KR20230037144A - 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전회로 및 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

전자 장치는 배터리; 충전 회로;를 포함하고, 상기 충전 회로는 병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들, 스위칭 제어 회로, 인덕터 및 커패시터를 포함하며, 상기 3-레벨 컨버터들 중, 제 1 3-레벨 컨버터는 제 1 복수의 스위칭 소자 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 제 1 스위칭 회로, 및 제2 3-레벨 컨버터는 제 2 복수의 스위칭 소자 및 제 2 플라잉 커패시터를 포함하는 제 2 스위칭 회로를 포함하고, 상기 스위칭 제어 회로는 상기 제 1 스위칭 회로의 동작을 제어하는 제 1 복수의 구동신호를 생성하는 제 1 구동신호 생성 회로; 상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어하는 위상 제어 신호를 생성하는 위상 관리 제어부; 및 상기 제 1 복수의 구동신호 및 상기 위상 제어 신호에 기반하여 상기 제 2 스위칭 회로를 제어하는 제 2 복수의 구동신호를 생성하는 제 2 구동신호 생성 회로를 포함할 수 있다.

Description

이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전회로 및 전자 장치{CHARGING CIRCUITRY WITH DUAL PHASE THREE-LEVEL CONVERTER AND ELECTRONIC DEVICE}
본 개시의 다양한 실시예들은 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전회로 및 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치의 충전 회로(charging circuitry)는 2-레벨 컨버터(two-level converter)를 대체하는 3-레벨 컨버터(three-level converter)를 포함하여 회로를 설계하고 있다. 예를 들면, 충전 회로에서, 3-레벨 컨버터는 일반적인 2-레벨 컨버터에 비해 상대적으로 작은 용량의 인덕터(inductor)를 사용하더라도, 큰 용량의 인덕터를 사용하는 2-레벨 컨버터와 동일한 리플 전류(ripple current)를 유지할 수 있다. 따라서, 3-레벨 컨버터는 인덕터 용량 감소를 통한 인덕터의 저항 저감으로 높은 전력변환 효율을 얻을 수 있는 장점이 있으며, 전자 장치의 충전 회로에 적용되고 있다.
전자 장치에 사용되는 충전 회로는 3-레벨 컨버터의 복수의 스위칭 소자(또는 스위치)(예: MOSFET)(예: Q1, Q2, Q3, Q4)의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어할 수 있다. 플라잉 커패시터(flying capacitor)는 3-레벨 컨버터의 복수의 스위치들에 연결될 수 있다. 3-레벨 컨버터의 복수의 스위치들에 연결된 플라잉 커패시터는 3-레벨 컨버터에 입력되는 전압을 1/2로 줄여서 출력 전류의 리플을 줄이는 역할을 수행할 수 있다.
하지만, 낮은 전압의 고출력 응용에서는 그 사용이 제한될 수 있다. 이는 정류단의 전류가 불연속 영역에서 동작할 경우 전류의 피크값이 증가하기 때문이다.
일반적으로, 고출력 응용에는, 두 개의 3-레벨 컨버터들을 병렬로 연결하고 두 컨버터 간의 스위칭 동작에서 위상차(예를 들어, 180˚ 위상차)를 두어 제어하는 인터리빙(interleaving) 기법이 사용된다. 또한, 병렬 연결된 컨버터의 인덕터를 통합하고 파워스테이지만 병렬로 구성하여 듀얼 컨버터로 운영될 수 있다.
이때, 충전 회로는 병렬 연결된 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱(balancing)을 위해서, 각각의 플라잉 커패시터의 전압을 센싱하여 복수의 스위칭 소자를 제어해야 하므로 이와 관련된 PWM(pulse width modulation)회로 및 보상 회로가 복잡해지는 문제가 있다.
다양한 실시예들은, 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전 회로 및 전자 장치에서 플라잉 커패시터 전압 제어를 위한 보상회로를 이용하지 않고 스위칭 소자에 입력되는 신호의 변경만으로 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱을 제어하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
다양한 실시예들은, 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전 회로 및 전자 장치에서 플라잉 커패시터의 전압 센싱 없이 스위칭 소자에 입력되는 신호의 변경만으로 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱을 제어하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
다양한 실시예들은, 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전 회로 및 전자 장치에서 벅 모드와 부스터 모드의 구분없이 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱을 제어하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 배터리; 충전 회로;를 포함하고, 상기 충전 회로는 병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들, 스위칭 제어 회로, 인덕터 및 커패시터를 포함하며, 상기 3-레벨 컨버터들 중, 제 1 3-레벨 컨버터는 제 1 복수의 스위칭 소자 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 제 1 스위칭 회로, 및 제2 3-레벨 컨버터는 제 2 복수의 스위칭 소자 및 제 2 플라잉 커패시터를 포함하는 제 2 스위칭 회로를 포함하고, 상기 스위칭 제어 회로는 상기 제 1 스위칭 회로의 동작을 제어하는 제 1 복수의 구동신호를 생성하는 제 1 구동신호 생성 회로; 상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어하는 위상 제어 신호를 생성하는 위상 관리 제어부; 및 상기 제 1 복수의 구동신호 및 상기 위상 제어 신호에 기반하여 상기 제 2 스위칭 회로를 제어하는 제 2 복수의 구동신호를 생성하는 제 2 구동신호 생성 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로는 병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들; 및 스위칭 제어 회로를 포함하며, 상기 3-레벨 컨버터들 중, 제 1 3-레벨 컨버터는 입력 전압과 접지 사이에 직렬 연결된 제 1 복수의 스위칭 소자 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 제 1 스위칭 회로, 및 제 2 3-레벨 컨버터는 상기 입력 전압과 접지 사이에 직렬 연결된 제 2 복수의 스위칭 소자 및 제 2 플라잉 커패시터를 포함하며, 상기 제 1 스위칭 회로와 병결 연결된 제 2 스위칭 회로를 포함하고, 상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로로부터 수신된 전압에 기반하여 출력 전압을 출력하는 필터 회로를 포함하며, 상기 스위칭 제어 회로는 상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어할 수 있다.
본 개시에 따른 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전 회로 및 전자 장치는 스위칭 소자에 입력되는 신호의 변경만으로 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱(balancing)을 제어함으로써, 플라잉 커패시터 전압 제어를 위한 제어 회로가 단순해지는 효과가 있다.
본 개시에 따른 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전 회로 및 전자 장치는 벅(buck) 동작과 부스트(boost) 동작을 전환하는 응용에서 벅 모드(buck mode)와 부스트 모드(boost mode)의 구분없이 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱을 제어할 수 있다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 충전 회로를 포함하는 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 3은 도 2의 이중 위상 3-레벨 컨버터의 회로 구성 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 스위칭 제어 회로의 회로 구성 예를 나타내는 도면이다.
도 5a는 다양한 실시예에 따른 스위칭 제어 회로에서 출력되는 복수의 스위칭 소자에 대한 구동신호 타이밍도이다.
도 5b는 다양한 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 인덕터 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 다양한 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 인덕터 전압 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5d는 다양한 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 제 1 플라잉 커패시터 및 제 2 플라잉 커패시터의 전압 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 충전 회로(200)를 포함하는 전자 장치(101)의 블록도이다.
일 실시예에서, 도 2는 전자 장치(101) 및 외부 장치(201)에서 충전 동작을 지원하는 것과 관련된 구성의 예를 나타낼 수 있다. 전자 장치(101) 및 외부 장치(201)는 도 1을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 전자 장치(101)의 구성 요소의 전부 또는 적어도 일부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 내부 충전을 위한 입력과 외부 충전을 위한 출력을 동시에 지원 가능한 전자 장치일 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 양방향(bidirectional) 충전 동작이 가능한 장치일 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 양방향 충전 동작이 가능한 스마트 폰, 태블릿 PC, TV 및/또는 랩탑 컴퓨터를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 전자 장치(101)는 전술한 장치들에 한정되지 않으며, 전자 장치(101)는 배터리(189)를 포함하고 양방향 충전 동작이 가능한 다양한 종류의 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 외부 장치(201)가 OTG(on-the-go) 장치인 경우 외부 장치(201)로 전자 장치(101)의 배터리(189)의 전력을 공급하여 외부 장치(201)를 충전하거나, 또는 외부 장치(201)가 USB(universal serial bus) 충전기인 경우 외부 장치(201)로부터 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)는 외부 장치(201)로부터 무선으로 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하거나, 또는 외부 장치(201)로 무선으로 전력을 전송하여 외부 장치(201)에 대한 충전을 지원할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 외부 장치(201)와 연결되고, 외부 장치(201)와 충전 동작을 수행하면서, 무선 충전 모드(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 전력 수신 모드)에 따라 다른 외부 장치(미도시)와 무선 전력을 전송 또는 수신할 수 있다. 다른 외부 장치(미도시)는 도 1을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 전자 장치(101)의 구성 요소의 전부 또는 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다른 외부 장치(미도시)는 외부 장치(201)와 동일한 장치일 수 있으며, 전자 장치(101)의 외부 장치(201)와 충전 동작 중에 무선 충전 모드로 다른 장치와 전력을 송수신할 수 있는 특징을 설명하기 위한 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 외부 장치(201)는 전자 장치(101)와 유선 연결(예: USB OTG 연결) 가능한 장치(예: OTG 장치)로, 전자 장치(101)와 직접 통신을 통해 데이터를 교환할 수 있고, 전자 장치(101)와 연결 시 전자 장치(101)로부터 공급되는 전압에 기반하여, 외부 장치(201) 내부의 배터리(미도시)를 충전할 수 있다.
일 실시예에서, 외부 장치(201)는, 예를 들어, 워치(watch)(예: 스마트 워치), 이어폰, 헤드셋, 및/또는 글래스(예: AR 글래스)와 같은 웨어러블 장치를 포함할 수 있다. 외부 장치(201)는 스마트 폰, 태블릿 PC, TV 및/또는 충전 패드와 같은 다양한 종류의 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 외부 장치(201)는 전자 장치(101)와 유선 연결(예: USB 연결)로, 전자 장치(101)에 직접 통신을 통해 전력을 제공하는 USB 충전기(예: TA(travel adapter))를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 외부 장치(201)는 전자 장치(101)로 무선으로 전력을 전송하여 전자 장치(101)의 무선 충전을 지원하거나, 전자 장치(101)로부터 무선으로 전력을 수신하여 외부 장치(201)의 배터리(미도시)의 충전을 지원하는 장치를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 외부 장치(201)는 전술한 장치들에 한정되지 않으며, 외부 장치(201)는 무선 전력을 전송하거나, 및/또는 수신이 가능한 다양한 종류의 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 배터리(189) 및/또는 충전 회로(200)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(120)는 스위칭 제어 회로(220)에서 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)로 전달되는 신호를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(220)는 위상 제어 신호의 한 주기에서 제 1 스위칭 회로(211) 및 제 2 스위칭 회로(212)가 제 1 시간 동안 인터리빙(interleaving) 동작 또는 역 위상(또는 아웃-오브-페이즈(out of phase))동작을 수행하고, 제 2 시간 동안 동 위상(in phase) 동작을 수행하도록 위상 제어 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(120)는 스위칭 제어 회로(220)에서 생성되는 위상 제어 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제 1 스위칭 회로(211) 및 제 2 스위칭 회로(212)가 인터리빙 동작을 3회 수행하고, 동 위상 동작을 1회 수행할 수 있도록 위상 제어 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 설정할 수 있다. 위상 제어 신호의 듀티 사이클(duty cycle)은 75%일 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(120)는 전자 장치(101)가 외부 장치(201)와 연결 시에, 외부 장치(201)가 OTG 장치인 경우 전자 장치(101)의 배터리(189)의 전력을 공급하여 외부 장치(201)를 충전하도록 동작하거나, 또는 외부 장치(201)가 USB 충전기인 경우 외부 장치(201)로부터 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하도록 제어할 수 있다.
일 실시예서, 프로세서(120)는 외부 장치(201)가 OTG 장치인 경우 외부 장치(201)와 데이터 통신(예: 오디오 데이터 송수신)을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 외부 장치(201)로부터 무선으로 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하거나, 또는 외부 장치(201)로 무선으로 전력을 전송하여 외부 장치(201)에 대한 충전을 지원하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(120)는 외부 장치(201)와 연결되고, 외부 장치(201)와 충전 동작을 수행하면서, 무선 충전 모드(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 전력 수신 모드)에 따라 다른 외부 장치(미도시)와 무선 전력을 전송 또는 수신할 수 있도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 메모리(130)는, 전자 장치(101)의 충전 동작과 관련된 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 다양한 데이터는 위상 제어 신호의 듀티 사이클 설정 데이터를 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(189)는 충전 회로(200)에 기반하여 외부 장치(201)에서 수신된 전력의 적어도 일부를 공급받아 충전될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리(189)는 충전 회로(200)에 기반하여 외부 장치(201)에 유선 및/또는 무선으로 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리(189)는 배터리 보호 회로(예: PCM, protection circuit module)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 보호 회로는 배터리(189)의 성능 저하 또는 소손을 방지하기 위한 다양한 기능(예: 사전 차단 기능)을 수행할 수 있다. 배터리 보호 회로는, 추가적으로 또는 대체적으로, 셀 밸런싱, 배터리의 용량 측정, 충방전 횟수 측정, 온도 측정, 또는 전압 측정을 수행하기 위한 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)의 적어도 일부로서 구성될 수 있다.
충전 회로(200)는 이중 위상 3-레벨 컨버터(dual phase 3-level converter, 210) 및/또는 스위칭 제어 회로(220)를 포함할 수 있다.
이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 스위칭 회로(211), 제 2 스위칭 회로(212) 및/또는 필터 회로(213)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는, 입력받은 직류 전력의 전압을 변경하여, 변경된 전압(또는, 구동 전압)을 가지는 직류 전력을 제공하는 DC/DC 컨버터를 의미할 수 있다. 예를 들면, 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는 벅 컨버팅 및/또는 부스트 컨버팅을 수행할 수 있다.
이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는 3-레벨 컨버터가 병렬로 연결되고, 하나의 인덕터를 통해 출력 전압과 연결된 형태일 수 있다. 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는 하나의 인덕터를 통해 출력 전압과 연결되고 파워 스테이지(power stage)를 병렬로 연결한 형태일 수 있다.
이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는 스위칭 제어 회로(220) 또는 위상 관리 제어부(223)에서 출력되는 위상 제어 신호의 듀티 사이틀(duty cycle)에 따라 한 주기에서 제 1 시간 동안 인터리빙 동작을 수행하고, 제 2 시간 동안 동 위상 동작을 수행할 수 있다.
제 1 스위칭 회로(211) 및 제 2 스위칭 회로(212) 각각은 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 3-레벨 컨버터일 수 있다. 플라잉 커패시터는 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)에 포함된 복수의 스위칭 소자의 동작에 따라 충전 또는 방전될 수 있다. 플라잉 커패시터는 양단이 스위칭 소자와 연결될 수 있고, 음극이 접지에 붙어 있지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 플라잉 커패시터는 플라잉 커패시터의 양단 전압을 입력 전압의 절반(1/2)으로 유지하여 필터 회로(213)에 포함된 인덕터 양단의 전압을 감소시켜 인덕터 전류의 리플을 줄일 수 있다. 다만, 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)에 포함된 복수의 스위칭 소자에 포함된 게이트 드라이브의 편차로 인해서 플라잉 커패시터의 양단 전압이 입력 전압의 절반으로 유지되지 못하는 현상이 발생할 수 있다. 일반적으로, 플라잉 커패시터의 양단 전압을 입력 전압의 절반으로 유지하기 위해서 별도의 밸런싱 회로를 포함하나, 본 개시의 따른 충전 회로(200) 및 전자 장치(101)는 별도의 밸런싱 회로를 포함하지 않는다. 본 개시의 따른 충전 회로(200) 및 전자 장치(101)는 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)의 스위칭 동작을 제어함으로써 플라잉 커패시터의 양단 전압을 입력 전압의 절반으로 유지할 수 있다. 본 개시의 따른 충전 회로(200) 및 전자 장치(101)는 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)가 한 주기 동안 제 1 시간은 동안 인터리빙 동작을 수행하고, 제 2 시간은 동 위상 동작을 수행하여, 플라잉 커패시터의 양단 전압을 입력 전압의 일정하게 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 회로(213)는 제 1 스위칭 회로(211) 및 제 2 스위칭 회로(212)의 출력 신호를 평활화하여 출력 전압을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 회로(213)는 인덕터와 커패시터를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 필터 회로(213)는 저항을 더 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 인덕터는 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)의 스위칭 동작에 따라 에너지를 충전하거나 전류 관성을 유지하면서 에너지를 출력단으로 전달(에너지 방출)할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 필터 회로(213)는 인덕터와 커패시터에 의한 LC 필터(예: 저역통과필터(LPF, low pass filter))를 형성할 수 있다. 예를 들면, 인덕터와 커패시터는 출력 단에서 보이는 고주파 성분을 제거하여 직류 성분만 통과시켜서 출력 단에 전달할 수 있다.
스위칭 제어 회로(220)는, 예를 들어, PWM(pulse width modulation)일 수 있다. 스위칭 제어 회로(220)는 제 1 구동신호 생성회로(221), 제 2 구동신호 생성회로(222) 및/또는 위상 관리 제어부(223)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 제 1 스위칭 회로(211)의 스위칭 동작을 제어하는 신호를 생성할 수 있다. 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)의 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 제어신호를 생성할 수 있다. 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 전압과 제어신호를 비교하여 제 1 스위칭 회로(211)의 스위칭 동작을 제어하는 제 1 복수의 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 제 2 스위칭(212)의 스위칭 동작을 제어하는 신호를 생성할 수 있다. 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 제 1 복수의 구동신호 및 위상 제어 신호에 기반하여 제 2 복수의 구동신호를 생성할 수 있다. 제 2 복수의 구동신호는 위상 제어 신호에 따라 제 1 복수의 구동신호와 위상 차이가 있는 신호일 수 있다. 제 2 복수의 구동신호는 위상 제어 신호에 따라 제 1 복수의 구동신호와 동일 위상을 가지는 신호일 수 있다.
일 실시예에서, 위상 관리 제어부(223)는 위상 제어 신호의 한 주기에서 제 1 스위칭 회로(211) 및 제 2 스위칭 회로(212)가 제 1 시간 동안 인터리빙(interleaving) 동작 또는 역 위상(또는 아웃-오브-페이즈(out of phase))동작을 수행하고, 제 2 시간 동안 동 위상(in phase) 동작을 수행하도록 제어하는 위상 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 3은 도 2의 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)의 회로 구성 예를 나타내는 도면이다.
이중 위상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 스위칭 회로(211), 제 2 스위칭 회로(212) 및 필터 회로(213)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위칭 회로(211)는 3-레벨 컨버터로서 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4) 및 제 1 플라잉 커패시터(CF1)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 입력 전압(VIN)은 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 제 1 스위칭 소자(QA1)는 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 스위칭 소자(QA2)는 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 사이에 배치될 수 있다. 제 3 스위칭 소자(QA3)는 제 3 노드(N3)와 제 4 노드(N4) 사이에 배치될 수 있다. 제 4 스위칭 소자(QA4)는 제 4노드(N4)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 제 1 플라잉 커패시터(CF1)는 제 2 노드(N2)와 제 4 노드(N4) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 플라잉 커패시터(CF1)는 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4)에 스위칭 동작에 따라 충전되거나 방전되어서 제 1 플라잉 커패시터(CF1)의 양단에 전압이 형성될 수 있다. 제 1 플라잉 커패시터(CF1)의 양단에 형성되는 전압은 입력 전압(VIN)의 1/2일 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 3 스위칭 소자(QA3) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)는 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 직렬 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 3 스위칭 소자(QA3) 및 제 4 스위칭 소자(QA4) 각각은 트랜지스터(예: 모스펫(MOSFET, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor))를 이용할 수 있다.
스위칭 제어 회로(220) 또는 제 1 구동신호 생성 회로(221)에서 출력되는 제 1 복수의 구동신호는 각각 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4)의 각 게이트 드라이브에 입력될 수 있다. 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4)는 각각에 게이트에 입력되는 구동신호에 기반하여 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)되어 입력 전압(VIN)의 전압 레벨을 변경하여 출력 전압(VO)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 스위칭 회로(212)는 3-레벨 컨버터로서 복수의 스위칭 소자(QB1, QB2, QB3, QB4) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 5 스위칭 소자(QB1)는 제 1 노드(N1)와 제 5 노드(N5) 사이에 배치될 수 있다. 제 6 스위칭 소자(QB2)는 제 5 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 사이에 배치될 수 있다. 제 7 스위칭 소자(QB3)는 제 3 노드(N3)와 제 6 노드(N6) 사이에 배치될 수 있다. 제 8 스위칭 소자(QB4)는 제 6 노드(N6)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 제 5 노드(N5)와 제 6 노드(N6) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 복수의 스위칭 소자(QB1, QB2, QB3, QB4)에 스위칭 동작에 따라 충전되거나 방전되어서 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 양단에 전압이 형성될 수 있다. 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 양단에 형성되는 전압은 입력 전압(VIN)의 1/2일 수 있다.
일 실시예에서, 제 5 스위칭 소자(QB1), 제 6 스위칭 소자(QB2), 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)는 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 직렬 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위칭 회로(211)와 제 2 스위칭 회로(212)는 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 병렬 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위칭 회로(211)와 제 2 스위칭 회로(212)는 제 3 노드(N3)와 접지 사이에 필터 회로(213)가 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 5 스위칭 소자(QB1), 제 6 스위칭 소자(QB2), 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4) 각각은 트랜지스터(예: 모스펫(MOSFET, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor))를 이용할 수 있다.
스위칭 제어 회로(220) 또는 제 2 구동신호 생성회로(222)에서 출력되는 제 2 복수의 구동신호는 각각 복수의 스위칭 소자(QB1, QB2, QB3, QB4)의 각 게이트 드라이브에 입력될 수 있다. 복수의 스위칭 소자(QB1, QB2, QB3, QB4)는 각각에 게이트에 입력되는 구동신호에 기반하여 턴-온 또는 턴-오프되어 입력 전압(VIN)의 전압 레벨을 변경하여 출력 전압(VO)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 회로(213)는 제 3 노드(N3)와 제 7 노드(N7) 사이에 인덕터(L)를 연결하고, 제 7 노드(N7)와 접지 사이에 커패시터(CO)를 연결할 수 있다. 제 7 노드(N7)의 전압은 필터 회로(213)의 출력 전압에 대응할 수 있다. 일 실시예에서, 커패시터(CO)는 정류 커패시터를 나타낼 수 있다.
인덕터(L)의 양단에 걸리는 전압(VLX)은 제 3 노드(N3)의 전압에서 출력 전압(VO)을 뺀 전압일 수 있다. 예를 들어, 제 7 노드(N7) 또는 출력 전압(Vo)은 배터리(189)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 도 2의 스위칭 제어 회로(220)의 회로 구성 예를 나타내는 도면이다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(220)는 제 1 구동신호 생성 회로(221), 제 2 구동신호 생성 회로(222) 및 위상 관리 제어부(223)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 제 1 스위칭 회로(211)의 스위칭 동작을 제어하는 신호를 생성할 수 있다. 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 제 1 비교기(2211), 제 2 비교기(2212) 및 제 3 비교기(2213)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 제 1 비교기(2211)의 출력단과 접지 사이에 필터부(2214)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 출력 전압(VO)과 기준 전압(VO_REF)에 비교하여 제어신호(Vcntrl)를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 비교기(2211)는 출력 전압(VO)과 기준 전압(VO_REF)에 비교하여 제어신호(Vcntrl)를 생성할 수 있다. 제 1 비교기(2211)의 반전단(-)에 기준 전압(VO_REF)이 인가되고, 비반전단(+)에 출력 전압(VO)이 인가될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제 1 비교기(2211)의 비반전단(+)에 기준 전압(VO_REF)이 인가되고, 반전단(-)에 출력 전압(VO)이 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 전압을 가지는 제 1 전압(Vct1)과 제어신호(Vcntrl)를 비교하여 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호를 생성할 수 있다. 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호는 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호를 인버터를 반전한 신호일 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호의 위상 차이는 180˚일 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 비교기(2212)는 제 1 전압(Vct1)과 제어신호(Vcntrl)를 비교하여 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 비교기(2212)의 반전단(-)에 제 1 전압(Vct1)이 인가되고, 비반전단(+)에 제어신호(Vcntrl)가 인가될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제 1 비교기(2211)의 비반전단(+)에 제 1 전압(Vct1)이 인가되고, 반전단(-)에 제어신호(Vcntrl)가 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 전압을 가지는 제 2 전압(Vct2)과 제어신호(Vcntrl)를 비교하여 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호를 생성할 수 있다. 제 2 전압(Vct2)과 제 1 전압(Vct1)의 위상 차이는 180˚일 수 있다.
제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호는 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호를 인버터를 이용하여 반전한 신호일 수 있다. 예를 들어, 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호의 위상 차이는 180˚일 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 비교기(2213)는 제 2 전압(Vct2)과 제어신호(Vcntrl)를 비교하여 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 비교기(2213)의 반전단(-)에 제 2 전압(Vct2)이 인가되고, 비반전단(+)에 제어신호(Vcntrl)가 인가될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제 3 비교기(2213)의 비반전단(+)에 제 2 전압(Vct2)이 인가되고, 반전단(-)에 제어신호(Vcntrl)가 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 제 1 멀티플렉서(mux, multiplexer, 2221), 제 2 멀티플렉서(2222)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 멀티플렉서(2221) 및 제 2 멀티플렉서(2222)는 2Х1 멀티플렉서일 수 있다. 선택 신호에 따라 제 1 멀티플렉서(2221) 및 제 2 멀티플렉서(2222)는 입력된 신호 중 하나의 신호를 선택하여 출력할 수 있다. 선택 신호는, 예를 들어, 위상 관리 제어부(223)에서 출력되는 위상 제어 신호(Pctrl)일 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 멀티플렉서(2221)는 위상 제어 신호(Pctrl)가 선택 신호로서 선택단(S)에 입력되고, 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호가 제 1 입력단(D0)에 입력되고, 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호가 제 2 입력단(D1)에 입력될 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 멀티플렉서(2222)는 위상 제어 신호(Pctrl)가 선택 신호로서 선택단(S)에 입력되고, 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호가 제 2 입력단(D1)에 입력되고, 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호가 제 1 입력단(D0)에 입력될 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 하이 레벨(H) 또는 1이면, 제 1 멀티플렉서(2221) 및 제 2 멀티플렉서(2222)는 제 2 입력단(D1)에 입력되는 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 로우 레벨(L) 또는 0이면, 제 1 멀티플렉서(2221) 및 제 2 멀티플렉서(2222)는 제 1 입력단(D0)에 입력되는 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 하이 레벨은 전압이 제 1 전압 레벨이고, 로우 레벨은 전압이 제 2 전압 레벨일 수 있다.
제 2 구동신호 생성 회로(222)는 제 1 멀리플렉서(2221)에서 출력되는 신호 및 제 1 멀티플렉서(2221)에서 출력되는 신호를 인버터로 반전한 신호를 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호는 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호를 인버터를 이용하여 반전한 신호일 수 있다.
제 2 구동신호 생성 회로(222)는 제 2 멀리플렉서(2222)에서 출력되는 신호 및 제 2 멀티플렉서(2222)에서 출력되는 신호를 인버터로 반전한 신호를 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호 및 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호는 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호를 인버터를 이용하여 반전한 신호일 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 하이 레벨(H)이면, 제 1 멀티플렉서(2221)는 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호에 기반하여 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 하이 레벨(H)이면, 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호는 위상이 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 하이 레벨(H)이면, 제 2 멀티플렉서(2222)는 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호에 기반하여 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호를 출력할 수 있다.
일 실시에에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 하이 레벨(H)이면, 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호는 위상이 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 로우 레벨(L)이면, 제 1 멀티플렉서(2221)는 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호에 기반하여 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호를 출력할 수 있다.
위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 로우 레벨(L)이면, 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호는 위상이 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 로우 레벨(L)이면, 제 2 멀티플렉서(2222)는 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호를 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 논리 레벨이 로우 레벨(L)이면, 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호는 위상이 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)의 듀티 사이클은 75%로서, 한 주기 내에서 논리 레벨이 하이 레벨(H) 대 로우 레벨(L)의 비율이 3: 1일 수 있다.
위상 제어 신호(Pctrl)의 한 주기(period)는 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 구동신호가 4 주기와 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 관리 제어부(223)는 위상 제어 신호의 한 주기에서 제 1 스위칭 회로(211) 및 제 2 스위칭 회로(212)가 제 1 시간 동안 인터리빙(interleaving) 동작 또는 역 위상(또는 아웃-오브-페이즈(out of phase))동작을 수행하고, 제 2 시간 동안 동 위상(in phase) 동작을 수행하도록 제어하는 위상 제어 신호(Pctrl)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(120)는 위상 관리 제어부(223)에서 생성되는 위상 제어 신호(Pctrl)의 듀티 사이클, 주파수, 및/또는 주기를 설정할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 실시예에 따른 충전 회로(200)의 제어 동작을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 다양한 실시예에 따른 스위칭 제어 회로(220)에서 출력되는 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 대한 구동신호 타이밍도이다.
도 5b는 다양한 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 동작에 따른 인덕터 전류(IL) 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 다양한 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 동작에 따른 인덕터 전압(VLX) 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5d는 다양한 실시예에 따른 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 동작에 따른 제 1 플라잉 커패시터(CF1)의 전압(501) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압(502) 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3, 도 4, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 다양한 실시예에 따른 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
일 실시예에서, 제 1 시간(t1)에서 제 2 시간(t2) 동안, 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 입력되는 구동신호는 한 주기를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 시간(t1)에서 제 5 시간(t5) 동안, 위상 제어 신호(Pctrl)는 한 주기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 입력되는 구동신호의 4 주기는 위상 제어 신호(Pctrl)의 한 주기와 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)는 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 입력되는 구동신호가 제 1 주기에서 3 주기로 변화하는 동안 또는 제 1 시간(t1)에서 제 4 시간(t4) 동안 논리 레벨을 하이 레벨(H) 또는 1로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)는 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 입력되는 구동신호가 3 주기에서 4 주기로 변화하는 동안 또는 제 4 시간(t4)에서 제 5 시간(t5) 동안 논리 레벨을 로우 레벨(L) 또는 0으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)가 논리 레벨을 하이 레벨(H) 또는 1 이면, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 인터리빙(interleaving) 동작 또는 역 위상(또는 아웃 오브 페이즈(out of phase)) 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 시간(t1)에서 제 2 시간(t2) 동안, 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 입력되는 구동신호에 기반하여 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 90˚ 또는 270˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호와 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호와 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 90˚ 또는 270˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호와 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 1 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다.
인터리빙 동작의 제 1 동작에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3) 에 입력되는 구동신호들은 각각 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 1 동작에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 1 동작에서, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 3 스위칭 소자(QA3), 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-온시키고, 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 4 스위칭 소자(QA4), 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-오프 시킬 수 있다. 이 경우, 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 방출되고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다. 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압의 합은 입력 전압(VIN)과 같을 수 있다. 인터리빙 동작의 제 1 동작에서, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 입력 전압(VIN)과 접지 사이에 직렬 연결될 수 있다.
인터리빙 동작의 제 2 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다.
인터리빙 동작의 제 2 동작에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 2 스위칭 소자(QA2)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 3 스위칭 소자(QA3) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 3 스위칭 소자(QA3) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 2 동작에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 6 스위칭 소자(QB2)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 2 동작에서, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 6 스위칭 소자(QB2)를 턴-온시키고, 제 3 스위칭 소자(QA3), 제 4 스위칭 소자(QA4), 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프 시킬 수 있다. 이 경우, 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 축적되고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다.
인터리빙 동작의 제 3 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다.
인터리빙 동작의 제 3 동작에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 3 동작에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
인터리빙 동작의 제 3 동작에서, 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 4 스위칭 소자(QA4), 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-온시키고, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 3 스위칭 소자(QA3), 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프 시킬 수 있다. 이 경우, 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 방출되고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다. 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압의 합은 입력 전압(VIN)과 같을 수 있다. 인터리빙 동작의 제 3 동작에서, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 입력 전압(VIN)과 접지 사이에 직렬 연결될 수 있다.
인터리빙 동작의 제 4 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다. 인터리빙 동작의 제 4 동작은 상술한 인터리빙 동작의 제 2 동작과 동일할 수 있다.
인터리빙 동작의 제 5 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다. 인터리빙 동작의 제 5 동작은 상술한 인터리빙 동작의 제 1 동작과 동일할 수 있다.
이중 이상 3-레벨 컨버터(210)의 인터리빙 동작은 제 1 스위칭 회로(211)와 제 2 스위칭 회로(212)가 교차하여 동작함으로써, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 입력 전압(VIN)과 접지 사이에 직렬 연결되게 하고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압의 합이 입력 전압(VIN)과 같게 할 수 있다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 제어 동작에 의해서 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 방출되는 동작에서는 인덕터 전압(VLX) 및 인덕터 전류(IL)가 낮아질 수 있다. 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 제어 동작에 의해서 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 축적되는 동작에서는 인덕터 전압(VLX) 및 인덕터 전류(IL)가 높아질 수 있다.
도 5d를 참조하면, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)가 충전과 방전 동작을 수행하지만, 제 1 플라잉 커패시터(CF1)의 전압(501) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압(502)의 합이 입력 전압(VIN, 예를 들어 3V)과 같게 할 수 있다.
일 실시예에서, 위상 제어 신호(Pctrl)가 논리 레벨을 로우 레벨(L) 또는 0 이면, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 동 위상(in phase) 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 동 위상(in phase) 동작을 수행하는 제 4 시간(t4)에서 제 5 시간(t5) 동안, 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)에 입력되는 구동신호에 기반하여 이중 위상 3-레벨 컨버터(210)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 90˚ 또는 270˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호와 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호와 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 90˚ 또는 270˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호와 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 위상이 180˚차이를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호와 제 2 복수의 구동신호 중 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호는 동일한 듀티 사이클을 가지고 동일한 위상을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 1 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다.
동 위상 동작의 제 1 동작에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3) 에 입력되는 구동신호들은 각각 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 1 동작에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 1 동작에서, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 3 스위칭 소자(QA3), 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-온시키고, 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 4 스위칭 소자(QA4), 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프 시킬 수 있다. 이 경우, 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 방출되고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다. 동위 상 동작의 제 1 동작에서, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 입력 전압(VIN)과 제 3 노드(N3) 사이에 병렬 연결될 수 있다.
동 위상 동작의 제 2 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다.
동 위상 동작의 제 2 동작에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 2 스위칭 소자(QA2)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 3 스위칭 소자(QA3) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 3 스위칭 소자(QA3) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 2 동작에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 6 스위칭 소자(QB2)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 6 스위칭 소자(QB2)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 2 동작에서, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 6 스위칭 소자(QB2)를 턴-온시키고, 제 3 스위칭 소자(QA3), 제 4 스위칭 소자(QA4), 제 7 스위칭 소자(QB3) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-오프 시킬 수 있다. 이 경우, 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 축적되고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다.
동 위상 동작의 제 3 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다.
동 위상 동작의 제 3 동작에서, 제 1 복수의 구동신호 중 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 2 스위칭 소자(QA2) 및 제 4 스위칭 소자(QA4)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 1 스위칭 소자(QA1) 및 제 3 스위칭 소자(QA3)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 3 동작에서, 제 2 복수의 구동신호 중 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-온할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 하이 레벨(H))을 가지고, 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)에 입력되는 구동신호들은 각각 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-오프할 수 있는 전압레벨(예를 들어, 로우 레벨(L))을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 3 동작에서, 제 2 스위칭 소자(QA2), 제 4 스위칭 소자(QA4), 제 6 스위칭 소자(QB2) 및 제 8 스위칭 소자(QB4)를 턴-온시키고, 제 1 스위칭 소자(QA1), 제 3 스위칭 소자(QA3), 제 5 스위칭 소자(QB1) 및 제 7 스위칭 소자(QB3)를 턴-오프 시킬 수 있다. 이 경우, 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 방출되고, 동 위상 동작의 제 3 동작에서, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 제 3 노드(N3)와 접지 사이에 병렬 연결될 수 있다. 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 방전될 수 있다. 이 경우, 도 5d를 참조하면, 제 1 시간(t1)에서 제 4 시간(t4) 동안 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)에 누적된 에너지가 모두 접지를 통해 방출되고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1)의 전압(501) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압(502)이 동일한 전압 레벨을 가질 수 있다.
동 위상 동작의 제 4 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 방전할 수 있다. 동 위상 동작의 제 4 동작은 상술한 동 위상 동작의 제 2 동작과 동일할 수 있다.
동 위상 동작의 제 5 동작에서, 이중 이상 3-레벨 컨버터(210)는 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 충전할 수 있다. 동 위상 동작의 제 5 동작은 상술한 동 위상 동작의 제 1 동작과 동일할 수 있다.
이중 이상 3-레벨 컨버터(210)의 동 위상 동작은 제 1 스위칭 회로(211)와 제 2 스위칭 회로(212)가 같은 위상을 가지는 구동신호에 따라 동작함으로써, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 병렬 연결되게 하고, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압을 동일하게 할 수 있다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 제어 동작에 의해서 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 방출되는 동작에서는 인덕터 전압(VLX) 및 인덕터 전류(IL)가 낮아질 수 있다. 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4, QB1, QB2, QB3, QB4)의 스위칭 제어 동작에 의해서 필터 회로(213)에 포함된 인덕터(L)에 에너지가 축적되는 동작에서는 인덕터 전압(VLX) 및 인덕터 전류(IL)가 높아질 수 있다.
도 5d를 참조하면, 제 1 플라잉 커패시터(CF1) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)가 충전과 방전 동작을 수행하여 제 1 플라잉 커패시터(CF1)의 전압(501) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압(502)을 동일하게 할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 배터리(189); 충전 회로(200)를 포함하고, 상기 충전 회로(200)는 병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들(210),스위칭 제어 회로(220), 인덕터 및 커패시터를 포함하며, 상기 3-레벨 컨버터들(210) 중, 제 1 3-레벨 컨버터는 제 1 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4) 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor, CF1)를 포함하는 제 1 스위칭 회로(211), 및 제2 3-레벨 컨버터는 제 2 복수의 스위칭 소자(QB1, QB2, QB3, QB4) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 포함하는 제 2 스위칭 회로(212)를 포함하고,상기 스위칭 제어 회로(220)는 상기 제 1 스위칭 회로(211)의 동작을 제어하는 제 1 복수의 구동신호를 생성하는 제 1 구동신호 생성 회로(221); 상기 제 1 스위칭 회로(211) 및 상기 제 2 스위칭 회로(212)를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어하는 위상 제어 신호(Pctrl)를 생성하는 위상 관리 제어부(223); 및 상기 제 1 복수의 구동신호 및 상기 위상 제어 신호(Pctrl)에 기반하여 상기 제 2 스위칭 회로(212)를 제어하는 제 2 복수의 구동신호를 생성하는 제 2 구동신호 생성 회로(222)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 3-레벨 컨버터들(210)은 입력 전압(VIN)과 접지 사이에 상기 제 1 스위칭 회로(211) 및 상기 제 2 스위칭 회로(212)를 병렬 연결하고, 상기 입력 전압(VIN)을 변환한 출력 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 3-레벨 컨버터들(210)은 상기 인터리빙으로 동작을 수행하면, 상기 제 1 플라잉 커패시터(CF1)와 상기 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압의 합이 입력 전압(VIN)과 동일하게 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 3-레벨 컨버터들(210)은 상기 동 위상으로 동작을 수행하면, 상기 제 1 플라잉 커패시터(CF1)와 상기 제 2 플라잉 커패시터(CF2)의 전압이 동일하게 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 3-레벨 컨버터들(210)은 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 1 전압 레벨(하이 레벨(H))이면, 상기 인터리빙으로 동작을 수행하고, 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 2 전압 레벨(로우 레벨(L))이면, 상기 동 위상으로 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 전자 장치(101)는 메모리(130)를 더 포함하며, 상기 메모리(130)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)의 듀티 사이클에 관한 정보를 저장할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 상기 3-레벨 컨버터들(210)의 출력 전압(Vo)과 기준 전압(VO_REF)을 비교하여 제어신호(Vcntrl)를 생성하고, 상기 제어신호(Vcntrl)에 기반하여, 상기 제 1 복수의 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 상기 제어신호(Vcntrl)와 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 제 1 전압(Vct1)을 비교하여 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 제 1 구동신호를 생성하며, 상기 제 1 전압(Vct1)과 위상이 180도 차이나는 제 2 전압(Vct2)과 상기 제어신호(Vcntrl)를 비교하여 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 제 2 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 상기 출력 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 제어신호(Vcntrl)를 출력하는 제 1 비교기(2211); 상기 제어신호(Vcntrl) 및 상기 제 1 전압(Vct1)을 비교하여 상기 제 1 구동신호를 생성하는 제 2 비교기(2212); 및 상기 제어신호(Vcntrl) 및 상기 제 2 전압(Vct2)을 비교하여 상기 제 2 구동신호를 생성하는 제 3 비교기(2213)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 상기 제 2 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 제 3 구동신호를 생성하며, 상기 제 1 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 4 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 제 4 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)에 기반하여 상기 제 1 복수의 구동신호 중 일부를 선택하여 상기 제 2 복수의 구동신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)에 기반하여 상기 제 1 구동신호 및 상기 제 2 구동신호 중 하나를 선택하여 상기 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호를 생성하는 제 1 멀티플렉서(2221); 및 상기 위상 제어 신호(Pctrl)에 기반하여 상기 제 1 구동신호 및 상기 제 2 구동신호 중 하나를 선택하여 상기 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 구동신호를 생성하는 제 2 멀티플렉서(2222)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 1 멀티플렉서(2221)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 1 전압 레벨(하이 레벨(H))인 경우, 상기 제 2 구동신호를 선택하여 출력하며, 상기 제 2 멀티플렉서(2222)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 1 전압 레벨(하이 레벨(H))인 경우, 상기 제 1 구동신호를 선택하여 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)에 있어서, 상기 제 1 멀티플렉서(2221)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 2 전압 레벨(로우 레벨(L))인 경우, 상기 제 1 구동신호를 선택하여 출력하며, 상기 제 2 멀티플렉서(2222)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 2 전압 레벨(로우 레벨(L))인 경우, 상기 제 2 구동신호를 선택하여 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로(200)는 병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들 (210); 및 스위칭 제어 회로(220)를 포함하며, 상기 3-레벨 컨버터들(210) 중, 제 1 3-레벨 컨버터는 입력 전압(VIN)과 접지 사이에 직렬 연결된 제 1 복수의 스위칭 소자(QA1, QA2, QA3, QA4) 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor, CF1)를 포함하는 제 1 스위칭 회로(211), 및 제 2 3-레벨 컨버터는 상기 입력 전압(VIN)과 접지 사이에 직렬 연결된 제 2 복수의 스위칭 소자(QB1, QB2, QB3, QB4) 및 제 2 플라잉 커패시터(CF2)를 포함하며, 상기 제 1 스위칭 회로(211)와 병결 연결된 제 2 스위칭 회로(212)를 포함하고, 상기 제 1 스위칭 회로(211) 및 상기 제 2 스위칭 회로(212)로부터 수신된 전압에 기반하여 출력 전압을 출력하는 필터 회로(213)를 포함하며, 상기 스위칭 제어 회로(220)는 상기 제 1 스위칭 회로(211) 및 상기 제 2 스위칭 회로(212)를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로(200)에 있어서, 상기 제 1 스위칭 회로(211)는 상기 입력 전압(VIN)과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위칭 소자(QA1); 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자(QA2); 상기 제 2 노드와 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위칭 소자(QA3); 및 상기 제 3 노드와 접지 사이에 연결된 제 4 스위칭 소자(QA3)를 포함하며, 상기 제 1 플라잉 커패시터(CF1)는 상기 제 1 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로(200)에 있어서, 상기 제 2 스위칭 회로(212)는 상기 입력 전압(VIN)과 제 4 노드 사이에 연결된 제 5 스위칭 소자(QB1); 상기 제 4 노드와 제 2 노드 사이에 연결된 제 6 스위칭 소자(QB2); 상기 제 2 노드와 제 5 노드 사이에 연결된 제 7 스위칭 소자(QB3); 및 상기 제 5 노드와 접지 사이에 연결된 제 8 스위칭 소자(QB4)를 포함하며, 상기 제 2 플라잉 커패시터(CF2)는 상기 제 4 노드와 상기 제 5 노드 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로(200)에 있어서, 상기 스위칭 제어 회로(220)는 제 1 구동신호 생성 회로(221); 제 2 구동신호 생성 회로(222); 및 위상 제어 신호(Pctrl)를 출력하는 위상 제어 신호(Pctrl)를 포함하며, 상기 제 1 구동신호 생성 회로(221)는 상기 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 제어신호(Vcntrl)를 출력하는 제 1 비교기(2211); 상기 제어신호(Vcntrl) 및 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 제 1 전압(Vct1)을 비교하여 상기 제 1 스위칭 소자(QA1)에 입력되는 제 1 구동신호를 생성하는 제 2 비교기(2212); 상기 제 2 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 3 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 제 3 구동신호를 생성하는 제 1 인버터; 상기 제 1 전압(Vct1)과 위상이 180도 차이나는 제 2 전압(Vct2)과 상기 제어신호(Vcntrl)를 비교하여 상기 제 2 스위칭 소자(QA2)에 입력되는 상기 제 2 구동신호를 생성하는 제 3 비교기(2213); 및 상기 제 1 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 4 스위칭 소자(QA3)에 입력되는 제 4 구동신호를 생성하는 제 2 인버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로(200)에 있어서, 상기 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 1 전압 레벨(하이 레벨(H))인 경우, 상기 제 2 구동신호와 동일한 위상을 가지는, 상기 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 제 5 구동신호를 출력하는 제 1 멀티플렉서(2221); 및 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 상기 제 1 전압 레벨(하이 레벨(H))인 경우, 상기 제 1 구동신호와 동일한 위상을 가지는 상기 제 5 구동신호를 출력하는 제 2 멀티플렉서(2222)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 충전 회로(200)에 있어서, 상기 제 2 구동신호 생성 회로(222)는 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 제 2 전압 레벨(로우 레벨(L))인 경우, 상기 제 1 구동신호와 동일한 위상을 가지는, 상기 제 5 스위칭 소자(QB1)에 입력되는 제 5 구동신호를 출력하며 제 1 멀티플렉서(2221); 및 상기 위상 제어 신호(Pctrl)가 상기 제 2 전압 레벨(로우 레벨(L))인 경우, 상기 제 2 구동신호와 동일한 위상을 가지는 상기 제 5 구동신호를 출력하고 제 2 멀티플렉서(2222)를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    배터리;
    충전 회로;를 포함하고,
    상기 충전 회로는 병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들, 스위칭 제어 회로, 인덕터 및 커패시터를 포함하며,
    상기 3-레벨 컨버터들 중, 제 1 3-레벨 컨버터는
    제 1 복수의 스위칭 소자 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 제 1 스위칭 회로, 및
    제2 3-레벨 컨버터는 제 2 복수의 스위칭 소자 및 제 2 플라잉 커패시터를 포함하는 제 2 스위칭 회로를 포함하고,
    상기 스위칭 제어 회로는
    상기 제 1 스위칭 회로의 동작을 제어하는 제 1 복수의 구동신호를 생성하는 제 1 구동신호 생성 회로;
    상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어하는 위상 제어 신호를 생성하는 위상 관리 제어부; 및
    상기 제 1 복수의 구동신호 및 상기 위상 제어 신호에 기반하여 상기 제 2 스위칭 회로를 제어하는 제 2 복수의 구동신호를 생성하는 제 2 구동신호 생성 회로를 포함하는 전자 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 3-레벨 컨버터들은
    입력 전압과 접지 사이에 상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 병렬 연결하고, 상기 입력 전압을 변환한 출력 전압을 출력하는 전자 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 3-레벨 컨버터들은
    상기 역 위상으로 동작을 수행하면,
    상기 제 1 플라잉 커패시터와 상기 제 2 플라잉 커패시터의 전압의 합이 입력 전압과 동일하게 동작하는 전자 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 3-레벨 컨버터들은
    상기 동 위상으로 동작을 수행하면,
    상기 제 1 플라잉 커패시터와 상기 제 2 플라잉 커패시터의 전압이 동일하게 동작하는 전자 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 3-레벨 컨버터들은
    상기 위상 제어 신호가 제 1 전압 레벨이면, 상기 역 위상으로 동작을 수행하고,
    상기 위상 제어 신호가 제 2 전압 레벨이면, 상기 동 위상으로 동작을 수행하는 전자 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    메모리를 더 포함하며,
    상기 메모리는 상기 위상 제어 신호의 듀티 사이클에 관한 정보를 저장하는 전자 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 구동신호 생성 회로는
    상기 3-레벨 컨버터들의 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 제어신호를 생성하고,
    상기 제어신호에 기반하여, 상기 제 1 복수의 구동신호를 생성하는 전자 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 구동신호 생성 회로는
    상기 제어신호와 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 제 1 전압을 비교하여 제 1 스위칭 소자에 입력되는 제 1 구동신호를 생성하며,
    상기 제 1 전압과 위상이 180도 차이나는 제 2 전압과 상기 제어신호를 비교하여 제 2 스위칭 소자에 입력되는 제 2 구동신호를 생성하는 전자 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 구동신호 생성 회로는
    상기 출력 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 제어신호를 출력하는 제 1 비교기;
    상기 제어신호 및 상기 제 1 전압을 비교하여 상기 제 1 구동신호를 생성하는 제 2 비교기; 및
    상기 제어신호 및 상기 제 2 전압을 비교하여 상기 제 2 구동신호를 생성하는 제 3 비교기를 포함하는 전자 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 구동신호 생성 회로는
    상기 제 2 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 3 스위칭 소자에 입력되는 제 3 구동신호를 생성하며,
    상기 제 1 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 4 스위칭 소자에 입력되는 제 4 구동신호를 생성하는 전자 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 구동신호 생성 회로는
    상기 위상 제어 신호에 기반하여 상기 제 1 복수의 구동신호 중 일부를 선택하여 상기 제 2 복수의 구동신호를 생성하는 전자 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 구동신호 생성 회로는
    상기 위상 제어 신호에 기반하여 상기 제 1 구동신호 및 상기 제 2 구동신호 중 하나를 선택하여 상기 제 2 스위칭 소자에 입력되는 구동신호를 생성하는 제 1 멀티플렉서; 및
    상기 위상 제어 신호에 기반하여 상기 제 1 구동신호 및 상기 제 2 구동신호 중 하나를 선택하여 상기 제 2 스위칭 소자에 입력되는 구동신호를 생성하는 제 2 멀티플렉서를 포함하는 전자 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 멀티플렉서는
    상기 위상 제어 신호가 제 1 전압 레벨인 경우, 상기 제 2 구동신호를 선택하여 출력하며,
    상기 제 2 멀티플렉서는
    상기 위상 제어 신호가 제 1 전압 레벨인 경우, 상기 제 1 구동신호를 선택하여 출력하는 전자 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 멀티플렉서는
    상기 위상 제어 신호가 제 2 전압 레벨인 경우, 상기 제 1 구동신호를 선택하여 출력하며,
    상기 제 2 멀티플렉서는
    상기 위상 제어 신호가 제 2 전압 레벨인 경우, 상기 제 2 구동신호를 선택하여 출력하는 전자 장치.
  15. 충전 회로에 있어서,
    병렬로 연결된 2개의 3-레벨 컨버터들; 및
    스위칭 제어 회로를 포함하며,
    상기 3-레벨 컨버터들 중,
    제 1 3-레벨 컨버터는 입력 전압과 접지 사이에 직렬 연결된 제 1 복수의 스위칭 소자 및 제 1 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 제 1 스위칭 회로, 및
    제 2 3-레벨 컨버터는 상기 입력 전압과 접지 사이에 직렬 연결된 제 2 복수의 스위칭 소자 및 제 2 플라잉 커패시터를 포함하며, 상기 제 1 스위칭 회로와 병결 연결된 제 2 스위칭 회로를 포함하고,
    상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로로부터 수신된 전압에 기반하여 출력 전압을 출력하는 필터 회로를 포함하며,
    상기 스위칭 제어 회로는
    상기 제 1 스위칭 회로 및 상기 제 2 스위칭 회로를 제 1 시간 동안 역 위상(out of phase)으로 동작하게 제어하고 제 2 시간 동안 동 위상(in phase)으로 동작하게 제어하는 충전 회로.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 회로는
    상기 입력 전압과 제 1 노드 사이에 연결된 제 1 스위칭 소자;
    상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자;
    상기 제 2 노드와 제 3 노드 사이에 연결된 제 3 스위칭 소자; 및
    상기 제 3 노드와 접지 사이에 연결된 제 4 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제 1 플라잉 커패시터는 상기 제 1 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결되는 충전 회로.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 회로는
    상기 입력 전압과 제 4 노드 사이에 연결된 제 5 스위칭 소자;
    상기 제 4 노드와 제 2 노드 사이에 연결된 제 6 스위칭 소자;
    상기 제 2 노드와 제 5 노드 사이에 연결된 제 7 스위칭 소자; 및
    상기 제 5 노드와 접지 사이에 연결된 제 8 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제 2 플라잉 커패시터는 상기 제 4 노드와 상기 제 5 노드 사이에 연결되는 충전 회로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 회로는
    제 1 구동신호 생성 회로;
    제 2 구동신호 생성 회로; 및
    위상 제어 신호를 출력하는 위상 제어 신호를 포함하며,
    상기 제 1 구동신호 생성 회로는
    상기 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 제어신호를 출력하는 제 1 비교기;
    상기 제어신호 및 일정한 주파수로 스윙하는 삼각파 형태의 제 1 전압을 비교하여 상기 제 1 스위칭 소자에 입력되는 제 1 구동신호를 생성하는 제 2 비교기;
    상기 제 2 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 3 스위칭 소자에 입력되는 제 3 구동신호를 생성하는 제 1 인버터;
    상기 제 1 전압과 위상이 180도 차이나는 제 2 전압과 상기 제어신호를 비교하여 상기 제 2 스위칭 소자에 입력되는 상기 제 2 구동신호를 생성하는 제 3 비교기; 및
    상기 제 1 구동신호를 반전하여 위상이 180도 차이나는 제 4 스위칭 소자에 입력되는 제 4 구동신호를 생성하는 제 2 인버터를 포함하는 충전 회로.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제 2 구동신호 생성 회로는
    상기 위상 제어 신호가 제 1 전압 레벨인 경우, 상기 제 2 구동신호와 동일한 위상을 가지는, 상기 제 5 스위칭 소자에 입력되는 제 5 구동신호를 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및
    상기 위상 제어 신호가 상기 제 1 전압 레벨인 경우, 상기 제 1 구동신호와 동일한 위상을 가지는 상기 제 5 구동신호를 출력하는 제 2 멀티플렉서를 포함하는 충전 회로.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 제 2 구동신호 생성 회로는
    상기 위상 제어 신호가 제 2 전압 레벨인 경우, 상기 제 1 구동신호와 동일한 위상을 가지는, 상기 제 5 스위칭 소자에 입력되는 제 5 구동신호를 출력하며 제 1 멀티플렉서; 및
    상기 위상 제어 신호가 상기 제 2 전압 레벨인 경우, 상기 제 2 구동신호와 동일한 위상을 가지는 상기 제 5 구동신호를 출력하고 제 2 멀티플렉서를 포함하는 충전 회로.
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