WO2023063786A1 - 3-레벨 컨버터를 갖는 충전 회로 및 그의 밸런싱 제어 방법 - Google Patents

3-레벨 컨버터를 갖는 충전 회로 및 그의 밸런싱 제어 방법 Download PDF

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Definitions

  • Embodiments of the present disclosure disclose a charging circuit of an electronic device having a 3-level converter and a method and apparatus for controlling balancing in the charging circuit.
  • a charging circuitry of an electronic device is designed to include a three-level converter replacing a two-level converter.
  • a 3-level converter uses the same ripple current (ripple current) as a 2-level converter using a large-capacity inductor, even though a relatively small inductor is used compared to a general 2-level converter. current) can be maintained. Therefore, the 3-level converter has the advantage of obtaining high power conversion efficiency by reducing the resistance of the inductor through the reduction of the inductor capacity, and is applied to a charging circuit of an electronic device.
  • charging circuits used in electronic devices control the duty cycle of a plurality of switching elements (or switches) (eg MOSFETs) (eg Q1, Q2, Q3, Q4) of a 3-level converter.
  • a plurality of switching elements eg MOSFETs
  • the charging circuit reduces the output power to prevent the input voltage from falling, so that the input voltage does not fall below a specified value. output power can be determined.
  • a charging circuit of a recent electronic device may include both a wired charging path and a wireless charging path.
  • the electronic device may provide an output to an external device through a wired charging path and provide an input to the electronic device through a wireless charging path.
  • an electronic device supplies power to another external device (eg, an on-the-go (OTG) device) while performing wireless charging with an external device, or performs wired charging of the electronic device.
  • Power can be supplied to the wireless charging stage through a wireless power share function (or wireless battery sharing mode) of In this case, when the power demanded by the side receiving the power is smaller than the power of the side supplying the power, the difference between the two powers may be supplied as an output of the charging circuit. Conversely, when the power required by the power receiving side is greater than the power supplied by the power supply side, the charging circuit operates as a reverse boost, and the difference between the two powers is supplied from the battery of the electronic device. can
  • the charging circuit operates in the buck mode (or buck operation) and boost mode (or boost operation) of the 3-level converter without interruption of the input power (seamless transition).
  • boost operation For example, in the buck mode of the 3-level converter, the charging circuit charges the flying capacitor of the 3-level converter while the first switching element (eg, Q1 switch) is turned on, and the second switching element (eg, Q1 switch) is turned on. : Q2 switch) can be discharged while the 3-level converter's flying capacitor is on.
  • the charging circuit discharges the flying capacitor of the 3-level converter while the first switching element (eg, switch Q1) is turned on, and the second switching element (eg, switch Q2) While is on, the flying capacitor of the 3-level converter can be charged.
  • the control direction of the balancing circuit for voltage balancing of the flying capacitor of the 3-level converter in the charging circuit must be automatically switched according to the operation of the charging circuit (eg, buck mode or boost mode).
  • the charging circuit e.g, buck mode or boost mode.
  • the conduction time of the first switching element (eg Q1 switch) and the second switching element (eg Q2 switch) are the same, so that the flying capacitor The voltage of can be maintained at 1/2 of the input voltage.
  • the voltage of the flying capacitor may not be maintained at 1/2 of the input voltage. Therefore, in the charging circuit, the voltage of the flying capacitor is monitored so that the voltage of the flying capacitor maintains 1/2 of the input voltage, so that the first switching element (eg Q1 switch) and the second switching element (eg Q2 switch) are connected.
  • a balancing circuit capable of time compensation may be required.
  • the voltage of the flying capacitor rises, and the boost During mode operation, the voltage of the flying capacitor may be reduced by increasing the conduction time of the first switching element (eg, switch Q1) and reducing the conduction time of the second switching element (eg, switch Q2).
  • the charging circuit must be able to accurately determine whether the average value of the inductor current of the 3-level converter is a positive value or a negative value.
  • a separate current sensing circuit for sensing the inductor current must be additionally provided.
  • the charging circuit includes the current sensing circuit, it may be difficult to accurately sense the inductor current (eg, zero crossing detection) due to an offset of the current sensing circuit. Therefore, in the charging circuit implemented with the existing 3-level converter, seamless switching between the buck mode and the boost mode cannot be provided. For example, in a dual input charging circuit supporting both a wired charging path and a wireless charging path, balancing control of a flying capacitor of a 3-level converter may be difficult.
  • Various embodiments provide a method and apparatus capable of providing seamless switching between buck mode and boost mode in a charging circuit having a three-level converter.
  • a balancing method and apparatus for implementing seamless switching between a buck mode and a boost mode in a charging circuit including a 3-level converter and a balancing circuit for balancing control thereof and a charging circuit are provided. .
  • an adaptive balancing method and apparatus for a flying capacitor of a 3-level converter in a charging circuit having the 3-level converter are provided.
  • a method and apparatus capable of implementing a balancing circuit for balancing a flying capacitor in a charging circuit having a 3-level converter without current sensing of an inductor are disclosed.
  • An electronic device includes a battery, a processor, and a charging circuit, wherein one end of the charging circuit connects at least one external device and a charging path, and the other end connects the battery and a charging path.
  • a 3-level converter configured to perform a bi-directional operation of input and/or output related to the charging operation with the at least one external device, a switching circuit including a plurality of switching elements and a flying capacitor, and an inductor and a filter circuit including a capacitor, a balancing circuit for balancing the voltage of the flying capacitor of the 3-level converter, wherein during balancing according to a mode designated as an initial operation mode by the processor, the balancing is targeted
  • a balancing control circuit that generates an output for maintaining or switching the balancing control direction set in the designated mode based on whether or not it corresponds to balancing, and a balancing control direction according to the designated mode based on the output of the balancing control circuit. It may include a switching control circuit that switches the switching element or
  • one end connects at least one external device and a charging path, and the other end connects the battery and a charging path, and the at least one external device and the charging operation are performed.
  • a 3-level converter that performs bidirectional operation of input and / or output related to , including a switching circuit including a plurality of switching elements and a flying capacitor, and a filter circuit including an inductor and a capacitor, -
  • a balancing circuit for balancing the voltage of the flying capacitor of a level converter, during balancing according to a designated mode, based on whether the balancing corresponds to a target balancing, to maintain a first pass set in the designated mode
  • a balancing control circuit for generating a first control signal or generating a second control signal for converting the first path set in the designated mode to the second path, and in the designated mode based on the input of the first control signal
  • a switching control circuit for switching the switching element in a balancing control direction according to the second control
  • An operating method of an electronic device includes an operation of performing balancing based on a mode determined according to a basic setting in a complex operating condition according to at least one external device and wired/wireless charging, while performing the balancing.
  • a balancing circuit for balancing a flying capacitor eg, an automatic balancing operation switching circuit
  • buck mode or buck operation
  • boost mode or boost operation
  • the voltage of the flying capacitor may be automatically selected regardless of a designated balancing mode.
  • the buck mode and the boost mode can be switched without disconnection of the input power of the charging circuit under a complex operation condition in which the electronic device simultaneously performs wired and wireless charging.
  • the charging circuit may determine whether the currently set control direction of the balancing circuit is appropriate using only the range of the flying capacitor without sensing the inductor current.
  • the charging circuit adaptively changes the control direction of the balancing circuit (changing the current charging path) when the control direction of the balancing circuit is incorrect, and performs accurate balancing (eg, step-down or step up).
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment according to various embodiments.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an electronic device and an external device for describing a charging operation of the electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the 3-level converter according to FIG. 2;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example in which the 3-level converter according to FIG. 2 operates in a buck mode.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example in which the 3-level converter according to FIG. 2 operates in a boost mode.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example circuit configuration of a balancing control circuit in the balancing circuit according to FIG. 2;
  • FIG. 7A and 7B are diagrams illustrating circuit configurations and operation examples of a switching control circuit in the balancing circuit of FIG. 2 .
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a balancing control operation of an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation method of supporting charging in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100 according to various embodiments.
  • an electronic device 101 communicates with an electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or through a second network 199. It may communicate with at least one of the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • a first network 198 eg, a short-range wireless communication network
  • a second network 199 e.g., a second network 199. It may communicate with at least one of the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • the electronic device 101 includes a processor 120, a memory 130, an input module 150, an audio output module 155, a display module 160, an audio module 170, a sensor module ( 176), interface 177, connection terminal 178, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196 , or the antenna module 197 may be included.
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178) may be omitted or one or more other components may be added.
  • some of these components eg, sensor module 176, camera module 180, or antenna module 197) are integrated into a single component (eg, display module 160). It can be.
  • the processor 120 for example, executes software (eg, the program 140) to cause 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 calculations. According to one embodiment, as at least part of data processing or operation, processor 120 transfers instructions or data received from other components (e.g., sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • software eg, the program 140
  • processor 120 transfers instructions or data received from other components (e.g., sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • the processor 120 may include a main processor 121 (eg, a central processing unit (CPU) or an application processor (AP)) or a secondary processor (which may be operated independently of or together with the main processor 121). 123) (e.g., graphic processing unit (GPU), neural processing unit (NPU), image signal processor (ISP), sensor hub processor, or communication processor (CP, communication processor)).
  • main processor 121 e.g., a central processing unit (CPU) or an application processor (AP)
  • a secondary processor which may be operated independently of or together with the main processor 121). 123) (e.g., graphic processing unit (GPU), neural processing unit (NPU), image signal processor (ISP), sensor hub processor, or communication processor (CP, communication processor)).
  • the main processor 121 e.g., a central processing unit (CPU) or an application processor (AP)
  • secondary processor which may be operated independently of or together with the main processor 121).
  • the main processor 121 e.g., graphic processing unit (GPU), neural
  • the secondary processor 123 may, for example, take the place of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or the main processor 121 may At least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display module 160, the sensor module 176, or At least some of the functions or states related to the communication module 190) may be controlled.
  • the auxiliary processor 123 eg, an image signal processor or a communication processor
  • the auxiliary processor 123 may be implemented as part of other functionally related components (eg, the camera module 180 or the communication module 190). there is.
  • the auxiliary processor 123 eg, a neural network processing device
  • AI models can be created through machine learning.
  • Such learning may be performed, for example, in the electronic device 101 itself where the artificial intelligence model is performed, or may be performed through a separate server (eg, the server 108).
  • the learning algorithm may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning or reinforcement learning, but in the above example Not limited.
  • the artificial intelligence model may include a plurality of artificial neural network layers. Artificial neural networks include deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), restricted boltzmann machines (RBMs), deep belief networks (DBNs), bidirectional recurrent deep neural networks (BRDNNs), It may be one of deep Q-networks or a combination of two or more of the foregoing, but is not limited to the foregoing examples.
  • the artificial intelligence model may include, in addition or alternatively, software structures in addition to hardware structures.
  • 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, input data or output data for software (eg, program 140) and commands related thereto.
  • the memory 130 may include volatile memory 132 or non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130, and may include, for example, an operating system (OS) 142, middleware 144, or an application 146. there is.
  • OS operating system
  • middleware middleware
  • application application
  • the input module 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120) of the electronic device 101 from the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, a key (eg, a button), or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output module 155 may output sound signals to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • a receiver may be used to receive an incoming call. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from the speaker or as part of it.
  • the display module 160 may visually provide information to the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the display module 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device.
  • the display module 160 may include a touch sensor configured to detect a touch or a pressure sensor configured to measure the intensity of force generated by the touch.
  • the audio module 170 may convert sound into an electrical signal or vice versa. According to an embodiment, the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: 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 (IR) sensor, a bio sensor, It may include a temperature sensor, humidity sensor, or light sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used to directly or wirelessly connect the electronic device 101 to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, a secure digital (SD) card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD secure digital
  • 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 electrical signals into mechanical stimuli (eg, vibration or motion) or electrical stimuli that a user may perceive 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 moving images. 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 as at least part of a power management integrated circuit (PMIC), for example.
  • 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 is a direct (eg, wired) communication channel or a 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). Establishment and communication through the established communication channel may be supported.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 may be a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, a : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module).
  • a corresponding communication module is a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, a legacy communication module).
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199.
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the wireless communication module 192 may support a 5G network after a 4G network and a next-generation communication technology, for example, NR access technology (new radio access technology).
  • NR access technologies include high-speed transmission of high-capacity data (eMBB, mobile broadband), minimization of terminal power and access of multiple terminals (mMTC, massive machine type communications), or high-reliability and low-latency (URLLC, ultra-reliable and low-latency communications) can be supported.
  • the wireless communication module 192 may support a high frequency band (eg, mmWave band) to achieve a high data rate, for example.
  • a high frequency band eg, mmWave band
  • the wireless communication module 192 uses various technologies for securing performance in a high frequency band, such as beamforming, massive multiple-input and multiple-output (MIMO), and full-dimensional multiplexing. Technologies such as input/output (FD-MIMO, full dimensional MIMO), array antenna, analog beam-forming, or large scale antenna may be supported.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements defined for the electronic device 101, an external electronic device (eg, the electronic device 104), or a network system (eg, the second network 199).
  • the wireless communication module 192 may be used to realize peak data rate (eg, 20 Gbps or more) for realizing eMBB, loss coverage (eg, 164 dB or less) for realizing mMTC, or U-plane latency (for realizing URLLC).
  • peak data rate eg, 20 Gbps or more
  • loss coverage eg, 164 dB or less
  • U-plane latency for realizing URLLC.
  • DL downlink
  • UL uplink each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less
  • the antenna module 197 may transmit or receive signals or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is selected from the plurality of antennas by the communication module 190, for example. can be chosen A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, a radio frequency integrated circuit (RFIC) may be additionally formed as a part of the antenna module 197 in addition to the radiator.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the antenna module 197 may form a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module includes a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first surface (eg, a bottom surface) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (eg, mmWave band); and a plurality of antennas (eg, array antennas) disposed on or adjacent to a second surface (eg, a top surface or a side surface) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals of the designated high frequency band. can do.
  • peripheral devices eg, a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • signal e.g. commands or data
  • commands 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 external electronic devices 102 or 104 may be the same as or different from the electronic device 101 .
  • all or part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external electronic devices among the external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 when the electronic device 101 needs to perform a certain 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 by itself.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform the function or at least part of the service.
  • One or more external electronic devices receiving 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 deliver the execution result to the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may provide the result as at least part of a response to the request as it is or additionally processed.
  • cloud computing distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an internet of things (IoT) device.
  • Server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks. According to one embodiment, the external electronic device 104 or server 108 may be included in the second network 199 .
  • the electronic device 101 may be applied to intelligent services (eg, smart home, smart city, smart car, or health care) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • Electronic devices may be devices of various types.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • first, second, or first or secondary may simply be used to distinguish that component from other corresponding components, and may refer to that component in other respects (eg, importance or order) is not limited.
  • a (eg, first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (eg, second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.”
  • the certain component may be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as, for example, logic, logical blocks, parts, or circuits.
  • a module may be an integrally constructed component or a minimal unit of components or a portion thereof that 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
  • a storage medium eg, internal memory 136 or external memory 138
  • a machine eg, electronic device 101
  • a processor eg, the processor 120
  • a device eg, the electronic device 101
  • 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.
  • the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (e.g. electromagnetic wave), and this term refers to the case where data is stored semi-permanently in the storage medium. It does not discriminate when it is temporarily stored.
  • a signal e.g. electromagnetic wave
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be included and provided in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • a computer program product is 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 on two user devices (e.g. It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smart phones.
  • a device e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play Store TM
  • It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smart phones.
  • at least part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a storage medium readable by a device such as a manufacturer's server, an application store server, or a relay server's memory.
  • each component (eg, module or program) of the above-described components may include a single object or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed in other components. there is.
  • one or more components or operations among the aforementioned corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by a corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • the operations performed by a module, program or other component are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order. may be added, omitted, or one or more other actions may be added.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an electronic device and an external device for describing a charging operation of the electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the 3-level converter according to FIG. 2;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example in which the 3-level converter according to FIG. 2 operates in a buck mode.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example in which the 3-level converter according to FIG. 2 operates in a boost mode.
  • FIG. 2 illustrates an example of a configuration related to supporting a charging operation in an electronic device 101 and an external device (eg, a first external device 201 and/or a second external device 301).
  • an external device eg, a first external device 201 and/or a second external device 301.
  • the electronic device 101 and the external devices 201 and 301 illustrated in FIG. 2 include all or at least some of the components of the electronic device 101 as described in the description with reference to FIG. 1 can do.
  • the electronic device 101 may be an electronic device capable of simultaneously supporting an input for internal charging and an output for external charging.
  • the electronic device 101 may include a device capable of a bi-directional charging operation.
  • the electronic device 101 may include a smart phone, a tablet PC (personal computer), and/or a laptop computer capable of a bidirectional charging operation.
  • the electronic device 101 according to an embodiment of the present disclosure is not limited to the above-described devices, and the electronic device 101 may be various types of devices including a battery 189 and capable of a bi-directional charging operation.
  • the electronic device 101 when the first external device 201 is an on-the-go (OTG) device, the electronic device 101 supplies the battery 189 of the electronic device 101 to the first external device 201 .
  • the first external device 201 may be charged by supplying power.
  • the electronic device 101 receives power from the first external device 201 when the first external device 201 is a universal serial bus (USB) charger, and the battery 189 of the electronic device 101 ) can be charged.
  • USB universal serial bus
  • the electronic device 101 may wirelessly receive power from the second external device 301 to charge the battery 189 of the electronic device 101 . According to another embodiment, the electronic device 101 may support charging of the second external device 301 by wirelessly transmitting power to the second external device 301 .
  • the electronic device 101 is connected to the first external device 201 and performs a charging operation with the first external device 201 in a wireless charging mode (eg, a wireless power transmission mode or a wireless power transmission mode).
  • a wireless charging mode eg, a wireless power transmission mode or a wireless power transmission mode.
  • Receiving mode wireless power may be transmitted or received with the second external device 301 .
  • the first external device 201 is a device (eg, an OTG device) capable of wired connection (eg, USB OTG connection) to the electronic device 101, and transmits data through direct communication with the electronic device 101.
  • a battery (not shown) inside the first external device 201 may be charged based on a voltage supplied from the electronic device 101.
  • the first external device 201 may include a wearable device such as a watch (eg, smart watch), an earphone, a headset, and/or glasses (eg, AR glasses).
  • the first external device 201 may include a USB charger that provides power to the electronic device 101 through direct communication through a wired connection (eg, USB connection) with the electronic device 101 . there is.
  • the second external device 301 wirelessly transmits power to the electronic device 101 to support wireless charging of the electronic device 101 or wirelessly receives power from the electronic device 101 to control the power.
  • 2 may include a device supporting charging of a battery (not shown) of the external device 301 .
  • the second external device 301 may include various types of devices such as a smart phone, a tablet PC, and/or a charging pad.
  • the second external device 301 is not limited to the aforementioned devices, and the second external device 301 may be various types of devices capable of transmitting and/or receiving wireless power. there is. According to an embodiment, the second external device 301 may wirelessly transmit or receive power to the electronic device 101, and the electronic device 101 may wirelessly receive power from the second external device 201. or can be transmitted.
  • the electronic device 101 shown in FIG. 2 may represent an example of a charging circuit 200 for describing a charging operation according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 101 may include a processor 120, a memory 130, a battery 189, and a charging circuit 200.
  • the processor 120 when the electronic device 101 is connected to the first external device 201, when the first external device 201 is an OTG device, the battery 189 of the electronic device 101 ) to charge the first external device 201.
  • the processor 120 when the electronic device 101 is connected to the first external device 201, when the first external device 201 is a USB charger, power from the first external device 201 may be received to charge the battery 189 of the electronic device 101.
  • the processor 120 may control data communication (eg, transmission/reception of audio data) with the first external device 201 when the first external device 201 is an OTG device.
  • the processor 120 wirelessly receives power from the second external device 301 to charge the battery 189 of the electronic device 101 or wirelessly to the second external device 301. It may operate to support charging of the second external device 301 by transmitting power.
  • the processor 120 is connected to the first external device 201 and performs a charging operation with the first external device 201 in a wireless charging mode (eg, wireless power transmission mode or wireless power reception). mode), wireless power may be transmitted or received with the second external device 301 .
  • a wireless charging mode eg, wireless power transmission mode or wireless power reception. mode
  • the processor 120 sets an initial operation mode (eg, boost mode or buck mode) of the balancing circuit 220 in the charging circuit 200 when performing the charging function. It can be set, and the balancing circuit 220 can operate based on the initial operation mode set by the processor 120 .
  • an initial operation mode eg, boost mode or buck mode
  • the processor 120 sets the output of the balancing control circuit 600 (eg, the toggle circuit 620 of FIG. 6) of the balancing circuit 220 to an initial operation mode. It can be determined by a value (eg, set or reset) by For example, the processor 120 determines a first set value for the charging circuit 200 to operate in a boost mode during the first charging function and/or the second charging function, and the third charging function and/or the second charging function. During the 4 charging function, the charging circuit 200 may determine a second set value for operating in the buck mode.
  • the processor 120 determines a first set value for the charging circuit 200 to operate in a boost mode during the first charging function and/or the second charging function, and the third charging function and/or the second charging function.
  • the charging circuit 200 may determine a second set value for operating in the buck mode.
  • the buck mode may represent a mode (eg, a step-down mode) in which an input voltage is stepped down and output.
  • the boost mode may indicate a mode (eg, a step-up mode) in which an input voltage is boosted and output.
  • the processor 120 determines the operating mode of the 3-level converter 210 based on the intermediate voltage (or center value), and determines the operating mode of the 3-level converter 210 based on the intermediate voltage and the operating mode. It is possible to control the balancing circuit 220 to operate.
  • the first charging function is, for example, the first external device 201 (eg, the battery 189 of the electronic device 101 and / or the power of the second external device 301 in a buck mode) : OTG device) may include a function of charging.
  • the first external device 201 eg, the battery 189 of the electronic device 101 and / or the power of the second external device 301 in a buck mode
  • OTG device may include a function of charging.
  • the second charging function is, for example, a function of wirelessly charging the second external device 301 (eg, another electronic device) with power of the battery 189 of the electronic device 101 (eg, : wireless battery sharing mode).
  • the third charging function is to charge the battery 189 of the electronic device 101 with power wirelessly received from, for example, the second external device 301 (eg, another electronic device or a charging pad).
  • a charging function may be included.
  • the fourth charging function functions to charge the battery 189 of the electronic device 101 with power wired from the first external device 201 (eg, a USB charger).
  • the first external device 201 eg, a USB charger
  • memory 130 may include the functions of memory 130 as described in the description with reference to FIG. 1 .
  • the memory 130 may store various data related to a charging operation of the electronic device 101 .
  • the data when the charging function of the electronic device 101 is performed, the data sets an initial operation mode setting value according to the first charging function, the second charging function, the third charging function, and/or the fourth charging function. can include
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • the battery 189 may be charged by receiving at least a portion of power received from the first external device 201 or the second external device 301 from the charging circuit 200 .
  • the battery 189 directly or wirelessly supplies power to the first external device 201 or the second external device 301 through the charging circuit 200 so that the first external device 201 or Charging of the second external device 301 may be supported.
  • the battery 189 may include a battery protection circuit (eg, PCM, protection circuit module).
  • the battery protection circuit may perform various functions (eg, a pre-blocking function) to prevent deterioration or burnout of the battery 189 .
  • the battery protection circuit may additionally or alternatively be configured as at least part of a battery management system (BMS) for performing cell balancing, measuring capacity of a battery, measuring the number of charge/discharge times, measuring temperature, or measuring voltage. there is.
  • BMS battery management system
  • the charging circuit 200 may include a three-level converter 210 and balancing circuitry 220 .
  • the 3-level converter 210 has one end connected to at least one external device (eg, the first external device 201 and/or the second external device 301 of FIG. 2) through the charging circuit 200. ), and the other end may be formed to connect the battery 189 of the electronic device 101 and the charging path.
  • the 3-level converter 210 may support bi-directional operation of at least one external device and an input and/or output related to a charging operation.
  • the 3-level converter 210 of the charging circuit 200 may include a switching circuit 310 and a filter circuit 320 .
  • An example of the structure of the 3-level converter 210 according to one embodiment is shown in FIG. 3 .
  • the switching circuit 310 may control switching of the input voltage Vin.
  • the switching circuit 310 includes a plurality of switching elements of the first switching element Q1, the second switching element Q2, the third switching element Q3, and the fourth switching element Q4 and a flying capacitor CF. ) may be included.
  • each of the plurality of switching elements may use a transistor (eg, a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET)).
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
  • a signal eg, a gate drive signal
  • PWM pulse width modulation
  • the switching elements may include, for example, a source (source), a gate (gate) and a drain (drain) terminal, the gate (gate) voltage on
  • the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 may be turned on/off based on on/off.
  • the gates of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 may be similar to a kind of capacitor, and the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 may be turned on/off by filling and emptying the capacitor. there is.
  • the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 may be separated without electrical connection between the gate and the drain or source.
  • a voltage eg, a threshold voltage
  • a specified value e.g. threshold voltage
  • the voltage above a specified value may vary between 2V and 10V, for example.
  • the third switching element Q3 may be an inverting circuit of the second switching element Q2, and the fourth switching element Q4 may be the first switching element Q1. It may be an inverting circuit of
  • the flying capacitor (CF) may represent a capacitor used to increase the voltage.
  • a negative electrode of the flying capacitor CF is not connected to the ground, and both ends may be connected to a switching element.
  • the flying capacitor CF may be charged, discharged, or floated according to the operation of at least some of the plurality of switching elements Q1 , Q2 , Q3 , and Q4 .
  • the flying capacitor CF is charged according to the operation of the first switching element Q1 and the third switching element Q3, and the operation of the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4. can be discharged according to For example, in the flying capacitor CF, the first switching element Q1 and the third switching element Q3 are turned on, and the second switching element Q2 and the fourth switch element Q4 are turned off ( can be charged while off).
  • the output of the switching circuit 310 eg, the voltage at the input terminal of the inductor L or the switching node voltage
  • Vin ⁇ Vc Vin/2
  • the flying capacitor CF is discharged while the first switching element Q1 and the third switching element Q3 are turned off and the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 are turned on. It can be.
  • the flying capacitor CF is formed when the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are turned on at the same time and the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are turned off at the same time.
  • the output of the switching circuit 310 may be the input voltage Vin.
  • the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are turned off at the same time, and the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are turned on at the same time. can be floated if In this case, the output of the switching circuit 310 may be zero.
  • a short may occur when the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 are turned on at the same time.
  • control signals of the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4 may be inverted from each other.
  • a short circuit may occur when the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are simultaneously turned on.
  • control signals of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 may be inverted from each other.
  • the filter circuit 320 may output an output voltage Vo by smoothing an output signal of the switching circuit 310 .
  • the filter circuit 320 may include an inductor (L) and a capacitor (Co).
  • the filter circuit 320 may further include a resistor R.
  • the inductor L may charge energy when the switching element is turned on, and transfer (energy release) energy to an output terminal while maintaining current inertia when the switching element is turned off.
  • one end of the inductor (L) is connected to the second switching element (Q2) and the third switching element (Q2) through the first contact point (N1) between the third switching element (Q3).
  • Q3) can be linked.
  • the other end of the inductor L may be connected to one end of the capacitor Co at the second contact point N2.
  • the other end of the capacitor Co may be connected to ground.
  • the voltage of the second contact point N2 may correspond to the output voltage of the filter circuit 320 .
  • the filter circuit 320 may form an LC filter (eg, a low pass filter (LPF)) by an inductor L and a capacitor Co.
  • LPF low pass filter
  • the inductor (L) and the capacitor (Co) can pass only the direct current component by removing the high-frequency component seen at the output stage, and transfer it to the output stage.
  • the 3-level converter 210 including the above-described configuration receives the input voltage (Vin) and outputs the output voltage (Vo) through a switching operation for charging the battery 189 with the input voltage. It may be a DC-DC converter that generates In one embodiment, the meaning of "3-level” is related to the number of voltage levels used in the switching operation of the DC-DC converter, for example, the input voltage (Vin), half voltage of the input voltage (Vin) (Vin/2) and zero voltage (0V).
  • the switching node when the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are turned on, the switching node The voltage of becomes the input voltage Vin, and when the first switching element Q1 and the third switching element Q3 or the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 are turned on, the switching node The voltage of becomes half the voltage (Vin/2) of the input voltage (Vin), and when the third switching element (Q3) and the fourth switching element (Q4) are turned on, the voltage of the switching node is zero voltage (0V).
  • An example of such a 3-level converter 210 is shown in FIG. 3 , and the number of voltage levels of the DC-DC converter used in the present disclosure is not limited thereto.
  • the 3-level converter 210 may be a circuit that controls the output voltage Vo to a target voltage lower than the input voltage Vin.
  • the output voltage Vo may be expressed as a product of the duty (D) (eg, switching duty) of the switching devices Q1, Q2, Q3, and Q4 and the input voltage Vin.
  • D duty
  • the duty ratio is a duty ratio and has a value between 0 and 1. For example, if the switch is on, the duty is “1”, if the switch is half-on, the duty is “0.5”, and the switch is off (off). ), the duty may be “0”.
  • the 3-level converter 210 is the first switching element (Q1) when the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is maintained at half (or 1/2) of the input voltage (Vin). ) and the duty cycle of the second switching element Q2 may be the same, and the phases of the duty signals may have a 180 degree difference (or phase difference) from each other.
  • the 3-level converter 210 when the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is less than 1/2 of the input voltage (Vin), the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF)
  • the duty cycle of the first switching element Q1 may be gradually increased and the duty cycle of the second switching element Q2 may be gradually decreased until the voltage is restored to 1/2 of the input voltage Vin.
  • the 3-level converter 210 when the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is greater than 1/2 of the input voltage (Vin), the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is the input voltage
  • the duty cycle of the first switching element Q1 may be gradually decreased until it is reduced to 1/2 of (Vin), and the duty cycle of the second switching element Q2 may be gradually increased.
  • the voltage (VL) across the inductor (L) when the duty is 0.5 or less, the voltage (VL) across the inductor (L) is switched from 0 to Vin/2, and when the duty is 0.5 or more, the voltage (VL) across the inductor (L) is switched.
  • the applied voltage (VL) can be switched from Vin/2 to the input voltage (Vin). Therefore, in the case of the 3-level converter 210, the voltage across the inductor L is reduced by half compared to a general converter (eg, a 2-level converter). This may have an effect of reducing the size of the inductor current (IL) ripple and the output voltage (Vo) ripple.
  • a general converter eg, a 2-level converter
  • the 3-level converter 210 maintains the same current ripple as the 2-level converter using a large-capacity inductor, even when a relatively small capacitance inductor L is used compared to the inductor implemented in the 2-level converter. Therefore, high power conversion efficiency can be obtained by reducing the resistance of the inductor L through the reduction of the capacitance of the inductor L.
  • the charging circuit 200 may include both a wired charging path and a wireless charging path.
  • the charging circuit 200 provides an output to the first external device 201 through a wired charging path and transmits power received from the second external device 301 through a wireless charging path to the electronic device 101.
  • the charging circuit 200 provides the power received from the first external device 201 through a wired charging path as an input to the electronic device 101, and through a wireless charging path, the second external device ( 301) can be provided.
  • the electronic device 101 while performing wireless charging with the second external device 301, the electronic device 101 supplies power to another external device (eg, OTG device) or performs wired charging of the electronic device 101. While doing so, power may be supplied to the wireless charging terminal through a wireless power share function (or wireless battery sharing mode) of the electronic device 101 .
  • another external device eg, OTG device
  • wireless power share function or wireless battery sharing mode
  • the difference between the two powers may be supplied as an output of the charging circuit 200 .
  • the charging circuit 200 operates as a reverse boost, and the difference between the two powers is the electronic device 101 ) may be supplied from the battery 189.
  • the charging circuit 200 operates in the buck mode (or buck operation) and boost mode of the 3-level converter 210 without interruption of the input power (seamless transition). mode) (or boost operation). Examples of this are shown in FIGS. 4 and 5 .
  • FIGS. 4 and 5 may show an example of operating in a buck mode ( FIG. 4 ) and an example of operating in a boost mode ( FIG. 5 ) of the 3-level converter 210 .
  • FIG. 4 for example, the electronic device 101 is connected to the first external device 201 (eg, OTG device) to perform data communication and/or charging, and at the same time in a wireless charging mode.
  • a state in which wireless power is received from the second external device 301 may be indicated according to (eg, a wireless power reception mode).
  • the example shown in FIG. 4 may represent a charging path according to the buck mode of the 3-level converter 210 .
  • FIG. 5 is in the same state as FIG. 4 , the connection between the electronic device 101 and the second external device 301 is released, and the reception of wireless power from the second external device 301 is stopped. (or blocked) status.
  • the example shown in FIG. 5 may represent a flow of a charging path according to the boost mode of the 3-level converter 210 .
  • the charging circuit 200 is connected to the second external device 301 when the electronic device 101 is disconnected from the second external device 301 in the same state as in FIG. 4 (eg, operating in buck mode).
  • the voltage VBAT (4) of the battery 189 of the electronic device 101 is converted to a first external
  • a second charging pass to be delivered to the device 201 may be configured.
  • the charging circuit 200 may adaptively switch between a buck mode (or buck operation) and a boost mode (or boost operation) of the 3-level converter 210 .
  • the 3-level converter 210 (eg, the switching circuit 310) is in the buck mode, while the first switching element Q1 is turned on, the flying capacitor CF is charged, and the second switching element While (Q2) is on, the flying capacitor (CF) can be discharged.
  • the balancing circuitry for voltage balancing of the flying capacitor CF of the 3-level converter 210 in the charging circuit 200 has a control direction of the operation of the 3-level converter 210 ( eg buck mode or boost mode).
  • the conduction time of the first switching element Q1 and the conduction time of the second switching element Q2 are ideally the same, so that the flying capacitor The voltage of can be maintained at 1/2 of the input voltage.
  • a slight difference in conduction time may occur due to variations in the circuit, and as a result, the voltage of the flying capacitor CF may not be maintained at 1/2 of the input voltage.
  • the first switching element Q1 and the second switching element Q2 monitor the voltage of the flying capacitor CF so that the voltage of the flying capacitor CF can maintain 1/2 of the input voltage.
  • a balancing circuit that can compensate for the conduction time. For example, when the conduction time of the first switching element Q1 is increased and the conduction time of the second switching element Q2 is decreased during the buck mode operation, the voltage of the flying capacitor CF rises, and during the boost mode operation , when the conduction time of the first switching element Q1 is increased and the conduction time of the second switching element Q2 is decreased, the voltage of the flying capacitor CF may decrease.
  • the current balancing state is determined (eg, the appropriateness of the current balancing based on whether it corresponds to the target balancing), and Accordingly, a balancing circuit 220 capable of supporting seamless switching between operation corresponding to a buck mode and a boost mode in a designated balancing mode of the 3-level converter 210 may be provided.
  • the charging circuit 200 may include a balancing circuit 220 for controlling the seamless transition between the buck mode and the boost mode of the 3-level converter 210 as described above.
  • the electronic device 101 or the charging circuit 200 of the electronic device 101 according to the present disclosure may include a balancing circuit 220 for adaptive operation control of the 3-level converter 210. .
  • the balancing circuit 220 may include a circuit for adjusting the balancing of the flying capacitor CF of the 3-level converter 210 .
  • the balancing circuit 220 generates a control signal (eg: A gate drive signal or duty signal may be generated and output to the switching circuit 310 of the 3-level converter 210 .
  • a control signal eg: A gate drive signal or duty signal may be generated and output to the switching circuit 310 of the 3-level converter 210 .
  • this control signal at least some of the plurality of switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 included in the switching circuit 310 of the 3-level converter 210 are selectively turned on, and the flying capacitor CF can be charged or discharged.
  • the balancing circuit 220 may be a circuit for preventing the voltage of the flying capacitor CF from drifting without being maintained at half voltage Vin/2 of the input voltage Vin.
  • the balancing circuit 220 according to the present disclosure performs balancing according to a designated balancing mode under complex operating conditions according to wired/wireless charging of the electronic device 101, and identifies whether the balancing corresponds to the target balancing.
  • the balancing circuit 220 maintains the first path set in the current mode (eg, buck mode or boost mode), or maintains the current mode (eg, buck mode) based on whether it corresponds to the target balancing.
  • the first pass set in the boost mode may be toggled (or reversed) to a second pass opposite to the first pass.
  • the balancing circuit 220 in the current mode, according to the first pass, when the voltage Vc of the flying capacitor CF is less than 1/2 of the input voltage Vin, the first switching element
  • the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is restored to 1/2 of the input voltage (Vin). can act to do so.
  • the balancing circuit 220 in the current mode, according to the first pass, when the voltage Vc of the flying capacitor CF is greater than 1/2 of the input voltage Vin, the first switching element Q1 ) and gradually increase the duty cycle of the second switching element Q2 so that the voltage Vc of the flying capacitor CF decreases to 1/2 of the input voltage Vin. can do.
  • the balancing circuit 220 in the current mode, according to the second pass, when the voltage Vc of the flying capacitor CF is less than 1/2 of the input voltage Vin, the first switching element
  • the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is restored to 1/2 of the input voltage (Vin). can act to do so.
  • the balancing circuit 220 in the current mode, according to the second pass, when the voltage Vc of the flying capacitor CF is greater than 1/2 of the input voltage Vin, the first switching element Q1 ) gradually increases, and the duty cycle of the second switching element Q2 gradually decreases, so that the voltage Vc of the flying capacitor CF decreases to 1/2 of the input voltage Vin. can do.
  • the balancing circuit 220 uses a designated mode (eg, buck mode or boost mode) of the voltage of the flying capacitor CF. ), it can be determined whether the current balancing is appropriate. For example, the balancing circuit 220 determines whether the current balancing corresponds to the target balancing (eg, whether the voltage of the flying capacitor CF is maintained at half the voltage Vin/2 of the input voltage Vin) can do. According to an embodiment, the balancing circuit 220 may automatically select and switch to a path corresponding to (or suitable for) the current balancing based on the determination result.
  • a designated mode eg, buck mode or boost mode
  • the balancing circuit 220 performs the 3-level converter 210 without interruption of the input power of the charging circuit 200. It can support to adaptively switch the path for the current mode.
  • the complex operation condition is, for example, while the electronic device 101 performs a wireless charging function (eg, wireless power reception mode) with the second external device 301, the first external device 201 (eg OTG device) connection detection, connection with the second external device 301 while connected to the first external device 201 (eg OTG device) and wireless charging function (wireless power reception mode) detection, first Detection of performing a wireless charging function (eg, wireless power transfer mode or wireless battery sharing mode) with the second external device 301 while performing wired charging while connected to the external device 201 (eg, USB charger), or While performing a wireless charging function (eg, wireless power transfer mode or wireless battery sharing mode) with the external device 301, connection with the first external device 201 (eg, USB charger) and detection of wired charging are performed.
  • environment may be included.
  • the balancing circuit 220 may control adaptive balancing of the flying capacitor CF without sensing the inductor current IL of the 3-level converter 210 .
  • the balancing circuit 220 is a control circuit (eg, an automatic balancing operation switching circuit) for balancing the flying capacitor CF in the charging circuit 200, in the current mode of the 3-level converter 210 Based on the path switching, it is possible to provide a seamless transition between operation corresponding to the buck mode and operation corresponding to the boost mode.
  • the balancing circuit 220 according to the present disclosure may include a balancing control circuitry 600 and a switching control circuitry 700 .
  • the balancing control circuit 600 controls the currently set balancing circuit 220 using the range of the flying capacitor CF without sensing the inductor current IL of the 3-level converter 210. It is possible to determine the balancing state according to the direction. In one embodiment, the balancing control circuit 600 may determine whether balancing according to the current control direction of the balancing circuit 220 is appropriate based on whether a condition specified by the control direction of the balancing circuit 220 is satisfied. . For example, the balancing control circuit 600 determines whether the target balancing is maintained (eg, the voltage of the flying capacitor CF is maintained at half voltage (Vin/2) of the input voltage Vin) or the target balancing is different. does not occur can be judged.
  • the target balancing eg, the voltage of the flying capacitor CF is maintained at half voltage (Vin/2) of the input voltage Vin
  • the balancing control circuit 600 determines that the balancing according to the control direction of the balancing circuit 220 satisfies a specified condition (eg, when the current balancing corresponds to the target balancing), and the current control direction is the normal direction. (or appropriate). For another example, the balancing control circuit 600 controls the current control direction when the balancing according to the control direction of the balancing circuit 220 does not satisfy a specified condition (eg, when a difference occurs between the current balancing and the target balancing) It can be determined that this error is in the direction (or inappropriate).
  • a specified condition eg, when the current balancing corresponds to the target balancing
  • the balancing control circuit 600 generates a control signal for balancing (eg, a gate driving signal (eg, a gate driving signal ( gate drive signal)) can be generated.
  • a control signal for balancing eg, a gate driving signal (eg, a gate driving signal ( gate drive signal)
  • the balancing control circuit 600 may identify whether the current balancing corresponds to the target balancing based on a comparison between the current balancing according to the currently set control direction and the target balancing.
  • the balancing control circuit 600 is suitable for balancing according to the control direction of the balancing circuit 220 (eg, when the voltage of the flying capacitor CF is maintained at half the voltage Vin/2 of the input voltage Vin) , for example, if the current balancing corresponds to the target balancing, it may operate to maintain the current setting (eg, control direction or pass).
  • the balancing control circuit 600 is used when the balancing according to the control direction of the balancing circuit 220 is not appropriate (eg, the voltage of the flying capacitor CF is greater than half the voltage Vin/2 of the input voltage Vin or small case), for example, if the current balancing does not correspond to the target balancing, it may operate to toggle (or switch) the control direction (eg, pass) of the balancing circuit 220 .
  • the balancing circuit 220 gradually reduces the duty cycle of the first switching element Q1 when the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes less than 1/2 of the input voltage Vin in the buck mode. , and gradually decrease the duty cycle of the second switching element Q2 so that the voltage Vc of the flying capacitor CF recovers to 1/2 of the input voltage Vin.
  • the balancing circuit 220 gradually reduces the duty cycle of the first switching element Q1 when the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes greater than 1/2 of the input voltage Vin in the buck mode, and the second By gradually increasing the duty cycle of the switching element Q2, the voltage Vc of the flying capacitor CF may decrease to 1/2 of the input voltage Vin.
  • the balancing circuit 220 gradually reduces the duty cycle of the first switching element Q1 when the voltage Vc of the flying capacitor CF is less than 1/2 of the input voltage Vin in the boost mode. , and gradually increase the duty cycle of the second switching element Q2 so that the voltage Vc of the flying capacitor CF recovers to 1/2 of the input voltage Vin.
  • the balancing circuit 220 gradually increases the duty cycle of the first switching element Q1 when the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes greater than 1/2 of the input voltage Vin in the boost mode, and the second By gradually decreasing the duty cycle of the switching element Q2, the voltage Vc of the flying capacitor CF may decrease to 1/2 of the input voltage Vin.
  • An example of a balancing control circuit 600 for this purpose is shown in FIG. 6 .
  • the switching control circuit 700 is a control signal (eg, for switching of the switching elements (eg, Q1, Q2, Q3, Q4) related to the balancing of the flying capacitor (CF) of the 3-level converter 210 : gate driving signal) can be generated.
  • the switching control circuit 700 converts the control direction based on the currently operating mode of the balancing circuit 220 to the first pass or the first pass based on the control signal received from the balancing control circuit 600. Switching of the switching elements (eg, Q1, Q2, Q3, and Q4) may be controlled to operate in a second pass that inverts .
  • the switching control circuit 700 is a control signal capable of inverting the control direction of the switching control circuit 700 from the balancing control circuit 600 (eg, the toggle circuit 620 of FIG. 6) ( Example: a gate drive signal) can be obtained.
  • the switching control circuit 700 performs a currently designated balancing mode based on a first control signal (eg, a signal designated to maintain the current setting, eg, 'high') of the balancing control circuit 600. It is possible to switch to maintain the control direction (eg, the first pass) according to (eg, maintain the current setting).
  • the switching control circuit 700 performs the currently specified balancing based on the second control signal (eg, a signal designated to change the current setting, eg, 'low') of the balancing control circuit 600. It is possible to switch to change the control direction (eg, first pass) according to the mode (eg, change from first pass to second pass and reverse the current setting).
  • the second control signal eg, a signal designated to change the current setting, eg, 'low'
  • the switching control circuit 700 controls the control direction of the balancing circuit 220 to adaptively switch the mode (eg, buck mode or boost mode) of the 3-level converter 210, thereby reducing the flying capacitor
  • the voltage of (CF) can be step-down or step-up.
  • An example of a switching control circuit 700 for this purpose is shown in FIGS. 7A and 7B.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example circuit configuration of a balancing control circuit in the balancing circuit according to FIG. 2 according to an embodiment of the present disclosure.
  • 7A and 7B are diagrams illustrating an example of a circuit configuration and operation of a switching control circuit in the balancing circuit according to FIG. 2 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 may show an example of a circuit configuration of the balancing control circuit 600 operating in the balancing circuit 220 .
  • FIGS. 7A and 7B may show a circuit configuration and operation example of the switching control circuit 700 operating in the balancing circuit 220 .
  • the balancing control circuit 600 performs current balancing (eg, balancing state) based on the voltage Vc of the flying capacitor CF and the half voltage Vin/2 of the input voltage Vin. ), and a control signal (eg, an output signal S of the toggle circuit 620) corresponding to the current balancing may be output.
  • the balancing control circuit 600 may include a sensing circuit 610 and a toggle circuit 620 .
  • the sensing circuit 610 may perform a comparison operation between the voltage Vc of the flying capacitor CF and the half voltage Vin/2 of the input voltage Vin, and output the result.
  • the sensing circuit 610 may include at least two comparators and a logic gate (eg, an OR gate).
  • the sensing circuit 610 may compare the voltage Vc of the flying capacitor CF and the half voltage Vin/2 of the input voltage Vin. Based on the result of the comparison, the sensing circuit 610 determines if the voltage Vc of the flying capacitor CF is kept constant with little change to half the voltage Vin/2 of the input voltage Vin (e.g., the flying capacitor If the voltage (Vc) of (CF) is within the range of half voltage (Vin/2) of the input voltage (Vin), it is possible to operate to maintain the current control direction.
  • the sensing circuit 610 detects if the voltage Vc of the flying capacitor CF is greater than or less than half the voltage Vin/2 of the input voltage Vin (eg, the flying capacitor CF) If the voltage Vc is out of the range of the half voltage (Vin/2) of the input voltage Vin), an output (eg, a clock signal) designated to reverse the current control direction may be transferred to the toggle circuit 620.
  • the sensing circuit 610 may perform a logic operation on two inputs from two comparators in a logic gate (eg, an OR gate) and input a clock signal resulting from the logic operation to the toggle circuit 620. there is.
  • the toggle circuit 620 may include a flip-flop (F/F) 620 .
  • the flip-flop (F/F) 620 may include a toggle (T) flip-flop (T F/F).
  • the output (S) of the toggle circuit 620 is a control signal (eg, “H” (High) or “L” for selecting a balancing control direction for charging or discharging the flying capacitor (CF)). (Low)).
  • the toggle circuit 620 may generate an output S that reverses the current balancing control direction based on a clock signal input from the sensing circuit 610 .
  • the flip-flop 620 may invert an output S (eg, high or low) whenever a clock signal is input from the sensing circuit 610 .
  • the output S of the toggle circuit 620 may be input to the switching control circuit 700 .
  • the toggle circuit 620 may be connected to the inverting circuit 720 (eg, a multiplexer (mux)) of the switching control circuit 700 .
  • the switching control circuit 700 based on the output (S) of the balancing control circuit 600, of the flying capacitor (CF) in the buck mode or boost mode
  • a control signal (eg, gate driving signal) for selecting a balancing control direction may be generated and input to the 3-level converter 210 (eg, the switching circuit 310).
  • the switching control circuit 700 may include a mode decision circuit 710 , an inversion circuit 720 (or compensation circuit) and an operation control circuit 730 .
  • the mode determination circuit 710 may include two comparators (eg, a first comparator 711 and a second comparator 713).
  • each of the comparators 711 and 713 of the mode decision circuit 710 is a voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) and a reference voltage (eg, half voltage (Vin / 2) of the input voltage (Vin)) ), and a corresponding mode activation signal may be generated.
  • the mode determination circuit 710 is a plurality of switching elements (Q1, Q2, Q3) included in the switching circuit 310 of the 3-level converter 210 to charge or discharge the flying capacitor (CF). , Q4) may output a mode activation signal (eg, base voltages VB1 and VB2) for selectively turning on at least some of them.
  • a mode activation signal eg, base voltages VB1 and VB2
  • the mode decision circuit 710 selects the balancing control direction of the flying capacitor CF in the buck mode or selects the balancing control direction of the flying capacitor CF in the boost mode, and the corresponding mode activation signal (Example: base voltages (VB1, VB2)) can be output.
  • the inverting circuit 720 may include two multiplexers (eg, a first multiplexer Mux1 and a second multiplexer Mux2).
  • the inversion circuit 720 corresponds to the output S (eg, 'high' or 'low') of the balancing control circuit 600 (eg, the toggle circuit 620), the mode determining circuit ( 710) may be switched to bypass or switch paths of the mode activation signals (eg, the base voltages VB1 and VB2) (eg, control the control direction of the mode determination circuit 710 in reverse).
  • the inversion circuit 720 may transfer the mode activation signal (eg, the base voltages VB1 and VB2) of the mode determination circuit 710 to the operation control circuit 730 through the first path 1. .
  • the inversion circuit 720 inverts the path of the first base voltage VB1 of the first comparator 711 and the second base voltage VB2 of the second comparator 713. It is possible to operate to transmit each as a part of the input voltage of the operation control circuit 730 through the first path (1) without For example, the inverting circuit 720 combines (eg, sums) the first base voltage VB1 of the first comparator 711 with the compensation voltage Vcntrl according to the first pass 1.
  • the balancing circuit 220 in the current mode, when the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is less than 1/2 of the input voltage (Vin), according to the first pass (1), the first By gradually increasing the duty cycle of the switching element Q1 and gradually decreasing the duty cycle of the second switching element Q2, the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes 1/2 of the input voltage Vin. It can operate to recover (e.g. balancing compensation) to .
  • the balancing circuit 220 in the current mode, when the voltage Vc of the flying capacitor CF is greater than 1/2 of the input voltage Vin, according to the first pass 1, the first switching element By gradually decreasing the duty cycle of (Q1) and gradually increasing the duty cycle of the second switching element (Q2), the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is reduced to 1/2 of the input voltage (Vin). (e.g. balancing compensation).
  • the inversion circuit 720 may transmit the mode activation signal (eg, the base voltages VB1 and VB2) of the mode determination circuit 710 to the operation control circuit 730 through the second path 2. .
  • the inversion circuit 720 passes the first base voltage VB1 of the first comparator 711 and the second base voltage VB2 of the second comparator 713 (eg : It is possible to switch (or invert) the first pass (1) and operate to transmit each as part of the input voltage of the operation control circuit 730 through the second pass (2).
  • the inverting circuit 720 combines (eg, sums) the first base voltage VB1 of the first comparator 711 with the compensation voltage Vcntrl according to the second pass 2.
  • the balancing circuit 220 when the voltage (Vc) of the flying capacitor (CF) is less than 1/2 of the input voltage (Vin) in the current mode, in the second pass (2) in which the polarity is reversed Accordingly, the duty cycle of the first switching element Q1 is gradually decreased and the duty cycle of the second switching element Q2 is gradually increased so that the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes the input voltage Vin It can operate to recover to 1/2 of (eg, balancing compensation).
  • the balancing circuit 220 when the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes greater than 1/2 of the input voltage Vin in the current mode, the second pass (2) whose polarity is inverted for balancing compensation. ), by gradually increasing the duty cycle of the first switching element Q1 and gradually decreasing the duty cycle of the second switching element Q2, the voltage Vc of the flying capacitor CF becomes the input voltage ( Vin) to 1/2 (eg, balancing compensation).
  • the inverting circuit 720 outputs S of the toggle circuit 620 during operation according to the balancing control direction of the flying capacitor CF in the boost mode.
  • S e.g. 1
  • the 3-level converter 210 controls the balancing of the flying capacitor (CF) in the buck mode (eg, It may be selected as the first pass (1)).
  • the inverting circuit 720 outputs the output of the first multiplexer Mux1 to the first selector 731 of the operation control circuit 730 and connected, and the output of the second multiplexer Mux2 can be switched to be connected to the second selector 733 of the operation control circuit 730.
  • the 3-level converter 210 is selected as the flying capacitor (CF) balancing control direction in the boost mode.
  • the inverting circuit 720 outputs the output of the first multiplexer Mux1 to the second selector 733 of the operation control circuit 730 and connected, and the output of the second multiplexer Mux2 can be switched to be connected to the first selector 731 of the operation control circuit 730.
  • the operation control circuit 730 is based on signals (eg, the first control voltage Vcntrl1 and the second control voltage Vcntrl2) input through the mode decision circuit 710 and the inverting circuit 720.
  • a control signal eg, a gate driving signal
  • the operation control circuit 730 corresponds to the control direction by the mode determination circuit 710 and the inversion circuit 720 determined through the inversion circuit 720, a plurality of switching elements (Q1, Q2, At least some of Q3 and Q4 may be selectively turned on to generate a control signal for charging or discharging the flying capacitor CF.
  • the switching control circuit 700 is a control signal of two multiplexers (Mux1, Mux2) capable of inverting the control direction of the switching control circuit 700 from the toggle circuit 620 of the balancing control circuit 600 can be obtained.
  • the switching control circuit 700 is selected as the flying capacitor (CF) balancing control direction in the buck mode when the output (S) of the toggle circuit 620 is 'high', for example, the flying capacitor
  • the flying capacitor When the voltage Vc of CF falls below half of the input voltage Vin (eg, Q1 duty decreases, Q2 duty increases), the duty cycle of the first switching element Q1 is gradually increased, and the second switching
  • the first selector 731 and the second selector 733 restore the voltage Vc of the flying capacitor CF to 1/2 of the input voltage Vin. It can generate a gate drive signal, such as Q1 ON, Q2 OFF (Q3 ON, Q4 OFF).
  • the switching control circuit 700 is selected as the flying capacitor (CF) balancing control direction in the boost mode when the output (S) of the toggle circuit 620 is 'low', for example, the flying capacitor
  • the voltage Vc of CF falls below half of the input voltage Vin (eg, Q1 duty increases, Q2 duty decreases)
  • the duty cycle of the first switching element Q1 is gradually reduced
  • the second switching By gradually increasing the duty cycle of the device Q2, the first selector 731 and the second selector 733 restore the voltage Vc of the flying capacitor CF to 1/2 of the input voltage Vin. It can generate a gate drive signal, such as Q1 OFF, Q2 ON (Q3 OFF, Q4 ON).
  • the operation control circuit 730 may generate a control signal to have a phase difference of 180 degrees between the first switching element Q1 and the second switching element Q2.
  • the balancing circuit 220 is a switching capable of inverting the balancing control direction of the flying capacitor CF (eg, switching to buck mode or boost mode)
  • a balancing control circuit 600 for controlling the output of the control circuit 700 and the switching control circuit 700 may be included.
  • the switching control circuit 700 includes two multiplexers (eg, a first multiplexer (Mux1) and a second multiplexer (Mux2)), and the balancing control circuit 600 is an inverting circuit 720 ( Example: It may include a toggle circuit 620 (eg, a toggle flip-flop) for controlling outputs of two multiplexers (Mux1 and Mux2).
  • a control signal for controlling the output of the inverting circuit 720 is provided to two multiplexers Mux1 and Mux2 of the inverting circuit 720 through the toggle circuit 620 (eg, a toggle flip-flop), respectively. It can be.
  • the basic output of the toggle circuit 620 may be determined by, for example, a value determined by the initial operation mode setting of the charging circuit 200 by the processor 120 .
  • the initial operation mode may be set to a first set (eg, buck setting) or a second set (reset (eg, boost setting)).
  • the balancing circuit 220 does not operate properly for the selected mode, so that the voltage Vc of the flying capacitor CF is half the voltage of the input voltage Vin ( Vin/2), the voltage balancing of the flying capacitor CF may be corrected through normal operation of the balancing circuit 220 by forcibly switching the selected mode. An example of this is shown in Figures 8a and 8b.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a balancing control operation of an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • an operating state of the charging circuit 200 may be indicated by setting the operation mode of the charging circuit 200 to set (eg, buck setting) or reset (eg, boost setting) by the processor 120 .
  • the output S may be determined as 'high' or 'low' according to the designated operation mode.
  • the range of the flying capacitor CF may be kept constant within a hysteresis (eg, +VH and -VH) range specified by considering the ripple based on the center value (eg, Vin/2). .
  • FIG. 8B shows, for example, while operating as in FIG. 8A, as illustrated in FIGS. 4 and 5, in a complex environment in which input and output for charging operate in both directions, the buck mode and the boost mode are frequent. It may indicate a state in which the buck mode or the boost mode is not clearly discriminated due to crossover or ping-pong near '0' in the current direction. For example, an example of a state in which the range of the flying capacitor CF is out of the hysteresis (eg, +VH and -VH) ranges specified based on the center value (eg, Vin/2) may be indicated.
  • the range of the flying capacitor CF is out of the hysteresis (eg, +VH and -VH) ranges specified based on the center value (eg, Vin/2) may be indicated.
  • the voltage of the flying capacitor CF may be greater than or less than half voltage Vin/2 of the input voltage Vin may occur.
  • balancing according to the current operating mode e.g. buck mode or boost mode
  • the range of the flying capacitor (CF) is set to the specified range (e.g. Vin/2+VH or Vin/2-VH).
  • a clock may be generated in the toggle circuit 620 .
  • the output (S) 'high' is inverted to 'low' in response to the clock generation in the section (A) , It can operate by switching to the boost mode according to the output (S) 'low'.
  • the outputs of the multiplexers (eg, Mux1 and Mux2) of the inverting circuit 720 are cross-outputted to the operation control circuit 730 (eg, the second pass (2) of FIG. 7B), and the flying capacitor (CF)
  • the balancing control direction can be switched.
  • the output (S) 'low' is inverted to 'high' in response to the clock generation in the section (B) , It can operate by switching to buck mode according to the output (S) 'high'.
  • the flying capacitor (CF) The balancing control direction can be switched.
  • a designated range for the flying capacitor (CF) is set, and when the flying capacitor (CF) is within the designated range, it is possible to operate to maintain the currently set control direction of the balancing circuit 220, and the designated range
  • a clock may be generated to adaptively switch the control direction of the balancing circuit 220. For example, when the voltage Vc of the flying capacitor CF is greater than or less than half the voltage Vin/2 of the input voltage Vin, the 'high' of the output S of the toggle circuit 620 occurs. By adaptively changing the duration according to ' or 'low', the operation between the buck mode and the boost mode can be seamlessly switched.
  • the output (S) of the toggle circuit 620 may be determined as a value by setting the initial operation mode, but the voltage balancing of the balancing circuit 220 in the selected mode fails, resulting in a flying capacitor.
  • Vc voltage of (CF) becomes larger or smaller than half (Vin/2) of the input voltage (Vin) by the hysteresis (VH) (e.g. center value)
  • VH hysteresis
  • switching between the buck mode and the boost mode of the 3-level converter 210 can be provided naturally and without interruption.
  • the electronic device 101 may include a battery 189, a processor 120, and a charging circuit 200.
  • the charging circuit 200 is formed such that one end connects at least one external device and a charging path, and the other end connects the battery and a charging path, and input and/or As a 3-level converter 210 for bidirectional operation of the output, a switching circuit 310 including a plurality of switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) and a flying capacitor (CF, flying capacitor), and an inductor (L ) and a filter circuit 320 including a capacitor Co.
  • the charging circuit 200 is a balancing circuit 220 for balancing the voltage of the flying capacitor CF of the 3-level converter 210, according to the mode designated as the initial operation mode by the processor 120 During balancing, to the balancing control circuit 600 generating an output for maintaining or switching the balancing control direction set in the designated mode, based on whether the balancing corresponds to the target balancing, and to the output of the balancing control circuit based on the switching control circuit 700 for switching the switching element in a balancing control direction according to the designated mode or switching the switching element in a direction opposite to the balancing control direction according to the designated mode.
  • the balancing control circuit 600 is set to control switching between a buck mode and a boost mode of the 3-level converter 210 under a wired/wireless complex operation condition of the electronic device 101, .
  • the buck mode may include a mode in which an input voltage is stepped down and output
  • the boost mode may include a mode in which an input voltage is boosted and output.
  • the balancing control circuit 600 may operate to generate a control signal for maintaining the first path set in the designated mode when the balancing corresponds to the target balancing.
  • the balancing control circuit 600 when the balancing does not correspond to the target balancing, the first path set in the designated mode to a second path opposite to the first path It operates to generate a control signal for switching, and the control signal for switching to the second path may include an inversion signal of the control signal for maintaining the first path.
  • the switching control circuit 700 may include a reversing circuit 720 for reversing the control direction of the balancing circuit 220 .
  • the inverting circuit 720 may include two multiplexers for controlling the control direction of the balancing circuit 220 in reverse.
  • the balancing control circuit 600 may include a toggle circuit 620 for controlling operations of the two multiplexers.
  • the balancing control circuit 600 controls the switching control circuit 700 through the toggle circuit 620 when the condition specified by the control direction of the balancing circuit 220 is not satisfied. It can act to change direction.
  • the inversion circuit 720 when the output of the toggle circuit 620 is high (H), to select the flying capacitor (CF) balancing control direction in the buck mode, the switching control circuit (700) can be controlled.
  • the inverting circuit 720 when the output of the toggle circuit 620 is low (L), to select the flying capacitor (CF) balancing control direction in the boost mode, the switching control circuit (700) can be controlled.
  • the balancing control circuit 600 may determine, by the processor 120, setting of an initial operation mode related to the output of the toggle circuit 620.
  • the balancing control circuit 600 by balancing based on the initial operation mode, when the voltage of the flying capacitor CF becomes greater or less than half the voltage of the input voltage by a reference voltage, the It is operable to generate a corresponding control signal to forcibly switch the initial operating mode.
  • the charging circuit 200 is in a current balancing state, regardless of the designated mode for voltage balancing of the flying capacitor CF, in a wired/wireless complex operation condition of the electronic device 101. Based on this, it is possible to operate to automatically select the balancing control direction.
  • the balancing control circuit 600 uses the range of the flying capacitor CF without sensing the inductor current IL of the 3-level converter 210, and the balancing circuit 220 ) can operate to determine the state of the currently set balancing control direction.
  • the processor 120 converts the output of the balancing control circuit 600 to the charging It may operate to set an initial operation mode to the designated mode corresponding to the function.
  • the balancing circuit 220 may operate to control charging or discharging of the flying capacitor CF by selectively turning on at least some of the plurality of switching elements.
  • the charging circuit 200 of the electronic device 101 is formed so that one end connects at least one external device and a charging path, and the other end connects the battery and a charging path, and the at least As a 3-level converter 210 that performs bidirectional operation of input and / or output related to one external device and charging operation, a plurality of switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) and a flying capacitor (CF, flying capacitor) including a switching circuit 310, and a filter circuit 320 including an inductor L and a capacitor Co, and balancing the voltage of the flying capacitor CF of the 3-level converter 210
  • a balancing circuit 220 for, during balancing according to a designated mode, based on whether the balancing corresponds to a target balancing, a first control signal for maintaining a first path set in the designated mode is generated, A balancing control circuit 600 generating a second control signal for switching the first path set in the designated mode to the second path, and in the balancing control direction according to
  • the balancing control circuit 600 operates to control switching between a buck mode and a boost mode of the 3-level converter 210 under a wired/wireless complex operation condition of the electronic device 101.
  • the switching control circuit 700 includes two multiplexers for controlling the control direction of the balancing circuit 220 in reverse, and the balancing control circuit 600, of the two multiplexers A toggle circuit 620 for controlling operation may be included.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation method of supporting charging in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • the operation method of FIG. 9 may be performed by the charging circuit 200 of the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may perform balancing based on a mode determined according to basic settings.
  • the electronic device 101 is wired and/or wirelessly connected to at least one external device (eg, the first external device 201 and/or the second external device 301), and connects to at least one external device 101. of external devices and charging operation can be initiated.
  • the electronic device 101 may perform balancing according to a designated balancing mode under complex operating conditions according to at least one external device and wired/wireless charging.
  • the electronic device 101 in the charging circuit 200 capable of bi-directional operation using the 3-level converter 210, based on the corresponding balancing control direction in a designated mode (eg, buck mode or boost mode) balancing can be done.
  • a designated mode eg, buck mode or boost mode
  • the complex operation condition is, for example, while the electronic device 101 performs a wireless charging function (eg, wireless power reception mode) with the second external device 301, the first external device 201 (eg OTG device) connection detection, connection with the second external device 301 while connected to the first external device 201 (eg OTG device) and wireless charging function (wireless power reception mode) detection, first Detection of performing a wireless charging function (eg, wireless power transfer mode or wireless battery sharing mode) with the second external device 301 while performing wired charging while connected to the external device 201 (eg, USB charger), or While performing a wireless charging function (eg, wireless power transfer mode or wireless battery sharing mode) with the external device 301, connection with the first external device 201 (eg, USB charger) and detection of wired charging are performed.
  • environment may be included.
  • the electronic device 101 may check balancing.
  • the electronic device 101 generates a first input voltage (eg, the voltage Vc of the flying capacitor CF) and a second input voltage (eg, the input voltage) through the balancing circuit 220 during balancing. Based on the result of the comparison operation of the half voltage (Vin/2) of , current balancing may be checked.
  • the electronic device 101 may determine whether the current balancing corresponds to the target balancing. According to an embodiment, the electronic device 101 may determine a difference between the first input voltage and the second input voltage based on the result of the comparison operation of the balancing circuit 220 . For example, the electronic device 101 determines the range of the flying capacitor CF based on the half voltage (Vin/2) of the input voltage Vin, and determines the current for balancing according to the range of the flying capacitor CF. It may be determined whether the set balancing control direction is appropriate. For example, it may be identified whether the voltage Vc of the flying capacitor CF according to the current balancing has a result (eg, target voltage) corresponding to a target balancing.
  • a result eg, target voltage
  • the electronic device 101 may generate a corresponding control signal (eg, output S) in operation 911.
  • the electronic device 101 may generate a control signal capable of maintaining a balancing control direction according to the current balancing through the balancing circuit 220 .
  • the electronic device 101 may generate a control signal to maintain the buck mode in the case of the flying capacitor (CF) balancing control direction in the buck mode according to basic settings.
  • the electronic device 101 may generate a control signal to maintain the boost mode in the case of a control direction of balancing of the flying capacitor (CF) in the boost mode according to basic settings.
  • the electronic device 101 may maintain the current mode (eg, buck mode or boost mode) based on the control signal.
  • the electronic device 101 may maintain a current mode (eg, buck mode or boost mode) according to a basic setting without changing the control direction of the balancing circuit 220 .
  • the electronic device 101 may continue balancing the flying capacitor CF in the current mode. According to an embodiment, the electronic device 101 may continue balancing the flying capacitor CF in a buck mode or a boost mode according to a basic setting.
  • the electronic device 101 may reverse the control signal in operation 921.
  • the electronic device 101 may invert the control signal to invert the balancing control direction according to the current balancing through the balancing circuit 220 .
  • the control signal may be an inversion signal for controlling the balancing control direction in reverse.
  • the electronic device 101 may generate a control signal (eg, an inversion signal) to switch the buck mode to the boost mode when the flying capacitor (CF) balancing control direction is in the buck mode according to basic settings.
  • the electronic device 101 may generate a control signal (eg, an inversion signal) to switch the boost mode to the buck mode in the case of the flying capacitor (CF) balancing control direction in the boost mode according to basic settings. .
  • the electronic device 101 may switch (or toggle) the current mode (eg, buck mode or boost mode) to another mode (eg, boost mode or buck mode) based on the control signal.
  • the electronic device 101 may switch the control direction of the balancing circuit 220 to forcibly switch the currently selected mode (eg, buck mode or boost mode) according to a basic setting.
  • the electronic device 101 may switch (eg, selectively turn on) at least some of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 of the switching circuit 310 according to the switched mode.
  • the electronic device 101 may perform balancing of the flying capacitor CF in the switched mode.
  • the electronic device 101 reversely toggles the control direction of the flying capacitor CF according to the buck mode or boost mode according to the basic setting, and to the flying capacitor CF balancing control direction according to the toggled mode. , balancing of the flying capacitor CF may be performed.
  • the electronic device 101 sets the first mode set in the currently selected mode (eg, buck mode or boost mode) based on whether the balancing based on the currently selected mode corresponds to the target balancing.
  • the path may be maintained, or the first path set in the currently selected mode (eg, buck mode or boost mode) may be toggled (or reversed) to a second path opposite to the first path.
  • the electronic device 101 uses a designated mode (eg, buck mode or boost mode) of the voltage of the flying capacitor CF. ), it is possible to determine whether the current balancing is appropriate and automatically select and switch to a balancing mode (or pass) suitable for the current balancing based on the result.
  • a designated mode eg, buck mode or boost mode
  • the electronic device 101 according to the present disclosure operates the buck mode and the boost mode of the 3-level converter 210 without disconnection of the input power of the charging circuit 200 under a complex operating condition of performing wired/wireless charging. Adaptive transition can be supported.
  • An operating method performed by an electronic device 101 includes performing balancing based on a mode determined according to basic settings in a complex operating condition according to at least one external device and wired/wireless charging; During the balancing, an operation of checking a balancing state and determining whether the balancing corresponds to the target balancing, generating a first control signal when the balancing corresponds to the target balancing, according to the balancing Operation of maintaining the balancing control direction, generating a second control signal inverted from the first control signal when the balancing does not correspond to the target balancing, and inverting the balancing control direction according to the balancing, the basic setting It may include an operation of selectively switching at least some of the plurality of switching elements to switch the determined mode according to , and an operation of balancing flying capacitors in the switched mode.

Landscapes

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Abstract

다양한 실시예들은 3-레벨 컨버터를 갖는 전자 장치의 충전 회로 및 충전 회로에서 밸런싱(balancing)을 제어하는 방법 및 장치를 제공한다. 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 배터리, 프로세서, 및 충전 회로를 포함할 수 있다. 상기 충전 회로는, 3-레벨 컨버터로서, 복수의 스위칭 소자 및 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로, 및 인덕터 및 커패시터를 포함하는 필터 회로를 포함할 수 있다. 상기 충전 회로는, 밸런싱 회로로서, 지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 밸런싱 제어 방향을 유지하거나 전환하기 위한 출력을 발생하는 밸런싱 제어 회로, 및 상기 밸런싱 제어 회로의 출력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로를 포함할 수 있다.

Description

3-레벨 컨버터를 갖는 충전 회로 및 그의 밸런싱 제어 방법
본 개시의 실시예들은 3-레벨 컨버터를 갖는 전자 장치의 충전 회로 및 충전 회로에서 밸런싱(balancing)을 제어하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
전자 장치의 충전 회로(charging circuitry)는 2-레벨 컨버터(two-level converter)를 대체하는 3-레벨 컨버터(three-level converter)를 포함하여 회로를 설계하고 있다. 예를 들면, 충전 회로에서, 3-레벨 컨버터는 일반적인 2-레벨 컨버터에 비해 상대적으로 작은 용량의 인덕터(inductor)를 사용하더라도, 큰 용량의 인덕터를 사용하는 2-레벨 컨버터와 동일한 리플 전류(ripple current)를 유지할 수 있다. 따라서, 3-레벨 컨버터는 인덕터 용량 감소를 통한 인덕터의 저항 저감으로 높은 전력변환 효율을 얻을 수 있는 장점이 있으며, 전자 장치의 충전 회로에 적용되고 있다.
일반적으로, 전자 장치에 사용되는 충전 회로는 3-레벨 컨버터의 복수의 스위칭 소자(또는 스위치)(예: MOSFET)(예: Q1, Q2, Q3, Q4)의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 충전 회로는 충전 소스(source)가 공급 가능한 전력 이상을 출력 단에 공급하게 되면, 입력 전압이 하강하는 것을 막기 위해 출력 전력을 감소시켜, 입력 전압이 지정된 값 이하로 떨어지지 않는 수준에서 출력 전력을 결정할 수 있다.
또한, 최근 전자 장치의 충전 회로는 유선 충전 패스(path)와 무선 충전 패스를 모두 포함할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치는 유선 충전 패스를 통해 외부 장치에 대한 출력을 제공하고, 무선 충전 패스를 통해 전자 장치에 대한 입력으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치는 외부 장치와 무선 충전을 수행하는 동안 다른 외부 장치(예: OTG(on-the-go) 장치)로 전원을 공급하거나, 또는 전자 장치의 유선 충전을 수행하는 동안 전자 장치의 무선 전력 공유(power share) 기능(또는 무선 배터리 공유 모드)을 통해 무선 충전 단으로 전원을 공급할 수 있다. 이러한 경우, 전력을 공급받는 쪽에서 요구(demand)하는 전력이, 전력을 공급하는 쪽의 전력보다 작은 경우에는, 두 전력의 차이가 충전 회로의 출력으로 공급될 수 있다. 이와 반대로, 전력을 공급받는 쪽에서 요구하는 전력이, 전력을 공급하는 쪽의 전력보다 큰 경우에는, 충전 회로가 리버스 부스트(reverse boost)로 동작하며, 두 전력의 차이가 전자 장치의 배터리로부터 공급될 수 있다.
상기와 같은 환경에서는, 충전 회로는 입력 전원이 끊김 없이(seamless transition), 3-레벨 컨버터의 벅 모드(buck mode)(또는 벅 동작(buck operation))와 부스트 모드(boost mode)(또는 부스트 동작(boost operation)) 간의 전환이 이루어져야 한다. 예를 들면, 충전 회로는 3-레벨 컨버터의 벅 모드에서는 제1 스위칭 소자(예: Q1 스위치)가 켜져 있는 동안 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터(flying capacitor)가 충전되고, 제2 스위칭 소자(예: Q2 스위치)가 켜져 있는 동안 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터가 방전될 수 있다. 다른 예를 들면, 충전 회로는 3-레벨 컨버터의 부스트 모드에서는 제1 스위칭 소자(예: Q1 스위치)가 켜져 있는 동안 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터가 방전되고 제2 스위칭 소자(예: Q2 스위치)가 켜져 있는 동안 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터가 충전될 수 있다.
따라서, 충전 회로에서 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱(balancing)을 위한 밸런싱 회로는, 제어 방향이 충전 회로의 동작(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에 따라 자동으로 전환되어야 한다. 예를 들면, 3-레벨 컨버터를 사용한 충전 회로의 경우, 이상적으로는 제1 스위칭 소자(예: Q1 스위치)의 도통 시간과 제2 스위칭 소자(예: Q2 스위치)의 도통 시간이 같아, 플라잉 커패시터의 전압은 입력 전압의 1/2로 유지될 수 있다.
하지만, 실제 충전 회로에서는 회로의 편차 등으로 인해 도통 시간의 미세한 차이가 발생할 수 있고, 이로 인해, 플라잉 커패시터의 전압이 입력 전압의 1/2로 유지되지 않을 수 있다. 이에, 충전 회로에서는 플라잉 커패시터의 전압을 모니터링하여 플라잉 커패시터의 전압이 입력 전압의 1/2을 유지할 수 있도록 제1 스위칭 소자(예: Q1 스위치)와 제2 스위칭 소자(예: Q2 스위치)의 도통 시간을 보상할 수 있는 밸런싱 회로가 필요할 수 있다.
예를 들면, 벅모드 동작 시에는 제1 스위칭 소자(예: Q1 스위치)의 도통 시간을 늘리고, 제2 스위칭 소자(예: Q2 스위치)의 도통 시간을 줄이면, 플라잉 커패시터의 전압이 상승하고, 부스트 모드 동작 시에는 제1 스위칭 소자(예: Q1 스위치)의 도통 시간을 늘리고, 제2 스위칭 소자(예: Q2 스위치)의 도통 시간을 줄이면 플라잉 커패시터의 전압이 감소할 수 있다.
이를 구현하기 위해서, 충전 회로는 3-레벨 컨버터의 인덕터 전류의 평균값이 양의 값인지 음의 값인지를 정확하게 판단할 수 있어야 한다. 예를 들면 충전 회로에서는, 인덕터 전류를 센싱하기 위한 별도의 전류 센싱 회로를 추가적으로 구비해야 한다. 또한, 충전 회로가 전류 센싱 회로를 구비하더라도, 전류 센싱 회로의 오프셋(offset)으로 인하여, 인덕터 전류에 대한 정밀한 센싱(예: zero crossing detect)의 구현이 어려움이 발생할 수 있다. 따라서, 기존 3-레벨 컨버터로 구현된 충전 회로에서는, 벅 모드와 부스트 모드 간의 끊김 없는 전환을 제공할 수 없다. 예를 들면, 유선 충전 패스와 무선 충전 패스를 모두 지원하는 듀얼 입력의 충전 회로에서, 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터의 밸런싱 제어가 어려울 수 있다.
다양한 실시예들에서는, 3-레벨 컨버터(three-level converter)를 갖는 충전 회로에서 벅 모드와 부스트 모드 간에 끊김 없는 전환을 제공할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
다양한 실시예들에서는, 3-레벨 컨버터 및 이의 밸런싱 제어를 위한 밸런싱 회로를 포함하는 충전 회로 및 충전 회로에서 벅 모드와 부스트 모드 간에 끊김 없는 전환을 구현하기 위한 밸런싱(balancing) 방법 및 장치를 제공한다.
다양한 실시예들에서는, 3-레벨 컨버터를 갖는 충전 회로에서 3-레벨 컨버터의 플라잉 커패시터(flying capacitor)에 대한 적응적 밸런싱 방법 및 장치를 제공한다.
다양한 실시예들에서는, 3-레벨 컨버터를 갖는 충전 회로에서 플라잉 커패시터의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로를 인덕터의 전류 센싱 없이 구현할 수 있는 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
본 개시의 실시예에 따른 전자 장치는, 배터리, 프로세서, 및 충전 회로를 포함하고, 상기 충전 회로는, 일단이 적어도 하나의 외부 장치와 충전 패스를 연결하고, 타단이 상기 배터리와 충전 패스를 연결하도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 하는 3-레벨 컨버터로서, 복수의 스위칭 소자 및 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로, 및 인덕터 및 커패시터를 포함하는 필터 회로를 포함하고, 상기 3-레벨 컨버터의 상기 플라잉 커패시터의 전압의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로로서, 상기 프로세서에 의해 초기 동작 모드로 지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 밸런싱 제어 방향을 유지하거나 전환하기 위한 출력을 발생하는 밸런싱 제어 회로, 및 상기 밸런싱 제어 회로의 출력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 전자 장치의 충전 회로는, 일단이 적어도 하나의 외부 장치와 충전 패스를 연결하고, 타단이 상기 배터리와 충전 패스를 연결하도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 하는 3-레벨 컨버터로서, 복수의 스위칭 소자 및 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로, 및 인덕터 및 커패시터를 포함하는 필터 회로를 포함하고, 상기 3-레벨 컨버터의 상기 플라잉 커패시터의 전압의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로로서, 지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 유지하기 위한 제1 제어 신호를 발생하거나, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 제2 패스로 전환하기 위한 제2 제어 신호를 발생하는 밸런싱 제어 회로, 및 상기 제1 제어 신호의 입력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 제2 제어 신호의 입력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로를 포함하고, 상기 제2 제어 신호는 상기 제1 제어 신호가 반전된 신호를 나타낼 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 전자 장치의 동작 방법은, 적어도 하나의 외부 장치와 유무선 충전에 따른 복합 동작 조건에서, 기본 설정에 따라 결정된 모드에 기반하여 밸런싱을 수행하는 동작, 상기 밸런싱을 수행하는 동안, 밸런싱 상태를 체크하여, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부를 판단하는 동작, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하면, 제1 제어 신호를 발생하여, 상기 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 유지하는 동작, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하지 않으면, 상기 제1 제어 신호가 반전된 제2 제어 신호를 발생하여, 상기 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 반전하는 동작, 상기 기본 설정에 따른 상기 결정된 모드를 전환하도록 복수의 스위칭 소자 중 적어도 일부를 선택적으로 스위칭 하는 동작, 및 상기 전환된 모드에서 플라잉 커패시터의 밸런싱을 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 개시의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 개시의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에 따른 전자 장치 및 그의 동작 방법에 따르면, 3-레벨 컨버터(three-level converter)를 갖는 충전 회로에서, 플라잉 커패시터(flying capacitor)의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(예: 자동 밸런싱 동작 전환 회로)를 통해, 3-레벨 컨버터의 벅 모드(또는 벅 동작)과 부스트 모드(또는 부스트 동작) 간에 끊김 없는 전환을 구현할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, OTG 장치 충전 및 무선 충전 또는 USB(universal serial bus) 유선 충전 및 무선 전력 공유와 같이, 충전을 위한 입력과 출력의 양방향으로 동작하는 환경에서, 외부 전원의 전력이 부족한 상황에서도, 벅 모드와 부스트 모드 간에 전환을 자연스럽고 끊김 없이 수행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 3-레벨 컨버터를 이용한 양방향 동작이 가능한 충전 회로에서, 플라잉 커패시터의 전압의 지정된 밸런싱 모드에 관계없이 자동으로 선택하도록 할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따르면, 전자 장치가 유무선 충전을 함께 수행하는 복합 동작 조건에서, 충전 회로의 입력 전원의 끊김 없이 벅 모드와 부스트 모드를 전환할 수 있다. 이를 통해, 충전 회로는 인덕터 전류의 센싱 없이 플라잉 커패시터의 범위만을 이용하여, 현재 설정된 밸런싱 회로의 제어 방향이 적절한지 판단할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 충전 회로는 밸런싱 회로의 제어 방향이 잘못된 경우, 밸런싱 회로의 제어 방향을 적응적으로 변경(현재 충전 패스 변경)하고, 변경된 제어 방향에 따라 정확한 밸런싱(예: 스텝 다운 또는 스텝 업)을 수행할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도면 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 충전 동작을 설명하기 위한 전자 장치 및 외부 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 3-레벨 컨버터의 회로 구성 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 2에 따른 3-레벨 컨버터가 벅 모드로 동작하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 따른 3-레벨 컨버터가 부스트 모드로 동작하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2에 따른 밸런싱 회로에서 밸런싱 제어 회로의 회로 구성 예를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 2에 따른 밸런싱 회로에서 스위칭 제어 회로의 회로 구성 및 동작 예를 도시하는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 밸런싱 제어 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 충전을 지원하는 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 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 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 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: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 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)를 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 저장하고, 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(CPU, central processing unit) 또는 어플리케이션 프로세서(AP, application processor)) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치(GPU, graphic processing unit), 신경망 처리 장치(NPU, neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서(ISP, image signal processor), 센서 허브 프로세서(sensor hub processor), 또는 커뮤니케이션 프로세서(CP, communication processor))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 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(inactive)(예: 슬립(sleep)) 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: 디스플레이 모듈(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 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(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(OS, operating system)(142), 미들 웨어(middleware)(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 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 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 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 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(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 multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD(secure digital) 카드 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 구성요소에 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 제1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN(wide area network))와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(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 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB, enhanced mobile broadband), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC, massive machine type communications), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC, ultra-reliable and low-latency communications)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO, full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 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 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 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 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 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, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC, mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 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 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 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: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 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 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 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 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 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 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 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 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 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 휴리스틱(heuristic)하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 충전 동작을 설명하기 위한 전자 장치 및 외부 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 3-레벨 컨버터의 회로 구성 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 2에 따른 3-레벨 컨버터가 벅 모드로 동작하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 따른 3-레벨 컨버터가 부스트 모드로 동작하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따라, 도 2는 전자 장치(101) 및 외부 장치(예: 제1 외부 장치(201) 및/또는 제2 외부 장치(301))에서 충전 동작을 지원하는 것과 관련된 구성의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 2에 예시된 전자 장치(101) 및 외부 장치(201, 301)는 도 1을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 전자 장치(101)의 구성 요소의 전부 또는 적어도 일부를 포함할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 내부 충전을 위한 입력과 외부 충전을 위한 출력을 동시에 지원 가능한 전자 장치일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 양방향 충전 동작이 가능한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 양방향 충전 동작이 가능한 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(personal computer), 및/또는 랩탑 컴퓨터(laptop computer)를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 전자 장치(101)는 전술한 장치들에 한정되지 않으며, 전자 장치(101)는 배터리(189)를 포함하고 양방향 충전 동작이 가능한 다양한 종류의 장치일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 외부 장치(201)가 OTG(on-the-go) 장치인 경우 제1 외부 장치(201)로 전자 장치(101)의 배터리(189)의 전력을 공급하여 제1 외부 장치(201)를 충전할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 외부 장치(201)가 USB(universal serial bus) 충전기인 경우 제1 외부 장치(201)로부터 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제2 외부 장치(301)로부터 무선으로 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제2 외부 장치(301)로 무선으로 전력을 전송하여 제2 외부 장치(301)에 대한 충전을 지원할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 외부 장치(201)와 연결되고, 제1 외부 장치(201)와 충전 동작을 수행하면서, 무선 충전 모드(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 전력 수신 모드)에 따라 제2 외부 장치(301)와 무선 전력을 전송 또는 수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 외부 장치(201)는 전자 장치(101)와 유선 연결(예: USB OTG 연결) 가능한 장치(예: OTG 장치)로, 전자 장치(101)와 직접 통신을 통해 데이터를 교환할 수 있고, 전자 장치(101)와 연결 시 전자 장치(101)로부터 공급되는 전압에 기반하여, 제1 외부 장치(201) 내부의 배터리(미도시)를 충전할 수 있다. 예를 들면, 제1 외부 장치(201)는 워치(watch)(예: 스마트 워치), 이어폰, 헤드셋, 및/또는 글래스(예: AR 글래스)와 같은 웨어러블 장치를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 제1 외부 장치(201)는 전자 장치(101)와 유선 연결(예: USB 연결)로, 전자 장치(101)에 직접 통신을 통해 전력을 제공하는 USB 충전기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 제2 외부 장치(301)는 전자 장치(101)로 무선으로 전력을 전송하여 전자 장치(101)의 무선 충전을 지원하거나, 전자 장치(101)로부터 무선으로 전력을 수신하여 제2 외부 장치(301)의 배터리(미도시)의 충전을 지원하는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 외부 장치(301)는 스마트 폰, 태블릿 PC, 및/또는 충전 패드와 같은 다양한 종류의 장치를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 제2 외부 장치(301)는 전술한 장치들에 한정되지 않으며, 제2 외부 장치(301)는 무선 전력을 전송하거나, 및/또는 수신이 가능한 다양한 종류의 장치일 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 외부 장치(301)는 전자 장치(101)로 무선으로 전력을 전송 또는 수신할 수 있고, 전자 장치(101)는 제2 외부 장치(201)로부터 무선으로 전력을 수신 또는 전송할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2에 도시된 전자 장치(101)는 본 개시의 실시예에 따른 충전 동작을 설명하기 위한 충전 회로(200)의 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 배터리(189) 및 충전 회로(200)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(120)는, 전자 장치(101)가 제1 외부 장치(201)와 연결 시에, 제1 외부 장치(201)가 OTG 장치인 경우 전자 장치(101)의 배터리(189)의 전력을 공급하여 제1 외부 장치(201)를 충전하도록 동작할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서(120)는, 전자 장치(101)가 제1 외부 장치(201)와 연결 시에, 제1 외부 장치(201)가 USB 충전기인 경우 제1 외부 장치(201)로부터 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하도록 동작할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 제1 외부 장치(201)가 OTG 장치인 경우 제1 외부 장치(201)와 데이터 통신(예: 오디오 데이터 송수신)을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 제2 외부 장치(301)로부터 무선으로 전력을 수신하여 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하거나, 또는 제2 외부 장치(301)로 무선으로 전력을 전송하여 제2 외부 장치(301)에 대한 충전을 지원하도록 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 제1 외부 장치(201)와 연결되고, 제1 외부 장치(201)와 충전 동작을 수행하면서, 무선 충전 모드(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 전력 수신 모드)에 따라 제2 외부 장치(301)와 무선 전력을 전송 또는 수신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 충전 기능 수행 시에, 충전 회로(200)에서 밸런싱 회로(220)의 초기 동작 모드(예: 부스트 모드(boost mode) 또는 벅 모드(buck mode))를 설정할 수 있고, 프로세서(120)에 의해 설정된 초기 동작 모드에 기반하여 밸런싱 회로(220)가 동작할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(120)는 충전 회로(200)의 초기 동작 시에 밸런싱 회로(220)의 밸런싱 제어 회로(600)(예: 도 6의 토글 회로(620))의 출력을 초기 동작 모드 설정에 의한 값(예: 셋(set) 또는 리셋(reset))으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(120)는 제1 충전 기능 및/또는 제2 충전 기능 시에 충전 회로(200)가 부스트 모드로 동작하기 위한 제1 설정 값을 결정하고, 제3 충전 기능 및/또는 제4 충전 기능 시에 충전 회로(200)가 벅 모드로 동작하기 위한 제2 설정 값을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 벅 모드는 입력 전압을 강압하여 출력하는 모드(예: 스텝다운 모드(step-down mode))를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 부스트 모드는 입력 전압을 승압하여 출력하는 모드(예: 스텝업 모드(step-up mode))를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 중간 전압(또는 중심 값)에 기반하여 3-레벨 컨버터(210)의 동작 모드를 결정하고, 중간 전압 및 동작 모드에 기반하여 3-레벨 컨버터(210)가 동작하도록 밸런싱 회로(220)를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 충전 기능은, 예를 들면, 벅 모드에서 전자 장치(101)의 배터리(189) 및/또는 제2 외부 장치(301)의 전력으로 제1 외부 장치(201)(예: OTG 장치)를 충전하는 기능을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 충전 기능은, 예를 들면, 전자 장치(101)의 배터리(189)의 전력으로 제2 외부 장치(301)(예: 다른 전자 장치)를 무선으로 충전하는 기능(예: 무선 배터리 공유 모드)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 충전 기능은, 예를 들면, 제2 외부 장치(301)(예: 다른 전자 장치 또는 충전 패드)로부터 무선으로 수신하는 전력으로 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하는 기능을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제4 충전 기능은, 예를 들면, 제1 외부 장치(201)(예: USB 충전기)로부터 유선으로 수신하는 전력으로 전자 장치(101)의 배터리(189)를 충전하는 기능을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 메모리(130)는 도 1을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 메모리(130)의 기능을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(130)는, 전자 장치(101)의 충전 동작과 관련된 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터는, 전자 장치(101)의 충전 기능 수행 시에, 제1 충전 기능, 제2 충전 기능, 제3 충전 기능 및/또는 제4 충전 기능에 따른 초기 동작 모드 설정 값을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는, 충전 회로(200)로부터, 제1 외부 장치(201) 또는 제2 외부 장치(301)로부터 수신된 전력의 적어도 일부를 공급받아 충전될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는 충전 회로(200)를 통해 제1 외부 장치(201) 또는 제2 외부 장치(301)로 전력을 직접 또는 무선으로 공급하여 제1 외부 장치(201) 또는 제2 외부 장치(301)의 충전을 지원할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리(189)는 배터리 보호 회로(예: PCM, protection circuit module)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 보호 회로는 배터리(189)의 성능 저하 또는 소손을 방지하기 위한 다양한 기능(예: 사전 차단 기능)을 수행할 수 있다. 배터리 보호 회로는, 추가적으로 또는 대체적으로, 셀 밸런싱, 배터리의 용량 측정, 충방전 횟수 측정, 온도 측정, 또는 전압 측정을 수행하기 위한 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)의 적어도 일부로서 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 충전 회로(200)는 3-레벨 컨버터(three-level converter)(210) 및 밸런싱 회로(balancing circuitry)(220)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 3-레벨 컨버터(210)는 일단이 충전 회로(200)를 통해 적어도 하나의 외부 장치(예: 도 2의 제1 외부 장치(201) 및/또는 제2 외부 장치(301))와의 충전 패스를 연결하도록 형성하고, 타단이 전자 장치(101)의 배터리(189)와 충전 패스를 연결하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 3-레벨 컨버터(210)는 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 지원할 수 있다.
일 실시예에서, 충전 회로(200)의 3-레벨 컨버터(210)는 스위칭 회로(310) 및 필터 회로(320)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 3-레벨 컨버터(210)의 구조의 예가 도 3에 도시된다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른, 스위칭 회로(310)는 입력 전압(Vin)을 스위칭 제어할 수 있다. 스위칭 회로(310)는 제1 스위칭 소자(Q1), 제2 스위칭 소자(Q2), 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제4 스위칭 소자(Q4)의 복수의 스위칭 소자와 플라잉 커패시터(CF, flying capacitor)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 스위칭 소자 각각은 트랜지스터(예: 모스펫(MOSFET, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor))를 이용할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트 드라이브(gate drive), 제2 스위칭 소자(Q2)의 게이트 드라이브, 제3 스위칭 소자(Q3)의 게이트 드라이브, 및 제4 스위칭 소자(Q4)의 게이트 드라이브로 스위칭을 제어하기 위한 신호(예: 게이트 구동 신호(gate drive signal))가 인가될 수 있다. 예를 들면, PWM(pulse width modulation) 신호가 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 각 게이트 드라이브에 입력되어 스위칭을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는, 예를 들면, 소스(source), 게이트(gate) 및 드레인(drain) 단자를 포함할 수 있고, 게이트(gate) 전압의 온/오프(on/off)에 기반하여 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 온/오프 될 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 게이트는 일종의 커패시터와 유사할 수 있고, 커패시터를 채우고 비움으로써 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 온/오프되는 원리일 수 있다.
스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 게이트와 드레인 또는 소스 사이에 전기적 연결을 가지지 않고 분리될 수 있다. 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 게이트에 지정된 값 이상의 전압(예: 임계 전압(threshold voltage))이 인가되면, 드레인과 소스 사이에 전류가 흐를 수 있다. 일 실시예에서, 지정된 값 이상의 전압(예: 임계 전압)은, 예를 들면, 2V에서 10V 사이로 다양할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 회로(310)에서, 제3 스위칭 소자(Q3)는 제2 스위칭 소자(Q2)의 반전 회로일 수 있고, 제4 스위칭 소자(Q4)는 제1 스위칭 소자(Q1)의 반전 회로일 수 있다.
일 실시예에서, 플라잉 커패시터(CF)는 전압을 높이기 위해 사용되는 커패시터를 나타낼 수 있다. 플라잉 커패시터(CF)의 음극은 접지에 붙지 않으며, 양 끝단이 스위칭 소자와 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라잉 커패시터(CF)는 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 적어도 일부 스위칭 소자의 동작에 따라 충전, 방전 또는 플로팅(floating)될 수 있다.
일 실시예에서, 플라잉 커패시터(CF)는 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제3 스위칭 소자(Q3)의 동작에 따라 충전되고, 제2 스위칭 소자(Q2) 및 제4 스위칭 소자(Q4)의 동작에 따라 방전될 수 있다. 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제3 스위칭 소자(Q3)가 온(on) 되고, 제2 스위칭 소자(Q2)와 제4 스위치 소자(Q4)가 오프(off) 되는 동안 충전될 수 있다. 이러한 경우, 스위칭 회로(310)의 출력(예: 인덕터(L)의 입력단 전압 또는 스위칭 노드 전압)은 입력 전압(Vin)의 절반 전압(예: Vin - Vc = Vin/2)일 수 있다.
다른 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제3 스위칭 소자(Q3)가 오프 되고, 제2 스위칭 소자(Q2)와 제4 스위칭 소자(Q4)가 온 되는 동안 방전될 수 있다. 이러한 경우, 스위칭 회로(310)의 출력은 입력 전압(Vin)의 절반 전압(예: Vc = Vin/2)일 수 있다.
일 실시예서, 플라잉 커패시터(CF)는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)가 동시에 온 되고, 제3 스위칭 소자(Q3)와 제4 스위칭 소자(Q4)가 동시에 오프 되는 경우 플로팅 될 수 있다. 이러한 경우, 스위칭 회로(310)의 출력은 입력 전압(Vin)일 수 있다. 다른 실시예에서, 플라잉 커패시터(CF)는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)가 동시에 오프 되고, 제3 스위칭 소자(Q3)와 제4 스위칭 소자(Q4)가 동시에 온 되는 경우 플로팅 될 수 있다. 이러한 경우, 스위칭 회로(310)의 출력은 0일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제4 스위칭 소자(Q4)가 동시에 온(on) 되는 경우에는 쇼트(short)가 발생할 수 있다. 예를 들면, 제1 스위칭 소자(Q1) 와 제4 스위칭 소자(Q4)의 제어 신호는 서로 반전될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 스위칭 소자(Q2)와 제3 스위칭 소자(Q3)가 동시에 온 되는 경우에는 쇼트가 발생할 수 있다. 예를 들면, 제2 스위칭 소자(Q2)와 제3 스위칭 소자(Q3)의 제어 신호는 서로 반전될 수 있다.
일 실시예에 따른, 필터 회로(320)는 스위칭 회로(310)의 출력 신호를 평활화 하여 출력 전압(Vo)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 회로(320)는 인덕터(L)와 커패시터(Co)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 필터 회로(320)는 저항(R)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 인덕터(L)는 스위칭 소자가 턴-온 되면 에너지를 충전하고, 스위칭 소자가 턴-오프 되면 전류 관성을 유지한 채 에너지를 출력단으로 전달(에너지 방출)할 수 있다.
일 실시예에서, 인덕터(L)의 일단은 제2 스위칭 소자(Q2)와 제3 스위칭 소자(Q3) 사이의 제1 접점(N1)을 통해 제2 스위칭 소자(Q2) 및 제3 스위칭 소자(Q3)와 연결될 수 있다. 인덕터(L)의 타단은 제2 접점(N2)에서 커패시터(Co)의 일단과 연결될 수 있다. 커패시터(Co)의 타단은 접지와 연결될 수 있다. 여기서, 제2 접점(N2)의 전압은 필터 회로(320)의 출력 전압에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 필터 회로(320)는 인덕터(L)와 커패시터(Co)에 의한 LC 필터(예: 저역통과필터(LPF, low pass filter))를 형성할 수 있다. 예를 들면, 인덕터(L)와 커패시터(Co)는 출력 단에서 보이는 고주파 성분을 제거하여 직류 성분만 통과시켜서 출력 단에 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전술한 구성을 포함하는 3-레벨 컨버터(210)는 입력 전압(Vin)을 입력 받고, 입력 전압을 배터리(189)를 충전하기 위한 스위칭 동작을 통하여 출력 전압(Vo)을 발생하는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 일 실시예에서, "3-레벨"이라는 의미는, DC-DC 컨버터의 스위칭 동작에 이용되는 전압 레벨의 개수에 관련되며, 예를 들면, 입력 전압(Vin), 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2) 및 제로 전압(0V)과 같은 3개의 레벨로 동작 가능한 컨버터인 것을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 도 3의 예시를 참조하면, 스위칭 소자(예: Q1, Q2, Q3 및 Q4) 중, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)가 턴-온 되는 경우 스위칭 노드의 전압은 입력 전압(Vin)이 되고, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제3 스위칭 소자(Q3) 또는 제2 스위칭 소자(Q2)와 제4 스위칭 소자(Q4)가 턴-온 되는 경우 스위칭 노드의 전압은 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)이 되고, 제3 스위칭 소자(Q3)와 제4 스위칭 소자(Q4)가 턴-온 되는 경우 스위칭 노드의 전압은 제로 전압(0V)이 될 수 있다. 이러한 3-레벌 컨버터(210)의 예가 도 3에 도시되며, 본 개시에서 이용되는 DC-DC 컨버터의 전압 레벨의 개수는 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 3-레벨 컨버터(210)는 입력 전압(Vin) 보다 낮은 목표 전압으로 출력 전압(Vo)을 제어하는 회로일 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 튜티(duty)(D)(예: 스위칭 듀티)와 입력 전압(Vin)의 곱으로 출력 전압(Vo)을 나타낼 수 있다. 예를 들면, Vo = D*Vin과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 듀티는 듀티비로 0과 1 사이 값을 가지며, 예를 들면, 스위치가 온(on)이면 듀티가 “1”이고, 스위치가 절반만 온이면 듀티가 “0.5”이고, 스위치가 오프(off)이면 듀티가 “0”일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3-레벨 컨버터(210)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반(또는 1/2)으로 유지되고 있는 경우에는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클(duty cycle)이 동일할 수 있고, 듀티 신호의 위상이 서로 180도 차이(또는 위상차)를 가질 수 있다.
일 실시예에 따라, 3-레벨 컨버터(210)는, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구될 때까지 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시킬 수 있다.
다른 실시예에 따라, 3-레벨 컨버터(210)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소될 때까지 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 3-레벨 컨버터(210)는, 듀티가 0.5 이하인 경우 인덕터(L)에 걸리는 전압(VL)은 0에서 Vin/2로 스위칭 되고, 듀티가 0.5 이상인 경우 인덕터(L)에 걸리는 전압(VL)은 Vin/2에서 입력 전압(Vin)으로 스위칭 될 수 있다. 따라서, 3-레벨 컨버터(210)의 경우 일반적인 컨버터(예: 2-레벨 컨버터)에 비해 인덕터(L)에 걸리는 전압이 절반으로 줄어드는 효과가 있다. 이는 인덕터 전류(IL) 리플(ripple)의 크기 및 출력 전압(Vo) 리플을 줄이는 효과를 가질 수 있다. 이와 같이, 3-레벨 컨버터(210)의 경우, 일반적인 2-레벨 컨버터에 비해 다양한 레벨 조합에 기반한 다양한 동작 모드가 가능하다.
또한, 3-레벨 컨버터(210)는 2-레벨 컨버터에 구현되는 인덕터에 비해 상대적으로 작은 용량의 인덕터(L)를 사용하더라도, 큰 용량의 인덕터를 사용하는 2-레벨 컨버터와 동일한 전류 리플을 유지할 수 있기 때문에, 인덕터(L)의 용량 감소를 통한 인덕터(L)의 저항 저감으로 높은 전력 변환 효율을 얻을 수 있다.
일 실시예에 따라, 충전 회로(200)는 유선 충전 패스(path)와 무선 충전 패스를 모두 포함할 수 있다. 예를 들면, 충전 회로(200)는 유선 충전 패스를 통해 제1 외부 장치(201)에 대한 출력을 제공하고, 무선 충전 패스를 통해 제2 외부 장치(301)로부터 수신된 전력을 전자 장치(101)에 대한 입력으로 제공할 수 있다. 다른 예를 들면, 충전 회로(200)는 유선 충전 패스를 통해 제1 외부 장치(201)로부터 수신된 전력을 전자 장치(101)에 대한 입력으로 제공하고, 무선 충전 패스를 통해 제2 외부 장치(301)에 대한 출력을 제공할 수 있다.
예를 들면, 전자 장치(101)는 제2 외부 장치(301)와 무선 충전을 수행하는 동안 다른 외부 장치(예: OTG 장치)로 전원을 공급하거나, 또는 전자 장치(101)의 유선 충전을 수행하는 동안 전자 장치(101)의 무선 전력 공유(power share) 기능(또는 무선 배터리 공유 모드)을 통해 무선 충전 단으로 전원을 공급할 수 있다.
이러한 경우, 전력을 공급받는 쪽에서 요구(demand)하는 전력이, 전력을 공급하는 쪽의 전력보다 작은 경우에는, 두 전력의 차이가 충전 회로(200)의 출력으로 공급될 수 있다. 이와 반대로, 전력을 공급받는 쪽에서 요구하는 전력이, 전력을 공급하는 쪽의 전력보다 큰 경우에는, 충전 회로(200)가 리버스 부스트(reverse boost)로 동작하며, 두 전력의 차이가 전자 장치(101)의 배터리(189)로부터 공급될 수 있다.
상기와 같은 환경에서는, 충전 회로(200)는 입력 전원의 끊김 없이(seamless transition), 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드(buck mode)(또는 벅 동작(buck operation))와 부스트 모드(boost mode)(또는 부스트 동작(boost operation)) 간의 전환이 이루어져야 한다. 이의 예가 도 4 및 도 5에 도시된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4 및 도 5는 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드로 동작하는 예(도 4) 및 부스트 모드로 동작하는 예(도 5)를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 도 4는, 예를 들면, 전자 장치(101)가 제1 외부 장치(201)(예: OTG 장치)와 연결되어 데이터 통신 및/또는 충전을 수행하고, 이와 동시에 무선 충전 모드(예: 무선 전력 수신 모드)에 따라 제2 외부 장치(301)로부터 무선 전력을 수신하는 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 예시는 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드에 따른 충전 패스를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 도 5는 도 4와 같은 상태에서, 전자 장치(101)와 제2 외부 장치(301) 사이의 연결이 해제되고, 제2 외부 장치(301)로부터의 무선 전력의 수신이 중단(또는 차단)된 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 예시는 3-레벨 컨버터(210)의 부스트 모드에 따른 충전 패스의 흐름을 나타낼 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 충전 회로(200)는 전자 장치(101)가 제1 외부 장치(201) 및 제2 외부 장치(301)와 각각 연결되고, 벅 모드로 동작 시에, 제2 외부 장치(301)로부터 수신되는 입력 전압(①)의 적어도 일부 전압(②)을 제1 외부 장치(201)로 전달하고, 입력 전압(①)의 나머지 일부 전압(③=①-②)을 전자 장치(101)의 배터리(189)로 전달하는 제1 충전 패스를 구성할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 충전 회로(200)는 도 4와 같은 상태(예: 벅 모드로 동작 중)에서, 전자 장치(101)가 제2 외부 장치(301)와 연결이 해제되어 제2 외부 장치(301)로부터의 입력 전압(①)이 차단되고, 벅 모드로부터 전환되는 부스트 모드로 동작 시에, 전자 장치(101)의 배터리(189)의 전압(VBAT)(④)을 제1 외부 장치(201)로 전달하는 제2 충전 패스를 구성할 수 있다. 예를 들면, 충전 회로(200)는 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드(또는 벅 동작)와 부스트 모드(또는 부스트 동) 사이를 적응적으로 전환할 수 있다.
일 실시예에 따라, 3-레벨 컨버터(210)(예: 스위칭 회로(310))는 벅 모드에서는 제1 스위칭 소자(Q1)가 켜져 있는 동안 플라잉 커패시터(CF)가 충전되고, 제2 스위칭 소자(Q2)가 켜져 있는 동안 플라잉 커패시터(CF)가 방전될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 3-레벨 컨버터(210)(예: 스위칭 회로(310))는 부스트 모드에서는 제1 스위칭 소자(Q1)가 켜져 있는 동안 플라잉 커패시터(CF)가 방전되고, 제2 스위칭 소자(Q2)가 켜져 있는 동안 플라잉 커패시터(CF)가 충전될 수 있다. 따라서, 충전 회로(200)에서 3-레벨 컨버터(210)의 플라잉 커패시터(CF)의 전압 밸런싱(balancing)을 위한 밸런싱 회로(balancing circuitry)는, 제어 방향이 3-레벨 컨버터(210)의 동작(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에 따라 자동으로 전환되어야 한다.
예를 들면, 3-레벨 컨버터(210)를 사용한 충전 회로(200)의 경우, 이상적으로는 제1 스위칭 소자(Q1)의 도통 시간과 제2 스위칭 소자(Q2)의 도통 시간이 같아, 플라잉 커패시터의 전압은 입력 전압의 1/2로 유지될 수 있다. 하지만, 실제 충전 회로(200)에서는 회로의 편차 등으로 인해 도통 시간의 미세한 차이가 발생할 수 있고, 이로 인해, 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압의 1/2로 유지되지 않을 수 있다.
이에, 충전 회로(200)에서는 플라잉 커패시터(CF)의 전압을 모니터링하여 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압의 1/2을 유지할 수 있도록 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 도통 시간을 보상할 수 있는 밸런싱 회로가 필요할 수 있다. 예를 들면, 벅모드 동작 시에는 제1 스위칭 소자(Q1)의 도통 시간을 늘리고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 도통 시간을 줄이면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 상승하고, 부스트 모드 동작 시에는 제1 스위칭 소자(Q1)의 도통 시간을 늘리고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 도통 시간을 줄이면 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 감소할 수 있다.
본 개시에서는 3-레벨 컨버터(210)의 플라잉 커패시터(CF) 전압의 지정된 밸런싱 모드에 관계없이, 현재 밸런싱의 상태를 판단(예: 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반한 현재 밸런싱의 적절성 판단)하고, 그에 따라 3-레벨 컨버터(210)의 지정된 밸런싱 모드에서 벅 모드와 부스트 모드에 대응하는 동작 사이의 끊김 없는 전환을 지원할 수 있는 밸런싱 회로(220)가 제공될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 충전 회로(200)는 전술한 바와 같이, 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 끊김 없는 전환을 제어하기 위한 밸런싱 회로(220)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른 전자 장치(101) 또는 전자 장치(101)의 충전 회로(200)는 3-레벨 컨버터(210)의 적응적 동작 제어를 위한 밸런싱 회로(220)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 밸런싱 회로(220)는 3-레벨 컨버터(210)의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱을 조정하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱 회로(220)는 3-레벨 컨버터(210)의 인덕터(L) 양단의 인덕터 전류(IL) 및/또는 출력 전압(Vo)의 변화에 기반하여 밸런싱을 위한 제어 신호(예: 게이트 구동 신호(gate drive signal) 또는 듀티 신호)를 생성하여 3-레벨 컨버터(210)의 스위칭 회로(310)로 출력할 수 있다. 이러한 제어 신호에 따라 3-레벨 컨버터(210)의 스위칭 회로(310)에 포함된 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 적어도 일부가 선택적으로 턴-온 되어, 플라잉 커패시터(CF)가 충전되거나 방전될 수 있다.
일 실시예에서, 밸런싱 회로(220)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)으로 유지되지 못하고 드리프트(drift) 되는 것을 방지하기 위한 회로일 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른 밸런싱 회로(220)는 전자 장치(101)의 유무선 충전에 따른 복합 동작 조건에서, 지정된 밸런싱 모드에 따른 밸런싱을 수행하고, 해당 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 식별할 수 있다.
일 실시예에 따라, 밸런싱 회로(220)는 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 현재 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에서 설정된 제1 패스를 유지하거나, 현재 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에서 설정된 제1 패스를 제1 패스와 반대되는 제2 패스로 토글(toggle)(또는 반전)할 수 있다.
일 실시예에 따라, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서, 제1 패스에 따라, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구하도록 동작할 수 있다.
다른 예를 들면, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서, 제1 패스에 따라, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서, 제2 패스에 따라, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구하도록 동작할 수 있다.
다른 예를 들면, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서, 제2 패스에 따라, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 밸런싱 회로(220)는 3-레벨 컨버터(210)를 이용한 양방향 동작이 가능한 충전 회로(200)에서, 플라잉 커패시터(CF)의 전압의 지정된 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에 관계없이, 현재 밸런싱이 적절한지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱 회로(220)는 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)으로 유지되는지) 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 밸런싱 회로(220)는 판단하는 결과에 기반하여 현재 밸런싱에 대응하는(또는 적합한) 패스를 자동으로 선택하여 전환할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른, 밸런싱 회로(220)는 전자 장치(101)가 유무선 충전을 수행하는 복합 동작 조건에서, 충전 회로(200)의 입력 전원의 끊김 없이 3-레벨 컨버터(210)의 현재 모드에 대한 패스를 적응적으로 전환하도록 지원할 수 있다.
일 실시예에서, 복합 동작 조건은, 예를 들면, 전자 장치(101)가 제2 외부 장치(301)와 무선 충전 기능(예: 무선 전력 수신 모드)을 수행하는 중에 제1 외부 장치(201)(예: OTG 장치)의 연결 검출, 제1 외부 장치(201)(예: OTG 장치)와 연결된 중에 제2 외부 장치(301)와 연결 및 무선 충전 기능(무선 전력 수신 모드) 수행 검출, 제1 외부 장치(201)(예: USB 충전기)와 연결되어 유선 충전을 수행하는 중에 제2 외부 장치(301)와 무선 충전 기능(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 배터리 공유 모드) 수행 검출, 또는 제2 외부 장치(301)와 무선 충전 기능(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 배터리 공유 모드)을 수행하는 중에 제1 외부 장치(201)(예: USB 충전기)와 연결 및 유선 충전 수행 검출과 같은 다양한 복합적인 환경을 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 밸런싱 회로(220)는 3-레벨 컨버터(210)의 인덕터 전류(IL)의 센싱 없이, 플라잉 커패시터(CF)의 적응적 밸런싱을 제어할 수 있다. 예를 들면, 밸런싱 회로(220)는 충전 회로(200)에서, 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱을 위한 제어 회로(예: 자동 밸런싱 동작 전환 회로)로, 3-레벨 컨버터(210)의 현재 모드에서 패스 전환에 기반하여 벅 모드에 대응하는 동작과 부스트 모드에 대응하는 동작 간에 끊김 없는 전환을 제공할 수 있다. 본 개시에 따른 밸런싱 회로(220)는 밸런싱 제어 회로(balancing control circuitry)(600)와 스위칭 제어 회로(switching control circuitry)(700)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 밸런싱 제어 회로(600)는 3-레벨 컨버터(210)의 인덕터 전류(IL)의 센싱 없이, 플라잉 커패시터(CF)의 범위를 이용하여, 현재 설정된 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 따른 밸런싱 상태를 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 밸런싱 제어 회로(600)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 의해 지정된 조건을 만족하는지 여부에 기반하여 밸런싱 회로(220)의 현재 제어 방향에 따른 밸런싱이 적절한지 판단할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱 제어 회로(600)는 목표한 밸런싱이 유지(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)으로 유지)되는지 또는 목표한 밸런싱과 차이가 발생하지 판단할 수 있다.
예를 들면, 밸런싱 제어 회로(600)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 따른 밸런싱이 지정된 조건을 만족하는 경우(예: 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는 경우) 현재 제어 방향이 정상 방향인(또는 적절한) 것으로 판단할 수 있다. 다른 예를 들면, 밸런싱 제어 회로(600)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 따른 밸런싱이 지정된 조건을 만족하지 않는 경우(예: 현재 밸런싱과 목표한 밸런싱에 차이가 발생하는 경우) 현재 제어 방향이 에러 방향인(또는 부적절한) 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 밸런싱 제어 회로(600)는, 인덕터(L) 양단의 인덕터 전류(IL) 및/또는 출력 전압(Vo)의 변화에 기반하여 밸런싱을 위한 제어 신호(예: 게이트 구동 신호(gate drive signal))를 생성할 수 있다. 예를 들어, 밸런싱 제어 회로(600)는 현재 설정된 제어 방향에 따른 현재 밸런싱과 목표한 밸런싱의 비교에 기반하여, 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부를 식별할 수 있다.
밸런싱 제어 회로(600)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 따른 밸런싱이 적절한 경우(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)으로 유지되는 경우), 예를 들어, 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하면, 현재 설정(예: 제어 방향 또는 패스)을 유지하도록 동작할 수 있다. 밸런싱 제어 회로(600)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 따른 밸런싱이 적절하지 않은 경우(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)보다 크거나 작은 경우), 예를 들어, 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하지 않으면, 밸런싱 회로(220)의 제어 방향(예: 패스)을 토글(또는 전환)하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 밸런싱 회로(220)는 벅 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구하도록 동작할 수 있다. 밸런싱 회로(220)는 벅 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 밸런싱 회로(220)는 부스트 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구하도록 동작할 수 있다. 밸런싱 회로(220)는 부스트 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소하도록 동작할 수 있다. 이를 위한 밸런싱 제어 회로(600)의 예가 도 6에 도시된다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(700)는 3-레벨 컨버터(210)의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱과 관련된 스위칭 소자(예: Q1, Q2, Q3, Q4)의 스위칭을 위한 제어 신호(예: 게이트 구동 신호)를 발생할 수 있다. 일 실시예에 따라, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 제어 회로(600)로부터 수신되는 제어 신호에 기반하여, 밸런싱 회로(220)의 현재 동작 중인 모드에 기반한 제어 방향을 제1 패스 또는 제1 패스를 반전하는 제2 패스로 동작하도록 스위칭 소자(예: Q1, Q2, Q3, Q4)의 스위칭을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 제어 회로(600)(예: 도 6의 토글 회로(620))로부터, 스위칭 제어 회로(700)의 제어 방향을 반전시킬 수 있는 제어 신호(예: 게이트 구동 신호)를 획득할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 제어 회로(600)의 제1 제어 신호(예: 현재 설정을 유지하도록 지정된 신호로, 예를 들면, ‘high’)에 기반하여, 현재 지정된 밸런싱 모드에 따른 제어 방향(예: 제1 패스)을 유지(예: 현재 설정 유지)하도록 스위칭 할 수 있다. 다른 예를 들면, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 제어 회로(600)의 제2 제어 신호(예: 현재 설정을 변경하도록 지정된 신호로, 예를 들면, ‘low’)에 기반하여, 현재 지정된 밸런싱 모드에 따른 제어 방향(예: 제1 패스)을 변경(예: 제1 패스 -> 제2 패스로 변경하여, 현재 설정 반전)하도록 스위칭 할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 제어하여 3-레벨 컨버터(210)의 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)를 적응적으로 전환하도록 함으로써, 플라잉 커패시터(CF)의 전압을 스텝 다운(step-down) 또는 스텝 업(step-up) 할 수 있다. 이를 위한 스위칭 제어 회로(700)의 예가 도 7a 및 도 7b에 도시된다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 도 2에 따른 밸런싱 회로에서 밸런싱 제어 회로의 회로 구성 예를 도시하는 도면이다. 도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 도 2에 따른 밸런싱 회로에서 스위칭 제어 회로의 회로 구성 및 동작의 일 예를 도시하는 도면들이다.
일 실시예에서 도 6은 밸런싱 회로(220)에서 동작하는 밸런싱 제어 회로(600)의 회로 구성 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 도 7a 및 도 7b는 밸런싱 회로(220)에서 동작하는 스위칭 제어 회로(700)의 회로 구성 및 동작 예를 나타낼 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 밸런싱 제어 회로(600)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)과 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)에 기반하여 현재 밸런싱(예: 밸런싱 상태)을 식별하고, 현재 밸런싱에 대응하는 제어 신호(예: 토글 회로(620)의 출력 신호(S))를 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 밸런싱 제어 회로(600)는 감지 회로(610)와 토글 회로(620)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 감지 회로(610)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)과 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)을 비교 연산하여 그 결과를 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 감지 회로(610)는 적어도 2개의 비교기와 논리 게이트(예: OR 게이트)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 감지 회로(610)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)과 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)을 비교할 수 있다. 감지 회로(610)는 비교하는 결과에 기반하여, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)에 거의 변동 없이 일정하게 유지되면(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)가 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)의 범위에 포함되면), 현재 제어 방향을 유지하도록 동작할 수 있다.
감지 회로(610)는 비교하는 결과에 기반하여, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)보다 크거나 작으면(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)의 범위를 벗어나면), 현재 제어 방향을 반전하도록 지정된 출력(예: 클럭 신호)를 토글 회로(620)로 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 감지 회로(610)는 논리 게이트(예: OR 게이트)에서 2개의 비교기로부터의 2개의 입력을 논리 연산하고, 논리 연산 결과인 클럭 신호를 토글 회로(620)로 입력할 수 있다.
일 실시예에서, 토글 회로(620)는 플립플롭(F/F, flip-flop)(620)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 플립플롭(F/F)(620)은 토글(T, toggle) 플립플롭(T F/F)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 토글 회로(620)는 감지 회로(610)의 클럭 신호를 이용하여 토글 회로(620)의 출력(S)(예: S = high 또는 S = low)을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 토글 회로(620)의 출력(S)은, 플라잉 커패시터(CF)의 충전 또는 방전을 위한 밸런싱 제어 방향을 선택하기 위한 제어 신호(예: “H”(High) 또는 “L”(Low))를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 토글 회로(620)는 감지 회로(610)로부터의 클럭 신호 입력에 기반하여, 현재 밸런싱 제어 방향을 반전하는 출력(S)을 발생할 수 있다. 예를 들면, 플립플롭(620)은 감지 회로(610)로부터 클럭 신호가 입력될 때마다 출력(S)(예: high 또는 low)을 반전할 수 있다. 일 실시예에서, 토글 회로(620)의 출력(S)은 스위칭 제어 회로(700)에 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 토글 회로(620)는 스위칭 제어 회로(700)의 반전 회로(720)(예: 멀티플렉서(mux, multiplexer))와 연결될 수 있다.
도 3, 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 제어 회로(600)의 출력(S)에 기반하여, 벅 모드 또는 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 선택하기 위한 제어 신호(예: 게이트 구동 신호)를 생성하여, 3-레벨 컨버터(210)(예: 스위칭 회로(310))로 입력할 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(700)는 모드 결정 회로(710), 반전 회로(720)(또는 보상 회로) 및 동작 제어 회로(730)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 모드 결정 회로(710)는 2개의 비교기(예: 제1 비교기(711) 및 제2 비교기(713))를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 모드 결정 회로(710)의 각각의 비교기(711, 713)는 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)과 기준 전압(예: 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2))을 입력 받고, 대응하는 모드 활성화 신호를 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모드 결정 회로(710)는 플라잉 커패시터(CF)의 충전 또는 방전하도록, 3-레벨 컨버터(210)의 스위칭 회로(310)에 포함된 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 적어도 일부를 선택적으로 턴-온 하는 모드 활성화 신호(예: 베이스 전압(VB1, VB2))를 출력할 수 있다. 예를 들면, 모드 결정 회로(710)는 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 선택하거나, 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 선택하고, 대응하는 모드 활성화 신호(예: 베이스 전압(VB1, VB2))를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 반전 회로(720)는 2개의 멀티플렉서(예: 제1 멀티플렉서(Mux1), 제2 멀티플렉서(Mux2))를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반전 회로(720)는 밸런싱 제어 회로(600)(예: 토글 회로(620))의 출력(S)(예: ‘high’ 또는 ‘low’)에 대응하여, 모드 결정 회로(710)의 모드 활성화 신호(예: 베이스 전압(VB1, VB2))의 패스를 바이패스 또는 전환(예: 모드 결정 회로(710)의 제어 방향을 반대로 제어)하도록 스위칭 할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 회로(720)는 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘high’(예: S=1)이면, 도 7a에 예시된 바와 같이, 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 선택하도록 동작(예: 현재 제어 방향 유지)할 수 있다. 예를 들면, 반전 회로(720)는 모드 결정 회로(710)의 모드 활성화 신호(예: 베이스 전압(VB1, VB2))를 제1 패스(①)를 통해 동작 제어 회로(730)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 7a를 참조하면, 반전 회로(720)는 제1 비교기(711)의 제1 베이스 전압(VB1)과 제2 비교기(713)의 제2 베이스 전압(VB2) 패스의 반전 없이 제1 패스(①)를 통해 동작 제어 회로(730)의 입력 전압의 일부로서 각각 전달하도록 동작할 수 있다. 예를 들면, 반전 회로(720)는, 제1 패스(①)에 따라, 제1 비교기(711)의 제1 베이스 전압(VB1)이 보상 전압(Vcntrl)과 결합(예: 합산)된 제1 제어 전압(예: Vcntrl1=Vcntrl+VB1)이 동작 제어 회로(730)의 제1 선택기(731)로 입력하도록 동작할 수 있다. 또한, 반전 회로(720)는, 제1 패스(①)에 따라, 제2 비교기(713)의 제2 베이스 전압(VB2)이 보상 전압(Vcntrl)과 결합(예: 합산)된 제2 제어 전압(예: Vcntrl2=Vcntrl+VB2)이 동작 제어 회로(730)의 제2 선택기(733)로 입력하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 제1 패스(①)에 따라, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구(예: 밸런싱 보상)하도록 동작할 수 있다.
다른 예를 들면, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 제1 패스(①)에 따라, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소(예: 밸런싱 보상)하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 회로(720)는 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘low’(예: S=0)이면, 도 7b에 예시된 바와 같이, 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 선택하도록 동작(예: 현재 제어 방향 반전)할 수 있다. 예를 들면, 반전 회로(720)는 모드 결정 회로(710)의 모드 활성화 신호(예: 베이스 전압(VB1, VB2))를 제2 패스(②)를 통해 동작 제어 회로(730)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 7b를 참조하면, 반전 회로(720)는 제1 비교기(711)의 제1 베이스 전압(VB1)과 제2 비교기(713)의 제2 베이스 전압(VB2) 패스(예: 제1 패스(①))를 전환(또는 반전)하여 제2 패스(②)를 통해 동작 제어 회로(730)의 입력 전압의 일부로서 각각 전달하도록 동작할 수 있다. 예를 들면, 반전 회로(720)는, 제2 패스(②)에 따라, 제1 비교기(711)의 제1 베이스 전압(VB1)이 보상 전압(Vcntrl)과 결합(예: 합산)된 제1 제어 전압(예: Vcntrl1=Vcntrl+VB1)이 동작 제어 회로(730)의 제2 선택기(733)로 입력하도록 동작할 수 있다.
또한, 반전 회로(720)는, 제2 패스(②)에 따라, 제2 비교기(713)의 제2 베이스 전압(VB2)이 보상 전압(Vcntrl)과 결합(예: 합산)된 제2 제어 전압(예: Vcntrl2=Vcntrl+VB2)이 동작 제어 회로(730)의 제1 선택기(731)로 입력하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 작아지면, 극성이 반전된 제2 패스(②)에 따라, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구(예: 밸런싱 보상)하도록 동작할 수 있다. 다른 예를 들면, 밸런싱 회로(220)는 현재 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2 보다 커지면, 밸런싱 보상을 위해 극성이 반전된 제2 패스(②)에 따라, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가시키고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소시켜, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 감소(예: 밸런싱 보상)하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 회로(720)는, 도 7b에 예시한 바와 같이, 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향에 따라 동작 중에, 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘high’(예: S=1)로 전환되면, 도 7a에 예시된 바와 같이, 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 선택하도록 동작(예: 현재 제어 방향 반전)할 수 있다.
일 실시예에 따라, 토글 회로(620)(예: 플립플롭)의 출력(S)이 ‘high’이면 3-레벨 컨버터(210)가 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향(예: 제1 패스(①))으로 선택될 수 있다. 예를 들면, 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘high’인 경우, 반전 회로(720)는 제1 멀티플렉서(Mux1)의 출력이 동작 제어 회로(730)의 제1 선택기(731)와 연결되고, 제2 멀티플렉서(Mux2)의 출력이 동작 제어 회로(730)의 제2 선택기(733)와 연결되도록 스위칭 할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 토글 회로(620)(예: 플립플롭)의 출력(S)이 ‘low’이면 3-레벨 컨버터(210)가 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향으로 선택될 수 있다. 예를 들면, 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘low’인 경우, 반전 회로(720)는 제1 멀티플렉서(Mux1)의 출력이 동작 제어 회로(730)의 제2 선택기(733)와 연결되고, 제2 멀티플렉서(Mux2)의 출력이 동작 제어 회로(730)의 제1 선택기(731)와 연결되도록 스위칭 할 수 있다.
일 실시예에서, 동작 제어 회로(730)는 모드 결정 회로(710) 및 반전 회로(720)를 통해 입력되는 신호(예: 제1 제어 전압(Vcntrl1) 및 제2 제어 전압(Vcntrl2))에 기반하여 3-레벨 컨버터(210)의 스위칭 회로(310)의 스위칭과 관련된 제어 신호(예: 게이트 구동 신호)를 발생할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 동작 제어 회로(730)는 반전 회로(720)를 통해 결정된 모드 결정 회로(710) 및 반전 회로(720)에 의한 제어 방향에 대응하여, 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 적어도 일부가 선택적으로 턴-온하여, 플라잉 커패시터(CF)의 충전 또는 방전을 위한 제어 신호를 발생할 수 있다.
예를 들면, 스위칭 제어 회로(700)는 밸런싱 제어 회로(600)의 토글 회로(620)로부터, 스위칭 제어 회로(700)의 제어 방향을 반전시킬 수 있는 2개의 멀티플렉서(Mux1, Mux2)의 제어 신호를 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(700)는 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘high’이면, 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향으로 선택되며, 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 이하로 떨어지면(예: Q1 듀티 감소, Q2 듀티 증가), 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가하고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소하여, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구하도록 제1 선택기(731) 및 제2 선택기(733)의 게이트 구동 신호(예: Q1 ON, Q2 OFF (Q3 ON, Q4 OFF))를 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(700)는 토글 회로(620)의 출력(S)이 ‘low’이면, 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향으로 선택되며, 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 이하로 떨어지면(예: Q1 듀티 증가, Q2 듀티 감소), 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 사이클을 점차적으로 감소하고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 듀티 사이클을 점차적으로 증가하여, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 1/2로 복구하도록 제1 선택기(731) 및 제2 선택기(733)의 게이트 구동 신호(예: Q1 OFF, Q2 ON (Q3 OFF, Q4 ON))를 발생할 수 있다. 일 실시예에서, 동작 제어 회로(730)는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2) 간에 180도 위상차를 갖도록 제어 신호를 생성할 수 있다.
이상에서, 도 3 내지 도 7b를 참조하여 살펴본 바와 같이, 본 개시에 따른 밸런싱 회로(220)는 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향을 반전(예: 벅 모드 또는 부스트 모드 전환)시킬 수 있는 스위칭 제어 회로(700) 및 스위칭 제어 회로(700)의 출력 제어를 위한 밸런싱 제어 회로(600)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 제어 회로(700)는 2개의 멀티플렉서(예: 제1 멀티플렉서(Mux1) 및 제2 멀티플렉서(Mux2))를 포함하고, 밸런싱 제어 회로(600)는 반전 회로(720)(예: 2개의 멀티플렉서(Mux1, Mux2))의 출력 제어를 위한 토글 회로(620)(예: 토글 플립플롭)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 회로(720)의 출력 제어를 위한 제어 신호는 토글 회로(620)(예: 토글 플립플롭)을 통해 반전 회로(720)의 2개의 멀티플렉서(Mux1, Mux2)로 각각 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 토글 회로(620)의 기본 출력은, 예를 들면, 프로세서(120)에 의해 충전 회로(200)의 초기 동작 모드 설정에 의한 값으로 결정될 수 있다. 예를 들면, 초기 동작 모드는 제1 셋(set)(예: buck setting) 또는 제2 셋(리셋(reset)(예: boost setting))으로 설정될 수 있다. 본 개시에 따르면, 초기 동작 모드 설정에 따른 충전 동작 중에, 선택된 모드에 대해 밸런싱 회로(220)가 제대로 동작하지 못하여, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)보다 지정된 기준 전압(VH)만큼 커지거나 작아지는 경우, 선택된 모드를 강제로 전환하여, 밸런싱 회로(220)의 정상 동작으로 플라잉 커패시터(CF)의 전압 밸런싱을 바로 잡을 수 있다. 이의 예가 도 8a 및 도 8b에 도시된다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 전자 장치의 밸런싱 제어 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8a는, 예를 들어, 프로세서(120)에 의해 벅 모드 또는 부스트 모드가 명확히 지정된 상태의 동작 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 프로세서(120)에 의해 충전 회로(200)의 동작 모드가 셋(예: buck setting) 또는 리셋(예: boost setting)으로 설정되어 동작하는 상태를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 토글 회로(620)에 클럭 신호의 입력 여부에 관계 없이, 지정된 동작 모드에 따라 출력(S)가 ‘high’ 또는 ‘low’로 결정될 수 있다. 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)의 범위가 중심 값(예: Vin/2)을 기준으로 리플을 고려하여 지정된 히스테리시스(예: +VH 및 -VH) 범위 내에서 일정하게 유지되는 상태일 수 있다.
도 8b는, 예를 들어, 도 8a와 같이 동작하는 중에, 도 4 및 도 5에 예시한 바와 같이, 충전을 위한 입력과 출력의 양방향으로 동작하는 복합적인 환경에서, 벅 모드와 부스트 모드가 빈번하게 교차되거나, 전류 방향이 ‘0’ 근처에서 핑퐁(ping-pong)으로 인하여, 벅 모드 또는 부스트 모드가 명확히 판별되지 않는 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)의 범위가 중심 값(예: Vin/2)을 기준으로 지정된 히스테리시스(예: +VH 및 -VH) 범위를 벗어나는 상태의 예를 나타낼 수 있다.
예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)보다 크거나 작은 경우가 발생하는 예를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 현재 동작 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에 따른 밸런싱이 실패한 것으로 보고, 플라잉 커패스터(CF)의 범위를 지정된 범위(예: Vin/2+VH 또는 Vin/2-VH)를 벗어나는 구간(A)에서, 토글 회로(620)에 클럭을 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 토글 회로(620)의 출력(S) ‘high’로 벅 모드에서 동작 중에, (A) 구간에서 클럭 발생에 대응하여 출력(S) ‘high’가 ‘low’로 반전되고, 출력(S) ‘low’에 따라 부스트 모드로 전환하여 동작할 수 있다. 예를 들면, 반전 회로(720)의 멀티플렉서(예: Mux1, Mux2)의 출력을 동작 제어 회로(730)에 교차 출력하여(예: 도 7b의 제2 패스(②)), 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향을 전환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 토글 회로(620)의 출력(S) ‘low’로 부스트 모드에서 동작 중에, (B) 구간에서 클럭 발생에 대응하여 출력(S) ‘low’가 ‘high’로 반전되고, 출력(S) ‘high’에 따라 벅 모드로 전환하여 동작할 수 있다. 예를 들면, 반전 회로(720)의 멀티플렉서(예: Mux1, Mux2)의 출력을 동작 제어 회로(730)에 바로 출력하여(예: 도 7a의 제1 패스(①)), 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향을 전환할 수 있다.
본 개시에 따르면, 플라잉 커패시터(CF)를 위한 지정된 범위를 설정하고, 플라잉 커패시터(CF)가 지정된 범위 내에 있는 경우, 현재 설정된 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 유지하도록 동작할 수 있고, 지정된 범위를 벗어나는 경우, 클럭을 발생하여 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 적응적으로 전환하도록 동작할 수 있다. 예를 들면, 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)보다 크거나 작은 경우가 발생하면, 토글 회로(620)의 출력(S)의 ‘high’ 또는 ‘low’에 따른 지속 시간을 적응적으로 변경하여, 벅 모드와 부스트 모드 간 동작을 끊김 없이 전환할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 예시한 바와 같이, 토글 회로(620)의 출력(S)은 초기 동작 모드 설정에 의한 값으로 결정될 수 있지만, 선택된 모드의 밸런싱 회로(220)의 전압 밸런싱이 실패하여 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 입력 전압(Vin)의 절반(Vin/2)(예: 중심 값)보다 히스테리시스(VH)만큼 커지거나 작아지는 경우, 선택된 모드를 강제로 전환하여 플라잉 커패시터(CF)의 전압 밸런싱을 바로 잡을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 개시에 따르면, 충전을 위한 입력과 출력의 양방향으로 동작하는 환경에서, 외부 전원의 전력이 부족한 상황에서도, 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드와 부스트 모드 간에 전환(예: 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱 제어 방향 전환)을 자연스럽고 끊김 없이 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 전자 장치(101)는, 배터리(189), 프로세서(120), 및 충전 회로(200)를 포함할 수 있다. 상기 충전 회로(200)는, 일단이 적어도 하나의 외부 장치와 충전 패스를 연결하고, 타단이 상기 배터리와 충전 패스를 연결하도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 하는 3-레벨 컨버터(210)로서, 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 및 플라잉 커패시터(CF, flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로(310), 및 인덕터(L) 및 커패시터(Co)를 포함하는 필터 회로(320)를 포함할 수 있다. 상기 충전 회로(200)는 상기 3-레벨 컨버터(210)의 상기 플라잉 커패시터(CF)의 전압의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(220)로서, 상기 프로세서(120)에 의해 초기 동작 모드로 지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 밸런싱 제어 방향을 유지하거나 전환하기 위한 출력을 발생하는 밸런싱 제어 회로(600), 및 상기 밸런싱 제어 회로의 출력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로(700)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 전자 장치(101)의 유무선 복합 동작 조건에서, 상기 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 전환을 제어하도록 설정되고, 상기 벅 모드는 입력 전압을 강압하여 출력하는 모드를 포함하고, 상기 부스트 모드는 입력 전압을 승압하여 출력하는 모드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 밸런싱이 상기 목표한 밸런싱에 대응하는 경우, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 유지하기 위한 제어 신호를 발생하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 밸런싱이 상기 목표한 밸런싱에 대응하지 않는 경우, 상기 지정된 모드에 설정된 상기 제1 패스를, 상기 제1 패스와 반대되는 제2 패스로 전환하기 위한 제어 신호를 발생하도록 동작하고, 상기 제2 패스로 전환하기 위한 제어 신호는 상기 제1 패스를 유지하기 위한 제어 신호의 반전 신호를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 스위칭 제어 회로(700)는, 상기 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 반전하기 위한 반전 회로(720)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 반전 회로(720)는, 상기 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 반대로 제어하기 위한 2개의 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 2개의 멀티플렉서의 동작을 제어하기 위한 토글 회로(620)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 밸런싱 회로(220)의 제어 방향에 의해 지정된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 토글 회로(620)를 통해 상기 스위칭 제어 회로(700)의 제어 방향을 변경하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 반전 회로(720)는, 상기 토글 회로(620)의 출력이 하이(H)인 경우, 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향을 선택하도록, 상기 스위칭 제어 회로(700)를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 반전 회로(720)는, 상기 토글 회로(620)의 출력이 로우(L)인 경우, 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향을 선택하도록, 상기 스위칭 제어 회로(700)를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 프로세서(120)에 의해, 상기 토글 회로(620)의 출력에 관련된 초기 동작 모드의 설정이 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 초기 동작 모드에 기반한 밸런싱에 의해, 상기 플라잉 커패시터(CF)의 전압이 입력 전압의 절반 전압보다 기준 전압만큼 커지거나 작아지는 경우, 상기 초기 동작 모드를 강제로 전환하도록 대응하는 제어 신호를 발생하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 충전 회로(200)는, 상기 전자 장치(101)의 유무선 복합 동작 조건에서, 상기 플라잉 커패시터(CF)의 전압 밸런싱을 위한 상기 지정된 모드에 관계없이, 현재 밸런싱의 상태에 기반하여 밸런싱 제어 방향을 자동으로 선택하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 3-레벨 컨버터(210)의 인덕터 전류(IL)의 센싱 없이, 상기 플라잉 커패시터(CF)의 범위를 이용하여, 상기 밸런싱 회로(220)의 현재 설정된 밸런싱 제어 방향의 상태를 판단하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 프로세서(120)는, 상기 전자 장치(101)가 적어도 하나의 외부 장치(201, 301)와 충전 기능 수행 시에, 상기 밸런싱 제어 회로(600)의 출력을, 상기 충전 기능에 대응하는 상기 지정된 모드로 초기 동작 모드를 설정하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 회로(220)는, 상기 복수의 스위칭 소자 중 적어도 일부를 선택적으로 턴-온 하여, 상기 플라잉 커패시터(CF)의 충전 또는 방전을 제어하도록 동작할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(101)의 충전 회로(200)는, 일단이 적어도 하나의 외부 장치와 충전 패스를 연결하고, 타단이 상기 배터리와 충전 패스를 연결하도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 하는 3-레벨 컨버터(210)로서, 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 및 플라잉 커패시터(CF, flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로(310), 및 인덕터(L) 및 커패시터(Co)를 포함하는 필터 회로(320)를 포함하고, 상기 3-레벨 컨버터(210)의 상기 플라잉 커패시터(CF)의 전압의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(220)로서, 지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 유지하기 위한 제1 제어 신호를 발생하거나, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 제2 패스로 전환하기 위한 제2 제어 신호를 발생하는 밸런싱 제어 회로(600), 및 상기 제1 제어 신호의 입력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 제2 제어 신호의 입력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로(700)를 포함하고, 상기 제2 제어 신호는 상기 제1 제어 신호가 반전된 신호를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 전자 장치(101)의 유무선 복합 동작 조건에서, 상기 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 전환을 제어하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 스위칭 제어 회로(700)는, 상기 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 반대로 제어하기 위한 2개의 멀티플렉서를 포함하고, 상기 밸런싱 제어 회로(600)는, 상기 2개의 멀티플렉서의 동작을 제어하기 위한 토글 회로(620)를 포함할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 충전을 지원하는 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.
일 실시예에서, 도 9의 동작 방법은 전자 장치(101)의 충전 회로(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 동작 901에서, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따라 결정된 모드에 기반하여 밸런싱을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 적어도 하나의 외부 장치(예: 제1 외부 장치(201) 및/또는 제2 외부 장치(301))와 유선 및/또는 무선 연결되고, 연결된 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작을 개시할 수 있다.
일 실시예에 따라, 전자 장치(101)는 적어도 하나의 외부 장치와 유무선 충전에 따른 복합 동작 조건에서, 지정된 밸런싱 모드에 따른 밸런싱을 수행할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 3-레벨 컨버터(210)를 이용한 양방향 동작이 가능한 충전 회로(200)에서, 지정된 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에서 대응하는 밸런싱 제어 방향에 기반하여 밸런싱을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 복합 동작 조건은, 예를 들면, 전자 장치(101)가 제2 외부 장치(301)와 무선 충전 기능(예: 무선 전력 수신 모드)을 수행하는 중에 제1 외부 장치(201)(예: OTG 장치)의 연결 검출, 제1 외부 장치(201)(예: OTG 장치)와 연결된 중에 제2 외부 장치(301)와 연결 및 무선 충전 기능(무선 전력 수신 모드) 수행 검출, 제1 외부 장치(201)(예: USB 충전기)와 연결되어 유선 충전을 수행하는 중에 제2 외부 장치(301)와 무선 충전 기능(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 배터리 공유 모드) 수행 검출, 또는 제2 외부 장치(301)와 무선 충전 기능(예: 무선 전력 전송 모드 또는 무선 배터리 공유 모드)을 수행하는 중에 제1 외부 장치(201)(예: USB 충전기)와 연결 및 유선 충전 수행 검출과 같은 다양한 복합적인 환경을 포함할 수 있다.
동작 903에서, 전자 장치(101)는 밸런싱을 체크할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 밸런싱 중에, 밸런싱 회로(220)를 통해 제1 입력 전압(예: 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc))과 제2 입력 전압(예: 입력 전압의 절반 전압(Vin/2))의 비교 연산 결과에 기반하여, 현재 밸런싱을 체크할 수 있다.
동작 905에서, 전자 장치(101)는 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 밸런싱 회로(220)의 비교 연산 결과에 기반하여, 제1 입력 전압이 제2 입력 전압 간의 차이를 판단할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 입력 전압(Vin)의 절반 전압(Vin/2)을 기준으로 플라잉 커패시터(CF)의 범위를 판단하고, 플라잉 커패시터(CF)의 범위에 따라 밸런싱을 위한 현재 설정된 밸런싱 제어 방향이 적절한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 현재 밸런싱에 따른 플라잉 커패시터(CF)의 전압(Vc)이 목표한 밸런싱에 대응하는 결과(예: 목표 전압)를 가지는지 식별할 수 있다.
동작 905에서, 전자 장치(101)는 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하면, 동작 911에서, 대응하는 제어 신호(예: 출력(S))를 발생할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 밸런싱 회로(220)를 통해, 현재 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 유지할 수 있는 제어 신호를 발생할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따라 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향인 경우, 벅 모드를 유지할 수 있도록 제어 신호를 발생할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따라 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향인 경우, 부스트 모드를 유지할 수 있도록 제어 신호를 발생할 수 있다.
동작 913에서, 전자 장치(101)는 제어 신호에 기반하여 현재 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)를 유지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향의 전환 없이, 기본 설정에 따른 현재 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)를 유지할 수 있다.
동작 915에서, 전자 장치(101)는 현재 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱을 계속할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따른 벅 모드 또는 부스트 모드에서 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱을 계속할 수 있다.
동작 905에서, 전자 장치(101)는 현재 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하지 않으면, 동작 921에서, 제어 신호를 반전할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 밸런싱 회로(220)를 통해, 현재 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 반전하도록 제어 신호를 반전하여 발생할 수 있다. 예를 들면, 제어 신호는 밸런싱 제어 방향을 반대로 제어하기 위한 반전 신호일 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따라 벅 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향인 경우, 벅 모드를 부스트 모드로 전환할 수 있도록 제어 신호(예: 반전 신호)를 발생할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따라 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향인 경우, 부스트 모드를 벅 모드로 전환할 수 있도록 제어 신호(예: 반전 신호)를 발생할 수 있다.
동작 923에서, 전자 장치(101)는 제어 신호에 기반하여 현재 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)를 다른 모드(예: 부스트 모드 또는 벅 모드)로 전환(또는 토글)할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 밸런싱 회로(220)의 제어 방향을 전환하여, 기본 설정에 따라 현재 선택된 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)를 강제로 전환할 수 있다.
동작 925에서, 전자 장치(101)는 전환된 모드에 따라 스위칭 회로(310)의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3 및 Q4) 중 적어도 일부를 스위칭(예: 선택적 턴-온) 할 수 있다.
동작 927에서, 전자 장치(101)는 전환된 모드에서의 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 기본 설정에 따른 벅 모드 또는 부스트 모드에 따른 플라잉 커패시터(CF)의 제어 방향을 반대로 토글하고, 토글된 모드에 따른 플라잉 커패시터(CF) 밸런싱 제어 방향으로, 플라잉 커패시터(CF)의 밸런싱을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 개시에 따르면, 전자 장치(101)는 현재 선택된 모드에 기반한 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 현재 선택된 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에서 설정된 제1 패스를 유지하거나, 현재 선택된 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에서 설정된 제1 패스를 제1 패스와 반대되는 제2 패스로 토글(또는 반전)할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 3-레벨 컨버터(210)를 이용한 양방향 동작이 가능한 충전 회로(200)에서, 플라잉 커패시터(CF)의 전압의 지정된 모드(예: 벅 모드 또는 부스트 모드)에 관계없이, 현재 밸런싱이 적절한지를 판단하고, 그 결과에 기반하여 현재 밸런싱에 적합한 밸런싱 모드(또는 패스)를 자동으로 선택하여 전환할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른, 전자 장치(101)는 유무선 충전을 수행하는 복합 동작 조건에서, 충전 회로(200)의 입력 전원의 끊김 없이 3-레벨 컨버터(210)의 벅 모드와 부스트 모드를 적응적으로 전환하도록 지원할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(101)에서 수행하는 동작 방법은, 적어도 하나의 외부 장치와 유무선 충전에 따른 복합 동작 조건에서, 기본 설정에 따라 결정된 모드에 기반하여 밸런싱을 수행하는 동작, 상기 밸런싱을 수행하는 동안, 밸런싱 상태를 체크하여, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부를 판단하는 동작, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하면, 제1 제어 신호를 발생하여, 상기 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 유지하는 동작, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하지 않으면, 상기 제1 제어 신호가 반전된 제2 제어 신호를 발생하여, 상기 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 반전하는 동작, 상기 기본 설정에 따른 상기 결정된 모드를 전환하도록 복수의 스위칭 소자 중 적어도 일부를 선택적으로 스위칭 하는 동작, 및 상기 전환된 모드에서 플라잉 커패시터의 밸런싱을 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 다양한 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    배터리;
    적어도 하나의 프로세서; 및
    충전 회로를 포함하고, 상기 충전 회로는,
    일단이 적어도 하나의 외부 장치와 충전 패스를 연결하고, 타단이 상기 배터리와 충전 패스를 연결하도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 하는 3-레벨 컨버터로서,
    복수의 스위칭 소자 및 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로; 및
    인덕터 및 커패시터를 포함하는 필터 회로를 포함하고,
    상기 3-레벨 컨버터의 상기 플라잉 커패시터의 전압의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로로서,
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 초기 동작 모드로 지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 밸런싱 제어 방향을 유지하거나 전환하기 위한 출력을 발생하는 밸런싱 제어 회로; 및
    상기 밸런싱 제어 회로의 출력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로를 포함하도록 설정된 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 회로는,
    상기 전자 장치의 유무선 복합 동작 조건에서, 상기 3-레벨 컨버터의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 전환을 제어하도록 설정되고,
    상기 벅 모드는 입력 전압을 강압하여 출력하는 모드를 포함하고,
    상기 부스트 모드는 입력 전압을 승압하여 출력하는 모드를 포함하는 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 회로는,
    상기 밸런싱이 상기 목표한 밸런싱에 대응하는 경우, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 유지하기 위한 제어 신호를 발생하고,
    상기 밸런싱이 상기 목표한 밸런싱에 대응하지 않는 경우, 상기 지정된 모드에 설정된 상기 제1 패스를, 상기 제1 패스와 반대되는 제2 패스로 전환하기 위한 제어 신호를 발생하도록 설정되고,
    상기 제2 패스로 전환하기 위한 제어 신호는 상기 제1 패스를 유지하기 위한 제어 신호의 반전 신호인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어 회로는,
    상기 밸런싱 회로의 제어 방향을 반전하기 위한 반전 회로를 포함하는 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반전 회로는,
    상기 밸런싱 회로의 제어 방향을 반대로 제어하기 위한 2개의 멀티플렉서를 포함하는 전자 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 회로는,
    상기 2개의 멀티플렉서의 동작을 제어하기 위한 토글 회로를 포함하는 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 회로는,
    상기 밸런싱 회로의 제어 방향에 의해 지정된 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 토글 회로를 통해 상기 스위칭 제어 회로의 제어 방향을 변경하도록 설정된 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반전 회로는,
    상기 토글 회로의 출력이 하이(H)인 경우, 벅 모드에서의 플라잉 커패시터 밸런싱 제어 방향을 선택하도록, 상기 스위칭 제어 회로를 제어하고,
    상기 토글 회로의 출력이 로우(L)인 경우, 부스트 모드에서의 플라잉 커패시터 밸런싱 제어 방향을 선택하도록, 상기 스위칭 제어 회로를 제어하는 전자 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 회로는,
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 토글 회로의 출력에 관련된 초기 동작 모드의 설정이 결정되고,
    상기 초기 동작 모드에 기반한 밸런싱에 의해, 상기 플라잉 커패시터의 전압이 입력 전압의 절반 전압보다 기준 전압만큼 커지거나 작아지는 경우, 상기 초기 동작 모드를 강제로 전환하도록 대응하는 제어 신호를 발생하도록 설정된 전자 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 충전 회로는,
    상기 전자 장치의 유무선 복합 동작 조건에서, 상기 플라잉 커패시터의 전압 밸런싱을 위한 상기 지정된 모드에 관계없이, 현재 밸런싱의 상태에 기반하여 밸런싱 제어 방향을 자동으로 선택하도록 설정된 전자 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 회로는,
    상기 3-레벨 컨버터의 인덕터 전류의 센싱 없이, 상기 플라잉 커패시터의 범위를 이용하여, 상기 밸런싱 회로의 현재 설정된 밸런싱 제어 방향의 상태를 판단하도록 설정된 전자 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 전자 장치가 적어도 하나의 외부 장치와 충전 기능 수행 시에, 상기 밸런싱 제어 회로의 출력에 대하여, 상기 충전 기능에 대응하는 상기 지정된 모드로 초기 동작 모드를 설정하는 전자 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 밸런싱 회로는,
    상기 복수의 스위칭 소자 중 적어도 일부를 선택적으로 턴-온 하여, 상기 플라잉 커패시터의 충전 또는 방전을 제어하도록 설정된 전자 장치.
  14. 충전 회로에 있어서,
    일단이 적어도 하나의 외부 장치와 충전 패스를 연결하고, 타단이 상기 배터리와 충전 패스를 연결하도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 외부 장치와 충전 동작에 관련된 입력 및/또는 출력의 양방향 동작을 하는 3-레벨 컨버터로서,
    복수의 스위칭 소자 및 플라잉 커패시터(flying capacitor)를 포함하는 스위칭 회로; 및
    인덕터 및 커패시터를 포함하는 필터 회로를 포함하고,
    상기 3-레벨 컨버터의 상기 플라잉 커패시터의 전압의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로로서,
    지정된 모드에 따른 밸런싱 중에, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부에 기반하여, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 유지하기 위한 제1 제어 신호를 발생하거나, 상기 지정된 모드에 설정된 제1 패스를 제2 패스로 전환하기 위한 제2 제어 신호를 발생하는 밸런싱 제어 회로; 및
    상기 제1 제어 신호의 입력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하거나, 또는 상기 제2 제어 신호의 입력에 기반하여 상기 지정된 모드에 따른 밸런싱 제어 방향의 반대 방향으로 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 스위칭 제어 회로를 포함하도록 설정되고,
    상기 제2 제어 신호는 상기 제1 제어 신호가 반전된 신호인 것을 특징으로 하는 충전 회로.
  15. 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
    적어도 하나의 외부 장치와 유무선 충전에 따른 복합 동작 조건에서, 기본 설정에 따라 결정된 모드에 기반하여 밸런싱을 수행하는 동작;
    상기 밸런싱을 수행하는 동안, 밸런싱 상태를 체크하여, 상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하는지 여부를 판단하는 동작;
    상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하면, 제1 제어 신호를 발생하여, 상기 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 유지하는 동작;
    상기 밸런싱이 목표한 밸런싱에 대응하지 않으면, 상기 제1 제어 신호가 반전된 제2 제어 신호를 발생하여, 상기 밸런싱에 따른 밸런싱 제어 방향을 반전하는 동작;
    상기 기본 설정에 따른 상기 결정된 모드를 전환하도록 복수의 스위칭 소자 중 적어도 일부를 선택적으로 스위칭 하는 동작; 및
    상기 전환된 모드에서 플라잉 커패시터의 밸런싱을 수행하는 동작을 포함하는 방법.
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