WO2019164181A1 - 전력 변환 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2019164181A1
WO2019164181A1 PCT/KR2019/001806 KR2019001806W WO2019164181A1 WO 2019164181 A1 WO2019164181 A1 WO 2019164181A1 KR 2019001806 W KR2019001806 W KR 2019001806W WO 2019164181 A1 WO2019164181 A1 WO 2019164181A1
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capacitor
converter
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voltage
capacitors
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최규식
한윤희
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삼성전자 주식회사
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    • H02M3/072—Conversion 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 adapted to generate an output voltage whose value is lower than the input voltage

Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to a power conversion apparatus and method.
  • An electronic device such as a portable terminal uses a power conversion device to supply operating power required for the operation of an internal device (eg, a processor and a memory).
  • an internal device eg, a processor and a memory.
  • the power converter may convert a voltage supplied from a battery into a voltage suitable for an internal device of the electronic device.
  • the power converter includes a buck converter for stepping down an input power supply and a booster converter for boosting the input power.
  • the power converter Since the buck converter, which is a kind of the power converter, must have an inductor, the power converter can be expensive and bulky.
  • the buck converter requires a large inductor as the difference between the input voltage and the output voltage increases.
  • the buck converter since the buck converter has a large difference between an input voltage and an output voltage, the buck converter may have high power loss and low efficiency.
  • a power conversion device and method that can be provided by adjusting the input voltage to the converter by selectively connecting the switch unit Can provide.
  • Power conversion apparatus a converter; A capacitor unit including a plurality of capacitors for accumulating an input voltage input thereto; A switch unit connected to the capacitor unit and including a plurality of switches for selectively connecting at least one capacitor of the plurality of capacitors with the converter; And a controller connected to the capacitor unit and the switch unit, wherein the controller determines at least one capacitor that satisfies a specified condition among the plurality of capacitors, and the at least one capacitor among the plurality of switches.
  • the at least one switch corresponding to is set to on, and at least some switches other than the at least one switch of the plurality of switches are set to off to set the at least one capacitor and the converter. May be electrically connected so that at least some voltage of the input voltage accumulated in the at least one capacitor is supplied to the converter.
  • an electronic device may include a converter; A power supply unit; A capacitor unit including a plurality of capacitors for accumulating an input voltage input through the power supply unit; A switch unit connected to the capacitor unit and including a plurality of switches for selectively connecting at least one capacitor of the plurality of capacitors with the converter; And a controller connected to the capacitor unit and the switch unit, wherein the controller determines at least one capacitor that satisfies a specified condition among the plurality of capacitors, and the at least one capacitor among the plurality of switches.
  • the at least one switch corresponding to is set to on, and at least some switches other than the at least one switch of the plurality of switches are set to off to set the at least one capacitor and the converter. May be electrically connected so that at least some voltage of the input voltage accumulated in the at least one capacitor is supplied to the converter.
  • a power conversion method includes an operation of determining, by a controller, an input voltage required for a converter; Determining, by the controller, a capacitor of at least some of the plurality of capacitors to supply a voltage required for the converter; The controller selecting one of the determined at least some capacitors that satisfies a specified voltage; Setting, by the controller 130, a power path for supplying power to the converter with respect to a capacitor selected through a switch unit; And supplying power to the converter by using a switch turned on according to the setting of the power path.
  • the inductor of the power converter can be eliminated, it is possible to provide a power converter having a low cost and a small volume.
  • a power conversion apparatus and method having low power loss and high efficiency may be provided.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of an example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • Figure 4 is a view for explaining the case where the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2 ) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining a first case the larger the voltage of the fasteners (C 1) a second capacitor (C 2) is less than the voltage (VC1 ⁇ VC2) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a view for explaining the case where the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2 ) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • FIG. 8 is a view for explaining a first case the larger the voltage of the fasteners (C 1) a second capacitor (C 2) is less than the voltage (VC1 ⁇ VC2) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of still another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of still another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a power conversion method according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a comparison of switching losses between a power converter and a conventional power converter according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 in a network environment 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 101 communicates with the electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or the second network 199.
  • the electronic device 104 may communicate with the server 108 through a long range wireless communication network.
  • the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108.
  • the electronic device 101 may include a processor 120, a memory 130, an input device 150, an audio output device 155, a display device 160, an audio module 170, and a sensor module. 176, interface 177, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196, or antenna module 197.
  • the components may be included.
  • at least one of the components may be omitted or one or more other components may be added to the electronic device 101.
  • some of these components may be implemented in one integrated circuit.
  • the sensor module 176 eg, fingerprint sensor, iris sensor, or illuminance sensor
  • the display device 160 eg, display
  • the processor 120 executes software (eg, the program 140) to execute at least one other component (eg, hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120. It can control and perform various data processing or operations. According to one embodiment, as at least part of the data processing or operation, the processor 120 may send instructions or data received from another component (eg, the sensor module 176 or the communication module 190) to the volatile memory 132. Can be loaded into, processed in a command or data stored in volatile memory 132, and stored in the non-volatile memory (134).
  • software eg, the program 140
  • the processor 120 may send instructions or data received from another component (eg, the sensor module 176 or the communication module 190) to the volatile memory 132. Can be loaded into, processed in a command or data stored in volatile memory 132, and stored in the non-volatile memory (134).
  • the processor 120 may include a main processor 121 (eg, a central processing unit or an application processor), and a coprocessor 123 (eg, a graphics processing unit, an image signal processor) that may operate independently or together. , Sensor hub processor, or communication processor). Additionally or alternatively, the coprocessor 123 may be configured to use lower power than the main processor 121 or to be specialized for its designated function. The coprocessor 123 may be implemented separately from or as part of the main processor 121.
  • a main processor 121 eg, a central processing unit or an application processor
  • a coprocessor 123 eg, a graphics processing unit, an image signal processor
  • the coprocessor 123 may be configured to use lower power than the main processor 121 or to be specialized for its designated function.
  • the coprocessor 123 may be implemented separately from or as part of the main processor 121.
  • the coprocessor 123 may, for example, replace the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or the main processor 121 may be active (eg, execute an application). At least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display device 160, the sensor module 176, or the communication module 190) together with the main processor 121 while in the) state. Control at least some of the functions or states associated with the. According to one embodiment, the coprocessor 123 (eg, image signal processor or communication processor) may be implemented as part of other functionally related components (eg, camera module 180 or communication module 190). have.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176) of the electronic device 101.
  • the data may include, for example, software (eg, the program 140) and input data or output data for a command related thereto.
  • the memory 130 may include a volatile memory 132 or a nonvolatile memory 134.
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130, and may include, for example, an operating system 142, middleware 144, or an application 146.
  • the input device 150 may receive a command or data to be used for a component (for example, the processor 120) of the electronic device 101 from the outside (for example, a user) of the electronic device 101.
  • the input device 150 may include, for example, a microphone, a mouse, or a keyboard.
  • the sound output device 155 may output a sound signal to the outside of the electronic device 101.
  • the sound output device 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker may be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback, and the receiver may be used to receive an incoming call.
  • the receiver may be implemented separately from or as part of a speaker.
  • the display device 160 may visually provide information to the outside (eg, a user) of the electronic device 101.
  • the display device 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device.
  • the display device 160 may include touch circuitry configured to sense a touch, or sensor circuit (eg, a pressure sensor) configured to measure the strength of the force generated by the touch. have.
  • the audio module 170 may convert sound into an electric signal or, conversely, convert an electric signal into a sound. According to an embodiment, the audio module 170 may acquire sound through the input device 150, or may output an external electronic device (for example, a sound output device 155 or directly or wirelessly connected to the electronic device 101). Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • an external electronic device for example, a sound output device 155 or directly or wirelessly connected to the electronic device 101. Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the sensor module 176 detects an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101, or an external environmental state (eg, a user state), and generates an electrical signal or data value corresponding to the detected state. can do.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an infrared sensor, a biometric sensor, It may include a temperature sensor, a humidity sensor, or an illuminance sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used for the electronic device 101 to be directly or wirelessly connected to an external electronic device (for example, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD card interface Secure Digital Card interface
  • audio interface audio interface
  • connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 may be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert an electrical signal into a mechanical stimulus (eg, vibration or movement) or an electrical stimulus that can be perceived by the user through tactile or kinesthetic senses.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and videos. According to one embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101.
  • the power management module 188 may be implemented, for example, as at least part of a power management integrated circuit (PMIC).
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101.
  • the battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell or a fuel cell.
  • the communication module 190 may establish a direct (eg wired) communication channel or wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (eg, the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108). Establish and perform communication over established communication channels.
  • the communication module 190 may operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and include one or more communication processors supporting direct (eg, wired) or wireless communication.
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a near field communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg It may include a local area network (LAN) communication module, or a power line communication module.
  • GNSS global navigation satellite system
  • the corresponding communication module of these communication modules may be a first network 198 (e.g. a short range communication network such as Bluetooth, WiFi direct or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (e.g. cellular network, the Internet, or Communicate with external electronic devices via a telecommunications network, such as a computer network (eg, LAN or WAN).
  • a first network 198 e.g. a short range communication network such as Bluetooth, WiFi direct or infrared data association (IrDA)
  • a second network 199 e.g. cellular network, the Internet, or Communicate with external electronic devices via a telecommunications network, such as a computer network (eg, LAN or WAN).
  • a telecommunications network such as a computer network (eg, LAN or WAN).
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (e.g., international mobile subscriber identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 in a communication network such as the first network 198 or the second network 199.
  • subscriber information e.g., international mobile subscriber identifier (IMSI)
  • IMSI international mobile subscriber identifier
  • the antenna module 197 may transmit or receive a signal or power to an external (eg, an external electronic device) or from the outside.
  • the antenna module 197 may comprise one or more antennas, from which at least one suitable for a communication scheme used in a communication network, such as the first network 198 or the second network 199. Antenna may be selected by the communication module 190, for example. The signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and the external electronic device through the at least one selected antenna.
  • peripheral devices eg, a bus, a general purpose input and output (GPIO), a serial peripheral interface (SPI), or a mobile industry processor interface (MIPI)
  • GPIO general purpose input and output
  • SPI serial peripheral interface
  • MIPI mobile industry processor interface
  • the command or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199.
  • Each of the electronic devices 102 and 104 may be a device of the same or different type as the electronic device 101.
  • all or part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external devices of the external electronic devices 102, 104, or 108. For example, when the electronic device 101 needs to perform a function or service automatically or in response to a request from a user or another device, the electronic device 101 instead of executing the function or service itself.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform at least a part of the function or the service.
  • the one or more external electronic devices that receive the request may execute at least a part of the requested function or service, or an additional function or service related to the request, and transmit a result of the execution to the electronic device 101.
  • the electronic device 101 may process the result as it is or additionally and provide it as at least part of a response to the request.
  • cloud computing distributed computing, or client-server computing technology may be used.
  • Electronic devices may be various types of devices.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smartphone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device.
  • a portable communication device eg, a smartphone
  • a computer device e.g., a tablet, or a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch
  • first component may be referred to as “coupled” or “connected” to another (eg, second) component, with or without the term “functionally” or “communicatively”.
  • second component e.g., a component that can be connected directly to the other component (eg, by wire), wirelessly, or via a third component.
  • module may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and may be used interchangeably with terms such as logic, logic block, component, or circuit.
  • the module may be an integral part or a minimum unit or part of the component, which performs one or more functions.
  • the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Various embodiments of this document may include one or more instructions stored on a storage medium (eg, internal memory 136 or external memory 138) that can be read by a machine (eg, electronic device 101). It may be implemented as software (eg, program 140) including the.
  • a processor eg, the processor 120 of the device (eg, the electronic device 101) may call and execute at least one command among one or more instructions stored from the storage medium. This enables the device to be operated to perform at least one function in accordance with the at least one command invoked.
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' means only that the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (e.g., electromagnetic waves), which is the case when data is stored semi-permanently on the storage medium. It does not distinguish cases where it is temporarily stored.
  • a signal e.g., electromagnetic waves
  • a method according to various embodiments disclosed in the present disclosure may be included in a computer program product.
  • the computer program product may be traded between the seller and the buyer as a product.
  • the computer program product may be distributed in the form of a device-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (e.g. Play Store TM ) or two user devices ( Example: smartphones) can be distributed (eg downloaded or uploaded) directly or online.
  • a device-readable storage medium such as a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server, or may be temporarily created.
  • each component eg, module or program of the above-described components may include a singular or plural entity.
  • one or more of the aforementioned components or operations may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg, a module or a program
  • the integrated component may perform one or more functions of the component of each of the plurality of components the same as or similar to that performed by the corresponding component of the plurality of components before the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, or omitted. Or one or more other actions may be added.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • the power converter 200 (eg, the power management module 188 of FIG. 1) according to various embodiments of the present disclosure may include a power supply unit 210 (eg, the battery 189 of FIG. 1). ), A capacitor unit 220, a controller 230 (eg, the processor 120 of FIG. 1), a switch unit 240, a converter 250, a load 260, and a feedback controller 270. .
  • the power supply unit 210 may supply a direct current (DC) voltage to the capacitor unit 220 and the converter 250 through power terminals (+, ⁇ ).
  • the power supply unit 210 may include a battery (eg, the battery 189 of FIG. 1) supplying a DC voltage of a predetermined level.
  • the power supply unit 210 may be an external power source or an internal power source of the power converter 200.
  • the capacitor unit 220 may accumulate a voltage supplied from the power supply unit 210.
  • the capacitor unit 220 includes a plurality of capacitors (for example, the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2,..., The N-th capacitor 220 -N). It may include.
  • the plurality of capacitors may be connected to the power supply 210 in series. Each of the plurality of capacitors may supply different levels of voltage to the converter 250.
  • the plurality of capacitors eg, the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2,..., The N-th capacitor 120 -N
  • the controller 230 may be connected to the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2,..., And the N-th capacitor 220 -N, respectively.
  • the controller 230 may determine on / off of the switch unit 240 to supply a predetermined input voltage to the converter 250.
  • the controller 230 has a predetermined voltage of each of the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2,..., And the N-th capacitor 220 -N.
  • the input path of the converter 250 may be controlled through the switch unit 240 to be maintained within the range.
  • the switch unit 240 may be switched on or off under the control of the controller 230.
  • the switch unit 240 stores the voltages accumulated in the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2, ..., and the N-th capacitor 220 -N of the capacitor unit 220, respectively. It may be turned on / off to selectively supply the converter 250.
  • the switch unit 240 is a first corresponding to the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2, ..., the N-th capacitor 220-N, respectively
  • the switch 240-1, the second switch 240-2, ⁇ , and the N-th switch 240 -N may be included.
  • the converter 250 is the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2, ..., the N-th capacitor of the capacitor unit 220 according to the on / off of the switch unit 240 Voltage may be selectively supplied from 220-N.
  • the converter 250 may output a voltage lowered than the input voltage to the load 260.
  • the converter 250 may include a buck converter or a direct current (DC) -direct current (DC) converter.
  • the feedback controller 270 may provide a feedback signal to at least one of the converter 250 or the switch unit 240 based on the voltage of the load 260 terminal. According to various embodiments of the present disclosure, the feedback controller 270 and the load 260 are not necessarily components, and may be selectively configured.
  • At least one converter 250, a load 260, and a feedback controller 270 may be configured in parallel with the switch unit 240.
  • at least one converter 150 may be configured in parallel with the switch unit 140.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of an example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • Figure 4 is a view for explaining the case where the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2 ) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • Figure 5 is a view for explaining the case where the voltage of the first large fasteners (C 1) of the second capacitor (C 2) is less than the voltage (VC1 ⁇ VC2) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • the power converter 200 may include a power supply unit 210, two capacitors (for example, a first capacitor C1 and a second capacitor C2) and two power converters. It may include a switch (first switch SW1 and second switch SW2) and a converter 250.
  • the first capacitor C1 and the second capacitor C2 may be connected in series to the power supply 210.
  • the first switch SW1 may include a 1-1 switch SW11 and a 1-2 switch SW12 respectively connected to both ends of the first capacitor C1.
  • the second switch SW2 may include a 2-1 switch SW21 and a 2-2 switch SW22 connected to both ends of the second capacitor C2, respectively.
  • the converter 250 may be connected to the first switch SW1 and the second switch SW2, respectively.
  • the first switch SW1 may be connected in the case where in the power conversion device 200 of FIG. 3, the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2).
  • the first switch SW1 may be connected in this case, as shown in FIG. 4, power supplied through the power supply unit 210 may be supplied to the converter 250 through the first capacitor C1.
  • a second capacitor (C 2) is less than the voltage (VC1 ⁇ VC2) from the power converter 200 of FIG. 3, the second switch (SW2) can be connected.
  • power supplied through the power supply unit 210 may be supplied to the converter 250 through the second capacitor C2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • the power conversion apparatus 200 may include two capacitors (for example, a first capacitor C1 and a second capacitor C2) and two switches (first switch). SW1 and the second switch SW2), the first diode D1, the second diode D2, and the converter 250 may be included.
  • the first capacitor C1 and the second capacitor C2 may be connected in series to the power supply 210.
  • the first switch SW1 may be connected to the first capacitor C1.
  • the second switch SW2 may be connected to the second capacitor C2.
  • the first switch SW1 and the second switch SW2 include at least one of a metal-oxide semiconductor field-effect-transistor (MOSFET), a field effect transistor (FET), and a transistor (TR). can do.
  • MOSFET metal-oxide semiconductor field-effect-transistor
  • FET field effect transistor
  • TR transistor
  • the first diode D1 may be connected between the contact between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 and the first switch SW1.
  • an anode of the first diode D1 is connected to a contact between the first capacitor C1 and a second capacitor C2, and a cathode of the first diode D1 is connected to the first switch C1.
  • SW1 can be connected.
  • the second diode D2 may be connected between the contact point between the first capacitor C1 and the second capacitor C2 and the second switch SW2. According to an embodiment, the cathode of the second diode D2 is connected to a contact between the first capacitor C1 and the second capacitor C2, and an anode is connected to the second switch (C2). SW2) can be connected.
  • the converter 250 may include a third switch SW3, an inductor L0, a third capacitor C0, and a third diode D3.
  • the converter 250 may be configured as a buck converter.
  • the converter 250 may be connected to the first switch SW1 and the second switch SW2.
  • the third switch SW3 is for the power supplied through the first capacitor C1 or the second capacitor C2 according to the on / off of the first switch SW1 and the second switch SW2.
  • the switching operation of the converter 250 may be performed.
  • the inductor L0 may be connected to the third switch SW3.
  • the third capacitor C0 may be connected between the inductor L0 and the second switch SW2.
  • the third capacitor C0 may be connected to the inductor L0. According to an embodiment, the inductor L0 and the third capacitor C0 are charged through the first capacitor C1 or the second capacitor C2 according to the switching operation of the third switch SW3. Can accumulate.
  • the third diode D3 may have a cathode connected to the third switch SW3 and an anode connected to the second switch SW2.
  • the third diode D3 may be connected to the third switch SW3.
  • the third diode D3 may form a loop between the inductor L0 and the third capacitor C0 according to the switching operation of the third switch SW3.
  • At least one converter 250 may be connected to the first switch SW1 or the second switch SW2 in parallel.
  • FIG. 7 is a view for explaining the case where the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2 ) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • Figure 8 is a view for explaining the case where the voltage of the first large fasteners (C 1) is less than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1 ⁇ VC2 ) in the electric power conversion device configured as shown in FIG.
  • various exemplary power conversion apparatus 200 includes a case where the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2)
  • the first switch SW1 may be turned on and the second switch SW2 may be turned off.
  • the third switch SW3 is turned on, the voltage accumulated in the first capacitor C1 may be supplied to the converter 250.
  • the inductor L0, the third capacitor C0, the second diode D2, and the first capacitor C1 are turned on. Loops can be formed between them.
  • the power converter 100 when the first large-pass the voltage on the emitter (C 1), a second capacitor (C 2) is less than the voltage (VC1 ⁇ VC2), The first switch SW1 may be turned off and the second switch SW2 may be turned on. In this case, as the third switch SW3 is turned on, the voltage accumulated in the second capacitor C2 may be supplied to the converter 250.
  • the first diode D1 when the second switch SW2 and the third switch SW3 are turned on, the first diode D1, the inductor L0, the third capacitor C0, and the second capacitor C2 are turned on. Loops can be formed between them.
  • the cathode side voltage of the third diode D3 may be greater than the anode side voltage, so that no current may flow through the third diode D3.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • the power converter 200 may include other switches (eg, the second switch SW2-1) to the first switch SW1 and the Nth switch SWN.
  • the N-2 switches SWN-2 may be shorted according to a power path configuration by any one of a plurality of capacitors (eg, the first capacitor C1 to the Nth capacitor CN). have. Accordingly, the reverse diode D is applied to the other switches (for example, the second switch SW2-1 to the Nth switch SWN-2) except for the first switch SW1 and the Nth switch SWN. Can be connected.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of still another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • the power converter 200 may have a configuration that does not include the third switch SW3 in the converter 250 illustrated in FIG. 6.
  • the power conversion device 200 shown in Figure 10 if the voltage of the first large fasteners (C 1) is greater than the voltage of the second capacitor (C 2) (VC1> VC2), the first The switch SW1 may be turned on and the second switch SW2 may be turned off. In this case, the voltage supplied through the first capacitor C1 may be applied to the converter 250 through the first switch SW1.
  • the power conversion device 200 shown in Figure 10 if the first large fasteners (C 1), the voltage of the second capacitor (C 2) is less than the voltage (VC1 ⁇ VC2), the first switch SW1 may be turned off and the second switch SW2 may be turned on. In this case, a voltage may be applied to the converter 250 through the second switch SW2 through the second capacitor C2.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of still another example of a power conversion apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
  • the power conversion apparatus 200 may have a configuration that does not include the third switch SW3 in the converter 250 illustrated in FIG. 9.
  • the power conversion apparatus 200 shown in FIG. 10 may have other switches except for the first switch SW1 and the N-th switch SWN (for example, the second switch SW2-1 to N-th).
  • the two switches SWN-2 may be shorted according to a power path configuration by any one of a plurality of capacitors (for example, the first capacitor C1 to the Nth capacitor CN).
  • the reverse diode D is applied to the other switches (for example, the second switch SW2-1 to the Nth switch SWN-2) except for the first switch SW1 and the Nth switch SWN. Can be connected.
  • some of the other switches eg, the second switch SW2-1 to the N-th switch SWN-2) may not have the reverse diode D connected thereto.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a power conversion method according to various embodiments of the present disclosure.
  • operations 1210 to 1250 of FIG. 12 may be performed by the controller 230 of the processor 120 of FIG. 1 or the power converter 200 of FIG. 2.
  • the descriptions of the operations 1210 to 1250 may use the components of FIGS. 1 to 10.
  • the operations 1210 to 1250 may be implemented as instructions (commands) that may be performed by the controller 230 of the power conversion apparatus 200.
  • the controller 230 may determine an input voltage required for the converter 250.
  • the controller 230 may include a plurality of capacitors (eg, the first capacitor 220-1, the second capacitor 220-2,..., The N-th capacitor) included in the power converter 200. At least some of the capacitors may be determined to supply a voltage required for the converter 250 of (220-N). For example, the at least some capacitors may be a minimum number of capacitors for supplying a voltage required for the converter 250.
  • the controller 230 may select a capacitor that satisfies a specified voltage (eg, the highest voltage) among the determined at least some capacitors to supply a voltage required for the converter 250.
  • a specified voltage eg, the highest voltage
  • the controller 230 may set a power path for supplying power to the converter 250 for the capacitor selected through the switch unit 240.
  • the controller 230 may switch on (eg, first switch 240-1, second switch 240-2, ..., N-th switch) according to the power path setting. 240-N) may be used to supply power to the converter 250.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a comparison of switching losses between a power converter and a conventional power converter according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 13 illustrates a case in which an input voltage of a lithium ion battery, about 3.7V, is reduced to about 1V through a power converter 200 according to various embodiments of the present disclosure, and fast charging
  • the input voltage through the charger with the technology is applied to the application of stepping down from about 5V to 20V to about 3.7V
  • the analysis of the switching loss reduction level that reduces the inductance to the inductor L0 of the converter 250 is analyzed. It may be one drawing.
  • the power converter 200 and the power conversion method according to various embodiments of the present disclosure when the step-down from about 3.7V to about 1V is performed, compared to the conventional method, it is about 40, such as P1. You can lower the inductance by about%. In addition, when stepping down from about 9V to about 3.7V and stepping down from about 20V to about 3.7V, the inductance may be lowered by about 70% as in P2 and P3. By using the power converter 200 and the power conversion method according to various embodiments of the present disclosure, since the input voltage of the converter 250 may be lowered to half or less, the switching loss may be lowered to at least about 1/2 or less. .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명의 다양한 실시예들은, 전력 변환 장치 및 방법으로서, 컨버터; 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부; 상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및 상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정됨으로써, 복수개의 커패시터(또는 셀)가 전원 공급부에 직렬로 연결되어 있는 회로에서, 스위치부를 선택적으로 연결하여 컨버터에 입력 전압을 조절하여 제공하고, 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. 다른 다양한 실시예가 가능하다.

Description

전력 변환 장치 및 방법
본 발명의 다양한 실시예들은, 전력 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.
휴대용 단말기와 같은 전자 장치는 내부 디바이스(예: 프로세서 및 메모리 등)의 동작에 필요한 동작 전원을 공급하기 위해 전력 변환 장치를 사용한다.
상기 전력 변환 장치는 배터리에서 공급되는 전압을 전자 장치의 내부 디바이스에 적합한 전압으로 변환할 수 있다.
상기 전력 변환 장치는 입력 전원을 강압하기 위한 벅(buck) 컨버터 및 입력 전원을 승압하기 위한 부스터(booster) 컨버터 등을 포함한다.
상기 전력 변환 장치의 일종인 벅 컨버터는 인덕터(inductor)를 필수적으로 구비하여야 하므로, 전력 변환 장치의 가격이 비싸고, 부피가 커질 수 있다.
또한, 상기 벅 컨버터는 입력 전압과 출력 전압의 차이가 클수록 대용량의 인덕터를 필요로 한다.
또한, 상기 벅 컨버터는 입력 전압과 출력 전압의 차이가 크기 때문에 전력 손실이 많고, 효율이 낮아질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 복수개의 커패시터(또는 셀)가 전원 공급부에 직렬로 연결되어 있는 회로에서, 스위치부를 선택적으로 연결하여 컨버터에 입력 전압을 조절하여 제공할 수 있는 전력 변환 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 컨버터; 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부; 상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및 상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 컨버터; 전원 공급부; 상기 전원 공급부를 통해 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부; 상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및 상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 방법은, 컨트롤러가 컨버터에 필요한 입력 전압을 결정하는 동작; 상기 컨트롤러가 상기 컨버터에 필요한 전압을 공급하기 위해, 복수개의 커패시터 중 적어도 일부의 커패시터를 결정하는 동작; 상기 컨트롤러가 상기 결정된 적어도 일부의 커패시터들 중, 지정된 전압을 만족하는 커패시터를 선택하는 동작; 상기 컨트롤러(130)가 스위치부를 통해 선택된 커패시터에 대하여 상기 컨버터에 전원을 공급하기 위한 전력 경로를 설정하는 동작; 및 상기 전력 경로의 설정에 따라 온(on)된 스위치를 이용하여 상기 컨버터에 전원을 공급하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 복수개의 커패시터(또는 셀)가 전원 공급부에 직렬로 연결되어 있는 회로에서, 스위치부를 선택적으로 연결하여 컨버터에 입력 전압을 조절하여 제공함으로써, 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 전력 변환 장치의 인덕터를 제거할 수 있으므로, 가격이 싸고 부피가 작은 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 컨버터에 가장 적합한 입력 전압을 제공하여, 입력 전압과 출력 전압의 차이를 최소화함으로써, 전력 손실이 적고 효율이 높은 전력 변환 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 일 예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치와 종래의 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 비교 설명하는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))이 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 로드하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 또는 키보드를 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimediainterface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있고, 이로부터, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purposeinput and output),SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104) 간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104 또는 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)(예: 도 1의 전력 관리 모듈(188))는, 전원 공급부(210)(예: 도 1의 배터리(189)), 커패시터부(220), 컨트롤러(230)(예: 도 1의 프로세서(120)), 스위치부(240), 컨버터(250), 부하(260) 및 피드백 컨트롤러(270)를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부(210)는 전원 단자(+, -)를 통해 커패시터부(220) 및 컨버터(250)에 직류(DC) 전압을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전원 공급부(210)는 일정 레벨의 직류 전압을 공급하는 배터리(예: 도 1의 배터리(189))를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전원 공급부(210)는 전력 변환 장치(200)의 외부 전원이거나 또는 내부 전원일 수 있다.
상기 커패시터부(220)는 예를 들면, 상기 전원 공급부(210)로부터 공급되는 전압을 축적할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 커패시터부(220)는 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N))를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 커패시터는 전원 공급부(210)에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 복수개의 커패시터는 각각 상이한 레벨의 전압을 컨버터(250)에 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(120-N))는 각각의 전압의 합이 항상 입력 전압으로 유지되므로, 스위치부(240)의 스위칭을 통해 선택된 커패시터에서 컨버터(250)에 전압이 공급되면, 상기 선택된 커패시터의 전압은 낮아지고, 선택되지 않은 커패시터의 전압은 높아지면서 에너지가 저장될 수 있다.
상기 컨트롤러(230)는 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)와 각각 연결될 수 있다. 상기 컨트롤러(230)는 컨버터(250)에 지정된 입력 전압을 공급할 수 있도록, 스위치부(240)의 온(on)/오프(off)를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러(230)는 상기 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)의 각각의 전압이 소정의 범위 내에서 유지되도록, 스위치부(240)를 통해 컨버터(250)의 입력 경로를 제어할 수 있다.
상기 스위치부(240)는 상기 컨트롤러(230)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭될 수 있다. 상기 스위치부(240)는 상기 커패시터부(220)의 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)에 각각 축적된 전압을 컨버터(250)에 선택적으로 공급할 수 있도록 온/오프될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 스위치부(240)는 상기 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)에 각각 대응하는 제 1 스위치(240-1), 제 2 스위치(240-2), 쪋, 제 N 스위치(240-N)를 포함할 수 있다.
상기 컨버터(250)는 상기 스위치부(240)의 온/오프에 따라 상기 커패시터부(220)의 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)로부터 선택적으로 전압을 공급받을 수 있다. 상기 컨버터(250)는 입력되는 전압보다 강압된 전압을 부하(260, load)에 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터(250)는 벅(buck) 컨버터 또는 직류(DC)-직류(DC) 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 피드백 컨트롤러(270)는 상기 부하(260) 단자의 전압을 기초로 하여, 피드백 신호를 컨버터(250) 또는 스위치부(240)중 적어도 하나에 제공할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 피드백 컨트롤러(270) 및 부하(260)는 필수적으로 구성되는 요소가 아니며, 선택적으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 컨버터(250), 부하(260) 및 피드백 컨트롤러(270)는 스위치부(240)에 병렬로 적어도 하나 이상 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터(150)는 스위치부(140)에 병렬로 적어도 하나 이상 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 일 예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다. 도 5는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은인 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 전원 공급부(210), 2개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)), 2개의 스위치(제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)) 및 컨버터(250)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)는 전원 공급부(210)에 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 스위치(SW1)는 제 1 커패시터(C1)의 양단에 각각 연결된 제 1-1 스위치(SW11) 및 제 1-2 스위치(SW12)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 스위치(SW2)는 제 2 커패시터(C2)의 양단에 각각 연결된 제 2-1 스위치(SW21) 및 제 2-2 스위치(SW22)를 포함할 수 있다.
상기 컨버터(250)는 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)에 각각 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도 3의 전력 변환 장치(200)에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2), 제 1 스위치(SW1)가 연결될 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(210)를 통해 공급되는 전원은 제 1 커패시터(C1)를 통해 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도 3의 전력 변환 장치(200)에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2) 경우, 제 2 스위치(SW2)가 연결될 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(210)를 통해 공급되는 전원은 제 2 커패시터(C2)를 통해 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 2개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)), 2개의 스위치(제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)), 제 1 다이오드(D1), 제 2 다이오드(D2) 및 컨버터(250)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)는 전원 공급부(210)에 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 스위치(SW1)는 제 1 커패시터(C1)와 연결될 수 있다. 상기 제 2 스위치(SW2)는 제 2 커패시터(C2)와 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)는 MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect-transistor), FET(field effect transistor) 및 TR(transistor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 다이오드(D1)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과, 제 1 스위치(SW1) 사이에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 다이오드(D1)의 애노드(anode)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과 연결되고, 캐소드(cathode)는 상기 제 1 스위치(SW1)와 연결될 수 있다.
상기 제 2 다이오드(D2)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과, 제 2 스위치(SW2) 사이에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드(cathode)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과 연결되고, 애노드(anode)는 상기 제 2 스위치(SW2)와 연결될 수 있다.
상기 컨버터(250)는 제 3 스위치(SW3), 인덕터(L0), 제 3 커패시터(C0) 및 제 3 다이오드(D3)를 포함할 수 있다. 상기 컨버터(250)는 벅(buck) 컨버터로 구성될 수 있다. 상기 컨버터(250)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)와 연결될 수 있다.
상기 제 3 스위치(SW3)는 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)의 온/오프에 따라 상기 제 1 커패시터(C1) 또는 제 2 커패시터(C2))를 통해 공급되는 전원에 대한 컨버터(250)의 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
상기 인덕터(L0)는 상기 제 3 스위치(SW3)와 연결될 수 있다. 상기 제 3 커패시터(C0)는 상기 인덕터(L0)와 제 2 스위치(SW2) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제 3 커패시터(C0)는 상기 인덕터(L0)에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 인덕터(L0) 및 제 3 커패시터(C0)는 상기 제 3 스위치(SW3)의 스위칭 동작에 따라 제 1 커패시터(C1) 또는 제 2 커패시터(C2))를 통해 공급되는 전하를 축적할 수 있다.
상기 제 3 다이오드(D3)는 캐소드가 제 3 스위치(SW3)와 연결되고, 애노드가 제 2 스위치(SW2)와 연결될 수 있다. 상기 제 3 다이오드(D3)는 상기 제 3 스위치(SW3)에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 3 다이오드(D3)는 상기 제 3 스위치(SW3)의 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터(L0) 및 제 3 커패시터(C0) 사이에 루프를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 컨버터(250)는 제 1 스위치(SW1) 또는 제 2 스위치(SW2)에 병렬로 적어도 하나 이상 연결될 수 있다.
도 7은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다. 도 8은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 작은 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2), 제 1 스위치(SW1)는 온(on)되고, 제 2 스위치(SW2)는 오프(off)될 수 있다. 이 경우, 제 3 스위치(SW3)가 온 됨에 따라, 제 1 커패시터(C1)에 축적된 전압이 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 3 스위치(SW3)가 온되면, 상기 인덕터(L0), 제 3 커패시터(C0), 제 2 다이오드(D2) 및 제 1 커패시터(C1) 사이에 루프가 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2), 제 1 스위치(SW1)는 오프(off)되고, 제 2 스위치(SW2)는 온(on)될 수 있다. 이 경우, 제 3 스위치(SW3)가 온 됨에 따라, 제 2 커패시터(C2)에 축적된 전압이 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)가 온되면, 상기 제 1 다이오드(D1), 인덕터(L0), 제 3 커패시터(C0) 및 제 2 커패시터(C2) 사이에 루프가 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 7 및 도 8에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 3 스위치(SW3)가 온되면, 인덕터(L0)에 전류가 흐르게 되고, 인덕터(L0) 및 제 3 커패시터(C3)에는 전하가 축적될 수 있다. 이 경우, 제 3 다이오드(D3)의 캐소드 측 전압이 애노드 측 전압보다 크게 되어, 제 3 다이오드(D3)에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))들은 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) ~ 제 N 커패시터(CN)) 중의 어느 하나에 의한 전력 경로 구성에 따라 단락(short)이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))에는 각각 역방향 다이오드(D)가 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 도 6에 도시된 컨버터(250)에서 제 3 스위치(SW3)를 포함하지 않는 구성일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2), 제 1 스위치(SW1)는 온(on)되고, 제 2 스위치(SW2)는 오프(off)될 수 있다. 이 경우, 제 1 커패시터(C1)를 통해 공급되는 전압은 제 1 스위치(SW1)를 통해 컨버터(250)에 인가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2), 제 1 스위치(SW1)는 오프(off)되고, 제 2 스위치(SW2)는 온(on)될 수 있다. 이 경우, 제 2 커패시터(C2)를 통해 전압은 제 2 스위치(SW2)를 통해 컨버터(250)에 인가될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 도 9에 도시된 컨버터(250)에서 제 3 스위치(SW3)를 포함하지 않는 구성일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))들은 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) ~ 제 N 커패시터(CN)) 중의 어느 하나에 의한 전력 경로 구성에 따라 단락(short)이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))에는 각각 역방향 다이오드(D)가 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2)) 중의 일부는 역방향 다이오드(D)가 연결되지 않을 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 12의 동작 1210 내지 동작 1250은, 예를 들어, 도 1의 프로세서(120) 또는 도 2의 전력 변환 장치(200)의 컨트롤러(230)에 의해 수행될 수 있다. 상기 동작 1210 내지 동작 1250의 설명은 도 1 내지 도 10의 구성요소를 이용할 수 있다. 상기 동작 1210 내지 동작 1250은 전력 변환 장치(200)의 컨트롤러(230)에 의해 수행될 수 있는 인스트럭션(명령어)들로 구현될 수 있다.
동작 1210에서, 컨트롤러(230)는 컨버터(250)에 필요한 입력 전압을 결정할 수 있다.
동작 1220에서, 컨트롤러(230)는 전력 변환 장치(200)에 포함된 복수개의 커패시터들(예: 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)) 중 컨버터(250)에 필요한 전압을 공급하기 위해, 적어도 일부의 커패시터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 일부의 커패시터는 컨버터(250)에 필요한 전압을 공급하기 위한 최소 개수의 커패시터일 수 있다.
동작 1230에서, 컨트롤러(230)는 컨버터(250)에 필요한 전압을 공급하기 위해, 상기 결정된 적어도 일부의 커패시터들 중, 지정된 전압(예: 가장 높은 전압)을 만족하는 커패시터를 선택할 수 있다.
동작 1240에서, 컨트롤러(230)는 스위치부(240)를 통해 선택된 커패시터에 대하여, 컨버터(250)에 전원을 공급하기 위한 전력 경로를 설정할 수 있다.
동작 1250에서, 컨트롤러(230)는 상기 전력 경로 설정에 따라 온(on)된 스위치(예: 제 1 스위치(240-1), 제 2 스위치(240-2), ..., 제 N 스위치(240-N) 중의 하나)를 이용하여 컨버터(250)에 전원을 공급할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치와 종래의 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 비교 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따르면, 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)를 통해, 리튬 이온 배터리의 입력 전압, 약 3.7V를 약 1V로 강압하는 어플리케이션에 적용한 경우와, 고속 충전 기술이 적용된 충전기를 통한 입력 전압, 약 5V~20V를 약 3.7V로 강압하는 어플리케이션에 적용한 경우, 컨버터(250)의 인덕터(L0)에 대한 인덕턴스를 저감하는 수준의 스위칭 손실 저감 수준을 개략적으로 분석한 도면일 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200) 및 전력 변환 방법을 이용하면, 종래의 방법 대비, 약 3.7V에서 약 1V로 강압하는 경우는 P1과 같이 대략 약 40% 정도로 인덕턴스를 낮출 수 있다. 또한, 약 9V에서 약3.7V로 강압하는 경우 및 약 20V에서 약 3.7V로 강압하는 경우는 P2 및 P3와 같이 대략 약 70% 정도로 인덕턴스를 낮출 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200) 및 전력 변환 방법을 이용하면, 컨버터(250)의 입력 전압을 절반 이하로 낮출 수 있으므로, 최소 약 1/2 이하로 스위칭 손실을 낮출 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (15)

  1. 전력 변환 장치에 있어서,
    컨버터;
    입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부;
    상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및
    상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는,
    상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고,
    상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고,
    상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정된 전력 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 커패시터들은 직렬로 연결되어 있는 전력 변환 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 커패시터들은 각각 상이한 레벨의 전압을 상기 컨버터에 공급하는 전력 변환 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 컨버터와 전기적으로 연결되는 부하(load); 및
    상기 부하의 전압을 기초로 하여, 상기 컨버터에 피드백 신호를 제공하기 위한 피드백 컨트롤러를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 입력 전압보다 강압된 전압을 상기 부하에 출력하되, 상기 컨버터는 상기 스위치부에 병렬로 적어도 하나 이상 더 구성된 전력 변환 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 축적된 전압이 가장 큰 커패시터를 상기 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터로 결정하도록 설정된 전력 변환 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 적어도 하나의 커패시터로부터 공급되는 전하를 축적하기 위한 인덕터 및 다른(another) 커패시터;
    상기 적어도 하나의 커패시터로부터 공급되는 전압에 대한 스위칭 동작을 수행하기 위한 다른(another) 스위치; 및
    상기 다른 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터 및 상기 다른 커패시터 사이에 루프를 형성하기 위한 다이오드를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 스위치부는,
    상기 복수개의 스위치들과 연결된 복수의 역방향 다이오드를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  9. 전자 장치에 있어서,
    컨버터;
    전원 공급부;
    상기 전원 공급부를 통해 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부;
    상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및
    상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는,
    상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고,
    상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고,
    상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정된 전자 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수개의 커패시터들은 상기 전원 공급부와 직렬로 연결되어 있는 전자 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 컨버터와 전기적으로 연결되는 부하(load); 및
    상기 부하의 전압을 기초로 하여, 상기 컨버터에 피드백 신호를 제공하기 위한 피드백 컨트롤러를 더 포함하는 전자 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 축적된 전압이 가장 큰 커패시터를 상기 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터로 결정하도록 설정된 전자 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 컨버터는, 상기 적어도 하나의 커패시터로부터 공급되는 전하를 축적하기 위한 인덕터 및 다른(another) 커패시터를 포함하는 전자 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 컨버터는, 상기 적어도 하나의 커패시터로부터 공급되는 전압에 대한 스위칭 동작을 수행하기 위한 다른(another) 스위치; 및
    상기 다른 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터 및 상기 다른 커패시터 사이에 루프를 형성하기 위한 다이오드를 더 포함하는 전자 장치.
  15. 전력 변환 방법에 있어서,
    컨트롤러가 컨버터에 필요한 입력 전압을 결정하는 동작;
    상기 컨트롤러가 상기 컨버터에 필요한 전압을 공급하기 위해, 복수개의 커패시터 중 적어도 일부의 커패시터를 결정하는 동작;
    상기 컨트롤러가 상기 결정된 적어도 일부의 커패시터들 중, 지정된 전압을 만족하는 커패시터를 선택하는 동작;
    상기 컨트롤러가 스위치부를 통해 선택된 커패시터에 대하여 상기 컨버터에 전원을 공급하기 위한 전력 경로를 설정하는 동작; 및
    상기 전력 경로의 설정에 따라 온(on)된 스위치를 이용하여 상기 컨버터에 전원을 공급하는 동작을 포함하는 전력 변환 방법.
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