KR20240006530A - 링잉 에너지 하베스팅 - Google Patents

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트로이 린 스톡스태드
이-청 완
마르코 코스키
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Abstract

링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 장치가 개시된다. 예시적인 양상에서, 장치는 부트스트랩 회로를 포함한다. 부트스트랩 회로는 부트스트랩 커패시터 및 부트스트랩 스위치를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 또한 부트스트랩 커패시터에 커플링된 제2 단자를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 추가로 제1 단자에 커플링된 애노드 및 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함하는 바디 다이오드를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 개방 상태에 있도록 구성된다. 부트스트랩 스위치는 또한 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 전압을 제공하도록 구성된다. 해당 전압은 입력 전압의 평균보다 크다.

Description

링잉 에너지 하베스팅
[0001] 본 개시는 일반적으로 스위치-모드 전력 공급기들에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 링잉(ringing) 에너지를 하베스팅(harvesting)함으로써 스위치-모드 전력 공급기들의 성능을 개선하는 것에 관한 것이다.
[0002] 배터리들은 모바일 폰들, 랩탑들, 장난감들, 전동 공구(power tool)들, 의료 디바이스 임플란트들, 전자 차량들 및 위성들을 포함하여 광범위한 전자 디바이스들에 의해 사용되는 신뢰할 수 있고 휴대 가능한 에너지원들이다. 그러나, 배터리는 전자 디바이스의 모바일 동작 중에 고갈되는 고정된 양의 전하를 저장한다. 교체품의 구입을 필요로 하는 것 대신에, 많은 배터리들이 다른 전원을 통해 재충전될 수 있다. 따라서, 동일한 배터리가 다수 회 사용될 수 있다.
[0003] 전자 디바이스는 배터리와 같은 전원으로부터 전자 디바이스의 다른 구성 요소들로 전력을 전달하기 위한 스위치-모드 전력 공급기를 포함할 수 있다. 배터리의 다양한 전압에 걸쳐 효율성을 유지하기 위해 스위치-모드 전력 공급기를 설계하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 스위치-모드 전력 공급기는 예를 들어, 배터리가 고갈되어 더 작은 전압을 갖는 상황들에서 원하는 전류를 공급하지 못할 수 있다.
[0004] 링잉 에너지를 하베스팅하는 장치가 개시된다. 설명된 예시적인 기법들은 부트스트랩(bootstrap) 스위치와 부트스트랩 커패시터로 부트스트랩 회로를 구현한다. 부트스트랩 스위치는 부트스트랩 스위치가 정류기(예를 들어, 다이오드)로서 선택적으로 동작할 수 있게 하는 바디 다이오드(예를 들어, 내부 또는 기생 다이오드)를 갖는 트랜지스터로 구현된다. 부트스트랩 스위치가 정류기로서 동작하는 동안, 부트스트랩 회로는 스위치-모드 전력 공급기에서 발생하는 링잉 에너지를 하베스팅한다. 부트스트랩 회로는 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 링잉 에너지를 사용한다. 이는 부트스트랩 회로가 스위치-모드 전력 공급기에 대한 입력 전압보다 큰 공급 전압을 스위치-모드 전력 공급기의 스위칭 회로에 제공할 수 있게 한다. 링잉 에너지를 하베스팅함으로써, 스위치-모드 전력 공급기는 더 높은 효율들로 동작할 수 있으며 다른 스위치-모드 전력 공급기들에 비해 더 낮은 입력 전압에 대해 원하는 양의 전류를 공급할 수 있다.
[0005] 예시적인 양상에서, 장치가 개시된다. 본 장치는 부트스트랩 회로를 포함한다. 부트스트랩 회로는 부트스트랩 커패시터 및 부트스트랩 스위치를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 또한 부트스트랩 커패시터에 커플링된 제2 단자를 포함한다. 부트스트랩 스위치는 제1 단자에 커플링된 애노드 및 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함하는 바디 다이오드를 추가로 포함한다. 부트스트랩 스위치는 바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 개방 상태에 있도록 구성된다. 부트스트랩 스위치는 또한 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 전압을 제공하도록 구성된다. 해당 전압은 입력 전압의 평균보다 크다.
[0006] 예시적인 양상에서, 장치가 개시된다. 본 장치는 부트스트랩 회로를 포함한다. 부트스트랩 회로는 에너지를 저장하기 위한 커패시턴스 수단을 포함한다. 부트스트랩 회로는 또한 커패시턴스 수단을 충전하기 위한 스위칭 수단을 포함한다. 스위칭 수단은 입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자를 포함한다. 스위칭 수단은 또한 커패시턴스 수단에 커플링된 제2 단자를 포함한다. 스위칭 수단은, 스위칭 수단이 개방 상태에 있고 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 제2 단자에 제공하는 것에 기반하여 커패시턴스 수단을 충전하기 위한 정류 수단을 추가로 포함한다.
[0007] 예시적인 양상에서, 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 부트스트랩 회로의 부트스트랩 스위치의 제1 단자에서 입력 전압을 수용하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 부트스트랩 스위치를 개방 상태에 있게 하는 단계를 포함한다. 본 방법은 추가로 부트스트랩 스위치가 개방 상태에 있는 것에 기반하여, 부트스트랩 스위치의 바디 다이오드를 사용하여 부트스트랩 회로의 부트스트랩 커패시터를 충전하는 단계를 포함한다. 바디 다이오드는 제1 단자에 커플링된 애노드와 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함한다. 부트스트랩 커패시터는 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된다. 본 방법은 충전에 기반하여, 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 전압을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 해당 전압은 입력 전압의 평균보다 크다.
[0008] 예시적인 양상에서, 스위치-모드 전력 공급기가 개시된다. 스위치-모드 전력 공급기는 스위칭 회로 및 부트스트랩 회로를 포함한다. 스위칭 회로는 스위치 및 드라이버를 포함한다. 스위치는 제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자를 포함한다. 드라이버는 양의 공급 단자, 스위치의 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자 및 스위치의 제3 단자에 커플링된 출력 단자를 포함한다. 부트스트랩 회로는 부트스트랩 커패시터 및 부트스트랩 스위치를 포함한다. 부트스트랩 커패시터는 드라이버의 양의 공급 단자에 커플링된 제1 단자 및 스위치의 제2 단자와 드라이버의 음의 공급 단자에 커플링된 제2 단자를 갖는다. 부트스트랩 스위치는 제1 단자, 제2 단자 및 제1 단자와 제2 단자 사이에 커플링된 바디 다이오드를 포함한다. 제1 단자는 스위치의 제1 단자에 커플링된다. 제2 단자는 부트스트랩 커패시터의 제1 단자와 드라이버의 양의 공급 단자에 커플링된다. 부트스트랩 스위치는 스위치가 개방 상태에 있는 것에 기반하여 개방 상태에 있도록 구성된다.
[0009] 도 1은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 동작 환경을 예시한다.
[0010] 도 2는 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 전원, 예시적인 부하 및 예시적인 스위치-모드 전력 공급기를 예시한다.
[0011] 도 3은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 스위치-모드 전력 공급기의 예시적인 스위칭 회로를 예시한다.
[0012] 도 4는 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 스위치-모드 전력 공급기의 예시적인 부트스트랩 회로를 예시한다.
[0013] 도 5a는 정상 모드 동안 고-측(high-side) 스위치, 저-측(low-side) 스위치 및 부트스트랩 스위치의 예시적인 상태 다이어그램을 예시한다.
[0014] 도 5b는 하베스팅 모드 동안 고-측 스위치, 저-측 스위치 및 부트스트랩 스위치의 예시적인 상태 다이어그램을 예시한다.
[0015] 도 6은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 전압-타이밍 다이어그램을 예시한다.
[0016] 도 7은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 부트스트랩 회로의 예시적인 부트스트랩 드라이버 회로를 예시한다.
[0017] 도 8은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 프로세스를 예시하는 흐름도이다.
[0018] 전자 디바이스는 배터리와 같은 전원으로부터 전자 디바이스의 다른 구성 요소들로 전력을 전달하는 스위치-모드 전력 공급기(SMPS: switch-mode power supply)를 포함할 수 있다. 배터리의 다양한 전압들에 걸쳐 효율성을 유지하기 위해 스위치-모드 전력 공급기를 설계하는 것은 어려울 수 있다. 일부 상황들에서, 배터리가 고갈되어 감소된 전압을 갖는 경우와 같이 스위치-모드 전력 공급기가 원하는 전류를 공급하지 못할 수 있다.
[0019] 일부 스위치-모드 전력 공급기들은 n-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(NMOSFET: n-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)를 고-측 스위치로서 사용한다. NMOSFET의 크기는 유사한 양의 전류를 통과시킬 수 있는 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(PMOSFET: p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)보다 작을 수 있다. 이와 같이, NMOSFET은 PMOSFET을 사용하는 것보다 저렴한 대안이 될 수 있다. 그러나, NMOSFET을 스위치로서 동작시키기 위해, 스위치-모드 전력 공급기는 공급 전압보다 큰 게이트 전압으로 NMOSFET을 구동해야 하며, PMOSFET 게이트 전압은 디바이스를 턴 온(turn on)하기 위해 공급 전압보다 낮게 구동된다. 특히, 이러한 게이트 전압은 NMOSFET의 드레인 전압과 NMOSFET의 임계 전압의 합 이상이므로 NMOSFET을 폐쇄 상태에서 스위치로서 동작하게 한다. 일부 상황들에서, 스위치-모드 전력 공급기에 제공되는 입력 전압은 전류가 배터리로부터 디바이스의 다른 구성 요소들로 흐를 수 있는 폐쇄 상태를 달성하기 위해 NMOSFET을 구동하기에 충분하지 않을 수 있다.
[0020] 이러한 난제를 해결하기 위해, 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 기법들이 본원에 설명된다. 설명된 기법들은 부트스트랩 스위치와 부트스트랩 커패시터로 부트스트랩 회로를 구현한다. 부트스트랩 스위치는 바디 다이오드(예를 들어 내부 또는 기생 다이오드)를 갖는 트랜지스터로 실현된다. 바디 다이오드는 부트스트랩 스위치가 선택적으로 정류기(예를 들어, 다이오드)로서 동작할 수 있게 한다. 부트스트랩 스위치가 정류기로서 동작하고 있는 동안, 부트스트랩 회로는 스위치-모드 전력 공급기에 걸쳐 발생하는 링잉 에너지를 하베스팅한다. 부트스트랩 회로는 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 링잉 에너지를 사용한다. 이는 부트스트랩 회로가 스위치-모드 전력 공급기에 대한 입력 전압보다 큰 공급 전압을 스위치-모드 전력 공급기의 스위칭 회로에 제공할 수 있게 한다. 링잉 에너지를 하베스팅함으로써, 스위치-모드 전력 공급기는 더 높은 효율들로 동작할 수 있으며, 다른 스위치-모드 전력 공급기들에 비해 더 낮은 입력 전압들에 대해 원하는 양의 전류를 공급할 수 있다.
[0021] 도 1은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 환경(100)을 예시한다. 환경(100)에서, 컴퓨팅 디바이스(102)는 무선 통신 링크(106)(무선 링크(106))를 통해 기지국(104)과 통신한다. 이러한 예에서, 컴퓨팅 디바이스(102)는 스마트폰으로 묘사된다. 그러나, 컴퓨팅 디바이스(102)는 모뎀, 셀룰러 기지국, 광대역 라우터, 액세스 포인트, 셀룰러 폰, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스, 미디어 디바이스, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨터, 서버, 네트워크-부착 저장(NAS: network-attached storage) 디바이스, 스마트 기기 또는 다른 사물 인터넷(IoT: internet of things) 디바이스, 의료 디바이스, 차량-기반 통신 시스템, 레이더, 무선 장치 등과 같은 임의의 적절한 컴퓨팅 또는 전자 디바이스로서 구현될 수 있다.
[0022] 기지국(104)은 임의의 적합한 유형의 무선 링크로서 구현될 수 있는 무선 링크(106)를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)와 통신한다. 셀룰러 네트워크의 타워로서 묘사되었지만, 기지국(104)은 위성, 서버 디바이스, 지상 텔레비전 방송 타워, 액세스 포인트, 피어-투-피어(peer-to-peer) 디바이스, 메시 네트워크 노드 등과 같은 무선 인터페이스를 갖는 다른 디바이스로서 나타내거나 구현될 수 있다. 따라서, 컴퓨팅 디바이스(102)는 무선 연결을 통해 기지국(104) 또는 다른 디바이스와 통신할 수 있다.
[0023] 무선 링크(106)는 기지국(104)으로부터 컴퓨팅 디바이스(102)로 전달되는 데이터 또는 제어 정보의 다운링크, 컴퓨팅 디바이스(102)로부터 기지국(104)으로 전달되는 다른 데이터 또는 제어 정보의 업링크 또는 다운링크와 업링크 모두를 포함할 수 있다. 무선 링크(106)는 2세대(2G), 3세대(3G), 4세대(4G) 또는 5세대(5G) 셀룰러; IEEE 802.11(예를 들어, Wi-Fi®); IEEE 802.15(예를 들어, Bluetooth®); IEEE 802.16(예를 들어, WiMAX®) 등과 같은 임의의 적절한 통신 프로토콜 또는 표준을 사용하여 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 무선 링크(106)는 무선으로 전력을 제공할 수 있고, 기지국(104)은 전원을 포함할 수 있다.
[0024] 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(102)는 애플리케이션 프로세서(108) 및 컴퓨터-판독 가능 저장 매체(110)(CRM(computer-readable storage medium)(110))를 포함한다. 애플리케이션 프로세서(108)는 CRM(110)에 의해 저장된 프로세서-실행 가능 코드를 실행하는 멀티-코어 프로세서와 같은 임의의 유형의 프로세서를 포함할 수 있다. CRM(110)은 휘발성 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)), 비휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리), 광학 매체, 자기 매체(예를 들어, 디스크) 등과 같은 임의의 적절한 유형의 데이터 저장 매체를 포함할 수 있다. 본 개시의 맥락에서, CRM(110)은 명령들(112), 데이터(114) 및 컴퓨팅 디바이스(102)의 다른 정보를 저장하도록 구현되며, 따라서 일시적인 전파 신호들 또는 반송파들을 포함하지 않는다.
[0025] 컴퓨팅 디바이스(102)는 또한 입력/출력 포트들(116)(I/O 포트들(116)) 및 디스플레이(118)를 포함할 수 있다. I/O 포트들(116)은 다른 디바이스들, 네트워크들 또는 사용자들과의 데이터 교환들 또는 상호 작용을 가능하게 한다. I/O 포트들(116)은 직렬 포트들(예를 들어, 범용 직렬 버스(USB: universal serial bus) 포트들), 병렬 포트들, 오디오 포트들, 적외선(IR: infrared) 포트들, 터치스크린과 같은 사용자 인터페이스 포트들 등을 포함할 수 있다. 디스플레이(118)는 운영 체제, 프로그램 또는 애플리케이션과 연관된 사용자 인터페이스와 같은 컴퓨팅 디바이스(102)의 그래픽스를 표시한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 디스플레이(118)는 디스플레이 포트 또는 가상 인터페이스로서 구현될 수 있으며, 이를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)의 그래픽 컨텐츠가 표시된다.
[0026] 컴퓨팅 디바이스(102)의 무선 트랜시버(120)는 개개의 네트워크들 및 이와 연결된 다른 전자 디바이스들에 대한 연결을 제공한다. 무선 트랜시버(120)는 무선 근거리 네트워크(WLAN: wireless local area network), 피어-투-피어(P2P: peer-to-peer) 네트워크, 메시 네트워크, 셀룰러 네트워크, 무선 광대역 네트워크(WWAN: wireless wide-area-network) 및/또는 무선 개인-영역-네트워크(WPAN: wireless personal-area-network)와 같은 임의의 적절한 유형의 무선 네트워크를 통한 통신을 용이하게 할 수 있다. 예시적인 환경(100)의 맥락에서, 무선 트랜시버(120)는 컴퓨팅 디바이스(102)가 기지국(104) 및 이와 연결된 네트워크들과 통신할 수 있게 한다. 그러나, 무선 트랜시버(120)는 또한 컴퓨팅 디바이스(102)가 다른 디바이스들 또는 네트워크들과 "직접" 통신하는 것을 가능하게 할 수 있다.
[0027] 무선 트랜시버(120)는 안테나(122)를 통해 통신 신호들을 전송 및 수신하기 위한 회로 및 로직을 포함한다. 무선 트랜시버(120)의 구성 요소들은 통신 신호들을 컨디셔닝하기 위한 (예를 들어, 신호들을 생성 또는 프로세싱하기 위한) 증폭기들, 스위치들, 혼합기들, 아날로그-대-디지털 컨버터들, 필터들 등을 포함할 수 있다. 무선 트랜시버(120)는 또한 합성, 인코딩, 변조, 디코딩, 복조 등과 같은 동위상/직교(I/Q: in-phase/quadrature) 동작들을 수행하는 로직을 포함할 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 무선 트랜시버(120)의 구성 요소들은 별도의 전송기 및 수신기 엔티티들로서 구현된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 무선 트랜시버(120)는 개개의 전송 및 수신 동작들(예를 들어, 별도의 전송 및 수신 체인들)을 구현하기 위해 복수의 또는 상이한 섹션들을 사용하여 실현될 수 있다. 일반적으로, 무선 트랜시버(120)는 안테나(122)를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)의 데이터 통신과 연관된 데이터 및/또는 신호들을 프로세싱한다.
[0028] 컴퓨팅 디바이스(102)는 또한 적어도 하나의 전원(124), 적어도 하나의 부하(126) 및 적어도 하나의 전력 전달 회로(128)를 포함한다. 전원(124)은 유선 전원, 태양광 충전기, 휴대용 충전 스테이션, 무선 충전기, 배터리 등을 포함하여, 다양한 상이한 유형의 전원들을 나타낼 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(102)의 유형에 따라, 배터리는 리튬-이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈-금속 수소화물 배터리, 니켈-카드뮴 배터리, 납산(lead acid) 배터리 등을 포함할 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 배터리는 메인 배터리 및 보조 배터리와 같은 복수의 배터리들 및/또는 복수의 배터리 셀 조합들을 포함할 수 있다.
[0029] 전력 전달 회로(128)는 전원(124)으로부터 컴퓨팅 디바이스(102)의 하나 이상의 부하들(126)로 전력을 전달한다. 일반적으로, 전력 전달 회로(128) 및 전원(124)을 통해 제공되는 전력 레벨은 하나 이상의 부하들(126)에 전력을 공급하기에 충분한 레벨에 있다. 예를 들어, 전력 레벨은 스마트폰과 연관된 부하들에 전력을 공급하는 경우 밀리와트(mW) 정도일 수 있거나, 전기 차량과 연관된 부하들에 전력을 공급하는 경우 와트 내지 킬로와트(kW) 정도일 수 있다. 부하들의 예시적인 유형들은 가변 부하, 컴퓨팅 디바이스(102)의 구성 요소(예를 들어, 애플리케이션 프로세서(108), 무선 트랜시버(120) 내의 증폭기, 디스플레이(118), 배터리 또는 전력 컨버터)와 연관된 부하, 컴퓨팅 디바이스(102) 외부에 있는 부하(예를 들어, 다른 배터리) 등을 포함한다. 전력 전달 회로(128)는 독립형 구성 요소이거나 전력 관리 집적 회로(PMIC: power management integrated circuit)(미도시)와 같은 다른 구성 요소 내에 통합될 수 있다.
[0030] 전력 전달 회로(128)는 벅(buck) 전력 컨버터(예를 들어, 벅 컨버터 또는 벅 레귤레이터), 벅-부스트(buck-boost) 전력 컨버터(예를 들어, 벅-부스트 컨버터 또는 벅-부스트 레귤레이터) 등으로서 구현될 수 있는 적어도 하나의 스위치-모드 전력 공급기(130)를 포함한다. 스위치-모드 전력 공급기(130)는 DC-DC 전력 변환을 가능하게 하는 적어도 하나의 스위칭 회로(132)를 포함한다. 스위칭 회로(132)에 추가하여, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터(그 예들이 도 2에 도시됨)를 포함하는 다른 에너지 저장 구성 요소들을 포함할 수 있다.
[0031] 스위치-모드 전력 공급기(130)는 전원(124)과 부하(126) 사이에 전력을 전달하기 위해 스위치들을 사용한다. 스위치-모드 전력 공급기(130) 내의 스위치들 중 적어도 하나는 전원(124)으로부터 부하(126)까지의 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 그러나, 스위치-모드 전력 공급기(130) 내의 기생 및 비기생 인덕터들은 전류 흐름의 변화에 저항한다. 따라서, 이러한 인덕터들은 스위치 개방에 응답하여, 스위치-모드 전력 공급기(130) 내의 전압 링잉이 전류 흐름을 방해하게 할 수 있다.
[0032] 스위치-모드 전력 공급기(130)는 또한 스위칭 회로(132)에 공급 전압을 제공하는 적어도 하나의 부트스트랩 회로(134)를 포함한다. 부트스트랩 회로(134)는 적어도 하나의 부트스트랩 스위치(136), 적어도 하나의 부트스트랩 커패시터(138) 및 적어도 하나의 부트스트랩 드라이버 회로(140)를 포함한다.
[0033] 부트스트랩 회로(134)는 부트스트랩 스위치(136)의 기생 바디 다이오드를 사용하여 스위치-모드 전력 공급기(130) 내에 존재하는 링잉 에너지를 하베스팅할 수 있다. 부트스트랩 스위치(136)는 외부 이산 다이오드에 비해 더 작은 커패시턴스와 더 낮은 임피던스를 가질 수 있다. 이는 링잉 에너지의 하베스팅을 용이하게 한다. 특히, 더 작은 커패시턴스는 부트스트랩 스위치(136)가 정류를 제공하기 위해 더 빠른 주파수 응답을 가질 수 있게 한다.
[0034] 링잉 에너지를 하베스팅함으로써, 부트스트랩 회로(134)는 스위치-모드 전력 공급기(130)에 의해 수용되는 입력 전압보다 큰 공급 전압을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 부트스트랩 회로(134)는 스위치-모드 전력 공급기(130)가 다른 유형의 스위치-모드 전력 공급기들에 비해 더 낮은 입력 전압들에서 타깃 전류량을 제공할 수 있게 한다. 추가로, 부트스트랩 회로(134)는 스위치-모드 전력 공급기(130)의 비용 또는 풋프린트(footprint)를 증가시킬 수 있는 다른 회로를 사용하지 않고도 이러한 더 큰 공급 전압을 제공할 수 있다.
[0035] 도시되지는 않았지만, 전력 전달 회로(128)는 스위치-모드 전력 공급기(130)의 동작을 제어하는 다른 유형의 제어 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 제어 회로는 스위치-모드 전력 공급기(130)의 동작을 모니터링하고 스위칭 회로(132)의 펄스-폭 변조를 제어할 수 있다. 스위치-모드 전력 공급기(130)는 도 2와 관련하여 추가로 설명된다.
[0036] 도 2는 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 전원(124), 예시적인 스위치-모드 전력 공급기(130) 및 예시적인 부하(126)를 예시한다. 스위치-모드 전력 공급기(130)는 전원(124)과 부하(126) 사이에 커플링된다. 묘사된 구성에서, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 벅 컨버터로서 구현되고, 스위칭 회로(132), 부트스트랩 회로(134), 적어도 하나의 인덕터(202) 및 적어도 하나의 커패시터(204)를 포함한다.
[0037] 스위치-모드 전력 공급기(130)는 또한 입력 노드(206), 출력 노드(208), 접지 노드(210), 스위치 노드(212) 및 부트스트랩 노드(214)를 포함한다. "노드"라는 용어는 적어도 2 개 이상의 구성 요소들(예를 들어, 회로 요소들) 사이의 전기적 연결 지점을 나타낸다. 시각적으로 단일 지점으로 묘사되지만, 노드는 2 개 이상의 구성 요소들 사이에 대략 동일한 전압 전위를 갖는 네트워크의 연결된 부분을 나타낸다. 즉, 노드는 전기적으로 연결된 구성 요소들 사이에 존재하는 전도성 매체(예를 들어, 와이어(wire) 또는 트레이스(trace))를 따라 복수의 지점들 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다.
[0038] 입력 노드(206)는 전원(124), 스위칭 회로(132) 및 부트스트랩 회로(134)를 함께 커플링한다. 입력 노드(206)에서, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 전원(124)으로부터 입력 전압(Vin)(216)과 입력 전류(Iin)(218) 둘 모두를 수용한다. 출력 노드(208)는 인덕터(202), 커패시터(204), 및 부하(126)를 함께 커플링한다. 출력 노드(208)에서, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 출력 전압(Vout)(220) 및 출력 전류(Iout)(222)를 부하(126)에 제공한다.
[0039] 접지 노드(210)는 스위칭 회로(132), 커패시터(204) 및 접지(224)를 함께 커플링한다. 접지 노드(210)에서, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 접지 전압(226)(예를 들어, 접지(224)와 연관된 기준 전압)을 수용한다. 스위치 노드(212)는 스위칭 회로(132), 부트스트랩 회로(134) 및 인덕터(202)를 함께 커플링한다. 스위치 노드(212)에서, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 전압(VSW)(228)을 제공한다. 부트스트랩 노드(214)는 부트스트랩 회로(134)와 스위칭 회로(132)를 함께 커플링한다. 부트스트랩 노드(214)에서, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 전압(VBoot)(230)을 제공한다. 특히, 부트스트랩 회로(134)는 전압(VBoot)(230)을 제공하며, 이는 스위칭 회로(132) 내의 적어도 하나의 스위치를 구동하기 위한 공급 전압으로서 사용된다.
[0040] 인덕터(202)는 스위치 노드(212)와 출력 노드(208) 사이에 커플링된다. 즉, 인덕터(202)는 스위칭 회로(132), 부트스트랩 회로(134), 커패시터(204) 및 부하(126)에 커플링된다. 따라서, 인덕터(202)는 예를 들어, 스위칭 회로(132)와 부하(126) 사이에 커플링된다. 커패시터(204)는 출력 노드(208)와 접지(224)(예를 들어, 접지 노드(210)) 사이에 커플링된다. 즉, 커패시터(204)는 인덕터(202), 부하(126), 스위칭 회로(132)(예를 들어, 인덕터(202)를 통해) 및 접지(224)에 커플링된다.
[0041] 스위칭 회로(132)는 입력 노드(206), 부트스트랩 노드(214), 스위치 노드(212) 및 접지 노드(210)에 커플링된다. 즉, 스위칭 회로(132)는 전원(124), 부트스트랩 회로(134), 인덕터(202), 커패시터(204) 및 접지(224)에 커플링된다. 부트스트랩 회로(134)는 입력 노드(206), 부트스트랩 노드(214) 및 스위치 노드(212)에 커플링된다. 즉, 부트스트랩 회로(134)는 전원(124), 스위칭 회로(132) 및 인덕터(202)에 커플링된다.
[0042] 스위칭 회로(132)는 트랜지스터들을 사용하여 구현될 수 있는 복수의 스위치들을 포함한다. 예시적인 트랜지스터들은 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(예를 들어, NMOSFET 또는 PMOSFET), 접합 전계-효과 트랜지스터(JFET: junction field-effect transistor), 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT: bipolar junction transistor), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: insulated gate bipolar transistor) 등을 포함한다. 각각의 스위치는 스위치가 폐쇄 상태와 개방 상태 사이에서 순간적으로 스위칭하는 것을 방지하는 고유 커패시터를 포함한다. 특히, MOSFET과 연관된 게이트 커패시터와 같은 고유 커패시터는 스위치의 게이트 단자에서의 전압 변화에 저항한다.
[0043] 스위치-모드 전력 공급기(130)는 패키지 또는 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 상에 구현된다. 패키지 또는 인쇄 회로 기판의 상호 연결들(예를 들어, 라우팅) 및 레이아웃으로 인한 기생 인덕턴스들이 스위칭 회로(132)에 의해 보인다. 이러한 기생 인덕턴스들은 전원(124)과 연관된 전력 노드(234)와 입력 노드(206) 사이에 존재하는 제1 기생 인덕터(232-1) 및 접지 노드(210)와 접지(224) 사이에 존재하는 제2 기생 인덕터(232-2)에 의해 나타내어진다. 예를 들어, 기생 인덕턴스들(232-1, 232-2)의 인덕턴스들은 각각 1 또는 2 나노헨리(nH) 정도일 수 있다.
[0044] 기생 인덕터들(232-1 및 232-2)과 인덕터(202)는 전류 변화에 대항한다. 인덕터들(232-1, 232-2 또는 202) 중 임의의 것을 통해 전류가 변하면, 영향을 받은 인덕터 내에 반대 전압이 유도되며, 이는 전류가 순간적으로 변하는 것을 방지한다. 유도 전압은 아래 식 1에 의해 나타낸 바와 같이, 전류가 변하는 속도와 인덕터의 인덕턴스(예를 들어, 자체-인덕턴스)에 비례한다:
식 1
여기서 V는 유도 전압을 볼트로 나타내고, L은 인덕터의 인덕턴스를 헨리로 나타내며, di/dt는 전류 변화율을 초 당 암페어로 나타낸다. 유도 전압의 극성은 전류 변화에 대항한다.
[0045] 동작 중에, 스위칭 회로(132)는 입력 전류(218)를 입력 노드(206)로부터 출력 노드(208)로 (스위치 노드(212)를 통해) 선택적으로 통과시키거나 입력 노드(206)로부터 출력 노드(208)로의 입력 전류(218)의 흐름을 방해(예를 들어, 방지 또는 중지)한다. 예를 들어, 제1 상태에서, 스위칭 회로(132)는 입력 노드(206)를 스위치 노드(212)에 연결하고 접지 노드(210)를 스위치 노드(212)로부터 연결 해제한다. 이와 같이, 스위칭 회로(132)는 스위치 노드(212)에서의 전압(VSW)(228)으로서 입력 전압(216)을 제공하고 입력 전류(218)를 제공하여 인덕터(202)를 충전한다. 입력 전류(218)는 인덕터(202)가 자기장에 의해 저장된 에너지의 양을 증가시킬 수 있게 한다.
[0046] 제2 상태에서, 스위칭 회로(132)는 스위치 노드(212)로부터 입력 노드(206)를 연결 해제하고 접지 노드(210)를 스위치 노드(212)에 연결한다. 이는 부하(126)로부터 전원(124)을 효과적으로 연결 해제한다. 스위칭 회로(132)는 스위치 노드(212)에서의 전압(VSW)(228)으로서 접지 전압(226)을 제공하고, 인덕터(202)는 출력 전류(222)를 부하(126)에 제공하기 위한 전류원으로서 동작한다. 인덕터(202)에 의해 생성된 출력 전류(222)는 인덕터를 방전시킨다(예를 들어, 자기장에 의해 저장된 에너지의 양이 감소시킴).
[0047] 고유 커패시터들로 인해, 스위칭 회로(132)는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 순간적으로 천이할 수 없다. 이와 같이, 스위칭 회로(132)는 제1 상태로부터 제2 상태로 천이하는 동안 제3 상태(예를 들어, 천이 상태)에 있을 수 있다. 스위칭 회로(132)가 제3 상태에서 동작하는 지속 시간을 천이 기간이라고 칭한다.
[0048] 제3 상태에서, 스위칭 회로(132)는 입력 노드(206)로부터 스위치 노드(212)로의 입력 전류(218)의 흐름을 감소시키고, 접지 노드(210)로부터 스위치 노드(212)로의 전류의 흐름을 증가시킨다. 이는 기생 인덕터(232-1)가 입력 전류(218)에 대한 변화에 저항하게 하고, 인덕터(202)가 출력 전류(222)에 대한 변화에 저항하게 하고, 기생 인덕터(232-2)가 접지(224)로부터 접지 노드(210)로의 전류 변화에 저항하게 한다. 이러한 대항(opposition)은 입력 노드(206), 출력 노드(208), 접지 노드(210) 및 스위치 노드(212)에서 전압 링잉이 발생하게 한다. 일부 경우들에 있어서, 전압 링잉은 부트스트랩 회로(134)에 의해 저장된 에너지의 양을 증가시키는 데 사용될 수 있는 피크 전압을 가질 수 있다.
[0049] 입력 노드(206)에서의 입력 전압(216)을 고려한다. 스위칭 회로(132)가 제3 상태 또는 제2 상태에서 동작하는 동안, 기생 인덕터(232-1)에 의해 야기된 전압 링잉은 아래의 식 2에 의해 나타낸 바와 같이, 입력 전압(216)의 피크에 영향을 미칠 수 있다:
식 2
여기서 Vin_peak는 입력 전압(216)의 피크를 나타내고, L은 기생 인덕터(232-1)의 인덕턴스를 나타내며, di는 입력 전류(218)의 흐름을 방해하는 스위칭 회로(132)로 인한 입력 전류(218)의 변화를 나타내고, dt는 스위칭 회로(132)의 천이 기간을 나타내고, VDC는 전력 노드(234)에서 전원(124)에 의해 제공되는 직류(DC: direct current) 공급 전압(236)을 나타낸다. 일부 경우들에 있어서, 입력 전압(216)의 피크(Vin_peak)는 DC 공급 전압(236)의 대략 2 배(또는 입력 전압(216)의 평균의 2 배)일 수 있다. 일반적으로, 인덕턴스 L은 고정된 값이다. 일부 상황들에서, 입력 전류(218)와 DC 공급 전압(236)은 스위치-모드 전력 공급기(130)에 연결된 전원(124)의 유형에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, DC 공급 전압(236)은 대략 2.5 내지 5.5 볼트일 수 있으며, 입력 전류(218)는 출력 전류(222)와 DC 공급 전압(236)에 따라 대략 0 내지 4 암페어일 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 입력 전압(216)의 피크는 대략 5 내지 11 볼트일 수 있다.
[0050] 부트스트랩 회로(134)는 링 하베스팅(ring harvesting)을 사용하지 않는 부트스트랩 재충전 방법과 비교하여, 이러한 링잉 에너지를 하베스팅하고 부트스트랩 노드(214)에서 전압(VBoot)(230)을 증가시킬 수 있다. 이는 스위칭 회로(132)가 더 큰 바이어스 전압과 그후에 더 낮은 온(on) 저항을 사용하여 스위치를 구동할 수 있게 하며, 이는 스위치-모드 전력 공급기(130)의 효율을 증가시킨다. 증가된 효율로 인해, 스위칭 회로(132)는 더 작은 다이(die) 크기를 갖도록 재설계될 수 있으며, 여전히 스위치-모드 전력 공급기(130)가 타깃 출력 전류(222)를 제공할 수 있게 한다. 대안적으로, 스위칭 회로(132)의 크기를 감소시키는 대신, 스위치-모드 전력 공급기(130)는 더 큰 타깃 출력 전류들(222)을 선택적으로 제공할 수 있으며, 이는 특정 유형의 부하들(126)에 유리할 수 있다. 또한, 링잉 에너지를 하베스팅하는 것은 스위치-모드 전력 공급기(130)가 링잉 에너지를 하베스팅하지 않는 다른 유사한 크기의 스위치-모드 전력 공급기들에 비해 더 낮은 입력 전압(216)에 대해 타깃 출력 전류(222)를 제공할 수 있게 한다. 스위칭 회로(132)는 도 3과 관련하여 추가로 설명된다.
[0051] 도 3은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 스위칭 회로(132)를 예시한다. 스위칭 회로(132)는 고-측(high-side) 스위치(302), 저-측(low-side) 스위치(304) 및 드라이버 회로(306)를 포함한다. 고-측 스위치(302)는 입력 노드(206)에 커플링된 제1 단자(308-1)와 스위치 노드(212)에 커플링된 제2 단자(308-2)를 갖는다. 저-측 스위치(304)는 스위치 노드(212)에 커플링된(예를 들어, 고-측 스위치(302)의 제2 단자(308-2)에 커플링된) 제1 단자(310-1)와 접지 노드(210)에 커플링된 제2 단자(310-2)를 갖는다.
[0052] 고-측 스위치(302)와 저-측 스위치(304)는 선택적으로 폐쇄 상태 또는 개방 상태에 있을 수 있다. 일반적으로, 고-측 스위치(302)와 저-측 스위치(304)는 반대 상태들에 있다. 예를 들어, 고-측 스위치(302)는 폐쇄 상태에 있을 수 있고, 저-측 스위치(304)는 개방 상태에 있을 수 있다. 대안적으로, 고-측 스위치(302)는 개방 상태에 있을 수 있고, 저-측 스위치(304)는 폐쇄 상태에 있을 수 있다.
[0053] 고-측 스위치(302) 및 저-측 스위치(304)는 임의의 유형의 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 고-측 스위치(302) 및 저-측 스위치(304)는 각각 NMOSFET(312)을 사용하여 구현될 수 있다. NMOSFET(312)은 게이트 단자(314), 드레인 단자(316) 및 소스 단자(318)를 갖는다. 드레인 단자(316)는 대응하는 스위치의 제1 단자(예를 들어, 고-측 스위치(302)의 제1 단자(308-1) 또는 저-측 스위치(304)의 제1 단자(310-1))에 대응한다. 소스 단자(318)는 대응하는 스위치의 제2 단자(예를 들어, 고-측 스위치(302)의 제2 단자(308-2) 또는 저-측 스위치(304)의 제2 단자(310-2))에 대응한다. 게이트 단자(314)는 드라이버 회로(306)에 커플링된 제3 단자(미도시)에 대응한다. 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 기법들은 고-측 스위치(302)가 효율성을 개선하기 위해 제1 단자(308-1)에서의 입력 전압(Vin)(216)보다 큰 전압으로 구동되는 트랜지스터를 사용하여 구현되는 구현들에 특히 유리하다. 이는 NMOSFET(312)을 사용하여 고-측 스위치(302)가 구현되는 구현들을 포함한다.
[0054] 일반적으로, 고-측 스위치(302)의 게이트 단자(314)를 더 큰 전압으로 바이어싱하는 것은 스위칭 회로(132)의 효율을 증가시킨다. 예를 들어, 전압(VBoot)(230)을 증가시키는 것은 고-측 스위치(302)에 걸친 게이트-대-소스 전압을 증가시킬 수 있다. 이것은 결국 고-측 스위치(302)의 내부 저항을 감소시키며, 이는 전도성 손실들을 감소시킨다. 전도성 손실들을 감소시킴으로써, 고-측 스위치(302)의 효율이 개선된다. 전도성 손실들을 줄임으로써 자체-발열량 또한 감소한다. 따라서, 더 큰 전압으로 고-측 스위치(302)를 구동하는 것은 스위치-모드 전력 공급기(130)의 효율을 증가시킨다.
[0055] 드라이버 회로(306)는 입력 노드(206), 부트스트랩 노드(214), 고-측 스위치(302), 저-측 스위치(304), 스위치 노드(212) 및 접지 노드(210)에 커플링된다. 즉, 드라이버 회로(306)는 전원(124)(도 2), 부트스트랩 회로(134)(도 2), 고-측 스위치(302), 저-측 스위치(304), 인덕터(202)(도 2) 및 접지(224)(도 2)에 커플링된다.
[0056] 드라이버 회로(306)는 스위치들(302 및 304)이 특정된 상태(예를 들어, 폐쇄 상태 또는 개방 상태)에 있도록 개개의 바이어스 전압들 및 드라이버 전류들을 제공한다. 드라이버 전류들은 스위치들(302 및 304) 내의 고유 커패시터들을 충전 또는 방전하는 것을 지원한다. 스위치들(302 및 304)이 상태들 사이에서 천이하는 속도는 개개의 고유 커패시터들이 개개의 드라이버 전류들에 의해 충전 또는 방전되는 속도에 따른다. 일반적으로, 드라이버 전류를 증가시키는 것은 천이 속도를 증가시키고(예를 들어, 연관된 스위치의 천이 기간을 감소시킴), 드라이버 전류를 감소시키는 것은 천이 속도를 감소시킨다(예를 들어, 연관된 스위치의 천이 기간을 증가시킴).
[0057] 드라이버 회로(306)는 고-측 드라이버(320) 및 저-측 드라이버(322)를 포함한다. 드라이버들(320 및 322)의 각각은 입력 단자(324), 양의 공급 단자(326), 음의 공급 단자(328) 및 출력 단자(330)를 포함한다. 고-측 드라이버(320)의 양의 공급 단자(326)는 부트스트랩 노드(214)에 커플링되고(예를 들어, 부트스트랩 회로(134)에 커플링됨), 고-측 드라이버(320)의 음의 공급 단자(328)는 스위치 노드(212)에 커플링된다(예를 들어, 고-측 스위치(302)의 제2 단자(308-2) 및 저-측 스위치(304)의 제1 단자(310-1)에 커플링됨). 고-측 드라이버(320)의 출력 단자(330)는 고-측 스위치(302)의 제3 단자(예를 들어, 고-측 스위치(302)의 게이트 단자(314))에 커플링된다.
[0058] 저-측 드라이버(322)의 양의 공급 단자(326)는 입력 노드(206)에 커플링되고(예를 들어, 고-측 스위치(302)의 제1 단자(308-1)에 커플링됨), 저-측 드라이버(322)의 음의 공급 단자(328)는 접지 노드(210)에 커플링된다(예를 들어, 저-측 스위치(304)의 제2 단자(310-2)에 커플링됨). 저-측 드라이버(322)의 출력 단자(330)는 저-측 스위치(304)의 제3 단자(예를 들어, 저-측 스위치(304)의 게이트 단자(314))에 커플링된다.
[0059] 드라이버들(320 및 322)의 입력 단자들(324)은 드라이버 제어기(미도시)에 커플링될 수 있다. 드라이버 제어기는 스위치들(302 및 304)의 상태들을 제어한다. 예를 들어, 드라이버 제어기는 비동기식 유한 상태 머신(AFSM: asynchronous finite state machine)으로서 구현될 수 있다.
[0060] 일부 구현들에서, 스위칭 회로(132)는 집적 회로 내에 구현된다. 묘사된 구성에서, 스위칭 회로(132)는 스위치-모드 전력 공급기(130) 내에 통합된다. 다른 구현들에서, 스위칭 회로(132)(또는 드라이버 제어기와 같은 스위칭 회로(132)의 일부)는 스위치-모드 전력 공급기(130) 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 드라이버 제어기는 PMIC, 애플리케이션 프로세서(108), 메인 프로세서, 보조 프로세서, 또는 컴퓨팅 디바이스(102)의 저전력 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor)에 의해 구현될 수 있다.
[0061] 동작 중에, 스위칭 회로(132)는 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 제1 상태와 제2 상태 사이에서 교번한다. 제1 상태에서, 고-측 스위치(302)가 폐쇄 상태에 있고, 저-측 스위치(304)가 개방 상태에 있다. 이는 스위칭 회로(132)가 인덕터(202)(도 2)를 충전하고 스위치 노드(212)에서 입력 전압(216)을 전압(VSW)(228)으로서 제공할 수 있게 한다.
[0062] 제2 상태에서, 고-측 스위치(302)는 개방 상태에 있고 저-측 스위치(304)는 폐쇄 상태에 있다. 이는 스위칭 회로(132)가 접지 전압(226)(도 2)을 스위치 노드(212)에서의 전압(VSW)(228)으로 제공하게 하고, 인덕터(202)가 방전할 수 있게 한다.
[0063] 제1 상태의 동작을 가능하게 하기 위해, 부트스트랩 회로(134)는 스위칭 회로(132)에 전압(VBoot)(230)을 제공한다. 전압(VBoot)(230)은 고-측 스위치(302)를 구동하는 데 사용되는 공급 전압이다. 특히, 고-측 드라이버(320)는 고-측 스위치(302)를 폐쇄 상태로 구성하기 위해 전압(VBoot)(230)을 사용한다. 부트스트랩 회로(134)는 도 4와 관련하여 추가로 설명된다.
[0064] 도 4는 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 부트스트랩 회로(134)를 예시한다. 묘사된 구성에서, 부트스트랩 회로(134)는 부트스트랩 스위치(136), 부트스트랩 커패시터(138) 및 부트스트랩 드라이버 회로(140)를 포함한다. 예시적인 구현에서, 도 2의 스위치-모드 전력 공급기(130)는 스위칭 회로(132)의 적어도 일부(예를 들어, 고-측 스위치(302) 및 저-측 스위치(304))와 부트스트랩 회로(134)의 적어도 일부(예를 들어, 부트스트랩 스위치(136))를 구현하는 집적 회로(IC: integrated circuit)를 포함한다. 이 경우, 인덕터(202)(도 2), 커패시터(204)(도 2) 및 부트스트랩 커패시터(138)는 PCB 상에 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, 이러한 구성 요소들은 집적 회로 외부에 있을 수 있다.
[0065] 부트스트랩 스위치(136)는 제1 단자(402-1)와 제2 단자(402-2)를 갖는다. 제1 단자(402-1)는 입력 노드(206)에 커플링된다(예를 들어, 도 2의 전원(124), 도 3의 저-측 드라이버(322)의 양의 공급 단자(326) 및 도 3의 고-측 스위치(302)의 제1 단자(308-1)에 커플링됨). 제2 단자(402-2)는 부트스트랩 노드(214)에 커플링된다(예를 들어, 도 3의 고-측 드라이버(320)의 양의 공급 단자(326) 및 부트스트랩 커패시터(138)에 커플링됨). 부트스트랩 스위치(136)는 폐쇄 상태 또는 개방 상태에 선택적으로 있을 수 있다.
[0066] 부트스트랩 스위치(136)는 바디 다이오드(404)(예를 들어, 내부 다이오드 또는 기생 다이오드)를 갖는 트랜지스터를 포함한다. 부트스트랩 스위치(136)가 폐쇄 상태에 있는 경우, 바디 다이오드(404)는 제1 단자(402-1)와 제2 단자(402-2) 사이에 유도되는 채널(예를 들어, 전도성 채널)에 의해 단락(예를 들어, 바이패스)된다. 그러나, 부트스트랩 스위치(136)가 개방 상태에 있는 경우, 채널이 유도되지 않는다. 따라서, 바디 다이오드(404)는 전류가 제1 단자(402-1)로부터 제2 단자(402-2)로 흐르게 할 수 있다.
[0067] 이러한 예에서, 부트스트랩 스위치(136)는 PMOSFET(406)을 포함한다. PMOSFET(406)은 게이트 단자(408), 드레인 단자(410) 및 소스 단자(412)를 포함한다. 드레인 단자(410)는 부트스트랩 스위치(136)의 제1 단자(402-1)를 나타내고, 소스 단자(412)는 부트스트랩 스위치(136)의 제2 단자(402-2)를 나타낸다. 게이트 단자(408)는 부트스트랩 드라이버 회로(140)에 커플링되는 부트스트랩 스위치(136)의 제3 단자(명시적으로 도시되지 않음)를 나타낸다. 부트스트랩 스위치(136)의 바디 다이오드(404)는 드레인 단자(410)에 커플링된 애노드(414) 및 소스 단자(412)에 커플링된 캐소드(416)를 갖는다.
[0068] 부트스트랩 커패시터(138)는 제1 단자(418-1)와 제2 단자(418-2)를 갖는다. 제1 단자(418-1)는 부트스트랩 노드(214)에 커플링된다(예를 들어, 부트스트랩 스위치(136)의 제2 단자(402-2) 및 도 3의 고-측 드라이버(320)의 양의 공급 단자(326)에 커플링됨). 제2 단자(418-2)는 스위치 노드(212)에 커플링된다(예를 들어, 도 3의 고-측 스위치(302)의 제2 단자(308-2), 도 3의 저-측 스위치(304)의 제1 단자(310-1) 및 도 2의 인덕터(202)에 커플링됨). 부트스트랩 커패시터(138)는 스위칭 회로(132)(도 3)에 전압(VBoot)(230)을 제공하기 위해 에너지를 저장한다.
[0069] 동작 중에, 부트스트랩 스위치(136)는 폐쇄 상태 또는 개방 상태에서 선택적으로 동작할 수 있다. 폐쇄 상태에서, 부트스트랩 스위치(136)는 스위칭 회로(132)가 제2 상태에 있는 동안(예를 들어, 고-측 스위치(302)가 개방 상태에 있고 저-측 스위치(304)가 폐쇄 상태에 있는 동안) 유도된 채널을 통해 부트스트랩 커패시터(138)를 충전할 수 있다. 부트스트랩 스위치(136)가 PMOSFET(406)을 사용하여 구현된다고 가정하면, PMOSFET(406)은 부트스트랩 스위치(136)가 폐쇄 상태에 있도록 하기 위해 트라이오드(triode) 영역에 따라 바이어싱될 수 있다. 이는 입력 전류(Iin)(218)가 부트스트랩 스위치(136)를 통해 흐르고 부트스트랩 커패시터(138)를 충전할 수 있게 하여 입력 전압(216)이 부트스트랩 노드(214)에서의 전압(VBoot)(230)으로 제공된다. 이러한 동작 모드가 도 5a와 관련하여 추가로 설명된다.
[0070] 개방 상태에서, 부트스트랩 스위치(136)는 스위칭 회로(132)가 제2 상태에 있거나 제1 상태로부터 제2 상태로 천이하는 동안 바디 다이오드(404)를 통해 부트스트랩 커패시터(138)를 충전할 수 있다. 부트스트랩 스위치(136)가 PMOSFET(406)을 사용하여 구현된다고 가정하면, PMOSFET(406)은 부트스트랩 스위치(136)가 개방 상태에 있도록 차단 영역에 따라 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 PMOSFET(406)이 차단 영역에서 바이어싱되도록 부트스트랩 스위치(136)의 게이트 단자(408)를 소스 단자(412)에 연결할 수 있다. 대안적으로, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 소스 단자(412)에서의 전압 이상인 전압을 게이트 단자(408)에서 제공할 수 있다.
[0071] 개방 상태에 있음으로써, 부트스트랩 스위치(136)는 부트스트랩 노드(214)로부터 입력 노드(206)를 연결 해제한다. 그러나, 바디 다이오드(404)가 입력 전압(216) 및 부트스트랩 노드(214)에서의 전압(VBoot)(230)에 의해 순방향 바이어싱되는 경우, 기생 바디 다이오드(404)는 입력 전류(Iin)(218)가 입력 노드(206)로부터 부트스트랩 노드(214)로 흐흘 수 있게 한다.
[0072] 전압 링잉은 입력 노드(206) 및 스위치 노드(212)에서 발생할 수 있다. 전압 링잉은 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 천이하고 입력 노드(206)로부터 스위치 노드(212)로의 입력 전류(218)의 흐름을 방해하는 도 3의 고-측 스위치(302)에 응답하여 발생할 수 있다. 전압 링잉은 입력 노드(206)에서의 입력 전압(216)이 입력 전압(216)(예를 들어, 도 2의 DC 공급 전압(236))의 평균(420)의 부근에서 진동하게 한다. 전압 링잉은 또한 스위치 노드(212)에서의 전압(VSW)(228)이 진동하게 한다. 진동은 평균(420)보다 높은 피크들을 갖는 입력 전압(216) 및 접지 전압(226)보다 높은 피크들을 갖는 스위치 노드(212)에서의 전압(VSW)을 초래한다. 일부 상황들에서, 입력 전압(216)의 피크-대-피크 전압은 스위치 노드(212)에서의 전압(Vsw)(228)의 피크-대-피크 전압보다 크다. 이는 제2 상태에 있거나 제2 상태로 천이하는 동안 부분적으로 스위치 노드(212)를 접지(224)에 연결하는 스위칭 회로(132)(도 3)에 기인할 수 있다. 입력 전압(216)의 진동은 또한 스위치 노드(212)에서의 전압(VSW)(228)의 진동에 대해 대략 180 도 위상차가 있다.
[0073] 전압 링잉이 발생하는 동안 부트스트랩 스위치(136)가 폐쇄 상태에 있는 경우, 전압 링잉으로부터의 에너지는 부트스트랩 스위치(136)의 유도된 채널을 통한 전류의 양방향 흐름으로 인해 부트스트랩 커패시터(138) 안팎으로 전달된다. 그러나, 개방 상태에서 부트스트랩 스위치(136)를 동작시킴으로써, 바디 다이오드(404)는 부트스트랩 스위치(136)가 정류기로서 동작할 수 있게 하고 링잉 입력 전압(216)에서 발생하는 양의 반-사이클들 동안 부트스트랩 커패시터(138)를 충전할 수 있게 한다. 입력 전압(216)의 링잉이 상당히 댐핑(damping)되거나 부트스트랩 커패시터(138)가 완전히 충전될 때까지 이러한 충전이 계속될 수 있다. 링잉 입력 전압(216)에서 발생하는 음의 반-사이클 동안, 바디 다이오드(404)는 역방향 바이어싱되어 전류를 전도하지 않는다. 전류의 흐름을 단일 방향으로 제한함으로써, 바디 다이오드(404)는 부트스트랩 커패시터(138)가 링잉 에너지를 하베스팅할 수 있게 한다. 이러한 동작 모드는 도 5b와 관련하여 추가로 설명된다.
[0074] 예시적인 상황에서, 전압 링잉은 입력 전압(216)이 입력 전압(216)의 평균(420)의 대략 2 배인 피크를 갖게 한다. 이러한 링잉 에너지로 부트스트랩 커패시터(138)를 충전함으로써, 부트스트랩 회로(134)는 입력 전압(216)의 평균(420)보다 큰(예를 들어, DC 공급 전압(236)보다 큰) 전압(VBoot)(230)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전압(VBoot)(230)은 입력 전압 평균보다 적어도 1.5 배 더 클 수 있거나, 입력 전압 평균보다 적어도 1.8 배 더 클 수 있다. 일부 상황들에서, 전압(VBoot)(230)(또는 전압(230)의 평균)은 입력 전압(216)의 평균(420)의 2 배와 대략 동일할 수 있다(예를 들어, 입력 전압(216)의 평균(420)의 2 배의 10% 이내). 부트스트랩 회로(134)의 상이한 동작 모드들이 도 5a 및 도 5b와 관련하여 추가로 설명된다.
[0075] 도 5a는 동작의 정상 모드(502)에 대한 고-측 스위치(302), 저-측 스위치(304) 및 부트스트랩 스위치(136)의 예시적인 상태 다이어그램(500-1)을 예시한다. 동작 중에, 고-측 스위치(302)와 저-측 스위치(304)는 폐쇄 상태(504)와 개방 상태(506) 사이에서 순환한다. 일반적으로, 저-측 스위치(304)는 고-측 스위치(302)와 반대 상태에 있다. 예를 들어, 고-측 스위치(302)가 폐쇄 상태(504)에 있는 경우, 저-측 스위치(304)는 개방 상태(506)에 있다. 대안적으로, 고-측 스위치(302)가 개방 상태(506)에 있는 경우, 저-측 스위치(304)는 폐쇄 상태(504)에 있다. 예를 들어, 고-측 스위치(302)가 폐쇄 상태(504)로부터 개방 상태(506)로 천이하는 것에 응답하여, 전압 링잉이 발생할 수 있다.
[0076] 정상 모드(502)에 따르면, 부트스트랩 스위치(136)는 고-측 스위치(302)와 반대 상태에 있다(예를 들어, 저-측 스위치(304)와 동일한 상태에 있음). 예를 들어, 부트스트랩 스위치(136)는 고-측 스위치(302)가 폐쇄 상태(504)에 있는 것에 응답하여, 개방 상태(506)에 있다. 또한, 부트스트랩 스위치(136)는 고-측 스위치(302)가 개방 상태(506)에 있는 것에 응답하여, 폐쇄 상태(504)에 있다. 이러한 방식으로, 부트스트랩 스위치(136)는 정상 모드(502) 동안 스위치로서 동작한다. 폐쇄 상태(504)에 있는 동안, 부트스트랩 스위치(136)는 부트스트랩 커패시터(138)를 충전하여 입력 전압(216)을 전압(VBoot)(230)으로서 제공한다.
[0077] 그러나, 일부 상황들에서, 입력 전압(216)은 고-측 스위치(302)를 구동하기에 불충분하거나 스위치-모드 전력 공급기(130)의 효율을 감소시키는 레벨에 있을 수 있다. 이를 해결하기 위해, 부트스트랩 회로(134)는 다른 모드에 따라 동작할 수 있으며, 이는 도 5b와 관련하여 추가로 설명되는 바와 같이 부트스트랩 회로(134)가 입력 전압(216)의 평균(420)보다 큰 전압(VBoot)(230)을 제공할 수 있게 한다.
[0078] 도 5b는 동작의 하베스트 모드(508)에 대한 고-측 스위치(302), 저-측 스위치(304) 및 부트스트랩 스위치(136)의 예시적인 상태 다이어그램(500-2)을 예시한다. 상태 다이어그램(500-2)에 도시된 바와 같이, 고-측 스위치(302) 및 저-측 스위치(304)는 도 5a의 상태 다이어그램(500-1)과 관련하여 상술된 것과 유사한 동작들을 갖는다. 그러나, 부트스트랩 스위치(136)는 링잉 에너지를 하베스팅하기 위해 상태 다이어그램(500-1)과 비교하여 상태 다이어그램(500-2)에서 상이한 방식으로 동작한다.
[0079] 하베스트 모드(508)에 따르면, 부트스트랩 스위치(136)가 개방 상태(506)에 있는 동안 고-측 스위치(302)는 개방 상태(506)에 있다. 개방 상태(506)에 있는 동안, 부트스트랩 스위치(136)는 입력 전압(216)의 링잉 에너지를 사용하여 부트스트랩 커패시터(138)를 충전하기 위해 정류기로서 동작한다. 이러한 방식으로, 부트스트랩 회로(134)는 입력 전압(216)의 평균(420)보다 큰 전압(VBoot)(230)을 제공한다.
[0080] 일부 구현들에서, 링잉 에너지를 하베스팅하는 것은 특히 입력 전압(216)이 큰 상황들에서 전압(VBoot)(230)이 고-측 드라이버(320)(도 3의) 및 고-측 스위치(302)(도 3)의 안전 동작 영역(SOA: safe operating area)을 초과하게 할 수 있다. 고-측 드라이버(320)가 6 볼트 이하의 공급 전압으로 작동하도록 설계된 예를 고려한다. 입력 전압(216)이 대략 5.5 볼트인 경우, 부트스트랩 회로(134)는 링잉 에너지를 하베스팅함으로써 잠재적으로 11 볼트의 전압(VBoot)(230)을 제공할 수 있다. 이러한 상황에서, 전압(VBoot)(230)은 고-측 드라이버(320)가 처리하도록 설계된 6 볼트보다 클 수 있다. 결과적으로, 고-측 드라이버(320)는 부트스트랩 회로(134)에 의해 하베스팅된 링잉 에너지에 의해 손상될 수 있다.
[0081] 스위칭 회로(132)에 대한 보호를 제공하기 위해, 부트스트랩 회로(134)는 부트스트랩 커패시터(138)에 걸친 클램프(clamp)(미도시)를 포함할 수 있다. 클램프는 부트스트랩 노드(214)에서 전압(VBoot)(230)을 제한할 수 있다. 대안적으로, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 도 6과 관련하여 추가로 설명되는 바와 같이, 입력 전압(216)을 모니터링하고 하베스트 모드(508)를 동적으로 가능하게 하거나 불가능하게 할 수 있다.
[0082] 도 6은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 전압-타이밍 다이어그램(600)을 예시한다. 전압-타이밍 다이어그램(600)은 부트스트랩 노드(214)에서의 입력 전압(216) 및 전압(VBoot)(230)의 예시적인 값들을 묘사한다. 단순화를 위해, 입력 전압(216) 및 전압(VBoot)(230)의 평균 값들이 나타내어진다. 이와 같이, 전압-타이밍 다이어그램(600)은 상태들 사이에서 천이하는 스위칭 회로(132)에 의해 야기되고 부트스트랩 커패시터(138) 및 인덕터(202)의 충전 또는 방전에 의해 야기되는 전압 변동을 묘사하지 않는다.
[0083] 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 입력 전압(216)을 모니터링하고 입력 전압(216)을 전압 임계치(602)와 비교할 수 있다. 전압 임계치(602)는 스위칭 회로(132)의 안전 동작 영역에 기초할 수 있다. 예를 들어, 전압 임계치(602)는 고-측 드라이버(320)에 대한 최대 허용 공급 전압의 절반일 수 있다. 고-측 드라이버(320)에 대한 최대 허용 공급 전압이 6 볼트인 경우, 전압 임계치(602)는 대략 3 볼트 이하일 수 있다. 일반적으로, 전압(VBoot)(230)이 스위칭 회로(132)와 연관된 전압 한계를 초과할 가능성이 있는 경우 전압 임계치(602)는 부트스트랩 회로(134)가 하베스트 모드(508)에 따라 동작하는 것을 방지함으로써 스위칭 회로(132)를 보호하도록 선택된다.
[0084] 시간 T0에서, 입력 전압(216)은 전압 임계치(602)보다 작다. 이와 같이, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 부트스트랩 스위치(136)가 하베스트 모드(508)에 따라 동작하게(예를 들어, 도 5b에서 묘사된 개방 상태(506)에 있게) 한다. 링잉 에너지를 하베스팅함으로써, 전압(VBoot)(230)은 입력 전압(216)의 대략 두 배가 될 수 있다. 입력 전압이 대략 2.5 볼트라고 가정하면, 전압(VBoot)(230)은 대략 4.6 내지 5.4 볼트일 수 있다(예를 들어, 전압(VBoot)(230)의 평균이 대략 5 볼트일 수 있음).
[0085] 시간 T1에서, 입력 전압(216)은 증가하고 전압 임계치(602)보다 크다. 이 경우, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 입력 전압(216)의 변화를 검출하고 부트스트랩 스위치(136)가 정상 모드(502)(예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 고-측 스위치(302)와 반대 상태에 있음)에 따라 동작하게 한다. 정상 모드(502)에 따라 동작함으로써, 전압(VBoot)(230)은 입력 전압(216)과 대략 동일할 수 있다. 입력 전압이 대략 4 볼트라고 가정하면, 전압(VBoot)(230)은 대략 3.8 내지 4 볼트일 수 있다.
[0086] 시간 T2에서, 입력 전압(216)은 감소하고 전압 임계치(602)보다 작다. 일부 스위치-모드 전력 공급기들의 경우, 입력 전압(216)은 고-측 스위치(302)를 구동하고 타깃 출력 전류(222)(도 2)를 제공하는 데 불충분할 수 있다. 그러나, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 입력 전압(216)의 변화를 검출하고 부트스트랩 스위치(136)가 하베스트 모드(508)에 따라 동작하게 한다. 이러한 방식으로, 부트스트랩 회로(134)는 입력 전압(216)보다 크고 고-측 스위치(302)를 구동하기에 충분한 전압(VBoot)(230)을 제공할 수 있다. 링잉 에너지를 하베스팅함으로써, 부트스트랩 회로(134)는 입력 전압(216)이 그 자체로 불충분하더라도 스위치-모드 전력 공급기(130)가 타깃 출력 전류(222)를 제공할 수 있게 한다. 예시적인 부트스트랩 드라이버 회로(140)가 도 7과 관련하여 추가로 설명된다.
[0087] 도 7은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 부트스트랩 드라이버 회로(140)를 예시한다. 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 전압 센서(702) 및 비교기(704)를 포함한다. 전압 센서(702)는 입력 노드(206)(예를 들어, 도 4의 부트스트랩 스위치(136)의 제1 단자(402-1))에 커플링된다. 전압 센서(702)는 입력 전압(216)을 모니터링한다(예를 들어, 입력 전압(216)의 평균(420) 또는 입력 전압(216)의 순간 값들을 모니터링함).
[0088] 비교기(704)의 입력들은 전압 센서(702) 및 전압 임계치(602)에 커플링된다. 예를 들어, 전력 전달 회로(128)(도 1)는 전압 임계치(602)를 생성할 수 있다. 비교기(704)의 출력은 전압 생성기와 같은 부트스트랩 드라이버 회로(140)의 다른 구성 요소들에 커플링될 수 있다.
[0089] 비교기(704)는 (전압 센서(702)에 의해 제공되는) 입력 전압(216)의 값을 전압 임계치(602)와 비교하고 부트스트랩 스위치(136)의 바이어싱을 적절하게 제어하여 스위칭 회로(132)에 대한 보호를 제공한다. 특히, 비교기(704)의 출력은 부트스트랩 스위치(136)의 게이트 단자(408)에 인가되는 바이어스 전압을 제어하여 부트스트랩 스위치(136)가 정상 모드(502) 또는 하베스트 모드(508)에 따라 동작하게 한다. 비교기(704)의 속도는 입력 전압(216)이 전압 임계치(602)보다 높은 값으로 천이할 수 있는 알려진 속도에 기반하여 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 비교기(704)의 속도는 대략 마이크로초일 수 있다.
[0090] 일부 구현들에서, 전압 센서(702)는 복제 하베스터 회로(706)를 사용하여 구현된다. 복제 하베스트 회로(706)는 다이오드(708), 복제 커패시터(710) 및 전압 분배기(712)를 포함한다. 다이오드(708)의 애노드는 입력 노드(206)에 커플링되고 다이오드(708)의 캐소드는 복제 커패시터(710) 및 전압 분배기(712)에 커플링된다. 복제 커패시터(710) 및 전압 분배기(712)는 병렬로 구현된다. 전압 분배기는 측정된 전압을 비교기(704)에 제공한다.
[0091] 복제 하베스터 회로(706)를 사용하여, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 입력 전압(216)의 링잉을 직접 감지하고 하베스트 모드(508)가 더 자주 활성화되어 스위치-모드 전력 공급기(130)의 효율성을 증가시키게 할 수 있다. 예를 들어, 복제 하베스터 회로(706)는 입력 전압(216)이 3.5볼트인 경우, 또는 부하 전류가 충분히 작다면 심지어 더 높은 경우에도(예를 들어, 4.5 볼트) 부트스트랩 드라이버 회로(140)가 하베스트 모드(508)에서 부트스트랩 회로(134)를 동작시키게 할 수 있다. 복제 하베스터 회로(706)가 없으면, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 입력 전압이 3 볼트 이하인 경우 하베스트 모드(508)에서 부트스트랩 회로(134)를 동작시키는 것으로 제한될 수 있다.
[0092] 도 8은 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 예시적인 프로세스(800)를 예시하는 흐름도이다. 프로세스(800)는 수행될 수 있는 동작들을 특정하는 블록들의 세트(802 내지 808)의 형태로 설명된다. 그러나, 동작들이 대안적인 순서로 또는 완전히 또는 부분적으로 중첩되는 방식들로 구현될 수 있으므로, 동작들이 반드시 도 8에 도시되거나 본원에 설명된 순서로 제한되는 것은 아니다. 또한, 프로세스(800) 또는 대안적인 프로세스를 수행하기 위해 더 많거나, 더 적거나, 및/또는 상이한 동작들이 구현될 수 있다. 프로세스(800)의 예시된 블록들에 의해 나타낸 동작들은 스위치-모드 전력 공급기(130)(예를 들어, 도 1 또는 도 2)에 의해 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세스(800)의 동작들은 도 2 또는 도 4에 도시된 바와 같이 부트스트랩 회로(134)에 의해 수행될 수 있다.
[0093] 블록 802에서, 부트스트랩 회로의 부트스트랩 스위치의 제1 단자에서 입력 전압이 수용된다. 예를 들어, 부트스트랩 회로(134)의 부트스트랩 스위치(136)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 단자(402-1)에서 입력 전압(216)을 수용한다. 부트스트랩 스위치(136)는 도 4의 PMOSFET(406)으로서 구현될 수 있고, 드레인 단자(410)에서 입력 전압(216)을 수용할 수 있다.
[0094] 블록 804에서, 부트스트랩 스위치는 개방 상태에 있다. 예를 들어, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 부트스트랩 스위치(136)가 개방 상태(506)에 있도록 한다. 특히, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 차단 영역에 따라 부트스트랩 스위치(136)를 바이어싱할 수 있다. 이러한 방식으로 부트스트랩 스위치(136)를 바이어싱하기 위해, 부트스트랩 드라이버 회로(140)는 소스 단자(412)에서의 전압 이상인 부트스트랩 스위치의 게이트 단자(408)에서의 바이어스 전압을 제공하거나 게이트 단자(408)를 소스 단자(412)에 연결할 수 있다.
[0095] 블록 806에서, 부트스트랩 회로의, 부트스트랩 커패시터는 부트스트랩 스위치가 개방 상태에 있는 것에 기반하여 부트스트랩 스위치의 바디 다이오드를 사용하여 충전된다. 바디 다이오드는 제1 단자에 커플링된 애노드와 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함한다. 부트스트랩 커패시터는 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된다.
[0096] 예를 들어, 부트스트랩 스위치(136)는 부트스트랩 스위치(136)가 개방 상태(506)에 있는 것에 기반하여, 바디 다이오드(404)를 사용하여 부트스트랩 커패시터(138)를 충전한다. 바디 다이오드(404)는 제1 단자(402-1)(예를 들어, 드레인 단자(410))에 커플링된 애노드(414) 및 부트스트랩 스위치(136)의 제2 단자(402-2)(예를 들어, 소스 단자(412))에 커플링된 캐소드(416)를 갖는다. 부트스트랩 커패시터(138)는 도 4에 도시된 바와 같이, 부트스트랩 스위치(136)의 제2 단자(402-2)에 커플링된다.
[0097] 블록 808에서, 부트스트랩 스위치의 제2 단자에서의 전압은 충전에 기반하여 제공된다. 전압은 입력 전압의 평균보다 크다. 예를 들어, 부트스트랩 회로(134)는 부트스트랩 스위치(136)의 제2 단자(402-2)(예를 들어, 부트스트랩 노드(214))에 전압(VBoot)(230)을 제공한다. 링잉 에너지를 하베스팅함으로써, 전압(VBoot)(230)은 입력 전압(216)의 평균(420)보다 크다. 예를 들어, 전압(VBoot)(230)은 입력 전압(216)의 평균(420)보다 적어도 1.5 배 더 크거나, 1.8 배 더 크거나, 2 배 더 클 수 있다. 이는 스위치-모드 전력 공급기(130)가 더 높은 효율로 동작할 수 있게 하고 다른 스위치-모드 전력 공급기들에 비해 더 작은 입력 전압들(216)에 대한 타깃 출력 전류(222)를 제공할 수 있게 한다.
[0098] 일부 양상들이 이하에 설명된다.
[0099] 양상 1: 장치로서,
부트스트랩 회로를 포함하고, 부트스트랩 회로는,
부트스트랩 커패시터; 및
부트스트랩 스위치를 포함하고, 부트스트랩 스위치는,
입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자;
부트스트랩 커패시터에 커플링된 제2 단자; 및
제1 단자에 커플링된 애노드 및 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함하는 바디 다이오드를 포함하고,
부트스트랩 스위치는,
바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 개방 상태에 있고; 그리고
부트스트랩 스위치의 제2 단자에 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 제공하도록 구성된다.
[0100] 양상 2: 양상 1의 장치에서, 부트스트랩 스위치는 입력 전압에 존재하는 전압 링잉에 기반하여 바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하도록 구성되고, 전압 링잉은, 입력 전압의 피크들이 입력 전압의 평균보다 커지게 한다.
[0101] 양상 3: 양상 1 또는 양상 2의 장치에서, 제2 단자에서의 전압은 입력 전압의 평균보다 적어도 1.5 배 더 크다.
[0102] 양상 4: 양상 3의 장치에서, 제2 단자에서의 전압은 입력 전압의 평균보다 적어도 1.8 배 더 크다.
[0103] 양상 5: 임의의 선행 양상의 장치에서, 제2 단자에서의 전압의 평균은 입력 전압의 평균보다 대략 2 배 더 크다.
[0104] 양상 6: 임의의 선행 양상의 장치에서, 부트스트랩 스위치는 선택적으로,
유도된 채널을 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 폐쇄 상태에 있거나; 또는
바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 개방 상태에 있도록 추가로 구성된다.
[0105] 양상 7: 양상 6의 장치에서, 부트스트랩 스위치는 선택적으로,
유도된 채널을 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 폐쇄 상태에 있는 것에 응답하여, 제2 단자에서의 전압이 제1 레벨이 되게 하거나; 또는
바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 개방 상태에 있는 것에 응답하여, 제2 단자에서의 전압이 제1 레벨보다 큰 제2 레벨이 되게 하도록 구성된다.
[0106] 양상 8: 양상 7의 장치에서,
제1 레벨은 입력 전압의 평균과 대략 동일하고; 그리고
제2 레벨은 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일하다.
[0107] 양상 9: 양상 6 내지 양상 8 중 어느 하나의 장치에서, 부트스트랩 회로는 부트스트랩 드라이버를 포함하고, 부트스트랩 드라이버는,
입력 전압을 모니터링하고; 그리고
입력 전압이 전압 임계치보다 큰 것에 응답하여, 유도된 채널을 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 부트스트랩 스위치가 폐쇄 상태에 있게 하거나; 또는
입력 전압이 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 바디 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 부트스트랩 스위치가 개방 상태에 있게 하도록 구성된다.
[0108] 양상 10: 임의의 선행 양상의 장치에서,
부트스트랩 스위치는 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 포함하고, p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터는,
제1 단자로서의 드레인 단자;
제2 단자로서의 소스 단자; 및
게이트 단자를 포함하고; 그리고
부트스트랩 스위치는, p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터가 차단 영역에 따라 바이어싱되는 것에 응답하여, 개방 상태로 동작하도록 구성된다.
[0109] 양상 11: 양상 10의 장치에서, 부트스트랩 회로는 부트스트랩 드라이버 회로를 포함하고, 부트스트랩 드라이버 회로는,
p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 게이트 단자에 게이트 전압을 제공하고; 그리고
차단 영역에 따라 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 바이어싱하기 위해 게이트 전압을, p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 소스 단자에서의 전압 이상이 되게 하도록 구성된다.
[0110] 양상 12: 양상 11의 장치에서, 부트스트랩 드라이버 회로는 게이트 전압을 소스 단자에서의 전압과 대략 동일하게 하기 위해 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 게이트 단자를 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 소스 단자에 연결하도록 구성된다.
[0111] 양상 13: 임의의 선행 양상의 장치에서,
부트스트랩 커패시터는,
부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된 제1 단자; 및
제2 단자를 포함하고, 그리고
장치는 스위치-모드 전력 공급기를 포함하고, 스위치-모드 전력 공급기는,
부트스트랩 회로; 및
스위칭 회로를 포함하고, 스위칭 회로는,
부트스트랩 스위치의 제1 단자와 부트스트랩 커패시터의 제2 단자 사이에 커플링된 스위치; 및
스위치에 커플링된 드라이버를 포함하고, 드라이버는,
부트스트랩 스위치의 제2 단자와 부트스트랩 커패시터의 제1 단자에 커플링된 양의 공급 단자; 및
부트스트랩 커패시터의 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자를 포함한다.
[0112] 양상 14: 양상 13의 장치에서, 스위치는 n-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 포함한다.
[0113] 양상 15: 양상 13 또는 양상 14의 장치에서, 부트스트랩 스위치는 선택적으로,
입력 전압이 전압 임계치보다 큰 것에 응답하여, 스위치와 반대 상태에 있거나;
입력 전압이 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 개방 상태에 있도록 구성된다.
[0114] 양상 16: 양상 13 내지 양상 15 중 어느 하나의 장치에서, 스위치-모드 전력 공급기는,
전원과 부하 사이에 커플링되고; 그리고
전원으로부터 부하로 전력을 전달하도록 구성된다.
[0115] 양상 17: 양상 13 내지 양상 16 중 어느 하나의 장치에서, 스위치-모드 전력 공급기는 부하와 부트스트랩 커패시터의 제2 단자 사이에 커플링된 인덕터를 포함한다.
[0116] 양상 18: 양상 13 내지 양상 17 중 어느 하나의 장치에서, 스위치-모드 전력 공급기는 벅 컨버터 또는 벅-부스트 컨버터를 포함한다.
[0117] 양상 19: 장치로서,
부트스트랩 회로를 포함하고, 부트스트랩 회로는,
에너지를 저장하기 위한 커패시턴스 수단; 및
커패시턴스 수단을 충전하기 위한 스위칭 수단을 포함하고, 스위칭 수단은,
입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자;
커패시턴스 수단에 커플링된 제2 단자; 및
스위칭 수단이 개방 상태에 있고 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 제2 단자에 제공하는 것에 기반하여, 커패시턴스 수단을 충전하기 위한 정류 수단을 포함한다.
[0118] 양상 20: 양상 19의 장치에서, 스위칭 수단은 선택적으로,
유도된 채널을 통해 커패시턴스 수단을 충전하고 제2 단자에서의 전압이 제1 레벨이 되게 하기 위해 폐쇄 상태에 있거나; 또는
정류 수단을 통해 커패시턴스 수단을 충전하고 제2 단자에서의 전압이 제1 레벨보다 큰 제2 레벨이 되게 하기 위해 개방 상태에 있도록 구성된다.
[0119] 양상 21: 양상 20의 장치에서,
제1 레벨은 입력 전압의 평균과 대략 동일하고; 그리고
제2 레벨은 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일하다.
[0120] 양상 22: 양상 19 내지 양상 21 중 어느 하나의 장치에서,
커패시턴스 수단은 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 제1 단자는 스위칭 수단의 제2 단자에 커플링되고; 그리고
장치는 스위치-모드 전력 공급기를 포함하고, 스위치-모드 전력 공급기는,
부트스트랩 회로; 및
스위칭 회로를 포함하고, 스위칭 회로는,
스위칭 수단의 제1 단자와 커패시턴스 수단의 제2 단자 사이에 커플링된 스위치; 및
스위치에 커플링된 드라이버를 포함하고, 드라이버는,
스위칭 수단의 제2 단자와 커패시턴스 수단의 제1 단자에 커플링된 양의 공급 단자; 및
커패시턴스 수단의 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자를 포함한다.
[0121] 양상 23: 양상 20의 장치에서, 스위칭 수단은 선택적으로,
입력 전압이 전압 임계치 이상인 것에 응답하여, 스위치와 반대 상태에 있고;
입력 전압이 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 개방 상태에 있도록 구성된다.
[0122] 양상 24: 링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법으로서,
부트스트랩 회로의 부트스트랩 스위치의 제1 단자에서 입력 전압을 수용하는 단계;
부트스트랩 스위치를 개방 상태에 있게 하는 단계;
개방 상태에 있는 부트스트랩 스위치에 기반하여, 부트스트랩 스위치의 바디 다이오드를 사용하여 부트스트랩 회로의 부트스트랩 커패시터를 충전하는 단계 ― 바디 다이오드는 제1 단자에 커플링된 애노드와 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함하고, 부트스트랩 커패시터는 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링됨 ―; 및
충전에 기반하여, 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 제공하는 단계를 포함한다.
[0123] 양상 25: 양상 24의 방법에서, 선택적으로,
유도된 채널을 사용하여 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 부트스트랩 스위치를 폐쇄 상태로 동작시키는 단계; 또는
부트스트랩 스위치의 바디 다이오드를 사용하여 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 부트스트랩 스위치를 개방 상태로 동작시키는 단계를 더 포함한다.
[0124] 양상 26: 양상 25의 방법에서,
부트스트랩 스위치를 폐쇄 상태로 동작시키는 단계는, 제2 단자에서의 전압을 제1 레벨이 되게 하는 단계를 포함하고;
부트스트랩 스위치를 개방 상태로 동작시키는 단계는, 제2 단자에서의 전압을 제1 레벨보다 큰 제2 레벨이 되게 하는 단계를 포함한다.
[0125] 양상 27: 양상 26의 방법에서,
제1 레벨은 입력 전압의 평균과 대략 동일하고; 그리고
제2 레벨은 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일하다.
[0126] 양상 28: 양상 25 내지 양상 27 중 어느 하나의 방법에서, 입력 전압을 모니터링하는 단계를 더 포함하고,
부트스트랩 스위치를 폐쇄 상태로 동작시키는 단계는, 입력 전압이 전압 임계치 이상인 것에 응답하여, 부트스트랩 스위치를 폐쇄 상태로 동작시키는 단계를 포함하고; 그리고
부트스트랩 스위치를 개방 상태로 동작시키는 단계는, 입력 전압이 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 부트스트랩 스위치를 개방 상태로 동작시키는 단계를 포함한다.
[0127] 양상 29: 양상 24 내지 양상 27 중 어느 하나의 방법에서, 스위치-모드 전력 공급기의 고-측(high-side) 스위치를 구동하는 드라이버의 양의 공급 단자에 전압을 제공하는 단계를 더 포함한다.
[0128] 양상 30: 스위치-모드 전력 공급기로서,
스위칭 회로 ― 스위칭 회로는,
제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자를 포함하는 스위치; 및
양의 공급 단자, 스위치의 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자 및 스위치의 제3 단자에 커플링된 출력 단자를 포함하는 드라이버를 포함함 ―; 및
부트스트랩 회로를 포함하고, 부트스트랩 회로는,
부트스트랩 커패시터 ― 부트스트랩 커패시터는,
드라이버의 양의 공급 단자에 커플링된 제1 단자; 및
스위치의 제2 단자와 드라이버의 음의 공급 단자에 커플링된 제2 단자를 포함함 ―; 및
부트스트랩 스위치를 포함하고, 부트스트랩 스위치는,
스위치의 제1 단자에 커플링된 제1 단자;
부트스트랩 커패시터의 제1 단자와 드라이버의 양의 공급 단자에 커플링된 제2 단자; 및
부트스트랩 스위치의 제1 단자와 제2 단자 사이에 커플링된 바디 다이오드를 포함하고,
부트스트랩 스위치는 스위치가 개방 상태에 있는 것에 기반하여 개방 상태에 있도록 구성된다.
[0129] 양상 31: 양상 30의 스위치-모드 전력 공급기에서,
부트스트랩 스위치는 부트스트랩 스위치의 제1 단자에서 입력 전압을 수용하도록 구성되고; 그리고
부트스트랩 스위치는 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 제공하도록 구성된다.
[0130] 양상 32: 양상 31의 스위치-모드 전력 공급기에서, 부트스트랩 스위치는 부트스트랩 스위치의 제1 단자에서의 입력 전압이 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 개방 상태에 있도록 추가로 구성된다.
[0131] 양상 33: 양상 32의 스위치-모드 전력 공급기에서,
부트스트랩 스위치는 입력 전압이 전압 임계치보다 큰 것에 응답하여, 스위치와 반대 상태에 있도록 추가로 구성되고; 그리고
부트스트랩 회로는 선택적으로,
부트스트랩 스위치가 스위치와 반대 상태에 있는 것에 응답하여, 입력 전압의 평균과 대략 동일한 제1 전압을, 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 제공하고; 그리고
부트스트랩 스위치가 개방 상태에 있는 것에 응답하여, 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일한 제2 전압을 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 제공하도록 구성된다.
[0132] 양상 34: 양상 30 내지 33 중 어느 하나의 스위치-모드 전력 공급기에서, 상기 바디 다이오드는,
부트스트랩 스위치의 제1 단자에 커플링된 애노드; 및
부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함한다.
[0133] 양상 35: 양상 30 내지 양상 34 중 어느 하나의 스위치-모드 전력 공급기에서,
스위치는 n-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 포함하고;
부트스트랩 스위치는 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 포함한다.
[0134] 문맥상 달리 지시하지 않는 한, 본원에서의 "또는"이라는 단어의 사용은 "포괄적 또는", 또는 "또는"이라는 단어에 의해 연결된 하나 이상의 항목들의 포함 또는 적용을 허용하는 용어의 사용으로 고려될 수 있다(예를 들어, "A 또는 B"라는 문구는 "A"만을 허용하거나 "B"만을 허용하거나 "A"와 "B"를 모두 허용하는 것으로 해석될 수 있음). 추가로, 첨부된 도면들에 나타낸 항목들 및 본원에 논의된 용어들은 하나 이상의 항목들 또는 용어들을 나타낼 수 있으며, 따라서 기재된 본 설명에서 항목들 및 용어들의 단수 또는 복수 형태들에 대해 상호 교환적으로 참조될 수 있다. 마지막으로, 주제가 구조적 특징들 또는 방법론적 동작들에 특정한 언어로 설명되었지만, 첨부된 청구항들에 정의된 주제는 특징들이 배열된 조직들 또는 동작들이 수행되는 순서들에 반드시 제한되지 않는 것을 포함하여, 상술한 특정의 특징들 또는 동작들에 반드시 제한되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.

Claims (30)

  1. 장치로서,
    부트스트랩(bootstrap) 회로를 포함하고, 상기 부트스트랩 회로는,
    부트스트랩 커패시터; 및
    부트스트랩 스위치를 포함하고, 상기 부트스트랩 스위치는,
    입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자;
    상기 부트스트랩 커패시터에 커플링된 제2 단자; 및
    상기 제1 단자에 커플링된 애노드 및 상기 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함하는 바디 다이오드를 포함하고,
    상기 부트스트랩 스위치는,
    상기 바디 다이오드를 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 개방 상태에 있고; 그리고
    상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 상기 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 제공하도록 구성되는,
    장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 상기 입력 전압에 존재하는 전압 링잉(ringing)에 기반하여 상기 바디 다이오드를 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하도록 구성되고, 상기 전압 링잉은, 상기 입력 전압의 피크들이 상기 입력 전압의 평균보다 커지게 하는,
    장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단자에서의 상기 전압의 평균은 상기 입력 전압의 평균보다 대략 2 배 더 큰,
    장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 선택적으로,
    유도된 채널을 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 폐쇄 상태에 있거나; 또는
    상기 바디 다이오드를 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 개방 상태에 있도록 추가로 구성되는,
    장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 선택적으로,
    상기 유도된 채널을 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 폐쇄 상태에 있는 것에 응답하여, 상기 제2 단자에서의 상기 전압이 제1 레벨이 되게 하거나; 또는
    상기 바디 다이오드를 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 개방 상태에 있는 것에 응답하여, 상기 제2 단자에서의 상기 전압이 상기 제1 레벨보다 큰 제2 레벨이 되게 하도록 구성되는,
    장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 레벨은 상기 입력 전압의 평균과 대략 동일하고; 그리고
    상기 제2 레벨은 상기 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일한,
    장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 회로는 부트스트랩 드라이버 회로를 포함하고, 상기 부트스트랩 드라이버 회로는,
    상기 입력 전압을 모니터링하고; 그리고
    상기 입력 전압이 전압 임계치보다 큰 것에 응답하여, 상기 유도된 채널을 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 부트스트랩 스위치가 상기 폐쇄 상태에 있게 하거나; 또는
    상기 입력 전압이 상기 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 상기 바디 다이오드를 통해 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 부트스트랩 스위치가 상기 개방 상태에 있게 하도록 구성되는,
    장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터는,
    상기 제1 단자로서의 드레인 단자;
    상기 제2 단자로서의 소스 단자; 및
    게이트 단자를 포함하고; 그리고
    상기 부트스트랩 스위치는, 상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터가 차단 영역(cut-off region)에 따라 바이어싱되는 것에 응답하여, 상기 개방 상태에서 동작하도록 구성되는,
    장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 회로는 부트스트랩 드라이버 회로를 포함하고, 상기 부트스트랩 드라이버 회로는,
    상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 상기 게이트 단자에 게이트 전압을 제공하고; 그리고
    상기 차단 영역에 따라 상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 바이어싱하기 위해 상기 게이트 전압을, 상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 상기 소스 단자에서의 전압 이상이 되게 하도록 구성되는,
    장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 드라이버 회로는 상기 게이트 전압을 상기 소스 단자에서의 상기 전압과 대략 동일하게 하기 위해 상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 상기 게이트 단자를 상기 p-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터의 상기 소스 단자에 연결하도록 구성되는,
    장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 커패시터는,
    상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 커플링된 제1 단자; 및
    제2 단자를 포함하고, 그리고
    상기 장치는 스위치-모드 전력 공급기를 포함하고, 상기 스위치-모드 전력 공급기는,
    상기 부트스트랩 회로; 및
    스위칭 회로를 포함하고, 상기 스위칭 회로는,
    상기 부트스트랩 스위치의 상기 제1 단자와 상기 부트스트랩 커패시터의 상기 제2 단자 사이에 커플링된 스위치; 및
    상기 스위치에 커플링된 드라이버를 포함하고, 상기 드라이버는,
    상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자와 상기 부트스트랩 커패시터의 상기 제1 단자에 커플링된 양의 공급 단자; 및
    상기 부트스트랩 커패시터의 상기 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자를 포함하는,
    장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 스위치는 n-채널 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터를 포함하는,
    장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 선택적으로,
    상기 입력 전압이 전압 임계치보다 큰 것에 응답하여, 상기 스위치와 반대 상태에 있거나; 또는
    상기 입력 전압이 상기 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 상기 개방 상태에 있도록 구성되는,
    장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 스위치-모드 전력 공급기는,
    전원과 부하 사이에 커플링되고; 그리고
    상기 전원으로부터 상기 부하로 전력을 전달하도록 구성되는,
    장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 스위치-모드 전력 공급기는 상기 부하와 상기 부트스트랩 커패시터의 상기 제2 단자 사이에 커플링된 인덕터를 포함하는,
    장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 스위치-모드 전력 공급기는 벅(buck) 컨버터 또는 벅-부스트(buck-boost) 컨버터를 포함하는,
    장치.
  17. 장치로서,
    부트스트랩 회로를 포함하고, 상기 부트스트랩 회로는,
    에너지를 저장하기 위한 커패시턴스 수단; 및
    상기 커패시턴스 수단을 충전하기 위한 스위칭 수단을 포함하고, 상기 스위칭 수단은,
    입력 전압을 수용하도록 구성된 제1 단자;
    상기 커패시턴스 수단에 커플링된 제2 단자; 및
    상기 스위칭 수단이 개방 상태에 있고 상기 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 상기 제2 단자에 제공하는 것에 기반하여, 상기 커패시턴스 수단을 충전하기 위한 정류 수단을 포함하는,
    장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 선택적으로,
    유도된 채널을 통해 상기 커패시턴스 수단을 충전하고 상기 제2 단자에서의 상기 전압이 제1 레벨이 되게 하기 위해 폐쇄 상태에 있거나; 또는
    상기 정류 수단을 통해 상기 커패시턴스 수단을 충전하고 상기 제2 단자에서의 상기 전압이 상기 제1 레벨보다 큰 제2 레벨이 되게 하기 위해 상기 개방 상태에 있도록 구성되는,
    장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 레벨은 상기 입력 전압의 평균과 대략 동일하고; 그리고
    상기 제2 레벨은 상기 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일한,
    장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 커패시턴스 수단은 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 상기 스위칭 수단의 상기 제2 단자에 커플링되고; 그리고
    상기 장치는 스위치-모드 전력 공급기를 포함하고, 상기 스위치-모드 전력 공급기는,
    상기 부트스트랩 회로; 및
    스위칭 회로를 포함하고, 상기 스위칭 회로는,
    상기 스위칭 수단의 상기 제1 단자와 상기 커패시턴스 수단의 상기 제2 단자 사이에 커플링된 스위치; 및
    상기 스위치에 커플링된 드라이버를 포함하고, 상기 드라이버는,
    상기 스위칭 수단의 상기 제2 단자와 상기 커패시턴스 수단의 상기 제1 단자에 커플링된 양의 공급 단자; 및
    상기 커패시턴스 수단의 상기 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자를 포함하는,
    장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 선택적으로,
    상기 입력 전압이 전압 임계치 이상인 것에 응답하여, 상기 스위치와 반대 상태에 있고; 그리고
    상기 입력 전압이 상기 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 상기 개방 상태에 있도록 구성되는,
    장치.
  22. 링잉 에너지를 하베스팅(harvesting)하기 위한 방법으로서,
    부트스트랩 회로의 부트스트랩 스위치의 제1 단자에서 입력 전압을 수용하는 단계;
    상기 부트스트랩 스위치를 개방 상태에 있게 하는 단계;
    상기 개방 상태에 있는 상기 부트스트랩 스위치에 기반하여, 상기 부트스트랩 스위치의 바디 다이오드를 사용하여 상기 부트스트랩 회로의 부트스트랩 커패시터를 충전하는 단계 ― 상기 바디 다이오드는 상기 제1 단자에 커플링된 애노드와 상기 부트스트랩 스위치의 제2 단자에 커플링된 캐소드를 포함하고, 상기 부트스트랩 커패시터는 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 커플링됨 ―; 및
    상기 충전에 기반하여, 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 상기 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 제공하는 단계를 포함하는,
    링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법.
  23. 제22 항에 있어서,
    선택적으로,
    유도된 채널을 사용하여 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 부트스트랩 스위치를 폐쇄 상태로 동작시키는 단계; 또는
    상기 부트스트랩 스위치의 상기 바디 다이오드를 사용하여 상기 부트스트랩 커패시터를 충전하기 위해 상기 부트스트랩 스위치를 상기 개방 상태로 동작시키는 단계를 더 포함하는,
    링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치를 상기 폐쇄 상태로 동작시키는 단계는, 상기 제2 단자에서의 상기 전압을 제1 레벨이 되게 하는 단계를 포함하고;
    상기 부트스트랩 스위치를 상기 개방 상태로 동작시키는 단계는, 상기 제2 단자에서의 상기 전압을 상기 제1 레벨보다 큰 제2 레벨이 되게 하는 단계를 포함하는,
    링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 제1 레벨은 상기 입력 전압의 평균과 대략 동일하고; 그리고
    상기 제2 레벨은 상기 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일한,
    링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법.
  26. 제23 항에 있어서,
    상기 입력 전압을 모니터링하는 단계를 더 포함하고,
    상기 부트스트랩 스위치를 상기 폐쇄 상태로 동작시키는 단계는, 상기 입력 전압이 전압 임계치 이상인 것에 응답하여, 상기 부트스트랩 스위치를 상기 폐쇄 상태로 동작시키는 단계를 포함하고; 그리고
    상기 부트스트랩 스위치를 상기 개방 상태로 동작시키는 단계는, 상기 입력 전압이 상기 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 상기 부트스트랩 스위치를 상기 개방 상태로 동작시키는 단계를 포함하는,
    링잉 에너지를 하베스팅하기 위한 방법.
  27. 스위치-모드 전력 공급기로서,
    스위칭 회로 ― 상기 스위칭 회로는,
    제1 단자, 제2 단자, 및 제3 단자를 포함하는 스위치; 및
    양의 공급 단자, 상기 스위치의 상기 제2 단자에 커플링된 음의 공급 단자, 및 상기 스위치의 상기 제3 단자에 커플링된 출력 단자를 포함하는 드라이버를 포함함 ―; 및
    부트스트랩 회로를 포함하고, 상기 부트스트랩 회로는,
    부트스트랩 커패시터 ― 상기 부트스트랩 커패시터는,
    상기 드라이버의 상기 양의 공급 단자에 커플링된 제1 단자; 및
    상기 스위치의 상기 제2 단자와 상기 드라이버의 상기 음의 공급 단자에 커플링된 제2 단자를 포함함 ―; 및
    부트스트랩 스위치를 포함하고, 상기 부트스트랩 스위치는,
    상기 스위치의 상기 제1 단자에 커플링된 제1 단자;
    상기 부트스트랩 커패시터의 상기 제1 단자와 상기 드라이버의 상기 양의 공급 단자에 커플링된 제2 단자; 및
    상기 부트스트랩 스위치의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 커플링된 바디 다이오드를 포함하고,
    상기 부트스트랩 스위치는 상기 스위치가 개방 상태에 있는 것에 기반하여 개방 상태에 있도록 구성되는,
    스위치-모드 전력 공급기.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제1 단자에서 입력 전압을 수용하도록 구성되고; 그리고
    상기 부트스트랩 회로는 상기 입력 전압의 평균보다 큰 전압을 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 제공하도록 구성되는,
    스위치-모드 전력 공급기.
  29. 제27 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제1 단자에서의 입력 전압이 전압 임계치보다 작은 것에 응답하여, 상기 개방 상태에 있도록 추가로 구성되는,
    스위치-모드 전력 공급기.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 부트스트랩 스위치는 상기 입력 전압이 상기 전압 임계치보다 큰 것에 응답하여, 상기 스위치와 반대 상태에 있도록 추가로 구성되고; 그리고
    상기 부트스트랩 회로는 선택적으로,
    상기 부트스트랩 스위치가 상기 스위치와 상기 반대 상태에 있는 것에 응답하여, 상기 입력 전압의 평균과 대략 동일한 제1 전압을, 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 제공하고; 그리고
    상기 부트스트랩 스위치가 상기 개방 상태에 있는 것에 응답하여, 상기 입력 전압의 평균의 2 배와 대략 동일한 제2 전압을 상기 부트스트랩 스위치의 상기 제2 단자에 제공하도록 구성되는,
    스위치-모드 전력 공급기.
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