KR101379375B1

KR101379375B1 - 모드 선택 가능한 듀얼 출력형 dc-dc 컨버터 장치

Info

Publication number: KR101379375B1
Application number: KR1020130036864A
Authority: KR
Inventors: 진태; 이수열; 김순태
Original assignee: 주식회사 동운아나텍
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2014-03-31
Anticipated expiration: 2033-04-04

Abstract

듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치는, 모드 설정값에 따라 듀얼 인덕터 모드 또는 싱글 인덕터 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 제어부; 모드 제어부의 제어 하에 부스트 동작을 위한 제1 PWM 제어신호를 생성하는 제1 PWM 제어부; 모드 제어부의 제어 하에 벅-부스트 동작을 위한 제2 PWM 제어신호를 생성하는 제2 PWM 제어부; 제1 PWM 제어신호 및 제2 PWM 제어신호에 의해 입력전원의 공급을 제어하는 스위칭부; 및 스위칭부에 연결된 출력부를 포함한다. 모드 제어부는 제1 PWM 제어부 및 제2 PWM 제어부의 동작상태를 모드별로 다르게 제어한다.
이에 따라, 단일 장치로 듀얼/싱글 인덕터 구조의 선택 사용이 가능해지며, 설계자의 필요나 탑재조건, 상황변화 등에 따라 유연하게 대처할 수 있고, 활용에 있어 성능, 크기, 비용, 확장성 등의 요소들 중 용도별로 중요시되는 특성을 쉽게 만족시킬 수 있게 된다.

Description

모드 선택 가능한 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치{MODE SELECTABLE DC-DC CONVERTER APPARATUS OF DUAL OUTPUT TYPE}

본 발명은 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로, 특히 양전압과 음전압을 발생시키는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것이다.

듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치는 DC 입력전원을 두 가지 극성의 출력전압으로 변환하여 공급해주는 전원 공급 장치이다. 예컨대, 액정 디스플레이 패널은 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치를 통해 양전압과 음전압을 생성하여 게이트 라인을 구동한다.

도 1 및 도 2는 일반적인 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치의 개략적인 구성도이다.

양전압과 음전압의 듀얼 출력을 구현하기 위한 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치의 일반적인 구조로는, 듀얼 인덕터 구조(도 1 참조)와 싱글 인덕터 구조(도 2 참조)가 있다.

듀얼 인덕터 구조는 도 1의 (a)와 같은 부스트 토폴로지(Boost topology)와 도 1의 (b)와 같은 벅-부스트 토폴로지(Buck-Boost topology)를 포함하도록 구성된다.

이 듀얼 인덕터 구조는 두 개의 인덕터(10, 20)를 사용하며, 부스트 토폴로지를 통해 하나의 인덕터(10)를 구동하여 양전압(예컨대, 4 ~ 6V)을 공급하고, 벅-부스트 토폴로지를 통해 다른 인덕터(20)를 구동하여 음전압(예컨대, -4 ~ -6V)을 공급한다.

이와 비교하여, 도 2에 도시한 싱글 인덕터 구조는 도 1의 구조에서 전술한 두 개의 인덕터(10, 20)를 제거한 후 두 노드(N1, N2) 사이에 하나의 인덕터(30)를 배치하여, 두 출력단(DDVDH, DDVDL)을 통해 두 가지 극성의 출력전압을 만들 수 있도록 한 것이다.

이와 유사한 일례로, 특허문헌 1에 기재된 미국 등록특허 US 8,232,790호는 싱글 인덕터 구조의 듀얼 출력 레귤레이터를 기재하고 있다.

듀얼 인덕터 구조를 적용하면, 가장 안정적이고 최대 효율 및 성능을 구현할 수 있다는 장점이 있으나, 두 개의 인덕터를 사용하여야 함에 따라, 외장 부품수가 늘고, 실장면적이 커지게 된다.

싱글 인덕터 구조의 경우에는, 인덕터를 하나만 사용하므로, 외장 부품수가 줄고, 실장면적이 감소되며, 제조비용이 낮아져 생산성이 향상되는데 반해, 안정성과 성능, 효율 측면에서 듀얼 인덕터 구조에 비해 취약하다.

이와 같이, 전술한 듀얼/싱글 인덕터 구조는 각자 나름의 장/단점을 가진다.

그런데, 종래 듀얼 인덕터 구조 또는 싱글 인덕터 구조는 서로 다른 장치로서 배타적으로 구현되어 있으므로, 다양한 설계자의 필요나 탑재조건, 사용환경 등에 유연하게 대처하기 어렵고, 활용에 있어 성능, 크기, 비용, 확장성 등의 요소들 중 용도별로 중요시되는 특성을 쉽게 만족시키기 어려운 문제점이 있다.

미국 등록특허 US 8,232,790호, 명칭: Architecture For Controlling A Dual Polarity, Single Inductor Boost Regulator Used As A Dual Polarity Supply In A Hard Disk Drive Dual Stage Actuator (DSA) Device

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 듀얼/싱글 인덕터 구조의 선택 사용을 가능케 하는 효과적인 구성을 제시하고, 이에 따라 설계자의 필요나 탑재조건, 사용환경 등에 따라 유연하게 대처할 수 있으며, 활용에 있어 성능, 크기, 비용, 확장성 등의 요소들 중 용도별로 중요시되는 특성을 쉽게 만족시킬 수 있는, 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치는, 모드 설정값에 따라 듀얼 인덕터 모드 또는 싱글 인덕터 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 제어부; 상기 모드 제어부의 제어 하에 입력전원으로부터 양전압을 생성하는 부스트 동작을 위한 제1 PWM 제어신호를 생성하는 제1 PWM 제어부; 상기 모드 제어부의 제어 하에 입력전원으로부터 음전압을 생성하는 벅-부스트 동작을 위한 제2 PWM 제어신호를 생성하는 제2 PWM 제어부; 상기 제1 PWM 제어부 및 상기 제2 PWM 제어부에 연결되어 제1 PWM 제어신호 및 제2 PWM 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 입력전원의 공급을 제어하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부에 연결된 출력부를 포함한다. 여기서, 상기 모드 제어부는 상기 제1 PWM 제어부 및 상기 제2 PWM 제어부의 동작상태를 모드별로 다르게 제어한다.

상기 모드 제어부는, 듀얼 인덕터 모드에서는 상기 제1 PWM 제어부와 상기 제2 PWM 제어부를 함께 활성화하여 병렬 구동하고, 싱글 인덕터 모드에서는 상기 제1 PWM 제어부와 상기 제2 PWM 제어부를 교대로 활성화하여 시분할 구동하도록 구성될 수 있다.

상기 모드 제어부는, 선택된 모드에 따라 상기 제1 PWM 제어부의 활성화 여부를 제어하는 부스트 셋신호와 상기 제2 PWM 제어부의 활성화 여부를 제어하는 벅-부스트 셋신호를 출력하되, 듀얼 인덕터 모드에서는 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 동기화된 두 클럭펄스 형태로 출력하고, 싱글 인덕터 모드에서는 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 위상 천이된 두 클럭펄스 형태로 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 모드 제어부는, 듀얼 인덕터 모드에서는 주파수 및 위상이 동일한 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 제1 주기마다 출력하고, 싱글 인덕터 모드에서는 주파수는 동일하나 180°위상 차를 가지는 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 제2 주기마다 출력하도록 구성될 수 있으며, 이때, 제2 주기는 제1 주기보다 2배 긴 값을 가질 수 있다.

상기 모드 제어부가 듀얼 인덕터 모드로 설정되는 경우, 본 발명에 따른 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치는 입력전원과 상기 스위칭부의 제1 노드 사이에 연결된 제1 인덕터와, 상기 스위칭부의 제2 노드와 접지 사이에 연결된 제2 인덕터를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1 PWM 제어부는 활성화 상태에서 상기 제1 인덕터를 구동하고, 상기 제2 PWM 제어부는 활성화 상태에서 상기 제2 인덕터를 구동하여, 두 개의 인덕터를 이용한 듀얼 출력을 구현할 수 있다.

상기 모드 제어부가 싱글 인덕터 모드로 설정되는 경우, 본 발명에 따른 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치는 상기 스위칭부의 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결된 공용 인덕터를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1 PWM 제어부와 상기 제2 PWM 제어부는 교대로 활성화되면서 상기 공용 인덕터를 구동하여 하나의 인덕터를 이용한 듀얼 출력을 구현할 수 있다.

상기 모드 제어부는, 모드 설정값이 하이이면 싱글 인덕터 모드로 설정되고, 모드 설정값이 로우이면 듀얼 인덕터 모드로 설정되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치에 따르면, 단일 장치로 듀얼/싱글 인덕터 구조의 선택 사용이 가능하며, 이에 따라 설계자의 필요나 탑재조건, 상황변화 등에 따라 유연하게 대처할 수 있고, 활용에 있어 성능, 크기, 비용, 확장성 등의 요소들 중 용도별로 중요시되는 특성을 쉽게 만족시킬 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 일반적인 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 선택 가능한 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 듀얼 인덕터 모드로 설정된 경우의 예시적인 사용 상태도.
도 5는 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 싱글 인덕터 모드로 설정된 경우의 예시적인 사용 상태도.
도 6은 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 듀얼 인덕터 모드로 동작하는 경우의 예시적인 파형도.
도 7은 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 싱글 인덕터 모드로 동작하는 경우의 예시적인 파형도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모드 선택 가능한 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 선택 가능한 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치는 모드 제어부(110), 제1 PWM(pulse width modulation) 제어부(121), 제2 PWM 제어부(122), 스위칭부(131, 132), 및 출력부(141, 142)를 포함하며, 듀얼 인덕터 구조 및 싱글 인덕터 구조가 모두 가능하도록 지원하여 필요에 따라 원하는 구조를 선택 사용할 수 있도록 구성된다.

설계자는 모드 제어부(110)에 의해 듀얼 인덕터 모드 또는 싱글 인덕터 모드를 선택하고, 선택된 모드에 맞게 두 개의 인덕터(L1, L2)를 구비시켜 사용하거나, 하나의 공용 인덕터(L)를 구비시켜 사용할 수 있다.

듀얼/싱글 인덕터 모드 중 원하는 모드를 채택하여 적용할 수 있도록, 초기 상태에서는 인덕터들(L, L1, L2)이 설치되지 않는다.

예컨대, 안정성, 고성능 등의 특성이 보다 중요한 경우에는, 부스트 동작 및 벅-부스트 동작을 개별 인덕터로 각각 수행하기 위해 설계자가 두 개의 인덕터(L1, L2)를 설치하여 도 3의 장치를 듀얼 인덕터 구조로 이용할 수 있다. 반면, 소형화나 비용절감이 더 중요한 경우에는, 부스트 동작 및 벅-부스트 동작을 하나의 공유된 인덕터로 수행하기 위해 설계자가 두 개의 인덕터(L1, L2) 대신 하나의 인덕터(L)만을 설치하여 도 3의 장치를 싱글 인덕터 구조로 이용할 수 있다.

모드 제어부(110)는 모드 설정값에 따라 듀얼 인덕터 모드 또는 싱글 인덕터 모드 중 어느 하나의 모드를 선택적으로 설정한다.

일 실시예에서, 모드는 외부 선택 핀(SIMO)의 모드 설정값에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 선택 핀(SIMO)이 입력전원으로 연결되어 모드 설정값이 하이가 되면, 도 3의 장치는 싱글 인덕터 모드로 작동한다. 선택 핀(SIMO)이 접지(GND)로 연결되어 모드 설정값이 로우가 되면, 도 3의 장치가 듀얼 인덕터 모드로 작동한다.

제1 PWM 제어부(121)는 모드 제어부(110)의 제어 하에 입력전원으로부터 (+) 극성의 양전압을 생성하는 부스트 동작을 위한 제1 PWM 제어신호를 생성하여 제1 스위칭부(131)로 출력한다.

제2 PWM 제어부(122)는 모드 제어부(110)의 제어 하에 입력전원으로부터 (-) 극성의 음전압을 생성하는 벅-부스트 동작을 위한 제2 PWM 제어신호를 생성하여 제2 스위칭부(132)로 출력한다.

스위칭부(131, 132)는 제1 PWM 제어부(121) 및 제2 PWM 제어부(122)에 연결되어 그로부터 출력되는 제1 PWM 제어신호 및 제2 PWM 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 입력전원의 공급을 제어한다. 스위칭부(131, 132)에는 제1 PWM 제어부(121)에 연결되어 입력전원의 공급을 제어하는 제1 스위칭부(131)와, 제2 PWM 제어부(122)에 연결되어 입력전원의 공급을 제어하는 제2 스위칭부(132)가 포함된다.

일 실시예에서는 스위칭부(131, 132)를 이루는 각 스위칭소자(S1 내지 S4)가 MOSFET로 구현된 경우를 예시하고 있다.

제1 스위칭부(131)는 제1 노드(SW_P)에서 접지로 연결된 제3 스위칭소자(S3)와, 제1 노드(SW_P)와 하이측 출력단(OUT_P) 사이에 연결된 제4 스위칭소자(S4)를 포함한다. 제2 스위칭부(132)는 입력단(PVIN)과 제2 노드(SW_N) 사이에 연결된 제1 스위칭소자(S1)와, 제2 노드(SW_N)와 로우측 출력단(OUT_N) 사이에 연결된 제2 스위칭소자(S2)를 포함한다.

제1 스위칭부(131)의 스위칭소자들(S3, S4)은 제1 PWM 제어부(121)로부터 출력되는 제1 PWM 제어신호에 의해 온-오프 동작하여 양전압 출력을 위한 부스트 동작을 수행한다. 제2 스위칭부(132)의 스위칭소자들(S1, S2)은 제2 PWM 제어부(122)로부터 출력되는 제2 PWM 제어신호에 의해 온-오프 동작하여 음전압 출력을 위한 벅-부스트 동작을 수행한다.

부스트 동작 시에는, 제3 스위칭소자(S3)가 온 되어 충전용 스위칭소자로서 인덕터(L1 또는 L)를 충전한 후, 제4 스위칭소자(S4)가 출력용 스위칭소자로 동작하여 인덕터(L1 또는 L)에서 방전되는 전압을 하이측 출력단(OUT_P)에 더하여 출력전압을 승압시킨다.

벅-부스트 동작 시에는, 제1 스위칭소자(S1)가 충전용 스위칭소자로 동작하여 인덕터(L2 또는 L)를 충전한 후, 제2 스위칭소자(S2)가 온 되어 출력용 스위칭소자로서 인덕터(L2 또는 L)를 방전시켜 로우측 출력단(OUT_N)의 출력전압을 감압시킨다.

출력부(141, 142)는 양전압 출력을 위한 하이측 출력단(OUT_P)과 접지 사이에 연결된 제1 출력 커패시터(C1)를 포함한 제1 출력부(141)와, 음전압 출력을 위한 로우측 출력단(OUT_N)과 접지 사이에 연결된 제2 출력 커패시터(C2)를 포함한 제2 출력부(142)로 구분된다.

제1 출력부(141)는 제1 스위칭부(131)에 연결되어 제1 스위칭부(131)에 의해 공급되는 입력전원을 승압한 양전압을 하이측 출력단(OUT_P)으로 출력한다. 제2 출력부(142)는 제2 스위칭부(132)에 연결되어 제2 스위칭부(132)에 의해 공급되는 입력전원을 감압한 음전압을 로우측 출력단(OUT_N)으로 출력한다.

이와 같은 구성에서, 모드 제어부(110)는 선택된 모드에 따라 제1 PWM 제어부(121) 및 제2 PWM 제어부(122)의 동작상태를 모드별로 다르게 제어한다.

우선, 모드 제어부(110)가 듀얼 인덕터 모드로 설정되고, 제1 인덕터(L1)가 입력전원과 스위칭부(131, 132)의 제1 노드(SW_P) 사이에 연결되며, 제2 인덕터(L2)가 스위칭부(131, 132)의 제2 노드(SW_N)와 접지 사이에 연결될 경우, 제1 PWM 제어부(121) 및 제2 PWM 제어부(122)는 두 인덕터(L1, L2)를 개별적으로 병렬 구동하여 양전압과 음전압의 듀얼 출력을 발생시키는 제1 동작을 수행한다.

듀얼 인덕터 모드에서는 두 개의 인덕터(L1, L2)가 구비되므로, 부스트 동작 및 벅-부스트 동작 시에 하나의 인덕터를 공유할 필요가 없다. 그러므로, 모드 제어부(110)가 제1 PWM 제어부(121)와 제2 PWM 제어부(122)를 함께 주기적으로 활성화하여 병렬 구동한다. 제1 PWM 제어부(121)는 활성화 상태에서 제1 인덕터(L1)를 구동하여 부스트 동작을 수행해 양전압을 생성하고, 제2 PWM 제어부(122)는 활성화 상태에서 제2 인덕터(L2)를 구동하여 벅-부스트 동작을 수행해 음전압을 생성함으로써, 두 개의 인덕터(L1, L2)를 이용한 듀얼 출력을 구현하게 된다.

한편, 모드 제어부(110)가 싱글 인덕터 모드로 설정되고, 두 인덕터(L1, L2)를 대신하여 공용 인덕터(L)가 스위칭부(131, 132)의 제1 노드(SW_P)와 제2 노드(SW_N) 사이에 연결될 경우, 제1 PWM 제어부(121) 및 제2 PWM 제어부(122)는 하나의 공용 인덕터(L)를 시분할 구동하여 양전압과 음전압의 듀얼 출력을 발생시키는 제2 동작을 수행한다.

싱글 인덕터 모드에서는 하나의 인덕터를 공유하여 부스트 동작 및 벅-부스트 동작을 수행하여야 하므로, 모드 제어부(110)가 한 주기를 제1 구간 및 제2 구간으로 분할하여 제1 PWM 제어부(121)와 제2 PWM 제어부(122)에 각 구간을 할당함으로써, 구간별로 두 PWM 제어부(121, 122)를 교대로 활성화하는 시분할 구동을 실현한다.

제1 PWM 제어부(121)와 제2 PWM 제어부(122)는 교대로 활성화되면서 공용 인덕터(L)를 공유하여 한 주기 동안 부스트 동작 및 벅-부스트 동작을 차례로 수행함으로써, 하나의 인덕터를 이용한 듀얼 출력을 구현하게 된다.

그외, 도시되지는 않았으나, 인덕터 링잉 감소를 위한 안티-링잉(Anti-Ringing) 제어회로, 출력전압을 안정화하기 위한 피드백 제어회로, 과전류 보호회로, 셧다운 시 출력을 완전히 방전시키기 위한 셧다운 제어회로 등의 추가 기능을 실시예에 따라 선택적으로 접목할 수 있을 것이다.

도 4는 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 듀얼 인덕터 모드로 설정된 경우의 예시적인 사용 상태도이다.

설계자는 모드 제어부(110)의 선택 핀(SIMO)을 접지시켜 로우로 설정함으로써 듀얼 인덕터 모드를 선택할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 인덕터(L1)는 입력전원(VBAT)과 스위칭부(131, 132)의 제1 노드(SW_P) 사이에 직렬 접속되도록 외장되고, 제2 인덕터(L2)는 스위칭부(131, 132)의 제2 노드(SW_N)와 접지 사이에 연결되도록 외장된다.

도 5는 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 싱글 인덕터 모드로 설정된 경우의 예시적인 사용 상태도이다.

설계자는 모드 제어부(110)의 선택 핀(SIMO)을 입력전원(VBAT)으로 연결시켜 하이로 설정함으로써 싱글 인덕터 모드를 선택할 수 있다. 전술한 바와 같이, 공용 인덕터(L)는 스위칭부(131, 132)의 제1 노드(SW_P)와 제2 노드(SW_N) 사이에 직렬 접속되도록 외장된다.

도 6은 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 듀얼 인덕터 모드로 동작하는 경우의 예시적인 파형도이다.

일 실시예에서, 모드 제어부(110)는 듀얼/싱글 인덕터 모드 중 선택된 모드에 따라, 제1 PWM 제어부(121)의 활성화 여부를 제어하는 부스트 셋신호(SET_P)와 제2 PWM 제어부(122)의 활성화 여부를 제어하는 벅-부스트 셋신호(SET_N)를 출력한다.

듀얼 인덕터 모드에서는 부스트 셋신호(SET_P) 및 벅-부스트 셋신호(SET_N)가 동기화된 두 클럭펄스 형태로 생성될 수 있다. 일 실시예에서는 모드 제어부(110)가 도 6에 도시한 것처럼, 주파수 및 위상이 동일한 부스트 셋신호(SET_P) 및 벅-부스트 셋신호(SET_N)를 제1 주기(T1)마다 출력한다.

부스트 셋신호(SET_P)가 하이를 출력하면, 제1 PWM 제어부(121)는 그에 응답하여 부스트 동작을 위한 제1 PWM 제어신호(PWM_Boost)를 출력하여 제1 스위칭부(131)의 스위칭소자들(S3, S4)을 온-오프 동작시킨다.

이때, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 인덕터 전류(IL_Boost)의 변화를 이용해 한 주기(T1) 동안의 부스트 동작을 설명하면 다음과 같다.

부스트 동작 시에는, 제3 스위칭소자(S3)의 온 시간 동안 제1 인덕터(L1)에 인덕터 전류(IL_Boost)가 유입되어 전기에너지가 충전된다. 이후, 제3 스위칭소자(S3)가 오프되면 제1 인덕터(L1)에 충전된 전기에너지가 제4 스위칭소자(S4)를 통해 부하에 전달되면서 하이측 출력단(OUT_P)에 입력전원보다 높은 양전압이 출력된다. 이후, 영전류(Zero Current) 스위칭으로 스위칭 손실을 저감하기 위해 제3 스위칭소자(S3) 및 제4 스위칭소자(S4)가 모두 오프된다.

듀얼 인덕터 모드에서는 제1 인덕터(L1)가 구동되는 해당 주기(T1) 동안에 제2 인덕터(L2)도 함께 구동되어 벅-부스트 동작을 수행한다.

부스트 셋신호(SET_P)와 동일한 주파수 및 위상을 가지는 벅-부스트 셋신호(SET_N)가 하이를 출력하면, 제2 PWM 제어부(122)가 그 응답으로 벅-부스트 동작을 위한 제2 PWM 제어신호(PWM_BuckBoost)를 출력한다. 그리고, 제2 PWM 제어신호(PWM_BuckBoost)에 따라 제2 스위칭부(132)의 스위칭소자들(S1, S2)이 온-오프 동작하여 로우측 출력단(OUT_N)에 입력전원보다 낮은 음전압을 출력하게 된다.

도 7은 도 3의 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치가 싱글 인덕터 모드로 동작하는 경우의 예시적인 파형도이다.

싱글 인덕터 모드에서는 모드 제어부(110)가 한 주기(T2)를 두 구간(T21, T22)으로 나누어 구간별로 제1 PWM 제어부(121) 및 제2 PWM 제어부(122)를 번갈아 활성화시키기 위하여, 부스트 셋신호(SET_P) 및 벅-부스트 셋신호(SET_N)를 위상 천이된 두 클럭펄스 형태로 출력할 수 있다.

일 실시예에서는 모드 제어부(110)가 도 7에 도시한 것처럼, 주파수는 동일하나 180°위상 차를 가지는 부스트 셋신호(SET_P) 및 벅-부스트 셋신호(SET_N)를 제2 주기(T2)마다 출력한다. 이때, 한 주기(T2) 동안 하나의 공용 인덕터(L)로 부스트 동작 및 벅-부스트 동작을 교대로 수행하여야 하므로, 제2 주기(T2)는 듀얼 인덕터 모드에서의 제1 주기(T)보다 2배 길어지게 된다.

제1 구간(T21)에는 부스트 셋신호(SET_P)가 하이로 출력되어 제1 PWM 제어부(121)가 활성화되고, 제2 구간(T22)에는 벅-부스트 셋신호(SET_N)가 하이로 출력되어 제2 PWM 제어부(122)가 활성화된다.

이러한 부스트 셋신호(SET_P) 및 벅-부스트 셋신호(SET_N)에 따른, 부스트 동작을 위한 제1 구간(T21) 동안의 제1 PWM 제어신호(PWM_Boost)와 제2 PWM 제어신호(PWM_BuckBoost), 벅-부스트 동작을 위한 제2 구간(T22) 동안의 제1 PWM 제어신호(PWM_Boost)와 제2 PWM 제어신호(PWM_BuckBoost), 그리고 공용 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL_SIMO)의 변화를 예시하면, 도 7과 같다.

본 발명에 따른 모드 선택 가능한 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

110: 모드 제어부
121, 122: PWM 제어부
131, 132: 스위칭부
141, 142: 출력부
L, L1, L2: 인덕터

Claims

모드 설정값에 따라 듀얼 인덕터 모드 또는 싱글 인덕터 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 제어부;
상기 모드 제어부의 제어 하에 입력전원으로부터 양전압을 생성하는 부스트 동작을 위한 제1 PWM 제어신호를 생성하는 제1 PWM 제어부;
상기 모드 제어부의 제어 하에 입력전원으로부터 음전압을 생성하는 벅-부스트 동작을 위한 제2 PWM 제어신호를 생성하는 제2 PWM 제어부;
상기 제1 PWM 제어부 및 상기 제2 PWM 제어부에 연결되어 제1 PWM 제어신호 및 제2 PWM 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 입력전원의 공급을 제어하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부에 연결된 출력부를 포함하되,
상기 모드 제어부는 상기 제1 PWM 제어부 및 상기 제2 PWM 제어부의 동작상태를 모드별로 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.
제1항에 있어서, 상기 모드 제어부는,
듀얼 인덕터 모드에서는 상기 제1 PWM 제어부와 상기 제2 PWM 제어부를 함께 활성화하여 병렬 구동하고, 싱글 인덕터 모드에서는 상기 제1 PWM 제어부와 상기 제2 PWM 제어부를 교대로 활성화하여 시분할 구동하는 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.
제1항에 있어서, 상기 모드 제어부는,
선택된 모드에 따라 상기 제1 PWM 제어부의 활성화 여부를 제어하는 부스트 셋신호와 상기 제2 PWM 제어부의 활성화 여부를 제어하는 벅-부스트 셋신호를 출력하되, 듀얼 인덕터 모드에서는 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 동기화된 두 클럭펄스 형태로 출력하고, 싱글 인덕터 모드에서는 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 위상 천이된 두 클럭펄스 형태로 출력하는 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.
제3항에 있어서, 상기 모드 제어부는,
듀얼 인덕터 모드에서는 주파수 및 위상이 동일한 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 제1 주기마다 출력하고, 싱글 인덕터 모드에서는 주파수는 동일하나 180°위상 차를 가지는 부스트 셋신호 및 벅-부스트 셋신호를 제2 주기마다 출력하며, 제2 주기는 제1 주기보다 2배 긴 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.
제1항에 있어서,
상기 모드 제어부는 듀얼 인덕터 모드로 설정되고,
입력전원과 상기 스위칭부의 제1 노드 사이에 연결된 제1 인덕터와, 상기 스위칭부의 제2 노드와 접지 사이에 연결된 제2 인덕터를 더 포함하며,
상기 제1 PWM 제어부는 활성화 상태에서 상기 제1 인덕터를 구동하고, 상기 제2 PWM 제어부는 활성화 상태에서 상기 제2 인덕터를 구동하여, 두 개의 인덕터를 이용한 듀얼 출력을 구현하는 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.
제1항에 있어서,
상기 모드 제어부는 싱글 인덕터 모드로 설정되고,
상기 스위칭부의 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결된 공용 인덕터를 더 포함하며,
상기 제1 PWM 제어부와 상기 제2 PWM 제어부는 교대로 활성화되면서 상기 공용 인덕터를 구동하여 하나의 인덕터를 이용한 듀얼 출력을 구현하는 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.
제1항에 있어서, 상기 모드 제어부는,
모드 설정값이 하이이면 싱글 인덕터 모드로 설정되고, 모드 설정값이 로우이면 듀얼 인덕터 모드로 설정되는 것을 특징으로 하는 듀얼 출력형 DC-DC 컨버터 장치.