KR20180004882A - 타임 인터리빙 컨버터 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어에 따라 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드로 작동 가능한 파워스테이지; 및 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드를 상기 파워스테이지에 적용하고, 상기 파워스테이지의 작동모드를 주기적으로 변경하는 제어부를 포함하는 컨버터를 제공한다.

Description

타임 인터리빙 컨버터 및 그 제어방법{TIME INTERLEAVING CONVERTER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전력을 변환하는 컨버터에 관한 것이다.
스위칭 소자(예를 들어, 전력반도체(power semiconductor))를 이용하여 전력을 변환하는 스위치-모드 컨버터로서 벅(buck)타입 컨버터 및 부스트(boost)타입 컨버터가 널리 알려져 있다.
벅타입 컨버터는 입력전압보다 출력전압을 낮춰서 출력하기 때문에 스텝-다운 컨버터(step-down converter)로 불리우기도 한다. 벅타입 컨버터에서 입력전압 대비 출력전압의 비율은 스위칭 소자의 듀티(D: duty cycle)에 비례한다.
부스트타입 컨버터는 입력전압보다 출력전압을 높혀서 출력하기 때문에 스텝-업 컨버터(step-up converter)로 불리우기도 한다. 부스트타입 컨버터에서 입력전압 대비 출력전압의 비율은 일반적으로 (1-D)에 반비례한다.
입력전압보다 출력전압이 낮은 어플리케이션에서는 벅타입 컨버터가 사용되고, 입력전압보다 출력전압이 높은 어플리케이션에서는 부스트타입 컨버터가 사용된다. 그런데, 입력전압과 출력전압의 크기 관계가 명확하지 않은 경우, 혹은 출력전압이 입력전압보다 낮은 전압에서부터 입력전압보다 높은 전압까지 변동하는 경우, 벅타입 컨버터 혹은 부스트타입 컨버터가 고정되어 사용될 수 없게 된다.
벅타입 컨버터 및 부스트타입 컨버터와 다른 타입의 컨버터로서 벅-부스트(buck-boost)타입 컨버터가 이러한 어플리케이션에서 대안적으로 적용될 수 있으나, 벅-부스트타입 컨버터는 벅타입 컨버터나 부스트타입 컨버터보다 전력변환 효율이 낮은 단점이 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 입력전압과 출력전압의 비율에 무관하게 적용될 수 있는 컨버터 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어에 따라 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드로 작동 가능한 파워스테이지; 및 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드를 상기 파워스테이지에 적용하고, 상기 파워스테이지의 작동모드를 주기적으로 변경하는 제어부를 포함하는 컨버터를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 인덕터, 일측은 입력전압과 연결되고 타측은 상기 인덕터와 연결되는 제1스위칭 소자, 일측은 출력전압과 연결되고 타측은 상기 인덕터와 연결되는 제2스위칭 소자, 일측은 상기 제1스위칭 소자 및 상기 인덕터와 연결되고 타측은 저전압라인과 연결되는 제3스위칭 소자, 및 일측은 상기 제2스위칭 소자 및 상기 인덕터와 연결되고 타측은 상기 저전압라인과 연결되는 제4스위칭 소자를 포함하는 파워스테이지; 및 상기 파워스테이지를 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드로 제어하고, 상기 파워스테이지의 작동모드를 주기적으로 변경하는 제어부
를 포함하는 컨버터를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터를 제어하는 방법에 있어서, 제1시구간에서 상기 컨버터를 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 하나의 모드로 제어하는 제1제어단계; 제2시구간에서 상기 컨버터를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 다른 하나의 모드로 제어하는 제2제어단계; 및 일정한 주기마다 상기 제1제어단계 및 상기 제2제어단계를 반복하는 반복수행단계를 포함하는 컨버터 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 실시예에 의하면, 입력전압과 출력전압의 비율에 상관없이 동일한 구조의 컨버터를 여러 어플리케이션에 적용할 수 있으며, 다른 타입의 컨버터보다 높은 전력변환 효율을 창출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 2는 파워스테이지의 일 예시 구성도이다.
도 3은 벅모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이다.
도 4는 벅모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
도 5는 부스트모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이다.
도 6은 부스트모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은 벅-부스트모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이다.
도 8은 벅-부스트모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 타임 인터리빙 방식에서 파워스테이지에 적용되는 작동모드를 시간축으로 나타낸 도면이다.
도 10은 벅모드와 부스트모드를 타임 인터리빙 방식으로 제어하는 것을 설명하기 위한 타임 다이어그램이다.
도 11은 타임 인터리빙 방식 컨버터의 출력전압 범위를 나타내는 도면이다.
도 12는 벅모드와 부스트모드를 타임 인터리빙 방식으로 제어할 때의 신호 및 인덕터 전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 13은 세 개의 작동모드를 타임 인터리빙 방식으로 제어하는 것을 설명하기 위한 타임 다이어그램이다.
도 14는 일 실시예에 따른 컨버터의 제어방법을 나타내는 도면이다.
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.
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.
도 1은 일 실시예에 따른 컨버터의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 컨버터(100)는 파워스테이지(110), 제어부(120), 출력캐패시터(Cout) 등을 포함할 수 있다.
컨버터(100)는 벅모드로 작동될 수도 있고, 부스트모드로 작동될 수도 있으며, 벅-부스트모드로 작동될 수도 있다.
파워스테이지(110)에는 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자-예를 들어, 전력반도체-가 포함될 수 있다. 파워스테이지(110)는 스위칭 소자를 온오프제어하여 전력원으로부터 공급되는 입력전압(Vin)을 출력전압(Vout)으로 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 스위칭 소자로는 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), 다이오드(Diode) 등의 전력반도체가 적용될 수 있으나, 이외에도 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등 다른 형태의 전력반도체가 적용될 수도 있다.
제어부(120)는 파워스테이지(110)를 벅모드로 제어할 수도 있고, 부스트모드로 제어할 수도 있으며, 벅-부스트모드로 제어할 수도 있다.
제어부(120)는 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드를 파워스테이지(110)에 적용하고, 파워스테이지(110)의 작동모드를 주기적으로 변경할 수 있다.
도 2는 파워스테이지의 일 예시 구성도이다.
도 2를 참조하면, 파워스테이지(110)는 인덕터(L1)를 포함하고, 인덕터(L1)의 일측에 연결되는 제1스위치부(210) 및 인덕터(L2)의 타측에 연결되는 제2스위치부(220)를 포함할 수 있다.
제1스위치부(210)에는 일측은 입력전압(Vin)과 연결되고 타측은 인덕터(L1)와 연결되는 제1스위칭 소자(SW1)가 배치되고, 일측은 제1스위칭 소자(SW1) 및 인덕터(L1)와 연결되고 타측은 저전압라인(예를 들어, 그라운드)과 연결되는 제3스위칭 소자(SW3)가 배치될 수 있다. 위치적으로 보면, 입력전압(Vin)이 전달되는 입력노드와 인덕터(L1)의 일측 사이에 제1스위칭 소자가 위치하고, 저전압라인(예를 들어, 그라운드)과 인덕터(L1)의 일측 사이에 제3스위칭 소자(SW3)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 제1스위칭 소자(SW1) 및 제3스위칭 소자(SW3)를 온오프제어하는 제1드라이버(212)가 제1스위치부(210)에 배치될 수 있다.
제2스위치부(220)에는 일측은 출력전압(Vout)과 연결되고 타측은 인덕터(L1)와 연결되는 제2스위칭 소자(SW2)가 배치되고, 일측은 제2스위칭 소자(SW2) 및 인덕터(L1)와 연결되고 타측은 저전압라인과 연결되는 제4스위칭 소자(SW4)가 배치될 수 있다. 위치적으로 보면, 출력전압(Vout)이 공급되는 출력노드와 인덕터(L1)의 타측 사이에 제2스위칭 소자(SW2)가 위치하고, 저전압라인과 인덕터(L1)의 타측 사이에 제4스위칭 소자(SW4)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 제2스위칭 소자(SW2) 및 제4스위칭 소자(SW4)를 온오프제어하는 제2드라이버(222)가 제2스위치부(220)에 배치될 수 있다.
파워스테이지(110)는 스위칭 소자들(SW1 ~ SW4)에 대한 제어에 따라 벅모드, 부스트모드 혹은 벅-부스트모드로 작동될 수 있다.
도 3은 벅모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이고, 도 4는 벅모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
벅모드에서, 제2스위치부(220)의 스위칭 소자들(SW2 및 SW4)은 상시적으로 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 예를 들어, 벅모드에서 제2스위칭 소자(SW2)는 상시적으로 턴온되고, 제4스위칭 소자(SW4)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 이러한 제어를 위해 제2드라이버(222)는 벅모드 구간에서 제2스위칭 소자(SW2)의 게이트-소스로 계속해서 턴온전압(ON)을 공급하고 제4스위칭 소자(SW4)의 게이트-소스로 계속해서 턴오프전압(OFF)을 공급할 수 있다.
벅모드에서, 제1스위치부(210)의 스위칭 소자들(SW1 및 SW3)은 매주기마다 순차적으로 온오프되면서 컨버터를 벅 컨버터로 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 벅제어모드주기(Tbck)에서 제1스위칭 소자(SW1)가 듀티 구간(D) 동안 턴온되고 제3스위칭 소자(SW3)가 턴오프되면서 인덕터(L1)에 고전압(입력전압)을 연결시키고, 이외 구간(1-D) 동안 제1스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제3스위칭 소자(SW3)가 턴오프되면서 인덕터(L1)에 저전압(그라운드전압)을 연결시킬 수 있다.
이러한 제어를 위해 제1드라이버(212)는 벅모드 구간에서 매주기마다 제1스위칭 소자(SW1)와 제3스위칭 소자(SW3)를 순차적으로 온오프제어할 수 있다.
도 5는 부스트모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이고, 도 6은 부스트모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
부스트모드에서, 제1스위치부(210)의 스위칭 소자들(SW1 및 SW3)은 상시적으로 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 예를 들어, 부스트모드에서 제1스위칭 소자(SW1)는 상시적으로 턴온되고, 제3스위칭 소자(SW3)는 상시적으로 턴오프될 수 있다. 이러한 제어를 위해 제1드라이버(212)는 부스트모드 구간에서 제1스위칭 소자(SW1)의 게이트-소스로 계속해서 턴온전압(ON)을 공급하고 제3스위칭 소자(SW3)의 게이트-소스로 계속해서 턴오프전압(OFF)을 공급할 수 있다.
부스트모드에서, 제2스위치부(220)의 스위칭 소자들(SW2 및 SW4)은 매주기마다 순차적으로 온오프되면서 컨버터를 부스트 컨버터로 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 부스트모드제어주기(Tbst)에서 제4스위칭 소자(SW4)가 듀티 구간(D) 동안 턴온되고 제2스위칭 소자(SW2)가 턴오프되면서 인덕터(L1)에 전류를 빌드업(build-up)하고, 이외 구간(1-D) 동안 제4스위칭 소자(SW4)가 턴오프되고 제2스위칭 소자(SW2)가 턴온되면서 인덕터(L1)에 저장된 전류를 출력캐패시터로 전달시킬 수 있다.
이러한 제어를 위해 제2드라이버(222)는 부스트모드 구간에서 매주기마다 제2스위칭 소자(SW2)와 제4스위칭 소자(SW4)를 순차적으로 온오프제어할 수 있다.
도 7은 벅-부스트모드에서의 스위칭 소자의 온오프 제어를 나타내는 도면이고, 도 8은 벅-부스트모드에서의 각 스위칭 소자에 대한 온오프 제어 파형을 나타내는 도면이다.
벅-부스트모드에서, 제1스위칭 소자(SW1)와 제4스위칭 소자(SW4)가 동기화되어 턴온되거나 턴오프되고, 제2스위칭 소자(SW2)와 제3스위칭 소자(SW3)가 동기화되어 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 제1스위칭 소자(SW1)와 제2스위칭 소자(SW2)는 매주기마다 순차적으로 온오프되면서 컨버터를 벅-부스트 컨버터로 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 벅-부스트모드제어주기(Tbbt)에서 제1스위칭 소자(SW1) 및 제4스위칭 소자(SW4)가 듀티 구간(D) 동안 턴온되면서 인덕터(L1)에 전류를 빌드업(build-up)하고, 이외 구간(1-D) 동안 제1스위칭 소자(SW1) 및 제4스위칭 소자(SW4)가 턴오프되고 제2스위칭 소자(SW2) 및 제3스위칭 소자(SW3)가 턴온되면서 인덕터(L1)에 저장된 전류를 출력캐패시터로 전달시킬 수 있다.
한편, 제어부는 각 작동모드를 타임 인터리빙(time interleaving) 방식으로 교대로 파워스테이지에 적용할 수 있다.
도 9는 타임 인터리빙 방식에서 파워스테이지에 적용되는 작동모드를 시간축으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 제어부는 파워스테이지의 작동모드를 주기적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 파워스테이지를 제1모드와 제2모드로 주기적으로 변경하면서 제어할 수 있다.
제1모드와 제2모드는 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 하나의 작동모드일 수 있다.
제어부는 주기적으로 작동모드를 변경할 수 있는데, 동일한 작동모드가 반복되는 주기를 제어주기(T)라고 할 때, 제어부는 일 제어주기(T) 내에서 두 가지 이상의 작동모드를 파워스테이지에 적용할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 일 제어주기(T) 중 제1시구간(T1)에서 파워스테이지를 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 하나의 모드로 작동시키고, 일 제어주기(T) 중 제2시구간에서 파워스테이지를 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 다른 하나의 모드로 작동시킬 수 있다.
제어부는 일 제어주기(T)에서 각 작동모드를 일 모드제어주기 동안만 작동시킬 수 있다. 여기서 모드제어주기는 각 모드에서의 주기를 의미하는 것으로 벅모드제어주기(도 3의 Tbck 참조), 부스트모드제어주기(도 5의 Tbst 참조) 및 벅-부스트모드제어주기(도 7의 Tbbt)가 여기에 해당된다.
제어부는 일 제어주기(T)에서 각 작동모드가 적용되는 시구간의 길이를 다르게 제어할 수 있다. 그리고, 제어부는 일 제어주기(T)에서 각 작동모드가 적용되는 시구간을 가변적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 9에서, 제어부는 제1모드가 적용되는 제1시구간(T1)과 제2모드가 적용되는 제2시구간(T2)의 길이를 다르게 제어하고, 또한, 가변적으로 제어할 수 있다.
도 10은 벅모드와 부스트모드를 타임 인터리빙 방식으로 제어하는 것을 설명하기 위한 타임 다이어그램이다.
도 10을 참조하면, 일 제어주기(T)는 벅모드제어주기(Tbck)에 해당되는 제1시구간과 부스트모드제어주기(Tbst)에 해당되는 제2시구간으로 구성되고, 제어부는 제1시구간 동안 파워스테이지를 벅모드로 제어하고, 제2시구간 동안 파워스테이지를 부스트모드로 제어할 수 있다.
벅모드가 적용되는 제1시구간과 부스트모드가 적용되는 제2시구간의 길이는 서로 다를 수 있으나, 실시예에 따라서는 서로 같을 수 있다. 도 10에서는 제1시구간과 제2시구간의 길이가 서로 같은 실시예가 도시되고 있다.
제어부는 매주기마다 반복적으로 파워스테이지의 작동모드를 변경할 수 있는데, 예를 들어, 매주기마다 벅모드와 부스트모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지에 적용할 수 있다.
도 11은 타임 인터리빙 방식 컨버터의 출력전압 범위를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 부스트 방식 컨버터는 출력전압이 입력전압보다 높게 나온다. 이에 따라, 출력전압이 입력전압보다 낮거나 입력전압 위아래로 변동하는 경우 부스트 방식 컨버터를 적용할 수 없다. 벅 방식 컨버터는 출력전압이 입력전압보다 낮게 나온다. 이에 따라, 출력전압이 입력전압보다 높거나 입력전압 위아래로 변동하는 경우 벅 방식 컨버터를 적용할 수 없다.
이에 반해, 일 실시예에 따른 타임 인터리빙 방식의 컨버터는 출력전압의 변동가능범위가 입력전압의 위아래로 넓게 분포하게 된다. 구체적으로, 파워스테이지의 출력전압 변동가능범위의 최저전압은 입력전압보다 낮고 최고전압은 입력전압보다 높게 나온다.
이에 따라, 타임 인터리빙 방식의 컨버터는 출력전압이 불명확한 어플리케이션 혹은 출력전압의 변동범위가 입력전압의 위아래에 걸쳐 있는 어플리케이션에도 효율적으로 적용될 수 있게 된다.
도 12는 벅모드와 부스트모드를 타임 인터리빙 방식으로 제어할 때의 신호 및 인덕터 전류 파형을 나타내는 도면이다.
제어부는 클럭신호(CLK)에 따라 파워스테이지의 작동모드를 변경할 수 있다. 도 12를 참조하면, 제어부는 클럭신호(CLK)의 폴링에지에 따라 파워스테이지의 작동모드를 변경한다.
제어부가 두 개의 작동모드를 파워스테이지에 적용하는 경우, 일 제어주기(T)에는 두 개의 클럭신호(구체적인 예로서, 클럭신호의 폴링에지)가 포함되고, 제어부는 두 개의 클럭신호에 따라 두 개의 작동모드를 순차적으로 변경할 수 있다.
다른 예로서, 제어부는 클럭신호의 매주기마다 선택된 작동모드들을 순차적으로 변경할 수 있다. 이때, 선택된 작동모드가 세 개이면, 일 제어주기(T)에는 세 개의 클럭신호(구체적인 예로서, 클럭신호의 폴링에지)가 포함되게 된다.
한편, 부하전류가 일정할 때, 제어부는, 한 제어주기(T(i))의 시작시점(A)에서의 인덕터의 전류(IL)와 다음 제어주기(T(i+1))의 시작시점(B)에서의 인덕터의 전류(IL)가 같아지도록 선택된 작동모드의 듀티를 제어할 수 있다.
도 12를 참조하면, 제i제어주기(T(i))의 시작시점(A)에서 인덕터 전류(IL)는 부스트모드제어에 따라 제4스위칭 소자(SW4)가 턴온되고 제2스위칭 소자(SW2)가 턴오프되면서 커지게 된다-부스트모드제어에서 제1스위칭 소자(SW1)는 상시적으로 턴온되고, 제3스위칭 소자(SW3)는 상시적으로 턴오프됨. 그리고, 인덕터 전류(IL)는 부스트모드제어에 따라 제4스위칭 소자(SW4)가 턴오프되고 제2스위칭 소자(SW2)가 턴온되면서 다시 작아지게 되는데, 이러한 감소 상태는 벅모드제어 따라 제1스위칭 소자(SW1)가 턴온되고 제3스위칭 소자(SW3)가 턴오프되면서 계속 유지된다-벅모드제어에서 제2스위칭 소자(SW2)는 상시적으로 턴온되고, 제4스위칭 소자(SW4)는 상시적으로 턴오프됨. 실질적으로, 부스트모드제어에서 제4스위칭 소자(SW4)가 턴오프되는 구간과 벅모드제어에서 제1스위칭 소자(SW1)가 턴온되는 구간에서의 각 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)의 온오프 상태는 동일하다. 제i제어주기(T(i))의 마지막 구간으로서 벅모드제어에 따라 제1스위칭 소자(SW1)가 턴오프되고 제3스위칭 소자(SW3)가 턴온되면 인덕터 전류(IL)가 더 큰 기울기로 감소하게 된다.
제i제어주기(T(i))의 시작시점(A)에서의 인덕터 전류(IL)와 제i제어주기(T(i))의 종류시점(B)에서의 인덕터 전류(IL)가 같아지도록 부스트모드에서의 듀티와 벅모드에서의 듀티를 제어하게 되면, 그 다음 제어주기인 제(i+1)제어주기(T(i+1))에서도 동일한 패턴의 제어에 따라 인덕터 전류(IL)가 유지되게 된다. 그리고, 부하로는 일정한 전류가 공급될 수 있게 된다.
한편, 도 9 내지 도 12을 참조하여 설명한 실시예에서, 제어부가 두 개의 작동모드를 순차적으로 파워스테이지에 적용하는 것을 설명하였으나, 제어부는 세 개의 작동모드를 순차적으로 파워스테이지에 적용할 수도 있다.
도 13은 세 개의 작동모드를 타임 인터리빙 방식으로 제어하는 것을 설명하기 위한 타임 다이어그램이다.
도 13을 참조하면, 제어부는 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수 있다.
파워스테이지에 적용되는 작동모드의 순서는 다양할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 부스트모드, 벅모드 및 벅-부스트모드로 작동모드를 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수 있다.
제어부는 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수 있다. 앞선 예들과 같이, 제어부는 벅모드 및 부스트모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수 있다. 그리고, 제어부는, 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수 있다. 다른 예로서, 제어부는, 부스트모드 및 벅-부스트모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수도 있고, 벅모드 및 벅-부스트모드를 순차적으로 변경하면서 파워스테이지를 제어할 수도 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 컨버터의 제어방법을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 컨버터는 제1시구간에서 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 하나의 모드로 제어될 수 있다(S1402).
그리고, 컨버터는 제2시구간에서 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 다른 하나의 모드로 제어될 수 있다(S1404).
그리고, 컨버터의 작동이 종료되는 것이 아니면(S1406에서 NO), 일정한 주기마다 S1402 단계와 S1404 단계가 반복수행될 수 있다.
컨버터는 세 개의 작동모드를 순차적으로 변경하면서 작동될 수도 있는데, 컨버터는 S1404 단계 이후에 제3시구간에서 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 나마지 하나의 모드로 제어될 수 있다.
그리고, 컨버터는 일정한 주기마다 각 단계를 반복할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대해 설명하였다. 이러한 실시예에 의하면, 입력전압과 출력전압의 비율에 상관없이 동일한 구조의 컨버터를 여러 어플리케이션에 적용할 수 있으며, 다른 타입의 컨버터보다 높은 전력변환 효율을 창출할 수 있다.
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.
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.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 제어에 따라 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드로 작동 가능한 파워스테이지; 및
    상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드를 상기 파워스테이지에 적용하고, 상기 파워스테이지의 작동모드를 주기적으로 변경하는 제어부
    를 포함하는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파워스테이지의 출력전압 변동가능범위의 최저전압은 입력전압보다 낮고 최고전압은 상기 입력전압보다 높은 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    일 주기 중 제1시구간에서 상기 파워스테이지를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 하나의 모드로 작동시키고, 상기 일 주기 중 제2시구간에서 상기 파워스테이지를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 다른 하나의 모드로 작동시키며,
    상기 제1시구간과 상기 제2시구간을 가변적으로 제어하는 컨버터.
  4. 인덕터, 일측은 입력전압과 연결되고 타측은 상기 인덕터와 연결되는 제1스위칭 소자, 일측은 출력전압과 연결되고 타측은 상기 인덕터와 연결되는 제2스위칭 소자, 일측은 상기 제1스위칭 소자 및 상기 인덕터와 연결되고 타측은 저전압라인과 연결되는 제3스위칭 소자, 및 일측은 상기 제2스위칭 소자 및 상기 인덕터와 연결되고 타측은 상기 저전압라인과 연결되는 제4스위칭 소자를 포함하는 파워스테이지; 및
    상기 파워스테이지를 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드로 제어하고, 상기 파워스테이지의 작동모드를 주기적으로 변경하는 제어부
    를 포함하는 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 파워스테이지를 상기 벅모드로 제어할 때, 상기 제2스위칭 소자를 상시적으로 턴온시키고 상기 제1스위칭 소자 및 상기 제3스위칭 소자를 순차적으로 턴온시키며,
    상기 파워스테이지를 상기 부스트모드로 제어할 때, 상기 제1스위칭 소자를 상시적으로 턴온시키고 상기 제2스위칭 소자 및 상기 제4스위칭 소자를 순차적으로 턴온시키는 컨버터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    일 주기 중 제1시구간에서 상기 파워스테이지를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 하나의 모드로 작동시키고, 상기 일 주기 중 제2시구간에서 상기 파워스테이지를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 다른 하나의 모드로 작동시키며,
    상기 제1시구간 및 상기 제2시구간의 길이는 동일한 컨버터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    클럭신호에 따라 상기 파워스테이지의 작동모드를 변경하고, 상기 클럭신호의 매주기마다 상기 선택된 적어도 두 가지 이상의 작동모드를 순차적으로 변경하며 상기 파워스테이지를 제어하는 컨버터.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    부하전류가 일정할 때, 한 주기의 시작시점에서의 인덕터의 전류와 다음 주기의 시작시점에서의 인덕터의 전류가 같아지도록 선택된 작동모드의 듀티(duty)를 제어하는 컨버터.
  9. 적어도 하나의 인덕터 및 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터를 제어하는 방법에 있어서,
    제1시구간에서 상기 컨버터를 벅모드, 부스트모드 및 벅-부스트모드 중 하나의 모드로 제어하는 제1제어단계;
    제2시구간에서 상기 컨버터를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 다른 하나의 모드로 제어하는 제2제어단계; 및
    일정한 주기마다 상기 제1제어단계 및 상기 제2제어단계를 반복하는 반복수행단계
    를 포함하는 컨버터 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    제3시구간에서 상기 컨버터를 상기 벅모드, 상기 부스트모드 및 상기 벅-부스트모드 중 나머지 하나의 모드로 제어하는 제3제어단계를 더 포함하고,
    상기 반복수행단계에서,
    일정한 주기마다 상기 제1제어단계, 상기 제2제어단계 및 상기 제3제어단계를 반복하는 컨버터 제어방법.
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