KR20240047422A - Pseudo-bypass mode for power converters - Google Patents
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Abstract
시스템은 입력 전압을 수신하고 입력 전압을 출력 전압으로 승압하도록 구성된 부스트 컨버터와 부스트 컨버터에 의해 인출되는 전류를 제한하기 위해 최대 전류 제한을 시행하고 입력 전압 아래로 감소하는 출력 전압에 응답하여 출력 전압이 입력 전압과 거의 동일하게 되도록 최대 전류 제한 이상으로 전류를 동적으로 증가시키도록 구성된 제어 회로를 포함할 수 있다.The system includes a boost converter configured to receive an input voltage and step the input voltage to an output voltage, and to enforce a maximum current limit to limit the current drawn by the boost converter and to respond to the output voltage decreasing below the input voltage so that the output voltage decreases. It may include a control circuit configured to dynamically increase the current above the maximum current limit so that it is approximately equal to the input voltage.
Description
관련 출원Related applications
본 개시는 2021년 8월 25일에 출원된 미국 가특허출원 일련 번호 63/236,739의 우선권을 주장하며, 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.This disclosure claims priority to U.S. Provisional Patent Application Serial No. 63/236,739, filed August 25, 2021, which is incorporated herein by reference in its entirety.
기술분야Technology field
본 개시는 일반적으로 무선 전화기 및 미디어 플레이어와 같은 개인용 오디오 디바이스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 전자 디바이스들을 위한 회로들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 전력 컨버터에 의해 생성된 출력 전압을 전력 컨버터에 제공되는 입력 전압으로 조절하는 전력 컨버터의 동작 모드의 구현에 관한 것이다.This disclosure relates generally to circuits for electronic devices, including but not limited to personal audio devices such as cordless phones and media players, and more specifically to circuits for converting the output voltage generated by a power converter to a power converter. It relates to the implementation of an operating mode of a power converter regulated by input voltage.
모바일/셀룰러 전화와 같은 무선 전화, 코드리스 전화, mp3 플레이어, 및 기타 소비자 오디오 디바이스를 포함하는 개인용 오디오 디바이스들이 널리 사용되고 있다. 이러한 개인용 오디오 디바이스들은 한 쌍의 헤드폰들 또는 하나 이상의 스피커들을 구동하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 이러한 회로는 종종 오디오 출력 신호를 헤드폰 또는 스피커로 보내기 위한 전력 증폭기를 포함하는 스피커 드라이버를 포함한다. 종종 전력 컨버터는 스피커, 헤드폰, 또는 기타 트랜스듀서들로 구동되는 신호를 증폭하기 위해 전력 증폭기에 공급 전압을 제공하는 데 사용될 수 있다. 스위칭 전력 컨버터는 하나의 직류(DC) 전압 레벨에서 다른 DC 전압 레벨로 전원을 변환하는 전자 회로의 한 유형이다. 그러한 스위칭 DC-DC 컨버터들의 예들은 부스트 컨버터, 벅 컨버터(buck converter), 벅-부스트 컨버터, 인버팅 벅-부스트 컨버터, 및 다른 유형들의 스위칭 DC-DC 컨버터들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 따라서, 전력 컨버터를 사용하면, 배터리에 의해 제공되는 것과 같은 DC 전압이 전력 증폭기에 전력을 공급하는 데 사용되는 다른 DC 전압으로 변환될 수 있다. 전력 컨버터는 디바이스의 하나 이상의 구성요소들에 공급 전압 레일들(supply voltage rails)을 제공하는 데 사용될 수 있다. 전력 컨버터는 또한 오디오 트랜스듀서들을 구동하는 것 외에도 햅틱 액추에이터나 기타 전기 또는 전자 부하들을 구동하는 등 다른 애플리케이션들에도 사용될 수 있다.Personal audio devices, including wireless phones such as mobile/cellular phones, cordless phones, mp3 players, and other consumer audio devices, are widely used. These personal audio devices may include circuits for driving a pair of headphones or one or more speakers. These circuits often include a speaker driver that includes a power amplifier to send the audio output signal to headphones or speakers. Often a power converter can be used to provide a supply voltage to a power amplifier to amplify the signal driving speakers, headphones, or other transducers. A switching power converter is a type of electronic circuit that converts power from one direct current (DC) voltage level to another DC voltage level. Examples of such switching DC-DC converters include, but are not limited to, boost converters, buck converters, buck-boost converters, inverting buck-boost converters, and other types of switching DC-DC converters. Therefore, using a power converter, a DC voltage, such as that provided by the battery, can be converted to another DC voltage that is used to power the power amplifier. A power converter may be used to provide supply voltage rails to one or more components of the device. Power converters can also be used in other applications, such as driving haptic actuators or other electrical or electronic loads in addition to driving audio transducers.
부스트 컨버터에 의해 생성된 출력 전압은 부스트 컨버터에 적용될 수 있는 전류 제한 제약 조건들에 따라 그의 설정 지점 아래로 떨어질 수 있다. 이러한 부스트 컨버터를 포함하는 시스템(예를 들어, 모바일 디바이스)은 부스트 컨버터에 의해 생성된 출력 전압이 본 명세서에서 "붕괴 상태(collapse condition)"로 지칭되는 부스트 컨버터에 대한 입력 전압 아래로 떨어지지 않도록 요구할 수 있다. 일반적으로, 이러한 요구 사항은 붕괴 상태들 동안 입력 전압과 출력 전압 사이의 스위치를 닫음으로써 달성될 수 있으며, 그 결과 부스트 컨버터가 출력 전압을 조절하는 조절 모드와 바이패스 모드 사이의 상태 전환이 발생한다. 그러나, 이러한 상태 전환은 설계 복잡성을 추가하고 다른 단점들을 가질 수 있다.The output voltage produced by the boost converter may fall below its set point depending on the current limiting constraints that may apply to the boost converter. Systems (e.g., mobile devices) that include such boost converters require that the output voltage produced by the boost converter not fall below the input voltage to the boost converter, referred to herein as a “collapse condition.” You can. Typically, this requirement can be achieved by closing the switch between the input and output voltages during collapse conditions, resulting in a state transition between regulation and bypass modes in which the boost converter regulates the output voltage. . However, these state transitions add design complexity and can have other drawbacks.
본 개시의 교시들에 따르면, 전력 컨버터의 출력 전압을 조절하기 위한 기존 접근 방식들과 연관된 하나 이상의 단점들 및 문제점들이 감소되거나 제거될 수 있다.In accordance with the teachings of this disclosure, one or more drawbacks and problems associated with existing approaches for regulating the output voltage of a power converter can be reduced or eliminated.
본 개시의 실시예에 따르면, 시스템은 입력 전압을 수신하고 입력 전압을 출력 전압으로 승압하도록 구성된 부스트 컨버터와 부스트 컨버터에 의해 인출되는 전류를 제한하기 위해 최대 전류 제한을 시행하고 입력 전압 아래로 감소하는 출력 전압에 응답하여 출력 전압이 입력 전압과 거의 동일하게 되도록 최대 전류 제한 이상으로 전류를 동적으로 증가시키도록 구성된 제어 회로를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a system includes a boost converter configured to receive an input voltage and step the input voltage to an output voltage, and a maximum current limit to limit the current drawn by the boost converter and reduce the current below the input voltage. A control circuit configured to dynamically increase the current above the maximum current limit in response to the output voltage such that the output voltage is approximately equal to the input voltage.
본 개시의 이러한 실시예 및 다른 실시예들에 따르면, 방법은 입력 전압을 수신하고 입력 전압을 출력 전압으로 승압하도록 구성된 부스트 컨버터에 의해 인출되는 전류를 제한하기 위해 최대 전류 제한을 시행하는 단계와 입력 전압 아래로 감소하는 출력 전압에 응답하여 출력 전압이 입력 전압과 거의 동일하게 되도록 최대 전류 제한 이상으로 전류를 동적으로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.According to this and other embodiments of the present disclosure, a method includes receiving an input voltage and enforcing a maximum current limit to limit the current drawn by a boost converter configured to step the input voltage to an output voltage. In response to the output voltage decreasing below the voltage, dynamically increasing the current above the maximum current limit such that the output voltage is approximately equal to the input voltage.
본 개시의 기술적 이점들은 여기에 포함된 도면들, 설명 및 청구항들로서 이 기술분야의 숙련자에게는 손쉽게 이해될 수 있을 것이다. 상기 실시예들의 목적들 및 이점들은 적어도 청구 범위에서 특히 지시된 요소들, 특징들, 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.The technical advantages of the present disclosure can be easily understood by those skilled in the art from the drawings, description, and claims included herein. The objects and advantages of the above embodiments will be realized and achieved by at least the elements, features, and combinations particularly pointed out in the claims.
앞서 말한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 양쪽 모두는 예들이고 설명적인 것이며 본 개시에서 제시되는 청구범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and do not limit the scope of the claims presented in this disclosure.
본 발명의 실시예들과 그 이점들에 대한 더욱 완전한 이해는 수반된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 설명을 참조함으로써 얻어 질 수 있으며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 유사한 특징들을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 모바일 디바이스를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 모바일 디바이스 내부의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다.
도 3a는 본 개시의 실시예들에 따라 바이패스 모드에서의 동작을 나타내는 다수의 동작 모드들을 갖는 예시적인 부스트 컨버터의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다.
도 3b는 본 개시의 실시예들에 따라 부스트 활성 모드에서의 동작을 나타내는 다수의 동작 모드들을 갖는 예시적인 부스트 컨버터의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다.
도 3c는 본 개시의 실시예들에 따라 부스트 비활성 모드에서의 동작을 나타내는 다수의 동작 모드들을 갖는 예시적인 부스트 컨버터의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 부스트 컨버터에 대한 예시적인 제어 회로의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 부스트 컨버터에 대한 제어 회로의 일부에 의해 구현될 수 있는 예시적인 상태 머신을 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따라 어택 상태에서 시간에 따른 최대 전류의 증가를 나타내는 그래프를 도시한다.A more complete understanding of embodiments of the present invention and its advantages can be obtained by reference to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, where like reference numerals designate like features.
1 illustrates an example mobile device according to embodiments of the present disclosure.
2 shows a block diagram of selected components within a mobile device according to embodiments of the present disclosure.
3A shows a block diagram of selected components of an example boost converter with multiple operating modes illustrating operation in a bypass mode in accordance with embodiments of the present disclosure.
FIG. 3B shows a block diagram of selected components of an example boost converter with multiple operating modes illustrating operation in a boost active mode in accordance with embodiments of the present disclosure.
FIG. 3C shows a block diagram of selected components of an example boost converter with multiple operating modes illustrating operation in a boost inactive mode according to embodiments of the present disclosure.
4 shows a block diagram of selected components of an example control circuit for a boost converter in accordance with embodiments of the present disclosure.
5 shows an example state machine that may be implemented by part of a control circuit for a boost converter in accordance with embodiments of the present disclosure.
Figure 6 shows a graph showing the increase in maximum current over time in an attack state according to an embodiment of the present disclosure.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 모바일 디바이스(1)를 도시한다. 도 1은 한 쌍의 이어버드 스피커(8A 및 8B) 형태의 헤드셋(3)에 결합된 모바일 디바이스(1)를 도시한다. 도 1에 도시된 헤드셋(3)은 단지 예일뿐이며, 모바일 디바이스(1)는 제한 없이, 헤드폰, 이어버드, 인-이어 이어폰(in-ear earphones), 및 외부 스피커를 포함하는 다양한 오디오 트랜스듀서들과 관련되어 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 플러그(4)는 모바일 디바이스(1)의 전기 단자에 헤드셋(3)을 연결할 수 있다. 모바일 디바이스(1)는 디스플레이를 사용자에게 제공하고 터치 스크린(2)을 사용하여 사용자 입력을 수신할 수 있거나, 또는 대안적으로, 표준 액정 디스플레이(LCD)가 모바일 디바이스(1)의 표면(face) 및/또는 측면들 상에 배치된 다양한 버튼들, 슬라이더들 및/또는 다이얼들과 결합될 수 있다. 1 shows an example
도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 모바일 디바이스(1)에 통합된 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(1)는 모바일 디바이스(1)의 복수의 다운스트림 구성요소들(18)에 대한 공급 전압(VSUPPLY)을 생성하기 위해 배터리 전압(VBAT)을 승압하도록 구성된 부스트 컨버터(20)를 포함할 수 있다. 모바일 디바이스(1)의 다운스트림 구성요소들(18)은 제한 없이 프로세서들, 오디오 코더/디코더들, 증폭기들, 디스플레이 디바이스들 등을 포함하는 모바일 디바이스(1)의 임의의 적합한 기능 회로들 또는 디바이스들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(1)는 또한 배터리(22)를 재충전하기 위한 배터리 충전기(16)를 포함할 수 있다.2 shows a block diagram of selected components integrated into
모바일 디바이스(1)의 일부 실시예들에서, 부스트 컨버터(20) 및 배터리 충전기(16)는 배터리(22)에 전기적으로 결합된 모바일 디바이스(1)의 구성요소들만을 포함할 수 있고, 부스트 컨버터(20)는 배터리(22)와 모바일 디바이스(1)의 모든 다운스트림 구성요소들 사이에서 전기적으로 인터페이스할 수 있다. 그러나, 모바일 디바이스(1)의 다른 실시예들에서, 일부 다운스트림 구성요소들(18)은 배터리(22)에 직접 전기적으로 결합될 수 있다.In some embodiments of
도 3a는 본 개시의 실시예들에 따라 바이패스 모드에서의 동작을 나타내는 다수의 동작 모드들을 갖는 예시적인 부스트 컨버터(20)의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 부스트 컨버터(20)는 배터리(22), 복수의 유도성 부스트 위상들(24), 감지 커패시터(26), 감지 저항기(28), 바이패스 스위치(30), 및 제어 회로(40)를 포함할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 각각의 유도성 부스트 위상(24)은 전력 인덕터(32), 충전 스위치(34), 정류 스위치(36), 및 출력 커패시터(38)를 포함할 수 있다. 3A shows a block diagram of selected components of an
도 3a-3c는 3개의 유도성 부스트 위상들(24)을 갖는 부스트 컨버터(20)를 나타내지만, 부스트 컨버터(20)의 실시예들은 임의의 적합한 수의 유도성 부스트 위상들(24)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 부스트 컨버터(20)는 3개 이상의 유도성 부스트 위상들(24)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 부스트 컨버터(20)는 3개 미만의 위상들(예를 들어, 단상 또는 2상)을 포함할 수 있다. 3A-3C
부스트 컨버터(20)는, 부스트 컨버터(20)에 의해 생성된 공급 전압(VSUPPLY)이 임계 최소 전압(VMIN)보다 크고 감지 커패시터(26)에 걸친 전압(VDD_SENSE)이 공급 전압(VSUPPLY)보다 큰 경우, 바이패스 모드에서 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 임계 최소 전압(VMIN)은 모니터링된 전류(예를 들어, 감지 저항기(28)를 통한 전류)의 함수일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 임계 최소 전압(VMIN)은 공급 전압(VSUPPLY)으로부터 공급되는 구성요소들로부터 원하는 헤드룸을 제공하기 위해 모니터링되는 전류의 변화들에 따라 변할 수 있다. 따라서, 제어 회로(40)는 공급 전압(VSUPPLY)을 감지하고 공급 전압(VSUPPLY)을 임계 최소 전압(VMIN)과 비교할 뿐만 아니라 전압(VDD_SENSE)을 감지하고 공급 전압(VSUPPLY)을 전압(VDD_SENSE)과 비교하도록 구성될 수 있다. 공급 전압(VSUPPLY)이 임계 최소 전압(VMIN)보다 크고 감지 커패시터(26)에 걸친 전압(VDD_SENSE)이 공급 전압(VSUPPLY)보다 큰 경우, 제어 회로(40)는 바이패스 스위치(30) 및 하나 이상의 정류 스위치들(36)을 활성화(인에이블, 폐쇄, 턴 온)하고 충전 스위치들(34)을 비활성화(예를 들어, 디스에이블, 개방, 턴 오프)할 수 있다. 그러한 바이패스 모드에서, 정류 스위치들(36), 전력 인덕터들(32), 및 바이패스 스위치(30)의 저항들이 결합되어 배터리(22)와 공급 전압(VSUPPLY) 사이의 경로의 총 유효 저항을 최소화할 수 있다. 일부 실시예들에서, 바이패스 스위치(30)는 존재하지 않을 수 있고, 바이패스 모드는 하나 이상의 정류 스위치들(36)을 활성화하고 충전 스위치들(34)을 비활성화함으로써 달성될 수 있다.
도 3b는 본 개시의 실시예들에 따라 부스트 활성 모드에서의 동작을 나타내는 예시적인 부스트 컨버터(20)의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다. 부스트 활성 모드에서, 제어 회로(40)는, 공급 전압(VSUPPLY)을 임계 최소 전압(VMIN)보다 높게 유지하면서 프로그래밍된(또는 서보된(servoed)) 원하는 전류(예를 들어, 평균 전류)를 공급 전압(VSUPPLY)의 전기 노드에 제공하기 위해 전류(IBAT)를 전달하고 배터리 전압(VBAT)를 더 높은 공급 전압(VSUPPLY)으로 승압하도록, 바이패스 스위치(30)를 비활성화(예를 들어, 디스에이블, 개방, 턴 오프)하고 적절한 제어 신호들()을 생성함으로써 (하기에 더 상세하게 기술되는 바와 같이) 유도성 부스트 위상(24)의 충전 스위치들(34)(예를 들어, 유도성 부스트 위상(24)의 충전 상태 동안) 및 정류 스위치들(36)(유도성 부스트 위상(24)의 전달 상태(transfer state) 동안)을 주기적으로 커뮤테이트(commutate)할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(40)는, 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함되는 2020년 12월 11일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 17/119,517("517 출원")에 설명된 바와 같이 피크 전류와 밸리 전류 사이의 인덕터 전류 IL(예를 들어, IL1, IL2, IL3)을 유지하기 위해 부스트 활성 모드에서 동작할 수 있다. 부스트 활성 모드에서, 제어 회로(40)는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 피크 및 밸리 검출 동작에서 유도성 부스트 위상(24)을 동작시킴으로써 부스트 컨버터(20)를 동작시킬 수 있다. 유도성 부스트 위상(24)의 충전 스위치들(34) 및 정류 스위치들(36)의 결과적인 스위칭 주파수는 감지 전압(VDD_SENSE), 공급 전압(VSUPPLY), 전력 인덕터(32A)의 인덕턴스, 및 프로그래밍된 리플 파라미터(예를 들어, 인덕터 전류(IL)에 대한 타겟 전류 리플의 구성)에 의해 결정될 수 있다.FIG. 3B shows a block diagram of selected components of an
도 3c는 본 개시의 실시예들에 따라 부스트 비활성 모드에서의 동작을 나타내는 부스트 컨버터(20)의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다. 부스트 컨버터(20)는, 부스트 컨버터(20)에 의해 생성된 공급 전압(VSUPPLY)이 히스테리시스 전압(VHYST)보다 높게 상승하고 감지 전압(VDD_SENSE)이 공급 전압(VSUPPLY) 미만으로 유지될 때, 부스트 비활성 모드에서 동작할 수 있다. 부스트 비활성 모드에서, 제어 회로(40)는 바이패스 스위치(30), 충전 스위치들(34), 및 정류 스위치들(36)을 비활성화(예를 들어, 디스에이블, 개방, 턴 오프)할 수 있다. 따라서, 감지 전압(VDD_SENSE)이 공급 전압(VSUPPLY) 미만으로 유지될 때, 제어 회로(40)는 공급 전압(VSUPPLY)으로부터 배터리(22)를 백파워링(backpower)하지 않기 위해 부스트 컨버터(20)가 바이패스 모드에 진입하는 것을 방지한다. 또한, 공급 전압(VSUPPLY)이 임계 최소 전압(VMIN) 아래로 떨어지면, 제어 회로(40)는 임계 최소 전압(VMIN)과 히스테리시스 전압(VHYST) 사이에서 공급 전압(VSUPPLY)을 유지하기 위해 부스트 컨버터(20)가 다시 부스트 활성 모드에 진입하게 할 수 있다.FIG. 3C shows a block diagram of selected components of
따라서, 전술한 모드들에서의 동작을 통해, 부스트 컨버터(20)는 임계 최소 전압(VMIN)과 히스테리시스 전압(VHYST) 사이에서 공급 전압(VSUPPLY)의 히스테리시스 조절을 제공하도록 동작할 수 있다.Accordingly, through operation in the above-described modes,
본 개시의 일부 실시예들에서, 바이패스 스위치(30)는 부스트 컨버터(20)에 존재하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 바이패스 스위치(30)에 의해 제공되는 바이패스 기능에 더하여 또는 그 대신에, 부스트 컨버터(20)는 부스트 컨버터(20)의 전류 제한으로 인해 공급 전압(VSUPPLY)에 존재할 수 있는 전압 붕괴 상태 동안 거의 배터리 전압(VBAT)으로 공급 전압(VSUPPLY)을 조절하도록 구성될 수 있다.It should be understood that in some embodiments of the present disclosure,
여기에 참조로 통합된 2021년 4월 22일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 17/237,373에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 제약들이 전력 컨버터의 동작에 적용될 수 있으며, 이는 전력 컨버터에 의해 배터리로부터 끌어올 수 있는 전류에 하나 이상의 제한을 둘 수 있다. 일부 예들에서, 부스트 컨버터(20)에 적용되는 이러한 전류 제한들은 붕괴 상태를 초래할 수 있으며, 여기서 공급 전압(VSUPPLY)은 배터리 전압(VBAT)으로 떨어지고, 따라서 전력 컨버터(20)는 공급 전압(VSUPPLY)을 조절할 수 없다. 본 명세서의 배경 부분에서 설명된 바와 같이, 전통적인 접근 방법들에서, 제어 회로(40)는 부스트 컨버터(20)의 전류 제한의 결과로서 배터리 전압(VBAT)을 공급 전압(VSUPPLY)으로 바이패스하기 위해 바이패스 스위치(30)(및/또는 하나 이상의 정류 스위치들(36))를 활성화할 수 있다. 그러나, 본 개시에 따르면, 부스트 컨버터(20)는 붕괴 상태의 경우에 배터리 전압(VBAT)과 거의 동일하게 공급 전압(VSUPPLY)을 조절하도록 구성될 수 있다.As described in U.S. Patent Application Serial No. 17/237,373, filed April 22, 2021, which is incorporated herein by reference, one or more constraints may apply to the operation of the power converter, which determines the amount of energy drawn from the battery by the power converter. One or more limits can be placed on the current that can come. In some examples, these current limits applied to boost
도 4는 본 개시의 실시예들에 따라 예시적인 제어 회로(40)의 선택된 구성요소들의 블록도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제어 회로(40)는 비교기(52), 붕괴 제어기(collapse controller)(54), 최대 블록(56), 전류 제어기(58), 최소 블록(60), 및 스위치 제어기(62)를 포함할 수 있다. 4 shows a block diagram of selected components of an
비교기(52)는 붕괴 제어기(54)의 동작을 제어하기 위해 공급 전압(VSUPPLY)을 배터리 전압(VBAT)과 비교하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공급 전압(VSUPPLY)이 배터리 전압(VBAT)보다 크면, 비교기(52)는 붕괴 제어기(54)가 붕괴 상태 전류(ICOL)를 감소시키는 릴리스 모드(release mode)에서 동작하게 할 수 있다. 반면에, 공급 전압(VSUPPLY)이 배터리 전압(VBAT)보다 작다면, 비교기(52)는 붕괴 제어기(54)가 붕괴 상태 전류(ICOL)를 증가시키는 어택 모드(attack mode)에서 동작하게 할 수 있다.
최대 블록(56)은 보호 전류(IPROT) 및 붕괴 상태 전류(ICOL) 중 최대값을 선택하여 최소 블록(60)에 전달되는 최대 전류(IMAX)를 생성할 수 있다. 보호 전류(IPROT)는 예를 들어 '373 출원에 기술된 바와 같이 임의의 배터리 보호 제약들 및/또는 다른 보호 제약들을 만족시키기 위해 부스트 컨버터(20)에 의해 인출될 수 있는 최대 전류를 나타낼 수 있다. 따라서, 붕괴 상태가 존재하는 경우, 최대 블록(56)과 함께 붕괴 제어기(54)는 공급 전압(VSUPPLY)을 조절하기 위해 그러한 보호 전류(IPROT)를 일시적으로 무시할 수 있다.The
전류 제어기(58)는 공급 전압(VSUPPLY), 임계 최소 전압(VMIN), 히스테리시스 전압(VHYST), 및/또는 임의의 다른 적절한 파라미터에 기초하여, 원하는 전압 레벨로 공급 전압(VSUPPLY)을 조절하기 위해 부스트 컨버터(20)에 의해 인출될 타겟 전류(ITARGET)를 결정할 수 있다. 공급 전압(VSUPPLY)에 기초한 이러한 타겟 전류의 결정은 본 개시의 범위를 벗어나지만, '517 출원에 기술된 바와 같이 타겟 평균 전류를 결정하는 접근 방식을 제한 없이 포함하는 임의의 적절한 방식으로 결정될 수 있다.
최소 블록(60)은 타겟 전류(ITARGET) 및 최대 전류(IMAX) 중 최소값을 선택하고 그 결과를 스위치 제어기(62)에 전달할 수 있다. 수신된 전류 값에 기초하여, 스위치 제어기(62)는 그러한 타겟 전류(ITARGET)를 인출하기 위해 부스트 컨버터(20)의 스위치들(34 및 36)을 커뮤테이트하도록 적절한 제어 신호들()을 생성할 수 있다.The
동작 시, 붕괴 제어기(54)의 기능은 최대 전류(IMAX)를 생성하기 위해 상태 머신을 구현하도록 최대 블록(56)과 통합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 최대 전류(IMAX)는 배터리 보호 제약들을 만족시키기 위한 보호 전류(IPROT)와 비교기(52)의 출력에 기초할 수 있다. 붕괴 상태가 아닌 경우 최대 전류(IMAX)는 보호 전류(IPROT)와 동일할 수 있다. 반면, 붕괴 상태에서는 최대 전류(IMAX)는 보호 전류(IPROT)를 초과할 수 있다.In operation, the functionality of
도 5는 본 개시의 실시예들에 따라 붕괴 제어기(54) 및 최대 블록(56)에 의해 구현될 수 있는 예시적인 상태 머신(70)을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상태 머신(70)은 4가지 상태들, 즉 유휴 상태(idle state)(72), 어택 상태(attack state)(74), 릴리스 상태(release state)(76), 및 느린 릴리스 상태(slow release state)(78)를 포함할 수 있다. 느린 릴리스 상태(78)는 상태 머신(70)의 일부 실시예들에서 그러한 상태가 존재하지 않을 수 있으므로 점선으로 도시된다.5 shows an
유휴 상태(72)에서 최대 전류(IMAX)는 보호 전류(IPROT)와 동일할 수 있다. 유휴 상태(72)로부터, 상태 머신(70)은 공급 전압(VSUPPLY)을 초과하는 배터리 전압(VBAT) 및 (위에서 기술된 임계 최소 전압(VMIN) 이하일 수 있는) 최소 허용 가능 조절 전압(VUV) 아래로 떨어지는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 어택 상태(74)로 전환될 수 있다. In the
붕괴 제어기(54)는 어택 상태(74)에 있는 동안 최대 전류(IMAX)가 지속적으로 증가하도록 할 수 있다. 어택 상태(74)로부터, 상태 머신(70)은 보호 전류(IPROT) 아래로 떨어지는 최대 전류(IMAX) 및 공급 전압(VSUPPLY) 아래로 떨어지는 배터리 전압(VBAT)에 응답하여 유휴 상태(72)로 다시전환될 수 있다. 또한, 어택 상태(74)로부터, 상태 머신(70)은 배터리 전압(VBAT)을 초과하는 공급 전압(VSUPPLY) 및 최소 허용 가능 조절 전압(VUV) 아래에서 유지되는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 릴리스 상태(76)로 전환될 수 있다. 또한, 어택 상태(74)로부터, 상태 머신(70)은 최소 허용 가능 조절 전압(VUV)을 초과하는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 느린 릴리스 상태(78)로 전환될 수 있다.The
붕괴 제어기(54)는 릴리스 상태(76)에 있는 동안 최대 전류(IMAX)가 지속적으로 감소하도록 할 수 있다. 릴리스 상태(76)로부터, 상태 머신(70)은 보호 전류(IPROT) 아래로 떨어지는 최대 전류(IMAX)에 응답하여 유휴 상태(72)로 다시 전환될 수 있다. 또한, 릴리스 상태(76)로부터, 상태 머신(70)은 공급 전압(VSUPPLY)를 초과하는 배터리 전압(VBAT) 및 최소 허용 가능 조절 전압(VUV) 아래에서 유지되는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 어택 상태(74)로 다시 전환될 수 있다. 또한, 릴리스 상태(76)로부터, 상태 머신(70)은 공급 전압(VSUPPLY)을 초과하는 배터리 전압(VBAT) 및 최소 허용 가능 조절 전압(VUV) 이상으로 상승하는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 느린 릴리스 상태(78)로 전환될 수 있다.The
느린 릴리스 상태(78)는, 공급 전압(VSUPPLY)이 배터리 전압(VBAT)과 동일하고 공급 전압(VSUPPLY)이 최소 허용 가능 조절 전압(VUV)보다 높을 때 부스트 컨버터(20)가 활성화될 수 있는 전용 바이패스 스위치(30)를 갖는 실시예에서만 존재할 수 있다. 붕괴 제어기(54)가 작동되고(engaged)(예를 들어, IMAX > IPROT) 공급 전압(VSUPPLY)이 최소 허용 가능 조절 전압(VUV)보다 높은 경우, 붕괴 제어기(54)에 의해 구현된 제어 루프는 바이패스 스위치(30)와의 부정적 상호 작용을 적절하게 피하기 위해 필요할 수 있다. 이러한 부정적 상호 작용은, 느린 릴리스 상태(78)에 있는 동안 지속적으로 감소하는 최대 전류(IMAX)에 의해, 하지만 릴리스 상태(76)에서 발생하는 최대 전류(IMAX)의 감소보다 느릴 수 있는 레이트로 달성될 수 있다.The
느린 릴리스 상태(78)에서, 붕괴 제어기(54)는 릴리스 상태(76)에서의 감소율보다 느린 프로그래밍 가능한 감소율로 최대 전류(IMAX)를 감소시킬 수 있으며, 이는 최소 허용 가능 조절 전압(VUV)의 경계 근처에서 공급 전압(VSUPPLY)의 채터링을 줄일 수 있다.In the
느린 릴리스 상태(78)로부터, 상태 머신(70)은 보호 전류(IPROT) 아래로 떨어지는 최대 전류(IMAX)에 응답하여 유휴 상태(72)로 다시 전환될 수 있다. 또한, 느린 릴리스 상태(78)로부터, 상태 머신(70)은 공급 전압(VSUPPLY)을 초과하는 배터리 전압(VBAT) 및 최소 허용 가능 조절 전압(VUV) 아래로 떨어지는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 어택 상태(74)로 다시 전환될 수 있다. 또한, 느린 릴리스 상태(78)로부터, 상태 머신(70)은 배터리 전압(VBAT)을 초과하는 공급 전압(VSUPPLY) 및 최소 허용 가능 조절 전압(VUV) 아래로 떨어지는 공급 전압(VSUPPLY)에 응답하여 릴리스 상태(76)로 전환될 수 있다. From
특히, 최소 허용 가능 조절 전압(VUV)은 전용 바이패스 스위치(30)가 존재하는 실시예들의 상태 머신(70)에서만 관련될 수 있다. 따라서, 전용 바이패스 스위치(30)가 없고 상태 머신(70)이 느린 릴리스 상태(78)를 포함하지 않는 실시예들에서, 도 5에 도시된 최소 허용 가능 조절 전압(VUV)과의 비교는 무시될 수 있다.In particular, the minimum allowable regulation voltage (V UV ) may only be relevant in the
어택 상태(74)에 들어갈 때, 붕괴 제어기(54)는 상태 머신(70)이 어택 상태(74)에 유지되는 시간의 지속기간 동안 최대 전류(IMAX)를 계속해서 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 최대 전류(IMAX)의 이러한 증가는 프로그래밍 가능한 선형 항(programmable linear term)(예를 들어, 시간에 따라 선형적으로 증가), 프로그래밍 가능한 2차 항(programmable quadratic term)(예를 들어, 시간에 따라 지수적으로 증가), 및 최대 전류(IMAX)에 대한 복합 곡선을 생성하기 위해 2차 항이 선형 항에 추가되는 어택 상태(74)의 시작 이후 프로그래밍 가능한 시간 지연을 포함할 수 있다. 이러한 복합 램프는 선형 항을 통해 정상 상태 안정성을 가능하게 하고 2차 항을 통해 배터리 전압(VBAT) 대비 공급 전압(VSUPPLY)의 빠른 추적을 가능하게 할 수 있다. 붕괴 제어기(54)는 릴리스 상태(76) 및 느린 릴리스 상태(78) 동안 최대 전류(IMAX)를 감소시키는 유사한 복합 곡선을 생성할 수 있다.Upon entering the
위에서 설명한 예시적인 파형 외에도, 시간, 전류, 및/또는 전압에 따라 달라지는 다른 파형들이 사용될 수 있다.In addition to the example waveforms described above, other waveforms that vary in time, current, and/or voltage may be used.
본원에 사용된 바와 같이, 둘 이상의 요소들이 서로 "결합된" 것으로 언급될 때, 그러한 용어는 그러한 둘 이상의 요소들이 간접적으로 또는 직접적으로 또는 개재 요소들의 여부와 상관없이 적용 가능한 것으로서 전자 통신 또는 기계적 통신 상태에 있음을 나타낸다.As used herein, when two or more elements are referred to as being "coupled" with one another, such term is applicable to electronic or mechanical communication whether such two or more elements are connected indirectly or directly, or with or without intervening elements. Indicates that it is in a state.
본 개시는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 유사하게, 적절한 경우, 첨부된 청구범위는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 또한, 특정 기능을 수행하도록 적응되거나, 배열되거나, 할 수 있거나, 구성되거나, 할 수 있게 되거나, 동작 가능하거나, 또는 동작하는 장치 또는 시스템, 또는 장치 또는 시스템의 구성요소에 대한 첨부된 청구범위에서의 참조는, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분이 적응되고, 배열되고, 할 수 있고, 구성되고, 할 수 있게 되고, 동작 가능하고, 동작하는 한, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분, 또는 그 특정 기능이 활성화되거나, 턴 온되거나, 또는 잠금해제되는 것과는 무관하게 그 장치, 시스템, 또는 구성요소를 망라한다. 따라서, 수정들, 부가들, 또는 생략들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 설명된 시스템들, 장치들, 및 방법들에 대해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 시스템들 및 장치들의 구성요소들은 통합되거나 또는 분리될 수 있다. 게다가, 여기에서 개시된 시스템들 및 장치들의 동작들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 구성요소들에 의해 수행될 수 있으며 설명된 방법들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 단계들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, "각각"은 세트의 각각의 멤버 또는 세트의 서브세트의 각각의 멤버를 지칭한다.This disclosure covers all changes, substitutions, variations, modifications, and modifications to the exemplary embodiments herein that may be understood by those skilled in the art. Similarly, the appended claims, where appropriate, cover all changes, substitutions, variations, modifications, and modifications to the exemplary embodiments herein that may occur to those skilled in the art. Additionally, in the appended claims for a device or system, or component of a device or system, adapted, arranged, capable, configured, enabled, operable, or operative to perform a particular function. A reference to a device, system, or component, insofar as the device, system, or component is adapted, arranged, capable, configured, enabled, operable, or operable. Covers any device, system, or component regardless of whether a particular function is activated, turned on, or unlocked. Accordingly, modifications, additions, or omissions may be made to the systems, devices, and methods described herein without departing from the scope of the present disclosure. For example, components of systems and devices may be integrated or separate. Additionally, the operations of the systems and devices disclosed herein may be performed by more, fewer, or different components and the methods described may include more, fewer, or different steps. Additionally, the steps may be performed in any suitable order. As used herein, “each” refers to each member of a set or each member of a subset of a set.
대표적인 실시예들이 도면들에서 예시되고 설명되었지만, 본 개시의 원리들은 현재 알려져 있는지에 관계없이, 임의의 기술들을 사용하여 구현될 수 있다. 본 개시는 결코 도면들에 예시되고 상기 설명된 대표적인 구현예들 및 기술들에 제한되지 않아야 한다.Although representative embodiments are illustrated and described in the drawings, the principles of the present disclosure may be implemented using any technology, whether or not currently known. The present disclosure should in no way be limited to the representative implementations and techniques illustrated in the drawings and described above.
달리 구체적으로 주지되지 않는다면, 도면들에서 묘사된 부분들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다.Unless specifically noted otherwise, parts depicted in the drawings are not necessarily drawn to scale.
본 명세서에 나열된 모든 예들 및 조건부 표현은 독자가 본 개시 내용과 기술을 발전시키기 위해 발명자에 의해 기여된 개념을 이해하는 데 도움이 되도록 교수적인 목적으로 의도된 것이며, 그와 같이 특정하게 인용된 예들 및 조건들에 대한 제한은 없는 것으로 해석되어야 한다. 본 개시의 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.All examples and conditional expressions listed herein are intended for instructional purposes to assist the reader in understanding the disclosure and the concepts contributed by the inventor to advance the technology, and examples specifically cited as such are It should be interpreted that there are no restrictions on the terms and conditions. Although embodiments of the present disclosure have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions, and alterations may be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure.
특정 이점들이 위에서 열거되었지만, 다양한 실시예들은 열거된 이점들 중 일부, 또는 모두를 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다. 부가적으로, 다른 기술적 이점들은 앞서 말한 도면들 및 설명의 검토 후 이 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백해질 것이다.Although specific advantages are listed above, various embodiments may or may not include some, all, or all of the listed advantages. Additionally, other technical advantages will become readily apparent to those skilled in the art after review of the foregoing drawings and description.
여기에 첨부된 청구항들을 해석하는 데 있어 본 출원에 대해 발행된 임의의 특허의 임의의 독자들 및 특허청을 돕기 위해, 출원인들은 단어들("~하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계")이 특정한 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는다면 첨부된 청구항들 또는 청구항 요소들 중 어떠한 것도 35 U.S.C §112(f)를 적용하도록 의도하지 않는다는 것을 주목하길 원한다.To assist the Patent and Trademark Office and any reader of any patent issued on this application in interpreting the claims appended hereto, Applicants have used the words ("means for" or "steps for") We wish to note that none of the appended claims or claim elements are intended to make 35 U.S.C. §112(f) apply unless explicitly used in a particular claim.
Claims (18)
입력 전압을 수신하고 입력 전압을 출력 전압으로 승압하도록 구성된 부스트 컨버터; 및
제어 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는:
부스트 컨버터에 의해 인출되는 전류를 제한하기 위해 최대 전류 제한을 시행하고;
입력 전압 아래로 감소하는 출력 전압에 응답하여 출력 전압이 입력 전압과 거의 동일하게 되도록 최대 전류 제한 이상으로 전류를 동적으로 증가시키도록 구성되는, 시스템.As a system:
A boost converter configured to receive an input voltage and step up the input voltage to an output voltage; and
Includes a control circuit,
The control circuit is:
Implement maximum current limiting to limit the current drawn by the boost converter;
A system configured to dynamically increase current above a maximum current limit in response to the output voltage decreasing below the input voltage such that the output voltage is approximately equal to the input voltage.
출력 전압이 입력 전압보다 작고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류를 지속적으로 증가시키고;
출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류를 지속적으로 감소시키도록 구성되는, 시스템.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein the control circuit further:
Continuously increase the current when the output voltage is less than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit;
A system configured to continuously reduce current when the output voltage is greater than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit.
출력 전압이 입력 전압보다 작고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류의 증가율은 비선형적이고;
출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류의 감소율은 비선형적인, 시스템.According to clause 4,
When the output voltage is less than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit, the rate of increase of the current is non-linear;
When the output voltage is greater than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit, the rate of reduction of the current is non-linear, system.
상기 증가율은 제어 회로가 출력 전압이 입력 전압보다 작고 전류가 최대 전류 제한보다 큰 어택 상태에 들어간 이후의 시간의 함수이고;
상기 감소율은 제어 회로가 출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 큰 릴리스 상태에 들어간 이후의 시간의 함수인, 시스템.According to clause 5,
The rate of increase is a function of the time after which the control circuit enters an attack state where the output voltage is less than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit;
wherein the rate of decay is a function of the time after the control circuit enters a release state where the output voltage is greater than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit.
입력 전압을 수신하고 입력 전압을 출력 전압으로 승압하도록 구성된 부스트 컨버터에 의해 인출되는 전류를 제한하기 위해 최대 전류 제한을 시행하는 단계; 및
입력 전압 아래로 감소하는 출력 전압에 응답하여 출력 전압이 입력 전압과 거의 동일하게 되도록 최대 전류 제한 이상으로 전류를 동적으로 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.As a method:
enforcing a maximum current limit to limit the current drawn by a boost converter configured to receive an input voltage and step up the input voltage to an output voltage; and
In response to the output voltage decreasing below the input voltage, dynamically increasing the current above the maximum current limit such that the output voltage is approximately equal to the input voltage.
출력 전압이 입력 전압보다 작고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류를 지속적으로 증가시키는 단계; 및
출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류를 지속적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.According to any one of claims 10 to 12,
Continuously increasing the current when the output voltage is less than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit; and
The method further comprising continuously reducing the current when the output voltage is greater than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit.
출력 전압이 입력 전압보다 작고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류의 증가율은 비선형적이고;
출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 전류의 감소율은 비선형적인, 방법.According to clause 13,
When the output voltage is less than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit, the rate of increase of the current is non-linear;
When the output voltage is greater than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit, the rate of reduction of the current is nonlinear.
상기 증가율은 제어 회로가 출력 전압이 입력 전압보다 작고 전류가 최대 전류 제한보다 큰 어택 상태에 들어간 이후의 시간의 함수이고;
상기 감소율은 제어 회로가 출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 큰 릴리스 상태에 들어간 이후의 시간의 함수인, 방법.According to clause 14,
The rate of increase is a function of the time after which the control circuit enters an attack state where the output voltage is less than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit;
wherein the rate of decay is a function of the time after the control circuit enters a release state where the output voltage is greater than the input voltage and the current is greater than the maximum current limit.
출력 전압이 임계 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 클 때 발생하는 제2 감소율은 출력 전압이 입력 전압보다 크고 전류가 최대 전류 제한보다 작을 때의 감소율과는 상이한, 방법.17. The method of any one of claims 13 to 16, further comprising continuously reducing the current when the output voltage is greater than the threshold voltage and the current is greater than the maximum current limit,
The second rate of reduction that occurs when the output voltage is greater than the threshold voltage and the current is greater than the maximum current limit is different from the rate of decrease when the output voltage is greater than the input voltage and the current is less than the maximum current limit.
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