WO2014129707A1 - Multiple-output dc-dc converter using switched capacitor - Google Patents

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WO2014129707A1
WO2014129707A1 PCT/KR2013/005942 KR2013005942W WO2014129707A1 WO 2014129707 A1 WO2014129707 A1 WO 2014129707A1 KR 2013005942 W KR2013005942 W KR 2013005942W WO 2014129707 A1 WO2014129707 A1 WO 2014129707A1
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WO
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switch
output
voltage
control signal
string
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PCT/KR2013/005942
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French (fr)
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Inventor
백동현
이정윤
김영진
윤선우
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중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073Charge pumps of the Schenkel-type
    • H02M3/077Charge pumps of the Schenkel-type with parallel connected charge pump stages

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a multiple output DC-DC converter using a switched capacitor, and more particularly, multiple output using a switched capacitor capable of high efficiency power conversion multiple output and efficiently reducing the ripple of the output voltage. It relates to a DC-DC converter.
  • SoC System on Chip
  • Inductor-based switching converters have the advantage of having a wide range of output voltages to ensure high efficiency, and only one inductor can reduce the size and cost of the converter.
  • Switched-capacitor (SC) converters on the other hand, do not require an inductor for voltage conversion, and thus have received a lot of attention because they can achieve high efficiency without the need for an additional process.
  • the present invention proposes a multiple output DC-DC converter using a switched capacitor capable of high efficiency multiple output and efficiently reduce the ripple of the output voltage.
  • a control signal generation unit for generating a switching control signal so that a plurality of output voltage corresponding to each reference voltage level; And an output unit configured to output an input voltage to a plurality of output terminals based on the switching control signal, wherein the output unit comprises N (two or more natural numbers) switched capacitor cells sharing the plurality of output terminals.
  • Each of the N switched capacitor cells includes: a common capacitor configured to charge and discharge the input voltage; And a plurality of switch strings configured to charge the input voltage to the common capacitor and to switch the charged voltages to be outputted to the plurality of output terminals.
  • the number of the plurality of switch strings is the same as the number of the plurality of output terminals, and the first switch string of the plurality of switch strings may switch the charged voltage to be output to the first output terminal of the plurality of output terminals. have.
  • the first switch string may include a 1-1 switch to which the input voltage is applied at one end; A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch and one end of the common capacitor; 1-2 switches, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch and the first output terminal; And a 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch and the other end of the common capacitor, and the other end connected to the ground.
  • a second switch string of the plurality of switch strings switches the charged voltage to be output to a second output terminal of the plurality of output terminals, and the second switch string is 1-1 to which the input voltage is applied at one end.
  • switch A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch of the first switch string, the other end of the 1-1 switch of the second switch string, and one end of the common capacitor; 1-2 switches, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch of the second switch string and the second output terminal;
  • a 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch of the first switch string, the other end of the 1-2 switch of the second switch string, and the other end of the common capacitor, and the other end connected to the ground.
  • the control signal generation unit may include: a first comparator configured to compare a first output voltage output to the first output terminal with a first reference voltage; And a second comparator for comparing the first output voltage with a second reference voltage, wherein a value corresponding to the first output voltage between the first reference voltage and the second reference voltage based on the comparison result.
  • the first switching control signal to have a can be generated.
  • the control signal generator generates the first switching control signal using an N-bit binary counter, wherein the N first switch strings constituting the N switched capacitor cells correspond to the N-bit binary counter value. It can work.
  • the control signal generator adds 1 to the N-bit binary counter when the first output voltage is lower than the first and second reference voltages as a result of the comparison by the comparator, and the first output voltage is the first output voltage.
  • 1 may be subtracted from the N-bit binary counter.
  • FIG. 1 is a view showing an overall schematic diagram of a multiple output DC-DC converter using a switched capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing in more detail the schematic diagram of FIG. 1 centering on an output unit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of an output unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of a first switch string controlled using a switching control signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic diagram of a multiple output DC-DC converter 100 using a switched capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the schematic diagram of FIG. 1 in more detail with reference to the output unit 120.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the output unit 120 according to an embodiment of the present invention. .
  • a multiple output DC-DC converter (hereinafter, referred to as a 'DC-DC converter' for convenience of description) using a switched capacitor includes a control signal generator 110 and an output unit ( 120).
  • control signal generator 110 generates a switching control signal such that the multiple output voltages correspond to respective reference voltage levels.
  • control signal generator 110 may include a first comparator 111 and a second comparator 112, and three output voltages may be referenced to each reference voltage level by using a comparison result by the two comparators. It is possible to generate a switching control signal to be equivalent to.
  • the output unit 120 outputs an input voltage to three output terminals based on the switching control signal.
  • the output unit 120 may be composed of eight switched capacitor cells 121, 122, 123, ..., 128 sharing three output terminals, each of the eight switched capacitor cells It may include a common capacitor for charging and discharging the input voltage, three switch strings for charging the input voltage to the common capacitor, and switching so that the charged voltage is output to the three output terminals.
  • the first switched capacitor cell 121 includes a common capacitor 1212, a first switch string 1214, a second switch string 1216, and a third switch string 1218.
  • the second switched capacitor cell 122 also includes a common capacitor 1222, a first switch string 1224, a second switch string 1226, and a third switch string 1228, in the same manner as the eight switched Capacitor cell 128 also includes a common capacitor 1282, a first switch sequence 1284, a second switch sequence 1286, and a third switch sequence 1288, respectively.
  • the first switch string included in each of the eight switched capacitor cells That is, the first output voltage is output to the first output terminal V OUT_A by the eight first switch strings 1214, 1224, 1234,..., 1284.
  • the second output voltage is output to the second output terminal V OUT_B by the eight second switch strings 1216, 1226, 1236,..., And 1286 included in each of the eight switched capacitor cells.
  • the third output voltage is output to the third output terminal V OUT_C by the eight third switch strings 1218, 1228, 1238,..., And 1288 included in each of the switched capacitor cells.
  • the number of switch strings is preferably equal to the number of output terminals.
  • control signal generator 110 since the output unit 120 is composed of eight switched capacitor cells, in the present invention, the control signal generator 110 generates a control signal for the operation of the eight switched capacitor cells using an 8-bit binary counter. It will be explained on the assumption.
  • the operation of a total of eight first switch strings included in eight switched capacitor cells is controlled by a first 8-bit binary counter, and eight second switch strings are controlled by a second 8-bit binary counter.
  • the operations of the eighth switch arrays are controlled by the eighth eight-bit binary counter.
  • the present invention is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that a higher number of switched capacitor cells and corresponding higher bit binary counters may be used as needed.
  • the first output voltage among the three output voltages is output to the first output terminal V OUT_A among the three output terminals by the DC-DC converter 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the first output voltage will be described based on an operation in which the output level is determined by the operation of the first switch string, that is, the eight first switch strings, of the three switch strings included in the eight switched capacitor cells.
  • the switch according to an embodiment of the present invention is preferably a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) device.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the first switch string 1214 may include four switches, and an input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1214a among the four switches.
  • One end of the 2-1 switch 1214b is connected to the other end of the 1-1 switch 1214a and one end of the common capacitor 1212, and one end of the 1-2 switch 1214c is sequentially connected to the 2-1 switch. It is connected to the other end of the 1214b and the first output terminal (V OUT_A ).
  • One end of the 2-2 switch 1214d is connected to the other end of the 1-2 switch 1214c and the other end of the common capacitor 1212, and the other end of the 2-2 switch 1214d is connected to ground to form a circuit diagram. do.
  • the second switch string 1216 may also include four switches, and the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1216a among the four switches.
  • One end of the 2-1 switch 1216b is connected to the other end of the 1-1 switch 1216a, one end of the common capacitor 1212, and the other end of the 1-1 switch 1214a of the first switch string, and sequentially One end of the 1-2 switch 1216c is connected to the other end of the 2-1 switch 1216b and the second output terminal V OUT_B .
  • One end of the 2-2 switch 1216d is connected to the other end of the 1-2 switch 1216c, the other end of the common capacitor 1212, and the other end of the 1-2 switch 1214c of the first switch string.
  • the other end of the second switch 1216d is connected to ground.
  • the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1218a among the four switches of the third switch string 1218, and one end of the 2-1 switch 1218b is applied to the 1-1 switch ( The other end of 1218a, one end of the common capacitor 1212, the other end of the 1-1 switch 1214a of the first switch string, and the other end of the 1-1 switch 1216a of the second switch string.
  • One end of the 1-2 switch 1218c is connected to the other end of the 2-1 switch 1218b and the third output terminal V OUT_C , and one end of the 2-2 switch 1218d is connected to the 1-2 switch 1218c. Is connected to the other end of), the other end of the common capacitor 1212, the other end of the 1-2 switch 1214c of the first switch string, and the other end of the 1-2 switch 1216c of the second switch string, and the 2-2 switch 1218d. The other end of) is connected to ground.
  • the eight switched capacitor cells (121, 122, ..., 128) are three output terminals (V OUT_A, V OUT_B, V OUT_C) as described above, the first output terminal (V OUT_A ) Is not only connected to the other end of the 2-1 switch 1214b of the first switch capacitor cell 121 and one end of the 1-2 switch 1214c, but also to the first switch of the second switched capacitor cell 122.
  • the second output terminal V OUT_B and the third output terminal V OUT_C are also the same, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • control signal generator 110 uses the comparison result of the first comparator 111 and the second comparator 112 as a reference to the first output voltage output to the first output terminal V OUT_A . Generate a switching control signal that corresponds to the voltage level.
  • the first comparator 111 provides a result of comparing the first output voltage output to the first output terminal V OUT_A with the first reference voltage V REF_A_H to the control signal generator 110.
  • the second comparator 112 may provide a result of the comparison with the second reference voltage V REF_A_L to the control signal generator 110.
  • V REF_A_H higher than the first reference voltage (V REF_A_H) a second reference voltage (V REF_A_L), and the difference is assumed to be 0.1V.
  • control signal generation unit 110 generates a first switching control signal such that the first output voltage has a value corresponding between the first reference voltage and the second reference voltage based on the comparison result by the two comparators. .
  • the control signal generator 110 when it is determined that the output voltage is higher than the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the first comparator 111 and the second comparator 112, the control signal generator 110 outputs the output.
  • a control signal for lowering the voltage for example, a down signal may be generated.
  • the control signal generator 110 is a control signal for increasing the output voltage, for example, an up signal. May occur.
  • control signal generator is a control signal for maintaining the output voltage as it is. lock) signal may be generated.
  • the generation of the up, down, and lock signals may be performed by the up / down determination unit 113 included in the control signal generator 110.
  • control signal generator 110 uses the generated up, down, and lock signals to generate a bit in the form of a synchronized binary counter for controlling the eight first switch strings constituting the eight switched capacitor cells.
  • control signal generator 110 may output a bit having a value added by 1 every clock by using the up signal generated by the up / down determination unit 113, and by using the down signal.
  • the bit of the subtracted value may be output for each clock.
  • the eight first switch strings are controlled according to the size of the output bit, thereby determining the level of the first output voltage output through the first output terminal.
  • the output of the bit may be performed by the digital capacitance modulation (DCpM) control unit 114.
  • DCpM digital capacitance modulation
  • control signal generator 110 outputs the output bit, i.e., an 8-bit binary counter type bit that can be output by the DCpM controller 114 and an output bit when the output bit is high.
  • the clock may be output, and if it is low, the clock may not be output.
  • the output of the clock using the output bit and the input clock may be performed by the decoder 115.
  • control signal generator 110 As the number of phases is used, the ripple of the output voltage is reduced, so that the control signal generator 110 according to the embodiment of the present invention has four 0 °, 45 °, 90 °, and 135 ° four. It may further comprise a four-phase generator 116 for outputting the phase.
  • the four-phase generator 116 outputs the four phases using the input clock, so that the interleaved phase method can be applied to the present invention.
  • Switched-capacitor converters are easier to apply multiple interleaved phase schemes compared to inductor-based switching converters, and the reduction of output voltage ripple enables design that greatly reduces or eliminates the load capacitor's capacity, which is advantageous for system-on-chip schemes. Do.
  • control signal generator 110 is a non-overclock generator (non over clock generator) for outputting one input clock as two clocks having different dead time ( 117 may be further included.
  • VDD and GND may be connected to reduce the efficiency of the converter. Therefore, the two switches having different dead times do not turn on at the same time.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of a first switch string controlled using a switching control signal according to an embodiment of the present invention.
  • the first switch string is configured by a decoder and a driver. It can be seen that the operation of the four switches, that is, the voltage applied to the gates of the four MOSFETs is determined.
  • the second switch string and the third switch string included in one switched capacitor cell together with the first switch string are operated in the same manner.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Disclosed is a multiple-output DC-DC converter using a switched capacitor. The multiple-output DC-DC converter using a switched capacitor comprises: a control signal generation unit for generating a switching control signal to make a plurality of output voltages correspond to respective reference voltage levels; and an output unit for outputting an input voltage to a plurality of output terminals on the basis of the switching control signal, wherein the output unit comprises N (a natural number of 2 or greater) switched-capacitor cells sharing the plurality of output terminals, and wherein each of the N switched-capacitor cells comprises: a common capacitor which charges and discharges the input voltage; and a plurality of switch arrays which switch on and off so that the input voltage is charged to the common capacitor and the charged voltage is outputted to the plurality of output terminals. The present invention has an advantage capable of highly efficient multiple output, and also an advantage capable of efficiently reducing ripples of an output voltage.

Description

스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터Multiple Output DC-DC Converters with Switched Capacitors
본 발명의 실시예들은 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고효율 전력 변환 다중 출력이 가능하고, 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a multiple output DC-DC converter using a switched capacitor, and more particularly, multiple output using a switched capacitor capable of high efficiency power conversion multiple output and efficiently reducing the ripple of the output voltage. It relates to a DC-DC converter.
최근 많은 반도체 부품들은 소형화와 원가절감을 위해 시스템온칩(System on Chip, SoC) 방식으로 구현하고 있는 추세이다. Recently, many semiconductor parts have been implemented using a System on Chip (SoC) method for miniaturization and cost reduction.
시스템온칩 기술의 발전으로 단일 칩 내에서 요구되는 동작 전압은 다양 해지고 있으며, 이에, 다중 출력 특성을 가지는 컨버터가 필요하여 이와 관련된 다양한 연구가 진행되고 있다. Due to the development of system-on-chip technology, the operating voltage required in a single chip has been diversified. Therefore, a converter having multiple output characteristics is required.
그 중 하나의 인덕터만을 사용하는 다중 출력 스위칭 컨버터(Single-Inductor Multiple-Output, SIMO)에 대한 연구가 활발하다. There is an active research on single-inductor multiple-output (SIMO) using only one inductor.
인덕터 기반의 스위칭 컨버터는 고효율을 보장하는 출력 전압의 범위가 넓다는 장점이 있고, 하나의 인덕터만을 사용하여 컨버터의 크기와 원가를 줄일 수 있기 때문이다. Inductor-based switching converters have the advantage of having a wide range of output voltages to ensure high efficiency, and only one inductor can reduce the size and cost of the converter.
그러나, 전력 변환 고효율을 위해서는 높은 Q값을 갖는 인덕터가 요구되므로, 이를 온-칩(on-chip)으로 구현하기 위해서는 값비싼 추가적인 공정 과정을 필요로 하게 된다. However, in order to achieve high power conversion efficiency, an inductor having a high Q value is required. Therefore, implementing this on-chip requires an expensive additional process.
한편, 스위치드 커패시터(switched-capacitor, SC) 컨버터의 경우, 전압 변 환을 위한 인덕터를 필요로 하지 않기 때문에, 추가적인 공정 과정 필요 없이 높은 효율을 낼 수 있어 최근 많은 관심을 받고 있다. Switched-capacitor (SC) converters, on the other hand, do not require an inductor for voltage conversion, and thus have received a lot of attention because they can achieve high efficiency without the need for an additional process.
그러나, 현재까지는 단일 출력 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 연구만 주로 수행되었고, 다중 출력 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 연구는 미비한 상황이다. However, until now, only research on single output switched capacitor converters has been mainly conducted, and studies on multiple output switched capacitor converters are insufficient.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 고효율 다중 출력이 가능하고 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터를 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a multiple output DC-DC converter using a switched capacitor capable of high efficiency multiple output and efficiently reduce the ripple of the output voltage.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 다수의 출력전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 및 상기 스위칭 제어신호에 기초하여 입력전압을 다수의 출력단자로 출력하는 출력부;를 포함하되, 상기 출력부는, 상기 다수의 출력단자를 공유하는 N(2 이상의 자연수)개의 스위치드 커패시터 셀;을 포함하고, 상기 N개의 스위치드 커패시터 셀 각각은, 상기 입력전압을 충방전하는 공통 커패시터; 및 상기 공통 커패시터에 상기 입력전압을 충전시키고, 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자로 출력되도록 스위칭하는 다수의 스위치열;을 포함하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터가 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, a control signal generation unit for generating a switching control signal so that a plurality of output voltage corresponding to each reference voltage level; And an output unit configured to output an input voltage to a plurality of output terminals based on the switching control signal, wherein the output unit comprises N (two or more natural numbers) switched capacitor cells sharing the plurality of output terminals. Each of the N switched capacitor cells includes: a common capacitor configured to charge and discharge the input voltage; And a plurality of switch strings configured to charge the input voltage to the common capacitor and to switch the charged voltages to be outputted to the plurality of output terminals.
상기 다수의 스위치열의 개수는 상기 다수의 출력단자의 개수와 동일하고, 상기 다수의 스위치열 중 제1 스위치열은 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자 중 제1 출력단자로 출력되도록 스위칭할 수 있다. The number of the plurality of switch strings is the same as the number of the plurality of output terminals, and the first switch string of the plurality of switch strings may switch the charged voltage to be output to the first output terminal of the plurality of output terminals. have.
상기 제1 스위치열은, 일단에 상기 입력전압이 인가되는 1-1 스위치; 일단이 상기 1-1 스위치의 타단 및 상기 공통 커패시터의 일단과 연결되는 2-1 스위치; 일단이 상기 2-1 스위치의 타단 및 상기 제1 출력단자와 연결되는 1-2 스위치; 및 일단이 상기 1-2 스위치의 타단 및 상기 공통 커패시터의 타단과 연결되고, 타단은 접지와 연결되는 2-2 스위치;를 포함할 수 있다. The first switch string may include a 1-1 switch to which the input voltage is applied at one end; A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch and one end of the common capacitor; 1-2 switches, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch and the first output terminal; And a 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch and the other end of the common capacitor, and the other end connected to the ground.
상기 다수의 스위치열 중 제2 스위치열은 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자 중 제2 출력단자로 출력되도록 스위칭하며, 상기 제2 스위치열은, 일단에 상기 입력전압이 인가되는 1-1 스위치; 일단이 상기 제1 스위치열의 1-1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치열의 1-1 스위치의 타단, 및 상기 공통 커패시터의 일단과 연결되는 2-1 스위치; 일단이 상기 제2 스위치열의 2-1 스위치의 타단 및 상기 제2 출력단자와 연결되는 1-2 스위치; 및 일단이 상기 제1 스위치열의 1-2 스위치의 타단, 상기 제2 스위치열의 1-2 스위치의 타단, 및 상기 공통 커패시터의 타단과 연결되고, 타단은 접지와 연결되는 2-2 스위치;를 포함할 수 있다. A second switch string of the plurality of switch strings switches the charged voltage to be output to a second output terminal of the plurality of output terminals, and the second switch string is 1-1 to which the input voltage is applied at one end. switch; A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch of the first switch string, the other end of the 1-1 switch of the second switch string, and one end of the common capacitor; 1-2 switches, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch of the second switch string and the second output terminal; And a 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch of the first switch string, the other end of the 1-2 switch of the second switch string, and the other end of the common capacitor, and the other end connected to the ground. can do.
상기 제어신호 생성부는, 상기 제1 출력단자로 출력되는 제1 출력전압을 제1 기준전압과 비교하는 제1 비교기; 및 상기 제1 출력전압을 제2 기준전압과 비교하는 제2 비교기;를 포함하되, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압과 제2 기준전압의 사이에 해당하는 값을 갖도록 하는 제1 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. The control signal generation unit may include: a first comparator configured to compare a first output voltage output to the first output terminal with a first reference voltage; And a second comparator for comparing the first output voltage with a second reference voltage, wherein a value corresponding to the first output voltage between the first reference voltage and the second reference voltage based on the comparison result. The first switching control signal to have a can be generated.
상기 제어신호 생성부는 N비트 2진 카운터를 이용하여 상기 제1 스위칭 제어신호를 생성하되, 상기 N개의 스위치드 커패시터 셀을 구성하는 N개의 상기 제1 스위치열은 상기 N비트 2진 카운터 값에 상응하여 동작할 수 있다. The control signal generator generates the first switching control signal using an N-bit binary counter, wherein the N first switch strings constituting the N switched capacitor cells correspond to the N-bit binary counter value. It can work.
상기 제어신호 생성부는 상기 비교기에 의한 비교 결과 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 낮은 경우에 상기 N비트 2진 카운터에 1을 더하고, 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 높은 경우에 상기 N비트 2진 카운터에 1을 뺄 수 있다. The control signal generator adds 1 to the N-bit binary counter when the first output voltage is lower than the first and second reference voltages as a result of the comparison by the comparator, and the first output voltage is the first output voltage. When the reference voltage is higher than the first reference voltage and the second reference voltage, 1 may be subtracted from the N-bit binary counter.
본 발명에 따르면, 고효율 다중 출력이 가능한 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage that high efficiency multiple outputs are possible.
또한, 본 발명에 따르면, 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, there is an advantage that can effectively reduce the ripple of the output voltage.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터의 전체적인 모식도를 도시하는 도면이다. 1 is a view showing an overall schematic diagram of a multiple output DC-DC converter using a switched capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 모식도를 출력부를 중심으로 보다 상세하게 도시하는 도면이다. FIG. 2 is a diagram showing in more detail the schematic diagram of FIG. 1 centering on an output unit. FIG.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부의 상세한 구성을 도시하는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of an output unit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어신호를 이용하여 제어되는 제1 스위치열의 동작을 설명하는 도면이다. 4 is a diagram illustrating an operation of a first switch string controlled using a switching control signal according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터(100)의 전체적인 모식도를 도시하는 도면이다. 1 is a diagram showing an overall schematic diagram of a multiple output DC-DC converter 100 using a switched capacitor according to an embodiment of the present invention.
그리고, 도 2는 도 1의 모식도를 출력부(120)를 중심으로 보다 상세하게 도시하는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부(120)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다. 2 is a diagram illustrating the schematic diagram of FIG. 1 in more detail with reference to the output unit 120. FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the output unit 120 according to an embodiment of the present invention. .
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터(이하, 설명의 편의를 위해 'DC-DC 컨버터'라 함)는 제어신호 생성부(110) 및 출력부(120)를 포함한다. 1 to 3, a multiple output DC-DC converter (hereinafter, referred to as a 'DC-DC converter' for convenience of description) using a switched capacitor includes a control signal generator 110 and an output unit ( 120).
보다 상세하게, 제어신호 생성부(110)는 다중 출력 전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성한다. In more detail, the control signal generator 110 generates a switching control signal such that the multiple output voltages correspond to respective reference voltage levels.
이하에서는, 입력 전압을 세 개의 출력 전압으로 출력하는 예를 중심으로 설명한 것이나 이에 한정되지 않음을 당업자는 이해하여야 할 것이다. Hereinafter, those skilled in the art will understand that the description is based on the example of outputting the input voltage as three output voltages, but is not limited thereto.
이를 위해, 제어신호 생성부(110)는 제1 비교기(111), 및 제2 비교기(112)를 포함할 수 있고, 두 비교기에 의한 비교 결과를 이용하여 세 개의 출력전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. To this end, the control signal generator 110 may include a first comparator 111 and a second comparator 112, and three output voltages may be referenced to each reference voltage level by using a comparison result by the two comparators. It is possible to generate a switching control signal to be equivalent to.
그리고, 출력부(120)는 스위칭 제어신호에 기초하여 입력전압을 세 개의 출력단자로 출력한다. The output unit 120 outputs an input voltage to three output terminals based on the switching control signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 출력부(120)는 세 개의 출력단자를 공유하는 8개의 스위치드 커패시터 셀(121, 122, 123, …, 128)로 구성될 수 있고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각은 입력전압을 충방전하는 공통 커패시터, 공통 커패시터에 입력전압을 충전시키고, 충전된 전압이 세 개의 출력단자로 출력되도록 스위칭하는 세 개의 스위치열을 포함할 수 있다. The output unit 120 according to an embodiment of the present invention may be composed of eight switched capacitor cells 121, 122, 123, ..., 128 sharing three output terminals, each of the eight switched capacitor cells It may include a common capacitor for charging and discharging the input voltage, three switch strings for charging the input voltage to the common capacitor, and switching so that the charged voltage is output to the three output terminals.
즉, 8개의 스위치드 커패시터 셀 중 제1 스위치드 커패시터 셀(121)은 공통 커패시터(1212), 제1 스위치열(1214), 제2 스위치열(1216), 및 제3 스위치열(1218)을 포함하고, 제2 스위치드 커패시터 셀(122)도 공통 커패시터(1222), 제1 스위치열(1224), 제2 스위치열(1226), 및 제3 스위치열(1228)을 포함, 동일한 방식으로, 제8 스위치드 커패시터 셀(128)도 공통 커패시터(1282), 제1 스위치열(1284), 제2 스위치열(1286), 및 제3 스위치열(1288)을 각각 포함한다. That is, among the eight switched capacitor cells, the first switched capacitor cell 121 includes a common capacitor 1212, a first switch string 1214, a second switch string 1216, and a third switch string 1218. The second switched capacitor cell 122 also includes a common capacitor 1222, a first switch string 1224, a second switch string 1226, and a third switch string 1228, in the same manner as the eight switched Capacitor cell 128 also includes a common capacitor 1282, a first switch sequence 1284, a second switch sequence 1286, and a third switch sequence 1288, respectively.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 8개의 스위치드 커패시터 셀(121, 122, …, 128)은 세 개의 출력단자를 공유하도록 연결되어 있으므로, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 제1 스위치열, 즉, 8개의 제1 스위치열(1214, 1224, 1234, …, 1284)에 의해 제1 출력단자(VOUT_A)로 제1 출력전압이 출력되게 된다. In this case, as shown in FIG. 2, since the eight switched capacitor cells 121, 122,..., 128 are connected to share three output terminals, the first switch string included in each of the eight switched capacitor cells, That is, the first output voltage is output to the first output terminal V OUT_A by the eight first switch strings 1214, 1224, 1234,..., 1284.
그리고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 8개의 제2 스위치열(1216, 1226, 1236, …, 1286)에 의해 제2 출력단자(VOUT_B)로 제2 출력전압이 출력되게 되고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 8개의 제3 스위치열(1218, 1228, 1238, …, 1288)에 의해 제3 출력단자(VOUT_C)로 제3 출력전압이 출력된다. The second output voltage is output to the second output terminal V OUT_B by the eight second switch strings 1216, 1226, 1236,..., And 1286 included in each of the eight switched capacitor cells. The third output voltage is output to the third output terminal V OUT_C by the eight third switch strings 1218, 1228, 1238,..., And 1288 included in each of the switched capacitor cells.
이와 같이, 각 출력단자로 출력전압이 출력되므로, 다수의 스위치열의 개수는 다수의 출력단자의 개수와 동일한 것이 바람직하다. As described above, since the output voltage is output to each output terminal, the number of switch strings is preferably equal to the number of output terminals.
그리고, 출력부(120)는 8개의 스위치드 커패시터 셀로 구성되므로, 본 발명에서는 제어신호 생성부(110)가 8비트 2진 카운터를 이용하여 8개의 스위치드 커패시터 셀의 동작을 위한 제어신호를 생성하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. And, since the output unit 120 is composed of eight switched capacitor cells, in the present invention, the control signal generator 110 generates a control signal for the operation of the eight switched capacitor cells using an 8-bit binary counter. It will be explained on the assumption.
즉, 제1의 8비트 2진 카운터에 의해 8개의 스위치드 커패시터 셀에 포함된 총 8개의 제1 스위치열의 동작이 제어되고, 제2의 8비트 2진 카운터에 의해 8개의 제2 스위치열, 그리고, 순차적으로, 제8의 8비트 2진 카운터에 의해 8개의 제8 스위치열의 동작이 제어된다. That is, the operation of a total of eight first switch strings included in eight switched capacitor cells is controlled by a first 8-bit binary counter, and eight second switch strings are controlled by a second 8-bit binary counter. In turn, the operations of the eighth switch arrays are controlled by the eighth eight-bit binary counter.
한편, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 더 높은 개수의 스위치드 커패시터 셀 및 이에 상응하는 더 높은 비트의 2진 카운터가 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. On the other hand, the present invention is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that a higher number of switched capacitor cells and corresponding higher bit binary counters may be used as needed.
그리고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 다수의 스위치열은 세 개인 것으로, 하나의 스위치열은 네 개의 스위치로 이루어지는 것으로 가정하기로 하나, 요구되는 다중 출력의 개수에 따라, 다수의 스위치열의 개수도 변경될 수 있다. In addition, it is assumed that there are three switch strings included in each of the eight switched capacitor cells, and one switch string includes four switches. However, depending on the number of multiple outputs required, Can also be changed.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)에 의해, 세 개의 출력전압 중 제1 출력전압이 세 개의 출력단자 중 제1 출력단자(VOUT_A)로 출력되고, 이때, 제1 출력전압은 8개의 스위치드 커패시터 셀에 각각 포함된 세 개의 스위치열 중 제1 스위치열, 즉, 8개의 제1 스위치열의 동작에 의해 출력 레벨이 결정되는 동작을 중심으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the first output voltage among the three output voltages is output to the first output terminal V OUT_A among the three output terminals by the DC-DC converter 100 according to the embodiment of the present invention. The first output voltage will be described based on an operation in which the output level is determined by the operation of the first switch string, that is, the eight first switch strings, of the three switch strings included in the eight switched capacitor cells.
시스템온칩 방식의 설계를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자인 것이 바람직하다. For the system-on-chip design, the switch according to an embodiment of the present invention is preferably a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) device.
출력 레벨의 결정 동작을 설명하기에 앞서, 도 3을 참조하여, 제1 스위치드 커패시터 셀(121)에 포함된 공통 커패시터(1212)와 제1 내지 제3 스위치열(1214 내지 1218)의 연결 관계에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Before describing the operation of determining the output level, referring to FIG. 3, the connection relationship between the common capacitor 1212 and the first to third switch strings 1214 to 1218 included in the first switched capacitor cell 121 is described. More detailed description is as follows.
먼저, 제1 스위치열(1214)은 앞서 설명한 바와 같이, 네 개의 스위치로 이루어질 수 있고, 네 개의 스위치 중 1-1 스위치(1214a)의 일단에는 입력전압(VDD)이 인가된다. First, as described above, the first switch string 1214 may include four switches, and an input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1214a among the four switches.
그리고, 2-1 스위치(1214b)의 일단이 1-1 스위치(1214a)의 타단 및 공통 커패시터(1212)의 일단과 연결되고, 순차적으로, 1-2 스위치(1214c)의 일단이 2-1 스위치(1214b)의 타단 및 제1 출력단자(VOUT_A)와 연결된다. One end of the 2-1 switch 1214b is connected to the other end of the 1-1 switch 1214a and one end of the common capacitor 1212, and one end of the 1-2 switch 1214c is sequentially connected to the 2-1 switch. It is connected to the other end of the 1214b and the first output terminal (V OUT_A ).
그리고, 2-2 스위치(1214d)의 일단이 1-2 스위치(1214c)의 타단 및 공통 커패시터(1212)의 타단이 연결되고, 2-2 스위치(1214d)의 타단은 접지와 연결되어 회로도가 구성된다. One end of the 2-2 switch 1214d is connected to the other end of the 1-2 switch 1214c and the other end of the common capacitor 1212, and the other end of the 2-2 switch 1214d is connected to ground to form a circuit diagram. do.
다음으로, 제2 스위치열(1216)도 네 개의 스위치로 이루어질 수 있고, 네 개의 스위치 중 1-1 스위치(1216a)의 일단에 입력전압(VDD)이 인가되게 된다. Next, the second switch string 1216 may also include four switches, and the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1216a among the four switches.
그리고, 2-1 스위치(1216b)의 일단이 1-1 스위치(1216a)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 일단, 및 제1 스위치열의 1-1 스위치(1214a)의 타단과 연결되고, 순차적으로, 1-2 스위치(1216c)의 일단이 2-1 스위치(1216b)의 타단 및 제2 출력단자(VOUT_B)와 연결된다. One end of the 2-1 switch 1216b is connected to the other end of the 1-1 switch 1216a, one end of the common capacitor 1212, and the other end of the 1-1 switch 1214a of the first switch string, and sequentially One end of the 1-2 switch 1216c is connected to the other end of the 2-1 switch 1216b and the second output terminal V OUT_B .
그리고, 2-2 스위치(1216d)의 일단이 1-2 스위치(1216c)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 타단, 및 제1 스위치열의 1-2 스위치(1214c)의 타단과 연결되고, 2-2 스위치(1216d)의 타단은 접지와 연결된다. One end of the 2-2 switch 1216d is connected to the other end of the 1-2 switch 1216c, the other end of the common capacitor 1212, and the other end of the 1-2 switch 1214c of the first switch string. The other end of the second switch 1216d is connected to ground.
동일한 방식으로, 제3 스위치열(1218)의 네 개의 스위치 중 1-1 스위치(1218a)의 일단에 입력전압(VDD)이 인가되고, 2-1 스위치(1218b)의 일단이 1-1 스위치(1218a)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 일단, 제1 스위치열의 1-1 스위치(1214a)의 타단, 및 제2 스위치열의 1-1 스위치(1216a)의 타단과 연결된다. In the same manner, the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1218a among the four switches of the third switch string 1218, and one end of the 2-1 switch 1218b is applied to the 1-1 switch ( The other end of 1218a, one end of the common capacitor 1212, the other end of the 1-1 switch 1214a of the first switch string, and the other end of the 1-1 switch 1216a of the second switch string.
그리고, 1-2 스위치(1218c)의 일단이 2-1 스위치(1218b)의 타단 및 제3 출력단자(VOUT_C)와 연결되며, 2-2 스위치(1218d)의 일단은 1-2 스위치(1218c)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 타단, 제1 스위치열의 1-2 스위치(1214c)의 타단, 및 제2 스위치열의 1-2 스위치(1216c)의 타단과 연결되고, 2-2 스위치(1218d)의 타단은 접지와 연결된다. One end of the 1-2 switch 1218c is connected to the other end of the 2-1 switch 1218b and the third output terminal V OUT_C , and one end of the 2-2 switch 1218d is connected to the 1-2 switch 1218c. Is connected to the other end of), the other end of the common capacitor 1212, the other end of the 1-2 switch 1214c of the first switch string, and the other end of the 1-2 switch 1216c of the second switch string, and the 2-2 switch 1218d. The other end of) is connected to ground.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 8개의 스위치드 커패시터 셀(121, 122, …, 128)은 세 개의 출력단자(VOUT_A, VOUT_B, VOUT_C)를 공유하도록 연결되어 있으므로, 제1 출력단자(VOUT_A)는 제1 스위치드 커패시터 셀(121)의 제1 스위치열의 2-1 스위치(1214b)의 타단 및 1-2 스위치(1214c) 일단과 연결될 뿐만 아니라, 제2 스위치드 커패시터 셀(122)의 제1 스위치열의 2-1 스위치(1224b)의 타단 및 1-2 스위치(1224c) 일단과도 연결되고, 순차적으로, 제8 스위치드 커패시터 셀(128)의 제1 스위치열의 2-1 스위치(1284b)의 타단 및 1-2 스위치(1284c) 일단과 연결되게 된다. 제2 출력단자(VOUT_B) 및 제3 출력단자(VOUT_C)에 대해서도, 동일한 바, 보다 상세한 설명은 생략한다. On the other hand, it is connected so as to share the eight switched capacitor cells (121, 122, ..., 128) are three output terminals (V OUT_A, V OUT_B, V OUT_C) as described above, the first output terminal (V OUT_A ) Is not only connected to the other end of the 2-1 switch 1214b of the first switch capacitor cell 121 and one end of the 1-2 switch 1214c, but also to the first switch of the second switched capacitor cell 122. The other end of 2-1 switch 1224b in a row and one end of 1-2 switch 1224c, and in turn, the other end of 2-1 switch 1284b in a first switch row of the eighth switched capacitor cell 128, and It is connected to one end of the 1-2 switch 1284c. The second output terminal V OUT_B and the third output terminal V OUT_C are also the same, and thus a detailed description thereof will be omitted.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 8개의 제1 스위치열의 동작에 의해 제1 출력단자(VOUT_A)로 출력되는 제1 출력전압의 레벨이 결정되는 동작을 중심으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)의 전압 출력 방법을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 4, an embodiment of the present invention will be mainly focused on an operation of determining a level of a first output voltage output to a first output terminal V OUT_A by an operation of eight first switch strings. The voltage output method of the DC-DC converter 100 according to an example will be described in more detail.
앞서 설명한 바와 같이, 제어신호 생성부(110)는 제1 비교기(111) 및 제2 비교기(112)에 의한 비교 결과를 이용하여 제1 출력단자(VOUT_A)로 출력되는 제1 출력전압이 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성한다. As described above, the control signal generator 110 uses the comparison result of the first comparator 111 and the second comparator 112 as a reference to the first output voltage output to the first output terminal V OUT_A . Generate a switching control signal that corresponds to the voltage level.
이때, 제1 비교기(111)는 제1 출력단자(VOUT_A)로 출력되는 제1 출력전압을 제1 기준전압(VREF_A_H)과 비교한 결과를 제어신호 생성부(110)에 제공하고, 제2 비교기(112)는 제2 기준전압(VREF_A_L)과 비교한 결과를 제어신호 생성부(110)에 제공할 수 있다. In this case, the first comparator 111 provides a result of comparing the first output voltage output to the first output terminal V OUT_A with the first reference voltage V REF_A_H to the control signal generator 110. The second comparator 112 may provide a result of the comparison with the second reference voltage V REF_A_L to the control signal generator 110.
본 발명에서는 제1 기준전압(VREF_A_H)이 제2 기준전압(VREF_A_L)보다 높은 것으로 가정하여 설명하기로 하며, 차이는 0.1V인 것으로 가정한다. In the present invention, it will be described on the assumption that higher than the first reference voltage (V REF_A_H) a second reference voltage (V REF_A_L), and the difference is assumed to be 0.1V.
즉, 제어신호 생성부(110)는 두 비교기에 의한 비교 결과에 기초하여 제1 출력전압이 제1 기준전압과 제2 기준전압의 사이에 해당하는 값을 갖도록 하는 제1 스위칭 제어신호를 생성한다. That is, the control signal generation unit 110 generates a first switching control signal such that the first output voltage has a value corresponding between the first reference voltage and the second reference voltage based on the comparison result by the two comparators. .
보다 상세하게, 제1 비교기(111) 및 제2 비교기(112)에 의한 비교 결과, 출력전압이 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 높은 것으로 판단된 경우, 제어신호 생성부(110)는 출력전압을 낮추기 위한 제어신호로서, 일례로, 다운(down) 신호를 발생할 수 있다. More specifically, when it is determined that the output voltage is higher than the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the first comparator 111 and the second comparator 112, the control signal generator 110 outputs the output. As a control signal for lowering the voltage, for example, a down signal may be generated.
그리고, 두 비교기에 의한 비교 결과, 출력전압이 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 낮은 경우, 제어신호 생성부(110)는 출력전압을 높이기 위한 제어신호로서, 일례로, 업(up) 신호를 발생할 수 있다. As a result of the comparison by the two comparators, when the output voltage is lower than the first reference voltage and the second reference voltage, the control signal generator 110 is a control signal for increasing the output voltage, for example, an up signal. May occur.
또한, 두 비교기에 의한 비교 결과, 출력전압이 제1 기준전압 및 제2 기준전압 사이에 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어신호 생성부는 출력전압을 그대로 유지시키기 위한 제어신호로서, 일례로, 록(lock) 신호를 발생할 수 있다. In addition, when it is determined that the output voltage exists between the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the two comparators, the control signal generator is a control signal for maintaining the output voltage as it is. lock) signal may be generated.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기의 업, 다운, 록 신호의 발생은 제어신호 생성부(110)에 포함된 업/다운 결정부(113)에 의해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the generation of the up, down, and lock signals may be performed by the up / down determination unit 113 included in the control signal generator 110.
계속하여, 제어신호 생성부(110)는 발생된 업, 다운, 록 신호를 이용하여 8개의 스위치드 커패시터 셀을 구성하고 있는 8개의 제1 스위치열을 제어하기 위한 동기화된 2진 카운터 형태의 비트를 출력한다. Subsequently, the control signal generator 110 uses the generated up, down, and lock signals to generate a bit in the form of a synchronized binary counter for controlling the eight first switch strings constituting the eight switched capacitor cells. Output
보다 상세하게, 제어신호 생성부(110)는 업/다운 결정부(113)에 의해 발생된 업 신호를 이용하여 매 클럭마다 1씩 더해진 값의 비트를 출력할 수 있고, 다운 신호를 이용하여 매 클럭마다 1씩 감산된 값의 비트를 출력할 수 있다. More specifically, the control signal generator 110 may output a bit having a value added by 1 every clock by using the up signal generated by the up / down determination unit 113, and by using the down signal. The bit of the subtracted value may be output for each clock.
그리고, 이러한 출력 비트의 크기에 상응하여 8개의 제1 스위치열이 제어되게 되고, 이로써, 제1 출력단자를 통하여 출력되는 제1 출력전압의 레벨이 결정되는 것이다. The eight first switch strings are controlled according to the size of the output bit, thereby determining the level of the first output voltage output through the first output terminal.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비트의 출력은 DCpM(Digital Capacitance Modulation) 제어부(114)에 의해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the output of the bit may be performed by the digital capacitance modulation (DCpM) control unit 114.
다음으로, 제어신호 생성부(110)는 출력 비트, 즉, DCpM 제어부(114)에 의해 출력될 수 있는 8비트 2진 카운터 형태의 비트 및 입력된 클럭을 이용하여 출력 비트가 하이(high)이면 클럭을 출력하고, 로우(low)이면 클럭을 출력하지 않을 수 있다. Next, the control signal generator 110 outputs the output bit, i.e., an 8-bit binary counter type bit that can be output by the DCpM controller 114 and an output bit when the output bit is high. The clock may be output, and if it is low, the clock may not be output.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 출력 비트와 입력된 클럭을 이용한 클럭의 출력은 디코더(115)에 의해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the output of the clock using the output bit and the input clock may be performed by the decoder 115.
한편, 많은 수의 위상을 사용할수록 출력전압의 리플(ripple)은 감소되게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 생성부(110)는 0˚, 45˚, 90˚, 135˚ 네 개의 위상을 출력하는 4-위상 발생기(116)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, as the number of phases is used, the ripple of the output voltage is reduced, so that the control signal generator 110 according to the embodiment of the present invention has four 0 °, 45 °, 90 °, and 135 ° four. It may further comprise a four-phase generator 116 for outputting the phase.
즉, 4-위상 발생기(116)는 입력된 클럭을 이용하여 상기의 네 개의 위상을 출력함으로써, 인터리브드(interleaved) 위상 방식이 본 발명에 적용될 수 있다. That is, the four-phase generator 116 outputs the four phases using the input clock, so that the interleaved phase method can be applied to the present invention.
스위치드 커패시터 컨버터는 인덕터 기반의 스위칭 컨버터 대비 다수의 인터리브드 위상 방식을 적용하기 용이하고, 출력전압의 리플 감소는 부하 커패시터의 용량을 대폭 줄이거나 사용하지 않는 설계를 가능하게 하므로, 시스템온칩 방식에 유리하다. Switched-capacitor converters are easier to apply multiple interleaved phase schemes compared to inductor-based switching converters, and the reduction of output voltage ripple enables design that greatly reduces or eliminates the load capacitor's capacity, which is advantageous for system-on-chip schemes. Do.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 생성부(110)는 하나의 입력된 클럭을 서로 다른 데드 타임(dead time)을 갖는 두 개의 클럭으로 출력하는 논오버 클럭(non over clock) 발생기(117)를 더 포함할 수 있다. In addition, the control signal generator 110 according to an embodiment of the present invention is a non-overclock generator (non over clock generator) for outputting one input clock as two clocks having different dead time ( 117 may be further included.
PMOS로 이루어진 스위치와 NMOS로 이루어진 스위치가 동시에 켜지는 경우에는 VDD와 GND가 연결되어 컨버터의 효율이 저하될 수 있으므로, 이러한 서로 다른 데드 타임을 갖는 두 개의 클럭에 의해 두 스위치가 동시에 켜지지 않도록 한다. When the switch made of PMOS and the switch made of NMOS are turned on at the same time, VDD and GND may be connected to reduce the efficiency of the converter. Therefore, the two switches having different dead times do not turn on at the same time.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어신호를 이용하여 제어되는 제1 스위치열의 동작을 설명하는 도면이며, 도 4에 도시된 바와 같이, 디코더와 드라이버에 의해 제1 스위치열을 구성하는 네 개의 스위치의 동작, 즉, 네 개의 MOSFET의 게이트(gate)에 인가되는 전압이 결정됨을 확인할 수 있다. FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of a first switch string controlled using a switching control signal according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the first switch string is configured by a decoder and a driver. It can be seen that the operation of the four switches, that is, the voltage applied to the gates of the four MOSFETs is determined.
그리고, 제1 스위치열과 함께 하나의 스위치드 커패시터 셀 내에 포함된 제2 스위치열 및 제3 스위치열도 동일한 방식으로 동작되게 된다. In addition, the second switch string and the third switch string included in one switched capacitor cell together with the first switch string are operated in the same manner.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 고효율 다중 출력이 가능하고 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, there is an advantage that high efficiency multiple output is possible and the ripple of the output voltage can be efficiently reduced.
본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention has been described by specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, the present invention Various modifications and variations are possible to those skilled in the art from this disclosure. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the claims as well as the following claims will belong to the scope of the present invention. .

Claims (7)

  1. 다수의 출력전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 및A control signal generator configured to generate a switching control signal such that a plurality of output voltages correspond to respective reference voltage levels; And
    상기 스위칭 제어신호에 기초하여 입력전압을 다수의 출력단자로 출력하는 출력부;를 포함하되, And an output unit configured to output an input voltage to a plurality of output terminals based on the switching control signal.
    상기 출력부는, 상기 다수의 출력단자를 공유하는 N(2 이상의 자연수)개의 스위치드 커패시터 셀;을 포함하고, The output unit includes: N (two or more natural numbers) switched capacitor cells sharing the plurality of output terminals,
    상기 N개의 스위치드 커패시터 셀 각각은, 상기 입력전압을 충방전하는 공통 커패시터; 및Each of the N switched capacitor cells may include a common capacitor configured to charge and discharge the input voltage; And
    상기 공통 커패시터에 상기 입력전압을 충전시키고, 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자로 출력되도록 스위칭하는 다수의 스위치열;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터.And a plurality of switch strings configured to charge the input voltage to the common capacitor and to switch the charged voltages to be outputted to the plurality of output terminals.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 다수의 스위치열의 개수는 상기 다수의 출력단자의 개수와 동일하고, 상기 다수의 스위치열 중 제1 스위치열은 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자 중 제1 출력단자로 출력되도록 스위칭하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터. The number of the plurality of switch strings is the same as the number of the plurality of output terminals, and the first switch string of the plurality of switch strings switches the charged voltage to be output to the first output terminal of the plurality of output terminals. Multiple output DC-DC converters with switched capacitors.
  3. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 제1 스위치열은, 일단에 상기 입력전압이 인가되는 1-1 스위치;The first switch string may include a 1-1 switch to which the input voltage is applied at one end;
    일단이 상기 1-1 스위치의 타단 및 상기 공통 커패시터의 일단과 연결되는 2-1 스위치;A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch and one end of the common capacitor;
    일단이 상기 2-1 스위치의 타단 및 상기 제1 출력단자와 연결되는 1-2 스위치; 및 1-2 switches, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch and the first output terminal; And
    일단이 상기 1-2 스위치의 타단 및 상기 공통 커패시터의 타단과 연결되고, 타단은 접지와 연결되는 2-2 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터. And a 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch and the other end of the common capacitor, and the other end connected to the ground. 2.
  4. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 다수의 스위치열 중 제2 스위치열은 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자 중 제2 출력단자로 출력되도록 스위칭하며, A second switch string of the plurality of switch strings switches the charged voltage to be output to a second output terminal of the plurality of output terminals,
    상기 제2 스위치열은, 일단에 상기 입력전압이 인가되는 1-1 스위치;The second switch string may include a 1-1 switch to which the input voltage is applied at one end;
    일단이 상기 제1 스위치열의 1-1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치열의 1-1 스위치의 타단, 및 상기 공통 커패시터의 일단과 연결되는 2-1 스위치;A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch of the first switch string, the other end of the 1-1 switch of the second switch string, and one end of the common capacitor;
    일단이 상기 제2 스위치열의 2-1 스위치의 타단 및 상기 제2 출력단자와 연결되는 1-2 스위치; 및 1-2 switches, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch of the second switch string and the second output terminal; And
    일단이 상기 제1 스위치열의 1-2 스위치의 타단, 상기 제2 스위치열의 1-2 스위치의 타단, 및 상기 공통 커패시터의 타단과 연결되고, 타단은 접지와 연결되는 2-2 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터. A 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch of the first switch string, the other end of the 1-2 switch of the second switch string, and the other end of the common capacitor, and the other end connected to the ground; Multiple output DC-DC converter using a switched capacitor, characterized in that.
  5. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 제어신호 생성부는, 상기 제1 출력단자로 출력되는 제1 출력전압을 제1 기준전압과 비교하는 제1 비교기; 및The control signal generation unit may include: a first comparator configured to compare a first output voltage output to the first output terminal with a first reference voltage; And
    상기 제1 출력전압을 제2 기준전압과 비교하는 제2 비교기;를 포함하되, And a second comparator comparing the first output voltage with a second reference voltage.
    상기 비교 결과에 기초하여 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압과 제2 기준전압의 사이에 해당하는 값을 갖도록 하는 제1 스위칭 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터. Based on a result of the comparison, the first output voltage generates a first switching control signal having a value corresponding to a value between the first reference voltage and the second reference voltage. -DC converter.
  6. 제5항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 제어신호 생성부는 N비트 2진 카운터를 이용하여 상기 제1 스위칭 제어신호를 생성하되, The control signal generator generates the first switching control signal using an N-bit binary counter,
    상기 N개의 스위치드 커패시터 셀을 구성하는 N개의 상기 제1 스위치열은 상기 N비트 2진 카운터 값에 상응하여 동작하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터. And the N first switch strings constituting the N switched capacitor cells operate in correspondence with the N-bit binary counter value.
  7. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 제어신호 생성부는 상기 비교기에 의한 비교 결과 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 낮은 경우에 상기 N비트 2진 카운터에 1을 더하고, 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 높은 경우에 상기 N비트 2진 카운터에 1을 빼는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터. The control signal generator adds 1 to the N-bit binary counter when the first output voltage is lower than the first and second reference voltages as a result of the comparison by the comparator, and the first output voltage is the first output voltage. A multi-output DC-DC converter using a switched capacitor, characterized by subtracting 1 from the N-bit binary counter when higher than a first reference voltage and a second reference voltage.
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