KR101419645B1 - Dc-dc converter with multi-output using switched capacitor - Google Patents

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백동현
이정윤
김영진
윤선우
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

A multi-output DC-DC converter using a switched capacitor is disclosed. The disclosed multi-output DC-DC converter using the switched capacitor comprises: a control signal generation part for generating a switching control signal to make multiple output voltages correspond to reference voltage levels, respectively; and an output part for outputting an input voltage to a plurality of output terminals based on the switching control signal, wherein the output part includes N (N is a natural number equal to or greater than 2) switched capacitor cells sharing the output terminals, and each of the N switched capacitor cells includes a common capacitor charging and discharging the input voltage; and a plurality of switch rows for performing a switching operation to charge the input voltage into the common capacitor and outputting the charged voltage to the output terminals. The present invention has advantages of making high efficient multi-output possible and additionally, efficiently reducing ripples of the output voltages.

Description

스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{DC-DC CONVERTER WITH MULTI-OUTPUT USING SWITCHED CAPACITOR}[0001] Description [0002] DC-DC CONVERTER WITH MULTI-OUTPUT USING SWITCHED CAPACITOR [

본 발명의 실시예들은 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고효율 전력 변환 다중 출력이 가능하고, 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a multi-output DC-DC converter using a switched capacitor, and more particularly, to a multi-output DC-DC converter using a switched capacitor and capable of efficiently performing power conversion multiple output, To a DC-DC converter.

최근 많은 반도체 부품들은 소형화와 원가절감을 위해 시스템온칩(System on Chip, SoC) 방식으로 구현하고 있는 추세이다. Recently, many semiconductor parts have been implemented by system on chip (SoC) method for miniaturization and cost reduction.

시스템온칩 기술의 발전으로 단일 칩 내에서 요구되는 동작 전압은 다양 해지고 있으며, 이에, 다중 출력 특성을 가지는 컨버터가 필요하여 이와 관련된 다양한 연구가 진행되고 있다. Due to the development of system-on-chip technology, the operating voltage required in a single chip has been diversified. Therefore, a converter having multiple output characteristics is required, and various studies related thereto have been conducted.

그 중 하나의 인덕터만을 사용하는 다중 출력 스위칭 컨버터(Single-Inductor Multiple-Output, SIMO)에 대한 연구가 활발하다. A single-inductor-multiple-output (SIMO) switching converter using only one of the inductors is actively studied.

인덕터 기반의 스위칭 컨버터는 고효율을 보장하는 출력 전압의 범위가 넓다는 장점이 있고, 하나의 인덕터만을 사용하여 컨버터의 크기와 원가를 줄일 수 있기 때문이다. Inductor-based switching converters have a wide range of output voltages to ensure high efficiency and can only use one inductor to reduce the size and cost of the converter.

그러나, 전력 변환 고효율을 위해서는 높은 Q값을 갖는 인덕터가 요구되므로, 이를 칩상(on-chip)에 구현하기 위해서는 값비싼 추가적인 공정 과정을 필요로 하게 된다. However, in order to achieve high power conversion efficiency, an inductor having a high Q value is required. Therefore, in order to implement it on a chip, a costly additional process is required.

한편, 스위치드 커패시터(switched-capacitor, SC) 컨버터의 경우, 전압 변 환을 위한 인덕터를 필요로 하지 않기 때문에, 추가적인 공정 과정 필요 없이 높은 효율을 낼 수 있어 최근 많은 관심을 받고 있다. Switched-capacitor (SC) converters, on the other hand, have received much attention in recent years because they do not require an inductor for voltage conversion and can achieve high efficiency without requiring additional process steps.

그러나, 현재까지는 단일 출력 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 연구만 주로 수행되었고, 다중 출력 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 연구는 미비한 상황이다. However, to date, only a study on a single output switched capacitor converter has been performed mainly, and a study on a multiple output switched capacitor converter has been lacking.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 고효율 다중 출력이 가능하고 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터를 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a multi-output DC-DC converter using a switched capacitor capable of high efficiency multiple output and efficiently reducing ripple of an output voltage.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following examples.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 다수의 출력전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 및 상기 스위칭 제어신호에 기초하여 입력전압을 다수의 출력단자로 출력하는 출력부;를 포함하되, 상기 출력부는, 상기 다수의 출력단자를 공유하는 N(2 이상의 자연수)개의 스위치드 커패시터 셀;을 포함하고, 상기 N개의 스위치드 커패시터 셀 각각은, 상기 입력전압을 충방전하는 공통 커패시터; 및 상기 공통 커패시터에 상기 입력전압을 충전시키고, 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자로 출력되도록 스위칭하는 다수의 스위치열;을 포함하는 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터가 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor memory device comprising: a control signal generator for generating a switching control signal such that a plurality of output voltages correspond to respective reference voltage levels; And an output unit for outputting an input voltage to a plurality of output terminals based on the switching control signal, wherein the output unit includes N (two or more natural number) switched capacitor cells sharing the plurality of output terminals Each of the N switched capacitor cells includes: a common capacitor for charging / discharging the input voltage; And a plurality of switch columns for charging the common capacitor with the input voltage and switching the charged voltage to be output to the plurality of output terminals.

상기 다수의 스위치열의 개수는 상기 다수의 출력단자의 개수와 동일하고, 상기 다수의 스위치열 중 제1 스위치열은 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자 중 제1 출력단자로 출력되도록 스위칭할 수 있다. Wherein the number of the plurality of switch rows is equal to the number of the plurality of output terminals and the first one of the plurality of switch rows is capable of switching the charged voltage to be output to the first one of the plurality of output terminals have.

상기 제1 스위치열은, 일단에 상기 입력전압이 인가되는 제1-1 스위치; 일단이 상기 제1-1 스위치의 타단 및 상기 공통 커패시터의 일단과 연결되는 제2-1 스위치; 일단이 상기 제2-1 스위치의 타단 및 상기 제1 출력단자와 연결되는 제1-2 스위치; 및 일단이 상기 제1-2 스위치의 타단 및 상기 공통 커패시터의 타단과 연결되고, 타단은 접지와 연결되는 제2-2 스위치;를 포함할 수 있다. The first switch column includes a 1-1 switch to which the input voltage is applied at one end; A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch and one end of the common capacitor; A 1-2 switch, one end of which is connected to the other end of the 2-1 switch and the first output terminal; And a 2-2 switch having one end connected to the other end of the 1-2 switch and the other end of the common capacitor, and the other end connected to ground.

상기 다수의 스위치열 중 제2 스위치열은 상기 충전된 전압이 상기 다수의 출력단자 중 제2 출력단자로 출력되도록 스위칭하며, 상기 제2 스위치열은, 일단에 상기 입력전압이 인가되는 제1-1 스위치; 일단이 상기 제1 스위치열의 제1-1 스위치의 타단, 상기 제2 스위치열의 제1-1 스위치의 타단, 및 상기 공통 커패시터의 일단과 연결되는 제2-1 스위치; 일단이 상기 제2 스위치열의 제2-1 스위치의 타단 및 상기 제2 출력단자와 연결되는 제1-2 스위치; 및 일단이 상기 제1 스위치열의 제1-2 스위치의 타단, 상기 제2 스위치열의 제1-2 스위치의 타단, 및 상기 공통 커패시터의 타단과 연결되고, 타단은 접지와 연결되는 제2-2 스위치;를 포함할 수 있다. And the second switch string of the plurality of switch strings switches the charged voltage to be output to a second output terminal of the plurality of output terminals, 1 switch; A 2-1 switch having one end connected to the other end of the 1-1 switch of the first switch column, the other end of the 1-1 switch of the second switch column, and one end of the common capacitor; A 1-2 switch having one end connected to the other end of the 2-1 switch of the second switch row and the second output terminal; And a second switch, one end of which is connected to the other end of the 1-2 switch of the first switch column, the other end of the 1-2 switch of the second switch string, and the other end of the common capacitor, ; ≪ / RTI >

상기 제어신호 생성부는, 상기 제1 출력단자로 출력되는 제1 출력전압을 제1 기준전압과 비교하는 제1 비교기; 및 상기 제1 출력전압을 제2 기준전압과 비교하는 제2 비교기;를 포함하되, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압과 제2 기준전압의 사이에 해당하는 값을 갖도록 하는 제1 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. The control signal generator includes: a first comparator for comparing a first output voltage outputted to the first output terminal with a first reference voltage; And a second comparator for comparing the first output voltage with a second reference voltage, wherein the first output voltage is a value corresponding to a value between the first reference voltage and the second reference voltage, The first switching control signal having the first switching control signal.

상기 제어신호 생성부는 N비트 2진 카운터를 이용하여 상기 제1 스위칭 제어신호를 생성하되, 상기 N개의 스위치드 커패시터 셀을 구성하는 N개의 상기 제1 스위치열은 상기 N비트 2진 카운터 값에 상응하여 동작할 수 있다. Wherein the control signal generator generates the first switching control signal by using an N-bit binary counter, wherein the N first switch rows constituting the N switched capacitor cells correspond to the N-bit binary counter value Can operate.

상기 제어신호 생성부는 상기 비교기에 의한 비교 결과 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 낮은 경우에 상기 N비트 2진 카운터에 1을 더하고, 상기 제1 출력전압이 상기 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 높은 경우에 상기 N비트 2진 카운터에 1을 뺄 수 있다. Wherein the control signal generator adds 1 to the N-bit binary counter when the first output voltage is lower than the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the comparator, 1 " can be subtracted from the N-bit binary counter when it is higher than the first reference voltage and the second reference voltage.

본 발명에 따르면, 고효율 다중 출력이 가능한 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage in that high efficiency multiple output is possible.

또한, 본 발명에 따르면, 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. Further, according to the present invention, there is an advantage that the ripple of the output voltage can be effectively reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터의 전체적인 모식도를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 모식도를 출력부를 중심으로 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어신호를 이용하여 제어되는 제1 스위치열의 동작을 설명하는 도면이다. 1 is a general schematic diagram of a multi-output DC-DC converter using a switched capacitor according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a diagram showing the schematic diagram of Fig. 1 in more detail around the output section. Fig.
3 is a diagram showing a detailed configuration of an output unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the operation of the first switch column controlled using the switching control signal according to the embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터(100)의 전체적인 모식도를 도시하는 도면이다. 1 is a general schematic diagram of a multi-output DC-DC converter 100 using a switched capacitor according to an embodiment of the present invention.

그리고, 도 2는 도 1의 모식도를 출력부(120)를 중심으로 보다 상세하게 도시하는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부(120)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다. FIG. 2 is a diagram showing the schematic diagram of FIG. 1 in more detail around the output unit 120, and FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the output unit 120 according to an embodiment of the present invention .

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터(이하, 설명의 편의를 위해 'DC-DC 컨버터'라 함)는 제어신호 생성부(110) 및 출력부(120)를 포함한다. 1 to 3, a multi-output DC-DC converter using a switched capacitor (hereinafter referred to as a DC-DC converter for convenience of description) includes a control signal generator 110 and an output unit 120).

보다 상세하게, 제어신호 생성부(110)는 다중 출력, 즉, 세 개의 출력전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성한다. More specifically, the control signal generator 110 generates a switching control signal such that multiple outputs, i.e., three output voltages, correspond to respective reference voltage levels.

이를 위해, 제어신호 생성부(110)는 제1 비교기(111), 및 제2 비교기(112)를 포함할 수 있고, 두 비교기에 의한 비교 결과를 이용하여 세 개의 출력전압이 각각의 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. To this end, the control signal generator 110 may include a first comparator 111 and a second comparator 112, and using the results of the comparison by the two comparators, the three output voltages may be at respective reference voltage levels Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

그리고, 출력부(120)는 스위칭 제어신호에 기초하여 입력전압을 세 개의 출력단자로 출력한다. The output unit 120 outputs the input voltage to the three output terminals based on the switching control signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 출력부(120)는 세 개의 출력단자를 공유하는 8개의 스위치드 커패시터 셀(121, 122, 123, …, 128)로 구성될 수 있고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각은 입력전압을 충방전하는 공통 커패시터, 공통 커패시터에 입력전압을 충전시키고, 충전된 전압이 세 개의 출력단자로 출력되도록 스위칭하는 세 개의 스위치열을 포함할 수 있다. The output unit 120 according to an embodiment of the present invention may be composed of eight switched capacitor cells 121, 122, 123, ..., 128 sharing three output terminals, and each of the eight switched capacitor cells A common capacitor for charging and discharging the input voltage, and three switch rows for charging the input voltage to the common capacitor and switching the charged voltage to be output to the three output terminals.

즉, 8개의 스위치드 커패시터 셀 중 제1 스위치드 커패시터 셀(121)은 공통 커패시터(1212), 제1 스위치열(1214), 제2 스위치열(1216), 및 제3 스위치열(1218)을 포함하고, 제2 스위치드 커패시터 셀(122)도 공통 커패시터(1222), 제1 스위치열(1224), 제2 스위치열(1226), 및 제3 스위치열(1228)을 포함, 동일한 방식으로, 제8 스위치드 커패시터 셀(128)도 공통 커패시터(1282), 제1 스위치열(1284), 제2 스위치열(1286), 및 제3 스위치열(1288)을 각각 포함한다. That is, the first switched capacitor cell 121 of the eight switched capacitor cells includes a common capacitor 1212, a first switch column 1214, a second switch column 1216, and a third switch column 1218 The second switched capacitor cell 122 also includes the common capacitor 1222, the first switch column 1224, the second switch column 1226 and the third switch column 1228 in the same manner, The capacitor cell 128 also includes a common capacitor 1282, a first switch column 1284, a second switch column 1286, and a third switch column 1288, respectively.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 8개의 스위치드 커패시터 셀(121, 122, …, 128)은 세 개의 출력단자를 공유하도록 연결되어 있으므로, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 제1 스위치열, 즉, 8개의 제1 스위치열(1214, 1224, 1234, …, 1284)에 의해 제1 출력단자(VOUT _A)로 제1 출력전압이 출력되게 된다. Since the eight switched capacitor cells 121, 122, ..., and 128 are connected to share three output terminals as shown in FIG. 2, the first switch column included in each of the eight switched capacitor cells, That is, eight first thermal switch (1214, 1224, 1234, ..., 1284), the first output terminal will be the first output voltage is output to the (V OUT _A) by.

그리고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 8개의 제2 스위치열(1216, 1226, 1236, …, 1286)에 의해 제2 출력단자(VOUT _B)로 제2 출력전압이 출력되게 되고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 8개의 제3 스위치열(1218, 1228, 1238, …, 1288)에 의해 제3 출력단자(VOUT _C)로 제3 출력전압이 출력되게 된다. A second output voltage is output to the second output terminal (V OUT - B ) by eight second switch lines (1216, 1226, 1236, ..., 1286) included in each of the eight switched capacitor cells. column 8, the third switch included in each of the switched capacitor cell (1218, 1228, 1238, ..., 1288), a third output terminal is to be the third output voltage is output to the (V OUT _C) by.

이와 같이, 각 출력단자로 출력전압이 출력되므로, 다수의 스위치열의 개수는 다수의 출력단자의 개수와 동일한 것이 바람직하다. As described above, since the output voltage is output to each output terminal, the number of the plurality of switch lines is preferably equal to the number of the plurality of output terminals.

그리고, 출력부(120)는 8개의 스위치드 커패시터 셀로 구성되므로, 본 발명에서는 제어신호 생성부(110)가 8비트 2진 카운터를 이용하여 8개의 스위치드 커패시터 셀의 동작을 위한 제어신호를 생성하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. Since the output unit 120 is composed of eight switched capacitor cells, in the present invention, the control signal generation unit 110 generates a control signal for operating the eight switched capacitor cells using an 8-bit binary counter Assumption will be described below.

즉, 제1 8비트 2진 카운터에 의해 8개의 스위치드 커패시터 셀에 포함된 총 8개의 제1 스위치열의 동작이 제어되고, 제2 8비트 2진 카운터에 의해 8개의 제2 스위치열, 그리고, 순차적으로, 제8 8비트 2진 카운터에 의해 8개의 제8 스위치열의 동작이 제어된다. That is, the operation of eight first switch rows included in eight switched capacitor cells is controlled by the first 8-bit binary counter, eight second switch rows are controlled by the second 8-bit binary counter, , And the operation of eight eighth switch rows is controlled by the eighth 8-bit binary counter.

한편, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 더 높은 개수의 스위치드 커패시터 셀 및 이에 상응하는 더 높은 비트의 2진 카운터가 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. However, the present invention is not limited thereto, and it is apparent to a person skilled in the art that a higher number of switched capacitor cells and corresponding higher bit binary counters may be used if necessary.

그리고, 8개의 스위치드 커패시터 셀 각각에 포함된 다수의 스위치열은 세 개인 것으로, 하나의 스위치열은 네 개의 스위치로 이루어지는 것으로 가정하기로 하나, 요구되는 다중 출력의 개수에 따라, 다수의 스위치열의 개수도 변경될 수 있다. It is assumed that there are three switch rows included in each of the eight switched capacitor cells and one switch row is composed of four switches. Depending on the number of multiple outputs required, the number of switch rows Can also be changed.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)에 의해, 세 개의 출력전압 중 제1 출력전압이 세 개의 출력단자 중 제1 출력단자(VOUT _A)로 출력되고, 이때, 제1 출력전압은 8개의 스위치드 커패시터 셀에 각각 포함된 세 개의 스위치열 중 제1 스위치열, 즉, 8개의 제1 스위치열의 동작에 의해 출력 레벨이 결정되는 동작을 중심으로 설명하기로 한다. Or less, by the DC-DC converter 100 according to one embodiment of the invention, the first output voltage of the three output voltages is output to the three first output terminal (V OUT _A) of output terminals, wherein, The first output voltage will mainly be described about the operation in which the output level is determined by the operation of the first switch column among the three switch columns included in each of the eight switched capacitor cells, that is, the eight first switch columns.

시스템온칩 방식의 설계를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자인 것이 바람직하다.
For system-on-chip design, the switch according to an embodiment of the present invention is preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) element.

출력 레벨의 결정 동작을 설명하기에 앞서, 도 3을 참조하여, 제1 스위치드 커패시터 셀(121)에 포함된 공통 커패시터(1212)와 제1 내지 제3 스위치열(1214 내지 1218)의 연결 관계에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 3, the relationship between the common capacitor 1212 included in the first switched capacitor cell 121 and the first to third switch columns 1214 to 1218 is described with reference to FIG. The details will be described below.

먼저, 제1 스위치열(1214)은 앞서 설명한 바와 같이, 네 개의 스위치로 이루어질 수 있고, 네 개의 스위치 중 제1-1 스위치(1214a)의 일단에는 입력전압(VDD)이 인가된다. First, as described above, the first switch column 1214 may be formed of four switches, and the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1214a among the four switches.

그리고, 제2-1 스위치(1214b)의 일단이 제1-1 스위치(1214a)의 타단 및 공통 커패시터(1212)의 일단과 연결되고, 순차적으로, 제1-2 스위치(1214c)의 일단이 제2-1 스위치(1214b)의 타단 및 제1 출력단자(VOUT _A)와 연결된다. One end of the second-1 switch 1214b is connected to the other end of the 1-1 switch 1214a and one end of the common capacitor 1212, and one end of the 1-2- 2-1 is connected to the other terminal and the first output terminal (V OUT _A) of the switch (1214b).

그리고, 제2-2 스위치(1214d)의 일단이 제1-2 스위치(1214c)의 타단 및 공통 커패시터(1212)의 타단이 연결되고, 제2-2 스위치(1214d)의 타단은 접지와 연결되어 회로도가 구성된다. One end of the 2-2 switch 1214d is connected to the other end of the 1-2 switch 1214c and the other end of the common capacitor 1212 and the other end of the 2-2 switch 1214d is connected to the ground A circuit diagram is constructed.

다음으로, 제2 스위치열(1216)도 네 개의 스위치로 이루어질 수 있고, 네 개의 스위치 중 제1-1 스위치(1216a)의 일단에 입력전압(VDD)이 인가되게 된다. Next, the second switch column 1216 may be composed of four switches, and the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1216a among the four switches.

그리고, 제2-1 스위치(1216b)의 일단이 제1-1 스위치(1216a)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 일단, 및 제1 스위치열의 제1-1 스위치(1214a)의 타단과 연결되고, 순차적으로, 제1-2 스위치(1216c)의 일단이 제2-1 스위치(1216b)의 타단 및 제2 출력단자(VOUT _B)와 연결된다. One end of the second-1 switch 1216b is connected to the other end of the 1-1 switch 1216a, one end of the common capacitor 1212, and the other end of the 1-1 switch 1214a of the first switch row , One end of the 1-2 switch 1216c is sequentially connected to the other end of the 2-1 switch 1216b and the second output terminal (V OUT - B ).

그리고, 제2-2 스위치(1216d)의 일단이 제1-2 스위치(1216c)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 타단, 및 제1 스위치열의 제1-2 스위치(1214c)의 타단과 연결되고, 제2-2 스위치(1216d)의 타단은 접지와 연결된다. One end of the 2-2 switch 1216d is connected to the other end of the 1-2 switch 1216c, the other end of the common capacitor 1212, and the other end of the 1-2 switch 1214c of the first switch string And the other end of the 2-2 switch 1216d is connected to the ground.

동일한 방식으로, 제3 스위치열(1218)의 네 개의 스위치 중 제1-1 스위치(1218a)의 일단에 입력전압(VDD)이 인가되고, 제2-1 스위치(1218b)의 일단이 제1-1 스위치(1218a)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 일단, 제1 스위치열의 제1-1 스위치(1214a)의 타단, 및 제2 스위치열의 제1-1 스위치(1216a)의 타단과 연결된다. In the same manner, the input voltage VDD is applied to one end of the 1-1 switch 1218a among the four switches of the third switch array 1218, and one end of the 2-1 switch 1218b is connected to the 1- 1 switch 1218a, one end of the common capacitor 1212, the other end of the 1-1 switch 1214a of the first switch string, and the other end of the 1-1 switch 1216a of the second switch string.

그리고, 제1-2 스위치(1218c)의 일단이 제2-1 스위치(1218b)의 타단 및 제3 출력단자(VOUT _C)와 연결되며, 제2-2 스위치(1218d)의 일단은 제1-2 스위치(1218c)의 타단, 공통 커패시터(1212)의 타단, 제1 스위치열의 제1-2 스위치(1214c)의 타단, 및 제2 스위치열의 제1-2 스위치(1216c)의 타단과 연결되고, 제2-2 스위치(1218d)의 타단은 접지와 연결된다. And, one end of the first-second switch (1218c) one end of the second-first switch (1218b) the other end and a third output terminal is connected to the (V OUT _C), the second-second switch (1218d) of the first -2 switch 1218c, the other end of the common capacitor 1212, the other end of the 1-2 switch 1214c of the first switch string, and the other end of the 1-2 switch 1216c of the second switch string , And the other end of the 2-2 switch 1218d is connected to the ground.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 8개의 스위치드 커패시터 셀(121, 122, …, 128)은 세 개의 출력단자(VOUT _A, VOUT _B, VOUT _C)를 공유하도록 연결되어 있으므로, 제1 출력단자(VOUT _A)는 제1 스위치드 커패시터 셀(121)의 제1 스위치열의 제2-1 스위치(1214b)의 타단 및 제1-2 스위치(1214c) 일단과 연결될 뿐만 아니라, 제2 스위치드 커패시터 셀(122)의 제1 스위치열의 제2-1 스위치(1224b)의 타단 및 제1-2 스위치(1224c) 일단과도 연결되고, 순차적으로, 제8 스위치드 커패시터 셀(128)의 제1 스위치열의 제2-1 스위치(1284b)의 타단 및 제1-2 스위치(1284c) 일단과 연결되게 된다. 제2 출력단자(VOUT _B) 및 제3 출력단자(VOUT _C)에 대해서도, 동일한 바, 보다 상세한 설명은 생략한다. On the other hand, as described above, eight switched capacitor cells (121, 122, ..., 128) has been linked to share the three output terminals (V OUT _A, V OUT _B, V OUT _C), a first output terminal (V OUT _A ) is connected not only to the other end of the second-1 switch 1214 b of the first switch column of the first switched capacitor cell 121 and to the one end of the 1-2 switch 1214 c but also to the second switched- And the other end of the second-1 switch 1224b and the end of the 1-2 switch 1224c of the first switch row of the eighth switched capacitor cell 128, -1 switch 1284b and one end of the 1-2 switch 1284c. The second output terminal (V OUT - B ) and the third output terminal (V OUT - C ) are the same and will not be described in detail.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 8개의 제1 스위치열의 동작에 의해 제1 출력단자(VOUT _A)로 출력되는 제1 출력전압의 레벨이 결정되는 동작을 중심으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(100)의 전압 출력 방법을 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, mainly the operation according to Fig. 1 through to 4, the determination is eight first level of the first output voltage to be output to the first output terminal (V OUT _A) by a switch row operation, one of the present invention The voltage output method of the DC-DC converter 100 according to the embodiment will be described in more detail.

앞서 설명한 바와 같이, 제어신호 생성부(110)는 제1 비교기(111) 및 제2 비교기(112)에 의한 비교 결과를 이용하여 제1 출력단자(VOUT _A)로 출력되는 제1 출력전압이 기준전압 레벨과 상응되도록 하는 스위칭 제어신호를 생성한다. As described above, the first output voltage control signal generating unit 110 by using the result of the comparison by the first comparator 111 and second comparator 112 is output to the first output terminal (V OUT _A) And generates a switching control signal to correspond to the reference voltage level.

이때, 제1 비교기(111)는 제1 출력단자(VOUT _A)로 출력되는 제1 출력전압을 제1 기준전압(VREF_A_H)과 비교한 결과를 제어신호 생성부(110)에 제공하고, 제2 비교기(112)는 제2 기준전압(VREF _A_L)과 비교한 결과를 제어신호 생성부(110)에 제공할 수 있다. In this case, the first comparator 111 is provided to the first output terminal (V OUT _A) the first output voltage to a first reference voltage (V REF_A_H) a control signal generation unit 110, the comparison and output to, and the second comparator 112 may provide the results of comparing the second reference voltage (V REF _A_L) to the control signal generator 110.

본 발명에서는 제1 기준전압(VREF _A_H)이 제2 기준전압(VREF _A_L)보다 높은 것으로 가정하여 설명하기로 하며, 차이는 0.1V인 것으로 가정한다. In the present invention, it will be described on the assumption that higher than the first reference voltage (V REF _A_H) a second reference voltage (V REF _A_L), and the difference is assumed to be 0.1V.

즉, 제어신호 생성부(110)는 두 비교기에 의한 비교 결과에 기초하여 제1 출력전압이 제1 기준전압과 제2 기준전압의 사이에 해당하는 값을 갖도록 하는 제1 스위칭 제어신호를 생성한다. That is, the control signal generator 110 generates a first switching control signal that causes the first output voltage to have a value between the first reference voltage and the second reference voltage, based on the comparison result of the two comparators .

보다 상세하게, 제1 비교기(111) 및 제2 비교기(112)에 의한 비교 결과, 출력전압이 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 높은 것으로 판단된 경우, 제어신호 생성부(110)는 출력전압을 낮추기 위한 제어신호로서, 일례로, 다운(down) 신호를 발생할 수 있다. More specifically, when it is determined that the output voltage is higher than the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the first comparator 111 and the second comparator 112, As a control signal for lowering the voltage, for example, it is possible to generate a down signal.

그리고, 두 비교기에 의한 비교 결과, 출력전압이 제1 기준전압 및 제2 기준전압보다 낮은 경우, 제어신호 생성부(110)는 출력전압을 높이기 위한 제어신호로서, 일례로, 업(up) 신호를 발생할 수 있다. When the output voltage is lower than the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the two comparators, the control signal generator 110 generates a control signal for increasing the output voltage, Lt; / RTI >

또한, 두 비교기에 의한 비교 결과, 출력전압이 제1 기준전압 및 제2 기준전압 사이에 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어신호 생성부는 출력전압을 그대로 유지시키기 위한 제어신호로서, 일례로, 록(lock) 신호를 발생할 수 있다. If it is determined that the output voltage is present between the first reference voltage and the second reference voltage as a result of the comparison by the two comparators, the control signal generator is a control signal for maintaining the output voltage as it is, lock signal.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기의 업, 다운, 록 신호의 발생은 제어신호 생성부(110)에 포함된 업/다운 결정부(113)에 의해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the generation of the up, down, and lock signals may be performed by the up / down determination unit 113 included in the control signal generation unit 110.

계속하여, 제어신호 생성부(110)는 발생된 업, 다운, 록 신호를 이용하여 8개의 스위치드 커패시터 셀을 구성하고 있는 8개의 제1 스위치열을 제어하기 위한 동기화된 2진 카운터 형태의 비트를 출력한다. Next, the control signal generator 110 generates a synchronized binary counter type bit for controlling the eight first switch rows constituting the eight switched capacitor cells by using the generated up, down, and lock signals Output.

보다 상세하게, 제어신호 생성부(110)는 업/다운 결정부(113)에 의해 발생된 업 신호를 이용하여 매 클럭마다 1씩 더해진 값의 비트를 출력할 수 있고, 다운 신호를 이용하여 매 클럭마다 1씩 감산된 값의 비트를 출력할 수 있다. More specifically, the control signal generating unit 110 can output a bit of a value added by one every clock using the up signal generated by the up / down determining unit 113, It is possible to output a bit of a value obtained by subtracting 1 by one for each clock.

그리고, 이러한 출력 비트의 크기에 상응하여 8개의 제1 스위치열이 제어되게 되고, 이로써, 제1 출력단자를 통하여 출력되는 제1 출력전압의 레벨이 결정되는 것이다. The eight first switch rows are controlled according to the magnitude of the output bits, whereby the level of the first output voltage output through the first output terminal is determined.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 비트의 출력은 DCpM(Digital Capacitance Modulation) 제어부(114)에 의해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the output of the bit may be performed by a DCPM (Digital Capacitance Modulation)

다음으로, 제어신호 생성부(110)는 출력 비트, 즉, DCpM 제어부(114)에 의해 출력될 수 있는 8비트 2진 카운터 형태의 비트 및 입력된 클럭을 이용하여 출력 비트가 하이(high)이면 클럭을 출력하고, 로우(low)이면 클럭을 출력하지 않을 수 있다. Next, when the output bit is high using an output bit, that is, an 8-bit binary counter type bit that can be output by the DCpM control unit 114, and an input clock, And outputs a clock when it is low.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 출력 비트와 입력된 클럭을 이용한 클럭의 출력은 디코더(115)에 의해 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the output of the clock using the output bit and the input clock can be performed by the decoder 115.

한편, 많은 수의 위상을 사용할수록 출력전압의 리플(ripple)은 감소되게 되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 생성부(110)는 0˚, 45˚, 90˚, 135˚ 네 개의 위상을 출력하는 4-위상 발생기(116)를 더 포함할 수 있다. Since the ripple of the output voltage is reduced as the number of phases is increased, the control signal generator 110 according to an exemplary embodiment of the present invention generates 0, 45, 90, And a 4-phase generator 116 for outputting a phase.

즉, 4-위상 발생기(116)는 입력된 클럭을 이용하여 상기의 네 개의 위상을 출력함으로써, 인터리브드(interleaved) 위상 방식이 본 발명에 적용될 수 있도록 한다. That is, the 4-phase generator 116 outputs the four phases using the input clock so that an interleaved phase scheme can be applied to the present invention.

스위치드 커패시터 컨버터는 인덕터 기반의 스위칭 컨버터 대비 다수의 인터리브드 위상 방식을 적용하기 용이하고, 출력전압의 리플 감소는 부하 커패시터의 용량을 대폭 줄이거나 사용하지 않는 설계를 가능하게 하므로, 시스템온칩 방식에 유리하다. Switched-capacitor converters are easier to apply than the inductor-based switching converters in that many interleaved phase schemes and reducing the ripple of the output voltage allows designs that do not use or significantly reduce the capacitance of the load capacitors, Do.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 생성부(110)는 하나의 입력된 클럭을 서로 다른 데드 타임(dead time)을 갖는 두 개의 클럭으로 출력하는 논오버 클럭(non over clock) 발생기(117)를 더 포함할 수 있다. In addition, the control signal generator 110 according to an embodiment of the present invention includes a non-over clock generator (not shown) for outputting one input clock to two clocks having different dead times 117).

PMOS로 이루어진 스위치와 NMOS로 이루어진 스위치가 동시에 켜지는 경우에는 VDD와 GND가 연결되어 컨버터의 효율이 저하될 수 있으므로, 이러한 서로 다른 데드 타임을 갖는 두 개의 클럭에 의해 두 스위치가 동시에 켜지지 않도록 한다. When a PMOS switch and an NMOS switch are turned on at the same time, VDD and GND are connected to each other to reduce the efficiency of the converter. Therefore, the two switches are not turned on simultaneously by two clocks having different dead times.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어신호를 이용하여 제어되는 제1 스위치열의 동작을 설명하는 도면이며, 도 4에 도시된 바와 같이, 디코더와 드라이버에 의해 제1 스위치열을 구성하는 네 개의 스위치의 동작, 즉, 네 개의 MOSFET의 게이트(gate)에 인가되는 전압이 결정됨을 확인할 수 있다. 4 is a view for explaining the operation of a first switch column controlled using a switching control signal according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, It can be seen that the operation of the four switches, that is, the voltage applied to the gates of the four MOSFETs, is determined.

그리고, 제1 스위치열과 함께 하나의 스위치드 커패시터 셀 내에 포함된 제2 스위치열 및 제3 스위치열도 동일한 방식으로 동작되게 된다. The second switch row and the third switch row included in one switched capacitor cell together with the first switch row are also operated in the same manner.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 고효율 다중 출력이 가능하고 출력 전압의 리플을 효율적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, high efficiency multiple output is possible and ripple of the output voltage can be effectively reduced.

본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

100 : 스위치드 커패시터를 이용한 다중 출력 DC-DC 컨버터
110 : 제어신호 생성부 111 : 제1 비교기
112 : 제2 비교기 113 : 업/다운 결정부
114 : DCpM 제어부 115 : 디코더
116 : 4-위상 발생기 117 : 논오버 클럭 발생기
120 : 출력부 121~128 : 8개의 스위치드 커패시터 셀
1212 : 공통 커패시터 1214~1218 : 세 개의 스위치열
1214a~1214c : 네 개의 스위치100: Multi-Output DC-DC Converter with Switched Capacitor
110: control signal generator 111: first comparator
112: second comparator 113: up / down decision unit
114: DCpM control unit 115: Decoder
116: 4-phase generator 117: non-over clock generator
120: Output 121 to 128: 8 switched capacitor cells
1212: common capacitor 1214-1218: three switch columns
1214a to 1214c: Four switches

Claims (7)

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