KR102439280B1 - Switched capacitor converter having variable voltage conversion ratio - Google Patents

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KR102439280B1 KR1020200144210A KR20200144210A KR102439280B1 KR 102439280 B1 KR102439280 B1 KR 102439280B1 KR 1020200144210 A KR1020200144210 A KR 1020200144210A KR 20200144210 A KR20200144210 A KR 20200144210A KR 102439280 B1 KR102439280 B1 KR 102439280B1
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Abstract

본 발명은 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 것이다.
본 발명은 입력단자를 통해 입력받은 입력전압(VBATT)을 가변적인 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력단자를 통해 출력하는 SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부, 상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)과 설정된 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 비교기 및 상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 대응하는 변환비(CR)를 결정하고, 결정된 변환비에 따라 상기 SCC 회로부에 대한 스위칭을 제어하여 상기 SCC 회로부가 상기 입력전압(VBATT)을 결정된 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력하도록 제어하는 SCC 스위칭 제어기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 스위치드 커패시터 컨버터의 입력단자에 연결된 배터리에 충전되어 있는 배터리전압과 스위치드 커패시터 컨버터의 출력전압에 따라 스위치드 커패시터 컨버터의 입출력 전압 변환비를 다이나믹하게 변환하여 배터리에 남아있는 잔여 에너지를 최소화하여 시스템 전력 효율을 극대화할 수 있다.
The present invention relates to a switched capacitor converter with a variable conversion ratio.
The present invention provides an SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit for outputting an output voltage (VSYS) obtained by converting an input voltage (VBATT) received through an input terminal according to a variable conversion ratio (CR) through an output terminal, the SCC circuit unit A comparator comparing the input voltage VBATT divided by the conversion ratio CR (VBATT/CR) with a set conversion ratio transition threshold CRTT and a conversion ratio CR corresponding to the comparison result output by the comparator SCC for controlling the SCC circuit unit to output the output voltage VSYS converted from the input voltage VBATT according to the determined conversion ratio CR by determining the SCC circuit unit and controlling the switching of the SCC circuit unit according to the determined conversion ratio a switching controller.
According to the present invention, the input/output voltage conversion ratio of the switched capacitor converter is dynamically converted according to the battery voltage charged in the battery connected to the input terminal of the switched capacitor converter and the output voltage of the switched capacitor converter to minimize the residual energy remaining in the battery. Thus, the system power efficiency can be maximized.

Description

가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터{SWITCHED CAPACITOR CONVERTER HAVING VARIABLE VOLTAGE CONVERSION RATIO}Switched capacitor converter with variable voltage conversion ratio {SWITCHED CAPACITOR CONVERTER HAVING VARIABLE VOLTAGE CONVERSION RATIO}

본 발명은 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스위치드 커패시터 컨버터의 입력단자에 연결된 배터리에 충전되어 있는 배터리전압과 컨버터의 출력전압에 따라 스위치드 커패시터 컨버터의 입출력 전압 변환비를 다이나믹하게 변환하여 배터리에 남아있는 잔여 에너지를 최소화하여 시스템 전력 효율을 극대화할 수 있는 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio. More specifically, the present invention dynamically converts the input/output voltage conversion ratio of the switched capacitor converter according to the battery voltage charged in the battery connected to the input terminal of the switched capacitor converter and the output voltage of the converter to minimize the residual energy remaining in the battery. Thus, it relates to a switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio capable of maximizing system power efficiency.

최근 모바일용 시스템(스마트폰, 태블릿 등)의 소비전력이 증가하고 시스템 내부에서 전력을 소모하는 소자들(코어, 주변 회로 등)의 동작 전압은 낮아지는 경향으로 인해, 2:1을 초과하는 전압 변환비(입력전압과 출력전압의 비율)를 가지는 컨버터에 대한 요구가 증가하고 있다.Due to the recent increase in power consumption of mobile systems (smartphones, tablets, etc.) and the tendency of the operating voltages of devices (cores, peripheral circuits, etc.) consuming power inside the system to decrease, voltage exceeding 2:1 There is an increasing demand for converters having a conversion ratio (ratio of input voltage to output voltage).

모바일용 시스템 내부에서 2:1의 변환비를 가지는 컨버터에는 스위치드 커패시터 컨버터(Switched Capacitor Converter)가 주로 사용되고 있다. 스위치드 커패시터 컨버터는 통상 인덕터를 사용하지 않으면서 커패시터와 반도체 스위칭 소자(이하 간략히 '스위치'라고 함)들이 조합된 회로로서, 스위치의 온/오프 동작을 통해 커패시터의 연결을 변경함으로써 입력전압과 출력전압의 관계를 변경하는 회로로 이해될 수 있다. 다만, 작은 사이즈의 인덕터를 포함하는 스위치드 커패시터 컨버터도 일부 연구되고 있다는 점에서 스위치드 커패시터 컨버터가 인덕터를 포함하지 않는 것으로 고려될 필요는 없지만, 일반적으로 스위치드 커패시터 컨버터는 큰 사이즈의 인덕터를 사용하지 않음으로써 사이즈를 줄이고 고효율을 달성할 수 있다. A switched capacitor converter is mainly used in a converter having a conversion ratio of 2:1 in a mobile system. A switched capacitor converter is a circuit in which a capacitor and a semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as a 'switch') are combined without using an inductor. It can be understood as a circuit that changes the relationship of However, it is not necessary to consider that the switched capacitor converter does not include an inductor in that a switched capacitor converter including an inductor of a small size is also being studied. It can reduce the size and achieve high efficiency.

그러나 2:1을 초과하는, 예시적으로 4:1의 전압 변환비를 가지는 경우, 스위치드 커패시터 컨버터는 스위치와 커패시터의 전압 스트레스 증가 및 소자 개수 증가로 인해 사이즈가 증가하고 효율이 감소하는 등의 문제가 있다.However, when a voltage conversion ratio of 4:1 exceeds 2:1, the switched-capacitor converter has problems such as an increase in size and a decrease in efficiency due to an increase in voltage stress of a switch and a capacitor and an increase in the number of elements. there is

예를 들어, 2:1 전압 변환비를 가지는 스위치드 커패시터 컨버터 두 개를 직렬로 연결하여 4:1의 전압 변환비를 구현하는 방법이 알려져 있으나, 이 방법은 전력 손실이 많다는 문제가 있다.For example, a method of implementing a voltage conversion ratio of 4:1 by connecting two switched capacitor converters having a 2:1 voltage conversion ratio in series is known, but this method has a problem in that power loss is large.

다른 예로서, 도 29에 예시된 4:1 딕슨(Dickson) 스위치드 커패시터 컨버터의 경우, 출력전압(Vo)의 3배의 내압을 가지는 커패시터(Ca)와 출력전압의 2배의 내압을 가지는 커패시터(Cb)가 필요하다는 단점이 있다. 고내압 커패시터는 그 사이즈가 증가할 뿐만 아니라 실효 커패시턴스가 작은 문제로 인해 사이즈 및 효율 측면에서 불리하다.As another example, in the case of the 4:1 Dickson switched capacitor converter illustrated in FIG. 29, a capacitor Ca having a withstand voltage three times the output voltage Vo and a capacitor having a withstand voltage twice the output voltage ( Cb) is required. The high withstand voltage capacitor is disadvantageous in terms of size and efficiency due to an increase in its size and a small effective capacitance.

한편 종래의 이러한 스위치드 커패시터 컨버터(Switched Capacitor Converter)는 전압 변환비가 특정값으로 고정되어 있는 것이 일반적이다.Meanwhile, in the conventional switched capacitor converter, the voltage conversion ratio is generally fixed to a specific value.

이러한 고정된 전압 변환비를 갖는 종래 기술의 문제점을 설명하면 다음과 같다.The problems of the prior art having such a fixed voltage conversion ratio will be described as follows.

도 1은 종래의 고정 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따라 배터리에 남아 있는 잔여 에너지가 낭비되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a conventional switched capacitor converter having a fixed voltage conversion ratio, and FIG. 2 is a diagram for explaining a problem in which residual energy remaining in a battery is wasted according to the related art.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리에 에너지(VBATT)가 충분히 남아 있음에도 불구하고 스위치드 커패시터 컨버터가 출력하는 전압(VSYS)이 전력을 소모하는 시스템의 최소 입력전압(VSYS_th)이 되면 시스템은 오프(OFF)될 수 밖에 없다.Referring to FIGS. 1 and 2 , when the voltage VSYS output from the switched-capacitor converter becomes the minimum input voltage VSYS_th of the system that consumes power even though there is sufficient energy VBATT in the battery, the system turns off ( OFF) can only be turned off.

예를 들어, 전압 변환비가 4로 고정되어 있고, 전력을 소모하는 시스템의 최소 입력전압(VSYS_th)이 2.5V라고 가정할 때, VBATT가 10V 미만이고 VSYS가 2.5V 미만인 상황(구체적인 예, VBATT = 9.8V, VSYS = 2.45V)에서는, VBATT가 충분함에도 불구하고 시스템은 오프될 수 밖에 없으며, 이로 인해 배터리에 남아있는 잔여 에너지를 충분히 활용할 수 없어 시스템 전력 효율이 저하되는 문제점이 있다.For example, assuming that the voltage conversion ratio is fixed to 4 and the minimum input voltage (VSYS_th) of the system consuming power is 2.5V, VBATT is less than 10V and VSYS is less than 2.5V (specific example, VBATT = 9.8V, VSYS = 2.45V), although the VBATT is sufficient, the system is inevitably turned off, and as a result, the residual energy remaining in the battery cannot be fully utilized, thereby reducing system power efficiency.

본 발명의 기술적 과제는 스위치드 커패시터 컨버터의 입력단자에 연결된 배터리에 충전되어 있는 배터리전압과 스위치드 커패시터 컨버터의 출력전압에 따라 스위치드 커패시터 컨버터의 입출력 전압 변환비를 다이나믹하게 변환하여 배터리에 남아있는 잔여 에너지를 최소화하여 시스템 전력 효율을 극대화할 수 있는 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to dynamically convert the input/output voltage conversion ratio of the switched capacitor converter according to the battery voltage charged in the battery connected to the input terminal of the switched capacitor converter and the output voltage of the switched capacitor converter to reduce the residual energy remaining in the battery. To provide a switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio capable of maximizing system power efficiency by minimizing it.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터는 입력단자를 통해 입력받은 입력전압(VBATT)을 가변적인 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력단자를 통해 출력하는 SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부, 상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)과 설정된 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 비교기 및 상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 대응하는 변환비(CR)를 결정하고, 결정된 변환비에 따라 상기 SCC 회로부에 대한 스위칭을 제어하여 상기 SCC 회로부가 상기 입력전압(VBATT)을 결정된 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력하도록 제어하는 SCC 스위칭 제어기를 포함한다.The switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention for solving this technical problem converts the input voltage VBATT input through the input terminal according to the variable conversion ratio CR to the output voltage VSYS. The SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit outputting through the output terminal, comparing the input voltage (VBATT) of the SCC circuit unit by the conversion ratio (CR) (VBATT/CR) and the set conversion ratio transition threshold (CRTT) A comparator and a conversion ratio (CR) corresponding to the comparison result output from the comparator is determined, and switching of the SCC circuit unit is controlled according to the determined conversion ratio, so that the SCC circuit unit converts the input voltage (VBATT) to the determined conversion ratio and an SCC switching controller that controls to output the converted output voltage VSYS according to (CR).

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터는 상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 포함된 글리치(glitch) 성분을 제거하는 글리치 제거 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention further comprises a glitch removal circuit unit for removing a glitch component included in a comparison result value output by the comparator.

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 변환비 천이 임계치(CRTT)는 상기 SCC 회로부의 출력 임피던스(Rout)에 출력전류(Iout)를 곱한 값과 상기 SCC 회로부의 출력단자에 연결된 전력소모 시스템의 임계 입력전압(VSYS_th)을 합산한 값인 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the conversion ratio transition threshold CRTT is a value obtained by multiplying an output impedance Rout of the SCC circuit unit by an output current Iout and an output terminal of the SCC circuit unit It is characterized in that it is the sum of the threshold input voltage (VSYS_th) of the power consumption system connected to the

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 임계 입력전압(VSYS_th)은 상기 전력소모 시스템의 최소 동작전압인 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the threshold input voltage (VSYS_th) is a minimum operating voltage of the power consumption system.

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 비교기가 출력하는 비교 결과값이 상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)이 상기 변환비 천이 임계치(CRTT) 이하임을 지시하는 경우 상기 변환비(CR)를 낮추어 상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)이 상기 변환비 천이 임계치(CRTT) 이상이 되도록 상기 SCC 회로부를 구성하는 스위치들의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the SCC switching controller determines that the comparison result output from the comparator is a value obtained by dividing the input voltage (VBATT) of the SCC circuit unit by the conversion ratio (CR) ( VBATT/CR) is a value obtained by dividing the input voltage VBATT of the SCC circuit unit by the conversion ratio CR by lowering the conversion ratio CR when it indicates that the conversion ratio transition threshold CRTT or less (VBATT/CR) It is characterized in that the switching of the switches constituting the SCC circuit unit is controlled to be equal to or greater than the conversion ratio transition threshold (CRTT).

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 SCC 회로부를 구성하는 각각의 스위치는 복수의 FET(Field Effect Transistor)이 병렬 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, each switch constituting the SCC circuit unit has a structure in which a plurality of Field Effect Transistors (FETs) are connected in parallel.

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 스위치들의 게이트-소스 전압(Vgs)을 제어하여 상기 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the SCC switching controller controls the gate-source voltage (Vgs) of the switches to control the switches switched in the process of changing the conversion ratio (CR). It is characterized in that it prevents overcurrent from occurring.

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 스위치들을 구성하는 복수의 FET 중에서 턴온되는 FET의 갯수를 제어하여 상기 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the SCC switching controller controls the number of turned-on FETs among a plurality of FETs constituting the switches to change the conversion ratio CR. It is characterized in that it prevents overcurrent from occurring in the switches.

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 스위치들의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 상기 스위치들을 구성하는 복수의 FET 중에서 턴온되는 FET의 갯수를 제어하여 상기 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the SCC switching controller controls the gate-source voltage (Vgs) of the switches and the number of turned-on FETs among a plurality of FETs constituting the switches, It is characterized in that it prevents overcurrent from occurring in the switches that are switched in the process of changing the conversion ratio CR.

본 발명에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 입력전압(VBATT)은 직렬 연결된 복수의 배터리셀에 충전된 전압이고, 상기 전력소모 시스템은 모바일 기기인 것을 특징으로 한다.In the switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to the present invention, the input voltage (VBATT) is a voltage charged in a plurality of battery cells connected in series, and the power consumption system is a mobile device.

본 발명에 따르면, 스위치드 커패시터 컨버터의 입력단자에 연결된 배터리에 충전되어 있는 배터리전압과 스위치드 커패시터 컨버터의 출력전압에 따라 스위치드 커패시터 컨버터의 입출력 전압 변환비를 다이나믹하게 변환하여 배터리에 남아있는 잔여 에너지를 최소화하여 시스템 전력 효율을 극대화할 수 있다.According to the present invention, the input/output voltage conversion ratio of the switched capacitor converter is dynamically converted according to the battery voltage charged in the battery connected to the input terminal of the switched capacitor converter and the output voltage of the switched capacitor converter to minimize the residual energy remaining in the battery. Thus, the system power efficiency can be maximized.

도 1은 종래의 고정 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸 도면이고,
도 2는 종래 기술에 따라 배터리에 남아 있는 잔여 에너지가 낭비되는 문제점을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부의 등가회로를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 배터리에 남아있는 잔여 에너지가 최소화되어 시스템 전력 효율이 극대화되는 효과를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, SCC 회로부의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 8과 도 9는 도 7에 예시된 SCC 회로부의 4:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 10과 도 11은 도 7에 예시된 SCC 회로부의 3:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 12와 도 13은 도 7에 예시된 SCC 회로부의 2:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 두 개의 SCC 회로부 모듈을 병렬로 사용하는 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 도 7에 예시된 SCC 회로부를 도 14의 각 모듈에 사용하는 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 16과 도 17은 도 15에 예시된 두 개의 SCC 회로부 모듈을 병렬로 사용하는 구성의 4:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 18과 도 19는 도 15에 예시된 두 개의 SCC 회로부 모듈을 병렬로 사용하는 구성의 의 3:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 20과 도 21은 도 15에 예시된 두 개의 SCC 회로부 모듈을 병렬로 사용하는 구성의 의 2:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 22는 일 실시예로서, 도 15에 예시된 구성 내부의 두 모듈의 커패시터 및/또는 스위치를 통합하는 예를 나타낸 도면이고,
도 23은 도 7에 예시된 SCC 회로부를 세 개의 스위치드 커패시터 네트워크와 하나의 출력단 스위치-네트워크로 구분한 예를 나타낸 도면이고,
도 24는 스위치드 커패시터 네트워크가 베이스 스위치 네트워크와 커패시터의 조합으로 구성될 수 있음을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 25는 출력단 스위치 네트워크의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 26은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 두 개의 SCC 회로부 모듈의 스위치와 커패시터가 통합된 22:1 SCC 회로부를 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 27은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 두 개의 SCC 회로부 모듈의 스위치와 커패시터가 통합된 23:1 SCC 회로부를 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 두 개의 SCC 회로부 모듈의 스위치와 커패시터가 통합된 2N:1 SCC 회로부를 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 29는 4:1 딕슨 스위치드 커패시터 컨버터를 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 30과 도 31은 도 29에 예시된 4:1 딕슨 스위치드 커패시터 컨버터의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view showing a conventional switched capacitor converter having a fixed voltage conversion ratio,
2 is a view for explaining a problem in that the residual energy remaining in the battery is wasted according to the prior art;
3 is a diagram illustrating a switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram showing an equivalent circuit of a SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram for illustratively explaining an operation of a switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio according to an embodiment of the present invention;
6 is a view for explaining the effect of maximizing system power efficiency by minimizing the residual energy remaining in the battery according to an embodiment of the present invention;
7 is a diagram showing an exemplary configuration of an SCC circuit unit according to an embodiment of the present invention;
8 and 9 are diagrams for explaining the 4:1 voltage conversion operation of the SCC circuit unit illustrated in FIG. 7 by way of example;
10 and 11 are diagrams for exemplarily explaining the 3:1 voltage conversion operation of the SCC circuit unit illustrated in FIG. 7,
12 and 13 are diagrams for exemplarily explaining the 2:1 voltage conversion operation of the SCC circuit unit illustrated in FIG. 7,
14 is a diagram exemplarily showing a configuration using two SCC circuit unit modules in parallel according to an embodiment of the present invention;
15 is a diagram exemplarily showing a configuration using the SCC circuit unit illustrated in FIG. 7 in each module of FIG. 14 in an embodiment of the present invention;
16 and 17 are diagrams for exemplarily explaining a 4:1 voltage conversion operation of a configuration using two SCC circuit unit modules illustrated in FIG. 15 in parallel,
18 and 19 are diagrams for exemplarily explaining the 3:1 voltage conversion operation of the configuration using the two SCC circuit unit modules illustrated in FIG. 15 in parallel,
20 and 21 are diagrams for exemplarily explaining the 2:1 voltage conversion operation of the configuration using the two SCC circuit unit modules illustrated in FIG. 15 in parallel,
22 is a diagram illustrating an example of integrating capacitors and/or switches of two modules within the configuration illustrated in FIG. 15 as an embodiment;
23 is a diagram showing an example in which the SCC circuit illustrated in FIG. 7 is divided into three switched capacitor networks and one output stage switch-network,
24 is a diagram exemplarily showing that the switched capacitor network can be composed of a combination of a base switch network and a capacitor,
25 is a diagram exemplarily showing the structure of an output stage switch network,
26 is a diagram exemplarily showing a 2 2 : 1 SCC circuit unit in which a switch and a capacitor of two SCC circuit unit modules are integrated, according to an embodiment of the present invention;
27 is a diagram exemplarily showing a 2 3 : 1 SCC circuit unit in which a switch and a capacitor of two SCC circuit unit modules are integrated, according to an embodiment of the present invention;
28 is a diagram exemplarily showing a 2 N : 1 SCC circuit in which a switch and a capacitor of two SCC circuit modules are integrated, according to an embodiment of the present invention;
29 is a diagram illustrating a 4:1 Dixon switched capacitor converter by way of example;
30 and 31 are diagrams for exemplarily explaining the operation of the 4:1 Dixon switched capacitor converter illustrated in FIG. 29 .

본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are only exemplified for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may take various forms. It can be implemented with the above and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another, for example without departing from the scope of the inventive concept, a first component may be termed a second component and similarly a second component A component may also be referred to as a first component.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. will be. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described herein exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as commonly used dictionary definitions should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present specification, they are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. .

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(1)를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, SCC 회로부(10)의 등가회로를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a switched capacitor converter 1 having a variable voltage conversion ratio according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the SCC circuit unit 10 according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(1)는 SCC 회로부(10), 비교기(20), 글리치 제거 회로부(30) 및 SCC 스위칭 제어기(40)를 포함한다.3 and 4 , the switched capacitor converter 1 having a variable voltage conversion ratio according to an embodiment of the present invention includes an SCC circuit unit 10 , a comparator 20 , a glitch removal circuit unit 30 , and SCC switching. a controller 40 .

SCC 회로부(10)는 입력단자를 통해 입력받은 입력전압(VBATT)을 가변적인 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력단자를 통해 출력하는 구성요소이다.The SCC circuit unit 10 is a component that outputs an output voltage VSYS obtained by converting an input voltage VBATT input through an input terminal according to a variable conversion ratio CR through an output terminal.

예를 들어, SCC 회로부(10)의 입력단자는 직렬 연결된 복수의 배터리셀에 전기적으로 연결되고, SCC 회로부(10)의 출력단자는 모바일 기기 등과 같은 임의의 전력소모 시스템에 전기적으로 연결될 수 있으며, SCC 회로부(10)의 입력단자를 통해 입력되는 입력전압(VBATT)은 직렬 연결된 복수의 배터리셀에 충전된 전압일 수 있다. 물론, 이 배터리셀은 전력 소모에 따라 점진적으로 방전되기 때문에, 외부의 전원으로 이 배터리셀을 충전하기 위한 공지의 다양한 충전 회로가 추가적으로 구비될 수 있다.For example, an input terminal of the SCC circuit unit 10 may be electrically connected to a plurality of battery cells connected in series, and an output terminal of the SCC circuit unit 10 may be electrically connected to any power consumption system such as a mobile device. The input voltage VBATT input through the input terminal of the circuit unit 10 may be a voltage charged in a plurality of battery cells connected in series. Of course, since the battery cell is gradually discharged according to power consumption, various well-known charging circuits for charging the battery cell with an external power source may be additionally provided.

예를 들어, SCC 회로부(10)를 구성하는 각각의 스위치는 복수의 FET(Field Effect Transistor)이 병렬 연결된 구조를 가질 수 있으며, SCC 회로부(10)의 구체적이고 예시적인 구성들은 도 13 내지 도 31을 참조하여 이후 상세히 설명한다.For example, each switch constituting the SCC circuit unit 10 may have a structure in which a plurality of Field Effect Transistors (FETs) are connected in parallel, and specific and exemplary configurations of the SCC circuit unit 10 are shown in FIGS. 13 to 31 . It will be described in detail later with reference to.

비교기(20)는 SCC 회로부(10)의 입력전압(VBATT)을 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)과 설정된 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 구성요소이다.The comparator 20 is a component that compares the value (VBATT/CR) obtained by dividing the input voltage VBATT of the SCC circuit unit 10 by the conversion ratio CR and the set conversion ratio transition threshold CRTT.

예를 들어, 변환비 천이 임계치(CRTT)는 SCC 회로부(10)의 출력 임피던스(Rout)에 출력전류(Iout)를 곱한 값과 SCC 회로부(10)의 출력단자에 연결된 전력소모 시스템의 임계 입력전압(VSYS_th)을 합산한 값일 수 있다.For example, the conversion ratio transition threshold CRTT is a value obtained by multiplying the output impedance Rout of the SCC circuit unit 10 by the output current Iout and the threshold input voltage of the power consumption system connected to the output terminal of the SCC circuit unit 10 . (VSYS_th) may be a sum of values.

이를 수식으로 나타내면 다음 수식 1과 같다.If this is expressed as a formula, it is as Equation 1 below.

[수식 1][Formula 1]

CRTT = Rout × Iout + VSYS_thCRTT = Rout × Iout + VSYS_th

예를 들어, 전력소모 시스템은 모바일 기기이고, 임계 입력전압(VSYS_th)은 전력소모 시스템의 최소 동작전압일 수 있다.For example, the power consumption system may be a mobile device, and the threshold input voltage VSYS_th may be the minimum operating voltage of the power consumption system.

글리치 제거 회로부(30)는 비교기(20)가 출력하는 비교 결과값에 포함된 글리치(glitch) 성분을 제거하는 구성요소이다.The glitch removal circuit unit 30 is a component that removes a glitch component included in the comparison result value output by the comparator 20 .

SCC 스위칭 제어기(40)는 비교기(20)가 출력하는 비교 결과값에 대응하는 변환비(CR)를 결정하고, 결정된 변환비에 따라 SCC 회로부(10)에 대한 스위칭을 제어하여 SCC 회로부(10)가 배터리셀로부터 입력받은 입력전압(VBATT)을 결정된 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 전력소모 시스템으로 출력하도록 제어하는 구성요소이다.The SCC switching controller 40 determines a conversion ratio CR corresponding to the comparison result value output by the comparator 20, and controls switching for the SCC circuit unit 10 according to the determined conversion ratio to the SCC circuit unit 10 It is a component that controls to output the output voltage VSYS converted from the input voltage VBATT received from the battery cell according to the determined conversion ratio CR to the power consumption system.

예를 들어, SCC 스위칭 제어기(40)는 비교기(20)가 출력하는 비교 결과값이 SCC 회로부(10)의 입력전압(VBATT)을 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)이 변환비 천이 임계치(CRTT) 이하임을 지시하는 경우, 변환비(CR)를 낮추어 SCC 회로부(10)의 입력전압(VBATT)을 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)이 변환비 천이 임계치(CRTT) 이상이 되도록 SCC 회로부(10)를 구성하는 스위치들의 스위칭을 제어할 수 있다.For example, in the SCC switching controller 40 , the comparison result value output by the comparator 20 is a value obtained by dividing the input voltage VBATT of the SCC circuit unit 10 by the conversion ratio CR (VBATT/CR) is the conversion ratio When it is indicated that it is below the transition threshold CRTT, the value (VBATT/CR) obtained by lowering the conversion ratio CR and dividing the input voltage VBATT of the SCC circuit unit 10 by the conversion ratio CR is the conversion ratio transition threshold CRTT ) or more, it is possible to control the switching of switches constituting the SCC circuit unit 10 .

도 4에 예시된 SCC 회로부(10)의 등가회로를 참조하면, SCC 회로부(10)는 VBATT/CR = Rout × Iout + VSYS의 관계식을 가지기 때문에, VBATT/CR이 항상 VSYS 이상인 조건이 충족되어야 전력소모 시스템에서 필요한 Iout을 공급할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예의 SCC 스위칭 제어기(40)는 이 조건을 충족시키도록 SCC 회로부(10)를 제어한다.Referring to the equivalent circuit of the SCC circuit unit 10 illustrated in FIG. 4 , since the SCC circuit unit 10 has a relational expression of VBATT/CR = Rout × Iout + VSYS, the condition in which VBATT/CR is always greater than or equal to VSYS must be satisfied. It is possible to supply Iout required by the consuming system, and the SCC switching controller 40 according to an embodiment of the present invention controls the SCC circuit unit 10 to satisfy this condition.

이하에서는, 도 5 및 도 6을 추가로 참조하여, 본 발명의 일 실시 예의 구체적이고 예시적인 동작 및 이에 따라 시스템 전력 효율이 극대화되는 효과를 설명한다.Hereinafter, a detailed and exemplary operation of an embodiment of the present invention and the effect of maximizing system power efficiency will be described with further reference to FIGS. 5 and 6 .

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(1)의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 배터리에 남아있는 잔여 에너지가 최소화되어 시스템 전력 효율이 극대화되는 효과를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining the operation of the switched capacitor converter 1 having a variable voltage conversion ratio according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an embodiment of the present invention, remaining in the battery It is a diagram to explain the effect of maximizing system power efficiency by minimizing residual energy.

도 5를 추가로 참조하면, 단계 S10에서는, 비교기(20)가 VBATT를 가장 큰 변환비인 4로 나눈 값과 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 과정이 수행된다. 즉, 단계 S10에서, 비교기(20)는 VBATT/4와 Rout × Iout + VSYS_th를 비교한다. 단계 S10에서의 비교 결과 VBATT/4이 Rout × Iout + VSYS_th보다 큰 경우 단계 S20으로 전환되고, 그렇지 않은 경우 단계 S30으로 전환된다.Referring further to FIG. 5 , in step S10 , the comparator 20 compares the value obtained by dividing VBATT by 4, which is the largest conversion ratio, with the conversion ratio transition threshold CRTT. That is, in step S10, the comparator 20 compares VBATT/4 with Rout×Iout+VSYS_th. As a result of the comparison in step S10, if VBATT/4 is greater than Rout x Iout + VSYS_th, the process goes to step S20, otherwise, it goes to step S30.

단계 S20에서는, 비교기(20)로부터 비교 결과값을 전달받은 SCC 스위칭 제어기(40)가 SCC 회로부(10)의 변환비(CR)를 최대값인 4로 유지하는 과정이 수행된다.In step S20 , the SCC switching controller 40 receiving the comparison result value from the comparator 20 maintains the conversion ratio CR of the SCC circuit unit 10 at a maximum value of 4 .

단계 S30에서는, 비교기(20)가 VBATT를 다음 변환비인 3으로 나눈 값과 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 과정이 수행된다. 즉, 단계 S30에서, 비교기(20)는 VBATT/3과 Rout × Iout + VSYS_th를 비교한다. 단계 S30에서의 비교 결과 VBATT/3이 Rout × Iout + VSYS_th보다 큰 경우 단계 S40으로 전환되고, 그렇지 않은 경우 단계 S50으로 전환된다.In step S30, the comparator 20 compares the value obtained by dividing VBATT by 3, which is the next conversion ratio, with the conversion ratio transition threshold CRTT. That is, in step S30, the comparator 20 compares VBATT/3 with Rout×Iout+VSYS_th. As a result of the comparison in step S30, if VBATT/3 is greater than Rout x Iout + VSYS_th, the process is switched to step S40, otherwise, it is switched to step S50.

단계 S40에서는, 비교기(20)로부터 비교 결과값을 전달받은 SCC 스위칭 제어기(40)가 SCC 회로부(10)의 변환비(CR)를 3으로 유지하는 과정이 수행된다.In step S40 , the SCC switching controller 40 receiving the comparison result value from the comparator 20 maintains the conversion ratio CR of the SCC circuit unit 10 to 3 .

단계 S50에서는, 비교기(20)가 VBATT를 다음 변환비인 2로 나눈 값과 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 과정이 수행된다. 즉, 단계 S50에서, 비교기(20)는 VBATT/2와 Rout × Iout + VSYS_th를 비교한다. 단계 S50에서의 비교 결과 VBATT/2가 Rout × Iout + VSYS_th보다 큰 경우 단계 S60으로 전환되고, 그렇지 않은 경우 단계 S70으로 전환된다.In step S50, the comparator 20 compares the value obtained by dividing VBATT by 2, which is the next conversion ratio, with the conversion ratio transition threshold CRTT. That is, in step S50, the comparator 20 compares VBATT/2 with Rout x Iout + VSYS_th. As a result of the comparison in step S50, if VBATT/2 is greater than Rout x Iout + VSYS_th, the process is switched to step S60, and otherwise, step S70 is switched to.

단계 S60에서는, 비교기(20)로부터 비교 결과값을 전달받은 SCC 스위칭 제어기(40)가 SCC 회로부(10)의 변환비(CR)를 2로 유지하는 과정이 수행된다.In step S60 , the SCC switching controller 40 receiving the comparison result value from the comparator 20 maintains the conversion ratio CR of the SCC circuit unit 10 to 2 .

단계 S70에서는, 비교기(20)가 VBATT를 가장 작은 변환비인 1로 나눈 값, 달리 말해, 변환되지 않은 VBATT와 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 과정이 수행된다. 즉, 단계 S70에서, 비교기(20)는 VBATT와 Rout × Iout + VSYS_th를 비교한다. 단계 S50에서의 비교 결과 VBATT가 Rout × Iout + VSYS_th보다 큰 경우 단계 S80으로 전환되고, 그렇지 않은 경우 단계 S90으로 전환되어 전력소모 시스템이 오프(OFF)된다.In step S70, the comparator 20 compares the value obtained by dividing VBATT by 1, which is the smallest conversion ratio, in other words, the unconverted VBATT and the conversion ratio transition threshold CRTT. That is, in step S70, the comparator 20 compares VBATT with Rout×Iout+VSYS_th. As a result of the comparison in step S50, when VBATT is greater than Rout × Iout + VSYS_th, the step S80 is switched to, otherwise, the step S90 is switched to turn off the power consumption system.

단계 S80에서는, 비교기(20)로부터 비교 결과값을 전달받은 SCC 스위칭 제어기(40)가 SCC 회로부(10)의 변환비(CR)를 1로 유지하는 과정이 수행된다.In step S80 , the SCC switching controller 40 receiving the comparison result value from the comparator 20 maintains the conversion ratio CR of the SCC circuit unit 10 at 1 is performed.

본 발명의 일 실시 예의 이러한 구성에 따르면, 배터리에 남아있는 잔여 에너지가 최소화되어 시스템 전력 효율이 극대화된다.According to this configuration of an embodiment of the present invention, residual energy remaining in the battery is minimized to maximize system power efficiency.

즉, 도 6에 예시한 바와 같이, VBATT/CR이 변환비 천이 임계치(CRTT)인 Rout × Iout + VSYS_th 이하로 전압 강하가 이루어질 경우 CR을 낮추어 VBATT/CR이 변환비 천이 임계치(CRTT) 이상이 되게 하여 전력소모 시스템이 온(ON) 상태를 유지하도록 할 수 있다.That is, as illustrated in FIG. 6 , when the voltage drop is made below Rout × Iout + VSYS_th where VBATT/CR is the conversion ratio transition threshold (CRTT), CR is lowered so that VBATT/CR is greater than or equal to the conversion ratio transition threshold (CRTT). to keep the power consumption system on (ON) state.

한편, CR 변경시 SCC 회로부(10)를 구성하는 각 스위치에 흐르는 전류가 변경되며 이로 인해 과전류가 발생할 수 있다.On the other hand, when the CR is changed, the current flowing through each switch constituting the SCC circuit unit 10 is changed, which may cause an overcurrent.

본 발명의 일 실시 예는 CR 변경 직후 일정 시간 동안 SCC 회로부(10)의 출력 임피던스(Rout)를 다이나믹하게 변환(예, 증가 후 감소)하여 해결하도록 구성될 수 있다.An embodiment of the present invention may be configured to solve the problem by dynamically converting (eg, increasing and then decreasing) the output impedance Rout of the SCC circuit unit 10 for a predetermined time immediately after changing the CR.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail as follows.

하나의 예로, SCC 스위칭 제어기(40)는 SCC 회로부(10)를 구성하는 스위치들의 게이트-소스 전압(Vgs)을 제어하여 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.As an example, the SCC switching controller 40 controls the gate-source voltage (Vgs) of the switches constituting the SCC circuit unit 10 to change the conversion ratio (CR). It can be configured to prevent

다른 예로, 각각의 스위치들이 복수의 FET로 구성되는 경우, SCC 스위칭 제어기(40)는 각각의 스위치들을 구성하는 복수의 FET 중에서 턴온되는 FET의 갯수를 제어하여 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.As another example, when each of the switches is composed of a plurality of FETs, the SCC switching controller 40 controls the number of turned-on FETs among the plurality of FETs constituting each of the switches in the process of changing the conversion ratio CR. It may be configured to prevent overcurrent from occurring in the switched switches.

또 다른 예로, SCC 스위칭 제어기(40)는 스위치들의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 스위치들을 구성하는 복수의 FET 중에서 턴온되는 FET의 갯수를 모두 제어하여 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.As another example, the SCC switching controller 40 controls both the gate-source voltage (Vgs) of the switches and the number of FETs that are turned on among a plurality of FETs constituting the switches to be switched in the process of changing the conversion ratio (CR). The switches may be configured to prevent overcurrent from occurring.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터(1)를 구성하는 SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부(10)의 구체적인 구성들을 예시적으로 설명한다.Hereinafter, specific configurations of the SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit 10 constituting the switched capacitor converter 1 having a variable voltage conversion ratio according to an embodiment of the present invention will be described by way of example.

이하에서 스위치드 커패시터 컨버터는 SCC 회로부(10)의 다양한 구성을 지칭한다.Hereinafter, the switched capacitor converter refers to various configurations of the SCC circuit unit 10 .

도 7은 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(100)를 예시한다. 7 illustrates a switched capacitor converter 100 according to an embodiment.

스위치드 커패시터 컨버터(100)는 스마트폰, 태블릿 등 전자장치의 시스템 내에서 전력을 변환하는데 사용될 수 있다. The switched capacitor converter 100 may be used to convert power in a system of an electronic device such as a smartphone or a tablet.

스위치드 커패시터 컨버터(100)는 입력단자를 통해 입력전압(Vin)을 제공받고 출력단자를 통해 출력전압(Vo)을 제공할 수 있다. 여기서, 입력전압(Vin)은 시스템 외부의 충전기로부터 제공되는 전압이거나 또는 시스템 내부의 전력 네트워크 중의 임의의 노드로부터 제공되는 전압일 수 있다. 스위치드 커패시터 컨버터(100)는 입력전압(Vin)과 소정의 비율 관계를 가지는 출력전압(Vo)을 생성하여 시스템 외부 또는 시스템 내부의 전력 네트워크 중의 임의의 노드로 출력할 수 있다. 도 7에는 출력 커패시터(Co)를 함께 도시하고 있으나, 출력 커패시터(Co)는 스위치드 커패시터 컨버터(100)에 포함되는 스위치드 커패시터 컨버터(100) 내부의 구성일 수 있고 또는 스위치드 커패시터 컨버터(100)에 포함되지 않는 스위치드 커패시터 컨버터(100) 외부의 구성일 수 있다.The switched capacitor converter 100 may receive an input voltage Vin through an input terminal and provide an output voltage Vo through an output terminal. Here, the input voltage Vin may be a voltage provided from a charger outside the system or a voltage provided from any node in a power network inside the system. The switched capacitor converter 100 may generate an output voltage Vo having a predetermined ratio relationship with the input voltage Vin and output it to an arbitrary node in a power network outside the system or inside the system. Although the output capacitor Co is shown together in FIG. 7 , the output capacitor Co may be an internal configuration of the switched capacitor converter 100 included in the switched capacitor converter 100 or included in the switched capacitor converter 100 . It may be an external configuration of the switched capacitor converter 100 that is not switched on.

스위치드 커패시터 컨버터(100)는 실질적으로 4:1의 전압 변환비(입력전압과 출력전압의 비율)를 가지도록 동작할 수 있다. 또는 스위치드 커패시터 컨버터(100)는 실질적으로 4:1, 3:1 또는 2:1의 전압 변환비 중에서 선택적으로 변경할 수 있다.The switched capacitor converter 100 may operate to have a voltage conversion ratio (ratio of input voltage and output voltage) of substantially 4:1. Alternatively, the switched capacitor converter 100 may selectively change a voltage conversion ratio of substantially 4:1, 3:1, or 2:1.

여기서, 전압 변환비에 '실질적으로'라는 표현을 사용하는 것은 스위치드 커패시터 컨버터(100)가 4:1의 전압 변환비를 가지도록 설계되고 동작하더라도 회로 소자들의 기생 성분의 영향이나 제어기의 오차 등의 이유로 인해 실제의 입력전압과 출력전압의 비는 4:1에서 약간의 오차를 가질 수 있음을 의미한다. 이하 전압 변환비 또는 소자의 전압 스트레스 등과 관련하여 '실질적으로'라는 표현을 생략하더라도 전술한 오차를 가질 수 있음이 이해되어야 할 것이다.Here, the use of the expression 'substantially' for the voltage conversion ratio means that even if the switched capacitor converter 100 is designed and operated to have a voltage conversion ratio of 4:1, the influence of parasitic components of circuit elements or errors of the controller, etc. For some reason, it means that the actual ratio of input voltage and output voltage may have a slight error of 4:1. Hereinafter, it should be understood that even if the expression 'substantially' is omitted in relation to the voltage conversion ratio or the voltage stress of the device, the above-described error may occur.

입력단자와 출력단자는 그 형태나 연결 방식에 특별한 제한을 두지 않는다. 입력전압(Vin)과 연결되는 임의의 단자는 입력단자로 이해될 수 있고, 출력전압(Vo)과 연결되는 임의의 단자는 출력단자로 이해될 수 있다.The input and output terminals are not particularly limited in their form or connection method. Any terminal connected to the input voltage Vin may be understood as an input terminal, and any terminal connected to the output voltage Vo may be understood as an output terminal.

스위치드 커패시터 컨버터(100)는 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3) 및 스위치 네트워크(S1 ~ S10)를 포함할 수 있다. The switched capacitor converter 100 may include a first capacitor C1 , a second capacitor C2 , a third capacitor C3 , and a switch network S1 to S10 .

스위치 네트워크(S1 ~ S10)는 입력단자, 출력단자, 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2) 및 제3 커패시터(C3) 사이의 연결 관계를 변경할 수 있다. 스위치 네트워크(S1 ~ S10)의 동작에 따라 전압 변환비는 4:1, 3:1 또는 2:1 중에서 선택될 수 있다. 실시예에 따라, 전압 변환비는 스위치드 커패시터 컨버터(100)의 동작 중에 변경될 수 있다.The switch networks S1 to S10 may change the connection relationship between the input terminal, the output terminal, the first capacitor C1 , the second capacitor C2 , and the third capacitor C3 . According to the operation of the switch networks S1 to S10, the voltage conversion ratio may be selected from among 4:1, 3:1, or 2:1. According to an embodiment, the voltage conversion ratio may be changed during operation of the switched capacitor converter 100 .

스위치드 커패시터 컨버터(100)의 회로 구성을 좀 더 상세히 설명한다. 제1 스위치(S1)의 제1 단자(제1 스위치(S1)의 두 단자 중에서 도면 상에서 위에 있는 단자를 제1 단자라고 하고 아래에 있는 단자를 제2 단자라고 지칭하기로 한다. 이하, 다른 도면 및 다른 소자들에 대해서도 마찬가지이다)는 입력단자에 연결되고, 제1 스위치(S1)의 제2 단자는 제1 커패시터(C1)의 제1 단자와 제3 스위치(S3)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제1 커패시터(C1)의 제2 단자는 제2 스위치(S2)의 제1 단자와 제5 스위치(S5)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제5 스위치(S5)의 제2 단자는 제3 커패시터(C3)의 제1 단자와 제9 스위치(S9)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제3 커패시터(C3)의 제2 단자는 제6 스위치(S6)의 제1 단자와 제10 스위치(S10)의 제2 단자에 연결될 수 있다. 제9 스위치(S9)의 제2 단자는 제10 스위치(S10)의 제1 단자, 출력단자, 제7 스위치(S7)의 제2 단자 및 제8 스위치(S8)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제3 스위치(S3)의 제2 단자는 제7 스위치(S7)의 제1 단자와 제2 커패시터(C2)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제2 커패시터(C2)의 제2 단자는 제8 스위치(S8)의 제2 단자와 제4 스위치(S4)의 제1 단자에 연결될 수 있다. 제2 스위치(S2)의 제2 단자, 제6 스위치(S6)의 제2 단자 및 제 4 스위치(S4)의 제2 단자는 기준전위(예, 그라운드 또는 접지)에 연결될 수 있다. A circuit configuration of the switched capacitor converter 100 will be described in more detail. The first terminal of the first switch S1 (of the two terminals of the first switch S1), the upper terminal in the drawing is referred to as a first terminal and the lower terminal is referred to as a second terminal. Hereinafter, other drawings and other elements) is connected to the input terminal, and the second terminal of the first switch S1 is connected to the first terminal of the first capacitor C1 and the first terminal of the third switch S3. can A second terminal of the first capacitor C1 may be connected to a first terminal of the second switch S2 and a first terminal of the fifth switch S5 . The second terminal of the fifth switch S5 may be connected to the first terminal of the third capacitor C3 and the first terminal of the ninth switch S9. A second terminal of the third capacitor C3 may be connected to a first terminal of the sixth switch S6 and a second terminal of the tenth switch S10 . A second terminal of the ninth switch S9 may be connected to a first terminal, an output terminal of the tenth switch S10, a second terminal of the seventh switch S7, and a first terminal of the eighth switch S8. . The second terminal of the third switch S3 may be connected to the first terminal of the seventh switch S7 and the first terminal of the second capacitor C2 . The second terminal of the second capacitor C2 may be connected to the second terminal of the eighth switch S8 and the first terminal of the fourth switch S4. The second terminal of the second switch S2, the second terminal of the sixth switch S6, and the second terminal of the fourth switch S4 may be connected to a reference potential (eg, ground or ground).

여기서, 제1 스위치(S1) 내지 제10 스위치(S10) 중의 적어도 하나는 복수의 스위칭 소자가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 사용될 수 있다. 또한, 제1 커패시터(C1) 내지 제3 커패시터(C3) 중의 적어도 하나는 복수의 커패시터가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 사용될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 스위치(S1 ~ S10)와 커패시터(C1 ~ C3)의 각각은 다시 복수 개의 소자들로 구성되어 하나의 소자처럼 동작하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 스위치의 개수를 언급함에 있어서, 복수의 스위치가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 스위치와 같이 동작하는 경우 하나의 스위치가 사용된 것으로 이해될 수 있다. 이는 커패시터의 경우에도 동일하다.Here, at least one of the first switch S1 to the tenth switch S10 may be used by connecting a plurality of switching elements in series and/or in parallel. In addition, at least one of the first capacitors C1 to C3 may be used by connecting a plurality of capacitors in series and/or in parallel. That is, each of the switches S1 to S10 and the capacitors C1 to C3 shown in FIG. 7 may be configured to operate as a single device by being composed of a plurality of devices again. In referring to the number of switches in this specification, it may be understood that one switch is used when a plurality of switches are connected in series and/or in parallel to operate as one switch. The same is true for capacitors.

제1 스위치(S1) 내지 제10 스위치(S10)는 통상의 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있다. 예시적으로, 제1 스위치(S1) 내지 제10 스위치(S10)는 FET, IGBT, MCT, GTO, BJT 등의 고속 동작이 가능한 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있다.The first switch S1 to the tenth switch S10 may be implemented as a typical semiconductor switching device. For example, the first switch S1 to the tenth switch S10 may be implemented as semiconductor switching devices capable of high-speed operation, such as FETs, IGBTs, MCTs, GTOs, and BJTs.

도 8과 도 9는 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)의 4:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명한다.8 and 9 exemplarily describe a 4:1 voltage conversion operation of the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 .

도 8(a)는 4:1 모드의 제1 상태(state 1)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 8(b)는 4:1 모드의 제1 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다. 도 9(a)는 4:1 모드의 제2 상태(state 2)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 9(b)는 4:1 모드의 제2 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다.FIG. 8(a) illustrates the switch connection state in the first state (state 1) of the 4:1 mode, and FIG. 8(b) is equivalent to the connection relationship of capacitors in the first state of the 4:1 mode. shown as hostile. Figure 9 (a) illustrates the switch connection state in the second state (state 2) of the 4:1 mode, Figure 9 (b) is equivalent to the connection relationship of the capacitors in the second state of the 4:1 mode shown as hostile.

도 8(a)를 참조하면, 4:1 모드의 제1 상태에서 제1, 4, 5, 7, 10 스위치(S1, S4, S5, S7, S10)가 온 되고, 제2, 3, 6, 8, 9 스위치(S2, S3, S6, S8, S9)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 8(a) , in the first state of the 4:1 mode, the first, 4, 5, 7, and 10 switches S1, S4, S5, S7, and S10 are turned on, and the second, 3, and 6 , 8 and 9 switches S2, S3, S6, S8, and S9 may be turned off.

이 경우, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)의 제1 단자는 입력단자에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 제2 단자는 제3 커패시터(C3)의 제1 단자에 연결되며, 제3 커패시터(C3)의 제2 단자는 제2 커패시터(C2)의 제1 단자 및 출력단자에 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 제2 단자는 기준전위에 연결될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 8(b) , the first terminal of the first capacitor C1 is connected to the input terminal, and the second terminal of the first capacitor C1 is connected to the second terminal of the third capacitor C3. It may be connected to the first terminal, the second terminal of the third capacitor C3 may be connected to the first terminal and the output terminal of the second capacitor C2, and the second terminal of the second capacitor C2 may be connected to the reference potential. have.

도 8(b)를 참조하면, 4:1 모드의 제1 상태에서 입력전압(Vin), 출력전압(Vo), 제1 커패시터 전압(V1), 제2 커패시터 전압(V2), 제3 커패시터 전압(V3)은 아래의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 8B , in the first state of the 4:1 mode, the input voltage Vin, the output voltage Vo, the first capacitor voltage V1, the second capacitor voltage V2, and the third capacitor voltage (V3) may have the following relation.

[수식 2][Equation 2]

Vin = V1 + V3 + VoVin = V1 + V3 + Vo

[수식 3][Equation 3]

V2 = VoV2 = Vo

도 9(a)를 참조하면, 4:1 모드의 제2 상태에서 제2, 3, 6, 8, 9 스위치(S2, S3, S6, S8, S9)가 온 되고, 제1, 4, 5, 7, 10 스위치(S1, S4, S5, S7, S10)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 9( a ), in the second state of the 4:1 mode, the second, 3, 6, 8, and 9 switches S2, S3, S6, S8, and S9 are turned on, and the first, 4, and 5 , 7, and 10 switches S1, S4, S5, S7, and S10 may be turned off.

이 경우, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)의 제1 단자는 제2 커패시터(C2)의 제1 단자에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 제2 단자는 기준전위에 연결되며, 제2 커패시터(C2)의 제2 단자는 제3 커패시터(C3)의 제1 단자와 출력단자에 연결되고, 제3 커패시터(C3)의 제2 단자는 기준전위에 연결될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 9(b), the first terminal of the first capacitor C1 is connected to the first terminal of the second capacitor C2, and the second terminal of the first capacitor C1 is It may be connected to the reference potential, the second terminal of the second capacitor C2 may be connected to the first terminal and the output terminal of the third capacitor C3, and the second terminal of the third capacitor C3 may be connected to the reference potential. have.

도 9(b)를 참조하면, 4:1 모드의 제2 상태에서 입력전압(Vin), 출력전압(Vo), 제1 커패시터 전압(V1), 제2 커패시터 전압(V2), 제3 커패시터 전압(V3)은 아래의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 9B , in the second state of the 4:1 mode, the input voltage Vin, the output voltage Vo, the first capacitor voltage V1, the second capacitor voltage V2, and the third capacitor voltage (V3) may have the following relation.

[수식 4][Equation 4]

V3 = VoV3 = Vo

[수식 5][Equation 5]

V1 = V2 + VoV1 = V2 + Vo

한 스위칭 주기 내에서 제1 상태와 제2 상태를 반복해서 수행할 경우, 커패시터(C1 ~ C3)는 정상상태에 도달하게 된다. 정상상태에서 한 스위칭 주기 내에서는 커패시터 전압의 변화를 무시할 수 있을 정도로 커패시턴스가 크다고 가정할 경우, 위 식(1) 내지 식(4)로부터 커패시터 전압(V1 ~ V3), 입력전압(Vin) 및 출력전압(Vo)의 정상상태에서의 관계를 분석할 수 있다. When the first state and the second state are repeatedly performed within one switching period, the capacitors C1 to C3 reach a steady state. Assuming that the capacitance is large enough to ignore the change in the capacitor voltage within one switching period in a steady state, the capacitor voltages V1 to V3, the input voltage Vin, and the output from Equations (1) to (4) above. The relationship of the voltage Vo in a steady state can be analyzed.

수식 2 내지 수식 5를 풀면, 아래의 전압 관계가 도출된다.By solving Equations 2 to 5, the following voltage relationship is derived.

V1 = 2VoV1 = 2Vo

V2 = V3 = VoV2 = V3 = Vo

Vin = 4VoVin = 4Vo

즉, 입력전압(Vin)은 출력전압(Vo)의 네 배이므로, 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)가 도 8와 도 9에 예시된 방법으로 동작할 경우 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다. 이 때, 제1 커패시터 전압(V1)은 출력전압(Vo)의 두 배이며, 제2 커패시터 전압(V2)과 제3 커패시터 전압(V3)은 각각 출력전압(Vo)과 동일하다. 여기서, 커패시터들의 전압 관계는 전술한 바와 같은 오차가 발생할 수 있음이 이해되어야 할 것이고, 아래에서 설명할 내용에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. That is, since the input voltage Vin is four times the output voltage Vo, when the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 operates in the method illustrated in FIGS. 8 and 9 , the voltage conversion ratio is 4:1. can be implemented. In this case, the first capacitor voltage V1 is twice the output voltage Vo, and the second capacitor voltage V2 and the third capacitor voltage V3 are respectively equal to the output voltage Vo. Here, it should be understood that the above-described error may occur in the voltage relationship of the capacitors, and the same may be applied to the content to be described below.

스위치드 커패시터 컨버터(100)가 4:1의 전압 변환비로 동작할 경우의 커패시터와 스위치에 인가되는 전압 스트레스를 정리하면 아래 표 1과 같다.Table 1 below summarizes the voltage stress applied to the capacitor and the switch when the switched capacitor converter 100 operates at a voltage conversion ratio of 4:1.

C1C1 C2C2 C3C3 S1S1 S2S2 S3S3 S4S4 S5S5 S6S6 S7S7 S8S8 S9S9 S10S10 2Vo2Vo VoVo VoVo 2Vo2Vo 2Vo2Vo 3Vo3Vo VoVo VoVo VoVo VoVo VoVo VoVo VoVo

비교예로서, 도 29를 참조하여 종래의 4:1 딕슨(Dickson) 컨버터(2300)을 살펴본다. 4:1 Dickson 컨버터(2300)는 3개의 커패시터(Ca, Cb, Cc)와 8개의 스위치(Sa ~ Sh)를 포함할 수 있다. 도 30(a)는 제1 상태(state 1)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 30(b)는 제1 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다. 도 31(a)는 제2 상태(state 2)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 31(b)는 제2 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다.As a comparative example, a conventional 4:1 Dickson converter 2300 will be described with reference to FIG. 29 . The 4:1 Dickson converter 2300 may include three capacitors Ca, Cb, and Cc and eight switches Sa to Sh. 30(a) illustrates a switch connection state in a first state (state 1), and FIG. 30(b) shows an equivalent connection relationship of capacitors in the first state. Figure 31 (a) illustrates the switch connection state in the second state (state 2), Figure 31 (b) shows the connection relationship of the capacitors in the second state equivalently.

도 30(a)를 참조하면, 제1 상태에서 제a, c, f, g 스위치(Sa, Sc, Sf, Sg)가 온 되고, 제b, d, e, h스위치(Sb, Sd, Se, Sh)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 30( a ), in the first state, the a, c, f, and g switches (Sa, Sc, Sf, Sg) are turned on, and the b, d, e, and h switches (Sb, Sd, Se) are turned on. , Sh) may be turned off.

이 경우, 도 30(b)에 도시된 바와 같은 커패시터들의 연결 관계를 가지게 되고 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.In this case, the capacitors have a connection relationship as shown in FIG. 30(b), and this is expressed as an equation as follows.

[수식 6][Equation 6]

Vin = Va - Vc + VbVin = Va - Vc + Vb

[수식 7][Equation 7]

Vo = Vb - VcVo = Vb - Vc

도 31(a)를 참조하면, 제2 상태에서 제b, d, e, h 스위치(Sb, Sd, Se, Sh)가 온 되고, 제 a, c, f, g 스위치(Sa, Sc, Sf, Sg)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 31( a ), in the second state, the b, d, e, and h switches (Sb, Sd, Se, Sh) are turned on, and the a, c, f, and g switches (Sa, Sc, Sf) are turned on. , Sg) may be turned off.

이 경우, 도 31(b)에 도시된 바와 같은 커패시터들의 연결 관계를 가지게 되고 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.In this case, the capacitors have a connection relationship as shown in FIG. 31(b), and this is expressed as an equation as follows.

[수식 8][Equation 8]

Vo = VcVo = Vc

[수식 9][Equation 9]

Vo = Va - VbVo = Va - Vb

수식 6 내지 수식 9를 풀면, 아래의 전압 관계가 도출된다.By solving Equations 6 to 9, the following voltage relationship is derived.

Va = 3VoVa = 3Vo

Vb = 2VoVb = 2Vo

Vc = VoVc = Vo

Vin = 4VoVin = 4Vo

즉, 입력전압(Vin)은 출력전압(Vo)의 네 배이므로, 도 29에 예시된 딕슨 컨버터(2300)는 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다. 이 때, 제a 커패시터 전압(Va)은 출력전압(Vo)의 세 배이고, 제b 커패시터 전압(Vb)은 출력전압(Vo)의 두 배이며, 제c 커패시터 전압(Vc)은 출력전압(Vo)과 동일하다.That is, since the input voltage Vin is four times the output voltage Vo, the Dixon converter 2300 illustrated in FIG. 29 may implement a voltage conversion ratio of 4:1. At this time, the a-th capacitor voltage Va is three times the output voltage Vo, the b-th capacitor voltage Vb is twice the output voltage Vo, and the c-th capacitor voltage Vc is the output voltage Vo. ) is the same as

4:1 딕슨 컨버터(2300)의 커패시터와 스위치에 인가되는 전압 스트레스를 정리하면 아래 표 2와 같다.The voltage stress applied to the capacitor and the switch of the 4:1 Dixon converter 2300 is summarized in Table 2 below.

CaCa CbCb CcCc SaSa SbSb ScSc SdSD SeSe SfSf SgSg ShSh 3Vo3Vo 2Vo2Vo VoVo 3Vo3Vo 2Vo2Vo 2Vo2Vo VoVo VoVo VoVo VoVo VoVo

4:1 딕슨 컨버터(2300)에서 스위치 Sa는 정상상태에서 Vo의 전압이 인가되지만 컨버터 기동, 오프 및 입력전압의 과도 상태 등을 고려하여 실제 상황에서는 Vo의 3배 정도의 스트레스가 인가되고 이에 따라 3Vo의 내압을 가지는 소자를 사용할 필요가 있다. 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)의 경우, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 각각 정상상태에서 2Vo의 전압 스트레스가 걸리므로 컨버터의 기동, 오프 및 입력전압의 과도 상태에 대응하여 별도로 더 높은 내압을 가지는 소자를 사용할 필요가 없다.도 7에 예시된 일 실시예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(100)가 4:1의 전압 변환비로 동작하는 경우와 도 29에 예시된 종래 4:1 딕슨 컨버터(2300)의 소자들의 전압 스트레스를 비교해 보면 아래 표 3과 같다.In the 4:1 Dixon converter 2300, a voltage of Vo is applied to the switch Sa in a steady state, but in an actual situation, three times the stress of Vo is applied in consideration of converter startup, off, and transient state of the input voltage. It is necessary to use an element having a withstand voltage of 3Vo. In the case of the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 , voltage stress of 2 Vo is applied to the first switch S1 and the second switch S2 in a normal state, respectively, so that the converter is started, turned off, and the input voltage is transient. In response, there is no need to separately use a device having a higher withstand voltage. The case in which the switched-capacitor converter 100 according to the embodiment illustrated in FIG. 7 operates with a voltage conversion ratio of 4:1 and the conventional method illustrated in FIG. 29 Table 3 below compares the voltage stresses of the elements of the 4:1 Dixon converter 2300 .

전압
스트레스
Voltage
stress
도 7의 컨버터
(100)
The converter of Fig.
(100)
4:1 딕슨 컨버터
(2300)
4:1 Dixon Converter
(2300)
커패시터capacitor VoVo 2개2 1개One 2Vo2Vo 1개One 1개One 3Vo3Vo -- 1개One 스위치switch VoVo 7개7 pieces 5개5 2Vo2Vo 2개2 2개2 3Vo3Vo 1개One 1개One

위 표 3을 통해 대비한 바와 같이, 도 7의 실시예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(100)의 경우, 4:1 딕슨 컨버터(2300)에 비해 낮은 전압 스트레스(Vo)를 가지는 스위치 2개를 더 사용하지만, 3Vo의 내압을 가지는 커패시터 대신 Vo의 내압을 가지는 커패시터를 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 스위치드 커패시터 컨버터의 효율 및 사이즈에는 커패시터의 내압이 크게 영향을 미치므로 도 7의 실시예에 따른 스위치드 커패시터 컨버터(100)는 4:1 딕슨 컨버터(2300)에 비해 사이즈가 줄고 효율이 개선될 수 있다.As prepared through Table 3 above, in the case of the switched capacitor converter 100 according to the embodiment of FIG. 7 , two more switches having a lower voltage stress Vo than the 4:1 Dixon converter 2300 are used. However, a capacitor having a withstand voltage of Vo may be used instead of a capacitor having a withstand voltage of 3 Vo. As described above, since the withstand voltage of the capacitor greatly affects the efficiency and size of the switched capacitor converter, the switched capacitor converter 100 according to the embodiment of FIG. 7 has a reduced size and efficiency compared to the 4:1 Dickson converter 2300 . This can be improved.

도 10과 도 11은 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)의 3:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명한다.10 and 11 exemplarily describe a 3:1 voltage conversion operation of the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 .

도 10(a)는 3:1 모드의 제1 상태(state 1)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 10(b)는 3:1 모드의 제1 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다. 도 11(a)는 3:1 모드의 제2 상태(state 2)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 11(b)는 3:1 모드의 제2 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다.FIG. 10(a) illustrates the switch connection state in the first state (state 1) of the 3:1 mode, and FIG. 10(b) is equivalent to the connection relationship of capacitors in the first state of the 3:1 mode. shown as hostile. Figure 11 (a) illustrates the switch connection state in the second state (state 2) of the 3:1 mode, Figure 11 (b) is equivalent to the connection relationship of the capacitors in the second state of the 3:1 mode shown as hostile.

도 10(a)를 참조하면, 3:1 모드의 제1 상태에서 제1, 5, 10 스위치(S1, S5, S10)가 온 되고, 제2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 스위치(S2, S3, S4, S6, S7, S8, S9)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 10(a), in the first state of the 3:1 mode, the first, 5, and 10 switches S1, S5, and S10 are turned on, and the second, 3, 4, 6, 7, 8, 9 The switches S2, S3, S4, S6, S7, S8, and S9 may be turned off.

이 경우, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)의 제1 단자는 입력단자에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 제2 단자는 제3 커패시터(C3)의 제1 단자에 연결되며, 제3 커패시터(C1)의 제2 단자는 출력단자에 연결될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 10(b) , the first terminal of the first capacitor C1 is connected to the input terminal, and the second terminal of the first capacitor C1 is connected to the second terminal of the third capacitor C3. It may be connected to the first terminal, and the second terminal of the third capacitor C1 may be connected to the output terminal.

도 10(b)를 참조하면, 3:1 모드의 제1 상태에서 입력전압(Vin), 출력전압(Vo), 제1 커패시터 전압(V1), 제3 커패시터 전압(V3)은 아래의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 10(b), in the first state of the 3:1 mode, the input voltage Vin, the output voltage Vo, the first capacitor voltage V1, and the third capacitor voltage V3 have the following relationship can have

[수식 10][Equation 10]

Vin = V1 + V3 + VoVin = V1 + V3 + Vo

도 11(a)를 참조하면, 3:1 모드의 제2 상태에서 제2, 3, 6, 7, 9 스위치(S2, S3, S6, S7, S9)가 온 되고, 제1, 4, 5, 8, 10 스위치(S1, S4, S5, S8, S10)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 11(a) , in the second state of the 3:1 mode, the second, 3, 6, 7, and 9 switches S2, S3, S6, S7, and S9 are turned on, and the first, 4, and 5 , 8, and 10 switches S1, S4, S5, S8, and S10 may be turned off.

이 경우, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)의 제1 단자와 제3 커패시터(C3)의 제1 단자는 출력단자에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 제2 단자와 제3 커패시터(C2)의 제2 단자는 기준전위에 연결될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 11B , the first terminal of the first capacitor C1 and the first terminal of the third capacitor C3 are connected to the output terminal, and the second terminal of the first capacitor C1 is connected to the output terminal. The second terminal and the second terminal of the third capacitor C2 may be connected to a reference potential.

도 11(b)를 참조하면, 3:1 모드의 제2 상태에서 입력전압(Vin), 출력전압(Vo), 제1 커패시터 전압(V1), 제3 커패시터 전압(V3)은 아래의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 11B , in the second state of the 3:1 mode, the input voltage Vin, the output voltage Vo, the first capacitor voltage V1, and the third capacitor voltage V3 have the following relationship can have

[수식 11][Equation 11]

V1 = V3 = VoV1 = V3 = Vo

수식 10과 수식 11을 풀면, 아래의 전압 관계가 도출된다.Solving Equations 10 and 11, the following voltage relationship is derived.

V1 = V3 = VoV1 = V3 = Vo

Vin = 3VoVin = 3Vo

즉, 입력전압(Vin)은 출력전압(Vo)의 세 배이므로, 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)가 도 10와 도 11에 예시된 방법으로 동작할 경우 3:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다. 이 때, 제1 커패시터 전압(V1)과 제3 커패시터 전압(V3)은 각각 출력전압(Vo)과 동일하다.That is, since the input voltage Vin is three times the output voltage Vo, when the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 operates in the method illustrated in FIGS. 10 and 11 , the voltage conversion ratio is 3:1 can be implemented. At this time, the first capacitor voltage V1 and the third capacitor voltage V3 are respectively equal to the output voltage Vo.

도 12와 도 13은 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)의 2:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명한다.12 and 13 exemplarily describe a 2:1 voltage conversion operation of the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 .

도 12(a)는 2:1 모드의 제1 상태(state 1)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 12(b)는 2:1 모드의 제1 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다. 도 13(a)는 2:1 모드의 제2 상태(state 2)에서의 스위치 연결 상태를 예시하고 있고, 도 13(b)는 2:1 모드의 제2 상태에서의 커패시터들의 연결 관계를 등가적으로 도시한다.Figure 12 (a) illustrates the switch connection state in the first state (state 1) of the 2:1 mode, Figure 12 (b) is equivalent to the connection relationship of the capacitors in the first state of the 2:1 mode shown as hostile. 13(a) illustrates the switch connection state in the second state (state 2) of the 2:1 mode, and FIG. 13(b) shows the equivalent connection relationship of capacitors in the second state of the 2:1 mode. shown as hostile.

도 12(a)를 참조하면, 2:1 모드의 제1 상태에서 제1, 3, 5, 8, 9 스위치(S1, S3, S5, S8, S9)가 온 되고, 제2, 4, 6, 7, 10 스위치(S2, S4, S6, S7, S10)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 12(a), in the first state of the 2:1 mode, the first, 3, 5, 8, and 9 switches S1, S3, S5, S8, and S9 are turned on, and the second, 4, and 6 , 7, and 10 switches S2, S4, S6, S7, and S10 may be turned off.

이 경우, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)의 제1 단자와 제2 커패시터(C2)의 제1 단자는 입력단자에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 제2 단자와 제2 커패시터(C2)의 제2 단자는 출력단자에 연결될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 12(b) , the first terminal of the first capacitor C1 and the first terminal of the second capacitor C2 are connected to the input terminal, and the first terminal of the first capacitor C1 is connected to the first terminal of the first capacitor C1. The second terminal and the second terminal of the second capacitor C2 may be connected to the output terminal.

도 12(b)를 참조하면, 2:1 모드의 제1 상태에서 입력전압(Vin), 출력전압(Vo), 제1 커패시터 전압(V1), 제2 커패시터 전압(V2)은 아래의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 12(b), in the first state of the 2:1 mode, the input voltage Vin, the output voltage Vo, the first capacitor voltage V1, and the second capacitor voltage V2 have the following relationship can have

[수식 12][Equation 12]

Vin = V1 + VoVin = V1 + Vo

[수식 13][Equation 13]

V1 = V2V1 = V2

도 13(a)를 참조하면, 2:1 모드의 제2 상태에서 제2, 3, 4, 7 스위치(S2, S3, S4, S7)가 온 되고, 제1, 5, 6, 8, 9, 10 스위치(S1, S5, S6, S8, S9, S10)가 오프될 수 있다. Referring to FIG. 13A , in the second state of the 2:1 mode, the second, third, fourth, and seventh switches S2, S3, S4, and S7 are turned on, and the first, 5, 6, 8, and 9 , 10 switches S1, S5, S6, S8, S9, and S10 may be turned off.

이 경우, 도 13(b)에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터(C1)의 제1 단자와 제2 커패시터(C2)의 제1 단자는 출력단자에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 제2 단자와 제2 커패시터(C2)의 제2 단자는 기준전위에 연결될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 13(b) , the first terminal of the first capacitor C1 and the first terminal of the second capacitor C2 are connected to the output terminal, and the first terminal of the first capacitor C1 is connected to the output terminal. The second terminal and the second terminal of the second capacitor C2 may be connected to a reference potential.

도 13(b)를 참조하면, 2:1 모드의 제2 상태에서 입력전압(Vin), 출력전압(Vo), 제1 커패시터 전압(V1), 제2 커패시터 전압(V2)은 아래의 관계를 가질 수 있다.Referring to FIG. 13(b), in the second state of the 2:1 mode, the input voltage Vin, the output voltage Vo, the first capacitor voltage V1, and the second capacitor voltage V2 have the following relationship can have

[수식 14][Equation 14]

V1 = V2 = VoV1 = V2 = Vo

수식 12 내지 수식 14를 풀면, 아래의 전압 관계가 도출된다.By solving Equations 12 to 14, the following voltage relationship is derived.

V1 = V2 = VoV1 = V2 = Vo

Vin = 2VoVin = 2Vo

즉, 입력전압(Vin)은 출력전압(Vo)의 두 배이므로, 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)가 도 12와 도 13에 예시된 방법으로 동작할 경우 2:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다. 이 때, 제1 커패시터 전압(V1)과 제2 커패시터 전압(V2)은 각각 출력전압(Vo)과 동일하다.That is, since the input voltage Vin is twice the output voltage Vo, when the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 operates in the method illustrated in FIGS. 12 and 13 , the voltage conversion ratio is 2:1. can be implemented. In this case, the first capacitor voltage V1 and the second capacitor voltage V2 are respectively equal to the output voltage Vo.

이와 같이, 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)는 고내압 커패시터가 필요하지 않아 사이즈를 줄이면서 고효율로 동작할 수 있을 뿐만 아니라, 전압 변환비를 4:1, 3:1 및 2:1 중에서 필요에 따라 선택하여 동작할 수 있다. As such, the switched-capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 does not require a high withstand voltage capacitor, so it can operate with high efficiency while reducing its size, as well as having a voltage conversion ratio of 4:1, 3:1, and 2:1. It can be selected and operated according to need.

도 14는, 일 실시예로서, 두 개의 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810, 820)을 병렬로 사용하는 스위치드 커패시터 컨버터(800)를 예시한다.14 illustrates a switched capacitor converter 800 using two switched capacitor converter modules 810 and 820 in parallel, in one embodiment.

스위치드 커패시터 컨버터(800)는 입력단자를 통해 입력전압(Vin)을 제공받고 출력단자를 통해 출력전압(Vo)을 제공할 수 있다. The switched capacitor converter 800 may receive an input voltage Vin through an input terminal and provide an output voltage Vo through an output terminal.

제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)은 입력단자를 통해 입력전압(Vin)을 제공받고 출력단자를 통해 출력전압(Vo)을 제공하며, 스위치와 커패시터를 포함할 수 있다. The first switched capacitor converter module 810 receives an input voltage Vin through an input terminal and provides an output voltage Vo through an output terminal, and may include a switch and a capacitor.

제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)은 스위치와 커패시터를 포함하되 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 입력단자 및 상기 출력단자를 공유할 수 있다. The second switched capacitor converter module 820 may include a switch and a capacitor, but may share an input terminal and the output terminal with the first switched capacitor converter module 810 .

즉, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)은 서로 병렬로 연결되어 입력전압(Vin)과 출력전압(Vo)을 공유할 수 있다. That is, the first switched capacitor converter module 810 and the second switched capacitor converter module 820 may be connected in parallel to each other to share the input voltage Vin and the output voltage Vo.

실시예에 따라, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)은 서로 동일한 회로로 구성될 수 있다. According to an embodiment, the first switched capacitor converter module 810 and the second switched capacitor converter module 820 may be configured with the same circuit.

실시예에 따라, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)은 서로 인터리빙 방식으로 동작할 수 있다. 여기서, 인터리빙 방식으로 동작한다는 것은, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)이 각각, 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 스위칭 주기 내에서 제1 상태와 제2 상태를 반복하는 경우, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)이 제1 상태로 동작할 때 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)은 제2 상태로 동작하고, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)이 제2 상태로 동작할 때 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)은 제1 상태로 동작하는 것을 의미한다. 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820)이 서로 인터리빙 방식으로 동작하는 경우, 입력 전압, 전류 및 출력 전압, 전류의 리플이 감소할 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(820) 사이에서 커패시터 및/또는 스위치의 통합을 통해 소자의 개수와 사이즈를 줄이는 장점이 있다.According to an embodiment, the first switched capacitor converter module 810 and the second switched capacitor converter module 820 may operate in an interleaving manner. Here, the interleaving operation means that the first switched capacitor converter module 810 and the second switched capacitor converter module 820 are in a first state within a switching period, respectively, as described with reference to FIGS. 8 to 13 , respectively. and the second state, when the first switched capacitor converter module 810 operates in the first state, the second switched capacitor converter module 820 operates in the second state, and the first switched capacitor converter module ( When the 810 operates in the second state, it means that the second switched capacitor converter module 820 operates in the first state. When the first switched capacitor converter module 810 and the second switched capacitor converter module 820 operate in an interleaving manner, ripples of input voltage, current, output voltage, and current may be reduced. In addition, as will be described later, there is an advantage of reducing the number and size of devices through the integration of capacitors and/or switches between the first switched capacitor converter module 810 and the second switched capacitor converter module 820 .

이와 같이 두 개의 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810, 820)이 서로 인터리빙 방식으로 동작하는 스위치드 커패시터 컨버터(800)은 2-위상(2-phase)으로 구성되었다고 언급될 수 있다.As described above, it may be said that the switched capacitor converter 800 in which the two switched capacitor converter modules 810 and 820 operate in an interleaving manner with each other is configured in a two-phase configuration.

도 15는, 일 실시예로서, 도 14에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(810, 820)의 각각에 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)를 사용하는 스위치드 커패시터 컨버터(900)를 예시한다.FIG. 15 illustrates a switched capacitor converter 900 using the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 in each of the switched capacitor converter modules 810 and 820 illustrated in FIG. 14, as one embodiment.

제1, 2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910, 920) 각각의 회로는 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.Since the circuits of the first and second switched capacitor converter modules 910 and 920 are the same as those described with reference to FIG. 7 , the overlapping description will be omitted.

도 16과 도 17은 도 15에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(900)의 4:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명한다.16 and 17 exemplarily describe a 4:1 voltage conversion operation of the switched capacitor converter 900 illustrated in FIG. 15 .

도 16을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 4:1 모드의 제a 상태에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)은 4:1 모드의 제1 상태(도 8 참조)로 동작하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)은 4:1 모드의 제2 상태(도 9 참조)로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 16 , the switched capacitor converter 900 operates in a first state (see FIG. 8 ) of the 4:1 mode in the a-th state of the 4:1 mode, and the first switched-capacitor converter module 910 operates in the first state (see FIG. 8 ) of the 4:1 mode. The two switched capacitor converter module 920 may operate in the second state (refer to FIG. 9 ) of the 4:1 mode.

예시적으로, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 경우, 제1, 4, 5, 7, 10 스위치(S1, S4, S5, S7, S10)가 온 되고, 제2, 3, 6, 8, 9 스위치(S2, S3, S6, S8, S9)가 오프될 수 있다. 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 경우, 제2, 3, 6, 8, 9 스위치(S2', S3', S6', S8', S9')가 온 되고, 제1, 4, 5, 7, 10 스위치(S1', S4', S5', S7', S10')가 오프될 수 있다. 제1 상태와 제2 상태의 구체적인 동작에 대한 설명은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.Exemplarily, in the case of the first switched capacitor converter module 910 , the first, 4, 5, 7, and 10 switches S1, S4, S5, S7, and S10 are turned on, and the second, 3, 6, 8 , 9 switches S2, S3, S6, S8, and S9 may be turned off. In the case of the second switched capacitor converter module 920, the second, 3, 6, 8, and 9 switches (S2', S3', S6', S8', S9') are turned on, and the first, 4, 5, 7 and 10 switches S1', S4', S5', S7', and S10' may be turned off. For the description of specific operations of the first state and the second state, the contents described with reference to FIGS. 8 and 9 may be applied.

도 17을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 4:1 모드의 제b 상태에서, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)은 4:1 모드의 제2 상태(도 9 참조)로 동작하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)은 4:1 모드의 제1 상태(도 8 참조)로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 17, the switched capacitor converter 900 operates in the b-th state of the 4:1 mode, and the first switched-capacitor converter module 910 operates in the second state (see FIG. 9) of the 4:1 mode, The second switched capacitor converter module 920 may operate in the first state (refer to FIG. 8 ) of the 4:1 mode.

예시적으로, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 경우, 제2, 3, 6, 8, 9 스위치(S2, S3, S6, S8, S9)가 온 되고, 제1, 4, 5, 7, 10 스위치(S1, S4, S5, S7, S10)가 오프될 수 있다. 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 경우, 제1, 4, 5, 7, 10 스위치(S1', S4', S5', S7', S10')가 온 되고, 제2, 3, 6, 8, 9 스위치(S2', S3', S6', S8', S9')가 오프될 수 있다. 마찬가지로, 제1 상태와 제2 상태의 구체적인 동작에 대한 설명은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.Exemplarily, in the case of the first switched capacitor converter module 910 , the second, 3, 6, 8, and 9 switches S2, S3, S6, S8, and S9 are turned on, and the first, 4, 5, 7 , 10 switches S1, S4, S5, S7, and S10 may be turned off. In the case of the second switched capacitor converter module 920, the first, 4, 5, 7, 10 switches (S1', S4', S5', S7', S10') are turned on, the second, 3, 6, 8 and 9 switches S2', S3', S6', S8', and S9' may be turned off. Similarly, for the description of specific operations of the first state and the second state, the contents described with reference to FIGS. 8 and 9 may be applied.

도 18과 도 19는 도 15에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터의 3:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명한다.18 and 19 exemplarily describe a 3:1 voltage conversion operation of the switched capacitor converter illustrated in FIG. 15 .

도 18을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 3:1 모드의 제a 상태에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)은 3:1 모드의 제1 상태(도 10 참조)로 동작하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)은 3:1 모드의 제2 상태(도 11 참조)로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 18 , the switched capacitor converter 900 operates in a 3:1 mode in a first state (see FIG. 10 ), and the first switched capacitor converter module 910 operates in a 3:1 mode (see FIG. 10 ). The two switched capacitor converter module 920 may operate in the second state (refer to FIG. 11 ) of the 3:1 mode.

예시적으로, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 경우, 제1, 5, 10 스위치(S1, S5, S10)가 온 되고, 제2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 스위치(S2, S3, S4, S6, S7, S8, S9)가 오프될 수 있다. 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 경우, 제2, 3, 6, 7, 9 스위치(S2', S3', S6', S7', S9')가 온 되고, 제1, 4, 5, 8, 10 스위치(S1', S4', S5', S8', S10')가 오프될 수 있다. 제1 상태와 제2 상태의 구체적인 동작에 대한 설명은 도 10 및 도 11를 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.Exemplarily, in the case of the first switched capacitor converter module 910, the first, 5, and 10 switches S1, S5, and S10 are turned on, and the second, 3, 4, 6, 7, 8, and 9 switches (S1, S5, S10) are turned on. S2, S3, S4, S6, S7, S8, S9) may be turned off. In the case of the second switched capacitor converter module 920, the second, 3, 6, 7, and 9 switches S2', S3', S6', S7', S9' are turned on, and the first, 4, 5, 8 and 10 switches S1', S4', S5', S8', and S10' may be turned off. For the description of the detailed operation of the first state and the second state, the contents described with reference to FIGS. 10 and 11 may be applied.

도 19를 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 3:1 모드의 제b 상태에서, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)은 3:1 모드의 제2 상태(도 11 참조)로 동작하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)은 3:1 모드의 제1 상태(도 10 참조)로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 19 , the switched capacitor converter 900 operates in the b-th state of the 3:1 mode, and the first switched-capacitor converter module 910 operates in the second state (see FIG. 11 ) of the 3:1 mode, The second switched capacitor converter module 920 may operate in the first state (see FIG. 10 ) of the 3:1 mode.

예시적으로, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 경우, 제2, 3, 6, 7, 9 스위치(S2, S3, S6, S7, S9)가 온 되고, 제1, 4, 5, 8, 10 스위치(S1, S4, S5, S8, S10)가 오프될 수 있다. 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 경우, 제1, 5, 10 스위치(S1', S5', S10')가 온 되고, 제2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 스위치(S2', S3', S4', S6', S7', S8', S9')가 오프될 수 있다. 마찬가지로, 제1 상태와 제2 상태의 구체적인 동작에 대한 설명은 도 10 및 도 11를 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.Exemplarily, in the case of the first switched capacitor converter module 910 , the second, 3, 6, 7, and 9 switches S2, S3, S6, S7, and S9 are turned on, and the first, 4, 5, 8 , 10 switches S1, S4, S5, S8, and S10 may be turned off. In the case of the second switched capacitor converter module 920, the first, 5, and 10 switches S1', S5', and S10' are turned on, and the second, 3, 4, 6, 7, 8, and 9 switches S2 ', S3', S4', S6', S7', S8', S9') may be turned off. Similarly, for the description of specific operations of the first state and the second state, the contents described with reference to FIGS. 10 and 11 may be applied.

도 20과 도 21은 도 15에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터의 2:1 전압 변환 동작을 예시적으로 설명한다.20 and 21 exemplarily describe a 2:1 voltage conversion operation of the switched capacitor converter illustrated in FIG. 15 .

도 20을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 2:1 모드의 제a 상태에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)은 2:1 모드의 제1 상태(도 12 참조)로 동작하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)은 2:1 모드의 제2 상태(도 13 참조)로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 20 , the switched capacitor converter 900 operates in a first state (see FIG. 12 ) of the 2:1 mode in the a-th state of the 2:1 mode, and the first switched-capacitor converter module 910 operates in the first state (see FIG. 12 ) of the 2:1 mode. The two switched capacitor converter module 920 may operate in the second state (refer to FIG. 13 ) of the 2:1 mode.

예시적으로, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 경우, 제1, 3, 5, 8, 9 스위치(S1, S3, S5, S8, S9)가 온 되고, 제2, 4, 6, 7, 10 스위치(S2, S4, S6, S7, S10)가 오프될 수 있다. 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 경우, 제2, 3, 4, 7 스위치(S2', S3', S4', S7')가 온 되고, 제1, 5, 6, 8, 9, 10 스위치(S1', S5', S6', S8', S9', S10')가 오프될 수 있다. 제1 상태와 제2 상태의 구체적인 동작에 대한 설명은 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.Exemplarily, in the case of the first switched capacitor converter module 910 , the first, 3, 5, 8, and 9 switches S1, S3, S5, S8, and S9 are turned on, and the second, 4, 6, 7 , 10 switches S2, S4, S6, S7, and S10 may be turned off. In the case of the second switched capacitor converter module 920, the second, 3, 4, and 7 switches S2', S3', S4', and S7' are turned on, and the first, 5, 6, 8, 9, 10 The switches S1', S5', S6', S8', S9', and S10' may be turned off. For the description of specific operations of the first state and the second state, the contents described with reference to FIGS. 12 and 13 may be applied.

도 21을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 2:1 모드의 제b 상태에서, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)은 2:1 모드의 제2 상태(도 13 참조)로 동작하고, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)은 2:1 모드의 제1 상태(도 12 참조)로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 21 , the switched capacitor converter 900 operates in the b-th state of the 2:1 mode, and the first switched-capacitor converter module 910 operates in the second state (see FIG. 13 ) of the 2:1 mode, The second switched capacitor converter module 920 may operate in a first state (see FIG. 12 ) in a 2:1 mode.

예시적으로, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 경우, 제2, 3, 4, 7 스위치(S2, S3, S4, S7)가 온 되고, 제1, 5, 6, 8, 9, 10 스위치(S1, S5, S6, S8, S9, S10)가 오프될 수 있다. 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 경우, 제1, 3, 5, 8, 9 스위치(S1', S3', S5', S8', S9')가 온 되고, 제2, 4, 6, 7, 10 스위치(S2', S4', S6', S7', S10')가 오프될 수 있다. 마찬가지로, 제1 상태와 제2 상태의 구체적인 동작에 대한 설명은 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.Exemplarily, in the case of the first switched capacitor converter module 910 , the second, 3, 4, and 7 switches S2, S3, S4, and S7 are turned on, and the first, 5, 6, 8, 9, 10 The switches S1, S5, S6, S8, S9, and S10 may be turned off. In the case of the second switched capacitor converter module 920, the first, 3, 5, 8, and 9 switches (S1', S3', S5', S8', S9') are turned on, and the second, 4, 6, 7 and 10 switches S2', S4', S6', S7', and S10' may be turned off. Similarly, for the description of the detailed operation of the first state and the second state, the contents described with reference to FIGS. 12 and 13 may be applied.

도 16 내지 도 21을 참조하면, 2-위상 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 4:1, 3:1 또는 2:1의 전압 변환비를 선택적으로 구현할 수 있다. 또한, 스위치드 커패시터 컨버터(900)가 4:1, 3:1 또는 2:1의 전압 변환비를 구현하는 어느 경우에서든지, 스위칭 주기 내에서 제a 상태와 제b 상태가 교대로 수행되고, 제a 상태와 제b 상태의 각각에서 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)이 서로 반전되어 동작하므로 인터리빙 동작이 구현될 수 있다. 따라서, 입력단자와 출력단자에서의 전압, 전류의 리플이 감소하고 스위치드 커패시터 컨버터(900)는 더 효율적으로 동작할 수 있다.16 to 21 , the two-phase switched capacitor converter 900 may selectively implement a voltage conversion ratio of 4:1, 3:1, or 2:1. In addition, in any case where the switched capacitor converter 900 implements a voltage conversion ratio of 4:1, 3:1, or 2:1, the a-th state and the b-th state are alternately performed within the switching period, and the a-th state In each of the state and the b-th state, the first switched capacitor converter module 910 and the second switched capacitor converter module 920 operate inverted to each other, so that an interleaving operation may be implemented. Accordingly, voltage and current ripples at the input terminal and the output terminal are reduced, and the switched capacitor converter 900 can operate more efficiently.

도 22는, 일 실시예로서, 도 15에 예시된 두 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910, 920)의 커패시터 및/또는 스위치의 적어도 일부를 통합(또는 공유)한 스위치드 커패시터 컨버터(1600)를 예시한다.22 illustrates a switched capacitor converter 1600 incorporating (or sharing) at least a portion of the capacitors and/or switches of the two switched capacitor converter modules 910 , 920 illustrated in FIG. 15 , as one embodiment.

도 15에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(900)가 4:1 또는 2:1의 전압 변환비로 동작할 때, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 제2 커패시터(C2)와 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 제3 커패시터(C3')는 제a 상태와 제b 상태의 모두에서 서로 동일한 전위를 유지한다(도 16과 도11 및 도 20 및 도 21 참조). 또한, 스위치드 커패시터 컨버터(900)가 4:1 또는 2:1의 전압 변환비로 동작할 때, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(910)의 제3 커패시터(C3)와 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(920)의 제2 커패시터(C2')는 제a 상태와 제b 상태의 모두에서 서로 동일한 전위를 유지한다(도 16과 도11 및 도 20 및 도 21 참조). When the switched capacitor converter 900 illustrated in FIG. 15 operates with a voltage conversion ratio of 4:1 or 2:1, the second capacitor C2 of the first switched capacitor converter module 910 and the second switched capacitor converter module The third capacitor C3' of 920 maintains the same potential with each other in both the a-th state and the b-th state (refer to FIGS. 16 and 11 and FIGS. 20 and 21 ). In addition, when the switched capacitor converter 900 operates with a voltage conversion ratio of 4:1 or 2:1, the third capacitor C3 of the first switched capacitor converter module 910 and the second switched capacitor converter module 920 . The second capacitor C2' of 'C2' maintains the same potential with each other in both the a-th state and the b-th state (refer to FIGS. 16 and 11 and FIGS. 20 and 21 ).

따라서, 도 22에 예시된 바와 같이, 실시예에 따라, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1610)의 제2 커패시터(C2)와 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1620)의 제3 커패시터(C3')를 서로 병렬로 연결하는 배선(1631, 1632)을 추가할 수 있다. 이 경우, 두 커패시터(C2, C3')는 하나로 통합하여 사용됨으로써 커패시터의 개수를 줄이거나 또는 두 커패시터(C2, C3')를 각각 사용하되 서로 공유함으로서 작은 용량의 커패시터를 사용하면서도 유효 용량은 크게 활용할 수 있다. 본 명세서에서 커패시터의 통합 또는 공유라는 용어는 위 두 경우를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다.Therefore, as illustrated in FIG. 22 , according to an embodiment, the second capacitor C2 of the first switched capacitor converter module 1610 and the third capacitor C3′ of the second switched capacitor converter module 1620 are Wires 1631 and 1632 that are connected in parallel to each other may be added. In this case, the two capacitors C2 and C3' are integrated into one to reduce the number of capacitors, or the two capacitors C2 and C3' are used respectively but shared with each other to increase the effective capacity while using a small capacitor. can be utilized In the present specification, the term "integration or sharing of a capacitor" may be understood to include both of the above cases.

또한, 실시예에 따라, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1610)의 제3 커패시터(C3)와 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1620)의 제2 커패시터(C2')를 서로 병렬로 연결하는 배선(1633, 1634)을 추가할 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 두 커패시터(C3, C2')를 통합함으로써 커패시터의 개수를 줄이거나 또는 유효 용량을 크게 활용할 수 있다. Also, according to an embodiment, a wiring 1633 connecting the third capacitor C3 of the first switched capacitor converter module 1610 and the second capacitor C2′ of the second switched capacitor converter module 1620 in parallel to each other. , 1634) can be added. In this case as well, by integrating the two capacitors C3 and C2', the number of capacitors can be reduced or the effective capacity can be greatly utilized.

한편, 두 커패시터(C2, C3')를 병렬로 연결하는 배선(1631, 1632) 및 두 커패시터(C3, C2')를 병렬로 연결하는 배선(1633, 1634)을 사용할 경우, 6쌍의 스위치 (S4, S6'), (S6, S4'), (S7, S9'), (S8, S10'), (S9, S7'), (S10, S8')가 서로 병렬로 연결되는 구조가 된다. On the other hand, when using the wires 1631 and 1632 connecting the two capacitors C2 and C3' in parallel and the wires 1633 and 1634 connecting the two capacitors C3 and C2' in parallel, 6 pairs of switches ( S4, S6'), (S6, S4'), (S7, S9'), (S8, S10'), (S9, S7'), (S10, S8') have a structure in which they are connected in parallel to each other.

스위치드 커패시터 컨버터(1600)가 4:1 또는 2:1의 전압 변환비로 동작할 때, 6쌍의 스위치 (S4, S6'), (S6, S4'), (S7, S9'), (S8, S10'), (S9, S7'), (S10, S8')의 각각의 쌍은 제a 상태와 제b 상태의 모두에서 서로 동일한 온/오프 상태를 가지므로 동작에 문제가 없다(도 16과 도11 및 도 20 및 도 21 참조). 다만, 2:1의 전압 변환비로 동작하는 도 20의 예시에서 (S8, S10')과 (S6, S4'), 도 21의 예시에서 (S4, S6')과 (S10, S8')의 경우 각 쌍의 두 개의 스위치가 서로 다른 온/오프 상태를 가지는 것으로 예시되어 있지만, 서로 동일한 상태를 가지도록 하나의 스위치의 온/오프 상태를 변경해도 동작에 영향은 없다. 예시적으로, 도 20에서 S8은 온 상태인데 S10'은 오프 상태로 예시되어 있지만, S10'을 온 상태로 변경하더라도 동작에 영향을 주지는 않는다. When the switched capacitor converter 1600 operates with a voltage conversion ratio of 4:1 or 2:1, six pairs of switches (S4, S6'), (S6, S4'), (S7, S9'), (S8, Since each pair of S10'), (S9, S7'), and (S10, S8') has the same on/off state as each other in both the a-th state and the b-th state, there is no problem in operation (Fig. 16 and 11 and 20 and 21). However, in the case of (S8, S10') and (S6, S4') in the example of FIG. 20 operating at a voltage conversion ratio of 2:1, (S4, S6') and (S10, S8') in the example of FIG. 21 Although the two switches of each pair are illustrated as having different on/off states, changing the on/off state of one switch to have the same state does not affect the operation. For example, although S8 is an on state in FIG. 20 and S10' is illustrated as an off state, even if S10' is changed to an on state, the operation is not affected.

도 22는 위 여섯 개의 스위치 쌍 중에서 네 개의 스위치 쌍인 (S7, S9'), (S8, S10'), (S9, S7'), (S10, S8')을 서로 공유하여, 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1620)에서 S7', S8', S9', S10'을 제거한 상태를 예시하고 있다(도면에서 연한 색으로 표시됨).22 is a second switched capacitor converter by sharing four switch pairs (S7, S9'), (S8, S10'), (S9, S7'), (S10, S8') among the above six switch pairs. A state in which S7', S8', S9', and S10' are removed from the module 1620 is illustrated (indicated in light colors in the figure).

이와 같이, 도 22에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(1600)는 두 모듈(1610, 1620)을 인터리빙 방식으로 동작시키면서도 소자의 개수를 현저히 줄일 수 있다. 도 22에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(1600)를 4:1로 동작시키는 경우와, 도 29에 예시된 4:1 딕슨 컨버터(2300) 두 모듈을 병렬로 사용하는 경우의 소자들 개수와 전압 스트레스를 비교해 보면 아래 표 4와 같다. 스위치드 커패시터 컨버터(1600)는 4:1 딕슨 컨버터(2300) 두 모듈을 사용하는 경우에 비해 스위치의 개수나 전압 스트레스는 동일하지만 고내압(3Vo)의 커패시터 2개를 사용하지 않아도 되는 큰 장점이 있다.As such, the switched capacitor converter 1600 illustrated in FIG. 22 can significantly reduce the number of devices while operating the two modules 1610 and 1620 in an interleaving manner. The number of elements and voltage stress in the case of operating the switched capacitor converter 1600 illustrated in FIG. 22 at 4:1 and the case of using the two modules of the 4:1 Dixon converter 2300 illustrated in FIG. 29 in parallel The comparison is shown in Table 4 below. The switched-capacitor converter 1600 has the same number of switches and the same voltage stress as compared to the case of using two 4:1 Dixon converter 2300 modules, but has a great advantage in that it does not require the use of two capacitors with high withstand voltage (3Vo). .

전압
스트레스
Voltage
stress
도 22의 컨버터
(1600)
The converter of Fig. 22
(1600)
4:1 딕슨 컨버터(2300)
두 모듈 사용
4:1 Dixon Converter (2300)
use two modules
커패시터capacitor VoVo 2개2 2개2 2Vo2Vo 2개2 2개2 3Vo3Vo -- 2개2 스위치switch VoVo 10개10 things 10개10 things 2Vo2Vo 4개4 pieces 4개4 pieces 3Vo3Vo 2개2 2개2

이와 같이, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1610)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1620)의 사이에 배선(1631, 1632)을 추가함으로써 (C2, C3'), (S4, S6'), (S7, S9'), (S8, S10')의 통합이 가능하고, 제1 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1610)과 제2 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1620)의 사이에 배선(1633, 1634)을 추가함으로써 (C3, C2'), (S6, S4'), (S9, S7'), (S10, S8')의 통합이 가능할 수 있다. 위 두 개의 커패시터 쌍과 여섯 개의 스위치 쌍 중에서 통합할 쌍의 선택은 상황에 따라 적절히 선택될 수 있다.As such, by adding wirings 1631 and 1632 between the first switched capacitor converter module 1610 and the second switched capacitor converter module 1620, (C2, C3'), (S4, S6'), (S7) , S9'), (S8, S10') can be integrated, and by adding wirings 1633 and 1634 between the first switched capacitor converter module 1610 and the second switched capacitor converter module 1620 (C3) , C2'), (S6, S4'), (S9, S7'), (S10, S8') may be integrated. Among the above two capacitor pairs and six switch pairs, the selection of the pair to be integrated may be appropriately selected according to the situation.

도 23은 도 7에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)를 소규모 네트워크로 분리하여 구획한 것이다.FIG. 23 shows the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 7 by dividing it into a small network.

도 23을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(100)는 세 개의 스위치드 커패시터 네트워크(SCN1, SCN2, SCN3)와 하나의 출력단 스위치-네트워크(SNT)를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 23 , the switched capacitor converter 100 may be understood to include three switched capacitor networks SCN1 , SCN2 , SCN3 and one output stage switch-network SNT.

제1 스위치드 커패시터 네트워크(SCN1)는 제1 스위치(S1), 제1 커패시터(C1), 제2 스위치(S2) 순으로 직렬로 연결되고, 제1 스위치(S1)의 제1 단자가 입력단자에 연결되며, 제2 스위치(S2)의 제2 단자가 기준전위에 연결된 네트워크로 이해될 수 있다.The first switched capacitor network SCN1 is connected in series with the first switch S1, the first capacitor C1, and the second switch S2 in this order, and the first terminal of the first switch S1 is connected to the input terminal. It can be understood as a network in which the second terminal of the second switch S2 is connected to the reference potential.

제2 스위치드 커패시터 네트워크(SCN2)는 제3 스위치(S3), 제2 커패시터(C2), 제4 스위치(S4) 순으로 직렬로 연결되고, 제3 스위치(S3)의 제1 단자가 제1 커패시터(C1)의 제1 단자에 연결되며, 제4 스위치(S4)의 제2 단자가 기준전위에 연결된 네트워크로 이해될 수 있다.The second switched capacitor network SCN2 is connected in series with the third switch S3, the second capacitor C2, and the fourth switch S4, and the first terminal of the third switch S3 is connected to the first capacitor It can be understood as a network connected to the first terminal of (C1), and the second terminal of the fourth switch (S4) connected to the reference potential.

제3 스위치드 커패시터 네트워크(SCN3)는 제5 스위치(S5), 제3 커패시터(C3), 제6 스위치(S6) 순으로 직렬로 연결되고, 제5 스위치(S5)의 제1 단자가 제1 커패시터(C1)의 제2 단자에 연결되며, 제6 스위치(S6)의 제2 단자가 기준전위에 연결된 네트워크로 이해될 수 있다.The third switched capacitor network SCN3 is connected in series with the fifth switch S5, the third capacitor C3, and the sixth switch S6, and the first terminal of the fifth switch S5 is connected to the first capacitor It may be understood as a network connected to the second terminal of (C1), and the second terminal of the sixth switch (S6) connected to the reference potential.

출력단 스위치 네트워크(SNT)는 서로 직렬로 연결된 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8) 및 서로 직렬로 연결된 제9 스위치(S9)와 제10 스위치(S10)를 포함하고, 제7 스위치(S7)의 제1 단자와 제8 스위치(S8)의 제2 단자는 제2 커패시터(C2)의 양 단자에 각각 연결되고, 제9 스위치(S9)의 제1 단자와 제10 스위치(S10)의 제2 단자는 제3 커패시터(C3)의 양 단자에 각각 연결되며, 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8)의 접속점 및 제9 스위치(S9)와 제10 스위치(S10)의 접속점은 출력단자에 함께 연결된 네트워크로 이해될 수 있다.The output stage switch network (SNT) includes a seventh switch (S7) and an eighth switch (S8) connected in series with each other, and a ninth switch (S9) and a tenth switch (S10) connected in series with each other, the seventh switch ( The first terminal of S7 and the second terminal of the eighth switch S8 are respectively connected to both terminals of the second capacitor C2, and the first terminal of the ninth switch S9 and the second terminal of the tenth switch S10 are connected to each other. The second terminal is respectively connected to both terminals of the third capacitor C3, and the connection point of the seventh switch S7 and the eighth switch S8 and the connection point of the ninth switch S9 and the tenth switch S10 are It can be understood as a network connected together to the output terminals.

전술한 바와 같이, 스위치나 커패시터의 두 단자 중에서 도면 상에서 위에 있는 단자를 제1 단자라고 지칭하고 아래에 있는 단자를 제2 단자라고 지칭하였음이 이해되어야 할 것이다. As described above, it should be understood that among the two terminals of the switch or capacitor, an upper terminal is referred to as a first terminal and a lower terminal is referred to as a second terminal in the drawing.

세 개의 스위치드 커패시터 네트워크(SCN1, SCN2, SCN3)는 두 개의 스위치와 그 사이에 연결된 하나의 커패시터를 포함한다는 점에서 서로 공통된다. 이와 같이, 동일한 구조를 가지는 세 개의 스위치드 커패시터 네트워크(SCN1, SCN2, SCN3)를 구조화하면 도 24와 같이 나타낼 수 있다.The three switched capacitor networks SCN1 , SCN2 , SCN3 have in common with each other in that they include two switches and a capacitor connected between them. In this way, if three switched capacitor networks SCN1 , SCN2 , and SCN3 having the same structure are structured, it can be shown as shown in FIG. 24 .

도 24를 참조하면, 제1 스위치드 커패시터 네트워크(SCN1)는 두 개의 스위치(S1, S2)를 포함하는 베이스 스위치 네트워크(SN)와 커패시터(C1)의 조합으로 표현될 수 있다. Referring to FIG. 24 , the first switched capacitor network SCN1 may be represented by a combination of a base switch network SN including two switches S1 and S2 and a capacitor C1 .

여기서, 베이스 스위치 네트워크(SN)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제1 스위치(S1) 및 제3 노드(N3)와 기준전위 사이에 연결된 제2 스위치(S2)를 포함하고, 커패시터(C1)는 베이스 스위치 네트워크(SN) 외부에서 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 것으로 이해될 수 있다. Here, the base switch network SN includes a first switch S1 connected between the first node N1 and the second node N2 and a second switch S2 connected between the third node N3 and a reference potential. including, and the capacitor C1 may be understood to be connected between the second node N2 and the third node N3 outside the base switch network SN.

도 25는 도 23의 출력단 스위치 네트워크(SNT)를 재구성한 예를 도시한다.FIG. 25 shows an example of reconfiguring the output end switch network (SNT) of FIG. 23 .

도 25를 참조하면, 출력단 스위치 네트워크(SNT)는 네 개의 스위치(S7, S8, S9, S10)를 포함하고, 네 개의 스위치(S7, S8, S9, S10) 각각의 제1 단자는 네 개의 노드(N7, N8, N9, N10)을 통해 외부로 연결되고, 네 개의 스위치(S7, S8, S9, S10) 각각의 제2 단자는 출력단자에 공통으로 연결되는 것으로 이해될 수 있다. 여기서, 출력단 스위치 네트워크(SNT)는 2개의 스위치(S7, S8)을 포함하는 제1 출력단 스위치 네트워크 모듈(SNT1)과 제2 출력단 스위치 네트워크 모듈(SNT2)을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 25, the output stage switch network (SNT) includes four switches (S7, S8, S9, S10), the first terminal of each of the four switches (S7, S8, S9, S10) is four nodes It can be understood that the second terminal of each of the four switches S7, S8, S9, and S10 is connected to the output terminal in common. Here, the output switch network SNT may be understood to include a first output switch network module SNT1 including two switches S7 and S8 and a second output switch network module SNT2 .

이와 같이, 도 23에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(100)는 각각 두 개의 스위치를 포함하는 유닛 스위치 네트워크들과 커패시터들이 서로 연결된 것으로 이해될 수 있다. 이 때 유닛 스위치 네트워크는 도 24에 예시된 베이스 스위치 네트워크(SN)와 도 25에 예시된 출력단 스위치 네트워크 모듈(SNT1, SNT2)의 두 종류로 구조화될 수 있다.As such, the switched capacitor converter 100 illustrated in FIG. 23 may be understood as unit switch networks each including two switches and capacitors connected to each other. At this time, the unit switch network may be structured into two types: the base switch network SN illustrated in FIG. 24 and the output stage switch network modules SNT1 and SNT2 illustrated in FIG. 25 .

도 26은, 일 실시예로서, 22:1 스위치드 커패시터 컨버터(2000)를 예시한다. 스위치드 커패시터 컨버터(2000)는, 두 개의 스위치드 커패시터 컨버터 모듈(1610, 1620)에서 두 개의 커패시터 쌍과 네 개의 스위치 쌍이 통합되어 제거된 스위치드 커패시터 컨버터(1600)와 유사한 구조이다(도 22 참조). 다만, 도 22에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(1600)를 도 24 및 도 25에 각각 예시한 베이스 스위치 네트워크(SN)와 출력단 스위치 네트워크 모듈(SNT1, SNT2)을 이용하여 재구성한 점에서 차이가 있다.26 illustrates a 2 2 : 1 switched capacitor converter 2000 , in one embodiment. The switched capacitor converter 2000 has a structure similar to the switched capacitor converter 1600 in which two capacitor pairs and four switch pairs are integrated and removed from the two switched capacitor converter modules 1610 and 1620 (see FIG. 22 ). However, there is a difference in that the switched capacitor converter 1600 illustrated in FIG. 22 is reconfigured using the base switch network SN and the output stage switch network modules SNT1 and SNT2 illustrated in FIGS. 24 and 25 , respectively.

도 26을 참조하면, 스위치드 커패시터 컨버터(2000)는 두 개의 스테이지(stage 1, stage 2)와 출력 스테이지(output stage)를 가지는 것으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 26 , the switched capacitor converter 2000 may be understood to have two stages (stage 1 and stage 2 ) and an output stage.

제1 스테이지(stage 1)는 두 개의 베이스 스위치 네트워크(SN11, SN12)와 두 개의 커패시터(C11, C12)를 포함할 수 있다. 베이스 스위치 네트워크 SN11에는 커패시터 C11이 연결되고, 베이스 스위치 네트워크 SN12에는 커패시터 C12가 연결될 수 있다.The first stage (stage 1) may include two base switch networks (SN11, SN12) and two capacitors (C11, C12). A capacitor C11 may be connected to the base switch network SN11, and a capacitor C12 may be connected to the base switch network SN12.

제2 스테이지(stage 2)는 네 개의 베이스 스위치 네트워크(SN21, SN22, SN23, SN24)와 두 개의 커패시터(C21, C22)를 포함할 수 있다. 베이스 스위치 네트워크 SN21과 베이스 스위치 네트워크 SN24에는 커패시터 C22가 공통으로 연결되고, 베이스 스위치 네트워크 SN22과 베이스 스위치 네트워크 SN23에는 커패시터 C21이 공통으로 연결될 수 있다. The second stage (stage 2) may include four base switch networks (SN21, SN22, SN23, SN24) and two capacitors (C21, C22). The capacitor C22 may be commonly connected to the base switch network SN21 and the base switch network SN24, and the capacitor C21 may be commonly connected to the base switch network SN22 and the base switch network SN23.

제2 스테이지(stage 2)에 포함된 네 개의 베이스 스위치 네트워크(SN21, SN22, SN23, SN24)는 각각 이전 스테이지인 제1 스테이지(stage 1)의 두 개의 커패시터(C11, C12)의 어느 한 단자에 서로 중복되지 않도록 연결될 수 있다.The four base switch networks SN21, SN22, SN23, and SN24 included in the second stage (stage 2) are respectively connected to one terminal of the two capacitors C11 and C12 of the first stage (stage 1), which is the previous stage. They can be connected so that they do not overlap with each other.

출력 스테이지(output stage)는 두 개의 출력단 스위치 네트워크 모듈(SNT1, SNT2)을 포함할 수 있다. 출력단 스위치 네트워크 모듈 SNT1의 두 개의 스위치 각각의 제1 단자는 커패시터 C22의 양 단자에 각각 연결될 수 있다. 출력단 스위치 네트워크 모듈 SNT2의 두 개의 스위치 각각의 제1 단자는 커패시터 C21의 양 단자에 각각 연결될 수 있다. 출력단 스위치 네트워크 모듈 SNT1의 두 개의 스위치 각각의 제2 단자와 출력단 스위치 네트워크 모듈 SNT2의 두 개의 스위치 각각의 제2 단자는 출력단자에 공통으로 연결될 수 있다.The output stage may include two output stage switch network modules SNT1 and SNT2. The first terminal of each of the two switches of the output stage switch network module SNT1 may be respectively connected to both terminals of the capacitor C22. A first terminal of each of the two switches of the output stage switch network module SNT2 may be respectively connected to both terminals of the capacitor C21. The second terminal of each of the two switches of the output switch network module SNT1 and the second terminal of each of the two switches of the output switch network module SNT2 may be commonly connected to the output terminal.

도 26에 예시된 스위치드 커패시터 컨버터(2000)는 도 16과 도 17을 참조하여 설명한 바와 유사하게 동작하여 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다. 또한, 스위치드 커패시터 컨버터(2000)는 두 모듈의 커패시터와 스위치가 통합되어 사이즈를 줄일 수 있고 인터리빙 동작을 통해 입출력 전압, 전류의 리플 저감이 가능하다.The switched capacitor converter 2000 illustrated in FIG. 26 may implement a voltage conversion ratio of 4:1 by operating similarly to that described with reference to FIGS. 16 and 17 . In addition, the switched capacitor converter 2000 can reduce the size by integrating the capacitors and switches of the two modules, and it is possible to reduce the ripple of input/output voltage and current through the interleaving operation.

도 27은, 일 실시예로서, 23:1 스위치드 커패시터 컨버터(2100)를 예시한다. 스위치드 커패시터 컨버터(2100)는 도 26에 예시된 22:1 스위치드 커패시터 컨버터(2000)를 더 확장하여 23:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다. 이를 위해, 스위치드 커패시터 컨버터(2100)는 스위치드 커패시터 컨버터(2000)에 비해 제3 스테이지(stage 3)를 더 구비할 수 있다. 27 illustrates, as one embodiment, a 2 3 : 1 switched capacitor converter 2100 . The switched capacitor converter 2100 may implement a voltage conversion ratio of 2 3 : 1 by further extending the 2 2 : 1 switched capacitor converter 2000 illustrated in FIG. 26 . To this end, the switched capacitor converter 2100 may further include a third stage (stage 3) compared to the switched capacitor converter 2000 .

제3 스테이지(stage 3)는 제2 스테이지와 유사하게 구성될 수 있다. 제3 스테이지(stage 3)에 포함된 네 개의 베이스 스위치 네트워크(SN31, SN32, SN33, SN34)는 각각 이전 스테이지인 제2 스테이지(stage 2)의 두 개의 커패시터(C21, C22)의 어느 한 단자에 서로 중복되지 않도록 연결될 수 있다.The third stage (stage 3) may be configured similarly to the second stage. The four base switch networks SN31, SN32, SN33, and SN34 included in the third stage (stage 3) are respectively connected to one terminal of the two capacitors C21 and C22 of the second stage (stage 2), which is the previous stage. They can be connected so that they do not overlap with each other.

스위치드 커패시터 컨버터(2100)는 두 개의 스위치드 커패시터 컨버터 모듈의 스위치와 커패시터가 통합되어 사이즈를 줄일 수 있고 인터리빙 동작을 통해 입출력 전압, 전류의 리플 저감이 가능하다.The switched-capacitor converter 2100 can reduce the size by integrating the switches and capacitors of the two switched-capacitor converter modules, and can reduce the ripple of input/output voltage and current through an interleaving operation.

도 26과 도 27로부터, 중간 스테이지를 추가할수록 전압 변환비가 바이너리(binary) 타입으로 증가하는 스위치드 커패시터 컨버터를 구현할 수 있음을 유추할 수 있다.From FIGS. 26 and 27 , it can be inferred that as an intermediate stage is added, a switched capacitor converter in which a voltage conversion ratio increases in a binary type can be implemented.

도 28은, 일 실시예로서, 2N:1 스위치드 커패시터 컨버터(2200)를 예시한다. 즉, 도 28의 스위치드 커패시터 컨버터(2200)는 도 26과 도 27을 더 확장하여 일반화한 것이다.28 illustrates a 2 N :1 switched capacitor converter 2200, as one embodiment. That is, the switched capacitor converter 2200 of FIG. 28 is generalized by further extending FIGS. 26 and 27 .

스위치드 커패시터 컨버터(2200)는 N개의 스테이지(stage 1 ~ stage N)와 출력 스테이지(output stage)를 포함하고, 입력전압과 출력전압의 비율이 2N:1의 관계를 가지도록 동작할 수 있다.The switched capacitor converter 2200 includes N stages (stages 1 to N) and an output stage, and may operate so that a ratio of an input voltage to an output voltage has a relationship of 2 N :1.

제1 스테이지(stage 1)는 두 개의 베이스 스위치 네트워크(SN11, SN12)와 두 개의 커패시터(C11, C12)를 포함할 수 있다.The first stage (stage 1) may include two base switch networks (SN11, SN12) and two capacitors (C11, C12).

제2 스테이지(stage 2) 내지 제N 스테이지(stage N)는 각각 네 개의 베이스 스위치 네트워크(SN21, SN22, SN23, SN24, ..., SNN1, SNN2, SNN3, SNN4)와 두 개의 커패시터(C21, C22, ..., CN1, CN2)를 포함할 수 있다.Each of the second stage (stage 2) to the N-th stage (stage N) includes four base switch networks SN21, SN22, SN23, SN24, ..., SNN1, SNN2, SNN3, SNN4 and two capacitors C21, C22, ..., CN1, CN2).

여기서, 베이스 스위치 네트워크(SN21, SN22, SN23, SN24, ..., SNN1, SNN2, SNN3, SNN4)는, 도 24를 참조하여 설명한 바와 같이, 각각 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제1 스위치(S1) 및 제3 노드(N3)와 기준전위 사이에 연결된 제2 스위치(S2)를 포함하고, 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에는 동일 스테이지에 포함된 커패시터 중의 적어도 하나가 연결될 수 있다.Here, the base switch networks SN21, SN22, SN23, SN24, ..., SNN1, SNN2, SNN3, and SNN4 are, as described with reference to FIG. 24 , a first node N1 and a second node N2, respectively. ) and a second switch S2 connected between the first switch S1 and the third node N3 and the reference potential, and the same stage between the second node N2 and the third node N3. At least one of the capacitors included in the may be connected.

또한, 제k 스테이지(k = 2, 3, ..., N 중의 하나)에 포함된 네 개의 베이스 스위치 네트워크의 각각은 이전 스테이지인 제k-1 스테이지의 두 개의 커패시터의 어느 한 단자에 서로 중복되지 않도록 연결될 수 있다. 제k 스테이지(k = 2, 3, ..., N 중의 하나)에 포함된 네 개의 베이스 스위치 네트워크 중의 두 개씩은 서로 커패시터를 공유할 수 있다.In addition, each of the four base switch networks included in the k-th stage (one of k = 2, 3, ..., N) overlaps each other at any one terminal of the two capacitors of the k-1th stage, which is the previous stage. can be connected so as not to Two of the four base switch networks included in the k-th stage (one of k = 2, 3, ..., N) may share a capacitor with each other.

출력 스테이지(output stage)는 출력단 스위치 네트워크(SNT)를 포함할 수 있다. 출력단 스위치 네트워크(SNT)는 두 개의 출력단 스위치 네트워크 모듈(SNT1, SNT2)을 포함할 수 있다.The output stage may include an output stage switch network (SNT). The output switch network SNT may include two output switch network modules SNT1 and SNT2.

구체적으로, 출력단 스위치 네트워크(SNT)는 네 개의 스위치를 포함하고, 출력단 스위치 네트워크(SNT)의 네 개의 스위치 각각의 제1 단자는 제N 스테이지의 두 개의 커패시터(CN1, CN2)의 어느 한 단자에 서로 중복되지 않도록 연결될 수 있다. 출력단 스위치 네트워크(SNT)의 네 개의 스위치 각각의 제2 단자는 출력단자에 공통으로 연결될 수 있다.Specifically, the output stage switch network SNT includes four switches, and the first terminal of each of the four switches of the output stage switch network SNT is connected to any one terminal of the two capacitors CN1 and CN2 of the Nth stage. They can be connected so that they do not overlap with each other. The second terminal of each of the four switches of the output terminal switch network SNT may be commonly connected to the output terminal.

이와 같이, N개의 스테이지와 하나의 출력 스테이지를 가지도록 일반화된 스위치드 커패시터 컨버터(2200)는 2N:1의 전압 변환비로 동작할 수 있다. 스위치드 커패시터 컨버터(2200)는 두 개의 스위치드 커패시터 컨버터 모듈의 스위치와 커패시터가 통합되어 사이즈를 줄일 수 있고 인터리빙 동작을 통해 입출력 전압, 전류의 리플 저감이 가능하다. 또한, 스위치드 커패시터 컨버터(2200)는 하나의 스테이지를 추가함에 의해 전압 변환비가 2배씩 증가하므로 적은 개수의 소자를 사용하면서도 높은 전압 변환비를 구현할 수 있다.As described above, the switched capacitor converter 2200 generalized to have N stages and one output stage may operate with a voltage conversion ratio of 2N :1. The switched-capacitor converter 2200 can reduce the size by integrating the switches and capacitors of the two switched-capacitor converter modules, and can reduce the ripple of input/output voltage and current through the interleaving operation. In addition, since the voltage conversion ratio of the switched capacitor converter 2200 is doubled by adding one stage, a high voltage conversion ratio can be implemented while using a small number of elements.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스위치드 커패시터 컨버터의 입력단자에 연결된 배터리에 충전되어 있는 배터리전압과 스위치드 커패시터 컨버터의 출력전압에 따라 스위치드 커패시터 컨버터의 입출력 전압 변환비를 다이나믹하게 변환하여 배터리에 남아있는 잔여 에너지를 최소화하여 시스템 전력 효율을 극대화할 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, the input/output voltage conversion ratio of the switched capacitor converter is dynamically converted according to the battery voltage charged in the battery connected to the input terminal of the switched capacitor converter and the output voltage of the switched capacitor converter. It is possible to maximize the system power efficiency by minimizing the residual energy remaining in the system.

또한, 실시예에 따라, 고효율이고 사이즈가 작은 스위치드 커패시터 컨버터를 제공할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 입력전압과 출력전압의 변환비를 조절할 수 있는 스위치드 커패시터 컨버터를 제공할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 이진(binary) 방식으로 구성되어 보다 높은 전압 변환비를 가지도록 확장될 수 있는 스위치드 커패시터 컨버터를 제공할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 병렬로 구성된 두 개의 스위치드 커패시터 컨버터 모듈을 인터리빙 방식으로 동작시키며 두 모듈 사이의 커패시터의 통합을 가능하게 하여 사이즈를 줄일 수 있는 스위치드 커패시터 컨버터를 제공할 수 있다.In addition, according to the embodiment, it is possible to provide a switched capacitor converter with high efficiency and small size. In addition, according to an embodiment, it is possible to provide a switched capacitor converter capable of adjusting a conversion ratio of an input voltage and an output voltage. In addition, according to an embodiment, it is possible to provide a switched capacitor converter configured in a binary manner and expandable to have a higher voltage conversion ratio. In addition, according to an embodiment, it is possible to provide a switched capacitor converter capable of reducing a size by operating two switched capacitor converter modules configured in parallel in an interleaving manner and enabling the integration of capacitors between the two modules.

1: 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터
10: SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부
20: 비교기
30: 글리치(glitch) 제거 회로부
40: SCC 스위칭 제어기
1: Switched capacitor converter with variable voltage conversion ratio
10: SCC (Switched Capacitor Converter) circuit part
20: comparator
30: glitch removal circuitry
40: SCC switching controller

Claims (10)

가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터로서,
입력단자를 통해 입력받은 입력전압(VBATT)을 가변적인 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력단자를 통해 출력하는 SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부;
상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)과 설정된 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 비교기; 및
상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 대응하는 변환비(CR)를 결정하고, 결정된 변환비에 따라 상기 SCC 회로부에 대한 스위칭을 제어하여 상기 SCC 회로부가 상기 입력전압(VBATT)을 결정된 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력하도록 제어하는 SCC 스위칭 제어기를 포함하고,
상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 SCC 회로부를 구성하는 스위치들의 게이트-소스 전압(Vgs)을 제어하여 상기 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
A switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio, comprising:
a SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit for outputting an output voltage (VSYS) converted from an input voltage (VBATT) received through an input terminal according to a variable conversion ratio (CR) through an output terminal;
a comparator for comparing a value (VBATT/CR) obtained by dividing an input voltage (VBATT) of the SCC circuit unit by the conversion ratio (CR) with a set conversion ratio transition threshold (CRTT); and
The conversion ratio CR corresponding to the comparison result output from the comparator is determined, and switching of the SCC circuit unit is controlled according to the determined conversion ratio, so that the SCC circuit unit converts the input voltage VBATT to the determined conversion ratio CR ), including an SCC switching controller that controls to output the converted output voltage (VSYS),
The SCC switching controller controls the gate-source voltage (Vgs) of the switches constituting the SCC circuit unit to prevent overcurrent from occurring in the switches being switched in the process of changing the conversion ratio (CR), variable conversion ratio A switched capacitor converter with
제1항에 있어서,
상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 포함된 글리치(glitch) 성분을 제거하는 글리치 제거 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
The method of claim 1,
The switched capacitor converter having a variable conversion ratio, characterized in that it further comprises a glitch removal circuit for removing a glitch component included in the comparison result output by the comparator.
제1항에 있어서,
상기 변환비 천이 임계치(CRTT)는 상기 SCC 회로부의 출력 임피던스(Rout)에 출력전류(Iout)를 곱한 값과 상기 SCC 회로부의 출력단자에 연결된 전력소모 시스템의 임계 입력전압(VSYS_th)을 합산한 값인 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
According to claim 1,
The conversion ratio transition threshold (CRTT) is a value obtained by multiplying the output impedance (Rout) of the SCC circuit unit by the output current (Iout) and the threshold input voltage (VSYS_th) of the power consumption system connected to the output terminal of the SCC circuit unit. A switched capacitor converter with a variable conversion ratio, characterized in that.
제3항에 있어서,
상기 임계 입력전압(VSYS_th)은 상기 전력소모 시스템의 최소 동작전압인 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
4. The method of claim 3,
The threshold input voltage (VSYS_th) is a switched capacitor converter having a variable conversion ratio, characterized in that the minimum operating voltage of the power consumption system.
제3항에 있어서,
상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 비교기가 출력하는 비교 결과값이 상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)이 상기 변환비 천이 임계치(CRTT) 이하임을 지시하는 경우 상기 변환비(CR)를 낮추어 상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)이 상기 변환비 천이 임계치(CRTT) 이상이 되도록 상기 SCC 회로부를 구성하는 스위치들의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
4. The method of claim 3,
The SCC switching controller indicates that a value (VBATT/CR) obtained by dividing the input voltage (VBATT) of the SCC circuit unit by the conversion ratio (CR) is less than or equal to the conversion ratio transition threshold (CRTT) When the conversion ratio CR is lowered, the SCC circuit unit is divided so that the value (VBATT/CR) obtained by dividing the input voltage VBATT of the SCC circuit unit by the conversion ratio CR is greater than or equal to the conversion ratio transition threshold CRTT. A switched capacitor converter having a variable conversion ratio, characterized in that it controls the switching of the switches constituting the switch.
제5항에 있어서,
상기 SCC 회로부를 구성하는 각각의 스위치는 복수의 FET(Field Effect Transistor)이 병렬 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
6. The method of claim 5,
Each switch constituting the SCC circuit unit has a structure in which a plurality of Field Effect Transistors (FETs) are connected in parallel, the switched capacitor converter having a variable conversion ratio.
삭제delete 가변 전압 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터로서,
입력단자를 통해 입력받은 입력전압(VBATT)을 가변적인 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력단자를 통해 출력하는 SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부;
상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)과 설정된 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 비교기; 및
상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 대응하는 변환비(CR)를 결정하고, 결정된 변환비에 따라 상기 SCC 회로부에 대한 스위칭을 제어하여 상기 SCC 회로부가 상기 입력전압(VBATT)을 결정된 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력하도록 제어하는 SCC 스위칭 제어기를 포함하고,
상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 SCC 회로부를 구성하는 스위치들을 구성하는 복수의 FET 중에서 턴온되는 FET의 갯수를 제어하여 상기 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
A switched capacitor converter having a variable voltage conversion ratio, comprising:
a SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit for outputting an output voltage (VSYS) converted from an input voltage (VBATT) received through an input terminal according to a variable conversion ratio (CR) through an output terminal;
a comparator for comparing a value (VBATT/CR) obtained by dividing an input voltage (VBATT) of the SCC circuit unit by the conversion ratio (CR) with a set conversion ratio transition threshold (CRTT); and
The conversion ratio CR corresponding to the comparison result output from the comparator is determined, and switching of the SCC circuit unit is controlled according to the determined conversion ratio, so that the SCC circuit unit converts the input voltage VBATT to the determined conversion ratio CR ), including an SCC switching controller that controls to output the converted output voltage (VSYS),
The SCC switching controller controls the number of turned-on FETs among a plurality of FETs constituting the switches constituting the SCC circuit unit to prevent overcurrent from occurring in the switches switched in the process of changing the conversion ratio CR A switched capacitor converter with a variable conversion ratio, characterized in that.
입력단자를 통해 입력받은 입력전압(VBATT)을 가변적인 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력단자를 통해 출력하는 SCC(Switched Capacitor Converter) 회로부;
상기 SCC 회로부의 입력전압(VBATT)을 상기 변환비(CR)로 나눈 값(VBATT/CR)과 설정된 변환비 천이 임계치(CRTT)를 비교하는 비교기; 및
상기 비교기가 출력하는 비교 결과값에 대응하는 변환비(CR)를 결정하고, 결정된 변환비에 따라 상기 SCC 회로부에 대한 스위칭을 제어하여 상기 SCC 회로부가 상기 입력전압(VBATT)을 결정된 변환비(CR)에 따라 변환한 출력전압(VSYS)을 출력하도록 제어하는 SCC 스위칭 제어기를 포함하고,
상기 SCC 스위칭 제어기는 상기 SCC 회로부를 구성하는 스위치들의 게이트-소스 전압(Vgs) 및 상기 스위치들을 구성하는 복수의 FET 중에서 턴온되는 FET의 갯수를 제어하여 상기 변환비(CR)를 변경하는 과정에서 스위칭되는 스위치들에 과전류가 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
a SCC (Switched Capacitor Converter) circuit unit for outputting an output voltage (VSYS) converted from an input voltage (VBATT) received through an input terminal according to a variable conversion ratio (CR) through an output terminal;
a comparator for comparing a value (VBATT/CR) obtained by dividing an input voltage (VBATT) of the SCC circuit unit by the conversion ratio (CR) with a set conversion ratio transition threshold (CRTT); and
The conversion ratio CR corresponding to the comparison result output from the comparator is determined, and switching of the SCC circuit unit is controlled according to the determined conversion ratio, so that the SCC circuit unit converts the input voltage VBATT to the determined conversion ratio CR ), including an SCC switching controller that controls to output the converted output voltage (VSYS),
The SCC switching controller controls the gate-source voltage (Vgs) of the switches constituting the SCC circuit unit and the number of turned-on FETs among a plurality of FETs constituting the switches to change the conversion ratio (CR). A switched capacitor converter with a variable conversion ratio, characterized in that it prevents overcurrent from occurring in the switches.
제1항에 있어서,
상기 입력전압(VBATT)은 직렬 연결된 복수의 배터리셀에 충전된 전압이고, 상기 SCC 회로부의 출력단자에 연결된 전력소모 시스템은 모바일 기기인 것을 특징으로 하는, 가변 변환비를 갖는 스위치드 커패시터 컨버터.
According to claim 1,
The input voltage (VBATT) is a voltage charged in a plurality of battery cells connected in series, and the power consumption system connected to the output terminal of the SCC circuit unit is a mobile device, characterized in that the switched capacitor converter having a variable conversion ratio.
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