KR20230110013A - 입력 전압 미만의 출력 전압을 가지는 전력 신호를 출력하기 위한 전압 변환 회로를 포함하는 전자 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 전자 장치(electronic device)는, 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 및 상기 전압 변환 회로에 포함되고, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터가, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터에 기반하여 충전되는 타이밍을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전할 수 있다.

Description

입력 전압 미만의 출력 전압을 가지는 전력 신호를 출력하기 위한 전압 변환 회로를 포함하는 전자 장치 및 그 방법{ELECTRONIC DEVICE COMPRISING VOLTAGE CONVERTING CIRCUIT FOR OUTPUTTING POWER SIGNAL HAVING OUTPUT VOLTAGE LOWER THAN INPUT VOLTAGE AND METHOD THEREOF}
아래의 설명들은 입력 전압 미만의 출력 전압을 가지는 전력 신호를 출력하기 위한 전압 변환 회로를 포함하는 전자 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 전자 기술의 발전에 따라, 전자 장치에 의해 지원되는 기능들의 개수가 증가하고 있다. 전자 장치에 의해 지원되는 기능들의 개수를 증가시키기 위하여, 전자 장치는 상이한 직류 전압들(distinct direct current voltages)에서 동작하는 상이한 회로들(distinct circuits)을 포함할 수 있다. 전자 장치에 포함된 전원 회로는, 전자 장치로 입력되는 교류 전압으로부터, 상기 상이한 회로들 각각에 의해 상기 상이한 직류 전압들을 제공함과 동시에, 역률과 관련된 법률적 조건을 만족하여야 한다.
전자 장치에 포함된 상이한 회로들 각각에 의해 요구되는 상이한 직류 전압들을, 상대적으로 높은 변환 효율에 기반하여 생성하기 위한 방안이 요구될 수 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예(an embodiment)에 따른, 전자 장치(electronic device)는, 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 및 상기 전압 변환 회로에 포함되고, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터가, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터에 기반하여 충전되는 타이밍을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전할 수 있다.
일 실시예에 따른, 전자 장치의 방법은, 상기 전자 장치의 전원 회로 내에 포함되고, 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로 내에서, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제1 커패시터와 상이한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터의 전압을 식별하는 동작을 포함할 수 있다. 전자 장치의 방법은, 상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지하는 동작을 포함할 수 있다. 전자 장치의 방법은, 상기 제2 커패시터의 전압이 상기 지정된 전압으로 유지되는 동안, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전하는 동작을 포함할 수 있다. 전자 장치의 방법은, 상기 제2 커패시터의 전압이 상기 지정된 전압으로 유지되는 동안, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 전자 장치(electronic device)는, 제1 전압이 인가되는 제1 노드, 접지된 제2 노드, 커패시터, 및 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이에 직렬로 배치되어, 상기 커패시터에 충전되고, 상기 제1 전압 미만인, 제2 전압에 기반하는 전압 변환을 수행하도록 제어되는, 복수의 스위치들을 포함하는 전압 변환 회로, 및 상기 전압 변환 회로의 상기 복수의 스위치들을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 노드에 연결된 일 단을 포함하는 제1 스위치의 타 단, 및 상기 제2 노드에 연결된 일 단을 포함하는 제2 스위치의 타 단 각각에 연결된 단들을 포함하는 상기 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 전압 변환 회로의 상기 제2 전압이 출력되는 제3 노드의 전압에 기반하여, 상기 복수의 스위치들 중에서 상기 제1 스위치의 타 단에 연결된 일 단을 포함하는 제3 스위치, 및 상기 제2 스위치의 타 단에 연결된 일 단을 포함하는 제4 스위치를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는, 전자 장치에 포함된 전원 회로를 이용하여, 단일의 직류 전압으로부터, 전자 장치에 포함된 상이한 회로들 각각에 의해 요구되는 상이한 직류 전압들을 생성할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예(an embodiment)에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2b는, 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로를 설명하기 위한 블록도들이다.
도 3a 내지 도 3d는, 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로의 상태들을 설명하기 위한 예시적인 도면들이다.
도 4a 내지 도 4b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로를 제어하기 위한 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도들이다.
도 5 내지 도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로의 노드들에서의 전압 및 전류를 도시한 그래프들이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전압 변환 회로의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
본 문서의 다양한 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다.
도 1은 일 실시예(an embodiment)에 따른 전자 장치(101)의 블록도이다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)는 영상을 표시할 수 있는 디스플레이 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이 장치는, TV(television), 컴퓨터, 스마트 폰, 태블릿, 휴대용 미디어 플레이어, 웨어러블 디바이스, 비디오 월, 전자액자 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)는 디스플레이를 구비하지 않는 셋탑 박스를 포함하는 영상 처리 장치, 냉장고, 세탁기를 포함하는 생활 가전, 서버, 컴퓨터 본체를 포함하는 정보 처리 장치 등 다양한 종류의 장치로 구현될 수 있다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른, 전자 장치(101)는 전원 회로(110), 및 상기 전원 회로(110)로부터 제공된 전력 신호에 의해 활성화되는 부하(a load)(150)를 포함할 수 있다. 이하에서, 부하가 활성화되었다는 것은, 부하에 포함된 하나 이상의 회로들(예, 도 1의 제1 회로(152), 및/또는 제2 회로(154))이 전력을 수신함에 따라, 상기 부하에 의해 실행되도록 설정된 하나 이상의 기능들이 실행 가능한 상태로 진입함을 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 부하에 포함된 상이한 회로들을 활성화하기 위하여, 전원 회로(110)는 상이한 회로들 각각에 의해 요구되는 직류 전압들을 출력할 수 있다. 상기 직류 전압들은, 직류 전압들 각각을 수신하는 회로의 설계(design)에 종속될 수 있다. 전자 장치(101)에 포함된 하드웨어 컴포넌트의 타입 및/또는 개수는 도 1에 도시된 바에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 장치(101)는 도 1에 도시된 하드웨어 컴포넌트 중 일부만 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른, 전자 장치(101)의 전원 회로(110)는 배전 시스템으로부터 제공되는 전력원(power source)(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전자 장치(101)는 전원 회로(110) 및 전력원(140) 사이를 전기적으로 연결하는 전원 플러그(power plug)를 포함할 수 있다. 상기 전원 플러그를 통해, 전자 장치(101)의 전원 회로(110)는 전력원(140)으로부터 교류 신호(alternate current signal, AC signal)를 수신할 수 있다. 전원 회로(110)가 수신하는 교류 신호는 시간에 따라 변화하는 전압을 가지는 전력 신호(power signal)로써, 예를 들어, 교류 신호의 전압은 지정된 주파수(예, 60 Hz) 및 지정된 진폭(예, 220V 및/또는 110V)을 가지는 정현파를 따라(according to a sinusoidal wave) 변화할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(101)의 전원 회로(110)는, 전력원(140)으로부터 수신된 교류 신호를 이용하여, 일정한 전압(constant voltage)을 가지는 직류 신호(direct current signal, DC signal), 및/또는 상기 교류 신호와 독립적인 주기 및/또는 진폭을 가지는 다른 교류 신호를 출력할 수 있다. 도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 전원 회로(110)는 EMI(electromagnetic interference) 필터(115), 정류 회로(120), 역률 보정 회로 (power-factor correcting circuit)(125), 절연형 변환 회로(130), 또는 전압 변환 회로(135) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원 회로(110)에 포함된 하드웨어 컴포넌트는 도 1의 예시에 제한되지 않으며, 예를 들어, 전원 회로(110)는 낙뢰 보호 회로, 바리스터, 서지 어레스터와 같은 회로를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 전원 회로(110)의 EMI 필터(115)는 전력원(140)의 교류 신호에 포함된 노이즈를 제거하거나, 또는 줄일 수 있다(may reduce). 상기 노이즈는 교류 신호를 생성하는 생산자가 의도한 교류 신호의 주파수 성분과 상이한 다른 주파수 성분에 의해 발생되는 전압 리플을 포함할 수 있다. 예를 들어, EMI 필터(115)에 의해 절감된 노이즈를 가지는 교류 신호가 정류 회로(120)에 제공될 수 있다. 예를 들어, EMI 필터(115)는 라인 필터(line filter)를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 전원 회로(110)의 정류 회로(120)는 전력원(140)의 교류 신호를 정류하여, 정류된 교류 신호(a rectified alternate current signal)를 출력할 수 있다. 교류 신호를 정류하기 위하여, 정류 회로(120)는 하나 이상의 다이오드들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정류 회로(120)는 전력원(140)의 교류 신호에 전파 정류를 수행하는 브리지 다이오드(bridge diode) 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정류 회로(120)는, 전력원(140)의 교류 신호에 대한 전파 정류, 및/또는 반파 정류를 수행할 수 있다. 정류 회로(120)에 포함된 회로는 상기 브리지 다이오드에 제한되지 않으며, 논 브리지(non-bridge) 방식의 회로를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 전원 회로(110)의 역률 보정 회로(125)는, 전원 회로(110)로 제공되는 교류 신호 및/또는 직류 신호의 역률(power factor, PF)을 조정할 수 있다. 역률은, 부하가 소비하는 유효 전력 및 부하에 제공되는 피상 전력 사이의 비율을 의미한다. 예를 들어, 역률 보정 회로(125)는 교류 신호의 무효 전력을 줄임으로써, 상기 역률을 조정할 수 있다. 예를 들어, 역률 보정 회로(125)는 교류 신호의 유효 전력을 증가시켜, 상기 역률을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따른 역률 보정 회로(125)는, 전자 장치(101)가 수신하는 교류 신호의 전압 및 전류의 위상을 동기화하여(by synchronizing), 상기 역률을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따른, 전자 장치(101)의 전원 회로(110)의 절연형 변환 회로(130)는, 절연형 변환 회로(130)에 의해 구분되는 전자 장치(101)의 회로의 부분들을 전기적으로 절연할 수 있다(may electronically insulates). 예를 들어, 역률 보정 회로(125)에 연결된 절연형 변환 회로(130)의 일 포트, 및 전압 변환 회로(135)에 연결된 절연형 변환 회로(130)의 다른 포트는 전기적으로 절연될 수 있다. 전자 장치(101)의 회로의 부분들을 전기적으로 절연하기 위하여, 절연형 변환 회로(130)는 전자기장에 기반하여 전기 에너지를 송신하기 위한 트랜스포머를 포함할 수 있다. 절연형 변환 회로(130)는, 상기 다른 포트에 직류 전압을 인가하기 위한 커패시터(예, 벌크 커패시터)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 전자 장치(101)의 전원 회로(110)의 전압 변환 회로(135)는, 전자 장치(101)에 포함되고, 전원 회로(110)에 연결된 부하(150)로, 전력 신호를 출력할 수 있다. 전자 장치(101)가 제1 회로(152) 및 제2 회로(154)와 같이 복수의 부하들을 포함하는 일 실시예에서, 전자 장치(101)에 포함된 전압 변환 회로(135)의 개수는, 복수의 부하들에 의해 요구되는(required by) 복수의 전력 신호들을 동시에 공급하기 위하여, 상기 복수의 전력 신호들이 가지는 상이한 직류 전압들의 개수와 일치할 수 있다. 이하에서, 전원 회로(110)의 다중 출력은, 전원 회로(110)가 상이한 직류 전압들을 가지는 복수의 전력 신호들을 동시에 출력하는 것을 의미할 수 있다.
일 실시예에 따른, 전원 회로(110)의 전압 변환 회로(135)는, 직류 전압들 사이의 전압 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로(135)는 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로(135)에 포함된 복수의 회로 요소들이, 벅-변환기(buck-converter)에 기반하여 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 전압 변환 회로(135)는 절연형 변환 회로(130)로부터 출력되는 제1 직류 전압으로부터, 상기 제1 직류 전압 미만의 제2 직류 전압을 출력할 수 있다. 전압 변환 회로(135)는, 벅-변환기에 기반하여 배치된 복수의 회로 요소들을 이용하여, 상기 제1 직류 전압의 절반과 독립적인 상기 제2 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 전원 회로(110)가 다중 출력을 지원하기 위하여 전압 변환 회로(135)를 복수 개 포함하는 일 실시예에서, 절연형 변환 회로(130)로부터 상기 제1 직류 전압을 수신하는 복수의 전압 변환 회로들 각각에서, 제1 회로(152) 및 제2 회로(154)와 같이 전원 회로(110)에 연결된 상이한 부하들의 구동을 위해 요구되는 상이한 직류 전압들이 출력될 수 있다. 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)는, 본 문서의 도면들을 참고하여 후술된다.
일 실시예에 따른, 전자 장치(101)의 부하(150)는, 전자 장치(101)에 의해 지원되는 상이한 기능들을 수행하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하(150)의 제1 회로(152)는 전자 장치(101)의 디스플레이 패널(미도시)을 구동하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 디스플레이 패널을 이용하여, 전자 장치(101)는 사용자에게 시각화된 정보를 출력할 수 있다. 디스플레이 패널은 FPD(Flat Panel Display)를 포함할 수 있다. 상기 FPD는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및/또는 하나 이상의 LED(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 LED는 OLED(Organic LED)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 디스플레이 패널은 전자 종이(electronic paper)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전압 변환 회로(135)에 의해 변환된 전압을 가지는 전력 신호가 부하(150)로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 회로(152)는 디스플레이 패널에서의 영상의 출력을 위한 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 컨트롤러(timing controller)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 회로(152)는 디스플레이 패널에 포함된 하나 이상의 LED들을 구동하기 위한 LED 구동 회로를 포함할 수 있다. 상기 LED는 디스플레이 패널의 백 라이트 및/또는 픽셀에 포함될 수 있다. LED 구동 회로는, 디스플레이 패널에 포함된 하나 이상의 LED들의 밝기를 조절하기 위하여, 하나 이상의 LED들에 제공될 전력 신호의 전압을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 회로(152)는 디스플레이 패널에 포함된 하나 이상의 LED들의 밝기를 제어할 수 있다.
예를 들어, 부하(150)의 제2 회로(154)는 상기 예시된 제1 회로(152)의 기능(예, LED에 제공될 전력 신호의 전압을 조절하는 기능)과 구별되는 다른 기능을 수행할 수 있다. 제2 회로(154)는 전자 장치(101)의 하나 이상의 기능들을 실행하기 위한 프로세서 및/또는 메모리를 포함할 수 있다. 제2 회로(154)는 제1 회로(152)에 의하여 디스플레이 패널에 표시될 영상을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 제2 회로(154)는 상기 생성된 신호를, 제1 회로(152)로 송신할 수 있다. 제1 회로(152)는 제2 회로(154)로부터 송신된 신호에 기반하여, 디스플레이 패널을 제어할 수 있다. 제1 회로(152)가 디스플레이 패널을 제어함에 따라, 제2 회로(154)에서 생성된 신호에 대응하는 영상이 디스플레이 패널 상에 표시될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 회로(154)는 사용자 입력을 획득하기 위한 하나 이상의 스위치들과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 하나 이상의 스위치들은 전자 장치(101)의 하우징을 통해 적어도 일부 노출될 수 있다(may be exposed outside at least partially). 일 실시예에서, 제2 회로(154)는 리모컨(remote control)과 같이 사용자 입력을 획득하기 위한 외부 전자 장치와 통신하기 위한 통신 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는, 제2 회로(154)를 이용하여 상기 하나 이상의 스위치들 및/또는 상기 리모컨과 관련된 사용자 입력을 식별할 수 있다. 상기 통신 회로는 적외선 통신, 블루투스 및/또는 Wi-Fi와 같은 무선 통신 프로토콜에 기반하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 제2 회로(154)는 하나 이상의 기능들을 실행하기 위한 칩셋, 프로세서, 메모리, 전자부품 또는 배선 중 적어도 하나를 포함하는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 회로(154)는 SoC(System-on-Chip)의 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 회로(152)는, 제2 회로(154)로부터 수신된 신호에 기반하여, 디스플레이 패널에 포함된 하나 이상의 픽셀들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널은 2차원 매트릭스 형태로 정렬된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 예시에서, 제1 회로(152)는 상기 신호에 기반하여, 복수의 픽셀들 중에서 대응하는 행 또는 열에 포함된 적어도 하나의 픽셀을 제어할 수 있다. 제1 회로(152)가 적어도 하나 픽셀들을 제어하는 것은, 적어도 하나 픽셀의 휘도, 밝기 및/또는 색상을 조절하는 동작을 포함할 수 있다.
전자 장치(101)가 제1 회로(152) 및 제2 회로(154)와 같은 부하들을 포함하는 일 실시예에서, 제1 회로(152) 및 제2 회로(154) 각각은 상이한 직류 전압들을 요구하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에 따른, 전자 장치(101)의 전원 회로(110)는, 제1 회로(152) 및 제2 회로(154) 각각에 대응하는 전압 변환 회로들(예, 도 1의 전압 변환 회로(135))을 이용하여, 제1 회로(152) 및 제2 회로(154) 각각에 의해 요구되는 상이한 직류 전압들을 가지는 전력 신호들을 획득할 수 있다. 획득된 전력 신호들은, 제1 회로(152) 및 제2 회로(154) 중에서 대응하는 회로로 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 회로(152) 및 제2 회로(154) 각각에 대응하는 전압 변환 회로들 전부는 벅-변환기에 기반하는 기반하는 구조를 가지면서, 절연형 변환 회로(130)로부터 출력되는 특정 직류 전압으로부터, 상이한 직류 전압들을 가지는 전력 신호들을 출력할 수 있다.
이하에서는 도 2a 내지 도 2b를 참고하여, 일 실시예에 따른, 전자 장치(101)의 전원 회로(110)에 포함된 전압 변환 회로(135)의 구조가 설명된다.
도 2a 내지 도 2b는, 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로(135)를 설명하기 위한 블록도들이다. 도 2a 내지 도 2b의 전자 장치는 도 1의 전자 장치(101)의 일 예일 수 있다. 도 2a 내지 도 2b의 전압 변환 회로(135)는 도 1의 전압 변환 회로(135)의 일 예일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)는 벅-변환기, 특히, 3-레벨 벅 변환기에 기반하는 구조를 가질 수 있다.
도 2a를 참고하면, 전압 변환 회로(135)는 직류 전압인 제1 전압을 수신하기 위한 제1 노드(135-1)를 포함할 수 있다. 전압 변환 회로(135)는 상기 제1 전압 미만의 제2 전압을 출력하기 위한 제2 노드(135-2)를 포함할 수 있다. 전압 변환 회로(135)는 접지 노드(135-3)를 포함할 수 있다. 부하(150)(예, 도 1의 제1 회로(152), 및/또는 제2 회로(154))가 제2 노드(135-2)에 됨에 따라, 전압 변환 회로(135)는 부하(150)로 상기 제2 전압을 가지는 전력 신호를 출력할 수 있다. 상기 제2 전압은 전압 변환 회로(135)에 대응하는 부하(150)의 활성화를 위해 요구되는 직류 전압일 수 있다.
일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)는 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220)을 포함할 수 있다. 전압 변환 회로(135)는 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220)을 제어하기 위한 컨트롤러(210)를 포함할 수 있다. 도 2a를 참고하면, 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220)은, 제1 노드(135-1) 및 접지 노드(135-3) 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 전압 변환 회로(135)는 직렬로 연결된 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220) 중 하나 이상의 스위치들과 병렬로 연결된 커패시터(225)를 포함할 수 있다. 이하에서, 커패시터(225)는 플라잉 커패시터로 참조될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 전압 변환 회로(135)의 스위치(205)는 제1 노드(135-1)에 연결된 일 단, 및 커패시터(225)의 일 단에 연결된 타 단을 포함할 수 있다. 스위치(205)는, 제어 신호(QHSA)에 기반하여, 제1 노드(135-1) 및 커패시터(225)를 전기적으로 연결하거나, 또는 전기적으로 절연할 수 있다. 이하에서, 스위치(205)는 제1 스위치로 참조될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 전압 변환 회로(135)의 스위치(210)는 커패시터(225)의 타 단에 연결된 일 단, 및 접지 노드(135-3)에 연결된 타 단을 포함할 수 있다. 스위치(210)는, 제어 신호(QLSA)에 기반하여, 커패시터(225) 및 접지 노드(135-3)를 전기적으로 연결하거나, 또는 전기적으로 절연할 수 있다. 이하에서, 스위치(210)는 제2 스위치로 참조될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 전압 변환 회로(135)의 스위치(215)는 커패시터(225)의 일 단에 연결된 일 단, 및 제3 노드(246)에 연결된 타 단을 포함할 수 있다. 스위치(215)는, 제어 신호(QHSB)기반하여, 커패시터(225)의 일 단 및 제3 노드(246)를 전기적으로 연결하거나, 또는 전기적으로 절연할 수 있다. 도 2a를 참고하면, 스위치들(205, 215)이 커패시터(225)의 일 단에 대응하는 제4 노드(242)에 연결됨에 따라, 커패시터(225)의 일 단에, 제1 노드(135-1) 또는 제3 노드(246) 중 적어도 하나의 전압이 인가될 수 있다. 이하에서, 스위치(215)는 제3 스위치로 참조될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 전압 변환 회로(135)의 스위치(220)는 제3 노드(246)에 연결된 일 단, 및 커패시터(225)의 일 단에 연결된 타 단을 포함할 수 있다. 스위치(220)는, 제어 신호(QLSB)기반하여, 커패시터(225)의 타 단 및 제3 노드(246)를 전기적으로 연결하거나, 또는 전기적으로 절연할 수 있다. 도 2a를 참고하면, 스위치들(210, 220)이 커패시터(225)의 타 단에 대응하는 제5 노드(244)에 연결됨에 따라, 커패시터(225)의 타 단에, 제3 노드(246), 또는 접지 노드(135-3) 중 적어도 하나의 전압이 인가될 수 있다. 이하에서, 스위치(220)는 제4 스위치로 참조될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 전압 변환 회로(135)는, 제2 노드(135-2)에 연결된 일 단, 및 제3 노드(246)에 연결된 타 단을 포함하는 인덕터(235)를 포함할 수 있다. 전압 변환 회로(135)는 제2 노드(135-2)에 연결된 일 단, 및 접지 노드(135-3)에 연결된 타 단을 포함하는 커패시터(230)를 포함할 수 있다. 커패시터(230)는, 제2 노드(135-2)의 전압을, 직류 전압으로 유지하기 위하여, 제2 노드(135-2)에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)는, 커패시터들(225, 230)이 충전되는 타이밍을 조절하기 위한 컨트롤러(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(230)가, 제1 노드(135-1)를 통해 입력되는 전력 신호에 의해 충전되는, 커패시터(225)에 의해 충전되는 타이밍이, 컨트롤러(210)에 의해 조절될 수 있다. 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)는 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220) 각각으로 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 송신하는 컨트롤러(210)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(210)는 커패시터(225)의 양 단들 사이의 전압(예, 제4 노드(242), 및 제5 노드(244)의 전위차)에 기반하여, 스위치들(205, 210)로 제어 신호들(QHSA, QLSA)을 출력할 수 있다. 도 2a를 참고하면, 컨트롤러(210)는 커패시터(225)의 전압에 따른 제어 신호(QHSA)를 이용하여 스위치(205)를 제어하여, 커패시터(225)의 일 단(예, 제4 노드(242))을 제1 노드(135-1)에 연결할 수 있다. 컨트롤러(210)는 커패시터(225)의 전압에 따른 제어 신호(QLSA)를 이용하여 스위치(210)를 제어하여, 커패시터(225)의 타 단(예, 제5 노드(244))을 접지 노드(135-3)에 연결할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(210)는 제2 노드(135-2)의 전압에 기반하여, 스위치들(215, 220)로 제어 신호들(QHSB, QLSB)를 출력할 수 있다. 도 2a를 참고하면, 컨트롤러(210)는 제2 노드(135-2)의 전압에 따른 제어 신호(QHSB)를 이용하여 스위치(215)를 제어하여, 커패시터(225)의 일 단(예, 제4 노드(242))을 제3 노드(246)에 연결할 수 있다. 컨트롤러(210)는 제2 노드(135-2)의 전압에 따른 제어 신호(QLSB)를 이용하여 스위치(220)를 제어하여, 커패시터(225)의 타 단(예, 제5 노드(244))을 제3 노드(246)에 연결할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220)을, 스위치들(205, 210)의 제1 그룹, 및 스위치들(215, 220)의 제2 그룹으로 구별하는 경우, 컨트롤러(210)는 상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹을 독립적으로 제어할 수 있다. 이하에서, 제1 그룹은 스위치들(205, 210)의 그룹을, 제2 그룹은 스위치들(215, 220)의 그룹을 나타낼 수 있다.
도 2a를 참고하면, 컨트롤러(210)는, 커패시터(225)의 양 단들 사이의 전압을 식별하기 위하여, 단들(210-1, 210-2)을 통해 제4 노드(242), 및 제5 노드(244) 각각에 연결될 수 있다. 컨트롤러(210)는 제2 노드(135-2)의 전압을 식별하기 위하여, 단(210-3)을 통해 제2 노드(135-2)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(210)는 단들(210-4, 210-5, 210-6, 210-7) 각각을 통해, 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따른, 컨트롤러(210)의 구조는 도 4a 내지 도 4b를 참고하여 후술된다.
일 실시예에 따른, 컨트롤러(210)는 제어 신호들(QHSA, QLSA)을 이용하여, 제1 그룹의 스위치들(205, 210)을 180 도의 위상 차이에 기반하여 교번하여(alternately) 활성화할 수 있다. 예를 들어, 스위치(205)가 활성화되는 시간 구간 및 스위치(210)가 활성화되는 다른 시간 구간은, 시간 영역 내에서(in a time domain) 서로 중첩되지 않을 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(210)는 제어 신호들(QHSB, QLSB)를 이용하여, 제2 그룹의 스위치들(215, 220)을 180 도의 위상 차이에 기반하여 교번하여 활성화할 수 있다. 예를 들어, 스위치(215)가 활성화되는 시간 구간 및 스위치(220)가 활성화되는 다른 시간 구간은, 시간 영역 내에서 이격되거나, 및/또는 교대로(in relay) 발생할 수 있다.
일 실시예에 따른, 컨트롤러(210)는 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 이용하여, 커패시터(225)의 전압을, 지정된 범위 내에서 유지할 수 있다. 일 실시예에 따른, 컨트롤러(210)는 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 이용하여, 인덕터(235)의 전류를, 지정된 범위 내에서 유지할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(225)는, 스위치(205)에 의해 제1 노드(135-1) 및 제4 노드(242)가 전기적으로 연결되는 동안, 제1 노드(135-1)의 전압에 의해 충전될 수 있다. 제1 노드(135-1) 및 제4 노드(242)가 연결되는 시간이 길수록, 커패시터(225)에 충전되는 전하량이 증가될 수 있다.
예를 들어, 커패시터(225)는, 스위치(215)에 의해 제3 노드(246) 및 제4 노드(242)가 전기적으로 연결되는 동안, 방전될 수 있다. 커패시터(225)의 방전은, 인덕터(235)에 흐르는 전류를 증가시키고, 커패시터(230)에 충전되는 전햐량의 증가를 야기할 수 있다. 예를 들어, 제3 노드(246) 및 제4 노드(242)가 연결되는 시간이 길수록, 커패시터(230)에 충전되는 전하량이 증가됨에 따라, 제2 노드(135-2)의 전압이 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(210)는 커패시터(225)의 전압을, 제1 노드(135-1)의 전압 미만의 지정된 전압으로 유지할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(225)의 충전 및 방전을 제어하여, 컨트롤러(210)는 커패시터(225)의 전압을, 제1 노드(135-1)의 전압의 절반으로 유지할 수 있다. 예를 들어, 스위치(205)에 의해 제1 노드(135-1) 및 제4 노드(242)가 연결되는 제1 시간 구간의 길이, 및 스위치(215)에 의해 제3 노드(246) 및 제4 노드(242)가 연결되는 제2 시간 구간의 길이를 일치시켜, 컨트롤러(210)는 커패시터(225)의 전압을, 제1 노드(135-1)의 전압의 절반으로 유지할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 도 2a의 전압 변환 회로(135)의 예시적인 회로가 도시된다. 도 1에서 상술한 바와 같이, 전압 변환 회로(135)는 제1 노드(135-1)를 통해 직류 전압(예, VIN)을 수신할 수 있다. 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220) 각각은 P-채널 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)과 같은 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 경우, 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러(210)는, 트랜지스터의 게이트의 문턱 전압에 의해 구별되는, 지정된 전압들 사이에서 스위칭되는 전압을 가지는, 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 출력할 수 있다. P-채널 MOSFET에 기반하는 일 예가 도시되었으나, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 스위치들(205, 210, 215, 220)은 N-채널 MOSFET, MISFET(metal-insulator-semiconductor FET), 및/또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로(135)가 제2 노드(135-2)를 통해 출력하는 제2 전압(예, Vo)은, 제1 노드(135-1)를 통해 수신하는 제1 전압의 미만의 전압으로써, 예를 들어, 제1 전압의 절반일 수 있다(Vo = VIN/2). 일 실시예에서, 전압 변환 회로(135)는 컨트롤러(210)를 이용하여 인덕터(235)를, 제1 노드(135-1)에 연결하거나, 또는 접지 노드(135-3)에 연결하여, 제2 전압을 제1 전압의 절반과 상이한 다른 전압으로 유지할 수 있다. 제2 전압을, 제1 전압 미만이고, 제1 전압의 절반과 상이한 상기 다른 전압으로 유지함에 따라, 전압 변환 회로(135)는, 벅-변환기의 변환 효율을 만족하면서, 제1 전압의 절반인 직류 전압을 출력하는 벅-변환기의 제약을 극복할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러(210)가 전압을 이용함에 따라, 전류 모드에 기반하는 제어 방식(예, 피크 전류 모드 제어 방식(peak current mode control method), 및/또는 리딩 엣지 전류 제어 방식(leading edge current control method)) 보다 노이즈에 강건한 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 출력할 수 있다. 이하에서는, 도 3a 내지 도 3d를 참고하여, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러(210)에 의해 조절되는 전압 변환 회로(135)의 상태들이 설명된다.
도 3a 내지 도 3d는, 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로(135)의 상태들(310, 320, 330, 340)을 설명하기 위한 예시적인 도면들이다. 도 3a 내지 도 3d의 전자 장치는 도 1의 전자 장치(101)의 일 예일 수 있다. 도 3a 내지 도 3b의 전압 변환 회로(135)는 도 1, 및/또는 도 2a 내지 도 2b의 전압 변환 회로(135)의 일 예일 수 있다.
도 3a를 참고하면, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)의 커패시터(225)를 충전하기 위한 상태(310)에서의 스위치들(205, 210, 215, 220)의 상태들이 도시된다. 상태(310)에서, 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러(예, 도 2a 내지 도 2b의 컨트롤러(210))는 제어 신호들(QHSA, QLSB)의 전압을 지정된 임계치(예, 트랜지스터의 게이트의 문턱 전압)를 초과하는 전압으로 변경하여, 제1 그룹 내에서 스위치(205)를 활성화하고, 제2 그룹 내에서 스위치(220)를 활성화할 수 있다.
도 3a의 상태(310)에서, 스위치들(205, 220)이 활성화됨에 따라, 커패시터(225), 인덕터(235) 및 커패시터(230)가, 제1 노드(135-1) 및 접지 노드(135-3) 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 커패시터(225)는, 제1 노드(135-1)에 인가되는 전압에 의해 충전될 수 있다. 상태(310)에서, 커패시터(225)의 전압은 점진적으로 증가될 수 있다.
도 3b를 참고하면, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)의 커패시터(225)에 충전된 전하에 기반하여 인덕터(235)를 충전하기 위한 상태(320)에서의 스위치들(205, 210, 215, 220)의 상태들이 도시된다. 상태(310)에서, 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러는 제어 신호들(QHSB, QLSA)의 전압을 지정된 임계치를 초과하는 전압으로 변경하여, 제1 그룹 내에서 스위치(210)를 활성화하고, 제2 그룹 내에서 스위치(215)를 활성화할 수 있다.
도 3b의 상태(320)에서, 스위치들(215, 220)이 활성화됨에 따라, 커패시터(225)의 전압이 제3 노드(246)에 인가될 수 있다. 전압 변환 회로(135)의 상태가 상태(310) 이후 상태(320)로 스위칭되는 경우, 상태(310)에서 제1 노드(135-1)의 전압에 의해 충전된 커패시터(225)가, 인덕터(235), 및/또는 커패시터(230)를 향하여 전기 에너지를 제공할 수 있다. 커패시터(225)로부터 제공된 전기 에너지는 인덕터(235)에 저장될 수 있다. 인덕터(235)에 흐르는 전류의 크기는, 상기 전기 에너지의 저장에 의해, 상태(320)에서 점진적으로 증가될 수 있다. 인덕터(235)에 저장된 전기 에너지는, 커패시터(230)의 충전에 이용되어, 커패시터(230)에 의한 제2 노드(135-2)에서의 직류 전압의 발생을 야기할 수 있다.
예를 들어, 전압 변환 회로(135)가 상태(310)에서 동작하는 제1 시간 구간의 길이, 및 상태(320)에서 동작하는 제2 시간 구간의 길이가 서로 일치하는 경우, 커패시터(225)의 전압, 및 인덕터(235)의 전류가 대응하는 범위 내에서 변화할 수 있다. 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)는, 상태들(310, 320)과 구별되는 다른 상태들(330, 340) 중 적어도 하나로 진입하여, 제2 노드(135-2)를 통해 출력되는 직류 전압의 크기를, 제1 노드(135-1)에 인가되는 직류 전압의 절반과 상이한 크기에서 유지할 수 있다.
도 3c를 참고하면, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)의 인덕터(235)가 제1 노드(135-1)를 통해 입력되는 전력 신호에 의해 직접적으로 충전되는 상태(330)에서의 스위치들(205, 210, 215, 220)의 상태들이 도시된다. 상태(330)에서, 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러는 제어 신호들(QHSA, QHSB)의 전압을 지정된 임계치를 초과하는 전압으로 변경하여, 제1 그룹의 스위치(205)를 활성화함과 동시에, 제2 그룹의 스위치(215)를 활성화할 수 있다.
도 3c의 상태(330)에서, 스위치들(205, 215)이 활성화됨에 따라, 인덕터(235)는, 제1 노드(135-1)를 통해 수신되고, 직류 전압(예, 도 2b의 VIN)을 가지는, 전력 신호를 수신할 수 있다. 인덕터(235)가 제1 노드(135-1)를 통해 수신되는 전력 신호를 직접적으로 수신함에 따라, 인덕터(235)는 커패시터(225)에 저장된 전기 에너지보다 상대적으로 큰 전기 에너지를 저장할 수 있다. 인덕터(235)가 상대적으로 큰 전기 에너지를 저장함에 따라, 인덕터(235)에 저장된 전기 에너지에 의해 충전되는 커패시터(230)는 상대적으로 큰 전압을, 제2 노드(135-2)를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 상태(330)에 기반하여, 커패시터(230)는 커패시터(225)에 충전된 전력과 독립적으로, 제1 노드(135-1)를 통해 수신된 전력 신호에 의하여 충전될 수 있다.
예를 들어, 전압 변환 회로(135)가 제1 노드(135-1)에 인가되는 제1 전압의 절반을 초과하는 제2 전압을 출력하도록 설계되는 경우(예, 도 2b에서, VIN/2 < Vo < VIN), 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러는 상태들(310, 320, 330)에 기반하여, 스위치들(205, 210, 215, 220)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로(135)는 상태들(310, 330, 320, 330)의 주기적인 시퀀스에 기반하여 스위치들(205, 210, 215, 220)을 반복적으로 제어할 수 있다. 상기 예시에서의 전압 변환 회로(135)의 각 노드들의 전압, 및/또는 전류의 변화는, 도 6을 참고하여 후술된다.
도 3d를 참고하면, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로(135)의 인덕터(235)가 접지 노드(135-3)에 직접적으로 연결되는 상태(340)에서의 스위치들(205, 210, 215, 220)의 상태들이 도시된다. 상태(340)에서, 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러는 제어 신호들(QLSA, QLSB)의 전압을 지정된 임계치를 초과하는 전압으로 변경하여, 제1 그룹의 스위치(210)를 활성화함과 동시에, 제2 그룹의 스위치(220)를 활성화할 수 있다. 상태(340)에서, 인덕터(235)가 접지 노드(135-3)에 직접적으로 연결됨에 따라, 인덕터(235)에 충전된 전기 에너지가 접지 노드(135-3)를 통해 방전될 수 있다. 상기 전기 에너지의 방전에 의해, 인덕터(235)에 흐르는 전류의 크기가 상태(340)에서 점진적으로 줄어들 수 있다. 인덕터(235)의 전기 에너지가 접지 노드(135-3)를 통해 방전됨에 따라, 인덕터(235)에 저장된 전기 에너지에 의해 충전되는 커패시터(230)는 상대적으로 적은 전압을, 제2 노드(135-2)를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 상태(340)에 기반하여, 커패시터(230)가 제2 노드(135-2)를 통해 부하(150)로 전력 신호를 제공하기 위한 전기적인 경로와 상이한 전기적인 경로(예, 커패시터(230)로부터, 인덕터(235), 및 스위치들(210, 220)에 의해 접지 노드(135-3) 까지의 경로)를 통해 방전될 수 있다.
예를 들어, 전압 변환 회로(135)가 제1 노드(135-1)에 인가되는 제1 전압의 절반 미만의 제2 전압을 출력하도록 설계되는 경우(예, 도 2b에서, 0 < Vo < VIN/2), 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러는 상태들(310, 320, 340)에 기반하여, 스위치들(205, 210, 215, 220)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로(135)는 상태들(310, 340, 320, 340)의 주기적인 시퀀스에 기반하여 스위치들(205, 210, 215, 220)을 반복적으로 제어할 수 있다. 상기 예시에서의 전압 변환 회로(135)의 각 노드들의 전압, 및/또는 전류의 변화는, 도 5를 참고하여 후술된다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로(135)는, 커패시터(225) 및 인덕터(235) 사이의 전기 에너지의 교환에 기반하여 제2 노드(135-2)의 전압을 조절하는 상태들(310, 320)과 함께, 제1 노드(135-1)에 인가되는 직류 전압, 또는 접지 노드(135-3)에 기반하여 인덕터(235)에 저장된 전기 에너지를 조절하는 상태들(330, 340) 중 적어도 하나를 이용하여, 제1 노드(135-1)에 인가되는 직류 전압의 절반과 상이한 다른 크기의 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로(135)는 벅-변환기의 구조에 기반하여 상대적으로 높은 변환 효율을 가지면서, 출력되는 직류 전압의 크기가 전압 변환 회로(135)로 입력되는 직류 전압의 크기(예, 제1 노드(135-1)에 인가되는 직류 전압의 크기)에 종속되는 제약을 극복할 수 있다.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4d를 참고하여, 상태들(310, 320, 330, 340) 사이를 스위칭하기 위한 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 생성하기 위한 전압 변환 회로(135)의 컨트롤러의 구조가 설명된다.
도 4a 내지 도 4b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로를 제어하기 위한 컨트롤러(210)를 설명하기 위한 블록도들이다. 도 4a 내지 도 4d의 전자 장치는 도 1의 전자 장치(101)의 일 예일 수 있다. 도 4a 내지 도 4d의 전압 변환 회로는 도 1, 및/또는 도 2a 내지 도 2b의 전압 변환 회로(135)의 일 예일 수 있다. 도 4a 내지 도 4d의 컨트롤러(210)는 도 2a 내지 도 2b의 컨트롤러(210)의 일 예일 수 있다.
도 4a를 참고하면, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러(210)는 플라잉 커패시터(예, 도 2a 내지 도 2b의 커패시터(225))의 전압으로부터, MCU(microcontroller unit)(410)에 입력될 참조 전압(VFly_ero)을 생성하기 위한 회로들(420, 430)을 포함할 수 있다. 회로(420)는 증폭기(425)에 기반하여, 단들(210-1, 210-2)에 인가되는 플라잉 커패시터 양 단들(예, 도 2a의 제4 노드(242) 및 제5 노드(244))의 전압을 탐지할 수 있다. 증폭기(425)의 출력 노드로부터, 단들(210-1, 210-2) 사이의 전위차가 출력될 수 있다. 회로(430)는 회로(420)에 포함된 증폭기(425)의 출력 노드로부터 출력되는 전위차(예, 플라잉 커패시터의 전압)에 기반하여, MCU(410)의 단(410-1)에 입력될 참조 전압(VFly_ero)을 생성할 수 있다. 회로(430)는 증폭기(435)를 이용하여, 증폭기(425)의 출력 노드로부터 출력되는 플라잉 커패시터의 전압, 및 제1 노드(135-1)의 전압, 즉, 전압 변환 회로로 입력되는 전력 신호의 전압에 기반하여, 참조 전압(VFly_ero)을 출력할 수 있다. 컨트롤러(210)는, 플라잉 커패시터의 전압을 제1 노드(135-1)의 전압의 절반으로 유지하기 위하여, 회로(430)에서, 참조 전압(VFly_ero)을 제1 노드(135-1)의 전압에 기반하여 생성할 수 있다. 회로들(420, 430)은, 플라잉 커패시터의 전압, 및/또는 제1 노드(135-1)의 전압에 포함된 노이즈(예, 리플 전압)에 의한 참조 전압(VFly_ero)의 변화를 보상하기 위한 RC 필터를 더 포함할 수 있다.
도 4a를 참고하면, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러(210)는, 전압 변환 회로로부터 출력되는 전압(예, 도 2a의 제2 노드(135-2)의 전압)으로부터, MCU(410)에 입력될 참조 전압(VO_ero)을 생성하기 위한 회로(440)를 포함할 수 있다. 회로(440)는 증폭기(445)를 이용하여, 단(210-3)에 인가되는 전압(예, 도 2a의 제2 노드(135-2)의 전압), 및 참조 전압(Vref)에 기반하는 참조 전압(VO_ero)을 출력할 수 있다. 참조 전압(Vref)은, MCU(410)의 단(410-2)에 입력될 참조 전압(VO_ero)의 크기를 조절하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 참조 전압(Vref)의 크기는, 전압 변환 회로로부터 출력되는 전압을, 전압 변환 회로로 입력되는 전압 미만의 특정 전압으로 유지하기 위하여, 상기 특정 전압에 대응할 수 있다. 회로(440)는 단(210-3)의 전압에 포함된 노이즈(예, 리플 전압)에 의한 참조 전압(VO_ero)의 변화를 보상하기 위한 RC 필터를 더 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2b에서 상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러(210)는, 전압 변환 회로에 포함된 스위치들의 제1 그룹 및 제2 그룹 각각을, 플라잉 커패시터의 전압, 및 전압 변환 회로로부터 출력되는 전압들 각각에 기반하여, 독립적으로 제어할 수 있다. 도 4b를 참고하면, 플라잉 커패시터의 전압에 기반하여 생성된 참조 전압(VFly_ero) 및 전압 변환 회로로부터 출력되는 전압에 기반하여 생성된 참조 전압(VO_ero)을 수신하는 MCU(410)의 구조가 도시된다. MCU(410)는, 180 도의 위상 차이를 가지는 삼각파(triangular wave)를 따라 변화하는 참조 전압들을 생성하는 오실레이터들(413, 418)을 포함할 수 있다.
도 4b를 참고하면, MCU(410)는 단(410-1)에 인가되는 참조 전압(VFly_ero) 및 오실레이터(413)의 삼각파에 기반하여, 단들(210-4, 210-5) 각각으로 제어 신호들(QHSA, QLSA)을 출력하는 증폭기들(411, 412)을 포함할 수 있다. 단들(210-4, 2105)에서 출력되는 제어 신호들(QHSA, QLSA) 사이의 위상 차이를 180 도로 만들기 위하여, MCU(410)는 전압원(414)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, MCU(410)로부터 출력되는 제어 신호들(QHSA, QLSA)은 단(410-1)에 인가되는 참조 전압(VFly_ero), 예를 들어, 플라잉 커패시터의 전압과 관련될 수 있다.
일 실시예에서, MCU(410)는, 참조 전압(VFly_ero)이 오실레이터(413)로부터 출력되는 삼각파의 전압 미만인 상태에서, 단(210-5)을 통해 출력되는 제어 신호(QLSA)를 이용하여 제2 스위치(예, 도 2a의 스위치(210))를 활성화하고, 단(210-4)을 통해 출력되는 제어 신호(QHSA)를 이용하여 제1 스위치(예, 도 2a의 스위치(205))를 비활성화할 수 있다. MCU(410)는, 참조 전압(VFly_ero)이 오실레이터(413)로부터 출력되는 삼각파의 전압을 초과하는 상태에서, 단(210-5)을 통해 출력되는 제어 신호(QLSA)를 이용하여 상기 제2 스위치를 비활성화하고, 단(210-4)을 통해 출력되는 제어 신호(QHSA)를 이용하여 상기 제1 스위치를 활성화할 수 있다.
도 4b를 참고하면, MCU(410)는 단(410-2)에 인가되는 참조 전압(VO_ero) 및 오실레이터(413) 대비 180 도의 위상 차이를 가지는 오실레이터(418)의 삼각파에 기반하여, 단들(210-6, 210-7) 각각으로 제어 신호들(QHSB, QLSB)을 출력하는 증폭기들(415, 416)을 포함할 수 있다. 단들(210-6, 210-7)에서 출력되는 제어 신호들(QHSB, QLSB) 사이의 위상 차이를 180 도로 만들기 위하여, MCU(410)는 전압원(417)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, MCU(410)로부터 출력되는 제어 신호들(QHSB, QLSB)은 단(410-2)에 인가되는 참조 전압(VO_ero), 예를 들어, 전압 변환 회로로부터 출력되는 직류 전압의 크기와 관련될 수 있다.
일 실시예에서, MCU(410)는, 참조 전압(VO_ero)이 오실레이터(418)로부터 출력되는 삼각파의 전압 미만인 상태에서, 단(210-7)을 통해 출력되는 제어 신호(QLSB)를 이용하여 제4 스위치(예, 도 2a의 스위치(220))를 활성화하고, 단(210-6)을 통해 출력되는 제어 신호(QHSB)를 이용하여 제3 스위치(예, 도 2a의 스위치(215))를 비활성화할 수 있다. MCU(410)는, 참조 전압(VO_ero)이 오실레이터(418)로부터 출력되는 삼각파의 전압을 초과하는 상태에서, 단(210-7)을 통해 출력되는 제어 신호(QLSB)를 이용하여 상기 제4 스위치를 비활성화하고, 단(210-6)을 통해 출력되는 제어 신호(QHSB)를 이용하여 상기 제3 스위치를 활성화할 수 있다.
예를 들어, 전압 변환 회로로부터 출력되는 직류 전압이 목표 전압 미만으로 줄어드는 경우, 참조 전압(VO_ero)의 감소로 인하여, 제3 스위치가 활성화된 시간 구간의 길이가 증가될 수 있다. 이 경우, 활성화된 제3 스위치에 의한 플라잉 커패시터로부터 인덕터로의 전기 에너지 이동(예, 도 3b의 상태(320)), 또는 전압 변환 회로로 입력되는 전력 신호에 의한 인덕터의 충전(예, 도 3c의 상태(330))이 발생될 수 있다. 제3 스위치가 활성화된 시간 구간의 길이가 증가됨에 따라, 플라잉 커패시터로부터 인덕터로 이동되는 전기 에너지가 증가될 수 있다. 플라잉 커패시터로부터 인덕터로 이동되는 전기 에너지가 증가됨에 따라, 플라잉 커패시터의 전압이 지정된 전압(예, 전압 변환 회로로 입력되는 전력 신호의 절반) 미만으로 감소될 수 있다. 플라잉 커패시터의 전압이 감소되는 것은, 참조 전압(VFly_ero)의 감소를 야기할 수 있다. 참조 전압(VFly_ero)이 감소됨에 따라, 제1 스위치가 활성화된 시간 구간의 길이가 증가될 수 있다. 이 경우, 플라잉 커패시터가 활성화된 제1 스위치에 의해 추가적으로 충전됨에 따라, 플라잉 커패시터의 전압이 다시 지정된 전압으로 증가될 수 있다.
예를 들어, 전압 변환 회로로부터 출력되는 직류 전압이 목표 전압을 초과하여 증가하는 경우, 참조 전압(VO_ero)의 증가로 인하여, 제3 스위치가 활성화된 시간 구간의 길이가 감소되고, 제4 스위치(예, 도 2a의 스위치(220))가 활성화된 시간 구간의 길이가 증가될 수 있다. 이 경우, 활성화된 제4 스위치에 의한 인덕터의 방전이 야기될 수 있다. 인덕터가 방전됨에 따라, 전압 변환 회로로부터 출력되는 직류 전압이 목표 전압을 향하여 감소될 수 있다. 제3 스위치가 활성화된 시간 구간의 길이가 감소됨에 따라, 플라잉 커패시터로부터 인덕터로 이동되는 전기 에너지가 감소될 수 있다. 플라잉 커패시터로부터 인덕터로 이동되는 전기 에너지가 감소됨에 따라, 플라잉 커패시터의 전압이 지정된 전압을 초과하여 증가될 수 있다. 플라잉 커패시터의 전압이 증가되는 것은, 참조 전압(VFly_ero)의 증가를 야기할 수 있다. 참조 전압(VFly_ero)이 증가됨에 따라, 제1 스위치가 활성화된 시간 구간이 감소될 수 있다. 제1 스위치가 활성화된 시간 구간이 감소됨에 따라, 플라잉 커패시터가 충전되는 시간 구간이 줄어들어, 플라잉 커패시터의 전압이 다시 지정된 전압으로 감소될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b에서 상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러(210)는 상대적으로 단순한 구조에 기반하여, 전압 변환 회로의 제1 스위치 내지 제4 스위치를 제어하기 위한 제어 신호들(QHSA, QLSA, QHSB, QLSB)을 생성할 수 있다. 컨트롤러(210)가 전압 변환 회로의 상이한 노드들의 전압들에 기반하여 동작함에 따라, 컨트롤러(210)는 복잡한 제어 회로, 및/또는 알고리즘과 독립적으로 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 6을 참고하여, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로 및 컨트롤러(210)의 시간 영역에서의 상태의 변화가 설명된다.
도 5 내지 도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 변환 회로의 노드들에서의 전압 및 전류를 도시한 그래프들이다. 도 5 내지 도 6의 전자 장치는 도 1의 전자 장치(101)의 일 예일 수 있다. 도 5 내지 도 6의 전압 변환 회로는, 도 1, 및/또는 도 2a 내지 도 2b의 전압 변환 회로(135)의 일 예일 수 있다.
도 5는, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로가, 전압 변환 회로로 입력되는 제1 전압(VIN)의 절반 보다 작은 제2 전압(Vo)을 출력하는 상태(예, VIN/2 > Vo > 0)에서의 그래프들(510, 515, 520, 525, 530, 535, 540, 544, 550, 560)을, 일치된 시간 축을 따라 도시한다. 그래프(510)는 전압 변환 회로의 컨트롤러 내에서, 플라잉 커패시터의 전압에 기반하는 참조 전압(예, 도 4a 내지 도 4b의 참조 전압(VFly_ero))을 나타낸다. 그래프(515)는, 상기 컨트롤러에 의하여 그래프(505)의 참조 전압(VFly_ero)과 비교되는 삼각파(예, 도 4b의 오실레이터(413)의 전압)을 나타낸다. 그래프(520)는, 전압 변환 회로의 컨트롤러 내에서, 전압 변환 회로로부터 출력되는 전압에 기반하는 참조 전압(예, 도 4a 내지 도 4b의 참조 전압(VO_ero))을 나타낸다. 그래프(525)는 그래프(520)의 참조 전압(VO_ero)과 비교되는 삼각파(예, 도 4b의 오실레이터(418)의 전압)을 나타낸다. 그래프(530)는 제1 스위치(예, 도 2a의 스위치(205))로 입력되는 제어 신호(QHSA)의 전압을 나타낸다. 그래프(535)는 제2 스위치(예, 도 2a의 스위치(210))로 입력되는 제어 신호(QLSA)의 전압을 나타낸다. 그래프(540)는 제3 스위치(예, 도 2a의 스위치(215))로 입력되는 제어 신호(QHSB)의 전압을 나타낸다. 그래프(545)는 제4 스위치(예, 도 2a의 스위치(220))로 입력되는 제어 신호(QLSB)의 전압을 나타낸다. 그래프(550)는 전압 변환 회로의 제3 노드(예, 도 2a의 제3 노드(246))의 전압을 나타낸다. 그래프(560)는 전압 변환 회로의 인덕터(예, 도 2a 내지 도 2b의 인덕터(235))에 흐르는 전류(예, 도 2b의 iL)를 나타낸다.
일 실시예에 따른, 전압 변환 회로가, 전압 변환 회로로 입력되는 제1 전압(VIN)의 절반 보다 작은 제2 전압(Vo)을 출력하는 상태(예, VIN/2 > Vo > 0)에서, 전압 변환 회로는 도 3a 내지 도 3d의 상태들(310, 320, 330, 340) 중에서 상태들(310, 320, 340) 사이를 반복적으로 스위칭할 수 있다. 도 5를 참고하면, 시간 구간(572)은, 제1 그룹의 스위치들 중에서 그래프(535)의 제2 스위치가 활성화되고, 제2 그룹의 스위치들 중에서 그래프(540)의 제3 스위치가 활성화된 상태로써, 도 3b의 상태(320)에 대응할 수 있다. 도 3b에서 상술한 바와 같이, 시간 구간(572) 내에서, 플라잉 커패시터(예, 도 3b의 커패시터(225))에 의한 인덕터(예, 도 3b의 인덕터(225))의 충전이 발생됨에 따라, 그래프(560)에 의해 나타나는 전류의 크기가 증가될 수 있다.
도 5를 참고하면, 시간 구간(572) 이후의 시간 구간(574)은, 제1 그룹의 스위치들 중에서 상기 제2 스위치가 활성화되고, 제2 그룹의 스위치들 중에서 그래프(545)에 대응하는 제4 스위치가 활성화된 상태로써, 도 3d의 상태(340)에 대응할 수 있다. 도 3d에서 상술한 바와 같이, 시간 구간(574) 내에서, 인덕터의 방전이 발생됨에 따라, 그래프(560)에 의해 나타나는 전류의 크기가 감소될 수 있다.
도 5를 참고하면, 시간 구간(574) 이후의 시간 구간(576)은, 제1 그룹의 스위치들 중에서 그래프(530)의 제1 스위치가 활성화되고, 제2 그룹의 스위치들 중에서 그래프(545)에 대응하는 제4 스위치가 활성화된 상태로써, 도 3a의 상태(310)에 대응할 수 있다. 도 3a에서 상술한 바와 같이, 시간 구간(576) 내에서, 제1 전압이 플라잉 커패시터 및 인덕터에 인가됨에 따라, 그래프(560)에 의해 나타나는 전류의 크기가 증가될 수 있다.
일 실시예에 따른, 전압 변환 회로가, 전압 변환 회로로 입력되는 제1 전압(VIN)의 절반 보다 작은 제2 전압(Vo)을 출력하는 상태(예, VIN/2 > Vo > 0)에서, 그래프(560)에 의해 나타나는 인덕터의 전류의 리플을 줄이기 위하여, 전압 변환 회로는 플라잉 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압의 절반으로 유지할 수 있다. 플라잉 커패시터의 전압을 상기 제1 전압의 절반으로 유지하기 위하여, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러는, 플라잉 커패시터의 방전 및 충전 각각이 발생되는 시간 구간들(572, 576)의 길이를 동일하게 만들 수 있다.
도 6은, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로가, 전압 변환 회로로 입력되는 제1 전압(VIN)의 절반 보다 큰 제2 전압(Vo)을 출력하는 상태(예, VIN/2 < Vo < VIN)에서의 그래프들(610, 615, 620, 625, 630, 635, 640, 645, 650, 660)을, 일치된 시간 축을 따라 도시한다. 그래프(610)는 전압 변환 회로의 컨트롤러 내에서, 플라잉 커패시터의 전압에 기반하는 참조 전압(예, 도 4a 내지 도 4b의 참조 전압(VFly_ero))을 나타낸다. 그래프(615)는, 상기 컨트롤러에 의하여 그래프(605)의 참조 전압(VFly_ero)과 비교되는 삼각파(예, 도 4b의 오실레이터(413)의 전압)을 나타낸다. 그래프(620)는, 전압 변환 회로의 컨트롤러 내에서, 전압 변환 회로로부터 출력되는 전압에 기반하는 참조 전압(예, 도 4a 내지 도 4b의 참조 전압(VO_ero))을 나타낸다. 그래프(625)는 그래프(620)의 참조 전압(VO_ero)과 비교되는 삼각파(예, 도 4b의 오실레이터(418)의 전압)을 나타낸다. 그래프(630)는 제1 스위치(예, 도 2a의 스위치(205))로 입력되는 제어 신호(QHSA)의 전압을 나타낸다. 그래프(635)는 제2 스위치(예, 도 2a의 스위치(210))로 입력되는 제어 신호(QLSA)의 전압을 나타낸다. 그래프(640)는 제3 스위치(예, 도 2a의 스위치(215))로 입력되는 제어 신호(QHSB)의 전압을 나타낸다. 그래프(645)는 제4 스위치(예, 도 2a의 스위치(220))로 입력되는 제어 신호(QLSB)의 전압을 나타낸다. 그래프(650)는 전압 변환 회로의 제3 노드(예, 도 2a의 제3 노드(246))의 전압을 나타낸다. 그래프(660)는 전압 변환 회로의 인덕터(예, 도 2a 내지 도 2b의 인덕터(235))에 흐르는 전류(예, 도 2b의 iL)를 나타낸다.
일 실시예에 따른, 전압 변환 회로가, 전압 변환 회로로 입력되는 제1 전압(VIN)의 절반 보다 큰 제2 전압(Vo)을 출력하는 상태(예, VIN/2 < Vo < VIN)에서, 전압 변환 회로는 도 3a 내지 도 3d의 상태들(310, 320, 330, 340) 중에서 상태들(310, 320, 330) 사이를 반복적으로 스위칭할 수 있다. 도 6을 참고하면, 시간 구간(674)은, 제1 그룹의 스위치들 중에서 그래프(630)의 제1 스위치가 활성화되고, 제2 그룹의 스위치들 중에서 그래프(640)의 제3 스위치가 활성화된 상태로써, 도 3c의 상태(330)에 대응할 수 있다. 도 3c에서 상술한 바와 같이, 시간 구간(674) 내에서, 상기 제1 전압에 의한 인덕터의 충전이 발생됨에 따라, 그래프(660)에 의해 나타나는 전류의 크기가 증가될 수 있다.
도 6을 참고하면, 시간 구간(674) 이후의 시간 구간(676)은, 제1 그룹의 스위치들 중에서 상기 제1 스위치가 활성화되고, 제2 그룹의 스위치들 중에서 그래프(645)의 제4 스위치가 활성화된 상태로써, 도 3a의 상태(310)에 대응할 수 있다. 시간 구간(676) 이전의 시간 구간(674)에서, 인덕터가 상기 제1 전압에 의해 충전됨에 따라, 시간 구간(676)에서, 충전된 인덕터의 전류의 흐름의 연속성에 의하여, 플라잉 커패시터가 방전될 수 있다. 상기 제1 전압에 의해 충전된 인덕터가, 전압 변환 회로의 커패시터(예, 도 2a 내지 도 2b의 커패시터(230))를 충전함에 따라, 시간 구간(676) 내에서, 제1 전압이 플라잉 커패시터 및 인덕터에 인가됨에 따라, 그래프(560)에 의해 나타나는 전류의 크기가 감소될 수 있다.
도 6을 참고하면, 시간 구간(672)은, 제1 그룹의 스위치들 중에서 그래프(635)의 제2 스위치가 활성화되고, 제2 그룹의 스위치들 중에서 그래프(640)의 제3 스위치가 활성화된 상태로써, 도 3b의 상태(320)에 대응할 수 있다. 시간 구간(672)의 시점에서, 전압 변환 회로는 도 3c의 상태(330)로부터, 도 3b의 상태(320)로 스위칭할 수 있다. 시간 구간(672) 이전에, 인덕터가 상기 제1 전압에 의해 충전됨에 따라, 시간 구간(672)에서, 상기 제1 전압에 의해 충전된 인덕터에 의한 플라잉 커패시터의 충전이 발생될 수 있다. 이 경우, 그래프(660)에 의해 나타나는 전류의 크기가, 시간 구간(672) 내에서 감소될 수 있다.
일 실시예에 따른, 전압 변환 회로가, 전압 변환 회로로 입력되는 제1 전압(VIN)의 절반 보다 큰 제2 전압(Vo)을 출력하는 상태(예, VIN/2 < Vo < VIN)에서, 그래프(660)에 의해 나타나는 인덕터의 전류의 리플을 줄이기 위하여, 전압 변환 회로는 플라잉 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압의 절반으로 유지할 수 있다. 플라잉 커패시터의 전압을 상기 제1 전압의 절반으로 유지하기 위하여, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러는, 플라잉 커패시터의 충전 및 방전 각각이 발생되는 시간 구간들(672, 676)의 길이를 동일하게 만들 수 있다.
도 5 내지 도 6에서, 제1 스위치로 입력되는 제어 신호(QHSA)의 전압을 나타내는 그래프들(530, 630)을 참고하면, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로는 상이한 듀티비들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로는 0 내지 1 사이의 듀티비의 전 범위에서, 설계 변경 없이 도 2a 내지 도 2b의 구조에 따라 동작할 수 있다.
이하에서는, 도 7을 참고하여, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로의 컨트롤러(예, 도 2a 내지 도 2b, 및/또는 도 4a의 컨트롤러(210))의 동작이 설명된다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 전압 변환 회로의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7의 전자 장치는 도 1의 전자 장치(101)의 일 예일 수 있다. 도 7의 전압 변환 회로는, 도 1, 및/또는 도 2a 내지 도 2b의 전압 변환 회로(135)의 일 예일 수 있다. 도 7의 동작들은, 전압 변환 회로, 또는, 도 2a 내지 도 2b, 및/또는 도 4a의 컨트롤러(210)에 의해 수행될 수 있다.
도 7을 참고하면, 동작(710)에서, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로는, 전압 변환 회로에 의해 제1 전압으로부터 변환된 제2 전압을 탐지할 수 있다. 상기 제1 전압은, 전압 변환 회로에 연결된 절연형 변환 회로(예, 도 1의 절연형 변환 회로(130))로부터 제공된 직류 전압(예, 도 2b의 VIN)일 수 있다. 상기 제2 전압은, 전압 변환 회로의 지정된 노드(예, 도 2a 내지 도 2b의 제2 노드(135-2))의 전압일 수 있다. 상기 제2 전압은, 예를 들어, 도 2b, 및/또는 도 4a의 단(210-3)을 통해 전압 변환 회로의 컨트롤러로 입력될 수 있다.
도 7을 참고하면, 동작(720)에서, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로는, 탐지된 제2 전압에 기반하여, 전압 변환 회로에 포함된 커패시터의 일 단 또는 타 단 중 어느 하나를, 전압 변환 회로 내에서 제1 전압이 인가되는 제1 노드(예, 도 2a의 제1 노드(135-1)) 및 제2 전압이 출력되는 제2 노드(예, 도 2a의 제2 노드(135-2))와 구별되는, 제3 노드(예, 도 2a의 제3 노드(246))에 선택적으로 연결할 수 있다. 상기 커패시터는, 전압 변환 회로의 플라잉 커패시터(예, 도 2a의 커패시터(225))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로는, 동작(710)에 기반하여 탐지된 제2 전압을 제1 삼각파(예, 도 4b의 오실레이터(418)로부터 출력되는 삼각파)와 비교한 결과에 따라, 커패시터의 일 단 및 상기 제3 노드 사이의 제3 스위치(예, 도 2a의 제3 스위치(215)), 또는 커패시터의 타 단 및 상기 제3 노드 사이의 제4 스위치(예, 도 2a의 제4 스위치(220))를 선택적으로 활성화할 수 있다.
도 7을 참고하면, 동작(730)에서, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로는, 커패시터의 일 단 및 커패시터의 타 단 사이의 제3 전압을 탐지할 수 있다. 상기 제3 전압은, 전압 변환 회로의 플라잉 커패시터의 양 단들(예, 도 2a의 제4 노드(242) 및 제5 노드(244)) 사이의 전압일 수 있다. 도 4a 내지 도 4b에서 상술한 바와 같이, 상기 제3 전압은, 플라잉 커패시터의 양 단들의 전압들을 수신한 전압 변환 회로의 컨트롤러에 의해 탐지될 수 있다.
도 7을 참고하면, 동작(740)에서, 일 실시예에 따른 전압 변환 회로는, 탐지된 제3 전압에 기반하여, 커패시터의 일 단을 제1 노드에 연결하거나, 또는 커패시터의 타 단을 접지 노드(예, 도 2a의 접지 노드(135-3))에 연결할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로는, 동작(730)에 기반하여 탐지된 제3 전압을, 상기 제1 삼각파와 지정된 위상 차이(예, 180 도)를 가지는 제2 삼각파(예, 도 4b의 오실레이터(413)로부터 출력되는 삼각파)와 비교한 결과에 따라, 커패시터의 일 단 및 제1 노드 사이의 제1 스위치(예, 도 2a의 스위치(205)), 또는 커패시터의 타 단 및 접지 노드 사이의 제4 스위치(예, 도 2a의 스위치(220))를 선택적으로 활성화할 수 있다.
도 7을 참고하면, 비록 동작들(710, 720, 730, 740)의 시퀀스로 도시되었으나, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 동작들(710, 720) 및 동작들(730, 740)은, 전압 변환 회로, 및/또는 전압 변환 회로의 컨트롤러에 의하여 독립적으로 수행되거나, 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른, 전자 장치의 전압 변환 회로가 도 7의 동작들을 수행함에 따라, 전압 변환 회로에 포함된 플라잉 커패시터, 및 전압 변환 회로에 포함된 다른 커패시터(예, 도 2a 내지 도 2b의 커패시터(230))의 전압이 서로 달라질 수 있다. 이하에서는, 동작(710)의 제2 전압이 인가되는 상기 다른 커패시터가 제1 커패시터로, 도 7의 커패시터가, 플라잉 커패시터, 또는 제2 커패시터로 참조된다. 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로는 도 7의 동작들을 수행하여, 제2 커패시터의 전압을, 동작(710)의 제1 전압 미만의 지정된 전압(예, 상기 제1 전압의 절반)으로 유지할 수 있다. 예를 들어, 전압 변환 회로는 도 7의 동작들에 기반하여, 도 3a의 상태(310)에 기반하여 제2 커패시터를 충전하는 시간 구간, 및 도 3b의 상태(320)에 기반하여 충전된 제2 커패시터에 기반하여 제1 커패시터를 충전하는 시간 구간의 길이를 동일하게 만들어, 제2 커패시터의 전압을 지정된 전압으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 커패시터의 전압을 지정된 전압으로 유지하는 동안, 전압 변환 회로는 상기 제1 전압, 및 전압 변환 회로에 연결된 부하에 ?? 요구되는 상기 제2 전압 사이의 관계에 기반하여, 제1 커패시터를, 제2 커패시터와 독립적으로 충전하거나, 또는 방전할 수 있다. 예를 들어, 제2 전압이 제2 커패시터의 지정된 전압 보다 큰 경우, 전압 변환 회로는 도 3c의 상태(330)에 기반하여, 제2 커패시터와 독립적으로, 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 제1 커패시터를 충전할 수 있다. 예를 들어, 제2 전압이 제2 커패시터의 지정된 전압 보다 작은 경우, 전압 변환 회로는 도 3d의 상태(340)에 기반하여, 부하로 제2 전압의 전력 신호를 제공하는 것과 독립적으로, 제2 커패시터를 방전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른, 전압 변환 회로는 벅-변환기의 토폴로지에 기반하여 배치된 복수의 스위치들, 플라잉 커패시터 및 상기 플라잉 커패시터에 의해 충전되는 인덕터를 이용하여, 제1 전압을, 제2 전압으로 변환할 수 있다. 전압 변환 회로는 상기 제2 전압이 상기 제1 전압의 절반인 벅-변환기의 제약을 극복하기 위하여, 전압 변환 회로에 포함된 복수의 스위치들을 이용하여, 상기 인덕터에, 상기 제1 전압이 인가되는 제1 노드, 또는 접지 노드를 선택적으로 연결할 수 있다. 전압 변환 회로는 상기 인덕터에 흐르는 전류의 크기, 및/또는 상기 플라잉 커패시터의 전압을 안정적으로 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은, 일 실시예에 따른 전자 장치(electronic device)는, 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 및 상기 전압 변환 회로에 포함되고, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터가, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터에 기반하여 충전되는 타이밍을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전할 수 있다.
예를 들어, 상기 전압 변환 회로는, 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 복수의 스위치들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 스위치들은, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신하기 위한 제1 노드에 연결된 일 단, 및 상기 제2 커패시터의 일 단에 연결된 타 단을 포함하는 제1 스위치를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스위치들은, 상기 제2 커패시터의 타 단에 연결된 일 단, 및 접지 노드에 연결된 타 단을 포함하는 제2 스위치를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스위치들은, 상기 제2 커패시터의 일 단에 연결된 일 단, 및 상기 제2 전압의 전력 신호가 출력되는 상기 전압 변환 회로의 제2 노드에 연결된 일 단을 포함하는 인덕터의 타 단에 대응하는 제3 노드에 연결된 타 단을 포함하는 제3 스위치를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스위치들은, 상기 제3 노드에 연결된 일 단, 및 상기 커패시터의 타 단에 연결된 타 단을 포함하는 제4 스위치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 제2 커패시터의 일 단을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 제4 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여, 상기 인덕터의 타 단에 상기 제2 커패시터의 타 단을 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간 사이의 상기 제2 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 제1 전압을 인가할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 커패시터는, 상기 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신하는 상기 인덕터에 흐르는 전류에 의해 충전됨에 따라, 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압을 초과하는 상기 제2 전압으로 충전될 수 있다.
예를 들어, 상기 인덕터에 흐르는 전류의 크기는, 지정된 범위 내에서, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간에서 점진적으로 감소되고, 상기 제2 시간 구간에서 상기 지정된 범위 내에서 점진적으로 증가될 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간 사이의 상기 제3 시간 구간에서, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단을 상기 접지 노드에 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 커패시터는, 상기 제3 시간 구간에서, 상기 접지 노드에 의해 조절된 상기 인덕터의 전류를 수신함에 기반하여, 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압 미만의 상기 제2 전압으로 방전될 수 있다. 예를 들어, 상기 인덕터에 흐르는 전류의 크기는, 지정된 범위 내에서, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간에서 점진적으로 증가되고, 상기 제3 시간 구간에서 상기 지정된 범위 내에서 점진적으로 감소될 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압을 식별할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압 중에서 상기 제1 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제3 스위치, 및 상기 제4 스위치를 제어할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압 중에서 상기 제2 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 스위치, 및 상기 제2 스위치를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 전자 장치는, 상기 제2 전압으로 변환된 전력 신호를 수신하는 것에 기반하여, 상기 전자 장치와 관련된 기능을 실행하는 부하 회로를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 커패시터의 전압을 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압으로 유지하기 위하여, 상기 제2 커패시터를 이용하여 상기 제1 커패시터를 충전하는 상기 제1 시간 구간의 길이를 가지는 제4 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 상기 제1 전압의 전력 신호를 입력하여, 상기 제2 커패시터를 충전할 수 있다.
상술한 바와 같은, 일 실시예에 따른, 전자 장치의 방법은, 상기 전자 장치의 전원 회로 내에 포함되고, 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로 내에서, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제1 커패시터와 상이한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터의 전압을 식별하는 동작을 포함할 수 있다. 전자 장치의 방법은, 상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지하는 동작을 포함할 수 있다. 전자 장치의 방법은, 상기 제2 커패시터의 전압이 상기 지정된 전압으로 유지되는 동안, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전하는 동작을 포함할 수 있다. 전자 장치의 방법은, 상기 제2 커패시터의 전압이 상기 지정된 전압으로 유지되는 동안, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전하는 동작을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 커패시터의 전압을 상기 지정된 전압으로 유지하는 동작은, 상기 식별된 제2 커패시터의 전압을, 지정된 범위 내에서 삼각파(triangular wave)에 따라 반복적으로 변경되는 제1 참조 전압과 비교한 결과에 기반하여, 상기 제2 커패시터의 전압을 상기 지정된 전압으로 유지하는 동작을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전자 장치의 방법은, 상기 식별된 제1 커패시터의 전압을, 상기 제1 참조 전압으로부터 지정된 위상 만큼 쉬프트된 제2 참조 전압과 비교하여, 상기 제1 커패시터의 전압을 상기 제2 전압으로 유지하는 동작을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전압은, 상기 제3 노드가 상기 제1 노드 또는 상기 접지 노드 중 어느 하나에 선택적으로 연결됨에 따라, 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압과 상이한 전압으로 조절될 수 있다.
상술한 바와 같은, 일 실시예에 따른, 전자 장치(electronic device)는, 제1 전압이 인가되는 제1 노드, 접지된 제2 노드, 커패시터, 및 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이에 직렬로 배치되어, 상기 커패시터에 충전되고, 상기 제1 전압 미만인, 제2 전압에 기반하는 전압 변환을 수행하도록 제어되는, 복수의 스위치들을 포함하는 전압 변환 회로, 및 상기 전압 변환 회로의 상기 복수의 스위치들을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 노드에 연결된 일 단을 포함하는 제1 스위치의 타 단, 및 상기 제2 노드에 연결된 일 단을 포함하는 제2 스위치의 타 단 각각에 연결된 단들을 포함하는 상기 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 전압 변환 회로의 상기 제2 전압이 출력되는 제3 노드의 전압에 기반하여, 상기 복수의 스위치들 중에서 상기 제1 스위치의 타 단에 연결된 일 단을 포함하는 제3 스위치, 및 상기 제2 스위치의 타 단에 연결된 일 단을 포함하는 제4 스위치를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 제1 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 커패시터의 일 단을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여, 상기 인덕터의 타 단에 상기 커패시터의 타 단을 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간 사이의 제3 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 제1 전압을 인가할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간 사이의 제3 시간 구간에서, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단을 상기 제2 노드에 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 전원 회로는, 정류된 교류 전압의 역률을 변경하는 역률 보정 회로, 상기 역률 보정 회로로부터 출력되는 전류가 인가되는 트랜스포머에 기반하여, 상기 전압 변환 회로의 상기 제1 노드에 인가될 상기 제1 전압을 출력하는 다른 전압 변환 회로를 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 전자 장치(electronic device)에 있어서,
    전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로; 및
    상기 전압 변환 회로에 포함되고, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터가, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터에 기반하여 충전되는 타이밍을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지하고;
    상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전하고; 및
    상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전하는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변환 회로는, 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 복수의 스위치들을 포함하고,
    상기 복수의 스위치들은,
    상기 제1 전압의 전력 신호를 수신하기 위한 제1 노드에 연결된 일 단, 및 상기 제2 커패시터의 일 단에 연결된 타 단을 포함하는 제1 스위치;
    상기 제2 커패시터의 타 단에 연결된 일 단, 및 접지 노드에 연결된 타 단을 포함하는 제2 스위치;
    상기 제2 커패시터의 일 단에 연결된 일 단, 및 상기 제2 전압의 전력 신호가 출력되는 상기 전압 변환 회로의 제2 노드에 연결된 일 단을 포함하는 인덕터의 타 단에 대응하는 제3 노드에 연결된 타 단을 포함하는 제3 스위치; 및
    상기 제3 노드에 연결된 일 단, 및 상기 커패시터의 타 단에 연결된 타 단을 포함하는 제4 스위치를 포함하는 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 제2 커패시터의 일 단을 전기적으로 연결하고,
    제4 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여, 상기 인덕터의 타 단에 상기 제2 커패시터의 타 단을 전기적으로 연결하는 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간 사이의 상기 제2 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 제1 전압을 인가하는 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 커패시터는,
    상기 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 수신하는 상기 인덕터에 흐르는 전류에 의해 충전됨에 따라, 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압을 초과하는 상기 제2 전압으로 충전되는 전자 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 인덕터에 흐르는 전류의 크기는,
    지정된 범위 내에서, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간에서 점진적으로 감소되고, 상기 제2 시간 구간에서 상기 지정된 범위 내에서 점진적으로 증가되는 전자 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간 사이의 상기 제3 시간 구간에서, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단을 상기 접지 노드에 연결하는 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 커패시터는,
    상기 제3 시간 구간에서, 상기 접지 노드에 의해 조절된 상기 인덕터의 전류를 수신함에 기반하여, 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압 미만의 상기 제2 전압으로 방전되고,
    상기 인덕터에 흐르는 전류의 크기는,
    지정된 범위 내에서, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제4 시간 구간에서 점진적으로 증가되고, 상기 제3 시간 구간에서 상기 지정된 범위 내에서 점진적으로 감소되는 전자 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압을 식별하고,
    상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압 중에서 상기 제1 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제3 스위치, 및 상기 제4 스위치를 제어하고,
    상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압 중에서 상기 제2 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 스위치, 및 상기 제2 스위치를 제어하는 전자 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압으로 변환된 전력 신호를 수신하는 것에 기반하여, 상기 전자 장치와 관련된 기능을 실행하는 부하 회로를 더 포함하는 전자 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제2 커패시터의 전압을 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압으로 유지하기 위하여, 상기 제2 커패시터를 이용하여 상기 제1 커패시터를 충전하는 상기 제1 시간 구간의 길이를 가지는 제4 시간 구간 에서, 상기 제2 커패시터에 상기 제1 전압의 전력 신호를 입력하여, 상기 제2 커패시터를 충전하는 전자 장치.
  12. 전자 장치의 방법에 있어서,
    상기 전자 장치의 전원 회로 내에 포함되고, 전력 신호의 제1 전압을, 상기 제1 전압 미만의 제2 전압으로 변환하는 전압 변환 회로 내에서, 상기 제2 전압의 전력 신호를 출력하기 위한 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제1 커패시터와 상이한 상기 전압 변환 회로의 제2 커패시터의 전압을 식별하는 동작;
    상기 제1 커패시터의 전압, 및 상기 제2 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 커패시터를 충전하기 위한 상기 제2 커패시터의 전압을, 상기 제1 전압 미만의 지정된 전압으로 유지하는 동작;
    상기 제2 커패시터의 전압이 상기 지정된 전압으로 유지되는 동안, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 큰 제1 상태에서, 상기 제1 커패시터가 상기 제2 커패시터에 의해 충전되는 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 제1 전압의 전력 신호를 이용하여 상기 제2 커패시터와 독립적으로 상기 제1 커패시터를 충전하는 동작; 및
    상기 제2 커패시터의 전압이 상기 지정된 전압으로 유지되는 동안, 상기 제2 전압이 상기 지정된 전압 보다 작은 제2 상태에서, 상기 제1 시간 구간, 및 상기 제2 시간 구간과 상이한 제3 시간 구간에서, 상기 제2 커패시터에 의해 충전된 상기 제1 커패시터를 방전하는 동작을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 커패시터의 전압을 상기 지정된 전압으로 유지하는 동작은,
    상기 식별된 제2 커패시터의 전압을, 지정된 범위 내에서 삼각파(triangular wave)에 따라 반복적으로 변경되는 제1 참조 전압과 비교한 결과에 기반하여, 상기 제2 커패시터의 전압을 상기 지정된 전압으로 유지하는 동작을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 식별된 제1 커패시터의 전압을, 상기 제1 참조 전압으로부터 지정된 위상 만큼 쉬프트된 제2 참조 전압과 비교하여, 상기 제1 커패시터의 전압을 상기 제2 전압으로 유지하는 동작을 더 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전압은, 상기 제3 노드가 상기 제1 노드 또는 상기 접지 노드 중 어느 하나에 선택적으로 연결됨에 따라, 상기 제1 전압의 절반인 상기 지정된 전압과 상이한 전압으로 조절되는 방법.
  16. 전자 장치(electronic device)에 있어서,
    제1 전압이 인가되는 제1 노드, 접지된 제2 노드, 커패시터, 및 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이에 직렬로 배치되어, 상기 커패시터에 충전되고, 상기 제1 전압 미만인, 제2 전압에 기반하는 전압 변환을 수행하도록 제어되는, 복수의 스위치들을 포함하는 전압 변환 회로; 및
    상기 전압 변환 회로의 상기 복수의 스위치들을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 전원 회로를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 노드에 연결된 일 단을 포함하는 제1 스위치의 타 단, 및 상기 제2 노드에 연결된 일 단을 포함하는 제2 스위치의 타 단 각각에 연결된 단들을 포함하는 상기 커패시터의 전압에 기반하여, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하고,
    상기 전압 변환 회로의 상기 제2 전압이 출력되는 제3 노드의 전압에 기반하여, 상기 복수의 스위치들 중에서 상기 제1 스위치의 타 단에 연결된 일 단을 포함하는 제3 스위치, 및 상기 제2 스위치의 타 단에 연결된 일 단을 포함하는 제4 스위치를 제어하는 전원 회로.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    제1 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 커패시터의 일 단을 전기적으로 연결하고,
    상기 제1 시간 구간과 상이한 제2 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여, 상기 인덕터의 타 단에 상기 커패시터의 타 단을 전기적으로 연결하는 전자 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간 사이의 제3 시간 구간에서, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단에 상기 제1 전압을 인가하는 전자 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간 사이의 제3 시간 구간에서, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치를 활성화하여 상기 인덕터의 타 단을 상기 제2 노드에 연결하는 전자 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 전원 회로는,
    정류된 교류 전압의 역률을 변경하는 역률 보정 회로;
    상기 역률 보정 회로로부터 출력되는 전류가 인가되는 트랜스포머에 기반하여, 상기 전압 변환 회로의 상기 제1 노드에 인가될 상기 제1 전압을 출력하는 다른 전압 변환 회로를 포함하는 전자 장치.

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