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KR102553587B1 - 전력 변환 장치 및 방법 - Google Patents

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KR102553587B1
KR102553587B1 KR1020180021347A KR20180021347A KR102553587B1 KR 102553587 B1 KR102553587 B1 KR 102553587B1 KR 1020180021347 A KR1020180021347 A KR 1020180021347A KR 20180021347 A KR20180021347 A KR 20180021347A KR 102553587 B1 KR102553587 B1 KR 102553587B1
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switch
converter
power
voltage
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KR1020180021347A
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최규식
한윤희
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삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예들은, 전력 변환 장치 및 방법으로서, 컨버터; 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부; 상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및 상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정됨으로써, 복수개의 커패시터(또는 셀)가 전원 공급부에 직렬로 연결되어 있는 회로에서, 스위치부를 선택적으로 연결하여 컨버터에 입력 전압을 조절하여 제공하고, 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. 다른 다양한 실시예가 가능하다.

Description

전력 변환 장치 및 방법{Power converter and method for converting power}
본 발명의 다양한 실시예들은, 전력 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.
휴대용 단말기와 같은 전자 장치는 내부 디바이스(예: 프로세서 및 메모리 등)의 동작에 필요한 동작 전원을 공급하기 위해 전력 변환 장치를 사용한다.
상기 전력 변환 장치는 배터리에서 공급되는 전압을 전자 장치의 내부 디바이스에 적합한 전압으로 변환할 수 있다.
상기 전력 변환 장치는 입력 전원을 강압하기 위한 벅(buck) 컨버터 및 입력 전원을 승압하기 위한 부스터(booster) 컨버터 등을 포함한다.
상기 전력 변환 장치의 일종인 벅 컨버터는 인덕터(inductor)를 필수적으로 구비하여야 하므로, 전력 변환 장치의 가격이 비싸고, 부피가 커질 수 있다.
또한, 상기 벅 컨버터는 입력 전압과 출력 전압의 차이가 클수록 대용량의 인덕터를 필요로 한다.
또한, 상기 벅 컨버터는 입력 전압과 출력 전압의 차이가 크기 때문에 전력 손실이 많고, 효율이 낮아질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 복수개의 커패시터(또는 셀)가 전원 공급부에 직렬로 연결되어 있는 회로에서, 스위치부를 선택적으로 연결하여 컨버터에 입력 전압을 조절하여 제공할 수 있는 전력 변환 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 컨버터; 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부; 상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및 상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 컨버터; 전원 공급부; 상기 전원 공급부를 통해 입력되는 입력 전압을 축적하기 위한 복수개의 커패시터들을 포함하는 커패시터부; 상기 커패시터부와 연결되어 상기 복수개의 커패시터들 중 적어도 하나의 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 복수개의 스위치들을 포함하는 스위치부; 및 상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 커패시터들 중 지정된 조건을 만족하는 적어도 하나의 커패시터를 결정하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 커패시터에 대응하는 적어도 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고, 상기 복수개의 스위치들 중 상기 적어도 하나의 스위치를 제외한 다른 적어도 일부 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 적어도 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 방법은, 컨트롤러가 컨버터에 필요한 입력 전압을 결정하는 동작; 상기 컨트롤러가 상기 컨버터에 필요한 전압을 공급하기 위해, 복수개의 커패시터 중 적어도 일부의 커패시터를 결정하는 동작; 상기 컨트롤러가 상기 결정된 적어도 일부의 커패시터들 중, 지정된 전압을 만족하는 커패시터를 선택하는 동작; 상기 컨트롤러(130)가 스위치부를 통해 선택된 커패시터에 대하여 상기 컨버터에 전원을 공급하기 위한 전력 경로를 설정하는 동작; 및 상기 전력 경로의 설정에 따라 온(on)된 스위치를 이용하여 상기 컨버터에 전원을 공급하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 복수개의 커패시터(또는 셀)가 전원 공급부에 직렬로 연결되어 있는 회로에서, 스위치부를 선택적으로 연결하여 컨버터에 입력 전압을 조절하여 제공함으로써, 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 전력 변환 장치의 인덕터를 제거할 수 있으므로, 가격이 싸고 부피가 작은 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 컨버터에 가장 적합한 입력 전압을 제공하여, 입력 전압과 출력 전압의 차이를 최소화함으로써, 전력 손실이 적고 효율이 높은 전력 변환 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 일 예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치와 종래의 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 비교 설명하는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))이 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 로드하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 또는 키보드를 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)이 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimediainterface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있고, 이로부터, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purposeinput and output),SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104 또는 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치가 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)(예: 도 1의 전력 관리 모듈(188))는, 전원 공급부(210)(예: 도 1의 배터리(189)), 커패시터부(220), 컨트롤러(230)(예: 도 1의 프로세서(120)), 스위치부(240), 컨버터(250), 부하(260) 및 피드백 컨트롤러(270)를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부(210)는 전원 단자(+, -)를 통해 커패시터부(220) 및 컨버터(250)에 직류(DC) 전압을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전원 공급부(210)는 일정 레벨의 직류 전압을 공급하는 배터리(예: 도 1의 배터리(189))를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전원 공급부(210)는 전력 변환 장치(200)의 외부 전원이거나 또는 내부 전원일 수 있다.
상기 커패시터부(220)는 예를 들면, 상기 전원 공급부(210)로부터 공급되는 전압을 축적할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 커패시터부(220)는 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N))를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 커패시터는 전원 공급부(210)에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 복수개의 커패시터는 각각 상이한 레벨의 전압을 컨버터(250)에 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(120-N))는 각각의 전압의 합이 항상 입력 전압으로 유지되므로, 스위치부(240)의 스위칭을 통해 선택된 커패시터에서 컨버터(250)에 전압이 공급되면, 상기 선택된 커패시터의 전압은 낮아지고, 선택되지 않은 커패시터의 전압은 높아지면서 에너지가 저장될 수 있다.
상기 컨트롤러(230)는 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)와 각각 연결될 수 있다. 상기 컨트롤러(230)는 컨버터(250)에 지정된 입력 전압을 공급할 수 있도록, 스위치부(240)의 온(on)/오프(off)를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러(230)는 상기 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)의 각각의 전압이 소정의 범위 내에서 유지되도록, 스위치부(240)를 통해 컨버터(250)의 입력 경로를 제어할 수 있다.
상기 스위치부(240)는 상기 컨트롤러(230)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off)로 스위칭될 수 있다. 상기 스위치부(240)는 상기 커패시터부(220)의 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)에 각각 축적된 전압을 컨버터(250)에 선택적으로 공급할 수 있도록 온/오프될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 스위치부(240)는 상기 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)에 각각 대응하는 제 1 스위치(240-1), 제 2 스위치(240-2), ??, 제 N 스위치(240-N)를 포함할 수 있다.
상기 컨버터(250)는 상기 스위치부(240)의 온/오프에 따라 상기 커패시터부(220)의 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)로부터 선택적으로 전압을 공급받을 수 있다. 상기 컨버터(250)는 입력되는 전압보다 강압된 전압을 부하(260, load)에 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터(250)는 벅(buck) 컨버터 또는 직류(DC)-직류(DC) 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 피드백 컨트롤러(270)는 상기 부하(260) 단자의 전압을 기초로 하여, 피드백 신호를 컨버터(250) 또는 스위치부(240)중 적어도 하나에 제공할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 피드백 컨트롤러(270) 및 부하(260)는 필수적으로 구성되는 요소가 아니며, 선택적으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 컨버터(250), 부하(260) 및 피드백 컨트롤러(270)는 스위치부(240)에 병렬로 적어도 하나 이상 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컨버터(150)는 스위치부(140)에 병렬로 적어도 하나 이상 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 일 예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다. 도 5는 도 3과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은인 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 전원 공급부(210), 2개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)), 2개의 스위치(제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)) 및 컨버터(250)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)는 전원 공급부(210)에 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 스위치(SW1)는 제 1 커패시터(C1)의 양단에 각각 연결된 제 1-1 스위치(SW11) 및 제 1-2 스위치(SW12)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 스위치(SW2)는 제 2 커패시터(C2)의 양단에 각각 연결된 제 2-1 스위치(SW21) 및 제 2-2 스위치(SW22)를 포함할 수 있다.
상기 컨버터(250)는 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)에 각각 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도 3의 전력 변환 장치(200)에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2), 제 1 스위치(SW1)가 연결될 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(210)를 통해 공급되는 전원은 제 1 커패시터(C1)를 통해 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도 3의 전력 변환 장치(200)에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2) 경우, 제 2 스위치(SW2)가 연결될 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(210)를 통해 공급되는 전원은 제 2 커패시터(C2)를 통해 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 2개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)), 2개의 스위치(제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)), 제 1 다이오드(D1), 제 2 다이오드(D2) 및 컨버터(250)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)는 전원 공급부(210)에 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 스위치(SW1)는 제 1 커패시터(C1)와 연결될 수 있다. 상기 제 2 스위치(SW2)는 제 2 커패시터(C2)와 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)는 MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect-transistor), FET(field effect transistor) 및 TR(transistor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 다이오드(D1)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과, 제 1 스위치(SW1) 사이에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 다이오드(D1)의 애노드(anode)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과 연결되고, 캐소드(cathode)는 상기 제 1 스위치(SW1)와 연결될 수 있다.
상기 제 2 다이오드(D2)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과, 제 2 스위치(SW2) 사이에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드(cathode)는 상기 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2) 사이의 접점과 연결되고, 애노드(anode)는 상기 제 2 스위치(SW2)와 연결될 수 있다.
상기 컨버터(250)는 제 3 스위치(SW3), 인덕터(L0), 제 3 커패시터(C0) 및 제 3 다이오드(D3)를 포함할 수 있다. 상기 컨버터(250)는 벅(buck) 컨버터로 구성될 수 있다. 상기 컨버터(250)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)와 연결될 수 있다.
상기 제 3 스위치(SW3)는 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)의 온/오프에 따라 상기 제 1 커패시터(C1) 또는 제 2 커패시터(C2))를 통해 공급되는 전원에 대한 컨버터(250)의 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
상기 인덕터(L0)는 상기 제 3 스위치(SW3)와 연결될 수 있다. 상기 제 3 커패시터(C0)는 상기 인덕터(L0)와 제 2 스위치(SW2) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제 3 커패시터(C0)는 상기 인덕터(L0)에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 인덕터(L0) 및 제 3 커패시터(C0)는 상기 제 3 스위치(SW3)의 스위칭 동작에 따라 제 1 커패시터(C1) 또는 제 2 커패시터(C2))를 통해 공급되는 전하를 축적할 수 있다.
상기 제 3 다이오드(D3)는 캐소드가 제 3 스위치(SW3)와 연결되고, 애노드가 제 2 스위치(SW2)와 연결될 수 있다. 상기 제 3 다이오드(D3)는 상기 제 3 스위치(SW3)에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 3 다이오드(D3)는 상기 제 3 스위치(SW3)의 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터(L0) 및 제 3 커패시터(C0) 사이에 루프를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 컨버터(250)는 제 1 스위치(SW1) 또는 제 2 스위치(SW2)에 병렬로 적어도 하나 이상 연결될 수 있다.
도 7은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2)를 설명하는 도면이다. 도 8은 도 6과 같이 구성된 전력 변환 장치에서 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 작은 경우(VC1<VC2)를 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2), 제 1 스위치(SW1)는 온(on)되고, 제 2 스위치(SW2)는 오프(off)될 수 있다. 이 경우, 제 3 스위치(SW3)가 온 됨에 따라, 제 1 커패시터(C1)에 축적된 전압이 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 3 스위치(SW3)가 온되면, 상기 인덕터(L0), 제 3 커패시터(C0), 제 2 다이오드(D2) 및 제 1 커패시터(C1) 사이에 루프가 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2), 제 1 스위치(SW1)는 오프(off)되고, 제 2 스위치(SW2)는 온(on)될 수 있다. 이 경우, 제 3 스위치(SW3)가 온 됨에 따라, 제 2 커패시터(C2)에 축적된 전압이 컨버터(250)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)가 온되면, 상기 제 1 다이오드(D1), 인덕터(L0), 제 3 커패시터(C0) 및 제 2 커패시터(C2) 사이에 루프가 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 7 및 도 8에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 3 스위치(SW3)가 온되면, 인덕터(L0)에 전류가 흐르게 되고, 인덕터(L0) 및 제 3 커패시터(C3)에는 전하가 축적될 수 있다. 이 경우, 제 3 다이오드(D3)의 캐소드 측 전압이 애노드 측 전압보다 크게 되어, 제 3 다이오드(D3)에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))들은 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) ~ 제 N 커패시터(CN)) 중의 어느 하나에 의한 전력 경로 구성에 따라 단락(short)이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))에는 각각 역방향 다이오드(D)가 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 도 6에 도시된 컨버터(250)에서 제 3 스위치(SW3)를 포함하지 않는 구성일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2)의 전압보다 큰 경우(VC1>VC2), 제 1 스위치(SW1)는 온(on)되고, 제 2 스위치(SW2)는 오프(off)될 수 있다. 이 경우, 제 1 커패시터(C1)를 통해 공급되는 전압은 제 1 스위치(SW1)를 통해 컨버터(250)에 인가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 1 커패스터(C1)의 전압이 제 2 커패시터(C2) 전압보다 작은 경우(VC1<VC2), 제 1 스위치(SW1)는 오프(off)되고, 제 2 스위치(SW2)는 온(on)될 수 있다. 이 경우, 제 2 커패시터(C2)를 통해 전압은 제 2 스위치(SW2)를 통해 컨버터(250)에 인가될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 또 다른 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 도 9에 도시된 컨버터(250)에서 제 3 스위치(SW3)를 포함하지 않는 구성일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 전력 변환 장치(200)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))들은 복수개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(C1) ~ 제 N 커패시터(CN)) 중의 어느 하나에 의한 전력 경로 구성에 따라 단락(short)이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 N 스위치(SWN)를 제외한 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2))에는 각각 역방향 다이오드(D)가 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 다른 스위치(예: 제 2 스위치(SW2-1) ~ 제 N-2 스위치(SWN-2)) 중의 일부는 역방향 다이오드(D)가 연결되지 않을 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 12의 동작 1210 내지 동작 1250은, 예를 들어, 도 1의 프로세서(120) 또는 도 2의 전력 변환 장치(200)의 컨트롤러(230)에 의해 수행될 수 있다. 상기 동작 1210 내지 동작 1250의 설명은 도 1 내지 도 10의 구성요소를 이용할 수 있다. 상기 동작 1210 내지 동작 1250은 전력 변환 장치(200)의 컨트롤러(230)에 의해 수행될 수 있는 인스트럭션(명령어)들로 구현될 수 있다.
동작 1210에서, 컨트롤러(230)는 컨버터(250)에 필요한 입력 전압을 결정할 수 있다.
동작 1220에서, 컨트롤러(230)는 전력 변환 장치(200)에 포함된 복수개의 커패시터들(예: 제 1 커패시터(220-1), 제 2 커패시터(220-2), ..., 제 N 커패시터(220-N)) 중 컨버터(250)에 필요한 전압을 공급하기 위해, 적어도 일부의 커패시터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 일부의 커패시터는 컨버터(250)에 필요한 전압을 공급하기 위한 최소 개수의 커패시터일 수 있다.
동작 1230에서, 컨트롤러(230)는 컨버터(250)에 필요한 전압을 공급하기 위해, 상기 결정된 적어도 일부의 커패시터들 중, 지정된 전압(예: 가장 높은 전압)을 만족하는 커패시터를 선택할 수 있다.
동작 1240에서, 컨트롤러(230)는 스위치부(240)를 통해 선택된 커패시터에 대하여, 컨버터(250)에 전원을 공급하기 위한 전력 경로를 설정할 수 있다.
동작 1250에서, 컨트롤러(230)는 상기 전력 경로 설정에 따라 온(on)된 스위치(예: 제 1 스위치(240-1), 제 2 스위치(240-2), ..., 제 N 스위치(240-N) 중의 하나)를 이용하여 컨버터(250)에 전원을 공급할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치와 종래의 전력 변환 장치의 스위칭 손실을 비교 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따르면, 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)를 통해, 리튬 이온 배터리의 입력 전압, 약 3.7V를 약 1V로 강압하는 어플리케이션에 적용한 경우와, 고속 충전 기술이 적용된 충전기를 통한 입력 전압, 약 5V~20V를 약 3.7V로 강압하는 어플리케이션에 적용한 경우, 컨버터(250)의 인덕터(L0)에 대한 인덕턴스를 저감하는 수준의 스위칭 손실 저감 수준을 개략적으로 분석한 도면일 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200) 및 전력 변환 방법을 이용하면, 종래의 방법 대비, 약 3.7V에서 약 1V로 강압하는 경우는 P1과 같이 대략 약 40% 정도로 인덕턴스를 낮출 수 있다. 또한, 약 9V에서 약3.7V로 강압하는 경우 및 약 20V에서 약 3.7V로 강압하는 경우는 P2 및 P3와 같이 대략 약 70% 정도로 인덕턴스를 낮출 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전력 변환 장치(200) 및 전력 변환 방법을 이용하면, 컨버터(250)의 입력 전압을 절반 이하로 낮출 수 있으므로, 최소 약 1/2 이하로 스위칭 손실을 낮출 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
200: 전력 변환 장치 210: 전원 공급부
220: 커패시터부 230: 컨트롤러
240: 스위치부 250: 컨버터
260: 부하 270: 피드백 컨트롤러

Claims (20)

  1. 전력 변환 장치에 있어서,
    컨버터;
    전원 공급부;
    상기 전원 공급부를 통해 입력되는 입력 전압을 축적하기 위해 상기 전원 공급부에 직렬로 연결된 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 포함하는 커패시터부;
    상기 제 1 커패시터와 연결된 제 1 스위치 및 상기 제 2 커패시터와 연결된 제 2 스위치를 포함하고, 상기 제 1 커패시터 또는 상기 제 2 커패시터를 상기 컨버터와 선택적으로 연결하기 위한 스위치부; 및
    상기 커패시터부 및 상기 스위치부와 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는,
    상기 제 1 커패시터 또는 상기 제 2 커패시터 중 지정된 조건을 만족하는 커패시터를 결정하고,
    상기 제 1 스위치 또는 상기 제 2 스위치 중 상기 결정된 커패시터에 대응하는 상기 제 1 스위치 또는 상기 제 2 스위치 중 하나의 스위치를 온으로 설정(set)하고,
    상기 제 1 스위치 또는 상기 제 2 스위치 중 상기 온으로 설정된 스위치를 제외한 다른 스위치를 오프로 설정(set)하여, 상기 제 1 커패시터 또는 상기 제 2 커패시터 중 하나의 커패시터 및 상기 컨버터가 전기적으로 연결되어 상기 제 1 커패시터 또는 상기 제 2 커패시터 중 하나의 커패시터에 축적된 상기 입력 전압의 적어도 일부 전압이 상기 컨버터로 공급되도록 설정되되,
    상기 전력 변환 장치는,
    상기 컨버터에 전기적으로 연결된 부하;
    상기 부하의 입력 전압을 기초로 하여, 상기 컨버터에 피드백 신호를 제공하도록 구성된 피드백 컨트롤러;
    상기 제 1 커패시터 및 상기 제 2 커패시터 사이의 접점과, 상기 제 1 스위치 사이에 연결된 제 1 다이오드;
    상기 제 1 커패시터 및 상기 제 2 커패시터 사이의 접점과, 상기 제 2 스위치 사이에 연결된 제 2 다이오드;
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 온 또는 오프에 따라 상기 제 1 커패시터 또는 상기 제 2 커패시터를 통해 공급되는 전원에 대한 상기 컨버터의 스위치 동작을 수행하는 제 3 스위치;
    상기 제 3 스위치와 연결된 인덕터;
    상기 인덕터 및 상기 제 2 스위치 사이에 연결된 제 3 커패시터;
    캐소드가 상기 제 3 스위치와 연결되고, 애노드가 상기 제 2 스위치와 연결되고, 상기 제 3 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터 및 상기 제 3 커패시터 사이에 루프를 형성하도록 구성된 제 3 다이오드를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 커패시터 및 상기 제 2 커패시터는 직렬로 연결되어 있는 전력 변환 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 커패시터 및 상기 제 2 커패시터는 각각 상이한 레벨의 전압을 상기 컨버터에 공급하는 전력 변환 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 입력 전압보다 강압된 전압을 상기 부하에 출력하는 전력 변환 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 스위치부에 병렬로 적어도 하나 이상 더 구성된 전력 변환 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제 1 커패시터 또는 상기 제 2 커패시터 중 축적된 전압이 큰 커패시터를 상기 지정된 조건을 만족하는 커패시터로 결정하도록 설정된 전력 변환 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치부는, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치와 연결된 복수의 역방향 다이오드를 더 포함하는 전력 변환 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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  17. 삭제
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  19. 삭제
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