KR101741719B1

KR101741719B1 - Method and apparatus for converting power

Info

Publication number: KR101741719B1
Application number: KR1020150161993A
Authority: KR
Inventors: 정민용; 조규형
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-05-30
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: KR20170058151A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따르면, SIMO(single inductor multiple output) 기반 전력 변환 장치에 있어서, 입력 전력부, 입력 전력부의 입력 전력에 기반하여 인덕터 전류를 출력하는 단일 인덕터를 포함하는 인덕터부, 상기 인덕터부의 인덕터 전류에 기반하여 부하에 출력 전력을 공급하는 복수의 출력부, 상기 각 출력부의 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성하는 복수의 에러 생성부 및 상기 각 에러 생성부로부터 공급되는 에러 정보에 기반하여 상기 각 출력부와 상기 인덕터부를 연결하는 각 출력 스위치의 동작을 제어하는 에러 선택부를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a single inductor multiple output (SIMO) based power conversion apparatus comprising: an inductor unit including a single inductor that outputs an inductor current based on an input power unit and an input power of the input power unit; A plurality of output units for supplying output power to a load based on an inductor current, a plurality of error generators for generating error information based on output powers and reference powers of the respective output units, And an error selector for controlling operation of each of the output switches that connect the output unit and the inductor unit based on the output of the inductor unit and a power conversion method using the same.

Description

[0001] METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING POWER [0002]

본 발명은 직류(DC, direct current)-직류 전력 변환 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 단일 인덕터 다중 출력(SIMO, single inductor multiple output)을 이용한 DC-DC 전력 변환 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current (DC) direct current power conversion method and apparatus. The present invention also relates to a DC-DC power conversion method and apparatus using a single inductor multiple output (SIMO).

최근 전자 장치의 발전으로 인하여 전자 장치는 다양한 기능을 제공하고 전자 장치는 다양한 출력 전압을 요구한다. 전자 장치에는 일정한 전원이 공급되고, 일정하게 공급되는 전원으로부터 복수의 전원을 출력하기 위해서는 다양한 전원 변환 장치가 요구된다. 이러한 요구에 따라 전자 장치에 내장되는 인쇄 회로 기판 (PCT, printed circuit board)의 전원 관리 집적 회로(PMIC, power management integrate circuit)에 대한 기술이 발전하고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Due to the recent development of electronic devices, electronic devices provide various functions and electronic devices require various output voltages. A variety of power conversion devices are required to output a plurality of power sources from a constantly supplied power source. In response to these demands, technologies for a power management integrate circuit (PMIC) of a printed circuit board (PCT) embedded in an electronic device have been developed.

PMIC는 전자 장치에서 전력을 효율적으로 관리하기 위해 사용되는 반도체(칩) 이다. PMIC는 휴대용 기기, 가전 기기 등의 전자 기기에 입력되는 전력을 해당 기기에서 요구하는 부하에 적합하게 변환, 배분 및 제어하는 전력 반도체이다. 예를 들어, 전자 장치의 PMIC는 배터리의 직류 전압원으로부터 전자 기기기 필요로 하는 다양한 출력 (디스플레이 제어, 진동 제어, 입력 제어, 조명 제어, 음원 제어 등)을 공급해야 한다.A PMIC is a semiconductor (chip) used to efficiently manage power in an electronic device. The PMIC is a power semiconductor that converts, divides, and controls the power input to electronic devices such as portable devices and home appliances to the loads required by the devices. For example, a PMIC in an electronic device must supply a variety of outputs (display control, vibration control, input control, lighting control, tone control, etc.) required by an electronic device from a DC voltage source of the battery.

PMIC와 관련하여 가장 큰 문제는 하나의 PMIC를 구현하기 위해서 다수의 인덕터를 필요로 하는 것이다. 증가된 인덕터로 인해서 전체 PCB 면적도 증가하고, 비용 역시 증가합니다. 전자 기기가 소형화되고 있는 추세에서 PCB 면적을 줄이고 비용 절감을 위해서 인덕터 수를 줄이는 것은 PMIC 설계에 있어서 중요하다.The biggest problem with PMICs is that they require multiple inductors to implement a single PMIC. Increased inductors increase the overall PCB area and increase costs. Reducing the number of inductors to reduce PCB area and cost in the trend of miniaturization of electronic devices is important for PMIC design.

도 1은 SIMO DC-DC 컨버터(converter)를 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, SIMO DC-DC 컨버터는 하나의 입력 전원(V_IN) 및 하나의 인덕터(L)를 이용하여 출력단에 복수의 출력(V_o1, V_o2)을 제공할 수 있다. 이와 같이, SIMO DC-DC 컨버터를 사용하게 되면 하나의 인덕터를 이용해 다수의 출력에 전원을 공급할 수 있다. 따라서 SIMO는 PCB 면적을 줄이고 비용을 줄일 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있다.1 is a diagram illustrating a SIMO DC-DC converter. Referring to FIG. 1, a SIMO DC-DC converter can provide a plurality of outputs ( _Vo1 , _Vo2 ) to an output terminal using one input power supply (V _IN ) and one inductor (L). Thus, using a SIMO DC-DC converter, one inductor can be used to power multiple outputs. SIMO can therefore be an effective way to reduce PCB area and reduce costs.

하지만 SIMO 컨버터는 아래의 중요한 단점이 있다. SIMO 컨버터는 효율성 및 안정성에서 단점이 있다. 효율과 안정성은 PMIC 성능에 있어서 중요한 성능이다. 따라서 SIMO 컨버터가 가지는 매우 큰 장점에도 불구하고 SIMO 기술이 널리 이용되지 않고 있습니다.However, SIMO converters have the following significant drawbacks. SIMO converters have drawbacks in efficiency and stability. Efficiency and stability are important performance for PMIC performance. Therefore, despite the great advantages of SIMO converters, SIMO technology is not widely used.

따라서 종래 SIMO 컨버터들이 가지는 효율성 및 안정성의 단점이 보완된 새로운 방식의 SIMO 컨버터가 요구된다.Therefore, there is a need for a new type of SIMO converter which is complemented by the disadvantages of efficiency and stability of conventional SIMO converters.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율적인 직류(DC, direct current)-직류 전력 변환 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 인덕터 다중 출력(SIMO, single inductor multiple output)을 이용한 효율적이고, 안정적인 DC-DC 전력 변환 방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an efficient direct current (DC) -direct power conversion method and apparatus. In particular, it is an object of the present invention to provide an efficient and stable DC-DC power conversion method and apparatus using single inductor multiple output (SIMO).

본 발명의 실시 예에 따르면, SIMO(single inductor multiple output) 기반 전력 변환 장치에 있어서, 입력 전력부; 입력 전력부의 입력 전력에 기반하여 인덕터 전류를 출력하는 단일 인덕터를 포함하는 인덕터부; 상기 인덕터부의 인덕터 전류에 기반하여 부하에 출력 전력을 공급하는 복수의 출력부; 상기 각 출력부의 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성하는 복수의 에러 생성부; 및 상기 각 에러 생성부로부터 공급되는 에러 정보에 기반하여 상기 각 출력부와 상기 인덕터부를 연결하는 각 출력 스위치의 동작을 제어하는 에러 선택부를 포함하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a single inductor multiple output (SIMO) based power conversion apparatus comprising: an input power unit; An inductor unit including a single inductor that outputs an inductor current based on the input power of the input power unit; A plurality of output units for supplying output power to a load based on an inductor current of the inductor unit; A plurality of error generators for generating error information based on output powers and reference powers of the respective output units; And an error selector for controlling operation of each of the output switches connecting the output unit and the inductor unit based on the error information supplied from the error generators.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, SIMO(single inductor multiple output) 기반 전력 변환 방법에 있어서, 입력 전원에 기반하여 복수의 출력부에 출력 전력을 공급하는 단계; 복수의 에러 생성부에서 상기 각 출력부의 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성하는 단계; 및 에러 선택부에서 상기 각 에러 생성부로부터 공급되는 에러 정보에 기반하여 상기 각 출력부와 상기 인덕터부를 연결하는 각 출력 스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is also provided a method of converting a single inductor multiple output (SIMO) power, comprising: supplying output power to a plurality of output units based on input power; Generating error information based on the output power and the reference power of each output unit in a plurality of error generators; And controlling an operation of each of the output switches connecting the output unit and the inductor unit based on the error information supplied from the error generating unit in the error selecting unit.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, SIMO(single inductor multiple output) 기반 전력 변환 장치를 포함하는 전자 장치에 있어서, 전력 변환 장치; 상기 전력 변환 장치에 전원을 공급하는 입력 전원; 상기 전력 변환 장치의 출력부에 연결되는 복수의 부하; 및 상기 각 부하의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전력 변환 장치는, 상기 전원에 기반하여 인덕터 전류를 출력하는 단일 인덕터를 포함하는 인덕터부, 상기 인덕터부의 인덕터 전류에 기반하여 상기 각 부하에 출력 전력을 공급하는 상기 복수의 출력부, 상기 각 출력부의 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성하는 복수의 에러 생성부, 및 상기 각 에러 생성부로부터 공급되는 에러 정보에 기반하여 상기 각 출력부와 상기 인덕터부를 연결하는 각 출력 스위치의 동작을 제어하는 에러 선택부를 포함하는 전자 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is also provided an electronic device including a single inductor multiple output (SIMO) based power conversion device, comprising: a power conversion device; An input power supply for supplying power to the power inverter; A plurality of loads coupled to an output of the power inverter; And a control unit for controlling the operation of each of the loads, wherein the power conversion apparatus includes: an inductor unit including a single inductor that outputs an inductor current based on the power source; A plurality of error generators for generating error information based on the plurality of output sections for supplying output power, the output power of each of the output sections, and the reference power, and error generators for generating, based on the error information supplied from the error generators, And an error selector for controlling the operation of each of the output switches connecting the output unit and the inductor unit.

본 발명의 실시 예에 따르면, 효율적인 직류(DC, direct current)-직류 전력 변환 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, an efficient direct current (DC) -direct power conversion method and apparatus can be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 단일 인덕터 다중 출력(SIMO, single inductor multiple output)을 이용한 효율적이고, 안정적인 DC-DC 전력 변환 방법 및 장치를 제공할 수 있다.Also, according to embodiments of the present invention, an efficient and stable DC-DC power conversion method and apparatus using single inductor multiple output (SIMO) can be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 경부하(light load) 및 부하 과도 상황에서 효율성 및 안전성이 보장되는 전력 변환 방법 및 장치를 제공할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a power conversion method and apparatus that ensure efficiency and safety in light load and load transient situations.

도 1은 SIMO DC-DC 컨버터(converter)를 설명하는 도면이다.
도 2는 비교기 기반 SIMO 벅 컨버터를 설명하는 도면이다.
도 3은 에러 기반 SIMO 벅 컨버터를 설명하는 블록도이다.
도 4는 에러 기반 SIMO 벅 컨버터의 회로도를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 실시 예에 따른 출력 전압을 설명하는 도면이다.
도 6은 에러 기반 SIMO 벅 컨버터의 에러 선택부 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 실시 예에서 시간에 따른 각 신호의 출력 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 2의 실시 예와 도 3의 실시 예에서 시간에 따른 출력 전압을 비교하는 도면이다.
도 9는 하이브리드 기반 SIMO 벅 컨버터를 설명하는 블록도이다.
도 10은 도 9의 실시 예에 따른 하이브리드 기반 SIMO 벅 컨버터의 회로도를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 SIMO 벅 컨버터의 개략적인 구조를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에서 에러 생성부의 구조를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 SIMO 벅 컨버터의 상세 회로도를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 포함하는 전자 장치를 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 방법을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a SIMO DC-DC converter.
2 is a diagram illustrating a comparator-based SIMO buck converter.
3 is a block diagram illustrating an error based SIMO buck converter.
4 is a diagram illustrating a circuit diagram of an error-based SIMO buck converter.
5 is a diagram illustrating an output voltage according to the embodiment of FIG.
6 is a diagram illustrating an error selector operation of an error based SIMO buck converter.
7 is a diagram showing the output timing of each signal with respect to time in the embodiment of Fig.
FIG. 8 is a diagram comparing output voltages over time in the embodiment of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 3;
9 is a block diagram illustrating a hybrid-based SIMO buck converter.
10 is a diagram illustrating a circuit diagram of a hybrid-based SIMO buck converter according to the embodiment of FIG.
11 is a diagram illustrating a schematic structure of a SIMO buck converter according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing the structure of an error generation unit in the embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a detailed circuit diagram of a SIMO buck converter according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating an electronic device including a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
15 is a view for explaining a power conversion method of the power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of well-known functions and constructions that may obscure the gist of the present invention will be omitted. In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to various embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between .

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

본 발명의 실시 예에서 PMIC를 내장하는 전자 장치는 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 개인 휴대용 단말기(PDA), 모뎀, 컴퓨터, 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 게이밍 장치, 음악저장 및 재생 가전제품, 가전제품 등을 포함할 수 있다.The electronic device incorporating the PMIC in the embodiment of the present invention may be a cellular phone, a smart phone having a wireless communication function, a personal digital assistant (PDA), a photographing device such as a modem, a computer, a digital camera, a gaming device, Products, household appliances, and the like.

본 발명의 실시 예에서 스위칭 주파수(switching frequency)는 전력 변환기의 스위칭 소자가 기 설정된 시간 동안 온-오프 동작을 반복하는 횟수 이다. 예를 들어, 온-오프를 실시하는 단위를 1 주기로 하였을 때, 1 sec 동안 1 주기가 반복되는 횟수를 의미할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 스위칭 순서(switching order)는 전력 변환 장치의 출력단에 전류를 공급하는 스위치 사이의 동작 순서이다.In the embodiment of the present invention, the switching frequency is the number of times the switching element of the power converter repeats an on-off operation for a predetermined time. For example, the number of times that one cycle is repeated for 1 sec when the unit for on-off is set to one cycle. In the embodiment of the present invention, the switching order is a sequence of operations between switches that supply current to the output stage of the power conversion apparatus.

본 발명의 실시 예에서 전력 변환 장치(power converter)는 입력 전력을 전류, 전압, 주파수 등이 다른 출력 전환으로 변환하는 장치를 의미한다.In the embodiment of the present invention, a power converter refers to a device that converts input power into output conversions of different current, voltage, frequency, and the like.

본 발명의 실시 예에서는 에러 정보에 기반한 전력 변환 장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따르면 에러 정보에 기반하여 출력 스위치의 스위칭 주파수 및 스위칭 순서를 제어하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.
Embodiments of the present invention provide a power conversion device based on error information. According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a power conversion apparatus for controlling the switching frequency and the switching order of the output switch based on error information.

도 2는 비교기 기반 SIMO 벅 컨버터를 설명하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a comparator-based SIMO buck converter.

도 2를 참조하면, SIMO 벅 컨버터는 입력 전력 스위치 제어부(210)과 출력 전력 스위치 제어부(220)를 포함한다. 입력 전력 스위치 제어부(210)는 입력 스위치(S_i1, S_i2)의 온-오프를 제어하여 입력 전력(Vin)이 인덕터(L)에 공급되거나 차단되도록 제어한다. 제1 입력 스위치(S_i1)가 온 상태이고, 제2 입력 스위치(S_i2)가 오프 상태인 경우 입력 전력(V_in)이 인덕터(L)에 공급되고, 제1 입력 스위치(S_i1)이 오프 상태이고, 제2 입력 스위치(S_i2)가 온 상태이면 입력 전력(V_in)은 인덕터에 공급되지 않는다.Referring to FIG. 2, the SIMO buck converter includes an input power switch control unit 210 and an output power switch control unit 220. The input power switch control unit 210 controls on / off of the input switches S _i1 and S _i2 to control the input power Vin to be supplied to or cut off from the inductor L. When the first input switch S _i1 is on and the second input switch S _i2 is off, the input power V _in is supplied to the inductor L and the first input switch S _i1 is and the off-state, the second input switch (S _i2) is turned on power input (V _in) is not supplied to the inductor.

출력 전력 스위치 제어부(220)는 출력 스위치(S_o1, S_o2, S_o3)의 온-오프를 제어하여 인덕터 전류(I_L)가 출력단(C₁, C₂, C₃)에 공급되거나 차단되도록 제어한다. 제1 출력 스위치(S_o1)가 온 상태이면 인덕터 전류 (I_L)이 제1 출력단(C₁)에 공급되고, 제1 출력 스위치(S_o1)가 오프 상태이면 인덕터 전류(I_L)이 제1 출력단(C₁)에 제공되지 않는다. 제2 출력 스위치(S_o2)가 온 상태이면 인덕터 전류 (I_L)이 제2 출력단(C₂)에 공급되고, 제2 출력 스위치(S_o2)가 오프 상태이면 인덕터 전류(I_L)이 제2 출력단(C₂)에 제공되지 않는다. 제3 출력 스위치(S_o3)가 온 상태이면 인덕터 전류 (I_L)이 제3 출력단(C₃)에 공급되고, 제3 출력 스위치(S_o3)가 오프 상태이면 인덕터 전류(I_L)이 제3 출력단(C₃)에 제공되지 않는다.The output power switch control unit 220 controls on and off of the output switches S _o1 , S _o2 and S _o3 so that the inductor current I _L is supplied to or blocked from the output terminals C ₁ , C ₂ and C ₃ . Claim the first output switch (S _o1) in the ON state when the inductor current (I _L) the first output terminal is supplied to the (C _1), a first output switch (S _o1) a back-off state inductor current (I _L) the 1 output stage (C ₁ ). A second output switch (S _o2) in the ON state when the inductor current (I _L) is supplied to the second output terminal (C _2), the second output switch (S _o2) is turned off when the inductor current (I _L) the 2 output stage (C ₂ ). The three output switch (S _o3) in the ON state when the inductor current (I _L) is supplied to the third output terminal (C _3), the third output switch (S _o3) is turned off when the inductor current (I _L) the 3 output terminal (C ₃ ).

각 출력단에는 비교기(231, 232, 233)가 연결되어 기준 전압(V_REF1, V_REF2, V_REF3)과 출력 전압(V_o1, V_o2, V_o3)을 비교하여 에러 전류(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)를 출력할 수 있다. 각 에러 전류(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)는 출력 전력 스위치 제어부(220)에 입력된다. 출력 전력 스위치 제어부(220)는 각 에러 전류(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)가 0이 되도록 출력 스위치(S_o1, S_o2, S_o3)의 온-오프를 제어할 수 있다. 입력 전력 스위치 제어부(210)는 에러 전류(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)의 합이 0이 되도록 입력 스위치(S_i1, S_i2)의 온-오프를 제어할 수 있다.Comparators 231, 232 and 233 are connected to the respective output terminals to compare the reference voltages V _REF1 , V _REF2 and V _REF3 with the output voltages V _o1 , V _o2 and V _o3 to obtain error currents I _ERR1 and I _ERR2 , I _ERR3 ). Each of the error currents I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 is input to the output power switch control unit 220. The output power switch control unit 220 can control ON / OFF of the output switches S _o1 , S _o2 , and S _o3 so that the respective error currents I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 are zero. The input power switch control unit 210 can control the on / off of the input switches S _i1 and S _i2 such that the sum of the error currents I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 is zero.

상기와 같은 방법으로 도 2의 비교기 기반 SIMO 벅 컨버터를 이용하여 전력을 변환할 수 있다. 도 2에서는 각각의 출력과 각각의 기준 전원을 비교기를 통해서 비교하여서 출력을 컨트롤 한다. 도 2와 같은 방법으로 단일 인덕터를 이용해 복수의 전력 변환 값을 얻을 수 있다. 도 2의 실시 예에서는 각 스위치의 스위칭 주파수와 스위칭 순서는 고정되어 있으며, 기준 전압(V_REF1, V_REF2, V_REF3)과 출력 전압(V_o1, V_o2, V_o3)을 비교하여 에러가 0이 되도록 스위치의 온-오프를 제어한다. 도 2에서 나타난 바와 같이, 비교기 기반 SIMO 벅 컨버터는 간단한 구조를 통해 SIMO 컨버터를 제공할 수 있는 장점이 있다. 하지만 경부하에서 효율이 낮고, 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 다양한 부하 조건에서도 효율성 및 안정성이 보장되는 컨버터가 요구된다.The power can be converted using the comparator-based SIMO buck converter of FIG. 2 as described above. In FIG. 2, the output is controlled by comparing each output and each reference power supply through a comparator. A plurality of power conversion values can be obtained by using a single inductor as shown in FIG. Also the embodiment of Figure 2 is fixed is the switching frequency and the switching sequence of the switches, the reference voltage (V _REF1, V _REF2, V _REF3) and the output voltage (V _o1, V _o2, V _o3) error is zero, as compared to Off of the switch so that the switch is turned on. As shown in FIG. 2, a comparator-based SIMO buck converter has the advantage of providing a SIMO converter through a simple structure. However, there is a problem that the efficiency is low and the stability is poor under light load. Therefore, a converter is required that ensures efficiency and stability under various load conditions.

하기 본 발명의 실시 예에서는 에러 생성부 및 에러 선택부를 이용하여 다양한 부하 조건에서 효율성 및 안정성 문제를 해결할 수 있는 전력 변환 방법 및 장치를 설명한다.
In the following embodiments of the present invention, a power conversion method and apparatus capable of solving efficiency and stability problems under various load conditions using an error generator and an error selector will be described.

도 3은 에러 기반 SIMO 벅 컨버터를 설명하는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating an error based SIMO buck converter.

도 3을 참조하면, 에러기반 SIMO 벅 컨버터는 입력 전력부(310), 인덕터부(320), 스위치부(330), 출력부(341, 342, 343), 에러 생성부(351, 352, 353) 및 에러 선택부(360)를 포함할 수 있다.3, the error-based SIMO buck converter includes an input power section 310, an inductor section 320, a switch section 330, output sections 341, 342, and 343, error generators 351, 352, and 353 And an error selection unit 360. The error-

입력 전력부(310)는 입력 전력(V_in)을 벅 컨버터에 입력할 수 있다. 인덕터부(320)는 SIMO 벅 컨버터에서 단일 인덕터를 포함한다. 인덕터부(320)의 일단은 입력 전력부(310)에 연결되고, 타단은 스위치부(330)에 연결된다. 인덕터부(320)는 입력 전력으로부터 입력 전원을 입력 받고, 인덕터 전류(I_L)을 출력한다. 인덕터 전류(I_L)은 스위치부로 전달될 수 있다.The input power unit 310 may input the input power V _in to the buck converter. The inductor portion 320 includes a single inductor in a SIMO buck converter. One end of the inductor unit 320 is connected to the input power unit 310 and the other end is connected to the switch unit 330. The inductor unit 320 receives the input power from the input power and outputs the inductor current I _L. The inductor current I _L can be transmitted to the switch section.

스위치부(330)는 복수의 출력 스위치를 포함할 수 있다. 스위치부(330)의 일단은 인덕터부(320)에 연결되고, 타단은 출력부(341, 342, 343)에 연결된다. 각 출력 스위치는 인덕터부(320)와 각 출력부(341, 342, 343)을 연결한다. 스위치는 에러 선택부(360)의 제어에 따라 온-오프 될 수 있고, 온 상태인 경우 인덕터 전류(I_L)가 연결된 출력부(341, 342, 343)로 전달될 수 있도록 동작한다. The switch unit 330 may include a plurality of output switches. One end of the switch unit 330 is connected to the inductor unit 320 and the other end is connected to the output units 341, 342 and 343. Each output switch connects the inductor unit 320 and each output unit 341, 342, 343. The switch is enabled to be turned on and off under the control of the error selector 360 and to be delivered to the outputs 341, 342 and 343 to which the inductor current I _L is connected when it is on.

각 출력부(341, 342, 343)의 일단은 스위치부(330)에 연결되고, 타단은 대응하는 에러 생성부(351, 352, 353)에 연결된다. 출력부(341, 342, 343)은 기 설정된 크기로 변환된 전력을 출력부에 연결된 부하에 공급할 수 있다. 출력부(341, 342, 343)의 출력 전압은 부하에 공급되는 전력일 수 있다.One end of each of the outputs 341, 342 and 343 is connected to the switch unit 330 and the other end is connected to the corresponding error generators 351, 352 and 353. The output units 341, 342, and 343 can supply the converted power to the load connected to the output unit. The output voltages of the output units 341, 342, and 343 may be the power supplied to the load.

각 에러 생성부(351, 352, 353)의 일단은 대응하는 각 출력부(341, 342, 343)에 연결되고, 타단은 에러 선택부에 연결된다. 제1 출력부(341)와 제1 에러 생성부(351)가 연결되고, 제2 출력부(342)와 제2 에러 생성부(352)가 연결되며, 제n 출력부(343)과 제n 에러 생성부(353)가 연결될 수 있다. 에러 생성부(351, 352, 353)는 각 출력부(341, 342, 343)의 출력과 기준 전력을 비교하여 에러 정보를 생성할 수 있다. 상기 에러 정보는 출력부의 출력과 기준 전력의 차이 값에 대응하는 전류 일 수 있다. 각 에러 생성부(351, 352, 353)는 에러 정보를 생성하여 에러 선택부(360)로 전달할 수 있다.One end of each of the error generators 351, 352, and 353 is connected to the corresponding output unit 341, 342, and 343, and the other end is connected to the error selector. The first output unit 341 and the first error generating unit 351 are connected to each other and the second output unit 342 and the second error generating unit 352 are connected. An error generating unit 353 can be connected. The error generators 351, 352, and 353 can generate error information by comparing the output of each of the output units 341, 342, and 343 with the reference power. The error information may be a current corresponding to the difference between the output of the output unit and the reference power. Each of the error generators 351, 352, and 353 may generate error information and transmit the error information to the error selector 360.

에러 선택부(360)의 일단은 각 에러 생성부(351, 352, 353)에 연결되고, 타단은 스위치부(330)에 연결될 수 있다. 에러 선택부(360)는 에러 생성부(351, 352, 353)로부터 에러 정보를 수신하고, 수신한 에러 정보에 기반하여 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위치부(330)로 전달할 수 있다. 에러 선택부(360)는 기 설정된 시간 동안 가장 큰 에러 정보가 수집된 에러 생성부에 대응하는 출력부와 연결된 스위치부가 온 상태가 되도록 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 시간 동안 제1 에러 생성부(351)로부터 수집된 에러 정보의 크기가 가장 큰 경우 제1 출력부(341)와 연결된 스위치를 온하는 제어 신호를 생성하여 스위치부(330)로 전송할 수 있다(또는 제1 출력부와 연결된 스위치가 온 상태가되도록 스위치부를 제어할 수 있다.). 본 발명의 실시 예에서 에러 선택부(360)는 수집된 에러 정보에 기반하여 스위치부(330)에 포함된 스위치의 스위칭 주파수 및 스위칭 순서를 제어할 수 있다. 즉, 에러 선택부는 수집된 에러 정보에 기반하여 동적으로 스위칭 주파수와 스위칭 순서를 제어할 수 있다. 이를 통해, 고정된 스위칭 주파수 및 스위칭 순서로 인하여 발생하는 효율성 및 안정성의 문제를 해결할 수 있다.
One end of the error selection unit 360 may be connected to each of the error generation units 351, 352, and 353, and the other end may be connected to the switch unit 330. The error selection unit 360 receives error information from the error generators 351, 352, and 353, and generates a switching control signal based on the received error information and transmits the switching control signal to the switch unit 330. The error selecting unit 360 may generate the switching control signal so that the switch unit connected to the output unit corresponding to the error generating unit in which the largest error information is collected for a predetermined time is in an on state. For example, when the size of the error information collected from the first error generator 351 is the largest during a predetermined time, the controller 330 generates a control signal to turn on a switch connected to the first output unit 341, (Or the switch unit can be controlled so that the switch connected to the first output unit is turned on). In the embodiment of the present invention, the error selecting unit 360 can control the switching frequency and the switching order of the switches included in the switch unit 330 based on the collected error information. That is, the error selector can dynamically control the switching frequency and the switching order based on the collected error information. This solves the problem of efficiency and stability caused by fixed switching frequency and switching order.

도 4는 에러 기반 SIMO 벅 컨버터의 회로도를 설명하는 도면이다. 4 is a diagram illustrating a circuit diagram of an error-based SIMO buck converter.

도 4를 참조하면, 입력 전력부(310)는 입력 전력(V_in)을 벅 컨버터에 입력할 수 있다. 인덕터부(320)는 SIMO 벅 컨버터에서 단일 인덕터(L)를 포함한다. 인덕터부(320)의 일단은 입력 전력부(310)에 연결되고, 타단은 출력 스위치(331, 332, 333)에 연결된다. 인덕터부(320)는 입력 전력으로부터 입력 전원(V_in)을 입력 받고, 인덕터 전류(I_L)을 출력한다. 인덕터 전류(I_L)은 출력 스위치(331, 332, 333)로 전달될 수 있다. Referring to FIG. 4, the input power unit 310 may input the input power V _in to the buck converter. The inductor section 320 includes a single inductor L in a SIMO buck converter. One end of the inductor unit 320 is connected to the input power unit 310 and the other end is connected to the output switches 331, 332, and 333. The inductor unit 320 receives the input power V _in from the input power and outputs the inductor current I _L. The inductor current I _L may be delivered to the output switches 331, 332, 333.

스위치부는 복수의 출력 스위치(331, 332, 333)를 포함할 수 있다. 스위치부의 일단은 인덕터부(320)에 연결되고, 타단은 출력부(341, 342, 343)에 연결된다. 각 출력 스위치(331, 332, 333)는 인덕터부(320)와 각 출력부(341, 342, 343)을 연결한다. 각 출력 스위치(331, 332, 333)는 에러 선택부(360)의 제어에 따라 온-오프 될 수 있고, 온 상태인 경우 인덕터 전류(I_L)가 연결된 출력부(341, 342, 343)로 전달될 수 있도록 동작한다. The switch unit may include a plurality of output switches (331, 332, 333). One end of the switch part is connected to the inductor part 320 and the other end is connected to the output part 341, 342, 343. Each of the output switches 331, 332, and 333 connects the inductor unit 320 and each of the output units 341, 342, and 343. Each of the output switches 331, 332 and 333 may be turned on and off under the control of the error selector 360 and may be connected to the output sections 341, 342 and 343 to which the inductor current (I _L ) To be transmitted.

각 출력부(341, 342, 343)의 일단은 스위치부에 연결되고, 타단은 대응하는 에러 생성부(351, 352, 353)에 연결된다. 출력부(341, 342, 343)은 기 설정된 크기로 변환된 전력을 출력부에 연결된 부하에 공급할 수 있다. 출력부(341, 342, 343)의 출력 전압은 부하에 공급되는 전력일 수 있다. 각 출력부는 커패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. 커패시터는 인덕터 전류를 저장하여 부하에 전력을 공급할 수 있다.One end of each of the output units 341, 342 and 343 is connected to the switch unit and the other end is connected to the corresponding error generators 351, 352 and 353. The output units 341, 342, and 343 can supply the converted power to the load connected to the output unit. The output voltages of the output units 341, 342, and 343 may be the power supplied to the load. Each output may include a capacitor. The capacitor can store inductor current to power the load.

각 에러 생성부(351, 352, 353)의 일단은 대응하는 각 출력부(341, 342, 343)에 연결되고, 타단은 에러 선택부에 연결된다. 제1 출력부(341)와 제1 에러 생성부(351)가 연결되고, 제2 출력부(342)와 제2 에러 생성부(352)가 연결되며, 제n 출력부(343)과 제n 에러 생성부(353)가 연결될 수 있다. 에러 생성부(351, 352, 353)는 각 출력부(341, 342, 343)의 출력 전력(V_o1, V_o2, V_o3)과 기준 전력(V_ref1, V_ref2, V_ref3)을 비교하여 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)를 생성할 수 있다. 상기 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)는 출력부의 출력과 기준 전력의 차이 값에 대응하는 전류 일 수 있다. 각 에러 생성부(351, 352, 353)는 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)를 생성하여 에러 선택부(360)로 전달할 수 있다. 상기 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)는 에러 선택부(360)에서 비교되며, 비교 결과에 기반하여 출력 스위치(331, 332, 333)의 동작이 제어될 수 있다. One end of each of the error generators 351, 352, and 353 is connected to the corresponding output unit 341, 342, and 343, and the other end is connected to the error selector. The first output unit 341 and the first error generating unit 351 are connected to each other and the second output unit 342 and the second error generating unit 352 are connected. An error generating unit 353 can be connected. The error generators 351, 352 and 353 compare the output powers V _o1 , V _o2 and V _{o3 of the} output units 341, 342 and 343 with the reference powers V _ref1 , V _ref2 and V _ref3 Error information (I _ERR1 , I _ERR2 , I _ERR3 ) can be generated. The error information I _ERR1 , I _ERR2 , I _ERR3 may be a current corresponding to a difference between the output of the output unit and the reference power. Each of the error generators 351, 352 and 353 can generate error information I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 and transmit it to the error selector 360. [ The error information I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 are compared in the error selection unit 360 and the operation of the output switches 331, 332, and 333 can be controlled based on the comparison result.

에러 선택부(360)의 일단은 각 에러 생성부(351, 352, 353)에 연결되고, 타단은 스위치부(330)에 연결될 수 있다. 에러 선택부(360)는 에러 생성부(351, 352, 353)로부터 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)를 수신하고, 수신한 에러 정보에 기반하여 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위치부로 전달할 수 있다. 에러 선택부(360)는 기 설정된 시간 동안 가장 큰 에러 정보가 수집된 에러 생성부에 대응하는 출력부와 연결된 스위치부가 온 상태가 되도록 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 시간 동안 제1 에러 생성부(351)로부터 수집된 에러 정보의 크기가 가장 큰 경우 제1 출력부(341)와 연결된 스위치를 온하는 제어 신호를 생성하여 스위치부(330)로 전송할 수 있다(또는 제1 출력부와 연결된 스위치가 온 상태가되도록 스위치부를 제어할 수 있다.). 에러 선택부(360)는 수집된 에러 정보에 기반하여 스위치부에 포함된 스위치의 스위칭 주파수 및 스위칭 순서를 제어할 수 있다.
One end of the error selection unit 360 may be connected to each of the error generation units 351, 352, and 353, and the other end may be connected to the switch unit 330. The error selection unit 360 receives the error information I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 from the error generators 351, 352, and 353, generates a switching control signal based on the received error information, . The error selecting unit 360 may generate the switching control signal so that the switch unit connected to the output unit corresponding to the error generating unit in which the largest error information is collected for a predetermined time is in an on state. For example, when the size of the error information collected from the first error generator 351 is the largest during a predetermined time, the controller 330 generates a control signal to turn on a switch connected to the first output unit 341, (Or the switch unit can be controlled so that the switch connected to the first output unit is turned on). The error selection unit 360 can control the switching frequency and the switching order of the switches included in the switch unit based on the collected error information.

도 5는 도 4의 실시 예에 따른 출력 전압을 설명하는 도면이다. 5 is a diagram illustrating an output voltage according to the embodiment of FIG.

도 5를 참조하면, 도면부호 510은 제1 출력부의 출력 전압(V_o1)의 시간에 따른 변화량을 나타내는 그래프이고, 도면부호 520은 제2 출력부의 출력 전압(V_o2)의 시간에 따른 변화량을 나타내는 그래프이고, 도면부호 530은 제n 출력부의 출력 전압(V_o3)의 시간에 따른 변화량을 나타내는 그래프이고, 도면부호 540은 에러 선택부에 입력되는 클락 신호를 도시하는 도면이다. 에러 선택부는 클락 신호가 입력되는 시간 동안 각 에러 생성부로부터 에러 정보를 수집하며, 기 설정된 시간 동안 수집된 에러 정보의 크기를 비교한다. 클락 신호가 온(on) 구간(A, B C D, E, F)인 경우 에러 선택부는 에러 정보를 수집하고, 클락 신호가 오프(off) 구간인 경우 에러 선택부에 저장된 정보를 리셋할 수 있다. 에러 선택부는 기 설정된 시간 동안 가장 큰 에러 정보가 수집된 에러 생성부에 대응하는 출려부와 연결된 스위치가 온 상태가 될 수 있도록 제어한다. 에러 선택부는 에러 정보를 비교하여 스위칭 순서를 결정할 수 있고, 에러 크기에 따라 스위칭 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 에러 정보가 가장 큰 스위치가 온 상태가 되도록 제어하고, 수집된 에러 정보의 크기에 대응하여 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 5, reference numeral 510 denotes a graph representing a change amount of the output voltage (V _o1 ) of the first output unit with time, reference numeral 520 denotes a change amount of the output voltage (V _o2 ) of the second output unit with time 530 is a graph showing a change amount of the output voltage (V _o3 ) of the n-th output portion with _respect to time, and 540 is a diagram showing a clock signal inputted to the error selecting portion. The error selector collects error information from each error generator during the time the clock signal is input, and compares the size of the error information collected during a predetermined time. If the clock signal is on period (A, BCD, E, F), the error selector may collect the error information and reset the information stored in the error selector if the clock signal is in the off period. The error selection unit controls the switch connected to the output unit corresponding to the error generation unit in which the largest error information is collected to be in an ON state for a predetermined time. The error selection unit can determine the switching order by comparing the error information, and can determine the switching frequency according to the error size. For example, it is possible to control the switch with the largest error information to be on-state, and determine the switching frequency in accordance with the size of the collected error information.

예를 들어, 에러 선택부는 A 구간에서 에러 정보의 크기를 비교한다. 에러 정보는 에러 생성부에서 생성될 수 있다. 에러 정보는 기준 전력(V_ref1, V_ref2, V_ref3)와 출력 전원(V_o1, V_o2, V_o3)의 차이에 기반하여 결정될 수 있다. 도 5에서 A 구간 동안 가장 큰(높은) 에러 정보를 생성한 에러 생성부는 제1 에러 생성부(제1 출력부에 연결된 에러 생성부)임을 알 수 있다. (A 구간 동안 Vo1와 Vref의 차이 면적이 가장 넓은 영역은 그래프 510 임을 알 수 있다.) 따라서 에러 생성부는 제1 출력부에 연결된 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. 에러 생성부는 기 설정된 시간 동안 해당 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. 해당 스위치를 온 하여 인덕터 전류가 제1 출력부로 공급될 수 있다.For example, the error selector compares the size of the error information in the A section. Error information can be generated in the error generator. The error information can be determined based on the difference between the reference powers (V _ref1 , V _ref2 , V _ref3 ) and the output power sources (V _o1 , V _o2 , V _o3 ). In FIG. 5, it can be seen that the error generator that generates the largest (high) error information during the A period is the first error generator (the error generator connected to the first output). (It can be seen that the area having the largest difference area between Vo1 and Vref during the period A is the graph 510.) Therefore, the error generator can control the switch connected to the first output unit to be in the on state. The error generator may control the switch to be in the ON state for a preset time. The corresponding switch can be turned on so that the inductor current can be supplied to the first output section.

B 구간 동안 에러 선택부는 에러 정보를 수집하고, A 구간에서 수행한 동작을 반복할 수 있다. B 구간에서도 여전히 제1 출력부로부터의 에러 정보의 양이 가장 큰 것을 알 수 있다. 따라서 에러 생성부는 제1 출력부에 연결된 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. 해당 스위치를 온 하여 인덕터 전류가 제1 출력부로 공급될 수 있다. 에러 생성부는 기 설정된 시간 동안 해당 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. C 구간 동안 에러 선택부는 에러 정보를 수집하고, A 구간에서 수행한 동작을 반복할 수 있다. C 구간에서의 비교 결과 제2 출력부로부터의 에러 정보의 양이 가장 큰 것을 알 수 있다. 따라서 에러 생성부는 제2 출력부에 연결된 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. 에러 생성부는 기 설정된 시간 동안 해당 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. 상기 동작은 클락 시그널을 주기로 하여 동작할 수 있다. 해당 스위치를 온 하여 인덕터 전류가 제2 출력부로 공급될 수 있다. 이러한 동작을 반복하여 본 발명의 실시 예에서 각 출력부의 출력 전압은 기 설정된 출력 전압에 레귤레이션 되도록 제어될 수 있다.During the interval B, the error selector may collect the error information and repeat the operation performed in the interval A. It can be seen that the amount of error information from the first output unit is still the largest in the section B as well. Therefore, the error generating unit can control the switch connected to the first output unit to be in the ON state. The corresponding switch can be turned on so that the inductor current can be supplied to the first output section. The error generator may control the switch to be in the ON state for a preset time. During the interval C, the error selector may collect the error information and repeat the operation performed in the interval A. As a result of the comparison in the section C, it can be seen that the amount of error information from the second output section is the largest. Therefore, the error generating unit can control the switch connected to the second output unit to be in the ON state. The error generator may control the switch to be in the ON state for a preset time. The operation can be performed with a clock signal period. The corresponding switch can be turned on so that the inductor current can be supplied to the second output portion. By repeating this operation, the output voltage of each output portion in the embodiment of the present invention can be controlled to be regulated to a predetermined output voltage.

본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 기 설정된 시간 동안 수집된 에러 정보에 기반하여 매 클락 주기 마다 온 되어야 하는 스위치를 결정한다. 이를 통해, 고정된 순서로 스위치를 동작시키지 않고 부하 상황을 반영하여 동적으로 스위칭 순서 및/또는 스위칭 주파수를 제어할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the switch to be turned on every clock cycle is determined based on the error information collected during the predetermined time. Thus, it is possible to dynamically control the switching order and / or the switching frequency to reflect the load situation without operating the switches in a fixed order.

상기와 같은 동작을 반복하여 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치는 출력 전력을 각 출력부의 목표 전력으로 조절할 수 있다. 하기에서 수학식을 이용하여 출력 전원 조절에 대하여 설명한다.By repeating the above operation, the power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention can adjust the output power to the target power of each output unit. The output power regulation will be described below using the equations.

[수학식 1][Equation 1]

[수학식 2]&Quot; (2) "

평균 출력 에러: 기준 전력(V_REF1, V_REF2, V_REF3) - 출력 전력(V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3)Average output error: Reference power (V _REF1 , V _REF2 , V _REF3 ) - Output power (V _OUT1 , V _OUT2 , V _OUT3 )

Dmax: 비이상적인 상태에서 평균 출력 에러들 간 최대 차이 값이다.Dmax is the maximum difference between average output errors in a non-ideal state.

본 발명의 실시 예에서 입력 스위치 제어부는 전류 모드 제어부고, 전체 에러 전류의 합이 0이 되도록 입력 전력이 공급되는 스위치를 제어한다. 전체 에러 전류의 차이는 인덕터 전류와 각 출려부 부하 전류의 차이에 의해 발생한다. 따라서 아래 수학식 3과 같은 식이 성립할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the input switch control unit is a current mode control unit, and controls a switch to which input power is supplied so that the sum of all error currents is zero. The difference in total error current is caused by the difference between the inductor current and each load current. Therefore, Equation 3 can be established.

[수학식 3]&Quot; (3) "

V_ErrIN: 비이상적인 상태에 입력 스위치 제어부에 의해 발생하는 평균 에러 값.V _ErrIN : Average error value generated by the input switch controller in a non-ideal state.

수학식 1, 2로부터 수학식 4가 도출될 수 있다.Equation (4) can be derived from Equations (1) and (2).

[수학식 4]&Quot; (4) "

수학식3으로부터 수학식 5가 도출될 수 있다.From equation (3), equation (5) can be derived.

[수학식 5]&Quot; (5) "

수학식 4, 5로부터 수학식 6이 도출될 수 있다.Equation (6) can be derived from Equations (4) and (5).

[수학식 6]&Quot; (6) "

수학식 1, 2, 6으로부터 수학식 7, 8이 도출될 수 있다.Equations (7) and (8) can be derived from Equations (1), (2) and (6).

[수학식 7]&Quot; (7) "

[수학식 8]&Quot; (8) "

상기 수학식 6, 7, 8을 참조하면, 출력 에러가 0이고, 비이상적인 상태에 입력 스위치 제어부에 의해 발생하는 평균 에러가 0이면, 출력 전력(V_OUT1, V_OUT2, V_OUT3) 값이 기준 전력(V_REF1, V_REF2, V_REF3)에 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
Referring to Equations (6), (7) and (8), if the output error (V _OUT1 , V _OUT2 , V _OUT3 ) Converge to the power (V _REF1 , V _REF2 , V _REF3 ).

도 6은 에러 기반 SIMO 벅 컨버터의 에러 선택부 동작을 설명하는 도면이고, 도 7은 도 6의 실시 예에서 시간에 따른 각 신호의 출력 타이밍을 도시하는 도면이다. 에러 생성부(gm1, gm2, gm3)의 동작은 상기에서 설명한 바와 동일하다.FIG. 6 is a view for explaining an error selection operation of the error-based SIMO buck converter, and FIG. 7 is a diagram showing output timing of each signal with respect to time in the embodiment of FIG. The operations of the error generators gm1, gm2, and gm3 are the same as those described above.

본 발명의 실시 예에서 출력 전원의 조절은 에러 선택부의 비교 정확도에 의해 결정되고, 부하 과도 상태 동작은 출력 에러의 비교 속도에 의해 결정되기 때문에 에러 선택부의 동작이 중요하다. 본 발명의 실시 예에서는 시간에 기반한 다중 입력 비교를 통한 에러 선택부를 제공한다.In the embodiment of the present invention, the adjustment of the output power is determined by the comparison accuracy of the error selector, and the operation of the error selector is important because the load transient state operation is determined by the comparison speed of the output error. Embodiments of the present invention provide an error selector through time-based multiple input comparison.

도 6을 참조하면, 에러 선택부는 디지털 회로(610, 620, 630) 및 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)을 포함할 수 있다. 각 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)의 커패시턴스는 동일한 것으로 가정한다. 각 디지털 회로(610, 620, 630)에는 동일한 설정(Q_set), 재설정(Q_reset) 값이 입력될 수 있다. 디지털 회로에 Q_reset 이 입력되면 디지털 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)의 스위치(S_CP1, S_CP2, S_CP3)가 오프(off)될 수 있다. 스위치(S_CP1, S_CP2, S_CP3)가 오프 상태인 경우 에러 생성부(gm1, gm2, gm3)로부터 생성된 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)에 따라 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)는 충전될 수 있다.6, the error selector may include digital circuits 610, 620, and 630 and capacitors _CP1 , _CP2 , and _CP3 . The capacitance of each capacitor (C _CP1, C _CP2, _CP3 C) is assumed to be the same. The same setting (Q _set ) and resetting (Q _reset ) values can be input to each of the digital circuits 610, 620, and 630. When Q is _reset input to a digital circuit capacitor digital switch (S _CP1, _CP2 S, _CP3 S) in (C _CP1, C _CP2, _CP3 C) may be turned off (off). When the switches S _CP1 , S _CP2 and S _CP3 are in the OFF state, the capacitors C _CP1 and C _{CP2 are turned} on according to the error information I _ERR1 , I _ERR2 and I _ERR3 generated from the error generators gm1, gm2 and gm3, , _CP3 ) can be charged.

예를 들어, 도 7의 실시 예에서 A 구간까지의 동작을 비교할 때(비교 구간), A 구간에서 V_O1과 V_REF1의 차이에 따른 에러가 가장 크기 때문에 커패시터(C_CP1)의 충전 속도가 가장 빠르다. 충전량은 에러 정보의 크기에 비례한다. 커패시터의 출력 전압(V_CP1, V_CP2, V_CP3)의 크기는 충전량에 비례한다. 각 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)의 커패시턴스가 동일하므로 출력 전압(V_CP1, V_CP2, V_CP3)의 크기는 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)에 기반하여 결정된다. 또한 VCP1의 기울기가 가장 가파르다. 기울기는 에러 정보의 크기에 비례한다.For example, in the embodiment of FIG. 7, when the operation up to the section A is compared (comparison section), since the error according to the difference between V _O1 and V _{REF1 in} the section A is greatest, the charging speed of the capacitor C _CP1 is the most fast. The amount of charge is proportional to the size of the error information. The magnitudes of the output voltages (V _CP1 , V _CP2 , V _CP3 ) of the capacitors are proportional to the charged amount. The magnitudes of the output voltages V _CP1 , V _CP2 and V _CP3 are determined based on the error information I _ERR1 , I _ERR2 , and I _ERR3 , because the capacitances of the capacitors _CP1 , _CP2 , and _CP3 are the same. The slope of VCP1 is also the steepest. The slope is proportional to the magnitude of the error information.

상기와 같이 커패시터를 이용하여 본원 발명에서는 기 설정된 시간 동안 각 에러 생성부(gm1, gm2, gm3)에서 생성된 에러정보의 크기를 비교할 수 있다. 에러 선택부는 기 설정된 시간 동안 커패시터에 충전된 전압에 기반하여 가장 높은 커패시터 출력 전압을 갖는 커패시터에 에러 정보를 공급한 에러 생성부에 연결된 출력부의 스위치를 제어하여 인덕터 전류가 해당 출력부로 공급되도록 제어할 수 있다. In the present invention, by using the capacitors as described above, it is possible to compare the sizes of the error information generated in the error generators gm1, gm2, and gm3 for a predetermined time. The error selection unit controls the switch of the output unit connected to the error generation unit that supplies the error information to the capacitor having the highest capacitor output voltage based on the voltage charged in the capacitor for a predetermined time so as to control the inductor current to be supplied to the corresponding output unit .

본 발명의 실시 예에서 인버터(I1, I2, I3)를 이용하여 각 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)의 전압을 비교할 수 있다. 각 인버터(I1, I2, I3)는 동일한 임계 전압(V_th)를 가지는 것으로 가정한다. 인버터의 임계 전압(Vth)을 초과하는 커패시터의 출력 전압(V_CP1, V_CP2, V_CP3)이 인버터에 입력되면 인버터(I1, I2, I3)는 클락 신호(Q_DFF)를 생성한다. 클락 신호(Q_DFF)에 기반하여 출력부에 인덕터 전류를 공급하는 출력 스위치가 온 상태가되어 인덕터 전류를 출력부에 공급한다.In the embodiment of the present invention, the voltages of the capacitors C _CP1 , _CP2 , and _CP3 can be compared using the inverters I1, I2, and I3. It is assumed that each inverter I1, I2, I3 has the same threshold voltage ( _Vth ). The inverters I1, I2 and I3 generate the clock signal Q _DFF when the output voltages V _CP1 , V _CP2 and V _CP3 of the capacitors exceeding the threshold voltage Vth of the inverter are input to the inverter. The output switch for supplying the inductor current to the output section is turned on based on the clock signal (Q _DFF ) to supply the inductor current to the output section.

예를 들어, 도 7의 실시 예에서 A 구간까지의 동작을 가정할 때, V_CP1이 V_th를 초과하여 인버터(I1)이 클락신호(Q_DFF)를 생성하도록 하고, 클락 신호에 따라 제1 출력부에 인덕터 전류를 공급하는 제1 출력 스위치(S_o1)가 온 상태가 될 수 있다.For example, assuming operation up to the section A in the embodiment of FIG. 7, it is assumed that V _CP1 exceeds V _th to cause the inverter I1 to generate the clock signal (Q _DFF ) The first output switch ( _So1 ) for supplying the inductor current to the output portion can be turned on.

도 7을 참조하면, Q_RESET 신호가 디지털 회로(610, 620, 630)입력된 이후, 특정 커패시터의 출력 전압(V_CP1, V_CP2, V_CP3)이 인버터 임계 전압(V_th)을 만족하여 Q_DFF가 생성되면, QSET 신호가 디지털 회로(610, 620, 630)에 입력된다. Q_RESET 신호가 입력된 이후 어떤 인버터를 통해 Q_DFF 신호가 생성되어, 대응하는 스위치(S_o1)가 온 상태가되는 시점(A) 사이의 시간이 에러 비교 구간이다. Q_DFF 신호 생성 이후 Q_SET 신호가 디지털 회로(610, 620, 630)에 연결된다. Q_SET 신호 입력 이후 새로운 Q_RESET 신호가 입력되는 시간은 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)가 방전되는 시간이다. 각 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)가 방전된 이후 새로운 Q_RESET 신호가 디지털 회로(610, 620, 630)에 입력되면 에러 정보(I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)에 기반하여 커패시터(C_CP1, C_CP2, C_CP3)가 충전될 수 있다. B 시점에서 V_CP2가 임계 전압을 만족하기 때문에 인버터(I2)를 통해 Q_DFF 신호가 생성되고, 대응하는 제2 출력 스위치(S_o2)가 온 상태가 된다. 도 7에서 에러 생성부로부터 생성된 에러를 비교하는 구간과 에러 비교 결과에 따른 스위칭 구간이 분리되어 있음을 알 수 있다. 이를 통해, 시스테 안정성이 확보될 수 있다.7, after the Q _RESET signal is input to the digital circuits 610, 620 and 630, the output voltages V _CP1 , V _CP2 and V _CP3 of the specific capacitors satisfy the inverter threshold voltage V _th , _{When the DFF} is generated, the QSET signal is input to the digital circuits 610, 620, and 630. The time between the time point A when the Q _DFF signal is generated through an inverter after the Q _RESET signal is inputted and the time point when the corresponding switch S _o1 is turned on is the error comparison period. The Q _SET signal is connected to the digital circuits 610, 620 and 630 after the Q _DFF signal is generated. The time at which the new Q _RESET signal is input after the Q _SET signal input is the time at which the capacitors _CP1 , _CP2 , and _CP3 are discharged. When the input to the respective capacitor (C _CP1, C _CP2, C _CP3) is after the discharge new Q _RESET signal is a digital circuit (610, 620, 630) based on the error information (I _ERR1, I _ERR2, I _ERR3) capacitor ( C _CP1 , _CP2 , _CP3 ) can be charged. Since V _CP2 satisfies the threshold voltage at the time point B, the Q _DFF signal is generated through the inverter I2 and the corresponding second output switch _So2 is turned on. In FIG. 7, it can be seen that the section for comparing the errors generated from the error generator and the switching section for the error comparison result are separated. Through this, system stability can be secured.

이와 같은 방법으로 에러 선택부의 커패시터는 충전과 방전을 반복할 수 있고, 특정 커패시터의 출력 전압이 인버터의 임계 전압을 만족하는 경우 대응하는 출력부의 출력 스위치가 온 상태가 되도록 제어할 수 있다.
In this way, the capacitor of the error selection unit can be repeatedly charged and discharged, and when the output voltage of the specific capacitor satisfies the threshold voltage of the inverter, the output switch of the corresponding output unit can be controlled to be in the ON state.

도 8은 도 2의 실시 예와 도 3의 실시 예에서 시간에 따른 출력 전압을 비교하는 도면이다.FIG. 8 is a diagram comparing output voltages over time in the embodiment of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 3;

도 8의 (a)는 도 2의 실시 예에 따른 시간 - 출력부 전압 그래프이다. 도 8의 (b)는 도 3의 실시 예에 따른 시간 - 출력부 전압 그래프이다. FIG. 8A is a time-output voltage graph according to the embodiment of FIG. 2. FIG. FIG. 8B is a time-output voltage graph according to the embodiment of FIG. 3. FIG.

도 2의 실시 예에서 출력 전압은 기준 전압과 출력부의 출력 전압 값에 기반하여 결정된다. 도 2의 실시 예에서 출력부에 전류를 공급하는 출력 스위치의 스위칭 순서 및 스위칭 주파수는 출력부의 부하와 관계없이 고정되어 있다. 도 3의 실시 예에서 출력부에 전류를 공급하는 출력 스위치의 스위칭 순서 및 스위칭 주파수는 에러 생성부에서 생성된 에러에 기반하여 에러 선택부에서 결정되기 때문에 부하 상황에 따라 결정될 수 있다. 따라서 도 3의 실시 예는 도 2의 실시 예와 비교하여 효율성 및 안정성이 증대될 수 있다.In the embodiment of FIG. 2, the output voltage is determined based on the reference voltage and the output voltage value of the output section. In the embodiment of FIG. 2, the switching order and the switching frequency of the output switch for supplying current to the output section are fixed regardless of the load on the output section. In the embodiment of FIG. 3, the switching order and the switching frequency of the output switch for supplying the current to the output section can be determined according to the load condition since it is determined in the error selection section based on the error generated in the error generation section. Thus, the embodiment of FIG. 3 can be increased in efficiency and stability as compared to the embodiment of FIG.

도 8의 도면을 참조하면 부하 상황에 따라 출력 전압은 서로 다른 기울기를 가진다. Vo1의 경우 제1 출력부의 부하가 과부하인 경우이며, Vo2의 경우 제2 출력부의 부하가 일반 부하인 경우이며, Vo3의 경우 제3 출력부의 부하가 경부하인 경우이다. 도 8(a)를 참조하면, 스위칭 주기 T1, T2, T3가 동일한 것을 알 수 있다. 반면, 도 8(b)를 참조하면, 스위칭 주기 T1, T2, T3가 상이한 것을 알 수 있다. 도 8(b)에서 스위칭 주기는 T1 < T2 < T3 이다. 스위칭 주파수는 1sec/스위칭 주기일 수 있다. 스위칭 주기가 짧을수록 스위칭 주파수는 빠르다. 제1 출력부의 경우 과부하 상태이기 때문에 스위칭 주파수가 높고, 제2 출력부의 경우 일반 부하 상태이기 때문에 스위칭 주파수가 중간이며, 제3 출력부의 경우 저부하 상태이기 때문에 스위칭 주파수가 가장 낮다. Referring to FIG. 8, the output voltage has a different slope depending on a load condition. In the case of Vo1, the load of the first output portion is overloaded. In the case of Vo2, the load of the second output portion is a general load. In the case of Vo3, the load of the third output portion is light load. Referring to FIG. 8A, it can be seen that the switching cycles T1, T2 and T3 are identical. On the other hand, referring to FIG. 8 (b), it can be seen that the switching cycles T1, T2, and T3 are different. In Fig. 8 (b), the switching cycle is T1 < T2 < T3. The switching frequency may be 1 sec / switching period. The shorter the switching period, the faster the switching frequency. In the case of the first output unit, the switching frequency is high because of the overload state, the switching frequency is medium because the second output unit is in the normal load state, and the switching frequency is the lowest because the third output unit is in the low load state.

즉 도 3의 방법을 통해서 출력을 컨트롤 하면 스위칭 주파수가 각 출력의 부하 조건에 따라서 자동적으로 조절될 수 있다. 출력 전류가 큰 조건의 경우, 출력전압이 떨어지는 속도가 빠르기 때문에 에러 역시 빠르게 증가한다, 따라서 더 빠른 주파수로 스위치가 동작하게 된다. 출력 전류가 적은 조건의 경우는, 에러가 증가하는 속도가 적기 때문에 스위칭 주파수가 감소한다. 이와 같이, 도 3의 실시 예에서는 부하 상황에 따라서 스위칭 주파수를 능동적으로 조절할 수 있다. 따라서 각 출력의 전류 조건과 상관 없이 항상 높은 효율을 얻을 수 있고, 경부하 상태에서도 고효율을 유지할 수 있다.That is, if the output is controlled by the method shown in FIG. 3, the switching frequency can be automatically adjusted according to the load condition of each output. If the output current is high, the error also increases quickly because the output voltage drops faster, so the switch operates at a faster frequency. When the output current is low, the switching frequency decreases because the rate at which the error increases is small. In this way, in the embodiment of FIG. 3, the switching frequency can be actively adjusted according to the load condition. Therefore, high efficiency can always be obtained regardless of the current condition of each output, and high efficiency can be maintained even under light load condition.

도 3의 실시 예에서는 안정성 또한 유지될 수 있다. 출력 스위치가 on/off 할 경우에는 기생 인덕턴스 성분에 의해서 매우 큰 노이즈가 발생할 수 있다. 그리고 이 노이즈가 바로 컨트롤에 영향을 주기 때문에 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 에러를 비교하는 구간과 스위칭 하는 구간이 나누어져 있기 때문에 노이즈에 대한 영향이 적다. 또한, 부하 상태가 매우 낮은 경우에는 스위칭 순서가 스킵(skip) 될 수 있기 때문에 안정성을 높게 유지할 수 있다.
Stability can also be maintained in the embodiment of FIG. When the output switch is turned on / off, a very large noise may be generated due to the parasitic inductance component. And since this noise directly affects the control, stability can be a problem. In the embodiment of the present invention, since the section for comparing errors and the section for switching are divided, the influence on noise is small. In addition, when the load state is very low, the switching order can be skipped, so that the stability can be kept high.

도 9는 하이브리드 기반 SIMO 벅 컨버터의 블록도를 설명하는 도면이다.9 is a block diagram illustrating a hybrid-based SIMO buck converter.

도 9를 참조하면, 하이브리드 기반 SIMO 벅 컨버터는 입력 전력부(910), 인덕터부(920), 스위치부(930), 출력부(941, 942, 943), 에러 생성부(951, 952, 953), 에러 선택부(960), 선형 레귤레이터(970) 및 입력 스위치 제어부(980)을 포함할 수 있다. 도 3의 구성에 대응하는 구성은 도 3의 설명을 참조한다. 도 9의 실시 예는 도 3의 실시 예에서 선형 레귤레이터(970) 및 입력 스위치 제어부(980)를 더 포함할 수 있다.9, the hybrid-based SIMO buck converter includes an input power section 910, an inductor section 920, a switch section 930, outputs 941, 942 and 943, error generators 951, 952 and 953 An error selection unit 960, a linear regulator 970, and an input switch control unit 980. The configuration corresponding to the configuration of FIG. 3 will be described with reference to FIG. The embodiment of FIG. 9 may further include a linear regulator 970 and an input switch controller 980 in the embodiment of FIG.

에러 생성부(951, 952, 953)의 출력인 에러 정보 (I_ERR1, I_ERR2, I_ERR3)는 선형 레귤레이터(970)에 입력될 수 있다. 에러 정보들의 합(I_ERR1 + I_ERR2 + I_ERR3)이 선형 레귤레이터(970)에 입력될 수도 있다. 출력부의 전체 부하에 공급되는 전류는 에러 정보에 기반하여 인덕터 전류(I_L)과 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN)에 의해 공급된다. 선형 레귤레이터는 에러 정보들의 합(I_ERR1 + I_ERR2 + I_ERR3)을 0에 수렴하도록 동작할 수 있다. 선형 레귤레이터는 에러 정보 들의 합이 0이 되도록 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN)을 조절하고, 입력 스위치 제어부(980)를 제어하여 인덕터 전류(I_L)가 조절되도록 제어할 수 있다. 선형 레귤레이터(970)는 입력 스위치 제어부(980)에 공급되는 전압(Vc)을 조절하여 입력 스위치 동작을 제어할 수 있고, 이를 통해 인덕터 전류(I_L)을 조절할 수 있다. 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN)는 보조 전류라 지칭할 수 있다.Error information (I _ERR1 , I _ERR2 , I _ERR3 ) which are the outputs of the error generators 951, 952, 953 can be input to the linear regulator 970. The sum of the error information (I _ERR1 + I _ERR2 + I _ERR3 ) may be input to the linear regulator 970. The current supplied to the full load of the output is supplied by the inductor current (I _L ) and the output current (I _LIN ) of the linear regulator based on the error information. The linear regulator may operate to converge the sum of error information (I _ERR1 + I _ERR2 + I _ERR3 ) to zero. The linear regulator may adjust the output current I _LIN of the linear regulator so that the sum of the error information becomes zero and control the input switch control unit 980 to control the inductor current I _L to be adjusted. The linear regulator 970 can control the input switch operation by adjusting the voltage Vc supplied to the input switch control unit 980, thereby adjusting the inductor current I _L. The output current (I _LIN ) of the linear regulator can be referred to as auxiliary current.

도 9의 실시 예에 따를 때 정상상태(steady-state) 부하 전류는 인덕터 전류에 의해 공급되고, 과도 상태 부하 전류는 선형 레귤레이터(970)에 의해 공급될 수 있다. 부하 과도 현상이 발생하면 선형 레귤레이터(970)는 에러 정보의 합이 0이 되도록 과도 전류를 공급할 수 있다.According to the embodiment of FIG. 9, the steady-state load current is supplied by the inductor current, and the transient state load current may be supplied by the linear regulator 970. When a load transient occurs, the linear regulator 970 can supply a transient current such that the sum of error information is zero.

도 9의 실시 예에서는 상기와 같은 방법으로 과도 상태에서도 부하 상태에 따라 출력을 조절할 수 있다.
In the embodiment of FIG. 9, the output can be adjusted according to the load state even in the transient state as described above.

도 10은 도 9의 실시 예에 따른 하이브리드 기반 SIMO 벅 컨버터의 회로도를 설명하는 도면이다.10 is a diagram illustrating a circuit diagram of a hybrid-based SIMO buck converter according to the embodiment of FIG.

도 10은 도 4의 실시 예에서 하이브리드 토폴로지 관련 구성이 추가된 것이다. 도 10에서 도 3 또는 도 4 실시 예의 도면 부호와 동일한 도면 부호는 도 3 또는 도 4의 설명을 참조한다. 도 10을 참조하면, 입력 스위치 제어부(980)는 입력 전원(V_IN)의 공급을 제어하는 입력 스위치(S_P, S_N)의 동작을 제어한다. 입력 전류 제어부(975)는 선형 레귤레이터(970), 전류 센서(971) 및 적분기(972)를 포함할 수 있다. 입력 전류 제어부(975)는 에러 정보의 합(I_{ERR_SUM})이 0에 수렴하도록 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN) 및/또는 입력 스위치 제어부(980)에 입력되는 전압(Vc)를 제어할 수 있다.FIG. 10 shows a hybrid topology-related configuration added in the embodiment of FIG. In Fig. 10, reference numerals that are the same as those in the embodiment of Fig. 3 or Fig. 4 refer to the description of Fig. 3 or Fig. Referring to FIG. 10, the input switch control unit 980 controls the operation of the input switches S _P and S _N that control the supply of the input power source V _IN . The input current control unit 975 may include a linear regulator 970, a current sensor 971, and an integrator 972. The input current control unit 975 can control the output current I _LIN of the linear regulator and / or the voltage Vc input to the input switch control unit 980 such that the sum of error information I _{ERR_SUM} converges to zero .

부하 과도 현상이 발생하면, 선형 레귤레이터(970)는 에러 정보의 합(I_{ERR_SUM})이 0에 수렴하도록 출력 전류(I_LIN)을 생성할 수 있다. 벅 컨버터의 인덕터 전류(I_BUCK)와 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN)이 출력부로 공급된다.When a load transient occurs, the linear regulator 970 can generate the output current I _LIN such that the sum of error information (I _{ERR - SUM} ) converges to zero. The inductor current (I _BUCK ) of the buck converter and the output current (I _LIN ) of the linear regulator are supplied to the output.

입력 스위치 제어부(980)에 공급되는 제어 전압(Vc)는 선형 레귤레이터(970)의 동작에 따라 변경될 수 있다. 출력 전류(I_LIN)은 전류 센서(971)에서 감지될 수 있다. 1/K₁ 은 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN)에 대한 전류 센서(971)의 이득이다. 전류 센서(971)는 이득에 따라 출력 전류(I_LIN)에 대한 감지 결과를 적분기(972)에 제공할 수 있다. 적분기(972)에서는 감지된 전류량에 기반하여 제어 전압(Vc)를 출력할 수 있고, 이는 입력 스위치 제어부(980)에 공급될 수 있다. K₂는 DC 이득이고, W_P1은 차단주파수(cutoff frequency)이다. The control voltage Vc supplied to the input switch control unit 980 can be changed according to the operation of the linear regulator 970. [ The output current I _LIN can be sensed by the current sensor 971. 1 / K ₁ is the gain of the current sensor 971 with respect to the output current I _LIN of the linear regulator. The current sensor 971 may provide the result of the detection of the output current I _LIN to the integrator 972 according to the gain. The integrator 972 can output the control voltage Vc based on the detected amount of current, which can be supplied to the input switch control unit 980. K ₂ is the DC gain, and W _P1 is the cutoff frequency.

출력 전류(I_LIN)에 따라 제어 전압 (Vc)이 변경되면 벅 컨버터의 전류(I_BUCK)는 증가한다. 벅 컨버터의 전류(I_BUCK)가 증가하면, 선형 레귤레이터의 출력 전류(I_LIN)는 다시 감소한다.When the control voltage Vc is changed according to the output current I _LIN , the current I _BUCK of the buck converter increases. As the current (I _BUCK ) of the buck converter increases, the output current (I _LIN ) of the linear regulator decreases again.

정상 상태에서 출력부의 출력 전류는 벅 컨버터에 의해서 공급되기 때문에 선형 레귤레이터(970)를 통해 공급되는 전류는 없다. 상기와 같이, 도 9 및 도 10의 실시 예에서는 부하 과도 상태에서 선형 레귤레이터(970)를 포함하는 입력 전류 제어 제어부(975)로 인하여 벅 컨버터 전류(I_BUCK)이외의 선형 레귤레이터 출력 전류(I_LIN)를 공급하여 과도 상태에서 출력 전원을 안정적으로 공급할 수 있고, 과도 상태에서의 슬로율(slew rate)을 개선할 수 있다.
There is no current supplied through the linear regulator 970 because the output current of the output in a steady state is supplied by the buck converter. 9 and 10, linear regulator output current I _LIN other than the buck converter current I _BUCK due to the input current control controller 975 including the linear regulator 970 in the load transient state, as described above, Can be supplied to stably supply the output power in the transient state, and the slew rate in the transient state can be improved.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 SIMO 벅 컨버터의 개략적인 구조를 설명하는 도면이다. 각 구성의 동작은 도 2 내지 도 10에서 설명한 각 구성의 동작을 참조한다.11 is a diagram illustrating a schematic structure of a SIMO buck converter according to an embodiment of the present invention. The operation of each configuration refers to the operation of each configuration described with reference to FIG. 2 to FIG.

도 12는 본 발명의 실시 예에서 에러 생성부의 구조를 도시하는 도면이다. 도 12를 참조하면, 에러 생성부는 복수의 모스펫(mosfet)으로 구성되며, 드레인 전압(vdd)이 공급된다. 에러 생성부(gm1)는 기준전압(V_REF1)와 출력부의 출력 전압(V₀₁)에 기반하여 에러 정보(I_ERR1)를 생성할 수 있다. 다른 출력부에 연결된 다른 에러 생성부 (gm2, … gm n) 또한, 동일한 구조를 가질 수 있고, 각 에러 생성부에 입력되는 기준 전압과 출력부의 출력 전압에 기반하여 에러 정보를 생성할 수 있다. 12 is a diagram showing the structure of an error generation unit in the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, the error generator is composed of a plurality of MOSFETs, and a drain voltage vdd is supplied. The error generating section gm1 can generate the error information I _ERR1 based on the reference voltage V _REF1 and the output voltage V _{01 of the} output section. The other error generating units gm2, ..., gmn connected to the other output units may have the same structure and may generate error information based on the reference voltage input to each error generating unit and the output voltage of the output unit.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 SIMO 벅 컨버터의 상세 회로도를 설명하는 도면이다. 도 13의 회로도 구성은 본 발명을 실시하기 위한 회로도의 일 예일 뿐, 본 발명을 구현하기 위한 회로도의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.13 is a diagram illustrating a detailed circuit diagram of a SIMO buck converter according to an embodiment of the present invention. 13 is an example of a circuit diagram for implementing the present invention, but the configuration of a circuit diagram for implementing the present invention is not limited thereto.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. Accordingly, the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention, all changes or modifications derived from the technical idea of the present invention.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 포함하는 전자 장치를 설명하는 도면이다. 14 is a diagram illustrating an electronic device including a power conversion device according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 전자 장치(1400)는 입력 전원(1410), 전력 변환 장치(1420), 부하(1431, 1432, 1433), 제어부(1430)를 포함할 수 있다. 입력 전원(1410)은 전력 변환 장치(1420)에 전력을 공급하는 전력원으로, 전력 변환 장치의 입력 전력부에 입력 전력(V_IN)을 공급할 수 있다. 부하(1431, 1432, 1433)는 전자 장치에서 전력 공급을 필요로 하는 구성으로 전력 공급 장치의 출력부에 연결되어 변환된 출력 전력(V_OUT)을 공급 받을 수 있다. 제어부(1430)는 전자 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(1430)는 부하(1431, 1432, 1433)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(1430)의 제어에 따라 부하(1431, 1432, 1433)의 온/오프 또는 동작 수행에 따라서 부하(1431, 1432, 1433)가 요구하는 출력 전력은 달라질 수 있고, 전력 변환 장치(1420)는 부하에 대응하는 출력 전력을 각 출력단에 공급할 수 있다. 전력 변환 장치(1420)의 전력 변환 동작은 본 발명의 도 2 내지 도 13을 통해 설명한 실시 예에 따른 동작이 적용된다.14, the electronic device 1400 may include an input power source 1410, a power converter 1420, loads 1431, 1432, 1433, and a controller 1430. The input power supply 1410 is a power source that supplies power to the power inverter 1420 and can supply the input power V _IN to the input power unit of the power inverter. The loads 1431, 1432 and 1433 can be connected to the output of the power supply in a configuration requiring power supply at the electronic device and receive the converted output power (V _OUT ). The control unit 1430 can control the overall operation of the electronic device. The control unit 1430 can control the operation of the loads 1431, 1432, and 1433. The output power required by the loads 1431, 1432, and 1433 can be changed according to the control of the control unit 1430 according to the ON / OFF or the operation of the loads 1431, 1432, and 1433 and the power conversion apparatus 1420 The output power corresponding to the load can be supplied to each output terminal. The power conversion operation of the power conversion apparatus 1420 is performed according to the embodiment described with reference to FIGS. 2 to 13 of the present invention.

예를 들어, 본 발명의 실시 예에서, 상기 전력 변환 장치(1420)는 입력 전력부, 입력 전력부의 입력 전력에 기반하여 인덕터 전류를 출력하는 단일 인덕터를 포함하는 인덕터부, 상기 인덕터부의 인덕터 전류에 기반하여 부하에 출력 전력을 공급하는 복수의 출력부, 상기 각 출력부의 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성하는 복수의 에러 생성부 및 상기 각 에러 생성부로부터 공급되는 에러 정보에 기반하여 상기 각 출력부와 상기 인덕터부를 연결하는 각 출력 스위치의 동작을 제어하는 에러 선택부를 포함할 수 있다.For example, in the embodiment of the present invention, the power converter 1420 includes an input power unit, an inductor unit including a single inductor that outputs an inductor current based on the input power of the input power unit, A plurality of error generators for generating error information based on the output power and the reference power of each of the plurality of output units and a plurality of error generators for generating error information based on the error information supplied from the error generators, And an error selector for controlling operation of each of the output switches connecting the output unit and the inductor unit.

상기 에러 선택부는 에러 비교 시간 동안 각 에러 생성부를 통해 공급되는 에러 정보의 크기를 비교하여, 상기 각 출력 스위치의 스위칭 순서 및 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 상기 에러 선택부는, 상기 각 에러 생성부로부터 에러 정보가 공급되는 복수의 커패시터, 각 커패시터의 출력단에 연결되는 인버터를 포함하고, 상기 에러 정보가 공급된 각 커패시터 중 출력 전압이 인버터의 임계 전압을 만족하는 커패시터에 대응하는 출력부로 상기 인덕터 전류가 공급되도록 출력 스위치 동작을 제어할 수 있다.The error selector may compare the magnitude of the error information supplied through each error generator during the error comparison time to control the switching order and the switching frequency of each output switch. The error selector may include a plurality of capacitors to which error information is supplied from the error generators, and an inverter connected to output terminals of the capacitors. The output voltage of each of the capacitors supplied with the error information is set to a threshold voltage The inductor current may be supplied to the output unit corresponding to the capacitor satisfying the following equation.

상기 전력 변환 장치(1420)는 상기 입력 전력부를 통한 입력 전력의 공급을 제어하는 입력 스위치 제어부 및 상기 복수의 에러 생성부로부터 공급되는 에러 정보의 합이 0이 되도록 상기 출력부에 보조 전류를 공급하는 선형 레귤레이터를 더 포함할 수 있다. 상기 입력 스위치 제어부는, 상기 보조 전류의 센싱 결과에 기반하여 결정된 제어 전압을 공급 받고, 공급 된 보조 전압에 기반하여 상기 인덕터 전류의 크기를 조절할 수 있다.
The power converter 1420 includes an input switch control unit for controlling the supply of input power through the input power unit and an auxiliary switch for supplying an auxiliary current to the output unit such that the sum of error information supplied from the plurality of error generators is zero And may further include a linear regulator. The input switch control unit may receive the control voltage determined based on the sensing result of the auxiliary current, and may adjust the magnitude of the inductor current based on the supplied auxiliary voltage.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 방법을 설명하는 도면이다. 15 is a view for explaining a power conversion method of the power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치는 입력 전력부, 인덕터부, 스위치부, 출력부, 에러 생성부, 에러 선택부를 포함할 수 있다. 또한, 전력 변환 장치는 선형 레귤레이터 및 입력 스위치 제어부를 더 포함할 수 있다.The power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention may include an input power unit, an inductor unit, a switch unit, an output unit, an error generator, and an error selector. Further, the power conversion apparatus may further include a linear regulator and an input switch control unit.

1510 동작에서 입력 전력부를 통해 입력된 입력 전력은 인덕터부, 스위치부를 거쳐 각 출력부에 전달될 수 있다. 입력 전력은 각 출력부에 연결된 부하에 대응하여 변환되고, 변환된 전력은 각 출력부에 공급된다.In operation 1510, the input power input through the input power section may be transmitted to each output section via the inductor section and the switch section. The input power is converted corresponding to the load connected to each output unit, and the converted power is supplied to each output unit.

1520 동작에서 에러 생성부는 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성한다. 에러 생성부는 각 출력부의 출력단에 연결된다. 에러 생성부는 대응하는 출력부의 출력 전력 및 기준 전력을 입력 받고, 출력 전력 및 기준 전력에 기반하여 에러 정보를 생성한다. 에러 정보는 출력 전력 및 기준 전력의 차에 대응하여 생성된다. 상기 에러 정보는 에러의 크기에 대응하는 전류일 수 있다. 각 에러 생성부에서 생성된 에러 정보는 에러 선택부로 전달될 수 있다.In operation 1520, the error generator generates error information based on the output power and the reference power. The error generator is connected to the output of each output. The error generation unit receives the output power and the reference power of the corresponding output unit, and generates error information based on the output power and the reference power. The error information is generated corresponding to the difference between the output power and the reference power. The error information may be a current corresponding to the magnitude of the error. The error information generated in each error generating unit can be transmitted to the error selecting unit.

1530 동작에서 에러 정보에 기반한 스위칭 동작이 수행될 수 있다. A switching operation based on the error information can be performed in the 1530 operation.

에러 정보에 기반하여 출력부에 전류를 공급하는 출력 스위치의 동작이 제어될 수 있다. 에러 선택부는 각 에러 생성부로부터 수신한 에러 정보에 기반하여 출력 스위치 동작을 제어할 수 있다. 에러 선택부는 각 에러 생성부로부터 입력되는 에러 정보를 비교한다. 에러 선택부는 기 설정된 임계 전압을 만족하고, 생성된 에러 정보가 가장 큰 에러 생성부를 식별할 수 있다. 에러 선택부는 커패시터에 입력되는 에러 정보를 축적하여 에러 비교 시간 동안 입력되는 에러 정보의 크기를 비교할 수 있다. 에러 선택부는 선택된 에러 생성부에 대응하는 출력부에 인덕터 전류를 공급하는 출력 스위치가 온 상태가 되도록 제어하여 해당 출력부에 전력이 공급되도록 제어할 수 있다. 에러 선택부는 에러 생성부로부터 수신하는 에러 정보에 기반하여 복수의 출력 스위치에 대한 스위칭 순서 및 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 에러 생성부로부터 입력된 에러 정보를 비교하는 시간과, 비교 결과에 따른 스위칭 동작을 구분하여 출력단에 스위칭 노이즈를 줄일 수 있다.The operation of the output switch that supplies current to the output section based on the error information can be controlled. The error selection unit can control the output switch operation based on the error information received from each error generation unit. The error selection unit compares the error information inputted from each error generation unit. The error selecting section can identify the error generating section which satisfies a predetermined threshold voltage and the generated error information is largest. The error selector may accumulate the error information input to the capacitor and compare the magnitude of the error information inputted during the error comparison time. The error selection unit may control the output switch for supplying the inductor current to the output unit corresponding to the selected error generation unit to be in an on state so that power is supplied to the output unit. The error selector may control the switching order and the switching frequency for the plurality of output switches based on the error information received from the error generator. Further, it is possible to reduce the switching noise at the output stage by dividing the time for comparing the error information inputted from the error generator and the switching operation according to the comparison result.

또한, 에러 정보에 기반하여 입력 전력부의 전력을 인덕터에 공급되는 입력 스위치의 동작을 제어할 수 있다. 선형 레귤레이터는 에러 생성부로부터 입력되는 에러 정보에 기반하여 에러 정보의 합이 0이 되도록 선형 레귤레이터 출력 전류(I_LIN)를 공급하고, 입력 스위치의 동작을 제어하는 입력 스위치 제어부의 동작을 제어할 수 있다. 선형 레귤레이터는 에러 생성부로부터 에러 정보의 합을 확인하고, 에러 정보의 합이 0이 되도록 선형 레귤레이터 출력 전류(I_LIN)를 출력부에 공급할 수 있다. 선형 레귤레이터의 출력 전류에 기반하여 입력 스위치 제어부에 공급되는 제어 전압(Vc)가 변경될 수 있다. 제어 전압(Vc)에 기반하여 인덕터로 공급되는 전력이 제어될 수 있다. 인덕터로 공급되는 전력은 입력 스위치의 온-오프 동작을 제어하여 수행될 될 수 있다.Further, based on the error information, the operation of the input switch that supplies the power of the input power section to the inductor can be controlled. The linear regulator can control the operation of the input switch control unit to supply the linear regulator output current (I _LIN ) so that the sum of the error information becomes zero based on the error information input from the error generation unit, and to control the operation of the input switch have. The linear regulator can check the sum of the error information from the error generator and supply the linear regulator output current (I _LIN ) to the output so that the sum of the error information is zero. The control voltage Vc supplied to the input switch control section can be changed based on the output current of the linear regulator. The power supplied to the inductor can be controlled based on the control voltage Vc. The power supplied to the inductor can be performed by controlling the on / off operation of the input switch.

1540 동작에서 전자 장치가 계속 동작 중인 경우 1510 동작으로 진행하여 상기 동작을 반복한다. 전자 장치가 동작 중이지 않은 경우 전력 변환 동작을 종료한다.If the electronic device is still operating in operation 1540, proceed to operation 1510 to repeat the operation. And terminates the power conversion operation when the electronic device is not in operation.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not only implemented by the apparatus and method but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, The embodiments can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims

In a single inductor multiple output (SIMO) power conversion device,
An input power section;
An inductor unit including a single inductor that outputs an inductor current based on the input power of the input power unit;
A plurality of output units for supplying output power to a load based on an inductor current of the inductor unit;
A plurality of error generators for generating error information based on output powers and reference powers of the respective output units; And
And an error selector for controlling operations of the output switches connecting the output unit and the inductor unit based on the error information supplied from the error generator,
Wherein the error selector compares the magnitude of error information supplied through each error generator during an error comparison time to control the switching order and the switching frequency of each output switch.

delete

The apparatus of claim 1, wherein the error-
A plurality of capacitors to which error information is supplied from each of the error generators, and an inverter connected to the output terminals of the capacitors,
And controls the output switch operation so that the inductor current is supplied to an output part corresponding to a capacitor whose output voltage of each of the capacitors supplied with the error information satisfies a threshold voltage of the inverter.

The method according to claim 1,
An input switch control unit for controlling supply of input power through the input power unit; And
And a linear regulator for supplying an auxiliary current to the output unit so that a sum of error information supplied from the plurality of error generators is zero.

The apparatus as claimed in claim 4,
Wherein the control voltage is determined based on a sensing result of the auxiliary current, and the magnitude of the inductor current is adjusted based on the supplied auxiliary voltage.

In a SIMO (single inductor multiple output) based power conversion method,
Outputting an inductor current based on an input power supply in an inductor section including a single inductor;
Supplying output power to a plurality of output units based on an inductor current of the inductor unit;
Generating error information based on the output power and the reference power of each output unit in a plurality of error generators; And
And controlling an operation of each of the output switches connecting the output unit and the inductor unit based on the error information supplied from the error generator,
Wherein the error selector compares the magnitude of error information supplied through each error generator during an error comparison time to control the switching order and the switching frequency of each output switch.

delete

7. The apparatus of claim 6, wherein the error selector includes a plurality of capacitors to which error information is supplied from the error generators, and an inverter connected to output terminals of the capacitors,
Wherein controlling the operation of the output switch comprises:
Wherein the output switch operation is controlled such that the inductor current is supplied to an output part of each of the capacitors supplied with the error information corresponding to a capacitor whose output voltage satisfies a threshold voltage of the inverter.

The method according to claim 6,
And supplying an auxiliary current such that a sum of error information supplied from the plurality of error generators in the linear regulator becomes zero.

10. The method of claim 9,
Receiving a control voltage determined based on a sensing result of the auxiliary current in an input switch control unit, and adjusting a magnitude of the inductor current based on the supplied auxiliary voltage.

1. An electronic device comprising a single inductor multiple output (SIMO) based power conversion device,
Power conversion device;
An input power supply for supplying power to the power inverter;
A plurality of loads coupled to an output of the power inverter; And
And a control unit for controlling the operation of each load,
The power conversion apparatus includes:
An inductor unit including a single inductor for outputting an inductor current based on the power supply, the plurality of output units for supplying output power to the respective loads based on an inductor current of the inductor unit, And an error selector for controlling the operation of each of the output switches connecting the output unit and the inductor unit based on the error information supplied from the error generators And the error selector compares the magnitude of error information supplied through each error generator during an error comparison time to control the switching order and the switching frequency of each of the output switches.