KR20180126940A

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Info

Publication number: KR20180126940A
Application number: KR1020170062105A
Authority: KR
Inventors: 우영진
Original assignee: 주식회사 실리콘웍스
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: KR102406348B1

Abstract

The present invention relates to a buck-boost DC/DC converter. According to the present invention, the buck-boost DC/DC converter connects a capacitive element and a predetermined switch to a boost power end operated by a boost converter to generate output voltages higher or lower than input voltages by using only one converter. The buck-boost DC/DC converter comprises: a boost power end; a buck voltage providing part; and a control part.

Description

Translated fromKorean

벅-부스트 DC/DC 컨버터{BUCK-BOOST DC/DC CONVERTER}BUCK-BOOST DC / DC CONVERTER BACKGROUND OF THEINVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 전력을 변환하는 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a converter for converting power.

전력을 변환하는 컨버터 중 벅컨버터(buck converter)는 입력전압보다 출력전압을 낮춰서 출력하는 컨버터이다. 그리고, 전력을 변환하는 컨버터 중 부스트컨버터(boost converter)는 입력전압보다 출력전압을 높혀서 출력하는 컨버터이다. 각각의 컨버터는 어플리케이션에서의 입력전압과 출력전압의 비율에 따라 적절히 선택되어 사용될 수 있다.A buck converter among power converters is a converter that outputs an output voltage lower than an input voltage. Among the converters for converting power, a boost converter is a converter that outputs an output voltage higher than an input voltage. Each converter can be appropriately selected and used according to the ratio of the input voltage to the output voltage in the application.

그런데, 어플리케이션에 따라서는 입력전압과 출력전압의 비율이 고정적이지 않는 경우가 있다. 예를 들어, 주요하게는 입력전압이 출력전압보다 낮지만 경우에 따라서는 입력전압이 출력전압보다 높아지는 어플리케이션이 있을 수 있다.However, depending on the application, the ratio of the input voltage to the output voltage may not be fixed. For example, there may be an application where the input voltage is lower than the output voltage, but in some cases the input voltage is higher than the output voltage.

2개의 셀로 구성되는 배터리를 사용하는 랩탑PC(Personal Computer)가 이러한 어플리케이션에 해당될 수 있다. 이러한 랩탑PC는 배터리의 충전상태에 따라 배터리 전압이 6V~8.4V으로 변동할 수 있다. 이러한 랩탑PC의 시스템에서 사용되는 전압이 8V인 경우, 입력전압은 주요하게는 출력전압보다 낮지만 배터리전압이 8V 이상에서는 입력전압이 출력전압보다 높아지게 된다.A laptop PC using a battery composed of two cells may correspond to such an application. These laptop PCs can vary from 6V to 8.4V depending on the state of charge of the battery. When the voltage used in such a laptop PC system is 8V, the input voltage is mainly lower than the output voltage, but when the battery voltage is higher than 8V, the input voltage becomes higher than the output voltage.

이렇게 입력전압과 출력전압의 비율이 고정적이지 않는 어플리케이션에서는 벅컨버터 혹은 부스트컨버터만으로 시스템에 적합한 출력전압을 생성하기 어렵다. 적합한 출력전압을 생성하기 위해 어플리케이션에 벅컨버터와 부스트컨버터가 함께 구비될 수도 있으나 이 경우, 컨버터의 제조 비용이 증가하고 컨버터의 부피가 커지는 문제가 있다.In applications where the ratio of input voltage to output voltage is not fixed, it is difficult to generate an output voltage suitable for the system with only a buck converter or a boost converter. A buck converter and a boost converter may be provided together in an application to generate a suitable output voltage, but in this case, there is a problem that the manufacturing cost of the converter is increased and the volume of the converter is increased.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 입력전압보다 높거나 낮은 출력전압을 모두 생성할 수 있는 컨버터 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 하나의 컨버터가 부스트컨버터로 작동하기도 하고 벅컨버터로 작동하기도 하는 기술을 제공하는 것이다.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a converter technology capable of generating both an output voltage higher or lower than an input voltage in one aspect. In another aspect, an object of the present invention is to provide a technique in which one converter operates as a boost converter and also operates as a buck converter.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 일측으로 입력전압이 제공되는 유도성소자의 타측으로 그라운드전압 혹은 출력전압을 제공할 수 있는 부스트전력단, 용량성소자의 일측으로 그라운드전압 혹은 입력전압을 제공하고 용량성소자의 타측 전압을 유도성소자의 타측으로 제공할 수 있는 벅전압제공부, 및 부스트모드에서 부스트전력단을 이용하여 출력전압을 입력전압보다 상승시켜 출력하고, 벅모드에서 벅전압제공부를 이용하여 출력전압을 입력전압보다 하강시켜 출력하는 제어부를 포함하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, in one aspect, the present invention provides a method of driving a capacitive element, comprising: a boost power stage capable of providing a ground voltage or an output voltage to the other side of an inductive element to which an input voltage is provided; A buck voltage providing means for providing an input voltage and capable of providing the other side of the capacitive element to the other side of the inductive element, and a boost power stage for boosting the output voltage higher than the input voltage, And a control unit for outputting the output voltage lower than the input voltage by using the voltage providing unit.

이러한 DC/DC 컨버터에서, 용량성소자에는 출력전압으로부터 일정 범위 이내의 전압이 형성될 수 있다.In such a DC / DC converter, a voltage within a certain range from the output voltage may be formed in the capacitive element.

이러한 DC/DC 컨버터에서, 벅전압제공부는 용량성소자의 타측과 유도성소자의 타측을 연결하는 스위치를 더 포함할 수 있다. 그리고, 부스트모드에서 용량성소자의 일측에 그라운드전압이 제공될 수 있으며, 부스트모드에서 전술한 스위치가 턴온되면 유도성소자의 타측에 출력전압이 제공되고, 전술한 스위치가 턴오프되면 유도성소자의 타측에 그라운드전압이 제공될 수 있다.In such a DC / DC converter, the buck voltage providing unit may further include a switch for connecting the other side of the capacitive element to the other side of the inductive element. In the boost mode, the ground voltage may be provided to one side of the capacitive element. When the switch is turned on in the boost mode, the output voltage is provided to the other side of the inductive element. When the switch is turned off, A ground voltage may be provided.

이러한 DC/DC 컨버터에서, 용량성소자에는 출력전압이 형성될 수 있다. 그리고, 벅모드에서, 한 주기의 제1페이즈(phase)에서 유도성소자의 타측에 출력전압이 제공되고, 한 주기의 제2페이즈에서 유도성소자의 타측에 출력전압과 입력전압이 합쳐진 전압이 제공될 수 있다.In such a DC / DC converter, an output voltage can be formed in the capacitive element. In the buck mode, in the first phase of one period, the output voltage is provided to the other side of the inductive element, and in the second phase of one period, the output voltage and the input voltage are provided on the other side of the inductive element .

이러한 DC/DC 컨버터에서, 제어부는, 입력전압의 크기에 따라 제어모드를 결정하고, 입력전압의 크기가 설정값보다 낮으면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 부스트모드로 제어하며, 입력전압의 크기가 설정값보다 높으면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 벅모드로 제어할 수 있다.In this DC / DC converter, the control unit determines the control mode according to the magnitude of the input voltage. When the magnitude of the input voltage is lower than the set value, the control unit controls the boost power stage and the buck voltage providing unit in the boost mode. Is higher than the set value, the boost power stage and the buck voltage provider can be controlled in the buck mode.

다른 측면에서, 본 발명은, 일측으로 입력전압이 제공되는 유도성소자의 타측으로 제1저전압을 제공할 수 있는 제1스위치 및 유도성소자의 타측으로 출력전압을 제공할 수 있는 제2스위치를 포함하는 부스트전력단, 용량성소자의 일측으로 그라운드전압을 제공할 수 있는 제3스위치 및 용량성소자의 일측으로 입력전압을 제공할 수 있는 제4스위치를 포함하고 용량성소자의 타측 전압을 유도성소자의 타측으로 제공할 수 있는 벅전압제공부, 및 부스트모드에서 제1스위치 및 제2스위치가 교번되도록 제어하고, 벅모드에서 제3스위치 및 제4스위치가 교번되도록 제어하는 제어부를 포함하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In another aspect, the invention includes a first switch capable of providing a first undervoltage to the other side of the inductive element to which the input voltage is provided at one side, and a second switch capable of providing an output voltage to the other side of the inductive element A third switch capable of providing a ground voltage to one side of the capacitive element, and a fourth switch capable of providing an input voltage to one side of the capacitive element, and the other side voltage of the capacitive element is provided to the other side of the inductive element And a controller for controlling the first switch and the second switch to be alternated in the boost mode and the third switch and the fourth switch alternately in the buck mode do.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 일측으로 입력전압이 제공되는 유도성소자의 타측으로 그라운드전압을 제공할 수 있는 제1스위치 및 상기 유도성소자의 타측으로 출력전압을 제공할 수 있는 제2스위치를 포함하고, 상기 제2스위치는 상기 유도성소자의 타측과 출력노드-상기 출력전압이 형성되는 노드- 사이에서 서로 직렬로 연결되는 제1서브스위치 및 제2서브스위치를 포함하는 부스트전력단; 용량성소자의 일측으로 그라운드전압을 제공할 수 있는 제3스위치 및 상기 용량성소자의 일측으로 입력전압을 제공할 수 있는 제4스위치를 포함하고, 상기 용량성소자의 타측을 상기 제1서브스위치 및 상기 제2서브스위치의 접점노드로 연결시키는 벅전압제공부; 및 부스트모드에서 상기 제2서브스위치 및 상기 제3스위치는 상시적으로 턴온시키고 상기 제4스위치는 상시적으로 턴오프시키며 상기 제1스위치 및 상기 제1서브스위치가 교번되도록 제어하고, 벅모드에서 상기 제1서브스위치는 상시적으로 턴온시키고 상기 제1스위치는 상시적으로 턴오프시키며 상기 제3스위치 및 상기 제4스위치가 교번되도록 제어하고 상기 제2서브스위치는 상기 제3스위치에 동기화시켜 제어하는 제어부를 포함하는 DC/DC 컨버터를 제공한다.In another aspect, the present invention includes a first switch capable of providing a ground voltage to the other side of the inductive element provided with an input voltage to one side, and a second switch capable of providing an output voltage to the other side of the inductive element The second switch including a first sub-switch and a second sub-switch connected in series between the other side of the inductive element and the output node, the node at which the output voltage is formed; A third switch capable of providing a ground voltage to one side of the capacitive element, and a fourth switch capable of providing an input voltage to one side of the capacitive element, wherein the other side of the capacitive element is connected to the first sub- A buck voltage supplier connecting the contact nodes of two sub-switches; And in the boost mode, the second sub-switch and the third switch are always turned on and the fourth switch is always turned off and the first switch and the first sub-switch are alternately controlled, and in the buck mode Wherein the first sub-switch is normally turned on and the first switch is always turned off, the third switch and the fourth switch are alternately controlled, and the second sub-switch is synchronized with the third switch, A DC / DC converter is provided.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하나의 컨버터로 입력전압보다 높거나 낮은 출력전압을 모두 생성할 수 있다.As described above, according to the present invention, an output voltage higher or lower than the input voltage can be generated by one converter.

도 1은 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 컨버터 제어부의 일 예시 구성도이다.
도 3은 각 모드에서의 입력전압과 출력전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 컨버터의 전력단에 대한 제1예시 구성도이다.
도 5는 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이다.
도 6은 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다.
도 7은 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.
도 8은 제1예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이다.
도 9는 제1예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다.
도 10은 제1예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.
도 11a는 일 실시예에 따른 컨버터 제어부의 다른 일 예시 구성도이다.
도 11b는 일 실시예에 따른 컨버터 제어부의 다른 일 예시 구성도이다.
도 12는 제1예시에서 각 스위치의 구현 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은 제1예시에서 제3스위치 및 제4스위치에 걸리는 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 컨버터의 전력단에 대한 제2예시 구성도이다.
도 15는 제2예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이다.
도 16은 제2예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다.
도 17은 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.
도 18은 제2예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이다.
도 19는 제2예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다.
도 20은 제2예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.
도 21은 일 실시예에 따른 컨버터의 전력단에 대한 제3예시 구성도이다.
도 22는 제3예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 상태도이다.
도 23은 제3예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.
도 24는 제3예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 상태도이다.
도 25는 제3예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.1 is a configuration diagram of a converter according to an embodiment.
2 is a configuration diagram of an example of a converter control unit according to an embodiment.
3 is a diagram showing the relationship between the input voltage and the output voltage in each mode.
4 is a first exemplary configuration diagram of a power stage of a converter according to one embodiment.
5 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a boost mode in a first example.
6 is a state diagram for the second phase of the power stage operating in the boost mode in the first example.
7 is a main waveform / state diagram of a power stage operating in a boost mode in the first example.
8 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a buck mode in a first example;
9 is a state diagram for the second phase of the power stage operating in the buck mode in the first example.
10 is a main waveform / state diagram of a power stage operating in a buck mode in a first example.
11A is another exemplary configuration diagram of the converter control unit according to the embodiment.
11B is another exemplary configuration diagram of the converter control unit according to the embodiment.
12 is a diagram showing an embodiment of each switch in the first example.
13 is a diagram showing waveforms of voltages applied to the third switch and the fourth switch in the first example.
14 is a second exemplary configuration diagram of a power stage of a converter according to an embodiment.
15 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a boost mode in a second example.
16 is a state diagram for the second phase of the power stage operating in the boost mode in the second example.
17 is a main waveform / state diagram of a power stage operating in the boost mode in the first example.
18 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a buck mode in a second example;
19 is a state diagram for a second phase of power stage operating in a buck mode in a second example.
20 is a main waveform / state diagram of a power stage operating in a buck mode in a second example;
21 is a third exemplary configuration diagram of a power stage of a converter according to an embodiment.
22 is a state diagram of a power stage operating in a boost mode in a third example.
Figure 23 is a main waveform / state diagram of the power stage operating in the boost mode in the third example.
24 is a state diagram of a power stage operating in a buck mode in a third example;
25 is a main waveform / state diagram of a power stage operating in a buck mode in a third example;

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

도 1은 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a converter according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 컨버터(100)는 전력단(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, theconverter 100 may include apower stage 110 and acontroller 120.

전력단(110)은 복수의 스위치를 포함할 수 있다.Thepower stage 110 may comprise a plurality of switches.

제어부(120)는 제어신호(CTR)를 전력단(110)으로 전송하여 복수의 스위치를 온오프(ON/OFF)제어할 수 있다. 그리고, 전력단(110)은 스위치들의 온오프에 따라 벅컨버터로 작동되거나 부스트컨버터로 작동될 수 있다.Thecontrol unit 120 may control the plurality of switches on and off by transmitting the control signal CTR to thepower terminal 110. [ Thepower stage 110 may then operate as a buck converter or as a boost converter depending on the on / off of the switches.

전력단(110)이 벅컨버터로 작동되는 경우, 출력전압(Vo)은 입력전압(Vi)보다 낮게 제어될 수 있다. 그리고, 전력단(110)이 부스트컨버터로 작동되는 경우, 출력전압(Vo)은 입력전압(Vi)보다 높게 제어될 수 있다.When thepower stage 110 is operated with a buck converter, the output voltage Vo can be controlled to be lower than the input voltage Vi. And, when thepower stage 110 is operated as a boost converter, the output voltage Vo can be controlled to be higher than the input voltage Vi.

도 2는 일 실시예에 따른 컨버터 제어부의 일 예시 구성도이다.2 is a configuration diagram of an example of a converter control unit according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 제어부(120)는 모드제어부(210) 및 스위치제어부(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, thecontroller 120 may include amode controller 210 and aswitch controller 220.

모드제어부(210)는 입력전압(Vi)의 크기에 따라 전력단의 작동모드를 변경할 수 있다.Themode control unit 210 may change the operation mode of the power terminal according to the magnitude of the input voltage Vi.

모드제어부(210)는 출력전압에 대한 설정값과 입력전압(Vi)을 비교하고, 입력전압(Vi)이 출력전압에 대한 설정값보다 낮은 경우, 전력단을 부스트모드로 제어할 수 있다.Themode control unit 210 compares the set value of the output voltage with the input voltage Vi and may control the power stage to the boost mode when the input voltage Vi is lower than the set value for the output voltage.

모드제어부(210)는 출력전압에 대한 설정값과 입력전압(Vi)을 비교하고, 입력전압(Vi)이 출력전압에 대한 설정값보다 높은 경우, 전력단을 벅모드로 제어할 수 있다.Themode controller 210 compares the set value of the output voltage with the input voltage Vi and may control the power stage in the buck mode when the input voltage Vi is higher than the set value for the output voltage.

한편, 모드제어부(210)는 입력전압에 대한 설정값과 입력전압(Vi)을 비교하고, 입력전압(Vi)이 입력전압에 대한 설정값보다 낮은 경우, 전력단을 부스트모드로 제어할 수 있다.On the other hand, themode control unit 210 compares the set value of the input voltage with the input voltage Vi, and may control the power stage to the boost mode when the input voltage Vi is lower than the set value for the input voltage .

그리고, 모드제어부(210)는 입력전압에 대한 설정값과 입력전압(Vi)을 비교하고, 입력전압(Vi)이 입력전압에 대한 설정값보다 높은 경우, 전력단을 벅모드로 제어할 수 있다.Themode controller 210 compares the set value of the input voltage with the input voltage Vi and controls the power stage to the buck mode when the input voltage Vi is higher than the set value for the input voltage .

실시예에 따라 부스트모드 혹은 벅모드를 지시하는 모드신호(MODE)가 모드제어부(210)에서 스위치제어부(220)로 전송될 수 있다.The mode signal MODE indicating the boost mode or the buck mode may be transmitted from themode control unit 210 to theswitch control unit 220 according to the embodiment.

스위치제어부(220)는 모드에 따라 전력단에 포함된 스위치들의 온오프 상태를 결정하고, 각 모드에서 상시적으로 턴온되는 스위치를 턴온시키고, 상시적으로 턴오프되는 스위치를 턴오프시킬 수 있다. 그리고, 스위치제어부(220)는 각 모드에서 주기적으로 온오프되는 스위치의 듀티(duty; 한 주기에서 턴온되는 시간의 비율)를 조절하여 출력전압(Vo)을 설정값으로 맞출 수 있다.Theswitch control unit 220 may determine the ON / OFF state of the switches included in the power stage according to the mode, turn on the switch that is normally turned on in each mode, and turn off the switch that is always turned off. Theswitch control unit 220 can adjust the duty (duty ratio) of the switch periodically turned on and off in each mode to adjust the output voltage Vo to a set value.

스위치제어부(220)는 피드백받은 출력전압(Vo)을 이용하여 각 스위치에 대한 온오프를 지시하는 제어신호(CTR)를 생성하고 제어신호(CTR)를 전력단으로 전송할 수 있다.Theswitch control unit 220 may generate a control signal CTR indicating on / off of each switch by using the feedback output voltage Vo and may transmit the control signal CTR to the power terminal.

도 3은 각 모드에서의 입력전압과 출력전압의 관계를 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing the relationship between the input voltage and the output voltage in each mode.

제어부는 입력전압(Vi)과 출력전압의 설정값(Vos)을 비교하고, 입력전압(Vi)이 출력전압의 설정값(Vos)보다 높으면 전력단을 벅모드로 제어하고, 입력전압(Vi)이 출력전압의 설정값(Vos)보다 낮으면 전력단을 부스트모드로 제어할 수 있다.The control unit compares the input voltage Vi with the set value Vos of the output voltage and controls the power stage in the buck mode if the input voltage Vi is higher than the set value Vos of the output voltage, Is lower than the set value Vos of the output voltage, the power stage can be controlled to the boost mode.

도 4는 일 실시예에 따른 컨버터의 전력단에 대한 제1예시 구성도이다.4 is a first exemplary configuration diagram of a power stage of a converter according to one embodiment.

도 4를 참조하면, 전력단(110)은 부스트전력단(410)과 벅전압제공부(420)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, thepower stage 110 may include aboost power stage 410 and abuck voltage generator 420.

부스트전력단(410)은 단독으로 작동될 때, 전력단(110)을 부스트컨버터로 작동시킨다.When theboost power stage 410 is operated alone, thepower stage 110 is operated as a boost converter.

부스트전력단(410)은 일측으로 입력전압이 제공되는 유도성소자의 타측으로 제1저전압(Vgnd1) 혹은 출력전압(Vo)을 제공할 수 있다. 부스트전력단(410)은 복수의 스위치(S1, S2)를 포함하고 있으면서 복수의 스위치(S1, S2)를 통해 유도성소자의 타측으로 제1저전압(Vgnd1) 혹은 출력전압(Vo)을 제공할 수 있다.Theboost power stage 410 may provide a first undervoltage (Vgndl) or an output voltage (Vo) to the other side of the inductive element to which the input voltage is provided. Theboost power stage 410 includes a plurality of switches S1 and S2 and is capable of providing a first low voltage Vgnd1 or an output voltage Vo to the other side of the inductive child through the plurality of switches S1 and S2 have.

유도성소자는 예를 들어, 인덕터(L)일 수 있다. 아래에서는 유도성소자로서 하나의 인덕터(L)가 사용되는 것을 예시로 제시한다.The inductive element may be, for example, an inductor (L). Hereinafter, one inductor (L) is used as an inductive element.

부스트전력단(410)은 인덕터(L)의 일측으로 제1저전압(Vgnd1)을 제공할 수 있는 제1스위치(S1) 및 인덕터(L)의 일측으로 출력전압(Vo)을 제공할 수 있는 제2스위치(S2)를 포함할 수 있다.Theboost power stage 410 includes a first switch S1 capable of providing a first low voltage Vgnd1 to one side of the inductor L and a second switch S2 capable of providing an output voltage Vo to one side of theinductor L 2 switch S2.

인덕터(L)는 일측이 중간노드(Nx)에 연결되고 타측이 입력노드(Ni)에 연결될 수 있다.The inductor L may have one side connected to the intermediate node Nx and the other side connected to the input node Ni.

입력노드(Ni)로는 입력전압(Vi)이 제공될 수 있는데, 입력전압(Vi)의 안정적인 제공을 위해 입력노드(Ni)에는 입력캐패시터(Ci)가 연결될 수 있다.An input voltage Vi may be provided to the input node Ni and an input capacitor Ci may be connected to the input node Ni to stably provide the input voltage Vi.

부스트모드에서 중간노드(Nx)로는 제1저전압(Vgnd1) 혹은 출력전압(Vo)이 제공될 수 있다.In the boost mode, the first low voltage Vgnd1 or the output voltage Vo may be provided to the intermediate node Nx.

제1저전압(Vgnd1)은 입력전압(Vi)보다 낮은 전압으로 일 실시예에서는 그라운드전압(Vgnd)과 같을 수 있다. 이하에서는 제1저전압(Vgnd1)이 그라운드전압(Vgnd)과 실질적으로 동일한 것으로 설명한다.The first low voltage Vgnd1 may be lower than the input voltage Vi and may be equal to the ground voltage Vgnd in one embodiment. Hereinafter, it is assumed that the first low voltage Vgnd1 is substantially equal to the ground voltage Vgnd.

중간노드의 전압(Vx)이 그라운드전압(Vgnd)과 출력전압(Vo)으로 스위칭하면서 부스트전력단(410)을 포함하는 전력단(110)은 부스트컨버터로 작동할 수 있다.Thepower stage 110 including theboost power stage 410 can operate as a boost converter while the voltage Vx at the intermediate node switches to the ground voltage Vgnd and the output voltage Vo.

전력단(110)이 부스트컨버터로 작동할 때, 출력전압(Vo)은 입력전압(Vi)보다 높게 제어될 수 있다. 한편, 부스트전력단(410)은 부하로 출력전압(Vo)을 안정적으로 제공하기 위해 출력노드(No)와 연결되는 출력캐패시터(Co)를 더 포함할 수 있다.When thepower stage 110 operates as a boost converter, the output voltage Vo can be controlled to be higher than the input voltage Vi. Meanwhile, theboost power stage 410 may further include an output capacitor Co connected to the output node No to stably provide the output voltage Vo to the load.

벅전압제공부(420)는 용량성소자의 일측으로 제2저전압(Vgnd2) 혹은 입력전압(Vi)을 제공하고 용량성소자의 타측 전압을 인덕터(L)의 일측으로 제공할 수 있다.The buckvoltage providing unit 420 may provide the second low voltage Vgnd2 or the input voltage Vi to one side of the capacitive element and provide the other side voltage of the capacitive element to one side of the inductor L. [

용량성소자는 예를 들어, 캐패시터-도 4의 벅전압캐패시터(Cf)-일 수 있다. 아래에서는 용량성소자로서 캐패시터가 사용되는 것을 예시로 제시한다.The capacitive element may be, for example, a capacitor - a buck voltage capacitor (Cf) - of FIG. In the following, an example is shown in which a capacitor is used as a capacitive element.

벅전압제공부(420)는 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 제2저전압(Vgnd2)을 제공할 수 있는 제3스위치(S3) 및 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 입력전압(Vi)을 제공할 수 있는 제4스위치(S4)를 포함할 수 있다.Thebuck voltage adjuster 420 includes an input voltage Vi to one side of a third switch S3 and a buck voltage capacitor Cf that can provide a second low voltage Vgnd2 to one side of the buck voltage capacitor Cf And a fourth switch S4 capable of providing the second switch S4.

벅전압캐패시터(Cf)는 일측이 보조노드(Nxa)로 연결되고 타측이 중간노드(Nx)에 연결될 수 있다.The buck voltage capacitor Cf may be connected at one side to the auxiliary node Nxa and at the other side to the intermediate node Nx.

벅모드에서 보조노드(Nxa)로는 제2저전압(Vgnd2) 혹은 입력전압(Vi)이 제공될 수 있다.In the buck mode, the second low voltage (Vgnd2) or the input voltage (Vi) may be provided to the auxiliary node (Nxa).

제2저전압(Vgnd2)은 입력전압(Vi)보다 낮은 전압으로 일 실시예에서는 그라운드전압(Vgnd)과 같을 수 있다. 이하에서는 제2저전압(Vgnd2)이 그라운드전압(Vgnd)과 실질적으로 동일한 것으로 설명한다.The second low voltage Vgnd2 may be lower than the input voltage Vi and may be equal to the ground voltage Vgnd in one embodiment. Hereinafter, it is assumed that the second low voltage Vgnd2 is substantially equal to the ground voltage Vgnd.

벅전압캐패시터의 전압(Vf)이 출력전압(Vo)과 같고, 보조노드의 전압(Vxa)이 그라운드전압(Vgnd)과 입력전압(Vi)으로 스위칭하면 벅전압캐패시터(Cf)의 타측과 연결되는 중간노드의 전압(Vx)은 출력전압(Vo)과, 입력전압(Vi)+출력전압(Vo)으로 스위칭할 수 있다. 그리고, 중간노드 전압(Vx)의 이러한 변동에 따라 전력단(110)은 벅컨버터로 작동할 수 있다.When the voltage Vf of the buck voltage capacitor is equal to the output voltage Vo and the voltage Vxa of the auxiliary node switches to the ground voltage Vgnd and the input voltage Vi, the buck voltage capacitor Cf is connected to the other side of the buck voltage capacitor Cf The voltage Vx of the intermediate node can be switched between the output voltage Vo and the input voltage Vi + the output voltage Vo. And, according to this variation of the intermediate node voltage Vx, thepower stage 110 can operate as a buck converter.

전력단(110)이 벅컨버터로 작동할 때, 출력전압(Vo)은 입력전압(Vi)보다 낮게 제어될 수 있다.When thepower stage 110 operates as a buck converter, the output voltage Vo can be controlled to be lower than the input voltage Vi.

컨버터의 제어부는 입력전압(Vi) 대비 출력전압(Vo)이 상승하는 부스트모드로 부스트전력단(410)을 제어하거나 입력전압(Vi) 대비 출력전압(Vo)이 하강하는 벅모드로 벅전압제공부(420)를 제어할 수 있다.The control unit of the converter controls theboost power stage 410 in the boost mode in which the output voltage Vo rises with respect to the input voltage Vi or the buck mode in which the output voltage Vo decreases in relation to the input voltage Vi. The user can control thestudy 420.

도 5 내지 도 7을 참조하여 제1예시에 따른 전력단(110)이 부스트모드로 작동되는 것을 설명하고, 도 8 내지 도 10을 참조하여 제1예시에 따른 전력단(110)이 벅모드로 작동되는 것을 설명한다.Referring to FIGS. 5-7, thepower stage 110 according to the first example operates in the boost mode, and thepower stage 110 according to the first example according to the first embodiment will be referred to as a buck mode Explain that it works.

도 5는 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이고, 도 6은 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다. 그리고, 도 7은 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.FIG. 5 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a boost mode in a first example, and FIG. 6 is a state diagram for a second phase of a power stage operating in a boost mode in a first example. 7 is a main waveform / state diagram of a power stage operated in the boost mode in the first example.

부스트모드에서 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 이렇게 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)가 턴오프되면 벅전압캐패시터(Cf)의 일측은 플로팅될 수 있다. 그리고, 보조노드의 전압(Vxa)은 중간노드의 전압(Vx) 및 벅전압캐패시터의 전압(Vf)에 따라 결정될 수 있다.In the boost mode, the third switch S3 and the fourth switch S4 can be always turned off. Thus, when the third switch S3 and the fourth switch S4 are turned off, one side of the buck voltage capacitor Cf can be floated. The voltage Vxa of the auxiliary node can be determined according to the voltage Vx of the intermediate node and the voltage Vf of the buck voltage capacitor.

벅전압캐패시터의 전압(Vf)은 출력전압(Vo)과 동일할 수 있으나 부스트모드에서 벅전압캐패시터(Cf)는 부스트전력단(410)의 작동에 기여하지 않기 때문에 다른 크기의 전압이여도 무방하다.The voltage Vf of the buck voltage capacitor may be the same as the output voltage Vo but the buck voltage capacitor Cf in the boost mode does not contribute to the operation of theboost power stage 410 .

한편, 벅전압캐패시터의 전압(Vf)이 출력전압(Vo)과 동일하게 충전되어 있지 않으면, 부스트모드에서 벅모드로 혹은 벅모드에서 부스트모드로 모드가 변화하는 구간에서, 벅전압캐패시터(Cf) 충전을 위한 큰 전류가 발생하여 입력전압과 출력전압에 원하지 않는 리플(ripple)을 야기할 수 있다. 이러한 리플을 방지하기 위해, 부스트모드에서 제2스위치(S2)가 턴온될 때, 제3스위치(S3)가 함께 턴온될 수 있다. 그리고, 이러한 제어에 따라, 벅전압캐패시터의 전압(Vf)이 출력전압(Vo)과 같아질 수 있다. 여기서, 매 주기마다 제3스위치(S3)가 제2스위치(S2)와 함께 턴온되면 스위칭 손실이 증가할 수 있다. 이러한 스위칭 손실을 줄이기 위해, 부스트모드에서, 제3스위치(S3)는 제2스위치(S2)보다 낮은 빈도로 턴온될 수 있다. 예를 들어, 제3스위치(S3)는 P(P는 2이상의 자연수)주기마다 한번씩 턴온될 수 있다.On the other hand, if the voltage Vf of the buck voltage capacitor is not charged equal to the output voltage Vo, the buck voltage capacitor Cf is switched from the boost mode to the buck mode or from the buck mode to the boost mode, A large current may be generated for charging, which may cause unwanted ripples in the input voltage and output voltage. To prevent such ripple, when the second switch S2 is turned on in the boost mode, the third switch S3 may be turned on together. And, according to this control, the voltage Vf of the buck voltage capacitor can be equal to the output voltage Vo. Here, the switching loss may increase when the third switch S3 is turned on together with the second switch S2 in every period. In order to reduce such switching loss, in the boost mode, the third switch S3 can be turned on at a lower frequency than the second switch S2. For example, the third switch S3 may be turned on once every P (P is a natural number of 2 or more) periods.

실질적으로 부스트모드에서 벅전압제공부(420)는 전력단(110)이 부스트컨버터로 기능하는 것에 기여하지 않고, 부스트전력단(410)의 작동에 의해 전력단(110)이 부스트컨버터로 기능할 수 있다.In a substantially boost mode, thebuck voltage supply 420 does not contribute to thepower stage 110 serving as a boost converter, and the operation of theboost power stage 410 causes thepower stage 110 to function as a boost converter .

부스트모드에서 전력단(110)은 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 반복할 수 있다. 제어부는 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)가 교번되도록 제어함으로써 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 형성할 수 있다.In the boost mode, thepower stage 110 may repeat the states of the first phase and the second phase in one period T. [ The controller may control the first switch S1 and the second switch S2 to be alternated to form the states of the first phase and the second phase in one period T. [

제1페이즈에서 제1스위치(S1)가 턴온되고, 제2스위치(S2)가 턴오프될 수 있다. 제1페이즈에서, 중간노드의 전압(Vx)은 그라운드전압이 되고, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi)과 같아지게 된다. 이러한 전압 관계에 따라, 인덕터(L)에는 전류가 빌드업된다.In the first phase, the first switch S1 may be turned on and the second switch S2 may be turned off. In the first phase, the voltage Vx at the intermediate node becomes the ground voltage, and the voltage Vl across the inductor L becomes equal to the input voltage Vi. According to this voltage relationship, a current builds up in the inductor L.

제2페이즈에서 제1스위치(S1)가 턴오프되고, 제2스위치(S2)가 턴온될 수 있다. 제2페이즈에서, 중간노드의 전압(Vx)은 출력전압(Vo)이 되고, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi) - 출력전압(Vo)과 같아지게 된다. 그리고, 제2페이즈에서 인덕터(L)에 빌드업된 전류가 출력노드(No)로 전달되게 된다.In the second phase, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned on. In the second phase, the voltage Vx at the intermediate node becomes the output voltage Vo, and the voltage across the inductor L of the inductor L becomes equal to the input voltage Vi - the output voltage Vo. Then, in the second phase, the current built up in the inductor L is transmitted to the output node No.

제어부는 한 주기(T)에서의 제1스위치(S1)의 턴온시간 혹은 제2스위치(S2)의 턴온시간을 조절하여 출력전압(Vo)의 크기 혹은 입출력전압비를 제어할 수 있는데, 부스트모드에서의 입출력전압비는 제2스위치(S2)의 듀티(D: duty)를 기준으로 할 때, 1/D가 될 수 있다.The control unit can control the magnitude of the output voltage Vo or the input / output voltage ratio by adjusting the turn-on time of the first switch S1 or the turn-on time of the second switch S2 in one period T, Output voltage ratio of the second switch S2 can be 1 / D based on the duty (D) of the second switch S2.

다음으로 제1예시에서의 벅모드 제어에 대해 살펴본다.Next, the buck mode control in the first example will be described.

도 8은 제1예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이고, 도 9는 제1예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다. 그리고, 도 10은 제1예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.FIG. 8 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a buck mode in a first example, and FIG. 9 is a state diagram for a second phase of a power stage operating in a buck mode in a first example. And Figure 10 is a main waveform / state diagram of the power stage operating in the buck mode in the first example.

벅모드에서 전력단(110)은 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 반복할 수 있다. 제어부는 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)가 교번되도록 제어함으로써 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 형성할 수 있다. 그리고, 벅모드에서 제1스위치(S1)는 상시적으로 턴오프되고, 제2스위치(S2)는 제3스위치(S3)에 동기화되어 작동될 수 있다.In the buck mode, thepower stage 110 may repeat the states of the first phase and the second phase in one period T. [ The controller may control the third switch S3 and the fourth switch S4 to be alternated to form the states of the first phase and the second phase in one period T. [ And, in the buck mode, the first switch S1 is always turned off, and the second switch S2 can be operated in synchronization with the third switch S3.

제1페이즈에서 제3스위치(S3) 및 제2스위치(S2)가 턴온되고, 제4스위치(S4)가 턴오프될 수 있다. 이에 따라, 중간노드의 전압(Vx)은 출력전압(Vo)이 되고, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi) - 출력전압(Vo)이 될 수 있다. 이러한 전압 관계에 따라, 인덕터(L)에는 전류가 빌드업된다. 제1페이즈에서 벅전압캐패시터의 전압(Vf)은 그라운드전압과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압과 실질적으로 같아지게 된다.In the first phase, the third switch S3 and the second switch S2 may be turned on and the fourth switch S4 may be turned off. Accordingly, the voltage Vx of the intermediate node becomes the output voltage Vo, and the both-end voltage Vl of the inductor L becomes the input voltage Vi - the output voltage Vo. According to this voltage relationship, a current builds up in the inductor L. In the first phase, the voltage Vf of the buck voltage capacitor becomes substantially equal to the sum of the ground voltage and the output voltage Vo.

제2페이즈에서 제3스위치(S3) 및 제2스위치(S2)가 턴오프되고, 제4스위치(S4)가 턴온될 수 있다. 이에 따라, 중간노드의 전압(Vx)은 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압과 실질적으로 같아질 수 있다.In the second phase, the third switch S3 and the second switch S2 are turned off, and the fourth switch S4 is turned on. Accordingly, the voltage Vx of the intermediate node can be substantially equal to the sum of the input voltage Vi and the output voltage Vo.

벅전압캐패시터(Cf)로 입출력되는 전류에 따라 벅전압캐패시터의 전압(Vf)에 리플전압이 나타날 수 있으나 전력단(110)이 주기적으로 작동되기 때문에 전체 주기에서 벅전압캐패시터의 전압(Vf)은 출력전압(Vo)으로부터 일정 범위(리플전압범위) 이내의 전압이 형성될 수 있다.The ripple voltage may appear in the voltage Vf of the buck voltage capacitor according to the current input to and output from the buck voltage capacitor Cf. However, since thepower stage 110 is periodically operated, the voltage Vf of the buck voltage capacitor in the whole cycle is A voltage within a certain range (ripple voltage range) from the output voltage Vo can be formed.

벅모드에서 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 그라운드전압과 입력전압(Vi)이 교번하면서 연결되기 때문에, 벅전압캐패시터(Cf)의 타측-중간노드(Nx)-에 형성되는 전압은 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압과 출력전압(Vo)으로 교번하게 된다.Since the ground voltage and the input voltage Vi are alternately connected to one side of the buck voltage capacitor Cf in the buck mode, the voltage formed at the other side-intermediate node Nx of the buck voltage capacitor Cf is the input voltage Vi and the output voltage Vo and the output voltage Vo.

이러한 중간노드 전압(Vx)에 따라, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi) - 출력전압(Vo)과 (-)출력전압((-)Vo)을 교번하면서 전력단(110)을 벅컨버터로 기능하게 한다.According to the intermediate node voltage Vx, the both-end voltage Vl of the inductor L alternates between the input voltage Vi and the output voltage Vo and the negative output voltage Vo 110) to function as a buck converter.

제어부는 한 주기(T)에서의 제3스위치(S3) 및 제2스위치(S2)의 턴온시간을 조절하여 출력전압(Vo)의 크기 혹은 입출력전압비를 제어할 수 있는데, 벅모드에서의 입출력전압비는 제2스위치(S2)의 듀티(D: duty)를 기준으로 할 때, D가 될 수 있다.The control unit can control the magnitude of the output voltage Vo or the input / output voltage ratio by controlling the turn-on time of the third switch S3 and the second switch S2 in one period T. The input / Can be D when the duty (D) of the second switch S2 is taken as a reference.

도 11a는 일 실시예에 따른 컨버터 제어부의 다른 일 예시 구성도이다.11A is another exemplary configuration diagram of the converter control unit according to the embodiment.

도 11a를 참조하면, 제어부(1100a)는 모드제어부(1110) 및 스위치제어부(1120a)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11A, thecontroller 1100a may include amode controller 1110 and aswitch controller 1120a.

모드제어부(1110)는 인덕터에 흐르는 전류(iL)를 이용하여 제어모드를 결정할 수 있다.Themode control unit 1110 can determine the control mode using the current iL flowing through the inductor.

일 예로서, 모드제어부(1110)는 인덕터의 전류(iL)가 출력노드로 전달되는 구간에서 인덕터의 전류(iL)의 증감 방향에 따라 제어모드를 결정할 수 있다.As an example, themode control unit 1110 can determine the control mode according to the direction of increase / decrease of the current iL of the inductor in a period in which the current iL of the inductor is transmitted to the output node.

모드제어부(1110)는 인덕터의 전류(iL)가 출력노드로 전달되는 구간에서 인덕터의 전류(iL)가 감소하면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 부스트모드로 제어할 수 있다. 그리고, 모드제어부(1110)는 인덕터의 전류(iL)가 출력노드로 전달되는 구간에서 인덕터의 전류(iL)가 증가하면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 벅모드로 제어할 수 있다.Themode controller 1110 can control the boost power stage and the buck voltage generator in the boost mode when the current iL of the inductor decreases in a period in which the current iL of the inductor is transmitted to the output node. Themode controller 1110 can control the boost power stage and the buck voltage generator in the buck mode when the current iL of the inductor increases in a period in which the current iL of the inductor is transmitted to the output node.

스위치제어부(1120a)는 전류제어 및 전압제어를 수행하고, 모드제어부(1110)는 이러한 전류제어 및 전압제어에서 생성되는 일 제어값을 이용하여 제어모드를 결정할 수 있다.Theswitch control unit 1120a performs current control and voltage control, and themode control unit 1110 can determine the control mode using one control value generated in the current control and voltage control.

도 11a를 참조하면, 스위치제어부(1120a)는 전압제어에 적용되는 전압오차증폭기(1122), 전류제어에 적용되는 전류오차증폭기(1124), PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하기 위한 비교기(1126) 및 게이트신호를 생성하는 게이트구동부(1128) 등을 포함할 수 있다.11A, theswitch control unit 1120a includes avoltage error amplifier 1122 applied to voltage control, acurrent error amplifier 1124 applied to current control, acomparator 1126 for generating a PWM (Pulse Width Modulation) And agate driver 1128 for generating a gate signal.

전압오차증폭기(1122)는 출력전압에 대한 설정값(Vref)과 출력전압(Vo)의 차이를 증폭하여 제1출력값(Vc1)으로 출력할 수 있다.Thevoltage error amplifier 1122 can amplify the difference between the set value Vref and the output voltage Vo for the output voltage and output the amplified difference as the first output value Vc1.

그리고, 전류오차증폭기(1124)는 전압오차증폭기(1122)의 출력값(Vc1)과 인덕터의 전류(iL)의 차이를 증폭하여 제2출력값(Vc2)으로 출력할 수 있다.Thecurrent error amplifier 1124 can amplify the difference between the output value Vc1 of thevoltage error amplifier 1122 and the current iL of the inductor and output it as the second output value Vc2.

그리고, 비교기(1126)는 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)과 톱니파를 비교하여 PWM신호를 생성할 수 있다.Thecomparator 1126 can compare the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 with the sawtooth wave to generate the PWM signal.

게이트구동부(1128)는 비교기(1126)의 출력값을 이용하여 부스트전력단 및 벅전압제공부에 포함된 스위치들에 대한 게이트신호(CTR)를 생성할 수 있다.Thegate driver 1128 may use the output of thecomparator 1126 to generate the boost signal and the gate signal CTR for the switches included in the buck voltage supply.

제어모드에 따라 턴온되거나 턴오프되는 스위치들이 달라지는데, 게이트구동부(1128)는 모드제어부(1110)로부터 제어모드정보(MODE)를 수신하여 턴온되거나 턴오프되는 스위치들을 결정할 수 있다.The switches that are turned on or off according to the control mode are different. Thegate driver 1128 receives the control mode information MODE from themode controller 1110 to determine switches to be turned on or off.

한편, 모드제어부(1110)는 전류제어에 적용된 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)에 따라 제어모드를 결정할 수 있다.Meanwhile, themode control unit 1110 can determine the control mode according to the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 applied to the current control.

일 예로서, 모드제어부(1110)는 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)이 설정값보다 낮거나 혹은 높으면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 부스트모드로 제어하고, 그 반대의 경우-설정값보다 높거나 혹은 낮은 경우-, 부스트전력단 및 벅전압제공부를 벅모드로 제어할 수 있다. 여기서, 설정값은 톱니파의 최소값 혹은 최대값일 수 있다. 비교기(1126)는 내부적으로 두 개의 서브비교기를 포함하고 있고, 제1서브비교기는 제1톱니파와 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)을 비교하여 제1PWM신호를 생성하고, 제2서브비교기는 제2톱니파와 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)을 비교하여 제2PWM신호를 생성할 수 있다. 이때, 모드제어부(1110)는 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)이 제1톱니파의 최소값보다 낮거나 최대값보다 높으면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 부스트모드로 제어하고, 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)이 제2톱니파의 최대값보다 높거나 최소값보다 낮으면 부스트전력단 및 벅전압제공부를 벅모드로 제어할 수 있다. PWM의 듀티의 관점에서 보면, 모드제어부(1110)는 벅모드에서 듀티가 100%에 근접하면 부스트모드로 제어모드를 변경하고, 부스트모드에서 듀티가 0%에 근접하면 벅모드로 변경할 수 있다.For example, if the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 is lower or higher than the set value, themode control unit 1110 controls the boost power mode and the buck voltage provision unit to the boost mode, The boost power stage and the buck voltage supply can be controlled in the buck mode. Here, the set value may be the minimum value or the maximum value of the sawtooth wave. Thecomparator 1126 internally includes two sub-comparators. The first sub-comparator compares the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 with the first sawtooth wave to generate a first PWM signal, The second sawtooth wave can be compared with the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 to generate the second PWM signal. At this time, if the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 is lower than the minimum value of the first sawtooth wave or higher than the maximum value, themode control unit 1110 controls the boost power mode and the buck voltage mode in the boost mode, 1124 are higher than the maximum value of the second saw tooth or lower than the minimum value, the boost power stage and the buck voltage provider can be controlled in the buck mode. From the viewpoint of the duty of the PWM, themode control unit 1110 changes the control mode to the boost mode when the duty approaches 100% in the buck mode, and can change to the buck mode when the duty approaches 0% in the boost mode.

다른 예로서, 모드제어부(1110)는 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)이 PWM신호를 생성하기 위한 톱니파의 최소값보다 작아지거나 톱니파의 최대값보다 커지면 제어모드를 변경할 수 있다. 이때, 전술한 것과 같이 비교기(1126)는 내부적으로 두 개의 서브비교기를 포함하고 있고, 제1서브비교기는 제1톱니파와 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)을 비교하여 제1PWM신호를 생성하고, 제2서브비교기는 제2톱니파와 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)을 비교하여 제2PWM신호를 생성할 수 있다. 그리고, 모드제어부(1110)는 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)이 제1톱니파 혹은 제2톱니파의 최소값보다 작아지거나 최대값보다 커지면 제어모드를 변경할 수 있다.As another example, themode control section 1110 can change the control mode when the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 becomes smaller than the minimum value of the sawtooth wave for generating the PWM signal or becomes larger than the maximum value of the sawtooth wave. In this case, as described above, thecomparator 1126 internally includes two sub-comparators. The first sub-comparator compares the first sawtooth wave with the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 to generate a first PWM signal And the second sub comparator can generate the second PWM signal by comparing the second sawtooth wave with the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124. [ Themode control unit 1110 can change the control mode when the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 becomes smaller than the minimum value of the first saw tooth or the second saw tooth or becomes larger than the maximum value.

한편, 인덕터의 전류(iL)는 전류오차증폭기(1124)에 입력될 때, 전압의 형태로 입력될 수 있다. 예를 들어, 인덕터와 직렬로 연결되는 전류센서가 있고, 이러한 전류센서에 의해 측정된 전압형태의 인덕터 전류(iL)가 전류오차증폭기(1124)에 입력될 수 있다.On the other hand, when the current i L of the inductor is input to thecurrent error amplifier 1124, it can be input in the form of voltage. For example, there is a current sensor connected in series with the inductor, and the inductor current i L in the form of the voltage measured by this current sensor can be input to thecurrent error amplifier 1124.

그리고, 도 11a에 도시된 실시예에서는 전류오차증폭기(1124)의 출력값(Vc2)과 톱니파를 비교하여 출력하는 비교기(1126)가 포함되어 있으나, 실시예에 따라서는 비교기(1126)가 생략될 수도 있다.11A, thecomparator 1126 includes thecomparator 1126 for comparing the output value Vc2 of thecurrent error amplifier 1124 with the sawtooth wave. However, in some embodiments, thecomparator 1126 may be omitted have.

도 11b는 일 실시예에 따른 컨버터 제어부의 또 다른 일 예시 구성도이다.11B is another exemplary configuration diagram of the converter control unit according to the embodiment.

도 11b를 참조하면, 제어부(1100b)는 모드제어부(1110) 및 스위치제어부(1120b)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11B, thecontroller 1100b may include amode controller 1110 and aswitch controller 1120b.

스위치제어부(1120b)는 전압제어에 적용되는 전압오차증폭기(1122), 전류제어에 적용되면서 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하는 비교기(1127) 및 게이트신호를 생성하는 게이트구동부(1128) 등을 포함할 수 있다.Theswitch controller 1120b includes avoltage error amplifier 1122 applied to the voltage control, acomparator 1127 generating a PWM (Pulse Width Modulation) signal while being applied to the current control, agate driver 1128 generating a gate signal, .

그리고, 비교기(1127)는 전압오차증폭기(1122)의 출력값(Vc1)과 인덕터의 전류(iL)를 비교하여 PWM신호를 생성할 수 있다.Thecomparator 1127 can generate the PWM signal by comparing the output value Vc1 of thevoltage error amplifier 1122 with the current iL of the inductor.

게이트구동부(1128)는 비교기(1127)의 출력값을 이용하여 부스트전력단 및 벅전압제공부에 포함된 스위치들에 대한 게이트신호(CTR)를 생성할 수 있다.Thegate driver 1128 may use the output of thecomparator 1127 to generate a boost signal and a gate signal CTR for the switches included in the buck voltage supply.

도 12는 제1예시에서 각 스위치의 구현 형태를 나타내는 도면이고, 도 13a는 제1예시에서 제3스위치에 걸리는 전압의 파형을 나타내는 도면이며, 도 13b는 제1예시에서 제4스위치에 걸리는 전압의 파형을 나타내는 도면이다.13A is a diagram showing a waveform of a voltage applied to the third switch in the first example, and FIG. 13B is a diagram showing a waveform of a voltage applied to the fourth switch in the first example. FIG. Fig.

도 12를 참조하면, 제1스위치(S1)는 NPN타입의 FET(Field Effect Transistor)소자로 구현될 수 있다. 이때, 제1스위치(S1)는 중간노드(Nx)에서 그라운드로 전류가 흐르지 못하게 하고, 그라운드에서 중간노드(Nx)로 전류가 흐를 수 있도록 하는 역방향다이오드를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, the first switch S1 may be implemented as an NPN type field effect transistor (FET) device. At this time, the first switch S1 may include a reverse diode that prevents the current from flowing from the intermediate node Nx to the ground, and allows current to flow from the ground to the intermediate node Nx.

제4스위치(S4)가 턴온될 때, 중간노드의 전압(Vx)은 Vi + Vo가 되는데, 이에 따라, 제1스위치(S1)의 정격전압(RAT: Rating Voltage)은 Vi + Vo가 되어야 한다.When the fourth switch S4 is turned on, the voltage Vx of the intermediate node becomes Vi + Vo. Accordingly, the rated voltage RAT of the first switch S1 should be Vi + Vo .

제2스위치(S2)는 PNP타입의 FET소자로 구현될 수 있다. 한편, 중간노드의 전압(Vx)은 출력전압(Vo)보다 낮은 그라운드전압이 될 수도 있고, 출력전압(Vo)보다 높은 Vi + Vo가 될 수도 있다. 이에 따라, 제2스위치(S2)는 턴오프될 때 양방향으로 전류가 흐르지 못하게 하기 위해 역방향다이오드가 양방향으로 형성될 수 있다. 제2스위치(S2)의 정격전압은 출력전압(Vo)이 될 수 있다.The second switch S2 may be implemented as a PNP type FET device. On the other hand, the voltage Vx of the intermediate node may be a ground voltage lower than the output voltage Vo or Vi + Vo higher than the output voltage Vo. Accordingly, the second switch S2 can be bi-directionally formed to prevent current from flowing in both directions when the second switch S2 is turned off. The rated voltage of the second switch S2 may be the output voltage Vo.

제3스위치(S3)는 2개의 NPN타입의 FET소자(S3a, S3b)를 직렬로 연결하여 구현할 수 있다. 보조노드(Nxa)의 전압(Vxa)이 모드에 따라 그라운드전압보다 낮거나 높을 수 있기 때문에, 제3스위치(S3)는 양방향으로 전류가 흐르지 못하게 하기 위해 각각 역방향다이오드를 포함하고 있는 NPN타입의 FET소자 2개(S3a, S3b)를 직렬로 연결하여 구현할 수 있다.The third switch S3 may be realized by connecting two NPN type FET elements S3a and S3b in series. Since the voltage Vxa of the auxiliary node Nxa may be lower or higher than the ground voltage depending on the mode, the third switch S3 is an NPN-type FET having a reverse diode in order to prevent the current from flowing in both directions. And two devices (S3a, S3b) connected in series.

한편, 도 13a를 참조하여, S3a 양단에 걸리는 전압(V3a)과 S3b 양단에 걸리는 전압(V3b)을 살펴보면, S3a는 출력전압(Vo)이 정격전압이 되고, S3b는 입력전압(Vi)이 정격전압이 될 수 있다.Referring to FIG. 13A, let us look at the voltage V3a across S3a and the voltage V3b across S3b. In S3a, the output voltage Vo becomes the rated voltage, and S3b is the rated voltage of input voltage Vi. Voltage.

제4스위치(S4)는 PNP타입의 FET소자로 구현될 수 있다. 한편, 도 13을 참조하면, 제4스위치 양단에 걸리는 전압(V4)은 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압까지 상승하기 때문에, 제4스위치(S4)의 정격전압은 Vi+Vo가 될 수 있다.The fourth switch S4 may be implemented as a PNP type FET device. 13, since the voltage V4 across the fourth switch rises up to the sum of the input voltage Vi and the output voltage Vo, the rated voltage of the fourth switch S4 is Vi + Vo.

제1예시에 따른 전력단(110)은 보조노드(Nxa)가 부스트모드에서 플로팅되면서 제4스위치(S4)의 정격전압이 높아지고, 제3스위치(S3)의 구현이 복잡해 질 수 있다.Thepower terminal 110 according to the first example may become complicated in the implementation of the third switch S3 because the rated voltage of the fourth switch S4 becomes high while the auxiliary node Nxa floats in the boost mode.

아래에서 설명하는 제2예시에 따른 전력단은 부스트모드에서 보조노드(Nxa)로 그라운드전압을 연결시킴으로써 제4스위치(S4)의 정격전압을 낮추고 제3스위치(S3)의 구현을 용이하게 할 수 있다.The power stage according to the second example described below can lower the rated voltage of the fourth switch S4 and facilitate the implementation of the third switch S3 by connecting the ground voltage to the auxiliary node Nxa in the boost mode have.

도 14는 일 실시예에 따른 컨버터의 전력단에 대한 제2예시 구성도이다.14 is a second exemplary configuration diagram of a power stage of a converter according to an embodiment.

도 14를 참조하면, 부스트전력단(410)은 제1예시에 따른 전력단과 동일한 구성을 가질 수 있다.Referring to FIG. 14, theboost power stage 410 may have the same configuration as the power stage according to the first example.

벅전압제공부(1420)는 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 그라운드전압을 제공할 수 있는 제3스위치(S3) 및 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 입력전압(Vi)을 제공할 수 있는 제4스위치(S4)를 포함할 수 있다. 그리고, 벅전압제공부(1420)는 벅전압캐패시터(Cf)의 타측과 인덕터(L)의 일측을 연결시키거나 연결해제시키는 제5스위치(S5)를 더 포함할 수 있다.Thebuck voltage supply 1420 may include a third switch S3 capable of providing a ground voltage to one side of the buck voltage capacitor Cf and a third switch S3 capable of providing an input voltage Vi to one side of the buck voltage capacitor Cf And a fourth switch S4. The buckvoltage providing unit 1420 may further include a fifth switch S5 for connecting or disconnecting the other side of the buck voltage capacitor Cf and one side of the inductor L. [

부스트모드에서 제5스위치(S5)는 인덕터(L)의 일측으로 출력전압(Vo)이 제공될 때 턴온되고 그라운드전압이 제공될 때 턴오프될 수 있다. 그리고, 부스트모드에서 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로는 상시적으로 그라운드전압이 제공될 수 있다.In the boost mode, the fifth switch S5 is turned on when the output voltage Vo is provided to one side of the inductor L, and can be turned off when the ground voltage is provided. In addition, in the boost mode, the ground voltage can be always supplied to one side of the buck voltage capacitor Cf.

부스트모드에서의 이러한 작동에 따라, 제4스위치(S4)의 정격전압은 입력전압(Vi)으로 낮아지고, 제3스위치(S3)는 단방향으로 형성되는 역방향다이오드를 포함하는 NPN타입의 FET소자로 구현될 수 있다. 그리고, 제3스위치(S3)의 정격전압은 입력전압(Vi) 수준으로 낮아진다.According to this operation in the boost mode, the rated voltage of the fourth switch S4 is lowered to the input voltage Vi, and the third switch S3 is an NPN-type FET device including a reverse diode formed in a unidirectional manner Can be implemented. Then, the rated voltage of the third switch S3 is lowered to the level of the input voltage Vi.

한편, 부스트전력단(410)은 제1예시와 동일하기 때문에, 제1스위치(S1)는 NPN타입의 FET소자로 구현되고 정격전압은 Vi+Vo가 되며, 제2스위치(S2)는 역방향다이오드가 양방향으로 형성되는 PNP타입의 FET소자로 구현되고 정격전압은 Vo가 될 수 있다.Since theboost power stage 410 is the same as the first example, the first switch S1 is implemented as an NPN type FET device, the rated voltage is Vi + Vo, and the second switch S2 is a reverse diode Type FET device formed in both directions and the rated voltage can be Vo.

그리고, 제5스위치(S5)는 PNP타입의 FET소자로 구현될 수 있고, 양단으로는 출력전압(Vo)이 정격전압으로 형성될 수 있다.The fifth switch S5 may be implemented as a PNP type FET device, and the output voltage Vo may be formed at a rated voltage at both ends.

도 15 내지 도 17을 참조하여 제2예시에 따른 전력단(1410)이 부스트모드로 작동되는 것을 설명하고, 도 18 내지 도 20을 참조하여 제2예시에 따른 전력단(1410)이 벅모드로 작동되는 것을 설명한다.Referring to Figs. 15 to 17, thepower stage 1410 according to the second example is operated in the boost mode, and thepower stage 1410 according to the second example according to Figs. 18 to 20 is switched to the buck mode Explain that it works.

도 15는 제2예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이고, 도 16은 제2예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다. 그리고, 도 17은 제1예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.FIG. 15 is a state diagram for the first phase of the power stage operating in the boost mode in the second example, and FIG. 16 is a state diagram for the second phase of the power stage operating in the boost mode in the second example. 17 is a main waveform / state diagram of a power stage operated in the boost mode in the first example.

부스트모드에서 제3스위치(S3)는 상시적으로 턴온되어 있으면서 벅전압캐패시터(Cf)의 일측을 그라운드전압으로 연결시킬 수 있다. 그리고, 제4스위치(S4)는 상시적으로 턴오프될 수 있다.In the boost mode, the third switch S3 is normally turned on, and one side of the buck voltage capacitor Cf can be connected to the ground voltage. Then, the fourth switch S4 can be always turned off.

부스트모드에서 벅전압캐패시터(Cf)의 일측은 그라운드전압과 연결되고 벅전압캐패시터의 양단 전압(Vf)은 출력전압(Vo)과 실질적으로 동일한 전압 혹은 일정 범위 이내의 전압과 같기 때문에 벅전압캐패시터(Cf)의 타측 전압은 출력전압(Vo)과 실질적으로 동일할 수 있다.In the boost mode, one side of the buck voltage capacitor (Cf) is connected to the ground voltage and the voltage across the buck voltage capacitor (Vf) is substantially equal to or within a certain range of the output voltage (Vo) Cf may be substantially equal to the output voltage Vo.

부스트모드에서 전력단(1410)은 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 반복할 수 있다. 제어부는 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)가 교번되도록 제어함으로써 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 형성할 수 있다.In the boost mode, thepower stage 1410 may repeat the states of the first phase and the second phase in one period T. [ The controller may control the first switch S1 and the second switch S2 to be alternated to form the states of the first phase and the second phase in one period T. [

제1페이즈에서 제1스위치(S1)가 턴온되고, 제2스위치(S2)가 턴오프될 수 있다. 제1페이즈에서, 중간노드의 전압(Vx)은 그라운드전압(Vgnd)이 되고, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi)과 같아지게 된다. 이러한 전압 관계에 따라, 인덕터(L)에는 전류가 빌드업된다.In the first phase, the first switch S1 may be turned on and the second switch S2 may be turned off. In the first phase, the voltage Vx of the intermediate node becomes the ground voltage Vgnd, and the voltage Vl across the inductor L becomes equal to the input voltage Vi. According to this voltage relationship, a current builds up in the inductor L.

한편, 제5스위치(S5)는 제2스위치(S2)와 동기화되어 작동될 수 있다. 이 경우, 벅전압캐패시터(Cf)는 출력캐패시터(Co)와 병렬로 연결된 것처럼 작동하면서 출력전압(Vo)을 보다 안정적으로 만들 수 있다. 다른 예로서, 제5스위치(S5)는 부스트모드에서 상시적으로 턴오프되어 있을 수도 있다. 이때, 벅전압제공부(1420)는 전력단(1410)이 부스트컨버터로 기능하는데 기여하지 않게 된다.On the other hand, the fifth switch S5 may be operated in synchronization with the second switch S2. In this case, the buck voltage capacitor Cf can operate as if it is connected in parallel with the output capacitor Co, making the output voltage Vo more stable. As another example, the fifth switch S5 may be always turned off in the boost mode. At this time,buck voltage supply 1420 does not contribute topower stage 1410 functioning as a boost converter.

다음으로 제2예시에서의 벅모드 제어에 대해 살펴본다.Next, the buck mode control in the second example will be described.

도 18은 제2예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제1페이즈에 대한 상태도이고, 도 19는 제2예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 제2페이즈에 대한 상태도이다. 그리고, 도 20은 제2예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.FIG. 18 is a state diagram for a first phase of a power stage operating in a buck mode in a second example, and FIG. 19 is a state diagram for a second phase of a power stage operating in a buck mode in a second example. 20 is a main waveform / state diagram of a power stage operating in a buck mode in a second example.

벅모드에서 전력단(1410)은 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 반복할 수 있다. 제어부는 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)가 교번되도록 제어함으로써 한 주기(T)에서 제1페이즈와 제2페이즈의 상태를 형성할 수 있다. 그리고, 벅모드에서 제1스위치(S1)는 상시적으로 턴오프되고, 제2스위치(S2)는 제3스위치(S3)에 동기화되어 작동될 수 있다. 그리고, 제5스위치(S5)는 상시적으로 턴온될 수 있다.In the buck mode, thepower stage 1410 may repeat the states of the first phase and the second phase in one period T. [ The controller may control the third switch S3 and the fourth switch S4 to be alternated to form the states of the first phase and the second phase in one period T. [ And, in the buck mode, the first switch S1 is always turned off, and the second switch S2 can be operated in synchronization with the third switch S3. Then, the fifth switch S5 can be always turned on.

제1페이즈에서 제3스위치(S3) 및 제2스위치(S2)가 턴온되고, 제4스위치(S4)가 턴오프될 수 있다. 이에 따라, 중간노드의 전압(Vx)은 출력전압(Vo)이 되고, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi) - 출력전압(Vo)이 될 수 있다. 이러한 전압 관계에 따라, 인덕터(L)에는 전류가 빌드업된다. 제1페이즈에서 벅전압캐패시터의 전압(Vf)은 그라운드전압(Vgnd)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압과 실질적으로 같아지게 된다.In the first phase, the third switch S3 and the second switch S2 may be turned on and the fourth switch S4 may be turned off. Accordingly, the voltage Vx of the intermediate node becomes the output voltage Vo, and the both-end voltage Vl of the inductor L becomes the input voltage Vi - the output voltage Vo. According to this voltage relationship, a current builds up in the inductor L. In the first phase, the voltage Vf of the buck voltage capacitor becomes substantially equal to the sum of the ground voltage Vgnd and the output voltage Vo.

벅모드에서 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 그라운드전압(Vgnd)과 입력전압(Vi)이 교번하면서 연결되기 때문에, 벅전압캐패시터(Cf)의 타측-중간노드(Nx)-에 형성되는 전압은 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압과 그라운드전압(Vgnd)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압으로 교번하게 된다.Since the ground voltage Vgnd and the input voltage Vi are alternately connected to one side of the buck voltage capacitor Cf in the buck mode, the voltage formed at the other side-intermediate node Nx - of the buck voltage capacitor Cf is The voltage obtained by combining the input voltage Vi and the output voltage Vo and the sum of the ground voltage Vgnd and the output voltage Vo are alternated.

이러한 중간노드 전압(Vx)에 따라, 인덕터(L)의 양단 전압(Vl)은 입력전압(Vi) - 출력전압(Vo)과 (-)출력전압((-)Vo)을 교번하면서 전력단(1410)을 벅컨버터로 기능하게 한다.According to the intermediate node voltage Vx, the both-end voltage Vl of the inductor L alternates between the input voltage Vi and the output voltage Vo and the negative output voltage Vo 1410) as a buck converter.

도 21은 일 실시예에 따른 컨버터의 전력단에 대한 제3예시 구성도이다.21 is a third exemplary configuration diagram of a power stage of a converter according to an embodiment.

도 21을 참조하면, 컨버터의 전력단(2100)은 부스트전력단(2110) 및 벅전압제공부(2120)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 21, thepower stage 2100 of the converter may include aboost power stage 2110 and abuck voltage generator 2120.

부스트전략단(2110)은 단독으로 작동될 때, 전력단(2100)을 부스트컨버터로 작동시킬 수 있다.Boost strategy stage 2110 may operatepower stage 2100 with a boost converter when operating alone.

부스트전력단(2110)은 일측으로 입력전압이 제공되는 인덕터(L)의 타측으로 그라운드전압 혹은 출력전압(Vo)을 제공할 수 있다.Theboost power stage 2110 may provide a ground voltage or an output voltage Vo to the other side of the inductor L to which the input voltage is provided on one side.

부스트전력단(2110)은 인덕터(L)의 타측으로 그라운드전압을 제공할 수 있는 제1스위치(S1) 및 인덕터(L)의 타측으로 출력전압(Vo)을 제공할 수 있는 제2스위치(S2a 및 S2b)를 포함할 수 있다.Theboost power stage 2110 includes a first switch S1 capable of providing a ground voltage to the other side of the inductor L and a second switch S2a capable of providing an output voltage Vo to the other side of the inductor L And S2b.

그리고, 제2스위치(S2a 및 S2b)는 인덕터(L)의 타측과 출력노드(No) 사이에서 서로 직렬로 연결되는 제1서브스위치(S2a) 및 제2서브스위치(S2b)를 포함할 수 있다.The second switches S2a and S2b may include a first sub-switch S2a and a second sub-switch S2b connected in series between the other side of the inductor L and the output node No .

인덕터(L)의 일측은 입력노드(Ni)와 연결되고 타측은 중간노드(Nx)와 연결될 수 있다. 그리고, 제1스위치(S1)는 일측이 그라운드전압과 연결되고 타측이 중간노드(Nx)와 연결될 수 있다. 직렬로 연결된 제1서브스위치(S2a) 및 제2서브스위치(S2b)에서 제1서브스위치(S2a)의 일측은 중간노드(Nx)와 연결되고 타측은 접점노드(Nxb)와 연결될 수 있다. 그리고, 제2서브스위치(S2b)의 일측은 접점노드(Nxb)와 연결되고 타측은 출력노드(No)와 연결될 수 있다.One side of the inductor L may be connected to the input node Ni and the other side may be connected to the intermediate node Nx. One end of the first switch S1 may be connected to the ground voltage and the other end of the first switch S1 may be connected to the intermediate node Nx. One side of the first sub-switch S2a in the first sub-switch S2a and the second sub-switch S2b connected in series may be connected to the intermediate node Nx and the other side may be connected to the contact node Nxb. One side of the second sub switch S2b may be connected to the contact node Nxb and the other side may be connected to the output node No.

직렬로 연결된 제1서브스위치(S2a) 및 제2서브스위치(S2b)가 제2스위치로서 기능하기 때문에, 제1서브스위치(S2a) 및 제2서브스위치(S2b)가 함께 턴온될 때, 제2스위치가 턴온된 것과 같이 인덕터(L)의 타측으로 출력전압(Vo)이 제공될 수 있다. 제1서브스위치(S2a)가 턴오프되면 제2서브스위치(S2b)의 턴온 혹은 턴오프와 무관하게 인덕터(L)의 타측으로 출력전압(Vo)이 제공되지 않는다.Since the first sub-switch S2a and the second sub-switch S2b connected in series function as the second switch, when the first sub-switch S2a and the second sub-switch S2b are turned on together, The output voltage Vo can be provided to the other side of the inductor L as the switch is turned on. When the first sub-switch S2a is turned off, the output voltage Vo is not provided to the other side of the inductor L irrespective of the turn-on or turn-off of the second sub-switch S2b.

부스트모드에서 인덕터(L)의 타측-중간노드-의 전압(Vx)이 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2a 및 S2b)의 교번에 따라 그라운드전압과 출력전압(Vo)으로 스위칭하면서 부스트전력단(2110)을 포함하는 전력단(2100)은 부스트컨버터로 작동할 수 있다.The voltage Vx at the other side-intermediate node of the inductor L in the boost mode switches between the ground voltage and the output voltage Vo in accordance with the alternation of the first switch S1 and the second switches S2a and S2b,Power stage 2100, includingpower stage 2110, can operate as a boost converter.

벅전압제공부(2120)는 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 그라운드전압을 제공할 수 있는 제3스위치(S3) 및 벅전압캐패시터(Cf)의 일측으로 입력전압(Vi)을 제공할 수 있는 제4스위치(S4)를 포함할 수 있다.Thebuck voltage supply 2120 may provide an input voltage Vi to one side of the buck voltage capacitor Cf and a third switch S3 capable of providing a ground voltage to one side of the buck voltage capacitor Cf And a fourth switch S4.

그리고, 벅전압캐패시터(Cf)의 타측에 형성되는 전압은 제1서브스위치(S2a) 및 제2서브스위치(S2b)의 접점노드(Nxb)으로 제공될 수 있다.The voltage formed on the other side of the buck voltage capacitor Cf may be provided to the contact node Nxb of the first sub-switch S2a and the second sub-switch S2b.

벅전압캐패시터(Cf)의 일측은 보조노드(Nxa)로 연결되고 타측은 접점노드(Nxb)로 연결될 수 있다. 그리고, 제3스위치(S3)의 일측은 보조노드(Nxa)로 연결되고 타측은 그라운드전압과 연결될 수 있고, 제4스위치(S4)의 일측은 보조노드(Nxa)로 연결되고 타측은 입력노드(Ni)와 연결될 수 있다.One side of the buck voltage capacitor Cf may be connected to the auxiliary node Nxa and the other side may be connected to the contact node Nxb. One side of the third switch S3 may be connected to the auxiliary node Nxa and the other side may be connected to the ground voltage. One side of the fourth switch S4 is connected to the auxiliary node Nxa, Ni).

벅모드에서 벅전압캐패시터(Cf)의 일측-보조노드(Nxa)-으로 그라운드전압과 입력전압(Vi)이 스위칭하며 공급되기 때문에 벅전압캐패시터(Cf)의 타측과 연결되는 접점노드(Nxb)에는 그라운드전압 + 벅전압캐패시터의 전압(Vf)과 입력전압(Vi) + 벅전압캐패시터의 전압(Vf)이 제공된다.Since the ground voltage and the input voltage Vi are switched and supplied to the one-side auxiliary node Nxa of the buck voltage capacitor Cf in the buck mode, the contact node Nxb connected to the other side of the buck voltage capacitor Cf The ground voltage + the voltage Vf of the buck voltage capacitor and the input voltage Vi + the voltage Vf of the buck voltage capacitor are provided.

이러한 접점노드(Nxb)의 전압에 따라 전력단(2100)은 벅컨버터로 작동할 수 있다.Depending on the voltage of this contact node Nxb, thepower stage 2100 may operate as a buck converter.

도 22 및 도 23을 참조하여 제3예시에 따른 전력단(2100)이 부스트모드로 작동되는 것을 설명하고, 도 24 및 도 25를 참조하여 제3예시에 따른 전력단(2100)이 벅모드로 작동되는 것을 설명한다.Referring to Figs. 22 and 23, thepower stage 2100 according to the third example is operated in the boost mode, and thepower stage 2100 according to the third example is referred to as a buck mode Explain that it works.

도 22는 제3예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 상태도이고, 도 23은 제3예시에서 부스트모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.FIG. 22 is a state diagram of a power stage operating in a boost mode in a third example, and FIG. 23 is a main waveform diagram / state diagram of a power stage operating in a boost mode in a third example.

부스트모드에서 제2서브스위치(S2b)와 제3스위치(S3)는 상시적으로 턴온될 수 있다. 그리고, 제4스위치(S4)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 이에 따라, 전력단(2100)은 전형적인 부스트컨버터의 형태가 된다. 벅전압캐패시터(Cf)와 출력캐패시터(Co)는 서로 병렬로 연결되면서 출력전압(Vo)을 필터링하는 캐패시터로 기능할 수 있다. 그리고, 제1스위치(S1)과 제1서브스위치(S2a)가 교번되도록 제어되면서 전력단(2100)이 부스트컨버터로 작동되게 된다.In the boost mode, the second sub-switch S2b and the third switch S3 can be always turned on. Then, the fourth switch S4 can be always turned off. Accordingly, thepower stage 2100 is in the form of a typical boost converter. The buck voltage capacitor Cf and the output capacitor Co may function as capacitors for filtering the output voltage Vo while being connected in parallel with each other. Thepower stage 2100 is operated as a boost converter while the first switch S1 and the first sub-switch S2a are controlled to be alternated.

도 24는 제3예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 상태도이고, 도 25는 제3예시에서 벅모드로 작동되는 전력단의 주요 파형도/상태도이다.FIG. 24 is a state diagram of a power stage operating in a buck mode in a third example, and FIG. 25 is a main waveform diagram / state diagram of a power stage operating in a buck mode in a third example.

벅모드에서 제1서브스위치(S2a)는 상시적으로 턴온되고, 제1스위치(S1)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 그리고, 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)는 교번되도록 제어되고, 제2서브스위치(S2b)는 제3스위치(S3)에 동기화되어 제어될 수 있다.In the buck mode, the first sub-switch S2a is always turned on, and the first switch S1 is normally turned off. The third switch S3 and the fourth switch S4 are controlled to be alternated, and the second sub-switch S2b can be controlled in synchronization with the third switch S3.

한 주기(T)의 제1페이즈에서 제2서브스위치(S2b) 및 제3스위치(S3)가 턴온되면서 인덕터(L)의 일측으로는 입력전압(Vi)이 공급되고 타측으로는 출력전압(Vo)이 공급될 수 있다. 이때, 벅전압캐패시터(Cf)에는 출력전압(Vo)이 충전될 수 있다.The second switch S2b and the third switch S3 are turned on in the first phase of one period T so that the input voltage Vi is supplied to one side of the inductor L and the output voltage Vo ) Can be supplied. At this time, the buck voltage capacitor Cf may be charged with the output voltage Vo.

벅모드의 제1페이즈에서 입력전압(Vi)이 출력전압(Vo)보다 높기 때문에 인덕터(L)의 전류가 빌드업된다.In the first phase of the buck mode, since the input voltage Vi is higher than the output voltage Vo, the current of the inductor L builds up.

한 주기(T)의 제2페이즈에서 제4스위치(S4)가 턴온되고 제3스위치(S3)가 턴오프되면서 인덕터(L)의 일측으로는 입력전압(Vi)이 공급되고 타측으로는 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)이 합쳐진 전압이 공급될 수 있다.The fourth switch S4 is turned on and the third switch S3 is turned off in the second phase of one period T so that the input voltage Vi is supplied to one side of the inductor L and the input voltage Vi is supplied to the other side. A voltage in which the output voltage Vi and the output voltage Vo are combined can be supplied.

제2페이즈에서 인덕터(L)의 일측보다 타측 전압이 높기 때문에 인덕터(L)의 전류는 다시 감소하면서 한 주기(T)를 완성하게 된다.In the second phase, since the voltage of the other side of the inductor L is higher than that of the other side of the inductor L, the current of the inductor L is reduced again to complete one period T.

이상에서 설명한 일 실시예에 따르면, 부스트컨버터로 작동하는 부스트전력단에 용량성소자 및 소정의 스위치를 연결시킴으로써 하나의 컨버터로 입력전압보다 높거나 낮은 출력전압을 모두 생성할 수 있게 된다.According to the embodiment described above, by connecting the capacitive element and the predetermined switch to the boost power stage operated by the boost converter, it is possible to generate all the output voltages higher or lower than the input voltage by one converter.

한편, 일 실시예에 따른 컨버터는 디스플레이장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 컨버터는 입력전원이 배터리전원이고 부하가 소스드라이버집적회로인 디스플레이장치 어플리케이션에 적용될 수 있다. 배터리전원은 충전상태에 따라 전압이 변동할 수 있는데, 변동하는 입력전압에 대하여 일 실시예에 따른 컨버터는 소스드라이버집적회로에 적합한 전압을 생성하기 위해 부스트모드로 작동하거나 벅모드로 작동할 수 있다.On the other hand, the converter according to one embodiment can be applied to a display device. For example, a converter according to one embodiment may be applied to a display device application in which the input power is battery power and the load is a source driver integrated circuit. The battery power may vary in voltage depending on the state of charge, and for a varying input voltage, the converter according to one embodiment may operate in a boost mode or in a buck mode to produce a voltage suitable for the source driver integrated circuit .

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.