공할 수 있다. Further, according to the present invention, according to an embodiment, it is possible to provide a general-purpose step-down converter or step-up converter capable of easily changing the voltage conversion ratio.

도 1은 복수의 코어가 병렬로 연결되어 동작하는 프로세싱 시스템을 예시한다.
도 2는 복수의 코어가 직렬로 연결되어 동작하는 프로세싱 시스템을 예시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치 및 전력변환장치를 예시한다.
도 4와 도 5는 도 3의 매트릭스 스위치의 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 스위칭 방식을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 스위칭 방식을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 스위칭 방식을 설명하는 도면이다.
도 9는 복수의 코어가 직렬로 연결된 구조에서 주변 회로와의 통신 방식을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치를 사용하는 시스템에서 코어와 주변 회로의 통신 방식을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 12는 프로세싱 시스템에서 코어 클럭 신호와 코어 소비 전류의 관계를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치에서 사용하는 매트릭스 스위치 클럭 신호를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치 및 전력변환장치를 예시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치를 사용한 강압 컨버터를 예시한다.
도 16 내지 도 19는 도 15의 강압 컨버터의 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치를 사용한 승압 컨버터를 예시한다.
도 21 내지 도 24는 도 20의 승압 컨버터의 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.
1 illustrates a processing system in which a plurality of cores are connected in parallel and operated.
2 illustrates a processing system in which a plurality of cores are connected in series and operated.
3 illustrates a matrix switch and a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are views exemplarily explaining the operation of the matrix switch of FIG. 3.
6 is a diagram illustrating an independent switching method according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a balance switching method according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a rolling switching method according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram exemplarily illustrating a communication method with peripheral circuits in a structure in which a plurality of cores are connected in series.
10 and 11 are views exemplarily illustrating a communication method between a core and a peripheral circuit in a system using a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram exemplarily illustrating a relationship between a core clock signal and a core current consumption in a processing system.
13 is a diagram exemplarily illustrating a matrix switch clock signal used in a matrix switch according to an embodiment of the present invention.
14 illustrates a matrix switch and a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
15 illustrates a step-down converter using a matrix switch according to an embodiment of the present invention.
16 to 19 are views exemplarily explaining the operation of the step-down converter of FIG. 15.
20 illustrates a step-up converter using a matrix switch according to an embodiment of the present invention.
21 to 24 are views exemplarily explaining the operation of the step-up converter of FIG. 20.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are for distinguishing the constituent element from other constituent elements, and the nature, order, or order of the constituent element is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치(310) 및 전력변환장치(300)를 예시한다.3 illustrates a matrix switch 310 and a power conversion device 300 according to an embodiment of the present invention.

전력변환장치(300)는 매트릭스 스위치(310), 전력 컨버터(320) 및 복수의 커패시터(C1, C2, C3, C4)를 포함할 수 있다.The power conversion device 300 may include a matrix switch 310, a power converter 320, and a plurality of capacitors C1, C2, C3, and C4.

전력변환장치(300)는 전력 컨버터(320)를 통해 외부로부터 전력을 공급받고 복수의 부하(R1 ~ R4)에 전력을 공급할 수 있다. 부하의 개수는 임의로 설정될 수 있지만, 설명의 편의를 위해 네 개의 부하(R1 ~ R4)에 전력을 공급하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 여기서, 부하(R1 ~ R4)는 직렬로 스택된 상태이거나 또는 플로팅(floating)된 상태일 수 있다.The power conversion device 300 may receive power from the outside through the power converter 320 and may supply power to a plurality of loads R1 to R4. The number of loads may be arbitrarily set, but for convenience of explanation, a case of supplying power to the four loads R1 to R4 will be described as an example. Here, the loads R1 to R4 may be in a serially stacked state or a floating state.

실시예에 따라, 전력변환장치(300)는 복수의 코어가 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서를 포함하는 전자장치 내에 포함되어 복수의 코어로 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 네 개의 부하(R1 ~ R4)는 네 개의 스택 수를 가지는 멀티 코어 프로세서에서 각 스테이지의 코어일 수 있다. 즉, 부하의 개수는 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서에서 스택 수와 동일할 수 있다.Depending on the embodiment, the power conversion device 300 may be included in an electronic device including a multi-core processor in which a plurality of cores are stacked in series and used to supply power to a plurality of cores. In this case, the four loads R1 to R4 may be cores of each stage in a multi-core processor having four stacks. That is, the number of loads may be the same as the number of stacks in a multi-core processor stacked in series.

실시예에 따라, 전력변환장치(300)는 전자장치 내에 포함된 프로세서에 전력을 공급하는 PMIC(Power Management IC)의 일부 구성으로서 전압 레귤레이터로 사용될 수 있다. 실시예에 따라, 전력변환장치(300)는 SOC(System On Chip) 내부에 내장되는 IVR(Integrated Voltage Regulator)로 사용될 수 있다. 실시예에 따라, 전력변환장치(300)는 데이터 센터, 신재생 에너지 등의 시스템에서 전력을 변환하는데 사용될 수 있다. 그 외에도 전력변환장치(300)는 다양한 시스템에서 전력을 변환하는데 사용될 수 있다.According to an embodiment, the power conversion device 300 may be used as a voltage regulator as a part of a power management IC (PMIC) that supplies power to a processor included in an electronic device. Depending on the embodiment, the power conversion device 300 may be used as an integrated voltage regulator (IVR) built into a system on chip (SOC). Depending on the embodiment, the power conversion device 300 may be used to convert power in a system such as a data center and renewable energy. In addition, the power conversion device 300 may be used to convert power in various systems.

도 3에서는 부하(R1 ~ R4)를 일반적인 관례에 따라 저항으로 도시하고 있는데, 부하(R1 ~ R4)는 전력을 소비하는 임의의 소자일 수 있다. 부하(R1 ~ R4)가 저항으로 도시되어 있다고 하여, 유도성 부하 혹은 용량성 부하를 제외하려는 의도는 아님이 이해되어야 할 것이다.In FIG. 3, the loads R1 to R4 are shown as resistances according to a general convention, and the loads R1 to R4 may be any device that consumes power. It should be understood that just because the loads R1 to R4 are shown as resistance, it is not intended to exclude inductive or capacitive loads.

한편, 도 3에는 부하(R1 ~ R4)가 전력변환장치(300)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 부하(R1 ~ R4)는 전력변환장치(300)의 전력 공급 대상일 뿐, 부하(R1 ~ R4)가 전력변환장치(300)에 포함되는 구성은 아닌 것으로 이해되어야 할 것이고, 이는 본 명세서의 다른 도면들에도 동일하게 적용될 수 있다.Meanwhile, in FIG. 3, it is shown that the loads R1 to R4 are included in the power conversion device 300, but this is for convenience of explanation, and the loads R1 to R4 are the targets for power supply of the power conversion device 300. However, it should be understood that the loads R1 to R4 are not included in the power conversion device 300, and this may be equally applied to other drawings of the present specification.

전력 컨버터(320)는 외부로부터 전력을 공급받고 매트릭스 스위치(310)로 출력전압(Va)을 제공할 수 있다. 전력 컨버터(320)는 전력을 처리하는 임의의 컨버터일 수 있다. 예시적으로, 전력 컨버터(320)는 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 스위치-커패시터 컨버터 또는 선형 레귤레이터 중의 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.The power converter 320 may receive power from the outside and provide an output voltage Va to the matrix switch 310. Power converter 320 may be any converter that processes power. For example, the power converter 320 may be any one of a buck converter, a boost converter, a buck-boost converter, a switch-capacitor converter, or a linear regulator, or a combination thereof, but is not limited thereto.

복수의 커패시터(C1, C2, C3, C4)는 전력 컨버터(320)가 제공하는 출력전압(Va)을 분압하도록 직렬로 스택(stack)될 수 있다. 이 경우, 커패시터(C1, C2, C3, C4) 각각에는 전력 컨버터(320)가 제공하는 출력전압(Va)이 분압된 전압이 형성될 수 있다. 커패시터(C1, C2, C3, C4) 각각은 전력 컨버터(320)로부터 전력을 공급받고 매트릭스 스위치(310)로 전력을 공급할 수 있다. 이런 관점에서 커패시터(C1, C2, C3, C4) 각각은 전력 컨버터(320)가 제공하는 출력전압(Va)이 분압된 전압을 가지는 별도의 전원으로 이해될 수 있다. 커패시터의 개수는 필요에 따라 임의로 설정될 수 있지만, 설명의 편의를 위해 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 전력변환장치(300)가 복수의 코어가 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서를 포함하는 전자장치 내에 포함되어 복수의 코어로 전력을 공급하는데 사용되는 경우, 커패시터의 개수는 멀티 코어 프로세서의 스택 수와 동일할 수 있다.The plurality of capacitors C1, C2, C3, and C4 may be stacked in series to divide the output voltage Va provided by the power converter 320. In this case, a voltage obtained by dividing the output voltage Va provided by the power converter 320 may be formed in each of the capacitors C1, C2, C3, and C4. Each of the capacitors C1, C2, C3, and C4 may receive power from the power converter 320 and may supply power to the matrix switch 310. From this point of view, each of the capacitors C1, C2, C3, and C4 may be understood as a separate power supply having a voltage obtained by dividing the output voltage Va provided by the power converter 320. The number of capacitors may be arbitrarily set as needed, but for convenience of explanation, a case in which four capacitors C1 to C4 are used will be described as an example. When the power conversion device 300 is included in an electronic device including a multi-core processor in which a plurality of cores are stacked in series and is used to supply power to a plurality of cores, the number of capacitors is the same as the number of stacks of the multi-core processor. can do.

매트릭스 스위치(310)는 온/오프 스위칭 동작을 통해 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)와 네 개의 부하(R1 ~ R4) 사이의 선택적인 연결을 수행할 수 있다. 예시적으로, 매트릭스 스위치는 네 개의 부하(R1 ~ R4) 각각을 네 개의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결할 수 있다. The matrix switch 310 may perform selective connection between the four capacitors C1 to C4 and the four loads R1 to R4 through an on/off switching operation. For example, the matrix switch may selectively connect each of the four loads R1 to R4 to any of the four capacitors C1 to C4.

이를 위해, 매트릭스 스위치(310)는, 네 개의 부하(R1 ~ R4) 각각의 제1 단자를 네 개의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 네 개의 부하(R1 ~ R4) 각각의 제2 단자를 네 개의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있다. 예시적으로, 제1 단자는 양(+)의 단자이고, 제2 단자는 음(-)의 단자로 이해될 수 있다. 예시적으로, 제1 단자는 고전위 단자이고, 제2 단자는 저전위 단자로 이해될 수 있다.To this end, the matrix switch 310 may selectively connect the first terminal of each of the four loads R1 to R4 to the first terminal of an arbitrary capacitor among the four capacitors C1 to C4, and the four loads Each of the second terminals (R1 to R4) may be selectively connected to a second terminal of an arbitrary capacitor among the four capacitors (C1 to C4). For example, the first terminal may be understood as a positive (+) terminal, and the second terminal may be understood as a negative (-) terminal. For example, the first terminal may be understood as a high potential terminal, and the second terminal may be understood as a low potential terminal.

실시예에 따라, 매트릭스 스위치(310)는 네 개의 부하(R1 ~ R4) 각각의 제1 단자와 네 개의 커패시터(C1 ~ C4) 각각의 제1 단자 사이를 연결하는 4 x 4 개의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹(S11p, S12p, S13p, S14p, S21p, ~ S44p)을 포함할 수 있다. 또한, 매트릭스 스위치(310)는 네 개의 부하(R1 ~ R4) 각각의 제2 단자와 네 개의 커패시터(C1 ~ C4) 각각의 제2 단자 사이를 연결하는 4 x 4 개의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹(S11n, S12n, S13n, S14n, S21n, ~ S44n)을 포함하는 제2 스위치 그룹을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the matrix switch 310 includes 4 x 4 switches connecting between the first terminals of each of the four loads R1 to R4 and the first terminals of each of the four capacitors C1 to C4. It may include a first switch group (S11p, S12p, S13p, S14p, S21p, ~ S44p). In addition, the matrix switch 310 is a second switch including 4 x 4 switches connecting between the second terminals of each of the four loads R1 to R4 and the second terminals of each of the four capacitors C1 to C4. A second switch group including groups S11n, S12n, S13n, S14n, S21n, and S44n may be included.

여기서, 스위치의 도면부호 Sijp는 제i 커패시터(Ci)과 제j 부하(Rj)의 제1 단자(positive)를 연결하는 스위치를 의미하고, 스위치의 도면부호 Sijn는 제i 커패시터(Ci)과 제j 부하(Rj)의 제2 단자(negative)를 연결하는 스위치를 의미는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 제1 스위치 그룹은 임의의 커패시터와 임의의 부하의 제1 단자를 선택적으로 연결하고, 제2 스위치 그룹은 임의의 커패시터와 임의의 부하의 제2 단자를 선택적으로 연결하는 것으로 이해될 수 있다.Here, the reference symbol Sijp of the switch denotes a switch connecting the ith capacitor Ci and the first terminal (positive) of the j-th load Rj, and the reference numeral Sijn of the switch denotes the ith capacitor Ci and the j It can be understood to mean a switch connecting the second terminal (negative) of the load (Rj). That is, it can be understood that the first switch group selectively connects an arbitrary capacitor and a first terminal of an arbitrary load, and the second switch group selectively connects an arbitrary capacitor and the second terminal of an arbitrary load. .

실시예에 따라, 매트릭스 스위치(310)는 스위칭 동작을 통해 주기적으로 또는 비주기적으로 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)와 네 개의 부하(R1 ~ R4)의 연결 관계를 변경할 수 있다. 예시적으로, 매트릭스 스위치(310)는 클럭 신호에 동기되어 주기적으로 커패시터(C1 ~ C4)와 부하(R1 ~ R4)의 연결 관계를 변경할 수 있다. 또는, 예시적으로, 매트릭스 스위치(310)는 이벤트가 발생할 때에 커패시터(C1 ~ C4)와 부하(R1 ~ R4)의 연결 관계를 변경할 수 있다. 예시적으로, 이벤트는 커패시터(C1 ~ C4)의 전압, 전류 등의 상태 및/또는 부하(R1 ~ R4)의 전압, 전류 등의 상태에 따라 연결 관계의 변경이 필요하다고 판단되는 경우 발생될 수 있다.Depending on the embodiment, the matrix switch 310 may periodically or aperiodically change the connection relationship between the four capacitors C1 to C4 and the four loads R1 to R4 through a switching operation. For example, the matrix switch 310 may periodically change the connection relationship between the capacitors C1 to C4 and the loads R1 to R4 in synchronization with a clock signal. Alternatively, as an example, the matrix switch 310 may change a connection relationship between the capacitors C1 to C4 and the loads R1 to R4 when an event occurs. For example, the event may occur when it is determined that the connection relationship needs to be changed according to the state of the voltage and current of the capacitors C1 to C4 and/or the voltage and current of the loads R1 to R4. have.

도 3에서는 네 개의 부하(R1 ~ R4)와 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)를 사용하는 경우를 예시하고 있으나, 부하의 개수는 임의의 개수인 N개로 설정될 수 있고, 커패시터의 개수도 임의의 개수인 M개로 설정될 수 있다. 이 경우, 매트릭스 스위치(310)는, N 개의 부하 각각의 제1 단자와 M 개의 커패시터 각각의 제1 단자 사이를 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹과, N 개의 부하 각각의 제2 단자와 M 개의 커패시터 각각의 제2 단자 사이를 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 전력변환장치(300)가 L개의 스택 수를 가지는 멀티 코어 프로세서에 사용되는 경우, 부하의 개수 N과 커패시터의 개수 M은 각각 스택 수인 L과 동일할 수 있다.3 illustrates the case of using four loads (R1 to R4) and four capacitors (C1 to C4), but the number of loads can be set to an arbitrary number, N, and the number of capacitors is also arbitrary. It can be set to the number of M. In this case, the matrix switch 310 includes a first switch group including N x M switches connecting the first terminals of each of the N loads and the first terminals of each of the M capacitors, and each of the N loads. A second switch group including N x M switches connecting the second terminals and the second terminals of each of the M capacitors may be included. According to an embodiment, when the power conversion device 300 is used in a multi-core processor having L stacks, the number of loads N and the number of capacitors M may be equal to the number of stacks L, respectively.

도 3에서 제1 스위치 그룹(S11p, S12p, S13p, S14p, S21p, ~ S44p)과 제2 스위치 그룹(S11n, S12n, S13n, S14n, S21n, ~ S44n)에 포함된 스위치 중의 적어도 하나는 복수의 반도체 스위칭 소자가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 스위치로 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 커패시터(C1 ~ C4) 중의 적어도 하나는 복수의 커패시터가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 커패시터로 동작하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 스위치 또는 커패시터의 개수를 언급함에 있어서 복수의 스위치 또는 커패시터가 하나의 스위치 또는 커패시터로 동작하는 경우 하나의 스위치 또는 커패시터가 사용된 것으로 이해될 수 있다.In FIG. 3, at least one of the switches included in the first switch group (S11p, S12p, S13p, S14p, S21p, ~ S44p) and the second switch group (S11n, S12n, S13n, S14n, S21n, ~ S44n) is a plurality of The semiconductor switching elements may be connected in series and/or in parallel to be configured to operate as a single switch. In addition, at least one of the capacitors C1 to C4 may be configured such that a plurality of capacitors are connected in series and/or in parallel to operate as one capacitor. In referring to the number of switches or capacitors in the present specification, when a plurality of switches or capacitors operate as one switch or capacitor, it may be understood that one switch or capacitor is used.

도 4와 도 5는 도 3의 매트릭스 스위치(310)의 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.4 and 5 are views exemplarily explaining the operation of the matrix switch 310 of FIG. 3.

도 4를 참조하면, 매트릭스 스위치(310)는 제1 커패시터(C1)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제2 부하(R2)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제3 부하(R3)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)와 제4 부하(R4)를 연결할 수 있다. 이를 위해, 매트릭스 스위치(310)의 S11p, S11n, S22p, S22n, S33p, S33n, S44p 및 S44n이 온되고 나머지 스위치는 오프될 수 있다.4, a matrix switch 310 connects a first capacitor C1 and a first load R1, a second capacitor C2 and a second load R2, and a third capacitor ( C3) and the third load R3 may be connected, and the fourth capacitor C4 and the fourth load R4 may be connected. To this end, S11p, S11n, S22p, S22n, S33p, S33n, S44p, and S44n of the matrix switch 310 may be turned on and the other switches may be turned off.

도 5를 참조하면, 매트릭스 스위치(310)는 제1 커패시터(C1)와 제4 부하(R4)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제3 부하(R3)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제2 부하(R2)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)와 제1 부하(R1)를 연결할 수 있다. 이를 위해, 매트릭스 스위치(310)의 S14p, S14n, S23p, S23n, S32p, S32n, S41p 및 S41n이 온되고 나머지 스위치는 오프될 수 있다.5, the matrix switch 310 connects the first capacitor C1 and the fourth load R4, connects the second capacitor C2 and the third load R3, and connects the third capacitor ( C3) and the second load R2 may be connected, and the fourth capacitor C4 and the first load R1 may be connected. To this end, S14p, S14n, S23p, S23n, S32p, S32n, S41p, and S41n of the matrix switch 310 may be turned on and the other switches may be turned off.

도 4와 도 5에는 두 가지 연결 관계를 예시하고 있으나, 이러한 방식으로 매트릭스 스위치(310)는 네 개의 부하(R1 ~ R4) 중의 임의의 부하를 네 개의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결할 수 있다. 부하(R1 ~ R4)의 각각은 연결된 커패시터로부터 전력을 공급받고 동작할 수 있다.4 and 5 illustrate two connection relationships, in this way, the matrix switch 310 transfers an arbitrary load among the four loads R1 to R4 to an arbitrary capacitor among the four capacitors C1 to C4. Can be connected selectively. Each of the loads R1 to R4 may operate by receiving power from a connected capacitor.

이와 같이, 매트릭스 스위치(310)는 복수의 부하와 복수의 커패시터의 연결 관계를 변경하면서 전력 소비가 큰 부하를 전압이 높은 커패시터에 연결하는 등의 방법을 사용하여 커패시터들의 전압 밸런싱을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예의 매트릭스 스위치(310)를 사용하는 경우, 단순히 전원과 부하의 연결 관계를 변경하는 것만으로 전압 밸런싱이 가능하므로, 커패시터 각각의 전압을 조절하기 위해 각각의 커패시터마다 레귤레이터를 부가하는 종래 기술에 비해 간단한 구조로 용이하게 전압 밸런싱을 수행할 수 있다.In this way, the matrix switch 310 may perform voltage balancing of capacitors using a method such as connecting a load having a high power consumption to a capacitor having a high voltage while changing the connection relationship between a plurality of loads and a plurality of capacitors. . That is, in the case of using the matrix switch 310 of this embodiment, voltage balancing is possible by simply changing the connection relationship between the power source and the load, so that a regulator is added for each capacitor to adjust the voltage of each capacitor. Compared to the technology, it is possible to easily perform voltage balancing with a simple structure.

다음으로 도 6 내지 도 8를 참조하여, 매트릭스 스위치가 커패시터와 부하의 연결 관계를 변경하는 방식에 대해 설명한다.Next, with reference to FIGS. 6 to 8, a description will be given of a manner in which the matrix switch changes the connection relationship between the capacitor and the load.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 스위칭(independent switching) 방식을 설명하는 도면이다.6 is a diagram illustrating an independent switching method according to an embodiment of the present invention.

도 6(a)는 제1 커패시터(C1)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제2 부하(R2)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제3 부하(R3)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제4 부하(R4)를 연결한 상태를 도시하고 있다.6(a) shows the connection between the first capacitor C1 and the first load R1, the connection between the second capacitor C2 and the second load R2, and the third capacitor C3 and the third load. A state in which (R3) is connected and the fourth capacitor (C4) and the fourth load (R4) are connected is shown.

도 6(b)는 도 6(a)에서 제2 부하(R2)와 제3 부하(R3)의 위치를 상호 변경하여, 제1 커패시터(C1)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제3 부하(R3)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제2 부하(R2)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제4 부하(R4)를 연결한 상태를 도시하고 있다.6(b) shows that the positions of the second load R2 and the third load R3 in FIG. 6(a) are changed to each other to connect the first capacitor C1 and the first load R1, 2 A state in which the capacitor C2 and the third load R3 are connected, the third capacitor C3 and the second load R2 are connected, and the fourth capacitor C4 and the fourth load R4 are connected. Is shown.

도 6(c)는 도 6(b)에서 제4 부하(R4)가 제1 커패시터(C1)에 연결되도록 변경한 것으로서, 제1 커패시터(C1)를 제1 부하(R1)와 제4 부하(R4)에 동시에 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제3 부하(R3)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제2 부하(R2)를 연결한 상태를 도시하고 있다.6(c) is a change in which the fourth load R4 is connected to the first capacitor C1 in FIG. 6(b), and the first capacitor C1 is connected to the first load R1 and the fourth load ( It is connected to R4) at the same time, the second capacitor C2 and the third load R3 are connected, and the third capacitor C3 and the second load R2 are connected.

도 6을 참조하면, 하나의 커패시터(또는 전원)에는 하나의 부하 또는 복수의 부하가 임의로 연결될 수 있고, 전원 중의 일부에는 부하가 연결되지 않을 수 있다. 이러한 연결 방식은 독립 스위칭 방식이라고 언급될 수 있다. 독립 스위칭 방식은 제어가 상대적으로 복잡하다는 단점은 있지만, 응답 속도가 빠르고 커패시터들 간의 전압 밸런싱 성능이 우수하다는 장점이 있다. 여기서, 각각의 커패시터에 연결되는 부하는, 커패시터(또는 전원) 각각의 전압 및/또는 부하 각각의 소비 전력에 기초하여 커패시터들 사이의 전압 밸런싱이 효율적이도록 결정될 수 있다. Referring to FIG. 6, one load or a plurality of loads may be arbitrarily connected to one capacitor (or power source), and a load may not be connected to some of the power sources. This connection scheme can be referred to as an independent switching scheme. The independent switching method has a disadvantage in that the control is relatively complex, but has an advantage in that the response speed is fast and the voltage balancing performance between capacitors is excellent. Here, the load connected to each capacitor may be determined so that voltage balancing between the capacitors is efficient based on the voltage of each capacitor (or power source) and/or power consumption of each of the loads.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 스위칭(balance switching) 방식을 설명하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a balance switching method according to an embodiment of the present invention.

도 7(a)는 제1 커패시터(C1)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제2 부하(R2)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제3 부하(R3)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제4 부하(R4)를 연결한 상태를 도시하고 있다.7(a) shows a connection between the first capacitor C1 and the first load R1, the connection between the second capacitor C2 and the second load R2, and the third capacitor C3 and the third load. A state in which (R3) is connected and the fourth capacitor (C4) and the fourth load (R4) are connected is shown.

도 7(b)는 도 7(a)에서 제3 부하(R3)와 제4 부하(R4)의 위치를 상호 변경하여, 제1 커패시터(C1)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제2 부하(R2)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제4 부하(R4)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제3 부하(R3)를 연결한 상태를 도시하고 있다.7(b) shows that the positions of the third load R3 and the fourth load R4 in FIG. 7(a) are changed to each other to connect the first capacitor C1 and the first load R1. 2 A state in which the capacitor C2 and the second load R2 are connected, the third capacitor C3 and the fourth load R4 are connected, and the fourth capacitor C4 and the third load R3 are connected. Is shown.

도 7(c)는 도 7(b)에서 제1 부하(R1)와 제3 부하(R3)의 위치를 상호 변경하고, 제2 부하(R2)와 제4 부하(R4)의 위치를 상호 변경한 것으로서, 제1 커패시터(C1)와 제3 부하(R3)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제4 부하(R4)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제2 부하(R2)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제1 부하(R1)를 연결한 상태를 도시하고 있다.7(c) shows that the positions of the first load R1 and the third load R3 are changed from each other in FIG. 7(b), and the positions of the second load R2 and the fourth load R4 are changed from each other. As one, the first capacitor C1 and the third load R3 are connected, the second capacitor C2 and the fourth load R4 are connected, and the third capacitor C3 and the second load R2 are connected. And the fourth capacitor C4 and the first load R1 are connected.

도 7을 참조하면, 하나의 커패시터(또는 전원)에는 하나의 부하가 임의로 연결될 수 있다(즉, 커패시터 중의 어느 하나에도 복수의 부하가 연결되거나 부하가 연결되지 않은 커패시터가 존재하지는 않음). 따라서 이 방식에서는 커패시터의 개수와 부하의 개수가 같을 수 있다. 다만, 커패시터와 부하의 연결 관계의 변경에는 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 임의의 부하 두 개가 서로 위치를 변경하거나 또는 임의의 부하 세 개 또는 네 개가 상호 위치를 변경하는 등이 모두 가능하다. 이러한 연결 방식은 밸런스 스위칭 방식이라고 언급될 수 있다. 밸런스 스위칭 방식은 제어의 복잡성, 응답 속도 및 전압 밸런싱 성능이 전술한 독립 스위칭 방식과 후술할 롤링 스위칭 방식에 비해 중간 정도일 수 있다. 여기서, 각각의 커패시터에 연결되는 부하는, 커패시터(또는 전원) 각각의 전압 및/또는 부하 각각의 소비 전력에 기초하여 커패시터들 사이의 전압 밸런싱이 효율적이도록 결정될 수 있다. Referring to FIG. 7, one load may be arbitrarily connected to one capacitor (or power source) (that is, a plurality of loads are connected to any one of the capacitors or a capacitor to which no load is connected does not exist). Therefore, in this method, the number of capacitors and the number of loads may be the same. However, there is no special limitation on the change of the connection relationship between the capacitor and the load. For example, two arbitrary loads may change positions with each other, or three or four arbitrary loads may change positions with each other, and so on. This connection method may be referred to as a balanced switching method. In the balanced switching method, the control complexity, response speed, and voltage balancing performance may be intermediate compared to the above-described independent switching method and a rolling switching method to be described later. Here, the load connected to each capacitor may be determined so that voltage balancing between the capacitors is efficient based on the voltage of each capacitor (or power source) and/or power consumption of each of the loads.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤링 스위칭(rolling switching) 방식을 설명하는 도면이다.8 is a diagram illustrating a rolling switching method according to an embodiment of the present invention.

도 8(a)는 제1 커패시터(C1)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제2 부하(R2)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제3 부하(R3)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제4 부하(R4)를 연결한 상태를 도시하고 있다.8(a) shows a first capacitor C1 and a first load R1, a second capacitor C2 and a second load R2, and a third capacitor C3 and a third load. A state in which (R3) is connected and the fourth capacitor (C4) and the fourth load (R4) are connected is shown.

도 8(b)는 도 8(a)에서 네 개의 부하(R1 ~ R4)를 모두 하나씩 이동시킨 것으로서, 제1 커패시터(C1)와 제4 부하(R4)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제1 부하(R1)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제2 부하(R2)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제3 부하(R3)를 연결한 상태를 도시하고 있다.Fig. 8(b) shows that all four loads R1 to R4 are moved one by one in Fig. 8(a), and connects the first capacitor C1 and the fourth load R4, and the second capacitor C2 And the first load R1 are connected, the third capacitor C3 and the second load R2 are connected, and the fourth capacitor C4 and the third load R3 are connected.

도 8(c)는 도 8(b)에서 다시 네 개의 부하(R1 ~ R4)를 모두 하나씩 이동시킨 것으로서, 제1 커패시터(C1)와 제3 부하(R3)를 연결하고, 제2 커패시터(C2)와 제4 부하(R4)를 연결하며, 제3 커패시터(C3)와 제1 부하(R1)를 연결하고, 제4 커패시터(C4)과 제2 부하(R2)를 연결한 상태를 도시하고 있다.Fig. 8(c) shows that all four loads R1 to R4 are moved one by one again in Fig. 8(b). The first capacitor C1 and the third load R3 are connected, and the second capacitor C2 is ) And the fourth load R4, the third capacitor C3 and the first load R1 are connected, and the fourth capacitor C4 and the second load R2 are connected. .

도 8을 참조하면, 하나의 커패시터(또는 전원)에는 하나의 부하가 연결되되(커패시터의 개수와 부하의 개수가 같음), 커패시터와 부하의 연결 관계가 임의로 변경되는 것이 아니라 미리 정해진 순서대로 전원과 부하의 연결을 변경하는 방식이다. 이러한 연결 방식은 롤링 스위칭(rolling switching) 방식이라고 언급될 수 있다. 롤링 스위칭 방식은 제어가 간단하므로 구현이 간단하다는 장점이 있는 반면, 전술한 독립 스위칭 방식이나 밸런스 스위칭 방식에 비해 응답 속도가 느리다는 단점이 있다. 그러나 롤링 스위칭 방식이라고 하더라도 전압 밸런싱 기능은 충분히 수행될 수 있다. 즉, 복수의 부하가 각각 소비하는 전류에 편차가 있는 상황에서 롤링 스위칭 방식을 사용할 경우, 복수의 커패시터의 각각이 부하로 공급하는 전류는 결과적으로 복수의 부하가 소비하는 전류의 평균이 되어 서로 동일하게 되므로(스위칭 동작이 충분히 반복된 이후에는), 전압 밸런싱 성능은 실제 시스템에 적용하기에 충분할 수 있다. Referring to FIG. 8, one load is connected to one capacitor (or power source) (the number of capacitors and the number of loads are the same), but the connection relationship between the capacitor and the load is not arbitrarily changed, but the power supply and the power supply in a predetermined order It is a method of changing the connection of the load. This connection method may be referred to as a rolling switching method. The rolling switching method has the advantage of being simple to implement because it is simple to control, but has a disadvantage in that the response speed is slow compared to the above-described independent switching method or balanced switching method. However, even in the rolling switching method, the voltage balancing function can be sufficiently performed. In other words, if the rolling switching method is used in a situation where there is a difference in the current consumed by each of the plurality of loads, the current supplied to the load by each of the plurality of capacitors becomes the average of the currents consumed by the plurality of loads and is equal to each other. (After the switching operation is repeated enough), the voltage balancing performance may be sufficient to apply to the actual system.

이와 같이, 매트릭스 스위치를 사용하여 커패시터와 부하를 연결하는 방식으로서, 독립 스위칭, 밸런스 스위칭 또는 롤링 스위칭의 세 가지를 예시하였으나 이로 한정되는 것은 아니다. 전술한 세 가지 방식 중에서 어떤 방식을 사용하더라도 전압 밸런싱 기능은 충분히 수행될 수 있지만, 방식에 따라 제어의 복잡성과 응답 속도에는 차이가 있을 수 있다.As described above, as a method of connecting a capacitor and a load using a matrix switch, three examples of independent switching, balanced switching, and rolling switching have been exemplified, but are not limited thereto. Although any of the above-described three methods may be used, the voltage balancing function may be sufficiently performed, but there may be differences in control complexity and response speed depending on the method.

도 9는 복수의 코어(core)가 직렬로 연결된 멀티 코어 프로세서를 사용하는 전자장치에서 코어(core)와 주변 회로(peri; peripheral circuit)의 통신 방식을 예시적으로 설명하는 도면이다. 여기서, 주변 회로(peri)는 메모리, 센서, 디스플레이, 입출력 장치 등일 수 있다. 9 is a diagram illustrating a communication method between a core and a peripheral circuit (peri) in an electronic device using a multi-core processor in which a plurality of cores are connected in series. Here, the peripheral circuit peri may be a memory, a sensor, a display, an input/output device, or the like.

복수의 코어(core)가 직렬로 연결된 멀티 코어 프로세서에서 복수의 코어(core) 중의 일부는 기준전위(예, 그라운드 또는 접지)에 연결되지 않을 수 있다. 반면, 주변 회로(peri)는 통상 기준전위에 연결된 상태에서 신호를 처리하는 것이 일반적이다. 이와 같이, 기준전위에 연결되지 않은 코어(core)와 기준전위에 연결된 주변 회로(peri)는 데이터 통신을 위해 별도의 수단이 강구될 필요가 있다. 예를 들면, 주변 회로(peri)도 직렬로 스택된 상태로 구성되거나 혹은 코어(core)와 주변 회로(peri) 사이에 레벨 쉬프터(level shifter) 등의 소자가 사용될 필요가 있다. 이는 복수의 코어(core)가 직렬로 연결된 멀티 코어 프로세서의 단점일 수 있다.In a multi-core processor in which a plurality of cores are connected in series, some of the plurality of cores may not be connected to a reference potential (eg, ground or ground). On the other hand, it is common to process signals while the peripheral circuit peri is connected to the reference potential. In this way, the core not connected to the reference potential and the peripheral circuit peri connected to the reference potential need to have separate means for data communication. For example, the peripheral circuit peri is also configured in a serially stacked state, or an element such as a level shifter needs to be used between the core and the peripheral circuit peri. This may be a disadvantage of a multi-core processor in which a plurality of cores are connected in series.

도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치(300)를 사용하는 시스템에서 코어(core)와 주변 회로(peri)의 통신 방식을 예시적으로 설명하는 도면이다.10 and 11 are views exemplarily illustrating a communication method between a core and a peripheral circuit peri in a system using the power conversion device 300 according to an embodiment of the present invention.

도 10은 매트릭스 스위치(310)의 스위칭 동작에 의해 제1 코어(core1)가 제4 커패시터(C4)로부터 전력을 공급받는 상태를 예시한다. 이 경우, 제1 코어(core1)는 기준전위에 연결된 상태이므로 별다른 수단이 없어도 주변 회로(peri)와 통신할 수 있다.10 illustrates a state in which the first core core1 receives power from the fourth capacitor C4 by the switching operation of the matrix switch 310. In this case, since the first core (core1) is connected to the reference potential, it is possible to communicate with the peripheral circuit (peri) without any other means.

도 11은 매트릭스 스위치(310)의 스위칭 동작에 의해 제4 코어(core1)가 제4 커패시터(C4)로부터 전력을 공급받는 상태를 예시한다. 이 경우, 제4 코어(core4)는 기준전위에 연결된 상태이므로 별다른 수단이 없어도 주변 회로(peri)와 통신할 수 있다.11 illustrates a state in which the fourth core core1 receives power from the fourth capacitor C4 by the switching operation of the matrix switch 310. In this case, since the fourth core (core4) is connected to the reference potential, it is possible to communicate with the peripheral circuit (peri) without any other means.

이와 같이, 도 3에 예시된 전력변환장치(300)가 멀티 코어 프로세서를 포함하는 전자장치에 전력을 공급하는데 사용되는 경우, 복수의 코어(core)의 각각은 기준전위에 연결된 커패시터(C4)로부터 전력을 공급받는 구간을 가질 수 있다(비록 모든 코어가 동시에 기준전위에 연결된 커패시터로부터 전력을 공급받지는 않는다고 하더라도). 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(300)는 매트릭스 스위치(310)을 통해 기준전위에 연결된 커패시터(C4)로부터 전력을 공급받을 코어(core)를 수시로 변경할 수 있으므로, 복수의 코어(core)의 각각은 기준전위에 연결되어 동작하는 구간을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 코어(core)의 각각은 기준전위에 연결된 상태일 때 주변 회로(peri)와 통신할 수 있고, 이 경우 코어(core)와 주변 회로(peri) 사이에 레벨 쉬프터와 같은 별도의 수단을 강구하지 않아도 된다. 이와 같은 통신 방식은 단일 채널 통신(single channel communication) 방식으로 언급될 수 있다. In this way, when the power conversion device 300 illustrated in FIG. 3 is used to supply power to an electronic device including a multi-core processor, each of the plurality of cores is from the capacitor C4 connected to the reference potential. You can have a section to receive power (even if not all cores are simultaneously powered from capacitors connected to the reference potential). That is, since the power conversion device 300 according to the embodiment of the present invention can change the core to be supplied with power from the capacitor C4 connected to the reference potential through the matrix switch 310 at any time, a plurality of cores ( Each of the core) may have a section connected to the reference potential and operating. Therefore, each of the plurality of cores can communicate with the peripheral circuit peri when connected to the reference potential, and in this case, a separate means such as a level shifter between the core and the peripheral circuit peri You don't have to go for it. Such a communication method may be referred to as a single channel communication method.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(300)를 사용하는 경우 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서에서도 주변 회로를 직렬로 스택하거나 레벨 쉬프터와 같은 별도의 수단을 강구하지 않고도 단일 채널 통신 방식을 사용하여 주변 회로와 통신할 수 있다.As described above, when using the power conversion device 300 according to an embodiment of the present invention, even in a multi-core processor stacked in series, a single channel communication method without having to serially stack peripheral circuits or devise a separate means such as a level shifter. Can be used to communicate with peripheral circuits.

다음으로 도 12와 도 13을 참조하여 매트릭스 스위치를 위한 클럭 신호의 생성 방법에 대해 설명한다. 도 12는 프로세싱 시스템에서 코어 클럭 신호(CK_c)와 코어의 소비 전류(I_c)의 관계를 예시적으로 설명하는 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)를 생성하는 방법을 예시적으로 설명하는 도면이다.Next, a method of generating a clock signal for a matrix switch will be described with reference to FIGS. 12 and 13. 12 is a diagram exemplarily illustrating a relationship between a core clock signal CK_c and a current consumption I_c of a core in a processing system, and FIG. 13 is a diagram illustrating a matrix switch clock signal CK_MS according to an embodiment of the present invention. It is a figure explaining the method of generation by way of example.

도 12에는 코어에서 사용하는 코어 클럭 신호(CK_c)와 코어에서 소비하는 전류(I_c)가 예시되어 있다. 코어 내부의 반도체 소자들은 통상 코어 클럭 신호(CK_c)의 상승 에지(rising edge) 또는 하강 에지(falling edge)에 동기되어 동작하므로 코어의 소비 전류(I_c)는 코어 클럭 신호(CK_c)가 있는 구간에서 증가하고 코어 클럭 신호(CK_c)가 없는 구간에서 감소하는 경향을 가질 수 있다.12 illustrates a core clock signal CK_c used by the core and a current I_c consumed by the core. Since the semiconductor devices inside the core generally operate in synchronization with the rising edge or the falling edge of the core clock signal CK_c, the current consumption I_c of the core is in the period where the core clock signal CK_c is present. It may have a tendency to increase and decrease in a period in which the core clock signal CK_c is not present.

본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 스위치는 도 4와 도 5에 예시한 바와 같이 커패시터(전원)와 코어 사이의 연결을 일시적으로 차단했다가 다시 연결 관계를 변경하는 방식으로 동작하는데, 이와 같이 전류의 공급과 차단을 반복하는 경우 배선 등에 존재하는 기생 인덕턴스에 의한 전압 스파이크(spike) 혹은 전압 링잉(ringing)이 발생할 수 있다. 이러한 전압 스파이크는 전류의 크기에 의존하는데, 전압 스파이크가 큰 경우 시스템 내부의 각 소자에 전압 스트레스로 작용하여 시스템의 안정적인 동작에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 매트릭스 스위치의 스위칭은 전류가 작은 시점에 수행되는 것이 바람직하다. 이런 관점에서, 도 12를 참조하면, 매트릭스 스위치의 스위칭은 코어의 코어 클럭 신호(CK_c)가 없는 구간(transition of MS), 예를 들어 t2와 t3 사이 및 t4와 t5 사이에서 수행되는 것이 바람직할 것이다. The matrix switch according to the embodiment of the present invention operates in a manner that temporarily cuts off the connection between the capacitor (power) and the core and then changes the connection relationship again, as illustrated in FIGS. 4 and 5. When supplying and blocking are repeated, voltage spikes or voltage ringing may occur due to parasitic inductances present in wiring or the like. The voltage spike depends on the magnitude of the current. If the voltage spike is large, it may act as a voltage stress on each device inside the system, affecting the stable operation of the system. Therefore, it is preferable that the switching of the matrix switch is performed when the current is small. From this point of view, referring to FIG. 12, it is preferable that the switching of the matrix switch is performed during a transition of MS in which the core clock signal CK_c is not present, for example, between t2 and t3 and between t4 and t5. will be.

도 13을 참조하면, 매트릭스 스위치는 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)에 기초하여 주기적으로 복수의 전원과 복수의 코어의 연결 관계를 변경할 수 있다. 실시예에 따라, 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)는 코어가 사용하는 코어 클럭 신호(CK_c)에 동기될 수 있다. 실시예에 따라, 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)의 상승 또는 하강 에지는 코어 클럭 신호(CK_c)의 하강 에지와 다음 상승 에지의 사이에 발생되고(예, t2와 t3의 사이 및 t4와 t5의 사이), 복수의 전원과 코어의 연결 관계의 변경(즉, 매트릭스 스위치의 스위칭)은 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)의 에지에 의해 트리거(trigger)될 수 있다.Referring to FIG. 13, the matrix switch may periodically change a connection relationship between a plurality of power sources and a plurality of cores based on a matrix switch clock signal CK_MS. According to an embodiment, the matrix switch clock signal CK_MS may be synchronized with the core clock signal CK_c used by the core. Depending on the embodiment, the rising or falling edge of the matrix switch clock signal CK_MS is generated between the falling edge of the core clock signal CK_c and the next rising edge (e.g., between t2 and t3 and between t4 and t5). ), a change in a connection relationship between a plurality of power sources and cores (ie, switching of a matrix switch) may be triggered by an edge of the matrix switch clock signal CK_MS.

한편, 코어 클럭 신호(CK_c)는 통상 수백 MHz로 높은 편이고, 매트릭스 스위치의 스위칭을 코어 클럭 신호(CK_c)의 주파수와 동일하게 수행할 필요가 없는 경우, 실시예에 따라, 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)는 코어 클럭 신호(CK_c)의 주파수에 비해 낮은 주파수로 생성될 수 있다. 예를 들어, 코어 클럭 신호(CK_c)의 하강 에지와 다음 상승 에지의 사이 구간이 여러 번 발생될 때마다 한 번씩 매트릭스 스위치 클럭 신호(CK_MS)의 펄스를 생성할 수 있다.On the other hand, the core clock signal (CK_c) is usually as high as several hundred MHz, and when it is not necessary to perform the switching of the matrix switch at the same frequency as the frequency of the core clock signal (CK_c), according to the embodiment, the matrix switch clock signal (CK_MS) ) May be generated at a lower frequency than the frequency of the core clock signal CK_c. For example, whenever a period between the falling edge of the core clock signal CK_c and the next rising edge occurs several times, a pulse of the matrix switch clock signal CK_MS may be generated once.

이와 같이, 매트릭스 스위치의 스위칭이 코어 클럭 신호(CK_c)에 동기되어 수행될 경우, 코어 전류(I_c)가 작은 구간에서 매트릭스 스위치의 스위칭이 수행될 수 있으므로 기생 인덕턴스에 의한 전압 스파이크 또는 링잉을 줄일 수 있다. In this way, when switching of the matrix switch is performed in synchronization with the core clock signal (CK_c), the switching of the matrix switch may be performed in a section in which the core current (I_c) is small, thereby reducing voltage spikes or ringing due to parasitic inductance. have.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치(1410) 및 전력변환장치(1400)를 예시한다.14 illustrates a matrix switch 1410 and a power conversion device 1400 according to an embodiment of the present invention.

도 14의 전력변환장치(1400)에서는 전력 컨버터(1420)가 복수의 전원(Vb1, Vb2, Vb3, Vb4)을 생성하여 매트릭스 스위치(1410)로 제공한다는 점에서, 도 3의 전력변환장치(300)에서 전력 컨버터(320)가 하나의 출력(Va)을 제공하고 복수의 커패시터(C1 ~ C4)를 사용하여 복수의 전원을 생성하는 것과 차이가 있다. In the power conversion device 1400 of FIG. 14, the power converter 1420 generates a plurality of power sources Vb1, Vb2, Vb3, and Vb4 and provides them to the matrix switch 1410. ), the power converter 320 provides one output Va and generates a plurality of power sources using a plurality of capacitors C1 to C4.

실시예에 따라, 전력 컨버터(1420)가 제공하는 복수의 전원이 M 개일 경우, i 번째(i = 1, 2, ... M-1) 전원의 제2 단자는 i+1번째 전원의 제1 단자와 연결된 상태로 제공될 수 있다. 여기서, 제1 단자는 양의 단자 또는 고전위 단자이고 제2 단자는 음의 단자 또는 저전위 단자일 수 있다. According to an embodiment, when the plurality of power supplies provided by the power converter 1420 is M, the second terminal of the i-th (i = 1, 2, ... M-1) power supply is the second terminal of the i+1-th power supply. It can be provided in a state connected to the 1 terminal. Here, the first terminal may be a positive terminal or a high potential terminal, and the second terminal may be a negative terminal or a low potential terminal.

도 3 내지 도 13을 참조하여 설명한 내용은 전력변환장치(1400)에도 유사하게 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.Since the contents described with reference to FIGS. 3 to 13 may be similarly applied to the power conversion device 1400, a redundant description will be omitted.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치(1510)를 사용한 강압 컨버터(1500)를 예시한다. 강압 컨버터(1500)는 복수의 커패시터(C1 ~ C4)와 매트릭스 스위치(1510)를 포함할 수 있다.15 illustrates a step-down converter 1500 using the matrix switch 1510 according to an embodiment of the present invention. The step-down converter 1500 may include a plurality of capacitors C1 to C4 and a matrix switch 1510.

강압 컨버터(1500)는 제1 단자와 제2 단자를 통해 연결되는 제1 전압(Vin)과 제3 단자와 제4 단자를 통해 연결되는 제2 전압(Vo) 사이에서 전력을 전달할 수 있다. 여기서, 제1 단자는 제1 전압(Vin)의 양의 단자 또는 고전위 단자일 수 있고, 제2 단자는 제1 전압(Vin)의 음의 단자 또는 저전위 단자일 수 있다. 제3 단자는 제2 전압(Vo)의 양의 단자 또는 고전위 단자일 수 있고, 제4 단자는 제2 전압(Vo)의 음의 단자 또는 저전위 단자일 수 있다. The step-down converter 1500 may transfer power between a first voltage Vin connected through the first and second terminals and a second voltage Vo connected through the third and fourth terminals. Here, the first terminal may be a positive terminal or a high potential terminal of the first voltage Vin, and the second terminal may be a negative terminal or a low potential terminal of the first voltage Vin. The third terminal may be a positive terminal or a high potential terminal of the second voltage Vo, and the fourth terminal may be a negative terminal or a low potential terminal of the second voltage Vo.

복수의 커패시터(C1 ~ C4)는 제1 단자와 제2 단자 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 복수의 커패시터(C1 ~ C4)는 제1 전압(Vin)을 분압하여 매트릭스 스위치(1510)로 제공할 수 있다. The plurality of capacitors C1 to C4 may be connected in series between the first terminal and the second terminal. The plurality of capacitors C1 to C4 may divide the first voltage Vin and provide it to the matrix switch 1510.

매트릭스 스위치(1510)는 제2 전압(Vo)을 복수의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결할 수 있다. 실시예에 따라, 매트릭스 스위치(1510)는 제3 단자를 복수의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 제4 단자를 복수의 커패시터(C1 ~ C4) 중의 임의의 커패시터의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있다. The matrix switch 1510 may selectively connect the second voltage Vo to an arbitrary capacitor among the plurality of capacitors C1 to C4. According to an embodiment, the matrix switch 1510 may selectively connect a third terminal to a first terminal of an arbitrary capacitor among a plurality of capacitors C1 to C4, and a fourth terminal to a plurality of capacitors C1 to C4. It can be selectively connected to the second terminal of any of the capacitors.

실시예에 따라, 매트릭스 스위치(1510)는 제3 단자와 복수의 커패시터(C1 ~ C4) 각각의 제1 단자 사이를 선택적으로 연결하는 복수의 스위치(S11p, S21p, S31p, S41p)를 포함하는 제1 스위치 그룹(S11p, S21p, S31p, S41p)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 스위치 그룹의 스위치의 개수는 커패시터 개수와 동일할 수 있다. 또한, 매트릭스 스위치(1510)는 제4 단자와 복수의 커패시터 각각의 제2 단자 사이를 선택적으로 연결하는 복수의 스위치(S11n, S21n, S31n, S41n)를 포함하는 제2 스위치 그룹을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 스위치 그룹의 스위치의 개수는 커패시터 개수와 동일할 수 있다. According to an embodiment, the matrix switch 1510 includes a plurality of switches S11p, S21p, S31p, and S41p selectively connecting a third terminal and a first terminal of each of the plurality of capacitors C1 to C4. It may include one switch group S11p, S21p, S31p, and S41p. Here, the number of switches in the first switch group may be the same as the number of capacitors. In addition, the matrix switch 1510 may include a second switch group including a plurality of switches S11n, S21n, S31n, and S41n selectively connecting a fourth terminal and a second terminal of each of the plurality of capacitors. . Here, the number of switches in the second switch group may be the same as the number of capacitors.

실시예에 따라, 제1 전압은 입력전압(Vin)이고, 제2 전압은 출력전압(Vo)이며, 커패시터의 개수는 M일 수 있다. 강압 컨버터(1500)는, 제2 전압(Vo)과 M개의 커패시터와의 연결 관계를 변경하면서, 입력전압(Vin)과 출력전압(Vo)의 비가 M:1의 전압 변환비를 가지는 강압(step-down) 컨버터로 동작할 수 있다.Depending on the embodiment, the first voltage may be the input voltage Vin, the second voltage may be the output voltage Vo, and the number of capacitors may be M. The step-down converter 1500 changes the connection relationship between the second voltage Vo and the M capacitors, while the step-down converter 1500 has a voltage conversion ratio of M:1 in the ratio of the input voltage Vin and the output voltage Vo. -down) Can operate as a converter.

도 15에는 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)가 사용되는 것으로 예시되어 있으나, 커패시터의 개수는 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있고, 이에 따라 전압 변환비는 달라질 수 있다. Although four capacitors C1 to C4 are illustrated in FIG. 15 as being used, the number of capacitors may be variously set as needed, and the voltage conversion ratio may vary accordingly.

도 16 내지 도 19는 도 15의 강압 컨버터(1500)의 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.16 to 19 are views exemplarily explaining the operation of the step-down converter 1500 of FIG. 15.

도 16 내지 도 19를 참조하면, 강압 컨버터(1500)는 제1 구간에서 제2 전압(Vo)을 제1 커패시터(C1)에 연결할 수 있고(도 16), 제2 구간에서 제2 전압(Vo)을 제2 커패시터(C2)에 연결할 수 있으며(도 17), 제3 구간에서 제2 전압(Vo)을 제3 커패시터(C3)에 연결할 수 있고(도 18), 제4 구간에서 제2 전압(Vo)을 제4 커패시터(C4)에 연결할 수 있다(도 19). 제1 내지 제4 커패시터(C1 ~ C4) 각각이 입력전압(Vin)을 동일하게 분압하였다고 가정하면, 커패시터(C1 ~ C4) 각각의 전압은 Vin/4이 된다. 도 16 내지 도 19와 같이 제1 구간 내지 제4 구간이 반복될 경우, 출력전압(Vo)은 제1 구간 내지 제4 구간 중의 어느 구간에서도 Vin/4이 될 수 있다. 즉, 강압 컨버터(1500)는 입력전압(Vin)과 출력전압(Vo)의 비가 4:1의 전압 변환비를 가지는 강압(step-down) 컨버터로 동작할 수 있다. 실시예에 따라, 커패시터의 개수를 M개로 변경할 경우 강압 컨버터(1500)는 M:1의 전압 변환비를 가지는 강압(step-down) 컨버터로 동작할 수 있다.16 to 19, the step-down converter 1500 may connect the second voltage Vo to the first capacitor C1 in the first section (Fig. 16), and the second voltage Vo in the second section. ) Can be connected to the second capacitor C2 (Fig. 17), the second voltage Vo can be connected to the third capacitor C3 in the third section (Fig. 18), and the second voltage in the fourth section (Vo) may be connected to the fourth capacitor C4 (FIG. 19). Assuming that each of the first to fourth capacitors C1 to C4 divides the input voltage Vin equally, the voltage of each of the capacitors C1 to C4 is Vin/4. When the first to fourth sections are repeated as shown in FIGS. 16 to 19, the output voltage Vo may be Vin/4 in any of the first to fourth sections. That is, the step-down converter 1500 may operate as a step-down converter having a voltage conversion ratio of 4:1 in which the ratio of the input voltage Vin and the output voltage Vo is 4:1. According to an embodiment, when the number of capacitors is changed to M, the step-down converter 1500 may operate as a step-down converter having a voltage conversion ratio of M:1.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 스위치92010)를 사용한 승압 컨버터(2000)를 예시한다.20 illustrates a step-up converter 2000 using the matrix switch 9210 according to an embodiment of the present invention.

승압 컨버터(2000)는 복수의 커패시터(C1 ~ C4)와 매트릭스 스위치(2010)를 포함할 수 있다.The boost converter 2000 may include a plurality of capacitors C1 to C4 and a matrix switch 2010.

도 20의 승압 컨버터(2000)는 도 15의 강압 컨버터(1500)에 비해 입력전압(Vin)과 출력전압(Vo)의 위치가 변경된 점에서 차이가 있다. 즉, 승압 컨버터(2000)에서는 복수의 커패시터(C1 ~ C4)에 형성되는 전압의 합이 출력전압(Vo)을 형성할 수 있다.The step-up converter 2000 of FIG. 20 is different from the step-down converter 1500 of FIG. 15 in that the positions of the input voltage Vin and the output voltage Vo are changed. That is, in the boost converter 2000, the sum of voltages formed in the plurality of capacitors C1 to C4 may form the output voltage Vo.

실시예에 따라, 제1 전압은 출력전압(Vo)이고, 제2 전압은 입력전압(Vin)이며, 커패시터의 개수는 M일 수 있다. 승압 컨버터(2000)는, 제2 전압(Vin)과 M개의 커패시터와의 연결 관계를 변경하면서, 입력전압(Vin)과 출력전압(Vo)의 비가 1:M의 전압 변환비를 가지는 승압 컨버터로 동작할 수 있다.Depending on the embodiment, the first voltage may be the output voltage Vo, the second voltage may be the input voltage Vin, and the number of capacitors may be M. The step-up converter 2000 is a step-up converter having a voltage conversion ratio of 1:M in a ratio of the input voltage Vin and the output voltage Vo while changing the connection relationship between the second voltage Vin and the M capacitors. It can work.

도 20에는 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)가 사용되는 것으로 예시되어 있으나, 커패시터의 개수는 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있고, 이에 따라 전압 변환비는 달라질 수 있다. Although four capacitors C1 to C4 are illustrated in FIG. 20 as being used, the number of capacitors may be variously set as necessary, and a voltage conversion ratio may vary accordingly.

도 21 내지 도 24는 도 20의 승압 컨버터(2000)의 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.21 to 24 are views exemplarily explaining the operation of the step-up converter 2000 of FIG. 20.

도 21 내지 도 24를 참조하면, 승압 컨버터(2000)는 제1 구간에서 제2 전압(Vin)을 제1 커패시터(C1)에 연결할 수 있고(도 21), 제2 구간에서 제2 전압(Vin)을 제2 커패시터(C2)에 연결할 수 있으며(도 22), 제3 구간에서 제2 전압(Vin)을 제3 커패시터(C3)에 연결할 수 있고(도 23), 제4 구간에서 제2 전압(Vin)을 제4 커패시터(C4)에 연결할 수 있다(도 24). 이와 같은 동작에 의해, 커패시터(C1 ~ C4) 각각의 전압은 Vin이 될 수 있다. 도 21 내지 도 24와 같이 제1 구간 내지 제4 구간이 반복될 경우, 출력전압(Vo)은 네 개의 커패시터(C1 ~ C4)의 전압의 합으로서 입력전압(Vin)의 네 배가 될 수 있다. 즉, 승압 컨버터(2000)는 입력전압(Vin)과 출력전압(Vo)의 비가 1:4의 전압 변환비를 가지는 승압(step-up) 컨버터로 동작할 수 있다. 실시예에 따라, 커패시터의 개수를 M개로 변경할 경우 승압 컨버터(2000)는 1:M의 전압 변환비를 가지는 승압 컨버터로 동작할 수 있다.21 to 24, the step-up converter 2000 may connect the second voltage Vin to the first capacitor C1 in the first section (FIG. 21), and the second voltage Vin in the second section. ) Can be connected to the second capacitor C2 (Fig. 22), the second voltage Vin can be connected to the third capacitor C3 in the third section (Fig. 23), and the second voltage in the fourth section (Vin) may be connected to the fourth capacitor C4 (FIG. 24). By such an operation, the voltage of each of the capacitors C1 to C4 may be Vin. When the first to fourth periods are repeated as shown in FIGS. 21 to 24, the output voltage Vo is the sum of the voltages of the four capacitors C1 to C4 and may be four times the input voltage Vin. That is, the step-up converter 2000 may operate as a step-up converter having a voltage conversion ratio of 1:4 in which the ratio of the input voltage Vin and the output voltage Vo is 1:4. According to an embodiment, when the number of capacitors is changed to M, the boost converter 2000 may operate as a boost converter having a voltage conversion ratio of 1:M.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 스위치는 M:1의 전압 변환비를 가지는 범용 강압 컨버터 또는 1:M의 전압 변환비를 가지는 범용 승압 컨버터를 구현하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예의 강압 컨버터 또는 승압 컨버터는 커패시터 개수의 변경만으로 전압 변환비를 간단하게 변경할 수 있는 장점이 있다.As described above, the matrix switch according to an embodiment of the present invention may be used to implement a general-purpose step-down converter having a voltage conversion ratio of M:1 or a general-purpose step-down converter having a voltage conversion ratio of 1:M. In addition, the step-down converter or step-up converter of the present embodiment has the advantage of being able to simply change the voltage conversion ratio only by changing the number of capacitors.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 복수의 부하가 직렬로 스택된 시스템에 전력을 공급함에 있어서 간단한 구조로 전압 밸런싱이 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서에서 레벨 쉬프터와 같은 별도의 수단을 강구하지 않고도 주변 회로와 통신이 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 전압 변환비를 용이하게 변경할 수 있는 범용 강압 컨버터 또는 승압 컨버터를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, according to an embodiment, power can be stably supplied to a system in which a plurality of loads are stacked in series. Further, according to the present invention, voltage balancing is possible with a simple structure in supplying power to a system in which a plurality of loads are stacked in series, according to an embodiment. In addition, according to the present invention, in a multi-core processor stacked in series, communication with peripheral circuits is possible without taking a separate means such as a level shifter, according to an embodiment. Further, according to the present invention, it is possible to provide a general-purpose step-down converter or step-up converter capable of easily changing a voltage conversion ratio according to an embodiment.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "comprise", "comprise", or "have" described above mean that the corresponding component may be embedded, unless otherwise stated, and therefore, other components are not excluded. It should be interpreted as being able to further include other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms generally used, such as terms defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning in the context of the related technology, and are not interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (20)

직렬로 스택(stack)된 M개의 전원과 N개의 부하(load) 사이의 선택적인 연결을 수행하는 매트릭스 스위치로서,
N개의 부하 각각의 제1 단자와 M개의 전원 각각의 제1 단자 사이를 선택적으로 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹; 및
N개의 부하 각각의 제2 단자와 M개의 전원 각각의 제2 단자 사이를 선택적으로 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹;을 포함하는 매트릭스 스위치.
As a matrix switch that performs selective connection between M power supplies and N loads stacked in series,
A first switch group including N x M switches selectively connecting a first terminal of each of the N loads and a first terminal of each of the M power supplies; And
Matrix switch comprising: a second switch group including N x M switches selectively connecting between the second terminals of each of the N loads and the second terminals of each of the M power supplies.
청구항 1에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각의 제1 단자를 M개의 전원 중의 임의의 전원의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 상기 N개의 부하 각각의 제2 단자를 M개의 전원 중의 임의의 전원의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method according to claim 1,
The matrix switch may selectively connect a first terminal of each of the N loads to a first terminal of an arbitrary power source among M power sources, and connect a second terminal of each of the N loads to an arbitrary power source among M power sources. Matrix switch, characterized in that it can be selectively connected to the second terminal of.
청구항 1에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는 주기적으로 또는 비주기적으로 상기 M개의 전원과 상기 N개의 부하의 연결 관계를 변경하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method according to claim 1,
Wherein the matrix switch periodically or aperiodically changes a connection relationship between the M power supplies and the N loads.
청구항 3에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는, 상기 전원의 전압 및/또는 상기 부하의 소비 전력에 기초하여 각각의 전원에 연결되는 부하를 결정하되, 하나의 전원에는 하나의 부하 또는 복수의 부하가 임의로 연결하는 독립 스위칭 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method of claim 3,
The matrix switch determines a load connected to each power source based on the voltage of the power source and/or the power consumption of the load, but is an independent switching method in which one load or a plurality of loads is arbitrarily connected to one power source. Matrix switch, characterized in that to operate.
청구항 3에 있어서,
N과 M은 동일하고,
상기 매트릭스 스위치는, 상기 전원의 전압 및/또는 상기 부하의 소비 전력에 기초하여 각각의 전원에 연결되는 부하를 결정하되, 하나의 전원에는 하나의 부하가 임의로 연결하는 밸런스 스위칭 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method of claim 3,
N and M are the same,
The matrix switch determines a load connected to each power source based on the voltage of the power source and/or the power consumption of the load, and operates in a balanced switching method in which one load is arbitrarily connected to one power source. Matrix switch.
청구항 3에 있어서,
N과 M은 동일하고,
상기 매트릭스 스위치는, 하나의 전원에는 하나의 부하만을 연결하되 미리 정해진 순서대로 전원과 부하의 연결을 변경하는 롤링 스위칭 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method of claim 3,
N and M are the same,
The matrix switch is a matrix switch, characterized in that operating in a rolling switching method in which only one load is connected to one power source and the connection between the power source and the load is changed in a predetermined order.
청구항 3에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는 제1 클럭 신호에 기초하여 주기적으로 상기 M개의 전원과 상기 N개의 부하의 연결 관계를 변경하되,
상기 제1 클럭 신호는 상기 부하가 사용하는 제2 클럭 신호에 동기된 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method of claim 3,
The matrix switch periodically changes the connection relationship between the M power supplies and the N loads based on a first clock signal,
The matrix switch, wherein the first clock signal is synchronized with a second clock signal used by the load.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 클럭 신호의 상승 또는 하강 에지(edge)는 상기 제2 클럭 신호의 하강 에지와 다음 상승 에지의 사이에 발생되고,
상기 전원과 부하의 연결 관계의 변경은 상기 제1 클럭 신호의 에지에 의해 트리거(trigger)되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method of claim 7,
A rising or falling edge of the first clock signal is generated between a falling edge of the second clock signal and a next rising edge,
The change in the connection relationship between the power source and the load is triggered by an edge of the first clock signal.
청구항 1에 있어서,
상기 부하는 멀티 코어 프로세서에 사용되는 코어이고,
상기 N과 상기 M은 각각 상기 멀티 코어 프로세서에서 직렬로 스택된 코어의 스택 수와 동일한 것을 특징으로 하는 매트릭스 스위치.
The method according to claim 1,
The load is a core used in a multi-core processor,
Wherein N and M are the same as the number of stacks of cores stacked in series in the multi-core processor, respectively.
N개의 부하(load)에 전력을 공급하는 전력변환장치로서,
외부로부터 전력을 공급받고 출력전압을 제공하는 전력 컨버터;
상기 전력 컨버터가 제공하는 출력전압을 분압하는, 직렬로 연결된 M개의 커패시터; 및
상기 M개의 커패시터와 상기 N개의 부하(load) 사이의 선택적인 연결을 수행하는 매트릭스 스위치;를 포함하는 전력변환장치.
As a power conversion device that supplies power to N loads,
A power converter that receives power from the outside and provides an output voltage;
M capacitors connected in series for dividing the output voltage provided by the power converter; And
And a matrix switch for selectively connecting the M capacitors and the N loads.
청구항 10에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각을 상기 M개의 커패시터 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
The method of claim 10,
Wherein the matrix switch is capable of selectively connecting each of the N loads to an arbitrary capacitor among the M capacitors.
청구항 10에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는, 상기 N개의 부하 각각의 제1 단자를 M개의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 상기 N개의 부하 각각의 제2 단자를 M개의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
The method of claim 10,
The matrix switch may selectively connect a first terminal of each of the N loads to a first terminal of an arbitrary capacitor among M capacitors, and a second terminal of each of the N loads may be connected to an arbitrary capacitor among M capacitors. Power conversion device, characterized in that it can be selectively connected to the second terminal of.
청구항 10에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는,
상기 N개의 부하 각각의 제1 단자와 상기 M개의 커패시터 각각의 제1 단자 사이를 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹; 및
상기 N개의 부하 각각의 제2 단자와 M개의 커패시터 각각의 제2 단자 사이를 연결하는 N x M 개의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
The method of claim 10,
The matrix switch,
A first switch group including N x M switches connecting the first terminals of each of the N loads and the first terminals of each of the M capacitors; And
And a second switch group including N x M switches connecting the second terminals of each of the N loads and the second terminals of each of the M capacitors.
청구항 10에 따른 전력변환장치;
복수의 코어가 직렬로 스택된 멀티 코어 프로세서; 및
상기 멀티 코어 프로세서와 통신하는 주변 회로;를 포함하되,
상기 N개의 부하는 N개의 스테이지로 직렬로 스택된 상기 멀티 코어 프로세서에서 각 스테이지의 코어인 것을 특징으로 하는 전자장치.
A power conversion device according to claim 10;
A multi-core processor in which a plurality of cores are stacked in series; And
Including; peripheral circuits in communication with the multi-core processor,
Wherein the N loads are cores of each stage in the multi-core processor stacked in series in N stages.
청구항 14에 있어서,
상기 M개의 커패시터 중에서 그라운드에 연결된 커패시터로부터 전력을 공급받는 코어는 상기 주변 회로와 통신을 수행하고,
상기 M개의 커패시터 중에서 그라운드에 연결되지 않은 커패시터로부터 전력을 공급받는 코어는 상기 주변 회로와 통신을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 전자장치.
The method of claim 14,
Among the M capacitors, a core receiving power from a capacitor connected to the ground performs communication with the peripheral circuit,
And a core receiving power from a capacitor not connected to the ground among the M capacitors does not communicate with the peripheral circuit.
제1 단자와 제2 단자를 통해 연결되는 제1 전압과 제3 단자와 제4 단자를 통해 연결되는 제2 전압 사이에서 전력을 전달하는 컨버터로서,
제1 단자와 제2 단자 사이에 직렬로 연결된 복수의 커패시터; 및
상기 제2 전압을 상기 복수의 커패시터 중의 임의의 커패시터에 선택적으로 연결하는 매트릭스 스위치;
를 포함하는 컨버터.
A converter that transfers power between a first voltage connected through a first terminal and a second terminal and a second voltage connected through a third terminal and a fourth terminal,
A plurality of capacitors connected in series between the first terminal and the second terminal; And
A matrix switch selectively connecting the second voltage to any of the plurality of capacitors;
Converter comprising a.
청구항 16에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는,
상기 제3 단자를 상기 복수의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제1 단자와 선택적으로 연결할 수 있고, 상기 제4 단자를 상기 복수의 커패시터 중의 임의의 커패시터의 제2 단자와 선택적으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 컨버터.
The method of claim 16,
The matrix switch,
The third terminal may be selectively connected to a first terminal of any capacitor among the plurality of capacitors, and the fourth terminal may be selectively connected to a second terminal of any capacitor among the plurality of capacitors. Converter.
청구항 16에 있어서,
상기 매트릭스 스위치는,
상기 제3 단자와 상기 복수의 커패시터 각각의 양의 단자 사이를 선택적으로 연결하는, 커패시터와 동일한 개수의 스위치를 포함하는 제1 스위치 그룹; 및
상기 제4 단자와 복수의 커패시터 각각의 음의 단자 사이를 선택적으로 연결하는, 커패시터와 동일한 개수의 스위치를 포함하는 제2 스위치 그룹;을 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터.
The method of claim 16,
The matrix switch,
A first switch group including the same number of switches as the capacitors, selectively connecting between the third terminal and the positive terminals of each of the plurality of capacitors; And
And a second switch group including the same number of switches as the capacitors, selectively connecting between the fourth terminal and the negative terminal of each of the plurality of capacitors.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 전압은 입력전압이고,
상기 제2 전압은 출력전압이며,
상기 커패시터의 개수는 M이고,
상기 컨버터는, 상기 제2 전압과 상기 M개의 커패시터와의 연결 관계를 변경하면서, 상기 입력전압과 상기 출력전압의 비가 M:1의 전압 변환비를 가지는 강압(step-down) 컨버터로 동작하는 것을 특징으로 하는 컨버터.
The method of claim 16,
The first voltage is an input voltage,
The second voltage is an output voltage,
The number of capacitors is M,
The converter, while changing a connection relationship between the second voltage and the M capacitors, operates as a step-down converter having a voltage conversion ratio of M:1 in a ratio of the input voltage and the output voltage. Converter characterized by.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 전압은 출력전압이고,
상기 제2 전압은 입력전압이며,
상기 커패시터의 개수는 M이고,
상기 컨버터는, 상기 제2 전압과 상기 M개의 커패시터와의 연결 관계를 변경하면서, 상기 입력전압과 상기 출력전압의 비가 1:M의 전압 변환비를 가지는 승압(step-up) 컨버터로 동작하는 것을 특징으로 하는 컨버터.
The method of claim 16,
The first voltage is an output voltage,
The second voltage is an input voltage,
The number of capacitors is M,
The converter, while changing a connection relationship between the second voltage and the M capacitors, operates as a step-up converter having a ratio of the input voltage and the output voltage to a voltage conversion ratio of 1:M. Converter characterized by.
KR1020190119774A 2019-09-27 2019-09-27 Matrix switch and power converter using the same KR102246854B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190119774A KR102246854B1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Matrix switch and power converter using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190119774A KR102246854B1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Matrix switch and power converter using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210037301A true KR20210037301A (en) 2021-04-06
KR102246854B1 KR102246854B1 (en) 2021-04-30

Family

ID=75472957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190119774A KR102246854B1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Matrix switch and power converter using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102246854B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0172595B1 (en) * 1989-11-17 1999-03-30 엔. 라이스 머레트 Multi-processor with crossbar link of processors and memories and method of operation
KR20140033130A (en) * 2011-06-17 2014-03-17 로베르트 보쉬 게엠베하 Battery system and method for providing an intermediate voltage
JP2019068723A (en) * 2017-08-24 2019-04-25 ジーエヌ ヒアリング エー/エスGN Hearing A/S Re-construction available switched capacitor dc-dc converter for head wearable hearing aid device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0172595B1 (en) * 1989-11-17 1999-03-30 엔. 라이스 머레트 Multi-processor with crossbar link of processors and memories and method of operation
KR20140033130A (en) * 2011-06-17 2014-03-17 로베르트 보쉬 게엠베하 Battery system and method for providing an intermediate voltage
JP2019068723A (en) * 2017-08-24 2019-04-25 ジーエヌ ヒアリング エー/エスGN Hearing A/S Re-construction available switched capacitor dc-dc converter for head wearable hearing aid device

Also Published As

Publication number Publication date
KR102246854B1 (en) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1662643B1 (en) Low voltage logic operation using higher voltage supply levels
Jiang et al. Digital 2-/3-phase switched-capacitor converter with ripple reduction and efficiency improvement
JP4777747B2 (en) Low voltage logic circuit operation with high voltage supply level
US10770972B2 (en) Asymmetric switching capacitor regulator
KR20180031467A (en) Reconfigurable Bipolar Output Charge Pump Circuit and Integrated Circuit including the same
US20220085716A1 (en) Voltage converter
US20160241126A1 (en) Continuous current mode multi-load power regulator
EP1662645B1 (en) Low voltage logic operation using higher voltage supply levels
KR101677705B1 (en) Multiple output switched capacitor dc-dc converter
US8368369B2 (en) Single-bound hysteretic regulation of switched-capacitor converters
TW201828580A (en) Switched capacitor dc-dc convertor circuit and generating method thereof
KR20220059061A (en) Switched capacitor converter having variable voltage conversion ratio
Datta et al. Analysis and design of cyclic switched-capacitor DC–DC converters
KR102246854B1 (en) Matrix switch and power converter using the same
US11601051B2 (en) Connection terminal pattern and layout for three-level buck regulator
US20190326816A1 (en) Apparatus for Power Converter with Efficient Switching and Associated Methods
KR102019242B1 (en) Module of voltage amplifier and method and apparatus for amplifying voltage
CN220207790U (en) Power rail switching device and circuit testing system
US20220385185A1 (en) Power converter device and power conversion method
Larsen et al. Dynamically reconfigurable gearbox switched-capacitor DC-DC Converter
Jiang et al. A digital SC converter with high efficiency and low voltage ripple
KR20220144648A (en) Power converting apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant