WO2018186610A1 - 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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허연희
신세운
최성원
주용민
임상진
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Definitions

  • the current may be distributed to the output unit by distributing current through the plurality of current transfer parallel paths.
  • FIG. 7 is a diagram for describing another example of converter extension having a multipath shown in FIG. 3.
  • FIG. 47 is a view for explaining another example of the boost operation mode of the first step-up converter having the dual pass according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 48 is a view illustrating a change in inductor current according to a boost operation mode of a first step-up converter having a dual pass according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 52 is a graph obtained by testing the first step-up converter according to another embodiment of the present invention in an environment having a duty ratio of 0.2.
  • the converter 100 may include one input unit 110 and an output unit 150, and may include a plurality of converters 130.
  • a first step-down converter 100-1 having a dual pass according to an embodiment of the present invention may receive power.
  • the input unit 110 includes a converter 130 for stepping down the input power and an output unit 150 for receiving the stepped down power and transmitting the stepped power to an external device.
  • the range of the power conversion ratio V OUT / V IN of the first step-down converter 100-1 is 0.5 to 1.
  • the second step-down converter 200-1 repeatedly performs an operation consisting of the first step-down operation mode, the third step-down operation mode, and the second step-down operation mode at regular intervals to input the input from the input unit 210.
  • the stepped power may be delivered to the output unit 250.
  • One end of the capacitor C is connected between the other end of the inductor I and one end of the fifth switch SW5, and the other end thereof is connected between one end of the second switch SW and one end of the third switch SW3. .
  • 36 is a circuit diagram illustrating a configuration of a seventh step-down converter having a dual pass according to an embodiment of the present invention.
  • the ninth step-down converter 900-1 according to the embodiment of the present invention supplies current in parallel unlike the fourth step-down converter 400-1 according to the embodiment of the present invention.
  • the interval can be extended in two phases.
  • the converter 930 may be driven to the second step-down operation mode ⁇ 2 as shown in FIG. 38. Accordingly, the current flowing to the output unit 950, that is, the load, is distributed and transmitted through the third current transfer path formed of the capacitor and the inductor and the fourth current transfer path formed of the capacitor.
  • 39 is a circuit diagram illustrating a configuration of a tenth step-down converter having a dual pass according to an embodiment of the present invention.
  • the conversion unit 1130 turns on the first switch SW1, the second switch SW2, the fourth switch SW4, and the fifth switch SW5 as shown in FIG. 40.
  • the third switch SW3 and the sixth switch SW6 may be driven in a first step-down operation mode ⁇ 1 that turns off.
  • the current flowing to the output unit 1150 that is, the load, includes a first current transfer path consisting of the first switch SW1 and the inductor I, the first switch SW2, the first capacitor C1, and the second. It is distributed and transmitted through the triple path of the second current transfer path composed of the switch SW2 and the third current transfer path composed of the fourth switch SW4, the second capacitor C2, and the fifth switch SW5. .
  • the RMS value of the current flowing through the inductor I is further reduced compared to the dual pass structure.
  • the conversion unit 1330 may be driven in the first step-down operation mode ⁇ 1 as shown in FIG. 42. Accordingly, the current flowing to the output unit 1350, that is, the load, is distributed and transmitted through the multipaths of the current transfer path made of an inductor and n-1 current transfer paths made of a capacitor. Therefore, due to the additional n-1 current carrying paths consisting of n-1 capacitors, the RMS value of the current flowing through the inductor I is further reduced.
  • the converter 1330 may be driven to the second step-down operation mode ⁇ 2 as shown in FIG. 42.
  • the converter 130 may be driven in the order of the first boost operation mode and the second boost operation mode.

Abstract

본 발명은, 인덕터를 이용한 전류 전달 경로에 커패시터를 이용한 전류 전달 경로를 추가하여, 출력단(부하)으로 출력하는 전류를 복수개의 병렬 경로로 공급하여, 인덕터에 흐르는 총 RMS 전류를 감소시키는 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법에 대한 것이다.

Description

멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법
본 발명은 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력되는 전원의 전압을 변환하여 부하로 출력하는 컨버터 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
전기 및 전자 장치에 적용되는 어플리케이션의 수가 점점 많아지고 기능도 증가하면서, 장치에서 소모되는 전력이 계속해서 증가하고 있다. 이에 따라, 장치들에 필요한 전력을 공급해 주는 전력 관리 회로는 고전력 어플리케이션(application)에서 높은 전력 효율(Power Efficiency) 특성을 갖도록 설계되어야 한다. 높은 전력 효율을 갖는 전력 관리 회로는 장치의 사용 시간을 늘릴 뿐 아니라, 장치 내의 전력 관리 회로에서 발생하는 발열도 줄여주기 때문이다.
종래의 전력 관리 회로는 크게 두 가지 방법으로 설계된다. 하나는 커패시터를 이용한 스위치드 커패시터(Switched Capacitor) 또는 차지펌프(Charge Pump) 방법이고, 다른 하나는 인덕터를 이용한 스위치드 인덕터(Switched Inductor) 방법이다.
먼저, 스위치드 커패시터(Switched Capacitor) 방법은 부피가 큰 인덕터를 사용하지 않고, 인덕터에 비해 칩에 내장하기 유리한 커패시터를 사용하기 때문에 PCB(Printed Circuit Board) 면적을 줄일 수 있다는 것에 큰 장점이 있다. 그러나, 가능한 전압 변환 비율(Conversion Ratio, VOUT/VIN)이 불연속적이기 때문에 특정 전압 변환 비율에서만 높은 효율 특성을 갖게 된다는 한계를 가지고 있다. 따라서, 가능한 전압 변환 비율을 늘려 넓은 전압 범위에서 고효율 특성을 갖도록 하기 위해서는 가변 구조형(Reconfigurable)으로 PMIC를 설계해야 하고, 이는 시스템의 복잡도를 증가시키게 된다. 뿐만 아니라, 부하 전류(Load Current,ILOAD)가 증가하게 되면, 컨버터를 이루는 커패시터의 용량(커패시턴스(Capacitance))이 커져야 하기 때문에 IC 안에 집적할 수 없게 되어, 다수의 외장 커패시터(External Capacitor)를 필요로 하게 되고, 이는 오히려 스위치드 인덕터(Switched Inductor) 방법에 비해 더 넓은 PCB 면적을 소모할 가능성이 있다. 따라서, 본 스위치드 커패시터 방법은 주로 저전력 어플리케이션에 많이 사용된다.
이에 반면, 스위치드 인덕터(Switched Inductor) 방법의 전력 관리 회로는 부피가 크고, 다른 외장 소자들에 비해 단가가 상대적으로 높은 인덕터를 사용한다는 단점을 제외하고는, 가능한 전압 변환 비율이 연속적이고, 매우 넓은 범위에 걸쳐 높은 효율 특성을 갖는 등 많은 장점들을 갖는다. 또한, 부하 전류가 증가해도 추가되는 외장 소자가 없기 때문에, 소모 전력이 증가하고 있는 현대의 각종 장치들에 필수적으로 사용되고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 스위치드 인덕터 방법의 전력 관리 회로의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 종래의 전력 관리 회로의 효율 개선 방법을 설명하기 위한 도면이다.
문제는 도 1에 도시된 바와 같이, 부하 전류(ILOAD)가 증가하게 되면, 인덕터에 흐르는 전류(IL)도 증가한다는 것이다. 인덕터 내부에는 필연적으로 기생 저항 (RDCR)이 인덕터와 직렬로 포함되는데, 인덕터에 흐르는 전류 레벨이 증가함에 따라 이 기생 저항에서 발생하는 전력 손실이 매우 증가하게 되고, 이 전력 손실은 전력 관리 회로의 효율 특성을 제한하며, 발열을 유발하게 된다. 따라서, 전력 효율을 높이기 위해서는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 작은 기생 저항 값이 포함된 인덕터를 쓰는 것이 바람직한데, 이 경우 인덕터의 부피를 증가시키거나 단가를 증가시키게 된다.
특히, 계속해서 소형화 되는 모바일 기기에 들어가는 전력 관리 회로의 경우, 그 부피도 제작되는 기기의 크기에 따라 제한이 있다. 따라서, 스위치드 인덕터 타입의 전력 관리 회로에 필수적으로 사용되는 인덕터 또한 극소형(높이 < 1 ~ 1.5mm)으로 제한된다. 즉, 위에서 언급한 바와 같이, 기생 저항 값이 작으면서 부피가 큰 인덕터를 사용하는 것이 불가능하다는 것이다. 따라서, 동일한 인덕턴스를 가지면서 모바일 기기의 부피 특성을 맞추는 작은 인덕터를 사용해야 하는데, 이러한 인덕터는 매우 큰 기생 저항을 포함하고 있다. 이러한 조건에서 효율을 개선하는 방법은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 다수의 인덕터를 병렬로 사용하는 방법이 있다. 이 방법은 한 인덕터에 흐르는 전류 레벨을 감소시켜 기생 저항에서 발생하는 총 전류 손실을 줄이는 방법이다. 그러나, 해당 방법의 경우 다수의 인덕터를 필요로 하기 때문에, 부피가 증가하고, 단가가 높아지며, 각 인덕터로 분배되는 전류를 컨트롤 해주는 회로가 추가적으로 필요함에 따라 시스템의 복잡도를 증가시키게 된다.
아울러, 종래의 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter)와 부스트 컨버터(boost converter)의 경우, 인덕터의 전류가 빌드-업(build-up) 되는 동안은 부하로 전류가 공급되지 않기 때문에, 부하로 공급되는 전류가 불연속적이라는 특징이 있다. 이에 따라, 인덕터의 전류 레벨은 부하 전류보다 훨씬 커져야 하고, 이는 포화 전류값이 높은 인덕터를 필요로 하게 된다. 뿐만 아니라, 불연속적인 전류 공급은 출력 전압단에 큰 리플 전압을 발생시키고, 스위칭 스파이크(switching spike)를 야기하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인덕터를 이용한 전류 전달 경로에 커패시터를 이용한 전류 전달 경로를 추가하여, 출력단(부하)으로 출력하는 전류를 복수개의 병렬 경로로 공급하여, 인덕터에 흐르는 총 RMS 전류를 감소시키는 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터는, 입력부, 출력부 및 상기 입력부를 통해 입력되는 전원의 전압을 변환하여 상기 출력부로 전달하고, 인덕터와 커패시터로 이루어진 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 분산하여 전달하는 변환부를 포함한다.
상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 인덕터로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 상기 제1 전류 전달 경로 및 상기 제2 전류 전달 경로 중 적어도 하나를 복수개 포함할 수 있다.
상기 제1 전류 전달 경로는, 인덕터와 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로일 수 있다.
상기 변환부는, 복수의 변환 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하는 경우, 상기 복수의 변환 동작 모드가 구동되는 전체 구간 또는 상기 복수의 변환 동작 모드 중에서 일부의 변환 동작 모드가 구동되는 일부 구간에서 상기 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 전류를 분산하여 상기 출력부로 전달할 수 있다.
상기 변환부는, 스텝-다운 컨버터(Step-Down Conveter), 스텝-업 컨터버(Step-Up Converter) 및 스텝-업/다운 컨버터(Step-Up&Down Conveter) 중 하나의 기능을 수행할 수 있다.
상기 컨버터는, 복수개의 상기 변환부를 포함하며, 상기 복수개의 변환부 각각은 서로 다른 변환 동작 모드에서 전압을 동시에 변환할 수 있다.
상기 컨버터는, 복수개의 상기 출력부를 포함하며, 상기 변환부는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 변환하여 상기 복수개의 출력부 각각으로 전달할 수 있다.
상기 변환부는, 상기 복수개의 출력부 중 일부 출력부에 대해서는 스텝-업 컨버터의 기능을 수행하고, 상기 복수개의 출력부 중 나머지 출력부에 대해서는 스텝-다운 컨버터의 기능을 수행할 수 있다.
상기 컨버터는, 복수개의 상기 변환부를 포함하며, 상기 복수개의 변환부는 서로 직렬, 병렬 및 직병렬 중 하나로 연결될 수 있다.
상기 변환부는, 입력되는 전원의 전압 변환 도중에도 상기 출력부로 전류를 전달할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법은, 입력부, 변환부 및 출력부를 포함하는 컨버터의 제어 방법으로서, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원의 전압을 변환하여 상기 출력부로 전달하고, 인덕터와 커패시터로 이루어진 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 분산하여 전달하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 인덕터로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 상기 제1 전류 전달 경로 및 상기 제2 전류 전달 경로 중 적어도 하나를 복수개 포함할 수 있다.
상기 제1 전류 전달 경로는, 인덕터와 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로일 수 있다.
상기 전달 단계는, 복수의 변환 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하는 경우, 상기 복수의 변환 동작 모드가 구동되는 전체 구간 또는 상기 복수의 변환 동작 모드 중에서 일부의 변환 동작 모드가 구동되는 일부 구간에서 상기 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 전류를 분산하여 상기 출력부로 전달하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 전달 단계는, 입력되는 전원의 전압 변환 도중에도 상기 출력부로 전류를 전달하는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법에 의하면, 커패시터를 이용한 추가적인 전류 전달 경로를 통해 부하로 전류를 분산하여 공급하여, 인덕터만을 이용하여 부하(출력단)로 정적 전류를 공급할 때 보다 인덕터에 흐르는 RMS 전류를 감소시킬 수 있다. 따라서, 부하 전류 레벨이 높아졌을 때 모바일 어플리케이션용 PMIC에서 가장 큰 전력이 소모되는 인덕터의 기생 저항에서 발생하는 전력 손실을 크게 줄일 수 있고, 종래의 어떠한 전력 관리 회로 기술로도 넘지 못하였던 전력 효율의 벽을 넘을 수 있다.
그리고, 본 발명은 전류를 분산하기 위한 수단으로 인덕터에 비해 상대적으로 부피가 작고 단가가 저렴한 커패시터를 이용함으로써, 크고 비싼 인덕터의 부피와 단가를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라 커패시터의 경우, 수백 mOhm 정도의 큰 기생 저항을 직렬로 포함하고 있는 인덕터에 비해, 내부에 포함된 기생 저항 값이 수 mOhm으로 매우 적은 장점도 가지고 있다. 따라서, 커패시터를 이용한 추가적인 전류 경로에서 발생되는 전력 손실은 인덕터를 이용한 전류 경로에서 발생되는 전력 손실보다 적다. 정리하면, 본 발명에 따른 인덕터 구조는 고효율 특성을 가지며 장치의 사용 시간을 증가시킬 뿐만 아니라, 전력 관리 회로에서 발생하는 발열 문제를 크게 줄일 수 있으며, PCB의 면적 및 부피 소모도 함께 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 인덕터를 통해 부하로 흐르는 전류 경로 외에 추가적인 경로를 통해 전류를 분산하여 부하로 흐르게함으로써, 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 효율을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 종래의 스텝-다운 컨버터와 동일한 효율을 가지는 조건에서, 본 발명은 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 스텝-다운 컨버터와 동일한 범위를 가지는 출력 전압을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명은 입력 전원의 승압 도중에도 일부 전류가 출력단으로 흐르게 함으로써, 인덕터 전류(inductor current)를 감소시켜 효율을 개선할 수 있고, 리플(ripple)를 감소시킬 수 있으며, 연속적인 전류 흐름을 통해 스위칭 노이즈(switching noise)를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 스텝-업 컨버터의 뒷단에 달리는 부하(load), 즉 스텝-업 컨버터로 만든 높은 전압을 이용하는 블록의 성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 스위치드 인덕터 방법의 전력 관리 회로의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 종래의 전력 관리 회로의 효율 개선 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 13은 도 12에 도시한 제1 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 14는 도 13에 도시한 제1 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 듀티비가 0.4인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 제1 시뮬레이션 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 제2 시뮬레이션 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20은 도 19에 도시한 전류 전달 단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 22는 도 21에 도시한 제2 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 25는 도 24에 도시한 전류 전달 단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 27은 도 26에 도시한 제3 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제4 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 30은 도 29에 도시한 제4 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제5 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 32는 도 31에 도시한 제5 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제6 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 34는 도 33에 도시한 제6 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 도 33에 도시한 제6 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제7 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제8 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제9 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제10 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제11 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제12 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제13 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제14 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 44는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 45는 도 44에 도시한 제1 스텝-업 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 46은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 48은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드에 따른 인덕터 전류 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 49는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.5인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 50은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.7인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 51은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.4인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 52는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.2인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 53은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 54는 도 53에 도시한 승압된 전원 전달 단계를 보다 자세히 나타낸 흐름도이다.
도 55는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-업 컨버터의 구성과 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 56은 도 55에 도시한 제2 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 57은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제3 스텝-업 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 58은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제4 스텝-업 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법의 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
그러면, 도 3 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터(이하 '컨버터'라 한다)(100)는 인덕터와 커패시터로 이루어진 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 출력단으로 전류를 분산하여 전달한다. 즉, 컨버터(100)는 인덕터를 이용한 전류 전달 경로에 커패시터를 이용한 전류 전달 경로를 추가하여, 출력단(부하)으로 출력하는 전류를 복수개의 병렬 경로로 공급하여, 인덕터에 흐르는 총 RMS 전류를 감소시킨다.
이를 위해, 컨버터(100)는 전원이 입력되는 입력부(110), 입력되는 전원의 전압을 변환(강압 또는 승압)하는 변환부(130) 및 변환된 전원을 전달 받아 외부 소자로 전달하는 출력부(150)를 포함할 수 있다.
여기서, 입력부(110)는 AC 전원, DC 전원, 전력 공급원(전압 및 전류의 각종 전력 소스) 등 일수 있다.
또한, 출력부(150)는 저항, 커패시터, 인덕터를 포함하는 각종 수동 소자로 모델링 가능한 모든 형태의 부하, 즉 종래의 전력 관리 회로(PMIC)를 사용하는 각종 부하가 될 수 있다.
그리고, 변환부(130)는 종래의 모든 컨버터의 기능을 포함할 수 있다. 예컨대, 변환부(130)는 출력단의 전압이 입력단의 전압보다 작은 스텝-다운 컨버터(Step-Down Conveter) 또는 벅 컨버터(Buck Converter)로서의 기능, 출력단의 전압이 입력단의 전압보다 큰 스텝-업 컨버터(Step-Up Conveter) 또는 부스트 컨버터(Boost Converter)로서의 기능, 출력단의 전압이 입력단의 전압보다 작거나 큰 스텝-업&다운 컨버터(Step-Up&Down Converter) 또는 벅-부스트 컨버터(Buck-Boost Converter)로서의 기능 등을 수행할 수 있다.
이때, 변환부(130)는 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부로 전달한다. 예컨대, 변환부(130)는 인덕터로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 포함하는 복수의 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 전류를 분산하여 전달할 수 있다. 여기서, 복수의 전류 전달 경로는 제1 전류 전달 경로 및 제2 전류 전달 경로 중 적어도 하나를 복수개 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 전류 전달 경로는 인덕터로 이루어진 전류 전달 경로, 제1 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로, 제2 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로 등을 포함할 수 있다. 물론, 하나의 전류 전달 경로는 하나의 인덕터 또는 하나의 커패시터로 이루어지거나, 복수개의 인덕터 또는 복수개의 커패시터로 이루어질 수 있고, 인덕터와 커패시터의 조합으로도 이루어질 수 있다.
또한, 변환부(130)는 복수의 변환 동작 모드(예컨대, 복수의 강압 동작 모드 또는 복수의 승압 동작 모드)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하는 경우, 복수의 변환 동작 모드가 구동되는 전체 구간 또는 복수의 변환 동작 모드 중에서 일부의 변환 동작 모드가 구동되는 일부 구간에서 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부(150)로 전달할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 종래의 컨버터가 인덕터만을 이용하여 부하로 전류를 공급하는 것과는 달리, 커패시터를 이용한 추가적인 병렬 전류 전달 경로를 통해 부하로 전류를 분산하여 공급할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 컨버터(100)는 인덕터의 DC 전류 레벨을 감소시킬 수 있고, 본 발명에 따른 컨버터(100)가 스텝 다운 컨버터(step down converter)의 기능을 수행하는 경우, 인덕터의 리플 전류를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 컨버터(100)에 따른 인덕터와 커패시터는 부하(출력단)에 정적 전류(static current)를공급할 수 있다. 아울러, 커패시터가 인덕터에 비해 갖는 장점은 아래의 [표 1]에서 확인할 수 있듯이, 훨씬 작은 기생 저항을 포함하고 있다는 것과, 상대적으로 부피가 작고, 단가가 저렴하다는 것이다. 따라서, 복수의 인덕터를 사용할 때 보다 커패시터를 이용하여 인덕터에 흐르는 전류 레벨을 감소시킴으로서, 기생 저항에서 발생하는 전력 손실을 크게 줄일 수 있고, 종래의 어떠한 전력 관리 회로 기술로도 넘지 못하였던 전력 효율의 벽을 넘을 수 있다. 아울러, 상대적으로 부피가 작고 단가가 저렴한 커패시터를 이용함으로써, 크고 비싼 인덕터의 부피와 단가를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전력 관리 회로에서 발생하는 발열 문제를 크게 줄일 수 있으며, 장치의 사용 시간을 증가시킬 수 있고, PCB의 면적 및 부피 소모를 줄일 수 있다.
List of External Inductor
Inductance(uH) SaturationCurrentRating(A) Dimensions[L×W×H](mm) DCR(mΩ) Cost($)@1000 Type
BulkySizeSmall DCR 4.7 25.4 11.8×11.8×10.0 5.7 2.05 XAL1010-472
4.7 12 13.0×13.0×6.0 6.1 0.74 SER1360-472
2.2 10 11.2×11.2×5.2 4.0 1.15 SER1052-222
2.2 19.6 8.0×8.0×7.0 6.3 1.45 XAL7070-222
Small SizeLarge DCRCheap Price 4.7 0.57 2.2×1.45×1.0 680 0.29 PFL2010-472
4.7 1.1 5.0×5.0×1.0 175 0.49 LPS5010-472
2.2 1.4 3.2×2.3×1.5 130 0.28 PFL3515-222
2.2 2.7 5.0×5.0×1.5 90 0.46 LPS5015-222
2.2 0.79 2.2×1.45×1.0 465 0.29 PFL2010-222
2.2 1.6 5.0×5.0×1.0 100 0.49 LPS5010-222
List of External Capacitor
Capacitance(uF) Rated Voltage[DC](V) Dimensions[L×W×H](mm) ESR(mΩ) Cost($)@1000 Type
Small SizeSmall ESRCheap Price 22 10 2.0×1.25×0.85 2.6 0.14 C2012X5R1A226M085AC
22 10 2.0×1.25×1.25 2.3 0.16 C2012X5R1A226K125AB
10 25 2.0×1.25×0.85 2.7 0.05 C2012X5R1C106K085AC
10 25 2.0×1.25×1.25 2.1 0.08 C2012X5R1E106K125AB
10 6.3 1.6×0.8×0.8 4.4 0.13 C1608X5R0J106K080AB
그러면, 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터의 확장례에 대하여 설명한다.
도 4는 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 하나의 변환부(130)와 출력부(150)를 포함하고, 복수개의 입력부(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 출력 전압의 특성은 스텝-다운(Step-Down), 스텝-업(Step-Up), 스텝-다운&업(Step-Down&Up) 등의 모든 특성을 가질 수 있다.
그리고, 변환부(130)를 구성하는 인덕터, 커패시터, 스위치 등의 개수는 복수개가 될 수 있다. 또한, 입력부(110)는 AC 전원, DC 전원, 전력 공급원(전압 및 전류의 각종 전력 소스) 등 일수 있다. 아울러, 출력부(150)는 저항, 커패시터, 인덕터를 포함하는 각종 수동 소자로 모델링 가능한 모든 형태의 부하, 즉 종래의 전력 관리 회로(PMIC)를 사용하는 각종 부하가 될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 하나의 입력부(110)와 변환부(130)를 포함하고, 복수개의 출력부(150)를 포함할 수 있다.
여기서, 출력 전압의 특성은 스텝-다운(Step-Down), 스텝-업(Step-Up), 스텝-다운&업(Step-Down&Up) 등의 모든 특성을 가질 수 있다.
그리고, 변환부(130)를 구성하는 인덕터, 커패시터, 스위치 등의 개수는 복수개가 될 수 있다. 또한, 입력부(110)는 AC 전원, DC 전원, 전력 공급원(전압 및 전류의 각종 전력 소스) 등 일수 있다. 아울러, 출력부(150)는 저항, 커패시터, 인덕터를 포함하는 각종 수동 소자로 모델링 가능한 모든 형태의 부하, 즉 종래의 전력 관리 회로(PMIC)를 사용하는 각종 부하가 될 수 있다.
도 6은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 복수개의 입력부(110), 복수개의 변환부(130) 및 복수개의 출력부(150)를 포함할 수 있다.
여기서, 출력 전압의 특성은 스텝-다운(Step-Down), 스텝-업(Step-Up), 스텝-다운&업(Step-Down&Up) 등의 모든 특성을 가질 수 있다.
그리고, 변환부(130)를 구성하는 인덕터, 커패시터, 스위치 등의 개수는 복수개가 될 수 있다. 또한, 입력부(110)는 AC 전원, DC 전원, 전력 공급원(전압 및 전류의 각종 전력 소스) 등 일수 있다. 아울러, 출력부(150)는 저항, 커패시터, 인덕터를 포함하는 각종 수동 소자로 모델링 가능한 모든 형태의 부하, 즉 종래의 전력 관리 회로(PMIC)를 사용하는 각종 부하가 될 수 있다.
도 7은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 하나의 입력부(110)와 출력부(150)를 포함하고, 복수개의 변환부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, 복수개의 변환부(130)는 서로 직렬로 연결되어 있다.
도 8은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 하나의 입력부(110)와 출력부(150)를 포함하고, 복수개의 변환부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, 복수개의 변환부(130)는 서로 병렬로 연결되어 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)가 복수개의 변환부(130)를 포함하는 경우, 도 7에는 복수의 변환부(130)가 서로 직렬로 연결되고 도 8에는 복수의 변환부(130)가 서로 병렬로 연결된 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 실시예에 따라 복수의 변환부(130)가 서로 직병렬(직렬과 병렬의 조합)로 연결될 수도 있다.
도 9는 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 하나의 입력부(110), 출력부(150) 및 복수개의 변환부(130)를 포함하고, 종래의 컨버터 모듈(10)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수개의 변환부(130)와 종래의 컨버터 모듈(10)은 서로 직렬로 연결되어 있다.
도 10은 도 3에 도시한 멀티 패스를 가지는 컨버터 확장의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)는 하나의 입력부(110), 출력부(150) 및 복수개의 변환부(130)를 포함하고, 종래의 컨버터 모듈(10)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수개의 변환부(130)와 종래의 컨버터 모듈(10)은 서로 병렬로 연결되어 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컨버터(100)가 복수개의 변환부(130)와 종래의 컨버터 모듈(10)을 포함하는 경우, 도 9에는 복수의 변환부(130)와 종래의 컨버터 모듈(10)이 서로 직렬로 연결되고 도 10에는 복수의 변환부(130)와 종래의 컨버터 모듈(10)이 서로 병렬로 연결된 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 실시예에 따라 복수의 변환부(130)와 종래의 컨버터 모듈(10)이 서로 직병렬(직렬과 병렬의 조합)로 연결될 수도 있다.
또한, 도 7 내지 도 10에 도시한 복수의 변환부(130)를 포함하는 컨버터(100)는 복수의 변환부(130)가 서로 동기화되어 동작할 수 있고, 복수의 변환부(130)가 서로 다른 클럭(clock)에 따라 독립적으로 동작할 수도 있다.
그러면, 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법은 컨버터(100)에 입력되는 전원의 전압을 변환(강압 또는 승압)하여 출력단으로 전류를 전달하고, 출력단으로 전류 전달 시 인덕터와 커패시터를 이용하여 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력단으로 전달하는 단계(S100)를 포함한다.
이때, 전류 전달 단계는 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부로 전달한다. 예컨대, 컨버터(100)는 인덕터로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 포함하는 복수의 전류 전달 경로를 통해 출력단으로 전류를 분산하여 전달할 수 있다. 여기서, 복수의 전류 전달 경로는 제1 전류 전달 경로 및 제2 전류 전달 경로 중 적어도 하나를 복수개 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 전류 전달 경로는 인덕터로 이루어진 전류 전달 경로, 제1 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로, 제2 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로 등을 포함할 수 있다. 물론, 하나의 전류 전달 경로는 하나의 인덕터 또는 하나의 커패시터로 이루어지거나, 복수개의 인덕터 또는 복수개의 커패시터로 이루어질 수 있고, 인덕터와 커패시터의 조합으로도 이루어질 수 있다.
또한, 전류 전달 단계는 복수의 변환 동작 모드(예컨대, 복수의 강압 동작 모드 또는 복수의 승압 동작 모드)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하는 경우, 복수의 변환 동작 모드가 구동되는 전체 구간 또는 복수의 변환 동작 모드 중에서 일부의 변환 동작 모드가 구동되는 일부 구간에서 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력단으로 전달하는 것으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법은 인덕터와 커패시터를 이용하여 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력단, 즉 부하로 흐르게 함으로써, 종래의 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
< 실시예 1 : 멀티 패스를 가지는 스텝-다운 컨버터 >
그러면, 도 12 내지 도 43을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터가 입력되는 전원을 강압하는 스텝-다운 컨버터(step-down converter) 역할을 수행하는 경우이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터는 출력 전압(VOUT)이 입력 전압(VIN) 보다 작으며, 인덕터와 커패시터를 이용하여 복수개의 전류 전달 경로(예컨대, 2개의 전류 전달 경로, 3개의 전류 전달 경로, n개의 전류 전달 경로)를 통해 출력단으로 전류를 분산하여 전달한다.
먼저, 도 12 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 설명하기 위한 블록도이고, 도 13은 도 12에 도시한 제1 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이며, 도 14는 도 13에 도시한 제1 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터(이하 '제1 스텝-다운 컨버터'라 한다)(100-1)는 전원이 입력되는 입력부(110), 입력되는 전원을 강압하는 변환부(130) 및 강압된 전원을 전달 받아 외부 소자로 전달하는 출력부(150)를 포함한다. 여기서, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)의 전력 변환 비율(VOUT/VIN)의 범위는 0.5 ~ 1이다.
즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원을 강압하여 출력부(150)로 전달한다. 그리고, 변환부(130)는 서로 다른 2개의 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 전류를 전달한다. 예컨대, 변환부(130)는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 전류를 분산하여 전달할 수 있다. 이에 따라, 종래의 스텝-다운 컨버터가 출력단(부하)으로 흐르는 전류 모두가 인덕터를 거쳐 흐르는 것에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100)는 출력단으로 흐르는 전류를 인덕터(I)를 경유하는 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)를 경유하는 제2 전류 전달 경로로 분산하여 출력단으로 흐르게함으로써, 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 효율을 증대시킬 수 있다.
이를 위해, 변환부(130)는 인덕터(I), 커패시터(C), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다.
인덕터(I)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(150)의 일단과 제2 스위치(SW2)의 타단 사이에 연결된다.
커패시터(C)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW2)의 일단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 일단이 입력부(110)의 일단과 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 일단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 타단과 출력부(150)의 일단 사이에 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(110)의 타단과 출력부(150)의 타단 사이에 연결된다.
보다 자세히 설명하면, 변환부(130)는 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(130)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(110)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(150)로 전달할 수 있다. 이때, 제1 강압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비는 입력되는 전압, 출력되는 전압 등을 기반으로 결정될 될 수 있다.
즉, 변환부(130)는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(150), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS(Root Mean Square) 값은 감소하게 된다.
그리고, 변환부(130)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이와 같이, 제1 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)에 전류를 축적시키면서, 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부(150), 즉 부하로 전달하게 된다. 그리고, 제2 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)에 축적된 전류가 출력부(150), 즉 부하로 전달되게 된다. 이에 따라, 출력부(150), 즉 부하로 전달되는 전류를 2개의 경로(제1 전류 전달 경로와 제2 전류 전달 경로)로 분산하여 전달함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
그러면, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 일례에 대하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 듀티비가 0.4인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다. 즉, 도 16은 듀비티가 40%이고, 입력부(110)를 통해 입력되는 전압(VIN)이 5V이며, 출력부(150)를 통해 출력되는 전압(VOUT)이 3.06V이고, 출력부(150)를 통해 출력되는 전류(IOUT)가 1A인 상황에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)를 테스트한 파형(waveform)이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여, 입력된 전원을 강압하여 출력단, 즉 부하로 전달한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동 시 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력단, 즉 부하로 전달한다.
그러면, 도 17 및 도 18을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 성능에 대하여 설명한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 제1 시뮬레이션 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이고, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터를 제2 시뮬레이션 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)의 성능을 테스트하기 위해, 2개의 시뮬레이션 환경에서 종래의 스텝-다운 컨버터와 비교하여 실험하였다.
제1 시뮬레이션 환경은 입력되는 전압(VIN)이 4.5V로 고정되고, 제1 강압 동작 모드의 구동 시간(D1)은 0.05 ~ 0.95 사이에서 가변되며, 출력단(즉, 부하)의 전류는 1A로 고정시켰다. 이에 따라, 출력단(즉, 부하)의 전압(VOUT)은 VIN/(2-D1), 즉 2.25V < VOUT < 4.5V이고, 제2 강압 동작 모드의 구동 시간(D2)는 1/(2-D1)이 된다.
그리고, 제2 시뮬레이션 환경은 출력단(즉, 부하)의 전압(VOUT)이 2.8V로 고정되고, 제1 강압 동작 모드의 구동 시간(D1)은 0.05 ~ 0.95 사이에서 가변되며, 출력단(즉, 부하)의 전류는 1A로 고정시켰다. 이에 따라, 입력되는 전압(VIN)은 VOUT·(2-D1), 즉 3.0V < VIN < 5.5V이고, 제2 강압 동작 모드의 구동 시간(D2)는 1/(2-D1)이 된다.
도 17을 참조하면, 제1 시뮬레이션 환경에서 테스트한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(도 17의 실선)가 종래의 스텝-다운 컨버터(도 17의 점선)보다 약 5%의 전력 효율을 증대시키는 것을 확인할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제2 시뮬레이션 환경에서 테스트한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(도 18의 실선)가 종래의 스텝-다운 컨버터(도 18의 점선)보다 약 4.7%의 전력 효율을 증대시키는 것을 확인할 수 있다.
그러면, 도 19 및 도 20을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-다운 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19를 참조하면, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 입력되는 전원을 강압하여 출력부(150)로 전류를 전달하고, 출력부(150)로 전류 전달 시 서로 다른 2개의 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 전류를 전달한다(S110-1).
예컨대, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 출력부(150)로 전류를 분산하여 전달할 수 있다. 이에 따라, 종래의 스텝-다운 컨버터가 출력단(부하)으로 흐르는 전류 모두가 인덕터를 거쳐 흐르는 것에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 출력단으로 흐르는 전류를 인덕터(I)를 경유하는 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)를 경유하는 제2 전류 전달 경로로 분산하여 출력단으로 흐르게함으로써, 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 효율을 증대시킬 수 있다.
도 20은 도 19에 도시한 전류 전달 단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20을 참조하면, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다(S111). 즉, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(150), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다.
제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다(S113). 즉, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이와 같이, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(110)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(150)로 전달할 수 있다.
즉, 제1 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)에 전류를 축적시키면서, 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부(150), 즉 부하로 전달하게 된다. 그리고, 제2 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)에 축적된 전류가 출력부(150), 즉 부하로 전달되게 된다. 이에 따라, 출력부(150), 즉 부하로 전달되는 전류를 2개의 경로(제1 전류 전달 경로와 제2 전류 전달 경로)로 분산하여 전달함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
그러면, 도 21 및 도 22를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이고, 도 22는 도 21에 도시한 제2 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터(이하 '제2 스텝-다운 컨버터'라 한다)(200-1)는 앞선 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)에 추가적으로 제4 스위치(SW4)를 더 포함하고 있다.
즉, 변환부(230)는 인덕터(I), 커패시터(C), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(110)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 타단 사이에 연결된다.
여기서, 제1 스위치(SW1)는 PMOS 스위치일 수 있다. 그리고, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 NMOS 스위치일 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 변환부(230)는 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(230)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(210)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(250)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(230)는 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(250), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값은 감소하게 된다.
그리고, 변환부(230)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제3 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
또한, 변환부(230)는 제3 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 22의 (c)에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이와 같이, 제1 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)에 전류를 축적시키면서, 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부(250), 즉 부하로 전달하게 된다. 이에 따라, 출력부(250), 즉 부하로 전달되는 전류를 2개의 경로(제1 전류 전달 경로와 제2 전류 전달 경로)로 분산하여 전달함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)와 달리 제4 스위치(SW4)를 구비하여 제3 강압 동작 모드로 구동됨으로써, 제1 스텝-다운 컨버터(100-1) 보다 넓은 범위를 가지는 전력 변환 비율(VOUT/VIN)을 가지며, 그 범위는 0 ~ 1이다. 또한, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)에 비해 제1 스위치(SW1)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소킬 수 있고, 제1 강압 동작 모드(Φ1)와 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 듀티비를 조절함으로써 커패시터(C)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 다른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)는 아래의 [수학식 1]과 같은 범위를 가지는 출력 전압을 제공할 수 있다.
Figure PCTKR2018003301-appb-M000001
(1/2*VIN ≤ VOUT ≤ VIN)
여기서, VIN은 입력되는 전압이고, VOUT는 출력되는 전압이며, D1은 제1 강압 동작 모드의 구동 시간을 나타낸다.
이에 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 아래의 [수학식 2]와 같은 범위을 가지는 출력 전압을 제공할 수 있다.
Figure PCTKR2018003301-appb-M000002
(0 ≤ VOUT ≤ VIN)
여기서, VIN은 입력되는 전압이고, VOUT는 출력되는 전압이며, D1은 제1 강압 동작 모드의 구동 시간을 나타내고, D2는 제3 강압 동작 모드의 구동 시간을 나타낸다.
그러면, 도 23을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 일례에 대하여 설명한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여, 입력된 전원을 강압하여 출력단, 즉 부하로 전달한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동 시 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력단, 즉 부하로 전달한다.
그러면, 도 24 및 도 25를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-다운 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 24를 참조하면, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 입력되는 전원을 강압하여 출력부(250)로 전류를 전달하고, 출력부(250)로 전류 전달 시 서로 다른 2개의 전류 전달 경로를 통해 출력부(250)로 전류를 전달한다(S210-1).
예컨대, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 출력부(250)로 전류를 분산하여 전달할 수 있다. 이에 따라, 종래의 스텝-다운 컨버터가 출력단(부하)으로 흐르는 전류 모두가 인덕터를 거쳐 흐르는 것에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 출력단으로 흐르는 전류를 인덕터(I)를 경유하는 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)를 경유하는 제2 전류 전달 경로로 분산하여 출력단으로 흐르게함으로써, 전력 손실을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 효율을 증대시킬 수 있다.
도 25는 도 24에 도시한 전류 전달 단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 25를 참조하면, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다(S211). 즉, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(250), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다.
제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제3 강압 동작 모드로 구동될 수 있다(S213). 즉, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제3 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
제3 강압 동작 모드의 구동 이후, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다(S215). 즉, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이와 같이, 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(210)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(250)로 전달할 수 있다.
즉, 제1 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)에 전류를 축적시키면서, 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 출력부(250), 즉 부하로 전달하게 된다. 이에 따라, 출력부(250), 즉 부하로 전달되는 전류를 2개의 경로(제1 전류 전달 경로와 제2 전류 전달 경로)로 분산하여 전달함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)는 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
그러면, 도 26 및 도 27을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이고, 도 27은 도 26에 도시한 제3 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터(이하 ‘제3 스텝-다운 컨버터’라 한다)(300-1)는 앞선 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)에 추가적으로 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6) 및 추가 커패시터(C2)를 포함하고 있다.
즉, 변환부(330)는 인덕터(I), 커패시터(C), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6) 및 추가 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
추가 커패시터(C2)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제4 스위치(SW4)의 일단과 연결된다.
제6 스위치(SW6)는 일단이 추가 커패시터(C2)의 일단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 커패시터(C)의 일단과 연결된다.
제5 스위치(SW5)는 일단이 추가 커패시터(C2)의 타단과 제4 스위치(SW4)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제6 스위치(SW6)의 타단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결된다.
보다 자세히 설명하면, 변환부(330)는 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(330)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(310)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(350)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(330)는 도 27의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제6 스위치(SW6)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(350), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)와 추가 커패시터(C2) 및 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다.
그리고, 변환부(330)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 27의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제6 스위치(SW6)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(350), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터(C)로 이루어진 제3 전류 전달 경로(P3)와 추가 커패시터(C2)로 이루어진 제4 전류 전달 경로(P4)를 통해 분산되어 전달되게 된다.
이와 같이, 제1 강압 동작 모드에서는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)와 추가 커패시터(C2) 및 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 전류를 분산하여 출력부(350), 즉 부하로 전달하고, 제2 강압 동작 모드에서는 커패시터(C)로 이루어진 제3 전류 전달 경로(P3)와 추가 커패시터(C2)로 이루어진 제4 전류 전달 경로(P4)를 통해 전류를 분산하여 출력부(350), 즉 부하로 전달하게 된다. 이에 따라, 복수의 강압 동작 모드가 구동되는 전체 구간에서 복수의 전류 전달 경로를 통해 전류를 분산하여 전달함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
그러면, 도 28을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제3 스텝-다운 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 28을 참조하면, 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 입력되는 전원을 강압하여 출력부(350)로 전류를 전달하고, 출력부(350)로 전류 전달 시 서로 다른 2개의 전류 전달 경로를 통해 출력부(350)로 전류를 전달한다(S310-1).
보다 자세히 설명하면, 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 즉, 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제6 스위치(SW6)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(350), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)와 추가 커패시터(C2) 및 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다.
제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 즉, 제3 스텝-다운 컨버터(300-1)는 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제6 스위치(SW6)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(350), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터(C)로 이루어진 제3 전류 전달 경로(P3)와 추가 커패시터(C2)로 이루어진 제4 전류 전달 경로(P4)를 통해 분산되어 전달되게 된다.
그러면, 도 29 및 도 30을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제4 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제4 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이고, 도 30은 도 29에 도시한 제4 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 29를 참조하면, 본 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제4 스텝-다운 컨버터(이하 '제4 스텝-다운 컨버터'라 한다)(400-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)에서 일부 소자의 위치를 변경한 것이다. 여기서, 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)의 전력 변환 비율(VOUT/VIN)의 범위는 0 ~ 0.5이다.
즉, 변환부(430)는 인덕터(I), 커패시터(C), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다.
인덕터(I)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW2)의 타단과 출력부(450)의 일단 사이에 연결된다.
커패시터(C)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 일단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 일단이 입력부(410)의 일단과 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW2)의 일단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(450)의 일단과 인덕터(I)의 타단 사이에 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(410)의 타단과 출력부(450)의 타단 사이에 연결된다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(430)는 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(430)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(410)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(450)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(430)는 도 30의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그리고, 변환부(430)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 30의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(450), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값은 감소하게 된다.
그러면, 도 31 및 도 32를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제5 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제5 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이고, 도 32는 도 31에 도시한 제5 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제5 스텝-다운 컨버터(이하 '제5 스텝-다운 컨버터'라 한다)(500-1)는 앞선 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 31을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)에 추가적으로 제4 스위치(SW4)를 더 포함하고 있다.
즉, 변환부(530)는 인덕터(I), 커패시터(C), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
인덕터(I)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW2)의 타단과 출력부(550)의 일단 사이에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 입력부(510)의 중간단과 연결되고, 타단이 커패시터(C)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결된다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(530)는 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(530)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(510)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(550)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(530)는 도 32의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그리고, 변환부(530)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 32의 (b)에 도시된 바와 같이 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프(off)시키는 제3 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
또한, 변환부(530)는 제3 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 32의 (c)에 도시된 바와 같이 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(550), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값은 감소하게 된다.
이와 같이, 출력부(550), 즉 부하로 전달되는 전류를 2개의 경로(제1 전류 전달 경로와 제2 전류 전달 경로)로 분산하여 전달함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)는 종래의 스텝-다운 컨버터 대비 전력 손실의 양이 줄어들게 되고, 이로 인해 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)와 달리 제4 스위치(SW4)를 구비하여 제3 강압 동작 모드로 구동됨으로써, 제4 스텝-다운 컨버터(400-1) 보다 넓은 범위를 가지는 전력 변환 비율(VOUT/VIN)을 가지며, 그 범위는 0 ~ 1이다. 또한, 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)는 제1 스텝-다운 컨버터(400-1)에 비해 제3 스위치(SW3)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소킬 수 있고, 제1 강압 동작 모드(Φ1)와 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 듀티비를 조절함으로써 커패시터(C)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소시킬 수 있다.
그러면, 도 33 내지 도 35를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제6 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제6 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이고, 도 34는 도 33에 도시한 제6 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이며, 도 35는 도 33에 도시한 제6 스텝-다운 컨버터의 강압 동작 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 33을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제6 스텝-다운 컨버터(이하 '제6 스텝-다운 컨버터'라 한다)(600-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)에서 일부 소자의 위치를 변경하고, 제5 스위치(SW5)를 추가한 것이다. 여기서, 제6 스텝-다운 컨버터(600-1)의 전력 변환 비율(VOUT/VIN)의 범위는 0 ~ 1이다.
즉, 변환부(630)는 인덕터(I), 커패시터(C), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)를 포함할 수 있다.
인덕터(I)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 제4 스위치(SW4)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제5 스위치(SW5)의 일단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결된다.
커패시터(C)는 일단이 인덕터(I)의 타단과 제5 스위치(SW5)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW)의 일단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 일단이 입력부(610)의 일단과 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 일단과 제4 스위치(SW4)의 일단 사이에 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(610)의 중간단과 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 커패시터(C)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제4 스위치(SW4)의 타단과 출력부(650)의 타단 사이에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(610)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 타단 사이에 연결된다.
제5 스위치(SW5)는 일단이 인덕터(I)의 타단과 커패시터(C)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(650)의 일단과 연결된다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(630)는 제1 강압 동작 모드 및 제3 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(630)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드 및 제3 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(610)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(650)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(630)는 도 34의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그리고, 변환부(630)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 34의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제3 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(650), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값은 감소하게 된다.
물론, 변환부(630)는 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드의 순서대로 구동될 수도 있다. 즉, 변환부(630)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드, 제3 강압 동작 모드 및 제2 강압 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(610)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(650)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(630)는 도 35의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그리고, 변환부(630)는 제1 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 35의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제3 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(650), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로(P1)과 커패시터(C)로 이루어진 제2 전류 전달 경로(P2)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값은 감소하게 된다.
또한, 변환부(630)는 제3 강압 동작 모드의 구동 이후, 도 35의 (c)에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(650), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터(I)로 이루어진 제3 전류 전달 경로(P3)과 커패시터(C)로 이루어진 제4 전류 전달 경로(P4)를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 커패시터(C)로 이루어진 추가적인 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값은 감소하게 된다.
그러면, 도 36을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제7 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제7 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제7 스텝-다운 컨버터(이하 '제7 스텝-다운 컨버터'라 한다)(700-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 36을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제7 스텝-다운 컨버터(700-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)에 추가적으로 3개의 스위치와 1개의 커패시터를 더 포함하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제7 스텝-다운 컨버터(700-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)로 확장할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(730)는 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(730)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(710)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(750)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(730)는 도 36에 도시된 바와 같이 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(750), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터로 이루어지는 제1 전류 전달 경로와 인덕터와 커패시터로 이루어지는 제2 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
그리고, 변환부(730)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 36에 도시된 바와 같이 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(750), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터와 인덕터로 이루어지는 제3 전류 전달 경로와 스위치로 이루어지는 제4 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제7 스텝-다운 컨버터(700-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)인 모든 강압 동작 모드(Φ1 및 Φ2)로 확장할 수 있다.
그러면, 도 37을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제8 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제8 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제8 스텝-다운 컨버터(이하 '제8 스텝-다운 컨버터'라 한다)(800-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 37을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제8 스텝-다운 컨버터(800-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)에 추가적으로 3개의 스위치와 1개의 커패시터를 더 포함하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제8 스텝-다운 컨버터(800-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)로 확장할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(830)는 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(830)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(810)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(850)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(830)는 도 37에 도시된 바와 같이 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(850), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터로 이루어지는 제1 전류 전달 경로와 인덕터와 커패시터로 이루어지는 제2 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
그리고, 변환부(830)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 37에 도시된 바와 같이 제3 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(850), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터와 인덕터로 이루어지는 제3 전류 전달 경로와 스위치로 이루어지는 제4 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
또한, 변환부(830)는 제3 강압 동작 모드(Φ2)의 구동 이후, 도 37에 도시된 바와 같이 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(850), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터로 이루어지는 제5 전류 전달 경로를 통해 전달되게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제8 스텝-다운 컨버터(800-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스텝-다운 컨버터(200-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)인 제1 및 제3 강압 동작 모드(Φ1 및 Φ2)로 확장할 수 있다.
그러면, 도 38을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제9 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제9 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제9 스텝-다운 컨버터(이하 '제9 스텝-다운 컨버터'라 한다)(900-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 38을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제9 스텝-다운 컨버터(900-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)에 추가적으로 3개의 스위치와 1개의 커패시터를 더 포함하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제9 스텝-다운 컨버터(900-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)로 확장할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(930)는 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(930)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(910)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(950)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(930)는 도 38에 도시된 바와 같이 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(950), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터로 이루어지는 제1 전류 전달 경로와 인덕터와 커패시터로 이루어지는 제2 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
그리고, 변환부(930)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 38에 도시된 바와 같이 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(950), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터와 인덕터로 이루어지는 제3 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어지는 제4 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제9 스텝-다운 컨버터(900-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 스텝-다운 컨버터(400-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)인 모든 강압 동작 모드(Φ1 및 Φ2)로 확장할 수 있다.
그러면, 도 39를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제10 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제10 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제10 스텝-다운 컨버터(이하 '제10 스텝-다운 컨버터'라 한다)(1000-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 39를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제10 스텝-다운 컨버터(1000-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)에 추가적으로 3개의 스위치와 1개의 커패시터를 더 포함하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제10 스텝-다운 컨버터(1000-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)로 확장할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(1030)는 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(1030)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(1010)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(1050)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(1030)는 도 39에 도시된 바와 같이 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1050), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터로 이루어지는 제1 전류 전달 경로와 인덕터와 커패시터로 이루어지는 제2 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
그리고, 변환부(1030)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 39에 도시된 바와 같이 제3 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1050), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터로 이루어지는 제3 전류 전달 경로를 통해 전달되게 된다.
또한, 변환부(1030)는 제3 강압 동작 모드(Φ2)의 구동 이후, 도 39에 도시된 바와 같이 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1050), 즉 부하로 흐르는 전류는 커패시터와 인덕터로 이루어지는 제4 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어지는 제5 전류 전달 경로를 통해 분산되어 전달되게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제10 스텝-다운 컨버터(1000-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 스텝-다운 컨버터(500-1)와 달리 병렬로 전류를 공급하는 구간을 2개의 페이즈(phase)인 제1 및 제2 강압 동작 모드(Φ1 및 Φ3)로 확장할 수 있다.
그러면, 도 40을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제11 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제11 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 40을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제11 스텝-다운 컨버터(이하 '제11 스텝-다운 컨버터'라 한다)(1100-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)를 3개의 전류 전달 경로로 확장한 것이다. 여기서, 제11 스텝-다운 컨버터(1100-1)의 전력 변환 비율(VOUT/VIN)의 범위는 0.67 ~ 1이다.
즉, 변환부(1130)는 인덕터(I), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다.
인덕터(I)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 제1 커패시터(C1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(1150)의 일단과 제2 스위치(SW2)의 타단 사이에 연결된다.
제1 커패시터(C1)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 인덕터(I)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW2)의 일단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결된다.
제2 커패시터(C2)는 일단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 제4 스위치(SW4)의 타단 사이에 연결되고, 타단이 제5 스위치(SW5)의 일단과 제6 스위치(SW6)의 일단 사이에 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 일단이 입력부(1110)의 일단과 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 일단과 제1 커패시터(C1)의 일단 사이에 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 일단이 제1 커패시터(C1)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 타단과 출력부(1150)의 일단 사이에 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 제1 커패시터(C1)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제4 스위치(SW4)의 타단과 제2 커패시터(C2)의 일단 사이에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 입력부(1110)의 일단과 제1 스위치(SW1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 제2 커패시터(C2)의 일단 사이에 연결된다.
제5 스위치(SW5)는 일단이 제2 커패시터(C2)의 타단과 제6 스위치(SW6)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 인덕터(I)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 타단 사이에 연결된다.
제6 스위치(SW6)는 일단이 제2 커패시터(C2)의 타단과 제5 스위치(SW5)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(1110)의 타단과 출력부(1150)의 타단 사이에 연결된다.
보다 자세히 설명하면, 변환부(1130)는 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(1130)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(1110)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(1150)로 전달할 수 있다. 이때, 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 시간을 나타내는 듀티비는 입력되는 전압, 출력되는 전압 등을 기반으로 결정될 될 수 있다.
즉, 변환부(1130)는 도 40에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제6 스위치(SW6)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1150), 즉 부하로 흐르는 전류는 제1 스위치(SW1)와 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로, 제1 스위치(SW2), 제1 커패시터(C1) 및 제2 스위치(SW2)로 이루어진 제2 전류 전달 경로, 및 제4 스위치(SW4), 제2 커패시터(C2) 및 제5 스위치(SW5)로 이루어진 제3 전류 전달 경로의 트리플 패스를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 2개의 커패시터(C1 및 C2)로 이루어진 추가적인 2개의 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값이 듀얼 패스 구조에 비해 더욱 감소하게 된다.
그리고, 변환부(1130)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 40에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3) 및 제6 스위치(SW6)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다.
그러면, 도 41을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제12 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제12 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 41을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 패스를 가지는 제12 스텝-다운 컨버터(이하 '제12 스텝-다운 컨버터'라 한다)(1200-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제11 스텝-다운 컨버터(1100-1)에 추가적으로 제7 스위치(SW7)를 더 포함하고 있다.
즉, 변환부(1230)는 인덕터(I), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6) 및 제7 스위치(SW7)를 포함할 수 있다.
제7 스위치(SW7)는 일단이 입력부(1210)의 일단과 제1 스위치(SW1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(1210)의 타단과 제6 스위치(SW6)의 타단 사이에 연결된다.
보다 자세히 설명하면, 변환부(1230)는 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(1230)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(1210)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(1250)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(1230)는 도 41에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3), 제6 스위치(SW6) 및 제7 스위치(SW7)는 오프(off)시키는 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1250), 즉 부하로 흐르는 전류는 제1 스위치(SW1)와 인덕터(I)로 이루어진 제1 전류 전달 경로, 제1 스위치(SW2), 제1 커패시터(C1) 및 제2 스위치(SW2)로 이루어진 제2 전류 전달 경로, 및 제4 스위치(SW4), 제2 커패시터(C2) 및 제5 스위치(SW5)로 이루어진 제3 전류 전달 경로의 트리플 패스를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, 2개의 커패시터(C1 및 C2)로 이루어진 추가적인 2개의 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값이 듀얼 패스 구조에 비해 더욱 감소하게 된다.
그리고, 변환부(1230)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 41에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제7 스위치(SW7)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)는 오프(off)시키는 제3 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다.
또한, 변환부(1230)는 제3 강압 동작 모드(Φ2)의 구동 이후, 도 41에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3) 및 제6 스위치(SW6)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5) 및 제7 스위치(SW7)는 오프(off)시키는 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 구동될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제12 스텝-다운 컨버터(1200-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제11 스텝-다운 컨버터(1100-1)와 달리 제7 스위치(SW7)를 구비하여 제3 강압 동작 모드로 구동됨으로써, 제11 스텝-다운 컨버터(1100-1) 보다 넓은 범위를 가지는 전력 변환 비율(VOUT/VIN)을 가지며, 그 범위는 0 ~ 1이다. 또한, 제12 스텝-다운 컨버터(1200-1)는 제11 스텝-다운 컨버터(1100-1)에 비해 제1 스위치(SW1)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소킬 수 있고, 제1 강압 동작 모드(Φ1)와 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 듀티비를 조절함으로써 2개의 커패시터(C1 및 C2)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소시킬 수 있다.
그러면, 도 42를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제13 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제13 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 42를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제13 스텝-다운 컨버터(이하 '제13 스텝-다운 컨버터'라 한다)(1300-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스텝-다운 컨버터(100-1)를 n개의 전류 전달 경로로 확장한 것이다. 여기서, 제13 스텝-다운 컨버터(1300-1)의 전력 변환 비율(VOUT/VIN)의 범위는 (n-1)/n ~ 1이다.
즉, 변환부(1330)는 인덕터, n-1개의 커패시터, 복수개의 스위치를 포함할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(1330)는 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(1330)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1) 및 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(1310)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(1350)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(1330)는 도 42에 도시된 바와 같이 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1350), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터로 이루어진 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 n-1개의 전류 전달 경로의 멀티 패스를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, n-1개의 커패시터로 이루어진 추가적인 n-1개의 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값이 더욱 감소하게 된다.
그리고, 변환부(1330)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 42에 도시된 바와 같이 제2 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다.
그러면, 도 43을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제14 스텝-다운 컨버터에 대하여 설명한다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제14 스텝-다운 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 43을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제14 스텝-다운 컨버터(이하 '제14 스텝-다운 컨버터'라 한다)(1400-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제13 스텝-다운 컨버터(1300-1)에 추가적으로 하나의 스위치를 더 포함하고 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(1430)는 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 순서대로 구동될 수 있다. 즉, 변환부(1430)는 일정 주기 간격으로, 제1 강압 동작 모드(Φ1), 제3 강압 동작 모드(Φ2) 및 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하여 입력부(1410)로부터 입력된 전원을 강압하여 출력부(1450)로 전달할 수 있다.
즉, 변환부(1430)는 도 43에 도시된 바와 같이 제1 강압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 출력부(1450), 즉 부하로 흐르는 전류는 인덕터로 이루어진 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 n-1개의 전류 전달 경로의 멀티 패스를 통해 분산되어 전달되게 된다. 따라서, n-1개의 커패시터로 이루어진 추가적인 n-1개의 전류 전달 경로로 인해, 인덕터(I)에 흐르는 전류의 RMS 값이 더욱 감소하게 된다.
그리고, 변환부(1430)는 제1 강압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 43에 도시된 바와 같이 제3 강압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다.
또한, 변환부(1430)는 제3 강압 동작 모드(Φ3)의 구동 이후, 도 43에 도시된 바와 같이 제2 강압 동작 모드(Φ3)로 구동될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제14 스텝-다운 컨버터(1400-1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제13 스텝-다운 컨버터(1300-1)와 달리 추가적인 스위치를 더 구비하여 제3 강압 동작 모드로 구동됨으로써, 제13 스텝-다운 컨버터(1300-1) 보다 넓은 범위를 가지는 전력 변환 비율(VOUT/VIN)을 가지며, 그 범위는 0 ~ 1이다. 또한, 제14 스텝-다운 컨버터(1400-1)는 제13 스텝-다운 컨버터(1300-1)에 비해 제1 스위치(SW1)에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소킬 수 있고, 제1 강압 동작 모드(Φ1)와 제2 강압 동작 모드(Φ3)의 듀티비를 조절함으로써 n-1개의 커패시터에 흐르는 RMS 전류를 더욱 감소시킬 수 있다.
< 실시예 2 : 멀티 패스를 가지는 스텝-업 컨버터 >
그러면, 도 44 내지 도 58을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터가 입력되는 전원을 승압하는 스텝-업 컨버터(step-up converter) 역할을 수행하는 경우이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터는 출력 전압(VOUT)이 입력 전압(VIN) 보다 크며, 인덕터와 커패시터를 이용하여 복수개의 전류 전달 경로(예컨대, 2개의 전류 전달 경로, 3개의 전류 전달 경로, n개의 전류 전달 경로)를 통해 출력단으로 전류를 분산하여 전달한다.
먼저, 도 44 내지 도 48을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터에 대하여 설명한다.
도 44는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터를 설명하기 위한 블록도이고, 도 45는 도 44에 도시한 제1 스텝-업 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이며, 도 46은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 47은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 48은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드에 따른 인덕터 전류 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 44를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터(이하 '제1 스텝-업 컨버터'라 한다)(100-2)는 전원이 입력되는 입력부(110), 입력되는 전원을 승압하는 변환부(130) 및 승압된 전원을 전달 받아 외부 소자로 전달하는 출력부(150)를 포함한다.
즉, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원을 승압하여 출력부(150)로 전달한다. 그리고, 변환부(130)는 입력되는 전원의 승압 도중에도 출력부(150)로 전류를 전달한다.
이를 위해, 변환부(130)는 제1 변환 회로부(131) 및 제2 변환 회로부(133)를 포함할 수 있다.
제1 변환 회로부(131)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원을 승압한다. 그리고, 제1 변환 회로부(131)는 승압된 전원을 출력부(150)로 전달한다.
도 45를 참조하면, 제1 변환 회로부(131)는 인덕터(I1), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다.
인덕터(I1)는 일단이 입력부(110)와 연결되고, 타단이 출력부(150)와 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 입력부(110)와 인덕터(I1) 사이에 위치하여, 일단이 입력부(110)와 연결되고, 타단이 인덕터(I1)와 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 인덕터(I1)와 출력부(150) 사이에 위치하여, 일단이 인덕터(I1)와 연결되고, 타단이 출력부(150)와 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 그라운드에 연결되고, 타단이 인덕터(I1)와 제2 스위치(SW2) 사이에 연결된다.
제2 변환 회로부(133)는 제1 변환 회로부(131)를 통한 전원의 승압 도중에 출력부(150)로 전류를 전달한다.
도 45를 참조하면, 제2 변환 회로부(133)는 제4 스위치(SW4), 커패시터(C1) 및 제5 스위치(SW5)를 포함할 수 있다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 입력부(110)와 연결되고, 타단이 제5 스위치(SW5)와 연결된다.
커패시터(C1)는 일단이 제4 스위치(SW4)와 제5 스위치(SW5) 사이에 연결되고, 타단이 제1 스위치(SW1)와 인덕터(I1) 사이에 연결된다.
제5 스위치(SW5)는 일단이 제4 스위치(SW4)와 연결되고, 타단이 출력부(150)와 연결된다.
위와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비에 따라 스텝-업 컨버터의 특징을 그대로 띄게 됩니다. 예컨대, 듀티비가 '0'일 때는 전환 비율(conversion ratio)이 '1'이 되고, 듀티비가 '1'일 때는 무한대로 종래의 스텝-업 컨버터 특성을 그대로 띄게 됩니다. 그리고, 커패시터(C1)가 병렬로 연결될 때 흐르는 전류는 인덕터(I1) 전류를 양분하고, 인덕터(I1) 전류를 종래의 스텝-업 컨버터 대비 절반으로 줄여주는 효과를 가지게 됩니다. 아울러, 전도 손(conduction loss)은 전류의 제곱 형태로 증가하는데, 전류가 절반으로 줄게 되어, 전도 손(conduction loss)은 1/4로 줄어 들게 되고, 이에 따라 효율을 높여주는 효과를 가지게 됩니다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 스위치를 낮은 내압의 소자로 설계할 수 있고, 이로 인해 스위칭 노드로 인한 Overlap Loss를 더울 줄일 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드 및 제2 승압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(130)는 도 46의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(130)는 입력부(110)를 통해 입력되는 전원을 인덕터(I1)를 통해 승압하고, 전원의 승압 도중에 출력부(150)로 전류를 전달할 수 있다.
그리고, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드의 구동 이후, 도 46의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(130)는 승압된 전원을 출력부(150)로 전달할 수 있다.
이와 같이, 제1 승압 동작 모드에서는 인덕터(I1)의 전류를 빌드업시키고, 이 동안 커패시터(C1) 패스로 출력단에 전류를 전달합니다. 그리고, 제2 승압 동작 모드에서는 인덕터(I1)와 커패시터(C1)가 직렬로 연결된 형태로 출력단에 전류를 전달합니다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 모든 모드에서 출력단으로 전류가 전달되기 때문에, 연속적인 출력 전류를 띄게 되며, 이에 따라 종래의 스텝-업 컨버터 대비 인덕터 전류의 RMS 값을 감소시킬 수 있고 출력 전압의 리플과 스위칭 노이즈를 크게 감소시킬 수 있다.
한편, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 크면, 제1 승압 동작 모드 및 제2 승압 동작 모드의 순서대로 구동되어, 입력부(110)를 통해 입력되는 전원을 승압하여 출력부(150)로 전달하고, 입력되는 전원의 승압 도중에도 출력부(150)로 전류를 전달할 수 있다.
이에 반면, 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 작으면, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드, 제3 승압 동작 모드 및 제2 승압 동작 모드의 순서대로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(130)는 도 47의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그리고, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드의 구동 이후, 도 47의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제3 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그런 다음, 변환부(130)는 제3 승압 동작 모드의 구동 이후, 도 47의 (c)에 도시된 바와 같이 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
여기서, 제1 승압 동작 모드, 제3 승압 동작 모드 및 제2 승압 동작 모드의 순서대로 구동되는 경우, 변환부(130)는 미리 설정된 시간(예컨대, '0.5' 등) 동안 제2 승압 동작 모드를 구동할 수 있다. 예컨대, 듀티비 비교의 기준이 되는 미리 설정된 값이 '0.5'이고, 듀티비가 '0.3'인 경우, 듀티비가 미리 설정된 값보다 작아, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드, 제3 승압 동작 모드 및 제2 승압 동작 모드의 순서대로 구동되게 된다. 이때, 제2 승압 동작 모드의 구동 시간을 미리 설정된 시간인 '0.5'으로 유지하기 위해, 변환부(130)는 제1 승압 동작 모드, 제3 승압 동작 모드 및 제2 승압 동작 모드를 각각 '0.3', '0.2' 및 '0.5' 시간 동안 구동하게 된다.
이와 같이, 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 작은 경우, 제1 승압 동작 모드와 제2 승압 동작 모드의 사이에 제3 승압 동작 모드로 구동되게 함으로써, 커패시터(C1)로 전류를 공급할 때의 시간이 짧아지게 되고, 이로 인해 짧은 시간 내에 많은 전류를 한꺼번에 공급하게 되어 효율에 안좋은 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 모든 모드에서 출력단으로 전류가 전달되기 때문에, 연속적인 출력 전류를 띄게 되며, 이에 따라 종래의 스텝-업 컨버터 대비 인덕터 전류의 RMS 값을 감소시킬 수 있고 출력 전압의 리플과 스위칭 노이즈를 크게 감소시킬 수 있다.
다시 말하면, 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 크면, 변환부(130)는 도 48의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 승압 동작 모드(D1) 및 제2 승압 동작 모드(D2)의 순서대로 구동될 수 있다.
그리고, 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 작으면, 변환부(130)는 도 48의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 승압 동작 모드(D1), 제3 승압 동작 모드(D3) 및 제2 승압 동작 모드(D2)의 순서대로 구동될 수 있다.
그러면, 도 49 내지 도 52를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터의 성능에 대하여 설명한다.
도 49는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.5인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이고, 도 50은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.7인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이며, 도 51은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.4인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이고, 도 52는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터를 듀티비가 0.2인 환경에서 테스트하여 획득한 그래프이다.
도 49를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)의 인덕터 전류의 평균은 종래의 스텝-업 컨버터 대비 약 절반이 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 출력단으로 넘어가는 전류는 불연속성을 띄는 종래의 스텝-업 컨버터와 달리 0으로 떨어지지 않고, 연속성을 띄는 것을 확인할 수 있다. 이로 인해, 출력 전압의 리플(ripple)은 종래의 스텝-업 컨버터 대비 많이 줄어드게 된다. 이는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)의 뒷단에 달리는 부하(load), 즉 제1 스텝-업 컨버터(100-2)로 만든 높은 전압을 이용하는 블록의 성능을 떨어 뜨리지 않게 된다.
도 50 내지 도 52를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 종래의 컨버터 대비 좋은 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
그러면, 도 53 및 도 54를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 53은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제1 스텝-업 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 53을 참조하면, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 입력되는 전원을 승압하고, 입력되는 전원의 승압 도중에 출력부로 전류를 전달한다(S110-2). 즉, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이후, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 승압된 전원을 출력부로 전달한다(S130-2). 즉, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제1 승압 동작 모드의 구동 이후, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
도 54는 도 53에 도시한 승압된 전원 전달 단계를 보다 자세히 나타낸 흐름도이다.
도 54를 참조하면, 듀티비가 미리 설정된 값보다 크면(S131-Y), 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다(S133). 즉, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 크면, 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이에 반면, 듀티비가 미리 설정된 값보다 작으면(S131-Y), 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제3 승압 동작 모드로 구동될 수 있다(S135). 즉, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제1 승압 동작 모드의 구동 시간을 나타내는 듀티비가 미리 설정된 값(예컨대, '0.5' 등)보다 작으면, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제3 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
이후, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다(S137). 이때, 제1 스텝-업 컨버터(100-2)는 미리 설정된 시간(예컨대, '0.5' 등) 동안 제2 승압 동작 모드로 구동될 수 있다.
그러면, 도 55 및 도 56을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-업 컨버터에 대하여 설명한다.
도 55는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-업 컨버터의 구성과 승압 동작 모드의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 56은 도 55에 도시한 제2 스텝-업 컨버터의 승압 동작 모드의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 패스를 가지는 제2 스텝-업 컨버터(이하 '제2 스텝-업 컨버터'라 한다)(200-2)는 앞선 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-2)와 실질적으로 동일하므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명한다.
도 55 및 도 56을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 스텝-업 컨버터(200-2)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(200-1)에서 일부 소자의 위치를 변경한 것이다.
즉, 변환부(230)는 인덕터(I1), 커패시터(C1), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)를 포함할 수 있다.
인덕터(I1)는 일단이 입력부(210)의 일단과 연결되고, 타단이 제2 스위치(SW2)의 일단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결된다.
커패시터(C1)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 제4 스위치(SW4)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제3 스위치(SW3)의 타단과 제5 스위치(SW5)의 일단 사이에 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 일단이 입력부(210)의 일단과 인덕터(I1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제4 스위치(SW4)의 일단과 커패시터(C1)의 일단 사이에 연결된다.
제2 스위치(SW2)는 일단이 인덕터(I1)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 입력부(210)의 타단과 출력부(250)의 타단 사이에 연결된다.
제3 스위치(SW3)는 일단이 인덕터(I1)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 커패시터(C1)의 타단과 제5 스위치(SW5)의 일단 사이에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 일단이 제1 스위치(SW1)의 타단과 커패시터(C1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(250)의 일단과 제5 스위치(SW5)의 타단 사이에 연결된다.
제5 스위치(SW5)는 일단이 커패시터(C1)의 타단과 제3 스위치(SW3)의 타단 사이에 연결되고, 타단이 출력부(250)의 일단과 연결된다.
변환부(230)는 제1 승압 동작 모드(Φ1) 및 제2 승압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(230)는 도 55에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 승압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(230)는 입력부(210)를 통해 입력되는 전원을 인덕터(I1)를 통해 승압하고, 전원의 승압 도중에 출력부(250)로 전류를 전달할 수 있다.
그리고, 변환부(230)는 제1 승압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 55에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 승압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(230)는 승압된 전원을 출력부(250)로 전달할 수 있다.
이와 같이, 제1 승압 동작 모드(Φ1)에서는 인덕터(I1)의 전류를 빌드업시키고, 이 동안 커패시터(C1) 패스로 출력단에 전류를 전달합니다. 그리고, 제2 승압 동작 모드(Φ2)에서는 인덕터(I1)와 커패시터(C1)가 직렬로 연결된 형태로 출력단에 전류를 전달합니다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 스텝-업 컨버터(200-2)는 모든 모드에서 출력단으로 전류가 전달되기 때문에, 연속적인 출력 전류를 띄게 됩니다.
한편, 변환부(230)는 제1 승압 동작 모드(Φ1), 제3 승압 동작 모드(Φ2) 및 제2 승압 동작 모드(Φ3)의 순서대로 구동될 수도 있다.
즉, 변환부(230)는 도 56에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제1 승압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(230)는 입력부(210)를 통해 입력되는 전원을 인덕터(I1)를 통해 승압하고, 전원의 승압 도중에 출력부(250)로 전류를 전달할 수 있다.
그리고, 변환부(230)는 제1 승압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 56에 도시된 바와 같이 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제5 스위치(SW5)는 온(on)시키고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)는 오프(off)시키는 제3 승압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다.
그런 다음, 변환부(230)는 제3 승압 동작 모드(Φ2)의 구동 이후, 도 56에 도시된 바와 같이 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 온(on)시키고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제5 스위치(SW5)는 오프(off)시키는 제2 승압 동작 모드(Φ3)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(230)는 승압된 전원을 출력부(250)로 전달할 수 있다.
이와 같이, 제1 승압 동작 모드(Φ1)와 제2 승압 동작 모드(Φ3)의 사이에 제3 승압 동작 모드(Φ2)로 구동되게 함으로써, 커패시터(C1)로 전류를 공급할 때의 시간이 짧아지게 되고, 이로 인해 짧은 시간 내에 많은 전류를 한꺼번에 공급하게 되어 효율에 안좋은 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 스텝-업 컨버터(200-2)는 모든 모드에서 출력단으로 전류가 전달되기 때문에, 연속적인 출력 전류를 띄게 되며, 이에 따라 종래의 스텝-업 컨버터 대비 인덕터 전류의 RMS 값을 감소시킬 수 있고 출력 전압의 리플과 스위칭 노이즈를 크게 감소시킬 수 있다.
그러면, 도 57을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제3 스텝-업 컨버터에 대하여 설명한다.
도 57은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제3 스텝-업 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 57을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제3 스텝-업 컨버터(이하 '제3 스텝-업 컨버터'라 한다)(300-2)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 스텝-업 컨버터(200-1)를 n개의 전류 전달 경로로 확장한 것이다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(330)는 제1 승압 동작 모드(Φ1) 및 제2 승압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(330)는 도 57에 도시된 바와 같이 제1 승압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(330)는 입력부(310)를 통해 입력되는 전원을 인덕터(I1)를 통해 승압하고, 전원의 승압 도중에 출력부(250)로 n개의 커패시터로 이루어진 n개의 전류 전달 경로를 통해 전류를 전달할 수 있다.
그리고, 변환부(330)는 제1 승압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 57에 도시된 바와 같이 제2 승압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(330)는 승압된 전원을 출력부(350)로 전달할 수 있다.
그러면, 도 58을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제4 스텝-업 컨버터에 대하여 설명한다.
도 58은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제4 스텝-업 컨버터의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 58을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 제4 스텝-업 컨버터(이하 '제4 스텝-업 컨버터'라 한다)(400-2)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스텝-업 컨버터(100-1)를 n개의 전류 전달 경로로 확장한 것이다.
보다 자세하게 설명하면, 변환부(430)는 제1 승압 동작 모드(Φ1) 및 제2 승압 동작 모드(Φ2)의 순서대로 구동될 수 있다.
즉, 변환부(430)는 도 58에 도시된 바와 같이 제1 승압 동작 모드(Φ1)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(430)는 입력부(410)를 통해 입력되는 전원을 인덕터(I1)를 통해 승압하고, 전원의 승압 도중에 출력부(450)로 n개의 커패시터로 이루어진 n개의 전류 전달 경로를 통해 전류를 전달할 수 있다.
그리고, 변환부(430)는 제1 승압 동작 모드(Φ1)의 구동 이후, 도 58에 도시된 바와 같이 제2 승압 동작 모드(Φ2)로 구동될 수 있다. 이에 따라, 변환부(430)는 승압된 전원을 출력부(450)로 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 패스를 가지는 컨버터 및 이의 제어 방법의 설명을 위해 도시한 실시예들은 전부 DC-DC 컨버터에 대한 회로로 이루어져 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 실시예에 따라 AC-AC 컨버터, DC-AC 컨버터, AC-DC 컨버터에도 동일하게 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (17)

  1. 입력부;
    출력부; 및
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원의 전압을 변환하여 상기 출력부로 전달하고, 인덕터와 커패시터로 이루어진 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 분산하여 전달하는 변환부;
    를 포함하는 멀티 패스를 가지는 컨버터.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 인덕터로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 포함하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 상기 제1 전류 전달 경로 및 상기 제2 전류 전달 경로 중 적어도 하나를 복수개 포함하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 전류 전달 경로는, 인덕터와 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로인,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  5. 제1항에서,
    상기 변환부는, 복수의 변환 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하는 경우, 상기 복수의 변환 동작 모드가 구동되는 전체 구간 또는 상기 복수의 변환 동작 모드 중에서 일부의 변환 동작 모드가 구동되는 일부 구간에서 상기 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 전류를 분산하여 상기 출력부로 전달하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  6. 제1항에서,
    상기 변환부는, 스텝-다운 컨버터(Step-Down Conveter), 스텝-업 컨터버(Step-Up Converter) 및 스텝-업/다운 컨버터(Step-Up&Down Conveter) 중 하나의 기능을 수행하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  7. 제1항에서,
    상기 컨버터는, 복수개의 상기 변환부를 포함하며, 상기 복수개의 변환부 각각은 서로 다른 변환 동작 모드에서 전압을 동시에 변환하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  8. 제1항에서,
    상기 컨버터는, 복수개의 상기 출력부를 포함하며,
    상기 변환부는, 상기 입력부를 통해 입력되는 전원을 변환하여 상기 복수개의 출력부 각각으로 전달하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  9. 제8항에서,
    상기 변환부는, 상기 복수개의 출력부 중 일부 출력부에 대해서는 스텝-업 컨버터의 기능을 수행하고, 상기 복수개의 출력부 중 나머지 출력부에 대해서는 스텝-다운 컨버터의 기능을 수행하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  10. 제1항에서,
    상기 컨버터는, 복수개의 상기 변환부를 포함하며, 상기 복수개의 변환부는 서로 직렬, 병렬 및 직병렬 중 하나로 연결되는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  11. 제1항에서,
    상기 변환부는, 입력되는 전원의 전압 변환 도중에도 상기 출력부로 전류를 전달하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터.
  12. 입력부, 변환부 및 출력부를 포함하는 컨버터의 제어 방법으로서,
    상기 입력부를 통해 입력되는 전원의 전압을 변환하여 상기 출력부로 전달하고, 인덕터와 커패시터로 이루어진 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 상기 출력부로 전류를 분산하여 전달하는 단계;
    를 포함하는 멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 인덕터로 이루어진 제1 전류 전달 경로와 커패시터로 이루어진 제2 전류 전달 경로를 포함하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 복수의 전류 전달 병렬 경로는, 상기 제1 전류 전달 경로 및 상기 제2 전류 전달 경로 중 적어도 하나를 복수개 포함하는,
    멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 제1 전류 전달 경로는, 인덕터와 커패시터로 이루어진 전류 전달 경로인,
    멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법.
  16. 제12항에서,
    상기 전달 단계는, 복수의 변환 동작 모드로 이루어진 동작을 일정 주기 단위로 반복적으로 수행하는 경우, 상기 복수의 변환 동작 모드가 구동되는 전체 구간 또는 상기 복수의 변환 동작 모드 중에서 일부의 변환 동작 모드가 구동되는 일부 구간에서 상기 복수의 전류 전달 병렬 경로를 통해 전류를 분산하여 상기 출력부로 전달하는 것으로 이루어진,
    멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법.
  17. 제12항에서,
    상기 전달 단계는, 입력되는 전원의 전압 변환 도중에도 상기 출력부로 전류를 전달하는 것으로 이루어진,
    멀티 패스를 가지는 컨버터의 제어 방법.
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