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WO2023113195A1 - Switched capacitor converter - Google Patents

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Publication number
WO2023113195A1
WO2023113195A1 PCT/KR2022/016076 KR2022016076W WO2023113195A1 WO 2023113195 A1 WO2023113195 A1 WO 2023113195A1 KR 2022016076 W KR2022016076 W KR 2022016076W WO 2023113195 A1 WO2023113195 A1 WO 2023113195A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switch
circuit
capacitor
charge sharing
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2022/016076
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
최재순
최석문
백인국
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Silicon Magic Semiconductor Technology Co Ltd
Silicon Mitus Inc
Original Assignee
Hangzhou Silicon Magic Semiconductor Technology Co Ltd
Silicon Mitus Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Silicon Magic Semiconductor Technology Co Ltd, Silicon Mitus Inc filed Critical Hangzhou Silicon Magic Semiconductor Technology Co Ltd
Priority to CN202280007623.4A priority Critical patent/CN117121358A/en
Publication of WO2023113195A1 publication Critical patent/WO2023113195A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38Means for preventing simultaneous conduction of switches
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H02M1/385Means for preventing simultaneous conduction of switches with means for correcting output voltage deviations introduced by the dead time
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    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/06Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Definitions

  • the present invention relates to a switched capacitor converter.
  • switched-capacitor converters are widely used.
  • a switched capacitor converter is a circuit in which a semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as a 'switch') and a capacitor are combined without using an inductor. It can be understood as a circuit that changes the relationship of However, it is not necessary to consider that a switched capacitor converter does not include an inductor in that a switched capacitor converter including a small size inductor is also partially studied, but in general, a switched capacitor converter does not use a large size inductor. It can reduce the size and achieve high efficiency. For this reason, switched capacitor converters are mainly used in converters operating at a voltage conversion ratio (ratio of input voltage to output voltage) of 2:1 in mobile systems.
  • USB PD USB Power Delivery
  • PPS Programmable Power Supply
  • high-speed charging of large-capacity batteries used in smartphones and the like is possible while using a switched capacitor converter having a 2:1 voltage conversion ratio. That is, when using a low-cost standard 3A USB type-C cable and a switched capacitor converter having a 2:1 voltage conversion ratio, it is possible to achieve a battery charging current of 6A.
  • the magnetic core acts as an obstacle to high-speed charging, and the magnetic core used for wireless charging of smartphones is usually limited to a current of 1.25A or less for safety reasons. In this case, if a switched capacitor converter with a 2:1 voltage conversion ratio is used, the charging current is limited to 2.5A or less.
  • a method of implementing a voltage conversion ratio of 4:1 by connecting two switched capacitor converters having a voltage conversion ratio of 2:1 in series is known, but this method loses power in that power processing is performed twice. There is a problem with this many.
  • a 4:1 Dickson switch capacitor converter a high withstand voltage capacitor having a withstand voltage three times the output voltage Vo is required.
  • High voltage capacitors are disadvantageous in terms of size and efficiency due to their large size, small effective capacitance and large parasitic resistance. Therefore, it is necessary to develop a switched capacitor converter capable of operating at a high voltage conversion ratio and having a small size and high efficiency.
  • Switched-capacitor converters usually operate in a hard-switching manner in which switching losses occur.
  • the switching loss is proportional to the square of the voltage change during on/off switching of the switch. In the case of a 2:1 voltage conversion ratio, the voltage change during switching is not large, so the switching loss does not occupy a relatively large proportion.
  • the voltage conversion ratio increases to 3:1 or 4:1, the amount of voltage change increases and the effect of switching loss on efficiency increases, so a method for reducing switching loss is also required.
  • One object of the present invention is to provide a switched capacitor converter that can operate with high efficiency at a high voltage conversion ratio (eg, 4:1).
  • One object of the present invention is to provide a switched capacitor converter capable of reducing switching loss.
  • One aspect of the present invention is a first circuit including at least one capacitor and at least one switch; And a second circuit composed of a circuit substantially the same as the first circuit; including, but the corresponding switches of the first circuit and the second circuit at positions corresponding to each other are turned on/off complementary to each other, and the first circuit At least some of the corresponding nodes of the first circuit and the second circuit have voltage states complementary to each other, and a charge sharing switch is disposed on at least some of the corresponding nodes.
  • the charge sharing switch may be turned on during the dead time period.
  • switching loss when the corresponding switch changes an on/off state may be reduced by using the charge sharing switch so that the corresponding nodes have substantially the same voltage value during the dead time period.
  • a switch of the first circuit belongs to one of a first switch group turned on in a first state and a second switch group turned on in a second state
  • the switch of the second circuit includes the It may belong to a switch group different from the corresponding switch of the first circuit.
  • the first state and the second state may have substantially the same length of time, and a dead time interval may exist between the first state and the second state.
  • Another aspect of the present invention is a first circuit including at least one capacitor and at least one switch; and a second circuit including substantially the same circuit as the first circuit, wherein the first circuit and the second circuit each include: a first switch having a drain terminal connected to an input voltage; a first capacitor having one end connected to the source terminal of the first switch; a second switch having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor and a source terminal connected to a reference potential; a third switch having a source terminal connected to the other end of the first capacitor; a fourth switch having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch; a fifth switch having a drain terminal connected to a source terminal of the fourth switch; a sixth switch having a drain terminal connected to the source terminal of the fifth switch and a source terminal connected to a reference potential; a seventh switch having a source terminal connected to the drain terminal of the fourth switch; and a second capacitor having one end connected to the drain terminal of the fourth switch and the other end connected to the drain terminal of the sixth switch, wherein the drain terminal
  • a connection node of a source terminal of the fourth switch and a drain terminal of the fifth switch may be connected to an output voltage.
  • the switch capacitor converter includes at least one of a first charge sharing switch and a second charge sharing switch, wherein the first charge sharing switch includes one end of the first capacitor of the first circuit and the first charge sharing switch of the second circuit. connected between one end of a capacitor and/or connected between the other end of the first capacitor in the first circuit and the other end of the first capacitor in the second circuit, wherein the second charge sharing switch is It may be connected between one end of the second capacitor and one end of the second capacitor of the second circuit and/or between the other end of the second capacitor of the first circuit and the other end of the second capacitor of the second circuit. there is.
  • the first charge sharing switch and/or the second charge sharing switch may be semiconductor switching elements capable of bi-directional on/off control.
  • the first, third, fifth, and seventh switches of the first circuit and the second, fourth, and sixth switches of the second circuit belong to a first switch group that is turned on in a first state
  • the first, third, fifth, and seventh switches of the second circuit and the second, fourth, and sixth switches of the first circuit belong to a second switch group that is turned on in a second state
  • the first charge sharing switch and Alternatively, the second charge sharing switch may be turned on during a dead time interval in which switches belonging to the first switch group and the second switch group are all turned off.
  • the first state and the second state may have substantially the same length of time, and the dead time interval may exist between the first state and the second state.
  • the first switch (S31) to which the drain terminal is connected to the input voltage a first capacitor C31 having one end connected to the source terminal of the first switch; a second switch (S32) having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor and a source terminal connected to a reference potential; a third switch (S33) having a source terminal connected to the other end of the first capacitor; a fourth switch (S34) having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch; a fifth switch (S35) having a drain terminal connected to a source terminal of the fourth switch; a sixth switch (S36) having a drain terminal connected to the source terminal of the fifth switch and a source terminal connected to a reference potential; a second capacitor C32 having one end connected to the drain terminal of the fourth switch and the other end connected to the drain terminal of the sixth switch; a seventh switch (S37) having a drain terminal connected to one end of the first capacitor; a third capacitor (C33) having one end connected to the source terminal of the
  • a source terminal of the fourth switch and a source terminal of the eighth switch may be connected to an output voltage.
  • the charge sharing switch may be a semiconductor switching element capable of bi-directional on/off control.
  • the first, third, fifth, eighth and tenth switches belong to a first switch group that is turned on in a first state and the second, fourth, sixth, seventh and ninth switches are in a second state.
  • the charge sharing switch which belongs to a second switch group that is turned on, may be turned on during a dead time period in which both switches belonging to the first switch group and the second switch group are turned off.
  • the first state and the second state may have substantially the same length of time, and the dead time interval may exist between the first state and the second state.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram example of a switched capacitor converter to which the embodiment of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter of FIG. 2 by way of example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a switch on/off operation of the switched capacitor converter of FIG. 2 by way of example.
  • FIG. 5 and 6 are diagrams illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter of FIG. 2 by way of example.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams illustrating a second state (phase 2) of the switched capacitor converter of FIG. 2 by way of example.
  • FIG. 9 is a diagram explaining switching loss of the switched capacitor converter of FIG. 2 .
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a circuit diagram example of a switched capacitor converter to which the embodiment of FIG. 10 is applied.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter of FIG. 11 by way of example.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a switch on/off operation of the switched capacitor converter of FIG. 11 by way of example.
  • FIG. 14 is a diagram explaining a principle of reducing switching loss by the charge sharing switch of the switched-capacitor converter of FIG. 11 .
  • FIG. 15 illustrates a switch capable of bi-directional on/off control that can be used for the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2.
  • 16 is a circuit diagram illustration of a switched capacitor converter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a second state (phase 2) of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.
  • FIG. 20 is a circuit diagram in which a charge sharing switch is added to the switched capacitor converter of FIG. 16 as another embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term.
  • an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is directly connected or connectable to the other element, but there is another element between the elements. It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the switched capacitor converter 100 may include a first circuit 110 and a second circuit 120 .
  • the switched capacitor converter 100 may receive an input voltage Vin from a power source through an input terminal, convert the voltage, and then provide an output voltage Vo to a load through an output terminal.
  • the switched capacitor converter 100 according to the present embodiment may selectively operate at a ratio of the input voltage Vin to the output voltage Vo of 2:1, 3:1, or 4:1.
  • the switched capacitor converter 100 may be illustratively used for ultra-fast charging of a mobile system (smart phone, tablet, etc.).
  • the switch capacitor converter 100 is a circuit in which a semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as a 'switch') and a capacitor are combined without using an inductor, and the input voltage is changed by changing the connection of the capacitor through the on/off operation of the switch.
  • the relationship between (Vin) and the output voltage (Vin) can be changed.
  • the switched capacitor converter 100 may include a small-sized inductor.
  • the first circuit 110 may include at least one capacitor and at least one switch.
  • the second circuit 120 may be configured with substantially the same circuit as the first circuit 110 .
  • corresponding switches at positions corresponding to each other of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be turned on/off complementary to each other.
  • at least some of the corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 corresponding to each other may have voltage states complementary to each other.
  • the corresponding switches in the positions corresponding to each other in the first circuit 110 and the second circuit 120 are located in the same position in the first circuit 110 and the second circuit 120 composed of substantially the same circuits. It means two switches placed.
  • the first switch S11 of the first circuit 110 and the first switch S21 of the second circuit 120 may be understood as corresponding switches.
  • the first switch S11 of the first circuit 110 is ON
  • the first switch S21 of the second circuit 120 is OFF
  • the first switch S21 of the second circuit 120 may operate in such a way that it is turned ON.
  • the corresponding switches are complementary to each other. It can be expressed as on/off.
  • Corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 at positions corresponding to each other are two nodes at the same position in the first circuit 110 and the second circuit 120 composed of circuits substantially identical to each other. means node.
  • the second node N12 of the first circuit 110 and the second node N22 of the second circuit 120 may be understood as corresponding nodes.
  • At least some of the corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 corresponding to each other may have complementary voltage states, which will be described in detail below.
  • the first circuit 110 and the second circuit 120 may include a connection wire 130 for electrical connection to each other as needed. Although only one connection wire 130 is shown in FIG. 1 , a plurality of connection wires 130 may or may not be used as needed.
  • FIG. 2 is a circuit diagram example of a switched capacitor converter 200 to which the embodiment of FIG. 1 is applied.
  • the switched capacitor converter 200 may include a first circuit 110 including at least one capacitor and at least one switch and a second circuit 120 composed of substantially the same circuit as the first circuit 110. there is.
  • the first circuit 110 includes a first switch (S11), a second switch (S12), a third switch (S13), a fourth switch (S14), a fifth switch (S15), a sixth switch (S16), 7 switch S17, a first capacitor C11 and a second capacitor C12 may be included. It is obvious that additional elements such as a voltage stabilization capacitor and a filter may be further included, but the basic operation of the circuit is the first switch S11 to the seventh switch S17, the first capacitor C11 and the second capacitor. Since it is determined by (C12), these elements will be mainly described.
  • a drain terminal of the first switch S11 of the first circuit 110 may be connected to the input voltage Vin through the first node N11.
  • One end (upper terminal in the drawing) of the first capacitor C11 may be connected to the source terminal of the first switch S11 through the second node N12.
  • the drain terminal of the second switch S12 is connected to the other terminal (lower terminal in the drawing) of the first capacitor C11 through the third node N13, and the source terminal of the second switch S12 is connected to the reference potential (GND).
  • GND reference potential
  • a source terminal of the third switch S13 may be connected to the other end of the first capacitor C11 through the third node N13.
  • a drain terminal of the fourth switch S14 may be connected to a drain terminal of the third switch S13 through the fourth node N14.
  • a drain terminal of the fifth switch S15 may be connected to a source terminal of the fourth switch S14 through the fifth node N15.
  • the drain terminal of the sixth switch S16 may be connected to the source terminal of the fifth switch S15 through the sixth node N16, and the source terminal of the sixth switch S16 may be connected to the reference potential GND.
  • a source terminal of the seventh switch S17 may be connected to a drain terminal of the fourth switch S14 through a fourth node N14.
  • One end of the second capacitor C12 (upper terminal in the drawing) is connected to the drain terminal of the fourth switch S14 through the fourth node N14, and the other end of the second capacitor C12 (lower terminal in the drawing) may be connected to the drain terminal of the sixth switch S16 through the sixth node N16.
  • a connection node N15 of the source terminal of the fourth switch S14 and the drain terminal of the fifth switch S15 may be connected to the output voltage Vo.
  • the second circuit 120 may be configured with substantially the same circuit as the first circuit 110 .
  • the second circuit 120 includes a first switch (S21), a second switch (S22), a third switch (S23), a fourth switch (S24), a fifth switch (S25), a sixth switch (S26), It may include 7 switches S27, a first capacitor C21 and a second capacitor C22.
  • additional elements such as a voltage stabilization capacitor and a filter may be further included.
  • a drain terminal of the first switch S21 of the second circuit 120 may be connected to the input voltage Vin through the first node N21.
  • One end (upper terminal in the drawing) of the first capacitor C21 may be connected to the source terminal of the first switch S21 through the second node N22.
  • the drain terminal of the second switch S22 is connected to the other terminal (lower terminal in the drawing) of the first capacitor C21 through the third node N23, and the source terminal of the second switch S22 is connected to the reference potential (GND).
  • GND reference potential
  • a source terminal of the third switch S23 may be connected to the other end of the first capacitor C21 through the third node N23.
  • a drain terminal of the fourth switch S24 may be connected to a drain terminal of the third switch S23 through the fourth node N24.
  • a drain terminal of the fifth switch S25 may be connected to a source terminal of the fourth switch S24 through a fifth node N25.
  • the drain terminal of the sixth switch S26 may be connected to the source terminal of the fifth switch S25 through the sixth node N26, and the source terminal of the sixth switch S26 may be connected to the reference potential GND.
  • a source terminal of the seventh switch S27 may be connected to a drain terminal of the fourth switch S24 through a fourth node N24.
  • One end (upper terminal in the drawing) of the second capacitor C22 is connected to the drain terminal of the fourth switch S24 through the fourth node N24, and the other end (lower terminal in the drawing) of the second capacitor C22 is It may be connected to the drain terminal of the sixth switch S26 through the sixth node N26.
  • a connection node N25 of the source terminal of the fourth switch S24 and the drain terminal of the fifth switch S25 may be connected to the output voltage Vo.
  • the drain terminal of the seventh switch S17 of the first circuit 110 is connected to one end of the first capacitor C21 through the second node N22 of the second circuit 120, and the second circuit 120
  • the drain terminal of the seventh switch S27 of may be connected to one end of the first capacitor C11 through the second node N12 of the first circuit 110 .
  • a switch used in the switch capacitor converter 200 may be a semiconductor switching element having an on/off control function.
  • a MOSFET is illustrated in FIG. 2 as being used for a switch, a known semiconductor switching device such as an IGBT, MCT, or BJT may be used in addition to the MOSFET.
  • FIG. 3 is a diagram illustratively illustrating an operating waveform when the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 operates at a voltage conversion ratio of 4:1
  • FIG. 4 is a diagram of a switch of the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 It is a diagram illustrating an on/off sequence by way of example.
  • the switched capacitor converter 200 repeats a first state (phase 1), a dead time (DT), a second state (phase 2), and a dead time (DT) can work as
  • the switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 may belong to either one of the first switch group SG1 and the second switch group SG2 , respectively. Switches belonging to the same switch group can perform the same on/off operation.
  • the first switch S11, the third switch S13, the fifth switch S15, the seventh switch S17 of the first circuit 110, and the second switch of the second circuit 120 ( S22), the fourth switch S24, and the sixth switch S26 belong to the first switch group SG1, and the second switch S12, the fourth switch S14, and the second switch S14 of the first circuit 110
  • the six switches S16, the first switch S21, the third switch S23, the fifth switch S25, and the seventh switch S27 of the second circuit 120 belong to the second switch group SG2.
  • the first switch group SG1 can be turned on in a first state (phase 1) and turned off in a second state (phase 2), and the second switch group SG2 is opposite to the first switch group SG1. It may be turned off in phase 1 and turned on in phase 2. During the dead time DT period, both the first switch group SG1 and the second switch group SG2 may be turned off.
  • the switch of the first circuit 110 belongs to one of the first switch group SG1 and the second switch group SG2, and the switch of the second circuit 120 is the corresponding switch of the first circuit 110 and It can be understood as belonging to different switch groups.
  • the first switch S11 of the first circuit 110 and the first switch S21 of the second circuit 120 may belong to different switch groups as corresponding switches. In this case, corresponding switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be turned on/off complementary to each other.
  • the first state (phase 1) is a period in which the first switch group (SG1) is turned on and the second switch group (SG2) is turned off
  • the second state (phase 2) is when the first switch group (SG1) is turned off , it may be a period in which the second switch group SG2 is turned on.
  • the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2) may have substantially the same length of time as each other.
  • a dead time (DT) section may exist between the first state (phase 1) and the second state (phase 2).
  • FIG. 3 shows the second node voltage VN12, the third node voltage VN13, and the fourth node voltage VN14 of the first circuit 110 in the first state (phase 1) and the second state (phase 2). , the sixth node voltage VN16 and the second node voltage VN22, the third node voltage VN23, the fourth node voltage VN24, and the sixth node voltage VN26 of the second circuit 120 are illustrated. there is.
  • the second node voltage VN12, the third node voltage VN13, the fourth node voltage VN14, and the sixth node voltage VN16 of the first circuit 110 are relatively high voltages in the first phase. state and may be in a relatively low voltage state in the second state (phase 2).
  • the second node voltage VN22, the third node voltage VN23, the fourth node voltage VN24, and the sixth node voltage VN26 of the second circuit 120 are relative in the first phase. It becomes a low voltage state and can become a relatively high voltage state in the second state (phase 2).
  • the relatively high voltage state or the relatively low voltage state means whether the voltage is relatively high or low when comparing the voltage in the first phase (phase 1) and the voltage in the second phase (phase 2) for the same node. can be understood as
  • corresponding nodes at positions corresponding to each other of the first circuit 110 and the second circuit 120 may have voltage states complementary to each other.
  • the fact that the corresponding nodes have voltage states complementary to each other means that when one node (eg, VN12) is in a relatively high voltage state, another node (eg, VN22) has a relatively low voltage state, and one node (eg, VN12) has a relatively high voltage state.
  • the other node When in the low voltage state, the other node (eg VN22) has a relatively high voltage state, and the voltage magnitude of the high voltage state of the two nodes (eg VN12 and VN22) is substantially the same as that of the two nodes (eg VN12 and VN22). It means that the voltage magnitudes of the low voltage state are substantially equal to each other.
  • first node N11 of the first circuit 110 and the first node N21 of the second circuit 120 are equally connected to the input voltage Vin, they do not have complementary voltage states.
  • fifth node N15 of the first circuit 110 and the fifth node N25 of the second circuit 120 are equally connected to the output voltage Vo, they do not have complementary voltage states.
  • all switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be turned off during the dead time (DT) period.
  • DT dead time
  • switches belonging to the first switch group SG1 and the second switch group SG2 due to an error in the on/off timing of each switch Since a short may occur when turned on at the same time a dead time DT period in which all switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 are turned off may be set to prevent this.
  • FIG. 5 and 6 are diagrams illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter 200 of FIG. 2 by way of example.
  • the first switch S11, the third switch S13, the fifth switch S15, and the seventh switch of the first circuit 110 belonging to the first switch group SG1 in the first state (phase 1) ( S17), the second switch S22, the fourth switch S24, and the sixth switch S26 of the second circuit 120 are turned on, and the first circuit 110 belonging to the second switch group SG2
  • the second switch (S12), the fourth switch (S14), the sixth switch (S16), the first switch (S21), the third switch (S23), the fifth switch (S25) of the second circuit 120, 7 switch (S27) can be off.
  • 5 exemplarily shows a connection state of the switched capacitor converter 200 in this case.
  • the first capacitor C11 and the second capacitor C12 of the first circuit 110 are sequentially connected in series between the input voltage Vin and the output voltage Vo (here, the output voltage Vo has an output terminal It is shown that there is a capacitor Co, and the output capacitor Co is used in most applications), the second capacitor C22 of the second circuit 120 is connected in parallel to the output capacitor Co, The first capacitor C21 of the second circuit 120 may be connected to a connection node of the first capacitor C11 and the second capacitor C12 of the first circuit 110 .
  • relational expressions of voltages in the first state (phase 1) may be expressed as Equations 1 to 3 below.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating a second state (phase 2) of the switched-capacitor converter 200 of FIG. 2 by way of example.
  • the first switch S11, the third switch S13, the fifth switch S15, and the seventh switch S17 of the first circuit 110 belonging to the first switch group SG1 ), the second switch S22, the fourth switch S24, and the sixth switch S26 of the second circuit 120 are turned off, and the first circuit 110 belonging to the second switch group SG2 2 switch (S12), 4th switch (S14), 6th switch (S16), 1st switch (S21), 3rd switch (S23), 5th switch (S25), 7th switch of the second circuit 120 Switch S27 may be turned on.
  • 7 exemplarily shows a connection state of the switched capacitor converter 200 in this case.
  • FIG. 8 the connection relationship between the capacitors can be briefly shown as shown in FIG. 8 .
  • the first capacitor C21 and the second capacitor C22 of the second circuit 120 are sequentially connected in series between the input voltage Vin and the output voltage Vo, and the second capacitor C21 of the first circuit 110
  • the capacitor C12 is connected in parallel to the output capacitor Co
  • the first capacitor C11 of the first circuit 110 is connected to the first capacitor C21 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. It can be connected to the connection node of
  • relational expressions of voltages in the second state (phase 2) may be expressed as Equations 4 to 6 below.
  • Equations 1 to 6 the voltage of each capacitor and the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vo can be obtained as in Equations 7 to 9.
  • the switched-capacitor converter 200 of the present embodiment operates so that the input voltage Vin is four times the output voltage Vo, that is, the ratio of the input voltage Vin to the output voltage Vo is 4:1.
  • the withstand voltage of the capacitor may not exceed twice Vo. That is, since a voltage conversion ratio of 4:1 can be implemented without using a capacitor with a high withstand voltage (eg, three or four times Vo), excellent performance in terms of size and efficiency can be exhibited.
  • the switched-capacitor converter 200 of this embodiment operates in the manner illustrated in FIGS. 3 to 8, a voltage conversion ratio of 4:1 can be implemented, but when the on/off sequence of the switches is changed, the switched-capacitor converter 200 can operate with a voltage conversion ratio of 2:1 or 3:1.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating switching loss of the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 .
  • each node voltage (VN12, VN22, VN13, VN23, VN14, VN24, VN16, VN26) switches between two voltage values in a first state (phase 1) and a second state (phase 2).
  • a first state phase 1
  • a second state phase 2
  • Vo for VN16 and VN26, Vo ⁇ 2Vo for VN14 and VN24, 0 ⁇ 2Vo for VN13 and VN23, 2Vo ⁇ 4Vo for VN12 and VN22 switches between two voltage values in a first state (phase 1) and a second state (phase 2).
  • FIG. 9 is a diagram for explaining switching loss by way of example. It can be understood that V1 is a voltage value in a first state (phase 1) and V2 is a voltage value in a second state (phase 2). That is, the case where the voltage of a certain node switches between V1 and V2 is exemplified.
  • C can be understood as an equivalent capacitance connected to the corresponding node.
  • An intentionally added capacitor element and/or parasitic capacitance may affect the equivalent capacitance.
  • switch-capacitor converters are mainly used when they operate at a voltage conversion ratio of 2:1. Switching losses were not much of an issue. However, when operating at a voltage conversion ratio of 4:1, as illustrated in FIG. 3, there are many nodes where the voltage change during switching is twice Vo, and switching loss can occur four times at these nodes (switching loss is proportional to the square of the change), the influence of switching losses can increase. Therefore, a countermeasure to reduce the switching loss is required.
  • the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. 2 itself is a circuit in which a lot of switching loss occurs.
  • the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. 2 is a circuit that does not require a capacitor of high withstand voltage (3 or 4 times Vo), and only generates a voltage change of 2 Vo during switching, and a voltage change of 3 Vo or 4 Vo It is a circuit with relatively low switching loss compared to circuits that require the use of high voltage capacitors in that voltage variation (switching loss increases by 9 or 16 times) does not occur, but switching loss is accompanied by an increase in voltage conversion ratio. Since the proportion of will increase, it can be understood as the fact that it is desirable to prepare additional measures.
  • the switched-capacitor converter 200 of FIG. 2 has a great advantage in that it can implement a voltage conversion ratio of 4:1 without using a high-voltage capacitor.
  • a sufficient solution to the increase in switching loss accompanying the increase in the voltage conversion ratio cannot be provided.
  • an embodiment in which switching loss can be reduced while taking advantage of the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 will be described.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the switched capacitor converter 1000 of FIG. 10 is different from the switched capacitor converter 100 of FIG. 1 in that it includes a charge sharing switch SC. Accordingly, the description of the switched-capacitor converter 100 of FIG. 1 may also be applied to the switched-capacitor converter 1000 of FIG. 10 unless otherwise described below.
  • the charge sharing switch SC may be disposed between corresponding nodes that are nodes at the same location in the first circuit 110 and the second circuit 120 .
  • the charge sharing switch SC may be turned on during the dead time period DT so that corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 have substantially the same voltage value.
  • the dead time (DT) in which all of the corresponding switches are turned off. ) period exists, and the charge sharing switch (SC) can be turned on in the dead time (DT) period.
  • the charge sharing switch SC When the charge sharing switch SC is turned on during the dead time DT period, corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be in substantially the same voltage state. In this way, by using the charge sharing switch (SC) to ensure that the corresponding nodes have substantially the same voltage as each other during the dead time (DT) period, switching loss when the corresponding switches change their on/off states can be reduced. A principle of reducing switching loss by the charge sharing switch (SC) will be described in detail below.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of a switched capacitor converter 1100 to which the embodiment of FIG. 10 is applied.
  • the switched capacitor converter 1100 illustrated in FIG. 11 is different from the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. 2 in that it further includes a first charge sharing switch SC1 and a second charge sharing switch SC2. there is. Accordingly, the description with reference to FIG. 2 can also be applied to FIG. 11, unless arranged as described below.
  • the first charge sharing switch SC1 is the other end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 (lower terminal in the drawing) and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120 (lower terminal in the drawing). terminal) can be connected between them. That is, the first charge sharing switch SC1 may be connected between the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 .
  • the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 may be understood as corresponding nodes.
  • the first charge sharing switch SC1 is turned on during the dead time DT period and connects the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 (eg, connection through a short circuit or small impedance, etc.) so that the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 have substantially the same voltage value ( That is, it can perform a charge sharing function).
  • the first charge sharing switch SC1 is operated by the voltage holding action of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120.
  • a charge sharing function between the second node N12 of the second circuit 120 and the second node N22 of the second circuit 120 is also performed.
  • the first charge sharing switch SC1 is formed by connecting one end (upper terminal in the drawing) of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120. It may be connected between one end (upper terminal in the drawing). That is, the first charge sharing switch SC1 may be connected between the second node N12 of the first circuit 110 and the second node N22 of the second circuit 120 . Even in this case, the first charge sharing switch SC1 is operated by the voltage holding action of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120. Charge sharing between the second node N12 of ) and the second node N22 of the second circuit 120 and the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N13 of the second circuit 120 Charge sharing between the nodes N23 may be simultaneously performed.
  • the first charge sharing switch SC1 is between one end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and one end of the first capacitor C21 of the second circuit 120 and the first circuit It may be used together between the other end of the first capacitor C11 of (110) and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. That is, two first charge sharing switches SC1 may be used.
  • the first charge sharing switch SC1 is connected and/or connected between one end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and one end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. It may be connected between the other end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. However, as illustrated in FIG. 11 , a first charge sharing switch SC1 is provided between the other end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. When is used, the voltage level is relatively low and the driving circuit is easy to implement.
  • the second charge sharing switch SC2 is the other end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 (lower terminal in the drawing) and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120 (lower terminal in the drawing). terminal) can be connected between them. That is, the second charge sharing switch SC2 may be connected between the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 .
  • the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 may be understood as corresponding nodes.
  • the second charge sharing switch SC2 is turned on during the dead time DT period to connect the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 (eg, connection through a short circuit or small impedance, etc.) so that the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 have substantially the same voltage value ( That is, it can perform a charge sharing function).
  • the second charge sharing switch SC2 is operated by the voltage holding action of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the second capacitor C22 of the second circuit 120.
  • a charge sharing function is also performed between the fourth node N14 of and the fourth node N24 of the second circuit 120 .
  • the second charge sharing switch SC2 is formed between one end (upper terminal in the drawing) of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. It may be connected between one end (upper terminal in the drawing). That is, the second charge sharing switch SC2 may be connected between the fourth node N14 of the first circuit 110 and the fourth node N24 of the second circuit 120 . Even in this case, the second charge sharing switch SC2 is operated by the voltage holding action of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. Charge sharing between the fourth node N14 of ) and the fourth node N24 of the second circuit 120 and the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N16 of the second circuit 120 The charge sharing function between the nodes N26 can be simultaneously performed.
  • the second charge sharing switch SC2 is between one end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and one end of the second capacitor C22 of the second circuit 120 and the first circuit It may be used together between the other end of the second capacitor C12 of (110) and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120. That is, two second charge sharing switches SC2 may be used.
  • the second charge sharing switch SC2 is connected and/or connected between one end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and one end of the second capacitor C22 of the second circuit 120. It may be connected between the other end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120.
  • the voltage level is It has the advantage of being relatively low and easy to implement a driving circuit.
  • FIG 11 illustrates that both the first charge sharing switch SC1 and the second charge sharing switch SC2 are used, but either one of the first charge sharing switch SC1 or the second charge sharing switch SC2 may not be used. That is, at least one of the first charge sharing switch SC1 and the second charge sharing switch SC2 may be used.
  • the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 may reduce switching loss by making voltage values of corresponding nodes substantially equal to each other in the dead time DT period.
  • the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 may be semiconductor switching elements capable of bidirectional on/off control.
  • 11 illustrates that MOSFETs are used for the first charge sharing switch SC1 and the second charge sharing switch SC2, but the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2
  • a known semiconductor switching element capable of bi-directional on/off control may be used.
  • a back-gate control MOSFET is used for the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2, or two MOSFETs may be connected back-to-back.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter 1100 of FIG. 11 by way of example.
  • the operation waveform illustrated in FIG. 3 shows the voltage value of each node in the dead time (DT) period in the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2). It is different in that it changes to a voltage value (eg, an average value) within a range of voltage values. This is because the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 are turned on during the dead time DT period to make voltage values of corresponding nodes substantially equal to each other.
  • a voltage value eg, an average value
  • the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 are Since they are connected to each other, the third node voltage VN13 of the first circuit 110 and the third node voltage VN23 of the second circuit 120 are substantially equal to each other.
  • the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120 maintain substantially the same voltage (2 ⁇ Vo) (see Equation 7)
  • the second node voltage VN12 of the first circuit 110 and the second node voltage VN22 of the second circuit 120 become substantially equal to each other.
  • the fourth node voltage VN14 of the first circuit 110 and the fourth node voltage of the second circuit 120 ( VN24 is substantially equal to each other, and the sixth node voltage VN16 of the first circuit 110 and the sixth node voltage VN26 of the second circuit 120 are substantially equal to each other.
  • two nodes connected to each other determine what voltage value each node has within the range of high voltage and low voltage in the dead time (DT) period by the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2. may be affected by the capacitance of For example, when the first charge sharing switch SC1 is turned on, the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 are connected to each other (eg, short circuit).
  • the capacitance of the third node N13 of the first circuit 110 and the capacitance of the third node N23 of the second circuit 120 are the same, they have an average value of the voltages of the two nodes, but When the capacitances are different from each other, a voltage value determined according to the size of the capacitance of the two nodes may be formed.
  • a voltage value determined according to the size of the capacitance of the two nodes may be formed.
  • FIG. 12 it is assumed that the capacitances of the corresponding nodes are the same, and as a result, the voltage value in the dead time (DT) section is illustrated as an average value of the two node voltages.
  • the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 operate only in the dead time DT period to reduce switching loss, the first state (phase 1) and the second charge sharing switch (phase 1) Operation in phase 2 is not substantially affected. Therefore, it can be considered that there is no practical effect on the basic operation of the switched-capacitor converter 1100, such as a voltage conversion ratio.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an on/off operation of switches of the switched capacitor converter 1100 of FIG. 11 by way of example.
  • the switching sequence of the switches belonging to the first switch group SG1 and the second switch group SG2 is the same as that described with reference to FIG. 4 . Accordingly, the description with reference to FIG. 4 can also be applied to FIG. 13 unless otherwise arranged as will be described below.
  • the first, third, fifth, and seventh switches S11, S13, S15, and S17 of the first circuit 110 and the second, fourth, and sixth switches S22, S24, and S26 of the second circuit 120 are
  • the first, third, fifth, and seventh switches S21, S23, S25, and S27 of the second circuit 120 belong to the first switch group SG1 turned on in the first state (phase 1) and the first circuit (
  • the second, fourth, and sixth switches S12, S14, and S16 of 110) belong to the second switch group SG2 turned on in the second state (phase 2), and are the first charge sharing switch SC1 and/or the second switch group SG2.
  • the second charge sharing switch SC2 may be turned on during the dead time DT period in which both switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 are turned off.
  • the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2) have substantially the same time length, and there is a dead time (DT) section between the first phase (phase 1) and the second phase (phase 1). can
  • the switched capacitor converter 1100 When the switched capacitor converter 1100 operates in the switching sequence illustrated in FIG. 13 , as described with reference to FIG. 4 , the switched capacitor converter 1100 may operate with a voltage conversion ratio of 4:1.
  • FIG. 14 is a diagram explaining a principle of reducing switching loss by the charge sharing switches SC1 and/or SC2 of the switched capacitor converter 1100 of FIG. 11 .
  • the voltages of each node are the first voltage V1 and the second voltage ( V2) can be changed to a voltage value (intermediate voltage, VM) between.
  • intermediate voltage VM intermediate voltage
  • a first change 1401 and a second change 1402 occur, and in the second state (phase 2)
  • a third change 1403 and a fourth change 1404 may occur.
  • the corresponding node (voltage V1) receives charge from the corresponding node (voltage V2) and is charged so that the voltage becomes the intermediate voltage.
  • the third change (1403) is a change in which the corresponding node (voltage V2) provides charge to the corresponding node (voltage V1) and is partially discharged, thereby lowering the voltage to the intermediate voltage (VM).
  • the first change 1401 and the third change 1403 are charge sharing processes by the charge sharing switch.
  • the energy charged to the corresponding node by the first change 1401, that is, the energy change ⁇ E (1401) corresponds to the difference between the energy when the voltage is VM and the energy when the voltage is V1, so as shown in Equation 12 can indicate
  • C can be understood as the equivalent capacitance of the corresponding node.
  • Equation 13 can be expressed as
  • the loss (charge sharing loss) caused by the first change 1401 and the third change 1403 is the energy change due to the third change 1403 ⁇ E (1403) to the energy change due to the first change 1401 ⁇ E Since it is a value obtained by subtracting (1401) (that is, the difference between energy provided by a node with a high voltage and energy stored by a corresponding node with a low voltage), the equation can be expressed as Equation 14. In the derivation of Equation 14, the assumption that the intermediate voltage VM is the average value of the first voltage V1 and the second voltage V2 is applied.
  • Equation 14 the loss expressed by Equation 14 may be referred to as a charge sharing loss because it is a loss caused by charge sharing through a charge sharing switch.
  • the second change 1402 and the fourth change 1404 are hard-switching phenomena in which switching loss occurs, and the voltage rapidly changes.
  • the rapid voltage changes 1402 and 1404 occur after the node voltage is changed to the intermediate voltage VM by the charge sharing switch SC1 and/or SC2, the rapidly changing voltage change amount is reduced by half.
  • the switching loss due to the second change 1402 and the fourth change 1404 can be expressed as Equations 15 and 16.
  • the second change 1402 can be understood as a loss due to turn-on and the fourth change 1404 can be understood as a loss due to turn-off
  • the second change The sum of losses due to 1402 and the fourth change 1404 can be expressed as turn on and off loss. Assuming that VM is the average value of V1 and V2 and calculating turn on and off loss, it can be expressed as in Equation 17.
  • Equation 18 Since the switching loss due to the first change 1401 to the fourth change 1404 illustrated in FIG. 14 is the sum of Equations 14 and 17, it can be expressed as Equation 18.
  • the switching loss of Equation 11 occurs as described with reference to FIG. 9, whereas when using the charge sharing switch, the switching loss of Equation 18 occurs. Switching losses can be halved if a charge-sharing switch is used.
  • VM can be understood as an effect of reducing the amount of voltage change in the second change 1402 and the fourth change 1404.
  • the switched-capacitor converter 1100 illustrated in FIG. 11 maintains the advantage of being able to implement a voltage conversion ratio of 4: 1 without using a high withstand voltage capacitor, and the accompanying increase in voltage conversion ratio It also has the advantage that an increase in switching loss can be suppressed.
  • 16 is a circuit diagram of a switched capacitor converter 1600 according to another embodiment of the present invention.
  • the switched capacitor converter 1600 of FIG. 16 includes the seventh switch S17 of the first circuit 110, the first switch S21 of the second circuit 120 in the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. It can be understood as a state in which the first capacitor C21, the second switch S22, and the third switch S23 are removed.
  • the switched capacitor converter 1600 includes a first switch S31 having a drain terminal connected to the input voltage Vin, a first capacitor C31 having one end connected to the source terminal of the first switch S31, A second switch S32 having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor C31 and having a source terminal connected to a reference potential, a third switch S33 having a source terminal connected to the other end of the first capacitor C31, A fourth switch S34 having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch S33, a fifth switch S35 having a drain terminal connected to the source terminal of the fourth switch S34, and a fifth switch S35 A drain terminal is connected to the source terminal of the source terminal, and one end is connected to the drain terminals of the sixth switch S36 and the fourth switch S34 connected to the reference potential, and the other end is connected to the drain terminal of the sixth switch S36.
  • the eighth switch S38 having a drain terminal connected to one end of the third capacitor C33, a drain terminal connected to a source terminal of the eighth switch S38, and a source terminal connected to the other end of the third capacitor C33. It may include a ninth switch S39, and a 10th switch S40 having a drain terminal connected to a source terminal of the ninth switch S39 and a source terminal connected to a reference potential.
  • the source terminal of the fourth switch S34 and the source terminal of the eighth switch S38 may be connected to the output voltage Vo.
  • the switch-capacitor converter 1600 configured as described above can selectively operate among voltage conversion ratios of 2:1, 3:1, and 4:1. Explain.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter 1600 of FIG. 16 by way of example.
  • the 1st, 3rd, 5th, 8th, and 10th switches S31, S33, S35, S38, and S40 belong to the first switch group SG1 turned on in the first state (phase 1) and the second , 4, 6, 7, and 9 switches (S32, S34, S36, S37, S39) may belong to the second switch group (SG2) turned on in the second state (phase 2).
  • the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2) have substantially the same time length, and there is a dead time period (DT) between the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2).
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter 1600 of FIG. 16 by way of example.
  • the first capacitor C31 and the second capacitor C32 are sequentially connected in series between the input voltage Vin and the output voltage Vo, and the third capacitor C33 has an output voltage ( Vo) can be connected in parallel.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a second state (phase 2) of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.
  • one end of the first capacitor C31 is connected to one end of the third capacitor C33, the other end of the first capacitor C31 is connected to the reference potential GND, and the second capacitor C32 ) may be connected in parallel to the output voltage Vo, and the other end of the third capacitor C33 may be connected to the output voltage Vo.
  • the switched-capacitor converter 1600 of FIG. 16 has a voltage conversion ratio of 4:1.
  • the switch-capacitor converter 1600 may operate with a voltage conversion ratio of 2:1 or 3:1.
  • FIG. 20 is a circuit diagram of a switched capacitor converter 2000 according to another embodiment of the present invention in which a charge sharing switch SC3 is added to the switched capacitor converter 1600 of FIG. 16 .
  • the charge sharing switch SC3 may be connected between the sixth node N36 and the ninth node N39. That is, the charge sharing switch SC3 may be connected between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33. In this case, the charge sharing switch SC3 simultaneously performs a charge sharing function between the fourth node N34 and the seventh node N37 as well as between the sixth node N36 and the ninth node N39. can do. As described above, the charge sharing switch SC3 can reduce switching loss by being turned on during a dead time period in which all switches belonging to the first switch group SG1 and the second switch group SG2 are turned off.
  • the charge sharing switch SC3 may be changed to be connected between one end of the second capacitor C32 and one end of the third capacitor C33.
  • the charge sharing switch SC3 may be used together between one end of the second capacitor C32 and one end of the third capacitor C33 and between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33.
  • the charge sharing switch SC3 is provided between one end of the second capacitor C32 and one end of the third capacitor C33 and/or between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33.
  • the charge sharing switch SC3 is used for only one of the two, the sixth node N36 and the ninth node N39 are connected by the voltage holding action of the second capacitor C32 and the third capacitor C33.
  • the charge sharing between the terminals and the charge sharing between the fourth node N34 and the seventh node N37 may be simultaneously performed.
  • the charge sharing switch SC3 is disposed between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33, the voltage level is relatively low and the driving circuit is easy to implement.
  • the charge sharing switch may be a semiconductor switching device capable of bi-directional on/off control.
  • a back-gate control MOSFET may be used or two MOSFETs may be used in a back-to-back connection. .

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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

The present invention relates to a switched capacitor converter, which can operate with high efficiency at a high voltage conversion ratio (for example, 4:1) and reduce switching loss. One aspect of the present invention relates to a switched capacitor converter comprising: a first circuit including at least one capacitor and at least one switch; and a second circuit formed of a circuit that is substantially the same as that of the first circuit, wherein corresponding switches at positions at which the first circuit and the second circuit correspond to each other are complementarily turned on/off with respect to each other, at least some of corresponding nodes at positions at which the first circuit and the second circuit correspond to each other have voltage states that are complementary to each other, and charge sharing switches are arranged at at least some of the corresponding nodes.

Description

스위치 커패시터 컨버터switch capacitor converter

본 발명은 스위치 커패시터 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a switched capacitor converter.

모바일용 시스템(스마트폰, 태블릿 등)의 초고속 충전을 위해 스위치 커패시터 컨버터(switched-capacitor converter)가 많이 이용되고 있다.For ultra-fast charging of mobile systems (smartphones, tablets, etc.), switched-capacitor converters are widely used.

스위치 커패시터 컨버터는 통상 인덕터를 사용하지 않으면서 반도체 스위칭 소자(이하 간략히 '스위치'라고 함)와 커패시터가 조합된 회로로서, 스위치의 온/오프 동작을 통해 커패시터의 연결을 변경함으로써 입력전압과 출력전압의 관계를 변경하는 회로로 이해될 수 있다. 다만, 작은 사이즈의 인덕터를 포함하는 스위치 커패시터 컨버터도 일부 연구되고 있다는 점에서 스위치 커패시터 컨버터가 인덕터를 포함하지 않는 것으로 고려될 필요는 없지만, 일반적으로 스위치 커패시터 컨버터는 큰 사이즈의 인덕터를 사용하지 않음으로써 사이즈를 줄이고 고효율을 달성할 수 있다. 이러한 이유로 모바일용 시스템에서 2:1의 전압 변환비(입력 전압과 출력 전압의 비)로 동작하는 컨버터에는 스위치 커패시터 컨버터가 주로 이용되고 있다.A switched capacitor converter is a circuit in which a semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as a 'switch') and a capacitor are combined without using an inductor. It can be understood as a circuit that changes the relationship of However, it is not necessary to consider that a switched capacitor converter does not include an inductor in that a switched capacitor converter including a small size inductor is also partially studied, but in general, a switched capacitor converter does not use a large size inductor. It can reduce the size and achieve high efficiency. For this reason, switched capacitor converters are mainly used in converters operating at a voltage conversion ratio (ratio of input voltage to output voltage) of 2:1 in mobile systems.

그러나 최근 모바일용 시스템의 소비전력이 증가하고 시스템 내부에서 전력을 소모하는 소자들(코어, 주변 회로 등)의 동작 전압은 낮아지는 경향으로 인해, 2:1을 초과하는 전압 변환비를 가지는 컨버터에 대한 요구가 증가하고 있다. However, due to the recent increase in power consumption in mobile systems and the tendency for the operating voltage of components (core, peripheral circuits, etc.) that consume power inside the system to decrease, converters with a voltage conversion ratio exceeding 2:1 are required. demands are increasing.

예를 들어, USB PD(USB Power Delivery)와 PPS(Programmable Power Supply)의 도입으로 2:1 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터를 사용하면서도 스마트폰 등에서 사용되는 대용량 배터리의 고속 충전이 가능하게 되었다. 즉, 저가의 표준 3A USB type-C 케이블과 2:1 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터를 사용하는 경우 6A의 배터리 충전 전류를 달성하는 것이 가능하다. 그러나 무선 충전 시스템에서는 마그네틱 코어가 고속 충전의 걸림돌로 작용하는데, 스마트폰 무선 충전에 사용되는 마그네틱 코어는 안전의 이유로 통상 1.25A 이하의 전류로 제한된다. 이 경우 2:1 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터를 사용하면 충전 전류는 2.5A 이하로 제한된다. 그러나 소비자들은 더욱 빠른 충전을 위해 더 큰 충전 전류를 요구하고 있고, 이러한 요구는 2:1을 초과하는 전압 변환비를 가지는 컨버터에 대한 요구로 이어지고 있다. 예를 들어, 4:1의 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터를 사용하는 경우, 저가의 표준 3A USB type-C 케이블을 사용하면서도 12A의 충전 전류가 가능하고, 1.25A 이하의 전류로 제한되는 마그네틱 코어를 사용하는 무선 충전 시스템에서도 5A의 충전 전류를 달성할 수 있다.For example, with the introduction of USB PD (USB Power Delivery) and PPS (Programmable Power Supply), high-speed charging of large-capacity batteries used in smartphones and the like is possible while using a switched capacitor converter having a 2:1 voltage conversion ratio. That is, when using a low-cost standard 3A USB type-C cable and a switched capacitor converter having a 2:1 voltage conversion ratio, it is possible to achieve a battery charging current of 6A. However, in the wireless charging system, the magnetic core acts as an obstacle to high-speed charging, and the magnetic core used for wireless charging of smartphones is usually limited to a current of 1.25A or less for safety reasons. In this case, if a switched capacitor converter with a 2:1 voltage conversion ratio is used, the charging current is limited to 2.5A or less. However, consumers are demanding a larger charging current for faster charging, and this demand is leading to a demand for a converter having a voltage conversion ratio exceeding 2:1. For example, if a switched capacitor converter with a voltage conversion ratio of 4:1 is used, a charging current of 12A is possible while using a low-cost standard 3A USB type-C cable, and a magnetic current limited to 1.25A or less. Even a wireless charging system using a core can achieve a charging current of 5A.

이와 같이, 2:1을 초과하는, 예시적으로 4:1의 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터에 대한 요구가 증가하고 있으나, 높은 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터는 스위치와 커패시터의 전압 스트레스 증가 및 소자 개수 증가로 인해 사이즈가 상대적으로 증가하고 효율이 감소하는 등의 문제가 있어 개선이 요구되고 있다. As such, the demand for a switched capacitor converter having a voltage conversion ratio exceeding 2:1, eg, 4:1, is increasing, but a switched capacitor converter having a high voltage conversion ratio increases the voltage stress of the switch and the capacitor. In addition, there are problems such as relatively increasing size and decreasing efficiency due to an increase in the number of devices, so improvement is required.

예를 들어, 2:1 전압 변환비를 가지는 스위치 커패시터 컨버터 두 개를 직렬로 연결하여 4:1의 전압 변환비를 구현하는 방법이 알려져 있으나, 이 방법은 전력 처리를 두 번 한다는 점에서 전력 손실이 많다는 문제가 있다. 다른 예로서, 4:1 딕슨(Dickson) 스위치 커패시터 컨버터의 경우, 출력 전압(Vo)의 3배의 내압을 가지는 고내압 커패시터가 필요하다는 단점이 있다. 고내압 커패시터는 사이즈가 클 뿐만 아니라 실효 커패시턴스가 작고 기생 저항이 커지는 문제로 인해 사이즈 및 효율 측면에서 불리하다. 따라서 높은 전압 변환비로 동작하면서 사이즈가 작고 고효율로 동작할 수 있는 스위치 커패시터 컨버터에 대한 개발이 필요하다. For example, a method of implementing a voltage conversion ratio of 4:1 by connecting two switched capacitor converters having a voltage conversion ratio of 2:1 in series is known, but this method loses power in that power processing is performed twice. There is a problem with this many. As another example, in the case of a 4:1 Dickson switch capacitor converter, a high withstand voltage capacitor having a withstand voltage three times the output voltage Vo is required. High voltage capacitors are disadvantageous in terms of size and efficiency due to their large size, small effective capacitance and large parasitic resistance. Therefore, it is necessary to develop a switched capacitor converter capable of operating at a high voltage conversion ratio and having a small size and high efficiency.

또한, 높은 전압 변환비로 동작할 때 스위치 커패시터 컨버터의 스위칭 손실을 줄일 수 있는 방법에 대한 연구도 필요하다. 스위치 커패시터 컨버터는 통상 스위칭 손실이 발생하는 하드 스위칭(hard-switching) 방식으로 동작한다. 스위칭 손실은 스위치의 온/오프 전환 시의 전압 변화량의 제곱에 비례하는데, 2:1의 전압 변환비를 가지는 경우에는 스위칭 시의 전압 변화량이 크지 않아 상대적으로 스위칭 손실이 큰 비중을 차지하지 않았으나, 전압 변환비가 3:1 또는 4:1로 증가하면 전압 변화량이 커져 스위칭 손실이 효율에 미치는 영향이 커지므로 스위칭 손실을 줄일 수 있는 방법도 요구되고 있다.In addition, it is also necessary to study a method for reducing the switching loss of the switched capacitor converter when operating at a high voltage conversion ratio. Switched-capacitor converters usually operate in a hard-switching manner in which switching losses occur. The switching loss is proportional to the square of the voltage change during on/off switching of the switch. In the case of a 2:1 voltage conversion ratio, the voltage change during switching is not large, so the switching loss does not occupy a relatively large proportion. When the voltage conversion ratio increases to 3:1 or 4:1, the amount of voltage change increases and the effect of switching loss on efficiency increases, so a method for reducing switching loss is also required.

본 발명의 일 목적은, 높은 전압 변환비(예, 4:1)에서 고효율로 동작할 수 있는 스위치 커패시터 컨버터를 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a switched capacitor converter that can operate with high efficiency at a high voltage conversion ratio (eg, 4:1).

본 발명의 일 목적은, 스위칭 손실을 줄일 수 있는 스위치 커패시터 컨버터를 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a switched capacitor converter capable of reducing switching loss.

본 발명의 해결 과제는 전술한 해결 과제로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 다양한 해결 과제들이 본 명세서에 포함될 수 있다.The problem of the present invention is not limited to the above-described problem, and various problems not mentioned herein may be included in the present specification.

본 발명의 일 측면은, 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 스위치를 포함하는 제1 회로; 및 상기 제1 회로와 실질적으로 동일한 회로로 구성되는 제2 회로;를 포함하되, 상기 제1 회로와 상기 제2 회로의 서로 대응되는 위치의 대응 스위치는 서로 상보적으로 온/오프 되고, 상기 제1 회로와 상기 제2 회로의 서로 대응되는 위치의 대응 노드의 적어도 일부는 서로 상보적인 전압 상태를 가지며, 상기 대응 노드의 적어도 일부에는 전하 공유 스위치가 배치되는, 스위치 커패시터 컨버터이다.One aspect of the present invention is a first circuit including at least one capacitor and at least one switch; And a second circuit composed of a circuit substantially the same as the first circuit; including, but the corresponding switches of the first circuit and the second circuit at positions corresponding to each other are turned on/off complementary to each other, and the first circuit At least some of the corresponding nodes of the first circuit and the second circuit have voltage states complementary to each other, and a charge sharing switch is disposed on at least some of the corresponding nodes.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 대응 스위치가 서로 온/오프 상태를 변경할 때 상기 대응 스위치가 모두 오프되는 데드 타임 구간이 존재하고, 상기 전하 공유 스위치는 상기 데드 타임 구간에서 온 될 수 있다. In the switched-capacitor converter, when the corresponding switches change their on/off states, there is a dead time period in which all of the corresponding switches are turned off, and the charge sharing switch may be turned on during the dead time period.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 데드 타임 구간에서 상기 전하 공유 스위치가 온 됨에 의해 상기 대응 노드가 서로 실질적으로 동일한 전압값이 될 수 있다. In the switched-capacitor converter, when the charge sharing switch is turned on during the dead time period, voltage values of the corresponding nodes may be substantially equal to each other.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 전하 공유 스위치를 사용해 상기 데드 타임 구간에서 상기 대응 노드가 서로 실질적으로 동일한 전압값이 되도록 함으로써 상기 대응 스위치가 온/오프 상태를 변경할 때의 스위칭 손실을 줄일 수 있다.In the switched-capacitor converter, switching loss when the corresponding switch changes an on/off state may be reduced by using the charge sharing switch so that the corresponding nodes have substantially the same voltage value during the dead time period.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1 회로의 스위치는 제1 상태에서 온 되는 제1 스위치 그룹과 제2 상태에서 온 되는 제2 스위치 그룹 중의 어느 하나에 속하고, 상기 제2 회로의 스위치는 상기 제1 회로의 대응 스위치와 서로 다른 스위치 그룹에 속할 수 있다. In the switched-capacitor converter, a switch of the first circuit belongs to one of a first switch group turned on in a first state and a second switch group turned on in a second state, and the switch of the second circuit includes the It may belong to a switch group different from the corresponding switch of the first circuit.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에는 데드 타임 구간이 존재할 수 있다. In the switched-capacitor converter, the first state and the second state may have substantially the same length of time, and a dead time interval may exist between the first state and the second state.

본 발명의 다른 일 측면은, 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 스위치를 포함하는 제1 회로; 및 상기 제1 회로와 실질적으로 동일한 회로로 구성되는 제2 회로;를 포함하되, 상기 제1 회로와 상기 제2 회로는 각각, 입력 전압에 드레인 단자가 연결되는 제1 스위치; 상기 제1 스위치의 소스 단자에 일단이 연결되는 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터의 타단에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제2 스위치; 상기 제1 커패시터의 타단에 소스 단자가 연결되는 제3 스위치; 상기 제3 스위치의 드레인 단자에 드레인 단자가 연결되는 제4 스위치; 상기 제4 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되는 제5 스위치; 상기 제5 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제6 스위치; 상기 제4 스위치의 드레인 단자에 소스 단자가 연결되는 제7 스위치; 및 상기 제4 스위치의 드레인 단자에 일단이 연결되고 타단은 상기 제6 스위치의 드레인 단자에 연결되는 제2 커패시터;를 포함하되, 상기 제1 회로의 상기 제7 스위치의 드레인 단자는 상기 제2 회로의 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고, 상기 제2 회로의 상기 제7 스위치의 드레인 단자는 상기 제1 회로의 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터이다.Another aspect of the present invention is a first circuit including at least one capacitor and at least one switch; and a second circuit including substantially the same circuit as the first circuit, wherein the first circuit and the second circuit each include: a first switch having a drain terminal connected to an input voltage; a first capacitor having one end connected to the source terminal of the first switch; a second switch having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor and a source terminal connected to a reference potential; a third switch having a source terminal connected to the other end of the first capacitor; a fourth switch having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch; a fifth switch having a drain terminal connected to a source terminal of the fourth switch; a sixth switch having a drain terminal connected to the source terminal of the fifth switch and a source terminal connected to a reference potential; a seventh switch having a source terminal connected to the drain terminal of the fourth switch; and a second capacitor having one end connected to the drain terminal of the fourth switch and the other end connected to the drain terminal of the sixth switch, wherein the drain terminal of the seventh switch of the first circuit is connected to the drain terminal of the second circuit. is connected to one end of the first capacitor, and a drain terminal of the seventh switch of the second circuit is connected to one end of the first capacitor of the first circuit.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제4 스위치의 소스 단자와 상기 제5 스위치의 드레인 단자의 접속 노드는 출력 전압에 연결될 수 있다. In the switched capacitor converter, a connection node of a source terminal of the fourth switch and a drain terminal of the fifth switch may be connected to an output voltage.

상기 스위치 커패시터 컨버터는 제1 전하 공유 스위치와 제2 전하 공유 스위치 중의 적어도 하나를 포함하되, 상기 제1 전하 공유 스위치는 상기 제1 회로의 상기 제1 커패시터의 일단과 상기 제2 회로의 상기 제1 커패시터의 일단 사이에 연결 및/또는 상기 제1 회로의 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 회로의 상기 제1 커패시터의 타단 사이에 연결되고, 상기 제2 전하 공유 스위치는 상기 제1 회로의 상기 제2 커패시터의 일단과 상기 제2 회로의 상기 제2 커패시터의 일단 사이에 연결 및/또는 상기 제1 회로의 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 제2 회로의 상기 제2 커패시터의 타단 사이에 연결될 수 있다.The switch capacitor converter includes at least one of a first charge sharing switch and a second charge sharing switch, wherein the first charge sharing switch includes one end of the first capacitor of the first circuit and the first charge sharing switch of the second circuit. connected between one end of a capacitor and/or connected between the other end of the first capacitor in the first circuit and the other end of the first capacitor in the second circuit, wherein the second charge sharing switch is It may be connected between one end of the second capacitor and one end of the second capacitor of the second circuit and/or between the other end of the second capacitor of the first circuit and the other end of the second capacitor of the second circuit. there is.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1 전하 공유 스위치 및/또는 상기 제2 전하 공유 스위치는 양방향 온/오프 제어가 가능한 반도체 스위칭 소자일 수 있다. In the switched-capacitor converter, the first charge sharing switch and/or the second charge sharing switch may be semiconductor switching elements capable of bi-directional on/off control.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1 회로의 상기 제1, 3, 5, 7 스위치와 상기 제2 회로의 상기 제2, 4, 6 스위치는 제1 상태에서 온 되는 제1 스위치 그룹에 속하고 상기 제2 회로의 상기 제1, 3, 5, 7 스위치와 상기 제1 회로의 상기 제2, 4, 6 스위치는 제2 상태에서 온 되는 제2 스위치 그룹에 속하며, 상기 제1 전하 공유 스위치 및/또는 상기 제2 전하 공유 스위치는 상기 제1 스위치 그룹과 상기 제2 스위치 그룹에 속한 스위치가 모두 오프된 데드 타임 구간에서 온 될 수 있다. In the switched-capacitor converter, the first, third, fifth, and seventh switches of the first circuit and the second, fourth, and sixth switches of the second circuit belong to a first switch group that is turned on in a first state, The first, third, fifth, and seventh switches of the second circuit and the second, fourth, and sixth switches of the first circuit belong to a second switch group that is turned on in a second state, and the first charge sharing switch and Alternatively, the second charge sharing switch may be turned on during a dead time interval in which switches belonging to the first switch group and the second switch group are all turned off.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에는 상기 데드 타임 구간이 존재할 수 있다. In the switched-capacitor converter, the first state and the second state may have substantially the same length of time, and the dead time interval may exist between the first state and the second state.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 입력 전압에 드레인 단자가 연결되는 제1 스위치(S31); 상기 제1 스위치의 소스 단자에 일단이 연결되는 제1 커패시터(C31); 상기 제1 커패시터의 타단에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제2 스위치(S32); 상기 제1 커패시터의 타단에 소스 단자가 연결되는 제3 스위치(S33); 상기 제3 스위치의 드레인 단자에 드레인 단자가 연결되는 제4 스위치(S34); 상기 제4 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되는 제5 스위치(S35); 상기 제5 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제6 스위치(S36); 상기 제4 스위치의 드레인 단자에 일단이 연결되고 타단은 상기 제6 스위치의 드레인 단자에 연결되는 제2 커패시터(C32); 상기 제1 커패시터의 일단에 드레인 단자가 연결되는 제7 스위치(S37); 상기 제7 스위치의 소스 단자에 일단이 연결되는 제3 커패시터(C33); 상기 제3 커패시터의 일단에 드레인 단자가 연결되는 제8 스위치(S38); 상기 제8 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 상기 제3 커패시터의 타단에 연결되는 제9 스위치(S39); 및 상기 제9 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제10 스위치(S40);를 포함하되, 상기 제2 커패시터의 일단과 상기 제3 커패시터의 일단 사이 및/또는 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 제3 커패시터의 타단 사이에는 전하 공유 스위치(SC3)가 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터이다.Another aspect of the present invention, the first switch (S31) to which the drain terminal is connected to the input voltage; a first capacitor C31 having one end connected to the source terminal of the first switch; a second switch (S32) having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor and a source terminal connected to a reference potential; a third switch (S33) having a source terminal connected to the other end of the first capacitor; a fourth switch (S34) having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch; a fifth switch (S35) having a drain terminal connected to a source terminal of the fourth switch; a sixth switch (S36) having a drain terminal connected to the source terminal of the fifth switch and a source terminal connected to a reference potential; a second capacitor C32 having one end connected to the drain terminal of the fourth switch and the other end connected to the drain terminal of the sixth switch; a seventh switch (S37) having a drain terminal connected to one end of the first capacitor; a third capacitor (C33) having one end connected to the source terminal of the seventh switch; an eighth switch (S38) having a drain terminal connected to one end of the third capacitor; a ninth switch (S39) having a drain terminal connected to the source terminal of the eighth switch and a source terminal connected to the other terminal of the third capacitor; and a tenth switch (S40) having a drain terminal connected to the source terminal of the ninth switch and a source terminal connected to a reference potential, between one end of the second capacitor and one end of the third capacitor and/or A switched capacitor converter characterized in that a charge sharing switch (SC3) is connected between the other end of the second capacitor and the other end of the third capacitor.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제4 스위치의 소스 단자와 상기 제8 스위치의 소스 단자는 출력 전압에 연결될 수 있다.In the switched capacitor converter, a source terminal of the fourth switch and a source terminal of the eighth switch may be connected to an output voltage.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 전하 공유 스위치는 양방향 온/오프 제어가 가능한 반도체 스위칭 소자일 수 있다. In the switched-capacitor converter, the charge sharing switch may be a semiconductor switching element capable of bi-directional on/off control.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1, 3, 5, 8, 10 스위치는 제1 상태에서 온 되는 제1 스위치 그룹에 속하고 상기 제2, 4, 6, 7, 9 스위치는 제2 상태에서 온 되는 제2 스위치 그룹에 속하며, 상기 전하 공유 스위치는 상기 제1 스위치 그룹과 상기 제2 스위치 그룹에 속한 스위치가 모두 오프된 데드 타임 구간에서 온 될 수 있다. In the switched-capacitor converter, the first, third, fifth, eighth and tenth switches belong to a first switch group that is turned on in a first state and the second, fourth, sixth, seventh and ninth switches are in a second state. The charge sharing switch, which belongs to a second switch group that is turned on, may be turned on during a dead time period in which both switches belonging to the first switch group and the second switch group are turned off.

상기 스위치 커패시터 컨버터에 있어서, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에는 상기 데드 타임 구간이 존재할 수 있다. In the switched-capacitor converter, the first state and the second state may have substantially the same length of time, and the dead time interval may exist between the first state and the second state.

본 발명에 의하면 2:1을 초과하는 높은 전압 변환비(예, 4:1)에서 고효율로 동작할 수 있는 스위치 커패시터 컨버터를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a switched capacitor converter that can operate with high efficiency at a high voltage conversion ratio exceeding 2:1 (eg, 4:1).

또한, 본 발명에 의하면 스위칭 손실을 줄일 수 있는 스위치 커패시터 컨버터를 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a switched capacitor converter capable of reducing switching loss.

본 발명의 효과는 전술한 효과로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 명세서에 포함될 수 있다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and various effects not mentioned herein may be included in the present specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터를 설명하는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 실시예가 적용된 스위치 커패시터 컨버터의 회로도 예시이다.2 is a circuit diagram example of a switched capacitor converter to which the embodiment of FIG. 1 is applied.

도 3은 도 2의 스위치 커패시터 컨버터의 동작 파형을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter of FIG. 2 by way of example.

도 4는 도 2의 스위치 커패시터 컨버터의 스위치 온/오프 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a switch on/off operation of the switched capacitor converter of FIG. 2 by way of example.

도 5와 도 6은 도 2의 스위치 커패시터 컨버터의 제1 상태(phase 1)를 예시적으로 설명하는 도면이다. 5 and 6 are diagrams illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter of FIG. 2 by way of example.

도 7과 도 8은 도 2의 스위치 커패시터 컨버터의 제2 상태(phase 2)를 예시적으로 설명하는 도면이다. 7 and 8 are diagrams illustrating a second state (phase 2) of the switched capacitor converter of FIG. 2 by way of example.

도 9는 도 2의 스위치 커패시터 컨버터의 스위칭 손실을 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram explaining switching loss of the switched capacitor converter of FIG. 2 .

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터를 설명하는 블록도이다. 10 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter according to another embodiment of the present invention.

도 11은 도 10의 실시예가 적용된 스위치 커패시터 컨버터의 회로도 예시이다.11 is a circuit diagram example of a switched capacitor converter to which the embodiment of FIG. 10 is applied.

도 12는 도 11의 스위치 커패시터 컨버터의 동작 파형을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter of FIG. 11 by way of example.

도 13은 도 11의 스위치 커패시터 컨버터의 스위치 온/오프 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.13 is a diagram illustrating a switch on/off operation of the switched capacitor converter of FIG. 11 by way of example.

도 14는 도 11의 스위치 커패시터 컨버터의 전하 공유 스위치가 스위칭 손실을 줄이는 원리를 설명하는 도면이다.FIG. 14 is a diagram explaining a principle of reducing switching loss by the charge sharing switch of the switched-capacitor converter of FIG. 11 .

도 15는 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)에 사용될 수 있는 양방향 온/오프 제어가 가능한 스위치를 예시한다.15 illustrates a switch capable of bi-directional on/off control that can be used for the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2.

도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터의 회로도 예시이다. 16 is a circuit diagram illustration of a switched capacitor converter according to another embodiment of the present invention.

도 17은 도 16의 스위치 커패시터 컨버터의 동작 파형을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 17 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.

도 18은 도 16의 스위치 커패시터 컨버터의 제1 상태(phase 1)를 예시적으로 설명하는 도면이다. FIG. 18 is a diagram illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.

도 19는 도 16의 스위치 커패시터 컨버터의 제2 상태(phase 2)를 예시적으로 설명하는 도면이다. FIG. 19 is a diagram illustrating a second state (phase 2) of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example.

도 20은 본 발명의 다른 일 실시예로서 도 16의 스위치 커패시터 컨버터에 전하 공유 스위치가 부가된 회로도 예시이다.FIG. 20 is a circuit diagram in which a charge sharing switch is added to the switched capacitor converter of FIG. 16 as another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is directly connected or connectable to the other element, but there is another element between the elements. It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터(100)를 설명하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter 100 according to an embodiment of the present invention.

스위치 커패시터 컨버터(100)는 제1 회로(110)와 제2 회로(120)를 포함할 수 있다. 스위치 커패시터 컨버터(100)는 전원으로부터 입력 단자를 통해 입력 전압(Vin)을 제공받고 전압을 변환한 후 출력 단자를 통해 부하(load)로 출력 전압(Vo)을 제공할 수 있다. 본 실시예의 스위치 커패시터 컨버터(100)는 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)의 비가 2:1, 3:1 또는 4:1 중의 어느 하나에서 선택적으로 동작할 수 있다. The switched capacitor converter 100 may include a first circuit 110 and a second circuit 120 . The switched capacitor converter 100 may receive an input voltage Vin from a power source through an input terminal, convert the voltage, and then provide an output voltage Vo to a load through an output terminal. The switched capacitor converter 100 according to the present embodiment may selectively operate at a ratio of the input voltage Vin to the output voltage Vo of 2:1, 3:1, or 4:1.

스위치 커패시터 컨버터(100)는 예시적으로 모바일용 시스템(스마트폰, 태블릿 등)의 초고속 충전을 위해 사용될 수 있다. 스위치 커패시터 컨버터(100)는 통상 인덕터를 사용하지 않으면서 반도체 스위칭 소자(이하 간략히 '스위치'라고 함)와 커패시터가 조합된 회로로서, 스위치의 온/오프 동작을 통해 커패시터의 연결을 변경함으로써 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vin)의 관계를 변경할 수 있다. 다만, 실시예에 따라 스위치 커패시터 컨버터(100)는 작은 사이즈의 인덕터를 포함할 수 있다. The switched capacitor converter 100 may be illustratively used for ultra-fast charging of a mobile system (smart phone, tablet, etc.). The switch capacitor converter 100 is a circuit in which a semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as a 'switch') and a capacitor are combined without using an inductor, and the input voltage is changed by changing the connection of the capacitor through the on/off operation of the switch. The relationship between (Vin) and the output voltage (Vin) can be changed. However, according to embodiments, the switched capacitor converter 100 may include a small-sized inductor.

제1 회로(110)는 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 제2 회로(120)는 제1 회로(110)와 실질적으로 동일한 회로로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 스위치는 서로 상보적으로 온/오프 될 수 있다. 또한, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 노드의 적어도 일부는 서로 상보적인 전압 상태를 가질 수 있다. The first circuit 110 may include at least one capacitor and at least one switch. The second circuit 120 may be configured with substantially the same circuit as the first circuit 110 . In this case, corresponding switches at positions corresponding to each other of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be turned on/off complementary to each other. In addition, at least some of the corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 corresponding to each other may have voltage states complementary to each other.

여기서, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 스위치는, 서로 실질적으로 동일한 회로로 구성된 제1 회로(110)와 제2 회로(120)에서 서로 동일한 위치에 배치된 2개의 스위치를 의미한다. 예를 들어, 도 2에서 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11)와 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21)는 서로 대응 스위치로 이해될 수 있다. 이 때, 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11)가 온(ON) 일 때 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21)는 오프(OFF) 되고, 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11)가 오프(OFF) 일 때 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21)는 온(ON) 되는 방식으로 동작할 수 있는데, 이러한 동작에 대해 대응 스위치가 서로 상보적으로 온/오프 된다고 표현할 수 있다.Here, the corresponding switches in the positions corresponding to each other in the first circuit 110 and the second circuit 120 are located in the same position in the first circuit 110 and the second circuit 120 composed of substantially the same circuits. It means two switches placed. For example, in FIG. 2 , the first switch S11 of the first circuit 110 and the first switch S21 of the second circuit 120 may be understood as corresponding switches. At this time, when the first switch S11 of the first circuit 110 is ON, the first switch S21 of the second circuit 120 is OFF, and the When the first switch S11 is OFF, the first switch S21 of the second circuit 120 may operate in such a way that it is turned ON. For this operation, the corresponding switches are complementary to each other. It can be expressed as on/off.

제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 노드는, 서로 실질적으로 동일한 회로로 구성된 제1 회로(110)와 제2 회로(120)에서 서로 동일한 위치의 2개의 노드를 의미한다. 예를 들어, 도 2에서 제1 회로(110)의 제2 노드(N12)와 제2 회로(120)의 제2 노드(N22)는 서로 대응 노드로 이해될 수 있다. 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 노드의 적어도 일부는 서로 상보적인 전압 상태를 가질 수 있는데, 이에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.Corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 at positions corresponding to each other are two nodes at the same position in the first circuit 110 and the second circuit 120 composed of circuits substantially identical to each other. means node. For example, in FIG. 2 , the second node N12 of the first circuit 110 and the second node N22 of the second circuit 120 may be understood as corresponding nodes. At least some of the corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 corresponding to each other may have complementary voltage states, which will be described in detail below.

제1 회로(110)와 제2 회로(120)는 상호 간의 전기적인 연결을 위한 연결 배선(130)을 필요에 따라 포함할 수 있다. 도 1에는 연결 배선(130)이 하나만 도시되어 있으나, 연결 배선(130)은 필요에 따라 복수 개가 사용되거나 또는 사용되지 않을 수 있다.The first circuit 110 and the second circuit 120 may include a connection wire 130 for electrical connection to each other as needed. Although only one connection wire 130 is shown in FIG. 1 , a plurality of connection wires 130 may or may not be used as needed.

도 2는 도 1의 실시예가 적용된 스위치 커패시터 컨버터(200)의 회로도 예시이다. 2 is a circuit diagram example of a switched capacitor converter 200 to which the embodiment of FIG. 1 is applied.

스위치 커패시터 컨버터(200)는 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 스위치를 포함하는 제1 회로(110)와 제1 회로(110)와 실질적으로 동일한 회로로 구성되는 제2 회로(120)을 포함할 수 있다.The switched capacitor converter 200 may include a first circuit 110 including at least one capacitor and at least one switch and a second circuit 120 composed of substantially the same circuit as the first circuit 110. there is.

제1 회로(110)는 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12), 제3 스위치(S13), 제4 스위치(S14), 제5 스위치(S15), 제6 스위치(S16), 제7 스위치(S17), 제1 커패시터(C11) 및 제2 커패시터(C12)를 포함할 수 있다. 그 외에도 전압 안정화 커패시터, 필터 등의 부가적인 소자들이 더 포함될 수 있음은 자명하지만, 회로의 기본 동작은 제1 스위치(S11) 내지 제7 스위치(S17), 제1 커패시터(C11) 및 제2 커패시터(C12)에 의해 결정되므로 이들 소자를 중심으로 설명하기로 한다.The first circuit 110 includes a first switch (S11), a second switch (S12), a third switch (S13), a fourth switch (S14), a fifth switch (S15), a sixth switch (S16), 7 switch S17, a first capacitor C11 and a second capacitor C12 may be included. It is obvious that additional elements such as a voltage stabilization capacitor and a filter may be further included, but the basic operation of the circuit is the first switch S11 to the seventh switch S17, the first capacitor C11 and the second capacitor. Since it is determined by (C12), these elements will be mainly described.

제1 회로(110)의 제1 스위치(S11)의 드레인 단자는 제1 노드(N11)를 통해 입력 전압(Vin)에 연결될 수 있다. A drain terminal of the first switch S11 of the first circuit 110 may be connected to the input voltage Vin through the first node N11.

제1 커패시터(C11)의 일단(도면에서 위쪽 단자)은 제2 노드(N12)를 통해 제1 스위치(S11)의 소스 단자에 연결될 수 있다. One end (upper terminal in the drawing) of the first capacitor C11 may be connected to the source terminal of the first switch S11 through the second node N12.

제2 스위치(S12)의 드레인 단자는 제3 노드(N13)를 통해 제1 커패시터(C11)의 타단(도면에서 아래쪽 단자)에 연결되고 제2 스위치(S12)의 소스 단자는 기준전위(GND)에 연결될 수 있다. The drain terminal of the second switch S12 is connected to the other terminal (lower terminal in the drawing) of the first capacitor C11 through the third node N13, and the source terminal of the second switch S12 is connected to the reference potential (GND). can be connected to

제3 스위치(S13)의 소스 단자는 제3 노드(N13)를 통해 제1 커패시터(C11)의 타단에 연결될 수 있다. A source terminal of the third switch S13 may be connected to the other end of the first capacitor C11 through the third node N13.

제4 스위치(S14)의 드레인 단자는 제4 노드(N14)를 통해 제3 스위치(S13)의 드레인 단자에 연결될 수 있다.A drain terminal of the fourth switch S14 may be connected to a drain terminal of the third switch S13 through the fourth node N14.

제5 스위치(S15)의 드레인 단자는 제5 노드(N15)를 통해 제4 스위치(S14)의 소스 단자에 연결될 수 있다.A drain terminal of the fifth switch S15 may be connected to a source terminal of the fourth switch S14 through the fifth node N15.

제6 스위치(S16)의 드레인 단자는 제6 노드(N16)를 통해 제5 스위치(S15)의 소스 단자에 연결되고 제6 스위치(S16)의 소스 단자는 기준전위(GND)에 연결될 수 있다.The drain terminal of the sixth switch S16 may be connected to the source terminal of the fifth switch S15 through the sixth node N16, and the source terminal of the sixth switch S16 may be connected to the reference potential GND.

제7 스위치(S17)의 소스 단자는 제4 노드(N14)를 통해 제4 스위치(S14)의 드레인 단자에 연결될 수 있다.A source terminal of the seventh switch S17 may be connected to a drain terminal of the fourth switch S14 through a fourth node N14.

제2 커패시터(C12)의 일단(도면에서 위쪽 단자)은 제4 노드(N14)를 통해 제4 스위치(S14)의 드레인 단자에 연결되고, 제2 커패시터(C12)의 타단(도면에서 아래쪽 단자)은 제6 노드(N16)를 통해 제6 스위치(S16)의 드레인 단자에 연결될 수 있다.One end of the second capacitor C12 (upper terminal in the drawing) is connected to the drain terminal of the fourth switch S14 through the fourth node N14, and the other end of the second capacitor C12 (lower terminal in the drawing) may be connected to the drain terminal of the sixth switch S16 through the sixth node N16.

제4 스위치(S14)의 소스 단자와 제5 스위치(S15)의 드레인 단자의 접속 노드(N15)는 출력 전압(Vo)에 연결될 수 있다.A connection node N15 of the source terminal of the fourth switch S14 and the drain terminal of the fifth switch S15 may be connected to the output voltage Vo.

제2 회로(120)는 제1 회로(110)와 실질적으로 동일한 회로로 구성될 수 있다. 제2 회로(120)는 제1 스위치(S21), 제2 스위치(S22), 제3 스위치(S23), 제4 스위치(S24), 제5 스위치(S25), 제6 스위치(S26), 제7 스위치(S27), 제1 커패시터(C21) 및 제2 커패시터(C22)를 포함할 수 있다. 그 외에도 전압 안정화 커패시터, 필터 등의 부가적인 소자들이 더 포함될 수 있음은 자명하다.The second circuit 120 may be configured with substantially the same circuit as the first circuit 110 . The second circuit 120 includes a first switch (S21), a second switch (S22), a third switch (S23), a fourth switch (S24), a fifth switch (S25), a sixth switch (S26), It may include 7 switches S27, a first capacitor C21 and a second capacitor C22. In addition, it is obvious that additional elements such as a voltage stabilization capacitor and a filter may be further included.

제2 회로(120)의 제1 스위치(S21)의 드레인 단자는 제1 노드(N21)를 통해 입력 전압(Vin)에 연결될 수 있다. A drain terminal of the first switch S21 of the second circuit 120 may be connected to the input voltage Vin through the first node N21.

제1 커패시터(C21)의 일단(도면에서 위쪽 단자)은 제2 노드(N22)를 통해 제1 스위치(S21)의 소스 단자에 연결될 수 있다. One end (upper terminal in the drawing) of the first capacitor C21 may be connected to the source terminal of the first switch S21 through the second node N22.

제2 스위치(S22)의 드레인 단자는 제3 노드(N23)를 통해 제1 커패시터(C21)의 타단(도면에서 아래쪽 단자)에 연결되고 제2 스위치(S22)의 소스 단자는 기준전위(GND)에 연결될 수 있다. The drain terminal of the second switch S22 is connected to the other terminal (lower terminal in the drawing) of the first capacitor C21 through the third node N23, and the source terminal of the second switch S22 is connected to the reference potential (GND). can be connected to

제3 스위치(S23)의 소스 단자는 제3 노드(N23)를 통해 제1 커패시터(C21)의 타단에 연결될 수 있다. A source terminal of the third switch S23 may be connected to the other end of the first capacitor C21 through the third node N23.

제4 스위치(S24)의 드레인 단자는 제4 노드(N24)를 통해 제3 스위치(S23)의 드레인 단자에 연결될 수 있다.A drain terminal of the fourth switch S24 may be connected to a drain terminal of the third switch S23 through the fourth node N24.

제5 스위치(S25)의 드레인 단자는 제5 노드(N25)를 통해 제4 스위치(S24)의 소스 단자에 연결될 수 있다.A drain terminal of the fifth switch S25 may be connected to a source terminal of the fourth switch S24 through a fifth node N25.

제6 스위치(S26)의 드레인 단자는 제6 노드(N26)를 통해 제5 스위치(S25)의 소스 단자에 연결되고 제6 스위치(S26)의 소스 단자는 기준전위(GND)에 연결될 수 있다.The drain terminal of the sixth switch S26 may be connected to the source terminal of the fifth switch S25 through the sixth node N26, and the source terminal of the sixth switch S26 may be connected to the reference potential GND.

제7 스위치(S27)의 소스 단자는 제4 노드(N24)를 통해 제4 스위치(S24)의 드레인 단자에 연결될 수 있다.A source terminal of the seventh switch S27 may be connected to a drain terminal of the fourth switch S24 through a fourth node N24.

제2 커패시터(C22)의 일단(도면에서 위쪽 단자)은 제4 노드(N24)를 통해 제4 스위치(S24)의 드레인 단자에 연결되고 제2 커패시터(C22)의 타단(도면에서 아래쪽 단자)은 제6 노드(N26)를 통해 제6 스위치(S26)의 드레인 단자에 연결될 수 있다.One end (upper terminal in the drawing) of the second capacitor C22 is connected to the drain terminal of the fourth switch S24 through the fourth node N24, and the other end (lower terminal in the drawing) of the second capacitor C22 is It may be connected to the drain terminal of the sixth switch S26 through the sixth node N26.

제4 스위치(S24)의 소스 단자와 제5 스위치(S25)의 드레인 단자의 접속 노드(N25)는 출력 전압(Vo)에 연결될 수 있다.A connection node N25 of the source terminal of the fourth switch S24 and the drain terminal of the fifth switch S25 may be connected to the output voltage Vo.

제1 회로(110)의 제7 스위치(S17)의 드레인 단자는 제2 회로(120)의 제2 노드(N22)를 통해 제1 커패시터(C21)의 일단에 연결되고, 제2 회로(120)의 제7 스위치(S27)의 드레인 단자는 제1 회로(110)의 제2 노드(N12)를 통해 제1 커패시터(C11)의 일단에 연결될 수 있다. The drain terminal of the seventh switch S17 of the first circuit 110 is connected to one end of the first capacitor C21 through the second node N22 of the second circuit 120, and the second circuit 120 The drain terminal of the seventh switch S27 of may be connected to one end of the first capacitor C11 through the second node N12 of the first circuit 110 .

스위치 커패시터 컨버터(200)에 사용되는 스위치는 온/오프 제어 기능이 있는 반도체 스위칭 소자가 사용될 수 있다. 도 2에는 스위치에 MOSFET이 사용되는 것으로 예시되어 있으나, MOSFET 이외에도 IGBT, MCT, BJT 등의 공지의 반도체 스위칭 소자가 사용될 수 있다. A switch used in the switch capacitor converter 200 may be a semiconductor switching element having an on/off control function. Although a MOSFET is illustrated in FIG. 2 as being used for a switch, a known semiconductor switching device such as an IGBT, MCT, or BJT may be used in addition to the MOSFET.

도 3은 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)가 4:1의 전압 변환비로 동작하는 경우의 동작 파형을 예시적으로 설명하는 도면이고, 도 4는 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 스위치의 온/오프 시퀀스(sequence)를 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustratively illustrating an operating waveform when the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 operates at a voltage conversion ratio of 4:1, and FIG. 4 is a diagram of a switch of the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 It is a diagram illustrating an on/off sequence by way of example.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 스위치 커패시터 컨버터(200)는 제1 상태(phase 1), 데드 타임(dead time, DT), 제2 상태(phase 2), 데드 타임(DT)을 반복하는 형태로 동작할 수 있다.2 to 4, the switched capacitor converter 200 repeats a first state (phase 1), a dead time (DT), a second state (phase 2), and a dead time (DT) can work as

도 4에 예시된 바와 같이, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 스위치는 각각 제1 스위치 그룹(SG1)과 제2 스위치 그룹(SG2) 중의 어느 하나에 속할 수 있다. 동일한 스위치 그룹에 속한 스위치들은 온/오프 동작을 동일하게 수행할 수 있다. As illustrated in FIG. 4 , the switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 may belong to either one of the first switch group SG1 and the second switch group SG2 , respectively. Switches belonging to the same switch group can perform the same on/off operation.

예시적으로, 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11), 제3 스위치(S13), 제5 스위치(S15), 제7 스위치(S17), 제2 회로(120)의 제2 스위치(S22), 제4 스위치(S24), 제6 스위치(S26)는 제1 스위치 그룹(SG1)에 속하고, 제1 회로(110)의 제2 스위치(S12), 제4 스위치(S14), 제6 스위치(S16), 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21), 제3 스위치(S23), 제5 스위치(S25), 제7 스위치(S27)는 제2 스위치 그룹(SG2)에 속할 수 있다.Illustratively, the first switch S11, the third switch S13, the fifth switch S15, the seventh switch S17 of the first circuit 110, and the second switch of the second circuit 120 ( S22), the fourth switch S24, and the sixth switch S26 belong to the first switch group SG1, and the second switch S12, the fourth switch S14, and the second switch S14 of the first circuit 110 The six switches S16, the first switch S21, the third switch S23, the fifth switch S25, and the seventh switch S27 of the second circuit 120 belong to the second switch group SG2. can

제1 스위치 그룹(SG1)은 제1 상태(phase 1)에서 온 되고 제2 상태(phase 2)에서 오프 될 수 있고, 제2 스위치 그룹(SG2)은 제1 스위치 그룹(SG1)과는 반대로 제1 상태(phase 1)에서 오프 되고 제2 상태(phase 2)에서 온 될 수 있다. 데드 타임(DT) 구간에서는 제1 스위치 그룹(SG1)과 제2 스위치 그룹(SG2)이 모두 오프 될 수 있다.The first switch group SG1 can be turned on in a first state (phase 1) and turned off in a second state (phase 2), and the second switch group SG2 is opposite to the first switch group SG1. It may be turned off in phase 1 and turned on in phase 2. During the dead time DT period, both the first switch group SG1 and the second switch group SG2 may be turned off.

제1 회로(110)의 스위치는 제1 스위치 그룹(SG1)과 제2 스위치 그룹(SG2) 중의 어느 하나에 속하고, 제2 회로(120)의 스위치는 제1 회로(110)의 대응 스위치와 서로 다른 스위치 그룹에 속하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11)와 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21)는 서로 대응 스위치로서 서로 다른 스위치 그룹에 속할 수 있다. 이 경우, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 대응 스위치는 서로 상보적으로 온/오프 될 수 있다.The switch of the first circuit 110 belongs to one of the first switch group SG1 and the second switch group SG2, and the switch of the second circuit 120 is the corresponding switch of the first circuit 110 and It can be understood as belonging to different switch groups. For example, the first switch S11 of the first circuit 110 and the first switch S21 of the second circuit 120 may belong to different switch groups as corresponding switches. In this case, corresponding switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be turned on/off complementary to each other.

제1 상태(phase 1)는 제1 스위치 그룹(SG1)이 온 되고, 제2 스위치 그룹(SG2)이 오프 되는 구간이고, 제2 상태(phase 2)는 제1 스위치 그룹(SG1)이 오프 되고, 제2 스위치 그룹(SG2)이 온 되는 구간일 수 있다. 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가질 수 있다. 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2) 사이에는 데드 타임(DT) 구간이 존재할 수 있다.The first state (phase 1) is a period in which the first switch group (SG1) is turned on and the second switch group (SG2) is turned off, and the second state (phase 2) is when the first switch group (SG1) is turned off , it may be a period in which the second switch group SG2 is turned on. The first phase (phase 1) and the second phase (phase 2) may have substantially the same length of time as each other. A dead time (DT) section may exist between the first state (phase 1) and the second state (phase 2).

도 3에는 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)에서의 제1 회로(110)의 제2 노드 전압(VN12), 제3 노드 전압(VN13), 제4 노드 전압(VN14), 제6 노드 전압(VN16) 및 제2 회로(120)의 제2 노드 전압(VN22), 제3 노드 전압(VN23), 제4 노드 전압(VN24), 제6 노드 전압(VN26)이 예시되어 있다.3 shows the second node voltage VN12, the third node voltage VN13, and the fourth node voltage VN14 of the first circuit 110 in the first state (phase 1) and the second state (phase 2). , the sixth node voltage VN16 and the second node voltage VN22, the third node voltage VN23, the fourth node voltage VN24, and the sixth node voltage VN26 of the second circuit 120 are illustrated. there is.

제1 회로(110)의 제2 노드 전압(VN12), 제3 노드 전압(VN13), 제4 노드 전압(VN14), 제6 노드 전압(VN16)은 각각 제1 상태(phase)에서 상대적으로 고전압 상태가 되고 제2 상태(phase 2)에서 상대적으로 저전압 상태가 될 수 있다. 반대로, 제2 회로(120)의 제2 노드 전압(VN22), 제3 노드 전압(VN23), 제4 노드 전압(VN24), 제6 노드 전압(VN26)은 각각 제1 상태(phase)에서 상대적으로 저전압 상태가 되고 제2 상태(phase 2)에서 상대적으로 고전압 상태가 될 수 있다. 여기서, 상대적인 고전압 상태 또는 상대적인 저전압 상태라고 함은 동일 노드에 대해 제1 상태(phase 1)에서의 전압과 제2 상태(phase 2)에서의 전압을 비교할 때 상대적으로 전압이 높은지 또는 낮은지를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.The second node voltage VN12, the third node voltage VN13, the fourth node voltage VN14, and the sixth node voltage VN16 of the first circuit 110 are relatively high voltages in the first phase. state and may be in a relatively low voltage state in the second state (phase 2). Conversely, the second node voltage VN22, the third node voltage VN23, the fourth node voltage VN24, and the sixth node voltage VN26 of the second circuit 120 are relative in the first phase. It becomes a low voltage state and can become a relatively high voltage state in the second state (phase 2). Here, the relatively high voltage state or the relatively low voltage state means whether the voltage is relatively high or low when comparing the voltage in the first phase (phase 1) and the voltage in the second phase (phase 2) for the same node. can be understood as

이와 같이, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 노드(VN12와 VN22, VN13와 VN23, VN14와 VN24, VN16와 VN26)는 서로 상보적인 전압 상태를 가질 수 있다. 여기서 대응 노드가 서로 상보적인 전압 상태를 가진다는 것은, 일 노드(예, VN12)가 상대적인 고전압 상태일 때 타 노드(예, VN22)는 상대적인 저전압 상태를 가지고, 일 노드(예, VN12)가 상대적인 저전압 상태일 때 타 노드(예, VN22)는 상대적인 고전압 상태를 가지면서, 두 노드(예, VN12와 VN22)의 고전압 상태의 전압 크기가 서로 실질적으로 동일하고 두 노드(예, VN12와 VN22)의 저전압 상태의 전압 크기가 서로 실질적으로 동일한 것을 의미한다.As such, corresponding nodes (VN12 and VN22, VN13 and VN23, VN14 and VN24, and VN16 and VN26) at positions corresponding to each other of the first circuit 110 and the second circuit 120 may have voltage states complementary to each other. there is. Here, the fact that the corresponding nodes have voltage states complementary to each other means that when one node (eg, VN12) is in a relatively high voltage state, another node (eg, VN22) has a relatively low voltage state, and one node (eg, VN12) has a relatively high voltage state. When in the low voltage state, the other node (eg VN22) has a relatively high voltage state, and the voltage magnitude of the high voltage state of the two nodes (eg VN12 and VN22) is substantially the same as that of the two nodes (eg VN12 and VN22). It means that the voltage magnitudes of the low voltage state are substantially equal to each other.

다만, 제1 회로(110)의 제1 노드(N11)와 제2 회로(120)의 제1 노드(N21)는 입력 전압(Vin)에 동일하게 연결되어 있으므로 서로 상보적인 전압 상태를 가지지 않는다. 또한, 제1 회로(110)의 제5 노드(N15)와 제2 회로(120)의 제5 노드(N25)는 출력 전압(Vo)에 동일하게 연결되어 있으므로 서로 상보적인 전압 상태를 가지지 않는다. 이와 같이, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 서로 대응되는 위치의 대응 노드 모두가 서로 상보적인 전압 상태를 가져야 하는 것은 아니라는 점이 이해되어야 할 것이다.However, since the first node N11 of the first circuit 110 and the first node N21 of the second circuit 120 are equally connected to the input voltage Vin, they do not have complementary voltage states. Also, since the fifth node N15 of the first circuit 110 and the fifth node N25 of the second circuit 120 are equally connected to the output voltage Vo, they do not have complementary voltage states. As such, it should be understood that not all corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 at positions corresponding to each other should have voltage states complementary to each other.

도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 데드 타임(DT) 구간에서는 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 모든 스위치가 오프 될 수 있다. 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2) 사이를 전환할 때 각 스위치의 온/오프 타이밍의 오차로 인해 제1 스위치 그룹(SG1)과 제2 스위치 그룹(SG2)에 속한 스위치들이 동시에 온 되는 경우 단락(short)이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 모든 스위치들이 오프 되는 데드 타임(DT) 구간을 설정할 수 있다. As illustrated in FIGS. 3 and 4 , all switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be turned off during the dead time (DT) period. When switching between the first state (phase 1) and the second state (phase 2), switches belonging to the first switch group SG1 and the second switch group SG2 due to an error in the on/off timing of each switch Since a short may occur when turned on at the same time, a dead time DT period in which all switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 are turned off may be set to prevent this.

도 5와 도 6은 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 제1 상태(phase 1)를 예시적으로 설명하는 도면이다. 5 and 6 are diagrams illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter 200 of FIG. 2 by way of example.

제1 상태(phase 1)에서 제1 스위치 그룹(SG1)에 속하는, 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11), 제3 스위치(S13), 제5 스위치(S15), 제7 스위치(S17), 제2 회로(120)의 제2 스위치(S22), 제4 스위치(S24), 제6 스위치(S26)가 온 되고, 제2 스위치 그룹(SG2)에 속하는 제1 회로(110)의 제2 스위치(S12), 제4 스위치(S14), 제6 스위치(S16), 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21), 제3 스위치(S23), 제5 스위치(S25), 제7 스위치(S27)는 오프 될 수 있다. 도 5는 이 경우의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 연결 상태를 예시적으로 도시하고 있다.The first switch S11, the third switch S13, the fifth switch S15, and the seventh switch of the first circuit 110 belonging to the first switch group SG1 in the first state (phase 1) ( S17), the second switch S22, the fourth switch S24, and the sixth switch S26 of the second circuit 120 are turned on, and the first circuit 110 belonging to the second switch group SG2 The second switch (S12), the fourth switch (S14), the sixth switch (S16), the first switch (S21), the third switch (S23), the fifth switch (S25) of the second circuit 120, 7 switch (S27) can be off. 5 exemplarily shows a connection state of the switched capacitor converter 200 in this case.

도 5의 스위치의 연결 상태를 고려하여 스위치는 도시하지 않고 커패시터들의 연결 관계를 간략히 도시하면 도 6과 같이 나타낼 수 있다. 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)와 제2 커패시터(C12)가 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo) 사이에 순서대로 직렬로 연결되고(여기서, 출력 전압(Vo)에는 출력단 커패시터(Co)가 있는 것으로 도시하고 있고, 출력단 커패시터(Co)는 대부분의 응용에서 사용된다), 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)는 출력단 커패시터(Co)에 병렬로 연결되며, 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)는 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)와 제2 커패시터(C12)의 접속 노드에 연결된 상태가 될 수 있다. Considering the connection state of the switch of FIG. 5 , the switch is not shown and the connection relationship between the capacitors can be briefly shown as shown in FIG. 6 . The first capacitor C11 and the second capacitor C12 of the first circuit 110 are sequentially connected in series between the input voltage Vin and the output voltage Vo (here, the output voltage Vo has an output terminal It is shown that there is a capacitor Co, and the output capacitor Co is used in most applications), the second capacitor C22 of the second circuit 120 is connected in parallel to the output capacitor Co, The first capacitor C21 of the second circuit 120 may be connected to a connection node of the first capacitor C11 and the second capacitor C12 of the first circuit 110 .

도 6을 참조하면, 제1 상태(phase 1)에서의 전압들의 관계식은 아래 수학식 1 내지 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 6 , relational expressions of voltages in the first state (phase 1) may be expressed as Equations 1 to 3 below.

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다음으로, 도 7과 도 8은 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 제2 상태(phase 2)를 예시적으로 설명하는 도면이다. Next, FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating a second state (phase 2) of the switched-capacitor converter 200 of FIG. 2 by way of example.

제2 상태(phase 2)에서 제1 스위치 그룹(SG1)에 속하는 제1 회로(110)의 제1 스위치(S11), 제3 스위치(S13), 제5 스위치(S15), 제7 스위치(S17), 제2 회로(120)의 제2 스위치(S22), 제4 스위치(S24), 제6 스위치(S26)가 오프 되고, 제2 스위치 그룹(SG2)에 속하는 제1 회로(110)의 제2 스위치(S12), 제4 스위치(S14), 제6 스위치(S16), 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21), 제3 스위치(S23), 제5 스위치(S25), 제7 스위치(S27)는 온 될 수 있다. 도 7은 이 경우의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 연결 상태를 예시적으로 도시하고 있다.In the second state (phase 2), the first switch S11, the third switch S13, the fifth switch S15, and the seventh switch S17 of the first circuit 110 belonging to the first switch group SG1 ), the second switch S22, the fourth switch S24, and the sixth switch S26 of the second circuit 120 are turned off, and the first circuit 110 belonging to the second switch group SG2 2 switch (S12), 4th switch (S14), 6th switch (S16), 1st switch (S21), 3rd switch (S23), 5th switch (S25), 7th switch of the second circuit 120 Switch S27 may be turned on. 7 exemplarily shows a connection state of the switched capacitor converter 200 in this case.

도 7의 스위치 연결 상태를 고려하여, 커패시터들의 연결 관계를 간략히 도시하면 도 8과 같이 나타낼 수 있다. 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)와 제2 커패시터(C22)가 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo) 사이에 순서대로 직렬로 연결되고, 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)는 출력단 커패시터(Co)에 병렬로 연결되며, 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)는 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)와 제2 커패시터(C22)의 접속 노드에 연결된 상태가 될 수 있다. Considering the switch connection state of FIG. 7 , the connection relationship between the capacitors can be briefly shown as shown in FIG. 8 . The first capacitor C21 and the second capacitor C22 of the second circuit 120 are sequentially connected in series between the input voltage Vin and the output voltage Vo, and the second capacitor C21 of the first circuit 110 The capacitor C12 is connected in parallel to the output capacitor Co, and the first capacitor C11 of the first circuit 110 is connected to the first capacitor C21 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. It can be connected to the connection node of

도 8을 참조하면, 제2 상태(phase 2)에서의 전압들의 관계식은 아래 수학식 4 내지 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 8 , relational expressions of voltages in the second state (phase 2) may be expressed as Equations 4 to 6 below.

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수학식 1 내지 수학식 6을 풀면, 수학식 7 내지 수학식 9와 같이 각 커패시터의 전압, 및 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)의 관계를 구할 수 있다.By solving Equations 1 to 6, the voltage of each capacitor and the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vo can be obtained as in Equations 7 to 9.

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Figure PCTKR2022016076-appb-img-000009

이와 같이, 본 실시예의 스위치 커패시터 컨버터(200)는 입력 전압(Vin)이 출력 전압(Vo)의 네 배가 되는, 즉 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)의 비가 4:1이 되도록 동작할 수 있으면서도 커패시터의 내압이 Vo의 두 배를 넘지 않을 수 있다. 즉, 고내압(예, Vo의 세 배 또는 네 배)의 커패시터를 사용하지 않으면서도 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있으므로 사이즈와 효율에서 우수한 성능을 나타낼 수 있다. As such, the switched-capacitor converter 200 of the present embodiment operates so that the input voltage Vin is four times the output voltage Vo, that is, the ratio of the input voltage Vin to the output voltage Vo is 4:1. However, the withstand voltage of the capacitor may not exceed twice Vo. That is, since a voltage conversion ratio of 4:1 can be implemented without using a capacitor with a high withstand voltage (eg, three or four times Vo), excellent performance in terms of size and efficiency can be exhibited.

본 실시예의 스위치 커패시터 컨버터(200)가 도 3 내지 도 8에 예시된 방법으로 동작할 경우 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있지만, 스위치들의 온/오프 시퀀스를 변경할 경우 스위치 커패시터 컨버터(200)는 2:1 또는 3:1의 전압 변환비로도 동작할 수 있다.When the switched-capacitor converter 200 of this embodiment operates in the manner illustrated in FIGS. 3 to 8, a voltage conversion ratio of 4:1 can be implemented, but when the on/off sequence of the switches is changed, the switched-capacitor converter 200 can operate with a voltage conversion ratio of 2:1 or 3:1.

도 9는 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 스위칭 손실을 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating switching loss of the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 .

도 3을 참조하면, 각 노드 전압(VN12, VN22, VN13, VN23, VN14, VN24, VN16, VN26)은 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)에서 두 개의 전압값 사이를 스위칭 하게 된다(VN16와 VN26의 경우 0 ↔ Vo, VN14와 VN24의 경우 Vo ↔ 2Vo, VN13와 VN23의 경우 0 ↔ 2Vo, VN12와 VN22의 경우 2Vo ↔ 4Vo). 이와 같이 노드 전압이 두 전압값 사이를 스위칭할 때 스위칭 손실이 발생할 수 있다.Referring to FIG. 3, each node voltage (VN12, VN22, VN13, VN23, VN14, VN24, VN16, VN26) switches between two voltage values in a first state (phase 1) and a second state (phase 2). (0 ↔ Vo for VN16 and VN26, Vo ↔ 2Vo for VN14 and VN24, 0 ↔ 2Vo for VN13 and VN23, 2Vo ↔ 4Vo for VN12 and VN22). In this way, switching loss may occur when the node voltage switches between two voltage values.

도 9는 스위칭 손실을 예시적으로 설명하기 위한 도면으로서, V1은 제1 상태(phase 1)에서의 전압값이고 V2는 제2 상태(phase 2)에서의 전압값으로 이해될 수 있다. 즉, 어떤 노드의 전압이 V1과 V2 사이를 스위칭 하는 경우를 예시하고 있다.FIG. 9 is a diagram for explaining switching loss by way of example. It can be understood that V1 is a voltage value in a first state (phase 1) and V2 is a voltage value in a second state (phase 2). That is, the case where the voltage of a certain node switches between V1 and V2 is exemplified.

스위치들의 온/오프 상태 변화로 인해 노드 전압이 V1에서 V2로 급격히 변화할 때(901), 수학식 10과 같이 전압 변화량(V2 - V1)의 제곱에 비례하는 에너지 손실이 발생할 수 있다. When the node voltage rapidly changes from V1 to V2 due to changes in the on/off state of the switches (901), energy loss proportional to the square of the voltage change amount (V2 - V1) may occur as shown in Equation 10.

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여기서, C는 해당 노드에 연결된 등가적인 커패시턴스로 이해될 수 있다. 등가 커패시턴스에는 의도적으로 부가된 커패시터 소자 및/또는 기생 커패시턴스 등이 영향을 줄 수 있다.Here, C can be understood as an equivalent capacitance connected to the corresponding node. An intentionally added capacitor element and/or parasitic capacitance may affect the equivalent capacitance.

스위치들의 온/오프 상태 변화로 인해 노드 전압이 V2에서 V1으로 반대로 급격히 변화하는 경우(902)에도 V1에서 V2로 급격히 변화하는 경우(901)와 동일한 양의 에너지 손실이 발생할 수 있다. 따라서 도 9에 예시된 두 번의 스위칭(901 및 902)으로 인한 스위칭 손실은 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.Even when the node voltage rapidly changes from V2 to V1 due to changes in the on/off state of the switches (902), the same amount of energy loss as in the case of rapidly changing from V1 to V2 (901) may occur. Therefore, the switching loss due to the two switchings 901 and 902 illustrated in FIG. 9 can be expressed as Equation 11.

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기존의 모바일 시스템에서는 스위치 커패시터 컨버터가 2:1의 전압 변환비로 동작하는 경우에 주로 사용되고 있고, 이 경우 스위칭 시의 노드의 전압 변화가 0과 Vo 사이에서 발생하므로(즉, 전압 변화량이 Vo), 스위칭 손실이 크게 문제되지는 않았다. 그러나 4:1의 전압 변환비로 동작하는 경우 도 3에 예시된 바와 같이 스위칭 시의 전압 변화량이 Vo의 두 배인 노드들이 많아지고 이러한 노드들에서는 네 배의 스위칭 손실이 발생할 수 있으므로(스위칭 손실이 전압 변화량의 제곱에 비례하므로), 스위칭 손실의 영향이 증가할 수 있다. 따라서 스위칭 손실을 줄일 수 있는 대책이 필요하다. In existing mobile systems, switch-capacitor converters are mainly used when they operate at a voltage conversion ratio of 2:1. Switching losses were not much of an issue. However, when operating at a voltage conversion ratio of 4:1, as illustrated in FIG. 3, there are many nodes where the voltage change during switching is twice Vo, and switching loss can occur four times at these nodes (switching loss is proportional to the square of the change), the influence of switching losses can increase. Therefore, a countermeasure to reduce the switching loss is required.

다만, 도 2에 예시된 스위치 커패시터 컨버터(200)가 그 자체로 스위칭 손실이 많이 발생하는 회로라는 의미는 아님이 이해되어야 할 것이다. 도 2에 예시된 스위치 커패시터 컨버터(200)는 앞서 설명한 바와 같이 고내압(Vo의 3배 또는 4배)의 커패시터가 필요하지 않은 회로로서 스위칭 시에 2Vo의 전압 변화량이 발생할 뿐, 3Vo 또는 4Vo의 전압 변화량(스위칭 손실은 9배 또는 16배 증가)이 발생하지 않는다는 점에서 고내압 커패시터를 사용해야 하는 회로에 비해서는 스위칭 손실도 상대적으로 적게 발생하는 회로이지만, 전압 변환비의 증가에 수반되어 스위칭 손실의 비중이 증가할 것이므로 추가적인 대책이 마련되는 것이 바람직하다는 취지로 이해될 수 있다. However, it should be understood that this does not mean that the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. 2 itself is a circuit in which a lot of switching loss occurs. As described above, the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. 2 is a circuit that does not require a capacitor of high withstand voltage (3 or 4 times Vo), and only generates a voltage change of 2 Vo during switching, and a voltage change of 3 Vo or 4 Vo It is a circuit with relatively low switching loss compared to circuits that require the use of high voltage capacitors in that voltage variation (switching loss increases by 9 or 16 times) does not occur, but switching loss is accompanied by an increase in voltage conversion ratio. Since the proportion of will increase, it can be understood as the fact that it is desirable to prepare additional measures.

이와 같이, 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)는 고내압의 커패시터를 사용하지 않으면서도 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다는 점에서 큰 장점을 가지고 있다. 다만, 전압 변환비의 증가로 인해 수반되는 스위칭 손실의 증가에 대한 충분한 해결책은 제시하지 못한다는 점에서 개선의 여지가 있다. 아래에서는 도 2의 스위치 커패시터 컨버터(200)의 장점을 살리면서 스위칭 손실도 줄일 수 있는 실시예를 설명한다.As such, the switched-capacitor converter 200 of FIG. 2 has a great advantage in that it can implement a voltage conversion ratio of 4:1 without using a high-voltage capacitor. However, there is room for improvement in that a sufficient solution to the increase in switching loss accompanying the increase in the voltage conversion ratio cannot be provided. Hereinafter, an embodiment in which switching loss can be reduced while taking advantage of the switched capacitor converter 200 of FIG. 2 will be described.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터(1000)를 설명하는 블록도이다. 10 is a block diagram illustrating a switched capacitor converter 1000 according to another embodiment of the present invention.

도 10의 스위치 커패시터 컨버터(1000)는 도 1의 스위치 커패시터 컨버터(100)에 비해 전하 공유 스위치(SC)를 포함하는 점에서 차이가 있다. 따라서 아래에서 설명할 바와 배치되지 않는 한, 도 1의 스위치 커패시터 컨버터(100)에 대한 설명은 도 10의 스위치 커패시터 컨버터(1000)에도 적용될 수 있다. The switched capacitor converter 1000 of FIG. 10 is different from the switched capacitor converter 100 of FIG. 1 in that it includes a charge sharing switch SC. Accordingly, the description of the switched-capacitor converter 100 of FIG. 1 may also be applied to the switched-capacitor converter 1000 of FIG. 10 unless otherwise described below.

전하 공유 스위치(SC)는 제1 회로(110)와 제2 회로(120)에서 서로 동일한 위치의 노드인 대응 노드 사이에 배치될 수 있다. 전하 공유 스위치(SC)는 데드 타임(DT) 구간에서 온 되어 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 대응 노드가 서로 실질적으로 동일한 전압값이 되도록 할 수 있다. The charge sharing switch SC may be disposed between corresponding nodes that are nodes at the same location in the first circuit 110 and the second circuit 120 . The charge sharing switch SC may be turned on during the dead time period DT so that corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 have substantially the same voltage value.

즉, 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 대응 스위치가 서로 온/오프 상태를 변경할 때 대응 스위치가 모두 오프 되는 데드 타임(DT) 구간이 존재하고, 전하 공유 스위치(SC)는 데드 타임(DT) 구간에서 온 될 수 있다. 데드 타임(DT) 구간에서 전하 공유 스위치(SC)가 온 됨에 의해 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 대응 노드가 서로 실질적으로 동일한 전압 상태가 되도록 할 수 있다. 이와 같이, 전하 공유 스위치(SC)를 사용해 데드 타임(DT) 구간에서 대응 노드가 서로 실질적으로 동일한 전압이 되도록 함으로써 대응 스위치가 온/오프 상태를 변경할 때의 스위칭 손실을 줄일 수 있다. 전하 공유 스위치(SC)가 스위칭 손실을 줄이는 원리에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.That is, as described above with reference to FIGS. 3 and 4, when the corresponding switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 change their on/off states, the dead time (DT) in which all of the corresponding switches are turned off. ) period exists, and the charge sharing switch (SC) can be turned on in the dead time (DT) period. When the charge sharing switch SC is turned on during the dead time DT period, corresponding nodes of the first circuit 110 and the second circuit 120 may be in substantially the same voltage state. In this way, by using the charge sharing switch (SC) to ensure that the corresponding nodes have substantially the same voltage as each other during the dead time (DT) period, switching loss when the corresponding switches change their on/off states can be reduced. A principle of reducing switching loss by the charge sharing switch (SC) will be described in detail below.

도 11은 도 10의 실시예가 적용된 스위치 커패시터 컨버터(1100)의 회로도 예시이다.FIG. 11 is a circuit diagram of a switched capacitor converter 1100 to which the embodiment of FIG. 10 is applied.

도 11에 예시된 스위치 커패시터 컨버터(1100)는 도 2에 예시된 스위치 커패시터 컨버터(200)에 비해 제1 전하 공유 스위치(SC1)와 제2 전하 공유 스위치(SC2)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 따라서 아래에서 설명할 바와 배치되지 않는 한, 도 2를 참조한 설명은 도 11에도 적용될 수 있다. The switched capacitor converter 1100 illustrated in FIG. 11 is different from the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. 2 in that it further includes a first charge sharing switch SC1 and a second charge sharing switch SC2. there is. Accordingly, the description with reference to FIG. 2 can also be applied to FIG. 11, unless arranged as described below.

제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 타단(도면에서 아래쪽 단자)과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 타단(도면에서 아래쪽 단자) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23) 사이에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23)는 서로 대응 노드로 이해될 수 있다.The first charge sharing switch SC1 is the other end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 (lower terminal in the drawing) and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120 (lower terminal in the drawing). terminal) can be connected between them. That is, the first charge sharing switch SC1 may be connected between the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 . Here, the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 may be understood as corresponding nodes.

제1 전하 공유 스위치(SC1)는 데드 타임(DT) 구간에서 온 되어 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23)를 연결(예, 단락 또는 작은 임피던스를 통한 연결 등)시켜 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23)가 서로 실질적으로 동일한 전압값이 되도록 할 수 있다(즉, 전하 공유 기능을 수행할 수 있다). 이 경우 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)와 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 전압 유지 작용에 의해 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제2 노드(N12)와 제2 회로(120)의 제2 노드(N22) 사이의 전하 공유 기능도 수행하게 된다.The first charge sharing switch SC1 is turned on during the dead time DT period and connects the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 (eg, connection through a short circuit or small impedance, etc.) so that the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 have substantially the same voltage value ( That is, it can perform a charge sharing function). In this case, the first charge sharing switch SC1 is operated by the voltage holding action of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120. A charge sharing function between the second node N12 of the second circuit 120 and the second node N22 of the second circuit 120 is also performed.

실시예에 따라, 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 일단(도면에서 위쪽 단자)과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 일단(도면에서 위쪽 단자) 사이에 연결될 수도 있다. 즉, 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제2 노드(N12)와 제2 회로(120)의 제2 노드(N22) 사이에 연결될 수도 있다. 이 경우에도 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)와 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 전압 유지 작용에 의해 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제2 노드(N12)와 제2 회로(120)의 제2 노드(N22) 사이의 전하 공유 및 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23) 사이의 전하 공유를 동시에 수행할 수 있다.According to an embodiment, the first charge sharing switch SC1 is formed by connecting one end (upper terminal in the drawing) of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120. It may be connected between one end (upper terminal in the drawing). That is, the first charge sharing switch SC1 may be connected between the second node N12 of the first circuit 110 and the second node N22 of the second circuit 120 . Even in this case, the first charge sharing switch SC1 is operated by the voltage holding action of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120. Charge sharing between the second node N12 of ) and the second node N22 of the second circuit 120 and the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N13 of the second circuit 120 Charge sharing between the nodes N23 may be simultaneously performed.

실시예에 따라, 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 일단과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 일단 사이 및 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 타단과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 타단 사이에 함께 사용될 수도 있다. 즉, 두 개의 제1 전하 공유 스위치(SC1)가 사용될 수 있다. According to the embodiment, the first charge sharing switch SC1 is between one end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and one end of the first capacitor C21 of the second circuit 120 and the first circuit It may be used together between the other end of the first capacitor C11 of (110) and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. That is, two first charge sharing switches SC1 may be used.

이와 같이, 제1 전하 공유 스위치(SC1)는 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 일단과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 일단 사이에 연결 및/또는 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 타단과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 타단 사이에 연결될 수 있다. 다만, 도 11에 예시된 바와 같이 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)의 타단과 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)의 타단 사이에 제1 전하 공유 스위치(SC1)가 사용되는 경우 전압 레벨이 상대적으로 낮고 구동 회로를 구현하기가 쉬운 장점이 있다.As such, the first charge sharing switch SC1 is connected and/or connected between one end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and one end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. It may be connected between the other end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. However, as illustrated in FIG. 11 , a first charge sharing switch SC1 is provided between the other end of the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the other end of the first capacitor C21 of the second circuit 120. When is used, the voltage level is relatively low and the driving circuit is easy to implement.

제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 타단(도면에서 아래쪽 단자)과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 타단(도면에서 아래쪽 단자) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제6 노드(N16)와 제2 회로(120)의 제6 노드(N26) 사이에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 회로(110)의 제6 노드(N16)와 제2 회로(120)의 제6 노드(N26)는 서로 대응 노드로 이해될 수 있다.The second charge sharing switch SC2 is the other end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 (lower terminal in the drawing) and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120 (lower terminal in the drawing). terminal) can be connected between them. That is, the second charge sharing switch SC2 may be connected between the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 . Here, the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 may be understood as corresponding nodes.

제2 전하 공유 스위치(SC2)는 데드 타임(DT) 구간에서 온 되어 제1 회로(110)의 제6 노드(N16)와 제2 회로(120)의 제6 노드(N26)를 연결(예, 단락 또는 작은 임피던스를 통한 연결 등)시켜 제1 회로(110)의 제6 노드(N16)와 제2 회로(120)의 제6 노드(N26)가 서로 실질적으로 동일한 전압값이 되도록 할 수 있다(즉, 전하 공유 기능을 수행할 수 있다). 이 경우 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)와 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 전압 유지 작용에 의해 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제4 노드(N14)와 제2 회로(120)의 제4 노드(N24) 사이의 전하 공유 기능도 수행하게 된다.The second charge sharing switch SC2 is turned on during the dead time DT period to connect the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 (eg, connection through a short circuit or small impedance, etc.) so that the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N26 of the second circuit 120 have substantially the same voltage value ( That is, it can perform a charge sharing function). In this case, the second charge sharing switch SC2 is operated by the voltage holding action of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. A charge sharing function is also performed between the fourth node N14 of and the fourth node N24 of the second circuit 120 .

실시예에 따라, 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 일단(도면에서 위쪽 단자)과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 일단(도면에서 위쪽 단자) 사이에 연결될 수도 있다. 즉, 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제4 노드(N14)와 제2 회로(120)의 제4 노드(N24) 사이에 연결될 수도 있다. 이 경우에도 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)와 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 전압 유지 작용에 의해 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제4 노드(N14)와 제2 회로(120)의 제4 노드(N24) 사이의 전하 공유 및 제1 회로(110)의 제6 노드(N16)와 제2 회로(120)의 제6 노드(N26) 사이의 전하 공유 기능을 동시에 수행할 수 있다. Depending on the embodiment, the second charge sharing switch SC2 is formed between one end (upper terminal in the drawing) of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. It may be connected between one end (upper terminal in the drawing). That is, the second charge sharing switch SC2 may be connected between the fourth node N14 of the first circuit 110 and the fourth node N24 of the second circuit 120 . Even in this case, the second charge sharing switch SC2 is operated by the voltage holding action of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the second capacitor C22 of the second circuit 120. Charge sharing between the fourth node N14 of ) and the fourth node N24 of the second circuit 120 and the sixth node N16 of the first circuit 110 and the sixth node N16 of the second circuit 120 The charge sharing function between the nodes N26 can be simultaneously performed.

실시예에 따라, 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 일단과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 일단 사이 및 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 타단과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 타단 사이에 함께 사용될 수도 있다. 즉, 두 개의 제2 전하 공유 스위치(SC2)가 사용될 수 있다.According to the embodiment, the second charge sharing switch SC2 is between one end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and one end of the second capacitor C22 of the second circuit 120 and the first circuit It may be used together between the other end of the second capacitor C12 of (110) and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120. That is, two second charge sharing switches SC2 may be used.

이와 같이, 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 일단과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 일단 사이에 연결 및/또는 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 타단과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 타단 사이에 연결될 수 있다. 다만, 제1 회로(110)의 제2 커패시터(C12)의 타단과 제2 회로(120)의 제2 커패시터(C22)의 타단 사이에 제2 전하 공유 스위치(SC2)가 배치되는 경우 전압 레벨이 상대적으로 낮고 구동 회로를 구현하기가 쉬운 장점이 있다.As such, the second charge sharing switch SC2 is connected and/or connected between one end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and one end of the second capacitor C22 of the second circuit 120. It may be connected between the other end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120. However, when the second charge sharing switch SC2 is disposed between the other end of the second capacitor C12 of the first circuit 110 and the other end of the second capacitor C22 of the second circuit 120, the voltage level is It has the advantage of being relatively low and easy to implement a driving circuit.

도 11에는 제1 전하 공유 스위치(SC1)와 제2 전하 공유 스위치(SC2)가 모두 사용되는 것으로 예시되어 있으나, 제1 전하 공유 스위치(SC1)와 제2 전하 공유 스위치(SC2) 중의 어느 하나는 사용되지 않을 수 있다. 즉, 제1 전하 공유 스위치(SC1)와 제2 전하 공유 스위치(SC2) 중의 적어도 하나가 사용될 수도 있다. 11 illustrates that both the first charge sharing switch SC1 and the second charge sharing switch SC2 are used, but either one of the first charge sharing switch SC1 or the second charge sharing switch SC2 may not be used. That is, at least one of the first charge sharing switch SC1 and the second charge sharing switch SC2 may be used.

제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 데드 타임(DT) 구간에서 대응 노드의 전압값이 서로 실질적으로 동일하게 되도록 함으로써 스위칭 손실을 줄일 수 있다. The first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 may reduce switching loss by making voltage values of corresponding nodes substantially equal to each other in the dead time DT period.

제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 양방향 온/오프 제어가 가능한 반도체 스위칭 소자일 수 있다. 도 11에는 제1 전하 공유 스위치(SC1)와 제2 전하 공유 스위치(SC2)에 MOSFET이 사용되는 것으로 예시되어 있으나, 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)에는 MOSFET 이외에도 양방향 온/오프 제어가 가능한 공지의 반도체 스위칭 소자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 예시된 바와 같이, 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)에는 백-게이트 제어 MOSFET(back-gate control MOSFET)이 사용되거나 또는 2개의 MOSFET이 백-투-백(back-to-back)으로 연결되어 사용될 수 있다.The first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 may be semiconductor switching elements capable of bidirectional on/off control. 11 illustrates that MOSFETs are used for the first charge sharing switch SC1 and the second charge sharing switch SC2, but the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 In addition to the MOSFET, a known semiconductor switching element capable of bi-directional on/off control may be used. For example, as illustrated in FIG. 15, a back-gate control MOSFET is used for the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2, or two MOSFETs may be connected back-to-back.

도 12는 도 11의 스위치 커패시터 컨버터(1100)의 동작 파형을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter 1100 of FIG. 11 by way of example.

도 12에 예시된 동작 파형은 도 3에 예시된 동작 파형에 비해 데드 타임(DT) 구간에서 각 노드의 전압이 제1 상태(phase 1)에서의 전압값과 제2 상태(phase 2)에서의 전압값의 범위 내의 전압값(예, 평균값)으로 변화한다는 점에서 차이가 있다. 그 이유는 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)가 데드 타임(DT) 구간에서 온 되어 대응 노드의 전압값을 서로 실질적으로 동일하게 만들기 때문이다. 예를 들어, 제1 전하 공유 스위치(SC1)가 데드 타임(DT) 구간에서 온 되면 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23)가 서로 연결되므로 제1 회로(110)의 제3 노드 전압(VN13)과 제2 회로(120)의 제3 노드 전압(VN23)이 서로 실질적으로 동일하게 된다. 또한, 제1 회로(110)의 제1 커패시터(C11)와 제2 회로(120)의 제1 커패시터(C21)는 서로 실질적으로 동일한 전압(2·Vo)을 유지하므로(수학식 7 참조), 제1 전하 공유 스위치(SC1)가 온 됨으로 인해 제1 회로(110)의 제2 노드 전압(VN12)과 제2 회로(120)의 제2 노드 전압(VN22)도 서로 실질적으로 동일하게 된다. 동일한 원리로, 데드 타임(DT) 구간에서 제2 전하 공유 스위치(SC2)가 온 됨으로 인해 제1 회로(110)의 제4 노드 전압(VN14)과 제2 회로(120)의 제4 노드 전압(VN24)이 서로 실질적으로 동일하게 되고, 제1 회로(110)의 제6 노드 전압(VN16)과 제2 회로(120)의 제6 노드 전압(VN26)이 서로 실질적으로 동일하게 된다.Compared to the operation waveform illustrated in FIG. 12 , the operation waveform illustrated in FIG. 3 shows the voltage value of each node in the dead time (DT) period in the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2). It is different in that it changes to a voltage value (eg, an average value) within a range of voltage values. This is because the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 are turned on during the dead time DT period to make voltage values of corresponding nodes substantially equal to each other. For example, when the first charge sharing switch SC1 is turned on during the dead time DT period, the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 are Since they are connected to each other, the third node voltage VN13 of the first circuit 110 and the third node voltage VN23 of the second circuit 120 are substantially equal to each other. In addition, since the first capacitor C11 of the first circuit 110 and the first capacitor C21 of the second circuit 120 maintain substantially the same voltage (2·Vo) (see Equation 7), When the first charge sharing switch SC1 is turned on, the second node voltage VN12 of the first circuit 110 and the second node voltage VN22 of the second circuit 120 become substantially equal to each other. In the same principle, the fourth node voltage VN14 of the first circuit 110 and the fourth node voltage of the second circuit 120 ( VN24 is substantially equal to each other, and the sixth node voltage VN16 of the first circuit 110 and the sixth node voltage VN26 of the second circuit 120 are substantially equal to each other.

여기서, 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)에 의해 데드 타임(DT) 구간에서 각 노드가 고전압과 저전압의 범위 내의 어떤 전압값을 가지는지는 서로 연결되는 두 노드의 커패시턴스에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 공유 스위치(SC1)가 온 되어 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23)가 서로 연결(예, 단락)될 때, 제1 회로(110)의 제3 노드(N13)의 커패시턴스와 제2 회로(120)의 제3 노드(N23)의 커패시턴스가 서로 동일하다면 두 노드 전압의 평균값을 가지게 되지만, 두 노드의 커패시턴스가 서로 다른 경우 두 노드의 커패시턴스의 크기에 따라 결정되는 전압값이 형성될 수 있다. 도 12에서는 대응 노드의 커패시턴스가 서로 동일하다고 가정하고 있고, 그 결과 데드 타임(DT) 구간에서의 전압값이 두 노드 전압의 평균값으로 예시되고 있다.Here, two nodes connected to each other determine what voltage value each node has within the range of high voltage and low voltage in the dead time (DT) period by the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2. may be affected by the capacitance of For example, when the first charge sharing switch SC1 is turned on, the third node N13 of the first circuit 110 and the third node N23 of the second circuit 120 are connected to each other (eg, short circuit). When the capacitance of the third node N13 of the first circuit 110 and the capacitance of the third node N23 of the second circuit 120 are the same, they have an average value of the voltages of the two nodes, but When the capacitances are different from each other, a voltage value determined according to the size of the capacitance of the two nodes may be formed. In FIG. 12 , it is assumed that the capacitances of the corresponding nodes are the same, and as a result, the voltage value in the dead time (DT) section is illustrated as an average value of the two node voltages.

이와 같이, 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 데드 타임(DT) 구간에서만 동작하여 스위칭 손실을 줄이는 역할을 하므로, 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)에서의 동작에는 실질적인 영향을 주지 않는다. 따라서 전압 변환비 등 스위치 커패시터 컨버터(1100)의 기본 동작에 미치는 실질적인 영향은 없는 것으로 고려될 수 있다.As such, since the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 operate only in the dead time DT period to reduce switching loss, the first state (phase 1) and the second charge sharing switch (phase 1) Operation in phase 2 is not substantially affected. Therefore, it can be considered that there is no practical effect on the basic operation of the switched-capacitor converter 1100, such as a voltage conversion ratio.

도 13은 도 11의 스위치 커패시터 컨버터(1100)의 스위치들의 온/오프 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating an on/off operation of switches of the switched capacitor converter 1100 of FIG. 11 by way of example.

도 13을 참조하면 제1 스위치 그룹(SG1)과 제2 스위치 그룹(SG2)에 속한 스위치들의 스위칭 시퀀스는 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일하다. 따라서 아래에서 설명할 바와 배치되지 않는 한, 도 4를 참조한 설명은 도 13에도 적용될 수 있다.Referring to FIG. 13 , the switching sequence of the switches belonging to the first switch group SG1 and the second switch group SG2 is the same as that described with reference to FIG. 4 . Accordingly, the description with reference to FIG. 4 can also be applied to FIG. 13 unless otherwise arranged as will be described below.

즉, 제1 회로(110)의 제1, 3, 5, 7 스위치(S11, S13, S15, S17)와 제2 회로(120)의 제2, 4, 6 스위치(S22, S24, S26)는 제1 상태(phase 1)에서 온 되는 제1 스위치 그룹(SG1)에 속하고 제2 회로(120)의 제1, 3, 5, 7 스위치(S21, S23, S25, S27)와 제1 회로(110)의 제2, 4, 6 스위치(S12, S14, S16)는 제2 상태(phase 2)에서 온 되는 제2 스위치 그룹(SG2)에 속하며, 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)는 제1 회로(110)와 제2 회로(120)의 스위치가 모두 오프 된 데드 타임(DT) 구간에서 온 될 수 있다.That is, the first, third, fifth, and seventh switches S11, S13, S15, and S17 of the first circuit 110 and the second, fourth, and sixth switches S22, S24, and S26 of the second circuit 120 are The first, third, fifth, and seventh switches S21, S23, S25, and S27 of the second circuit 120 belong to the first switch group SG1 turned on in the first state (phase 1) and the first circuit ( The second, fourth, and sixth switches S12, S14, and S16 of 110) belong to the second switch group SG2 turned on in the second state (phase 2), and are the first charge sharing switch SC1 and/or the second switch group SG2. The second charge sharing switch SC2 may be turned on during the dead time DT period in which both switches of the first circuit 110 and the second circuit 120 are turned off.

제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 1) 사이에는 데드 타임(DT) 구간이 존재할 수 있다.The first phase (phase 1) and the second phase (phase 2) have substantially the same time length, and there is a dead time (DT) section between the first phase (phase 1) and the second phase (phase 1). can

스위치 커패시터 컨버터(1100)가 도 13에 예시된 스위칭 시퀀스로 동작할 경우, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 스위치 커패시터 컨버터(1100)는 4:1의 전압 변환비로 동작할 수 있다.When the switched capacitor converter 1100 operates in the switching sequence illustrated in FIG. 13 , as described with reference to FIG. 4 , the switched capacitor converter 1100 may operate with a voltage conversion ratio of 4:1.

도 14는 도 11의 스위치 커패시터 컨버터(1100)의 전하 공유 스위치(SC1 및/또는 SC2)가 스위칭 손실을 줄이는 원리를 설명하는 도면이다.FIG. 14 is a diagram explaining a principle of reducing switching loss by the charge sharing switches SC1 and/or SC2 of the switched capacitor converter 1100 of FIG. 11 .

앞서 설명한 바와 같이, 데드 타임(DT) 구간에서 제1 전하 공유 스위치(SC1) 및/또는 제2 전하 공유 스위치(SC2)가 온 되면 각 노드의 전압은 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 사이의 전압값(중간 전압, VM)으로 변화할 수 있다. 도 14에서는 설명의 편의를 위해 대응 노드의 커패시턴스가 서로 동일하다고 가정하고 데드 타임(DT) 구간에서 중간 전압(VM)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 평균값이 되는 것으로 예시하고 있으나, 중간 전압(VM)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 평균이 되지 않더라도 그 정도에 차이가 있을 뿐 전하 공유 스위치는 스위칭 손실을 줄일 수 있다.As described above, when the first charge sharing switch SC1 and/or the second charge sharing switch SC2 are turned on in the dead time DT period, the voltages of each node are the first voltage V1 and the second voltage ( V2) can be changed to a voltage value (intermediate voltage, VM) between. In FIG. 14 , for convenience of explanation, it is assumed that the capacitances of the corresponding nodes are the same and the intermediate voltage VM is the average value of the first voltage V1 and the second voltage V2 in the dead time DT period. However, even if the intermediate voltage VM is not the average of the first voltage V1 and the second voltage V2, there is only a difference in the degree, and the charge sharing switch can reduce switching loss.

도 14를 참조하면, 제1 상태(phase 1)에서 제2 상태(phase 2)로 전환할 때 제1 변화(1401)와 제2 변화(1402)가 발생하고, 제2 상태(phase 2)에서 제1 상태(phase 1)로 전환할 때 제3 변화(1403)와 제4 변화(1404)가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 14, when transitioning from the first state (phase 1) to the second state (phase 2), a first change 1401 and a second change 1402 occur, and in the second state (phase 2) When switching to the first state (phase 1), a third change 1403 and a fourth change 1404 may occur.

먼저, 제1 변화(1401)와 제3 변화(1403)에 대해 살펴보면, 제1 변화(1401)는 해당 노드(전압 V1)가 대응 노드(전압 V2)로부터 전하를 제공받고 충전되어 전압이 중간 전압(VM)으로 상승하는 변화이고, 제3 변화(1403)는 반대로 해당 노드(전압 V2)가 대응 노드(전압 V1)로 전하를 제공하면서 일부 방전되어 전압이 중간 전압(VM)으로 하강하는 변화로서, 제1 변화(1401)와 제3 변화(1403)는 전하 공유 스위치에 의한 전하 공유 과정이다.First, looking at the first change 1401 and the third change 1403, in the first change 1401, the corresponding node (voltage V1) receives charge from the corresponding node (voltage V2) and is charged so that the voltage becomes the intermediate voltage. (VM), and the third change (1403) is a change in which the corresponding node (voltage V2) provides charge to the corresponding node (voltage V1) and is partially discharged, thereby lowering the voltage to the intermediate voltage (VM). , the first change 1401 and the third change 1403 are charge sharing processes by the charge sharing switch.

제1 변화(1401)에 의해 해당 노드에 충전되는 에너지, 즉 에너지 변화량 ΔE(1401)는 전압이 VM인 상태에서의 에너지와 전압이 V1인 상태에서의 에너지의 차이에 해당하므로 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.The energy charged to the corresponding node by the first change 1401, that is, the energy change ΔE (1401) corresponds to the difference between the energy when the voltage is VM and the energy when the voltage is V1, so as shown in Equation 12 can indicate

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000012
Figure PCTKR2022016076-appb-img-000012

여기서, C는 해당 노드의 등가 커패시턴스로 이해될 수 있다.Here, C can be understood as the equivalent capacitance of the corresponding node.

또한, 제3 변화(1403)에 의해 해당 노드에서 방전되는 에너지, 즉 에너지 변화량 ΔE(1403)는 전압이 V2인 상태에서의 에너지와 전압이 VM인 상태에서의 에너지의 차이에 해당하므로 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.In addition, since the energy discharged from the corresponding node by the third change 1403, that is, the energy change ΔE 1403 corresponds to the difference between the energy in the state where the voltage is V2 and the energy in the state where the voltage is VM, Equation 13 can be expressed as

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000013
Figure PCTKR2022016076-appb-img-000013

제1 변화(1401)와 제3 변화(1403)에 의해 발생하는 손실(전하 공유 손실)은 제3 변화(1403)에 의한 에너지 변화량 ΔE(1403)에서 제1 변화(1401)에 의한 에너지 변화량 ΔE(1401)을 뺀 값이 되므로(즉, 전압이 높은 노드가 제공한 에너지와 전압이 낮은 대응 노드가 축적한 에너지의 차이), 식을 정리하면 수학식 14와 같이 표현될 수 있다. 수학식 14의 유도에는 중간 전압(VM)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 평균값이라는 가정이 적용되었다.The loss (charge sharing loss) caused by the first change 1401 and the third change 1403 is the energy change due to the third change 1403 ΔE (1403) to the energy change due to the first change 1401 ΔE Since it is a value obtained by subtracting (1401) (that is, the difference between energy provided by a node with a high voltage and energy stored by a corresponding node with a low voltage), the equation can be expressed as Equation 14. In the derivation of Equation 14, the assumption that the intermediate voltage VM is the average value of the first voltage V1 and the second voltage V2 is applied.

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000014
Figure PCTKR2022016076-appb-img-000014

여기서, 수학식 14로 표현된 손실은 전하 공유 스위치를 통한 전하 공유에 의해 발생하는 손실이므로 전하 공유 손실(Charge Sharing loss)이라고 언급될 수 있을 것이다.Here, the loss expressed by Equation 14 may be referred to as a charge sharing loss because it is a loss caused by charge sharing through a charge sharing switch.

다음으로, 제2 변화(1402)와 제4 변화(1404)는 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이 스위칭 손실이 발생하는 하드-스위칭(hard-switching) 현상으로서 전압이 급격하게 변하는 상황이다. 다만, 도 14에서는 전하 공유 스위치(SC1 및/또는 SC2)에 의해 노드 전압이 중간 전압(VM)으로 변한 이후에 급격한 전압 변화(1402, 1404)가 발생하므로 급격하게 변하는 전압 변화량이 절반으로 줄어든 점에서 도 9의 예시와는 차이가 있다. 따라서 제2 변화(1402)와 제4 변화(1404)에 의한 스위칭 손실은 수학식 15 및 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.Next, as described with reference to FIG. 9 , the second change 1402 and the fourth change 1404 are hard-switching phenomena in which switching loss occurs, and the voltage rapidly changes. However, in FIG. 14, since the rapid voltage changes 1402 and 1404 occur after the node voltage is changed to the intermediate voltage VM by the charge sharing switch SC1 and/or SC2, the rapidly changing voltage change amount is reduced by half. There is a difference from the example of FIG. 9 in . Therefore, the switching loss due to the second change 1402 and the fourth change 1404 can be expressed as Equations 15 and 16.

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000015
Figure PCTKR2022016076-appb-img-000015

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000016
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제2 변화(1402)는 턴-온(turn-on)에 의한 손실로 이해될 수 있고 제4 변화(1404)는 턴-오프(turn-off)에 의한 손실로 이해될 수 있으므로, 제2 변화(1402)와 제4 변화(1404)에 의한 손실의 합을 턴온 및 턴오프 손실(Turn On & Off loss)로 표현할 수 있다. VM이 V1과 V2의 평균값이라고 가정하고 턴온 및 턴오프 손실(Turn On & Off loss)을 계산하면 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.Since the second change 1402 can be understood as a loss due to turn-on and the fourth change 1404 can be understood as a loss due to turn-off, the second change The sum of losses due to 1402 and the fourth change 1404 can be expressed as turn on and off loss. Assuming that VM is the average value of V1 and V2 and calculating turn on and off loss, it can be expressed as in Equation 17.

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000017
Figure PCTKR2022016076-appb-img-000017

도 14에 예시된 제1 변화(1401) 내지 제4 변화(1404)에 의한 전체 손실(Switching loss)은 수학식 14와 수학식 17의 합이므로 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.Since the switching loss due to the first change 1401 to the fourth change 1404 illustrated in FIG. 14 is the sum of Equations 14 and 17, it can be expressed as Equation 18.

Figure PCTKR2022016076-appb-img-000018
Figure PCTKR2022016076-appb-img-000018

전하 공유 스위치를 사용하지 않는 도 2의 실시예의 경우 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이 수학식 11의 스위칭 손실이 발생함에 반해, 전하 공유 스위치를 사용하는 경우 수학식 18의 스위칭 손실이 발생하는 바, 전하 공유 스위치를 사용하는 경우 스위칭 손실이 절반으로 줄어들 수 있다. In the case of the embodiment of FIG. 2 without using the charge sharing switch, the switching loss of Equation 11 occurs as described with reference to FIG. 9, whereas when using the charge sharing switch, the switching loss of Equation 18 occurs. Switching losses can be halved if a charge-sharing switch is used.

그 이유를 요약하면, 전압 변화량의 제곱에 비례하는 손실이 발생하는 제2 변화(1402)와 제4 변화(1404)가 발생하기 전에 전하 공유 스위치(SC1, SC2)가 온 되어 노드 전압을 중간 전압(VM)으로 변화시켜 줌으로써 제2 변화(1402)와 제4 변화(1404)에서의 전압 변화량을 감소시킨 영향으로 이해될 수 있다.To summarize the reason, before the second change 1402 and the fourth change 1404 in which a loss proportional to the square of the voltage change occurs, the charge sharing switches SC1 and SC2 are turned on, and the node voltage is converted to the intermediate voltage. (VM) can be understood as an effect of reducing the amount of voltage change in the second change 1402 and the fourth change 1404.

이와 같이, 도 11에 예시된 스위치 커패시터 컨버터(1100)는 고내압의 커패시터를 사용하지 않으면서도 4:1의 전압 변환비를 구현할 수 있다는 장점을 그대로 유지하면서, 전압 변환비의 증가로 인해 수반되는 스위칭 손실의 증가도 억제할 수 있다는 장점도 가진다.As such, the switched-capacitor converter 1100 illustrated in FIG. 11 maintains the advantage of being able to implement a voltage conversion ratio of 4: 1 without using a high withstand voltage capacitor, and the accompanying increase in voltage conversion ratio It also has the advantage that an increase in switching loss can be suppressed.

도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터(1600)의 회로도 예시이다. 16 is a circuit diagram of a switched capacitor converter 1600 according to another embodiment of the present invention.

도 16의 스위치 커패시터 컨버터(1600)는 도 2에 예시된 스위치 커패시터 컨버터(200)에서 제1 회로(110)의 제7 스위치(S17), 제2 회로(120)의 제1 스위치(S21), 제1 커패시터(C21), 제2 스위치(S22) 및 제3 스위치(S23)가 제거된 상태로 이해될 수 있다. The switched capacitor converter 1600 of FIG. 16 includes the seventh switch S17 of the first circuit 110, the first switch S21 of the second circuit 120 in the switched capacitor converter 200 illustrated in FIG. It can be understood as a state in which the first capacitor C21, the second switch S22, and the third switch S23 are removed.

구체적으로, 스위치 커패시터 컨버터(1600)는, 입력 전압(Vin)에 드레인 단자가 연결되는 제1 스위치(S31), 제1 스위치(S31)의 소스 단자에 일단이 연결되는 제1 커패시터(C31), 제1 커패시터(C31)의 타단에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제2 스위치(S32), 제1 커패시터(C31)의 타단에 소스 단자가 연결되는 제3 스위치(S33), 제3 스위치(S33)의 드레인 단자에 드레인 단자가 연결되는 제4 스위치(S34), 제4 스위치(S34)의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되는 제5 스위치(S35), 제5 스위치(S35)의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제6 스위치(S36), 제4 스위치(S34)의 드레인 단자에 일단이 연결되고 타단은 제6 스위치(S36)의 드레인 단자에 연결되는 제2 커패시터(C32), 제1 커패시터(C31)의 일단에 드레인 단자가 연결되는 제7 스위치(S37), 제7 스위치(S37)의 소스 단자에 일단이 연결되는 제3 커패시터(C33), 제3 커패시터(C33)의 일단에 드레인 단자가 연결되는 제8 스위치(S38), 제8 스위치(S38)의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 제3 커패시터(C33)의 타단에 연결되는 제9 스위치(S39), 및 제9 스위치(S39)의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제10 스위치(S40)를 포함할 수 있다. Specifically, the switched capacitor converter 1600 includes a first switch S31 having a drain terminal connected to the input voltage Vin, a first capacitor C31 having one end connected to the source terminal of the first switch S31, A second switch S32 having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor C31 and having a source terminal connected to a reference potential, a third switch S33 having a source terminal connected to the other end of the first capacitor C31, A fourth switch S34 having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch S33, a fifth switch S35 having a drain terminal connected to the source terminal of the fourth switch S34, and a fifth switch S35 A drain terminal is connected to the source terminal of the source terminal, and one end is connected to the drain terminals of the sixth switch S36 and the fourth switch S34 connected to the reference potential, and the other end is connected to the drain terminal of the sixth switch S36. A second capacitor C32 connected thereto, a seventh switch S37 having a drain terminal connected to one end of the first capacitor C31, and a third capacitor C33 having one end connected to the source terminal of the seventh switch S37. , the eighth switch S38 having a drain terminal connected to one end of the third capacitor C33, a drain terminal connected to a source terminal of the eighth switch S38, and a source terminal connected to the other end of the third capacitor C33. It may include a ninth switch S39, and a 10th switch S40 having a drain terminal connected to a source terminal of the ninth switch S39 and a source terminal connected to a reference potential.

여기서, 제4 스위치(S34)의 소스 단자와 제8 스위치(S38)의 소스 단자는 출력 전압(Vo)에 연결될 수 있다. Here, the source terminal of the fourth switch S34 and the source terminal of the eighth switch S38 may be connected to the output voltage Vo.

이와 같이 구성된 스위치 커패시터 컨버터(1600)는 2:1, 3:1 및 4:1의 전압 변환비 중에서 선택적으로 동작할 수 있는데, 아래에서는 4:1의 전압 변환비로 동작하는 경우에 대해 예시적으로 설명한다.The switch-capacitor converter 1600 configured as described above can selectively operate among voltage conversion ratios of 2:1, 3:1, and 4:1. Explain.

도 17은 도 16의 스위치 커패시터 컨버터(1600)의 동작 파형을 예시적으로 설명하는 도면이다.FIG. 17 is a diagram illustrating an operating waveform of the switched-capacitor converter 1600 of FIG. 16 by way of example.

일 실시예로서, 제1, 3, 5, 8, 10 스위치(S31, S33, S35, S38, S40)는 제1 상태(phase 1)에서 온 되는 제1 스위치 그룹(SG1)에 속하고 제2, 4, 6, 7, 9 스위치(S32, S34, S36, S37, S39)는 제2 상태(phase 2)에서 온 되는 제2 스위치 그룹(SG2)에 속할 수 있다. 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2) 사이에는 데드 타임 구간(DT)이 존재할 수 있다.As an embodiment, the 1st, 3rd, 5th, 8th, and 10th switches S31, S33, S35, S38, and S40 belong to the first switch group SG1 turned on in the first state (phase 1) and the second , 4, 6, 7, and 9 switches (S32, S34, S36, S37, S39) may belong to the second switch group (SG2) turned on in the second state (phase 2). The first phase (phase 1) and the second phase (phase 2) have substantially the same time length, and there is a dead time period (DT) between the first phase (phase 1) and the second phase (phase 2). can

도 18은 도 16의 스위치 커패시터 컨버터(1600)의 제1 상태(phase 1)를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 18을 참조하면, 제1 커패시터(C31)와 제2 커패시터(C32)는 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo) 사이에서 순서대로 직렬로 연결되고, 제3 커패시터(C33)는 출력 전압(Vo)에 병렬로 연결될 수 있다.FIG. 18 is a diagram illustrating a first state (phase 1) of the switched-capacitor converter 1600 of FIG. 16 by way of example. Referring to FIG. 18, the first capacitor C31 and the second capacitor C32 are sequentially connected in series between the input voltage Vin and the output voltage Vo, and the third capacitor C33 has an output voltage ( Vo) can be connected in parallel.

도 19는 도 16의 스위치 커패시터 컨버터의 제2 상태(phase 2)를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 19를 참조하면, 제1 커패시터(C31)의 일단은 제3 커패시터(C33)의 일단에 연결되고, 제1 커패시터(C31)의 타단은 기준전위(GND)에 연결되며, 제2 커패시터(C32)는 출력 전압(Vo)에 병렬로 연결되고, 제3 커패시터(C33)의 타단은 출력 전압(Vo)에 연결될 수 있다.FIG. 19 is a diagram illustrating a second state (phase 2) of the switched-capacitor converter of FIG. 16 by way of example. Referring to FIG. 19 , one end of the first capacitor C31 is connected to one end of the third capacitor C33, the other end of the first capacitor C31 is connected to the reference potential GND, and the second capacitor C32 ) may be connected in parallel to the output voltage Vo, and the other end of the third capacitor C33 may be connected to the output voltage Vo.

제1 상태(phase 1)와 제2 상태(phase 2)에서 각각 도 18과 도 19에 예시된 바와 같은 연결 관계를 가지는 경우에 대해, 앞서 도 6 및 도 8을 참조하여 설명한 방식으로 전압 변환비를 구해 보면, 도 16의 스위치 커패시터 컨버터(1600)는 4:1의 전압 변환비를 가진다는 것을 알 수 있다. 제1 스위치(S31) 내지 제10 스위치(S40)의 스위칭 시퀀스를 도 17에 예시된 바와 다르게 할 경우 스위치 커패시터 컨버터(1600)는 2:1 또는 3:1의 전압 변환비로도 동작할 수 있다.For the case where the first state (phase 1) and the second state (phase 2) have a connection relationship as illustrated in FIGS. 18 and 19, respectively, the voltage conversion ratio in the manner described above with reference to FIGS. 6 and 8 When calculating , it can be seen that the switched-capacitor converter 1600 of FIG. 16 has a voltage conversion ratio of 4:1. When the switching sequence of the first switch S31 to the tenth switch S40 is different from that illustrated in FIG. 17 , the switch-capacitor converter 1600 may operate with a voltage conversion ratio of 2:1 or 3:1.

도 20은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스위치 커패시터 컨버터(2000) 회로로서 도 16의 스위치 커패시터 컨버터(1600)에 전하 공유 스위치(SC3)가 부가된 회로도 예시이다.FIG. 20 is a circuit diagram of a switched capacitor converter 2000 according to another embodiment of the present invention in which a charge sharing switch SC3 is added to the switched capacitor converter 1600 of FIG. 16 .

도 17을 참조하면, 제6 노드 전압(VN36)과 제9 노드 전압(VN39)은 서로 상보적인 전압 상태를 가진다는 것을 알 수 있다. 따라서 제6 노드(N36)와 제9 노드(N39) 사이에 전하 공유 스위치(SC3)를 연결할 수 있다. 즉, 제2 커패시터(C32)의 타단과 제3 커패시터(C33)의 타단 사이에는 전하 공유 스위치(SC3)가 연결될 수 있다. 이 경우, 전하 공유 스위치(SC3)는 제6 노드(N36)와 제9 노드(N39) 사이의 전하 공유 뿐만 아니라 제4 노드(N34)와 제7 노드(N37) 사이의 전하 공유 기능을 동시에 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전하 공유 스위치(SC3)는 제1 스위치 그룹(SG1)과 제2 스위치 그룹(SG2)에 속한 스위치가 모두 오프된 데드 타임 구간에서 온 됨으로써 스위칭 손실을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 17 , it can be seen that the sixth node voltage VN36 and the ninth node voltage VN39 have complementary voltage states. Accordingly, the charge sharing switch SC3 may be connected between the sixth node N36 and the ninth node N39. That is, the charge sharing switch SC3 may be connected between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33. In this case, the charge sharing switch SC3 simultaneously performs a charge sharing function between the fourth node N34 and the seventh node N37 as well as between the sixth node N36 and the ninth node N39. can do. As described above, the charge sharing switch SC3 can reduce switching loss by being turned on during a dead time period in which all switches belonging to the first switch group SG1 and the second switch group SG2 are turned off.

실시예에 따라, 전하 공유 스위치(SC3)는 제2 커패시터(C32)의 일단과 제3 커패시터(C33)의 일단 사이에 연결되도록 변경될 수 있다. 또는 전하 공유 스위치(SC3)는 제2 커패시터(C32)의 일단과 제3 커패시터(C33)의 일단 사이 및 제2 커패시터(C32)의 타단과 제3 커패시터(C33)의 타단 사이에 함께 사용될 수 있다.Depending on the embodiment, the charge sharing switch SC3 may be changed to be connected between one end of the second capacitor C32 and one end of the third capacitor C33. Alternatively, the charge sharing switch SC3 may be used together between one end of the second capacitor C32 and one end of the third capacitor C33 and between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33. .

이와 같이, 제2 커패시터(C32)의 일단과 제3 커패시터(C33)의 일단 사이 및/또는 제2 커패시터(C32)의 타단과 제3 커패시터(C33)의 타단 사이에는 전하 공유 스위치(SC3)가 연결될 수 있는데, 둘 중의 어느 하나에만 전하 공유 스위치(SC3)가 사용되더라도 제2 커패시터(C32)와 제3 커패시터(C33)의 전압 유지 작용에 의해 제6 노드(N36)와 제9 노드(N39) 사이의 전하 공유 및 제4 노드(N34)와 제7 노드(N37) 사이의 전하 공유가 동시에 이루어질 수 있다. 다만, 제2 커패시터(C32)의 타단과 제3 커패시터(C33)의 타단 사이에 전하 공유 스위치(SC3)가 배치되는 경우 전압 레벨이 상대적으로 낮고 구동 회로를 구현하기가 쉬운 장점이 있다.As such, the charge sharing switch SC3 is provided between one end of the second capacitor C32 and one end of the third capacitor C33 and/or between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33. Although the charge sharing switch SC3 is used for only one of the two, the sixth node N36 and the ninth node N39 are connected by the voltage holding action of the second capacitor C32 and the third capacitor C33. The charge sharing between the terminals and the charge sharing between the fourth node N34 and the seventh node N37 may be simultaneously performed. However, when the charge sharing switch SC3 is disposed between the other end of the second capacitor C32 and the other end of the third capacitor C33, the voltage level is relatively low and the driving circuit is easy to implement.

전하 공유 스위치는 양방향 온/오프 제어가 가능한 반도체 스위칭 소자일 수 있다. 예시적으로, 도 15에 예시된 바와 같이, 백-게이트 제어 MOSFET(back-gate control MOSFET)이 사용되거나 또는 2개의 MOSFET이 백-투-백(back-to-back)으로 연결되어 사용될 수 있다.The charge sharing switch may be a semiconductor switching device capable of bi-directional on/off control. Illustratively, as illustrated in FIG. 15, a back-gate control MOSFET may be used or two MOSFETs may be used in a back-to-back connection. .

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as "comprise", "comprise" or "having" described above mean that the corresponding component may be inherent unless otherwise stated, and therefore do not exclude other components. It should be construed that it may further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present invention, they are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (17)

적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 스위치를 포함하는 제1 회로; 및a first circuit comprising at least one capacitor and at least one switch; and 상기 제1 회로와 실질적으로 동일한 회로로 구성되는 제2 회로;를 포함하되,A second circuit composed of substantially the same circuit as the first circuit, 상기 제1 회로와 상기 제2 회로의 서로 대응되는 위치의 대응 스위치는 서로 상보적으로 온/오프 되고,Corresponding switches at positions corresponding to each other of the first circuit and the second circuit are turned on/off complementary to each other, 상기 제1 회로와 상기 제2 회로의 서로 대응되는 위치의 대응 노드의 적어도 일부는 서로 상보적인 전압 상태를 가지며,At least some of the corresponding nodes of the first circuit and the second circuit at positions corresponding to each other have voltage states complementary to each other, 상기 대응 노드의 적어도 일부에는 전하 공유 스위치가 배치되는, 스위치 커패시터 컨버터.At least a portion of the corresponding node, a charge sharing switch is disposed, the switched capacitor converter. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1, 상기 대응 스위치가 서로 온/오프 상태를 변경할 때 상기 대응 스위치가 모두 오프되는 데드 타임 구간이 존재하고, 상기 전하 공유 스위치는 상기 데드 타임 구간에서 온 되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.Switched-capacitor converter, characterized in that when the corresponding switches change their on / off state with each other, there is a dead time interval in which all of the corresponding switches are turned off, and the charge sharing switch is turned on in the dead time interval. 청구항 2에 있어서,The method of claim 2, 상기 데드 타임 구간에서 상기 전하 공유 스위치가 온 됨에 의해 상기 대응 노드는 서로 실질적으로 동일한 전압값이 되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.When the charge sharing switch is turned on in the dead time period, the corresponding nodes have substantially the same voltage value as each other. 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 전하 공유 스위치를 사용해 상기 데드 타임 구간에서 상기 대응 노드가 서로 실질적으로 동일한 전압값이 되도록 함으로써 상기 대응 스위치가 온/오프 상태를 변경할 때의 스위칭 손실을 줄이는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.A switched capacitor converter, characterized in that switching loss when the corresponding switch changes on / off state is reduced by using the charge sharing switch so that the corresponding nodes have substantially the same voltage value as each other in the dead time period. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 회로의 스위치는 제1 상태에서 온 되는 제1 스위치 그룹과 제2 상태에서 온 되는 제2 스위치 그룹 중의 어느 하나에 속하고,The switch of the first circuit belongs to one of a first switch group turned on in a first state and a second switch group turned on in a second state, 상기 제2 회로의 스위치는 상기 제1 회로의 대응 스위치와 서로 다른 스위치 그룹에 속하는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The switch of the second circuit belongs to a different switch group from the corresponding switch of the first circuit. 청구항 5에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에는 데드 타임 구간이 존재하는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The switched-capacitor converter, characterized in that the first state and the second state have substantially the same time length, and a dead time interval exists between the first state and the second state. 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 스위치를 포함하는 제1 회로; 및a first circuit comprising at least one capacitor and at least one switch; and 상기 제1 회로와 실질적으로 동일한 회로로 구성되는 제2 회로;를 포함하되,A second circuit composed of substantially the same circuit as the first circuit, 상기 제1 회로와 상기 제2 회로는 각각,The first circuit and the second circuit, respectively, 입력 전압에 드레인 단자가 연결되는 제1 스위치;a first switch having a drain terminal connected to an input voltage; 상기 제1 스위치의 소스 단자에 일단이 연결되는 제1 커패시터;a first capacitor having one end connected to the source terminal of the first switch; 상기 제1 커패시터의 타단에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제2 스위치;a second switch having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor and a source terminal connected to a reference potential; 상기 제1 커패시터의 타단에 소스 단자가 연결되는 제3 스위치;a third switch having a source terminal connected to the other end of the first capacitor; 상기 제3 스위치의 드레인 단자에 드레인 단자가 연결되는 제4 스위치;a fourth switch having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch; 상기 제4 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되는 제5 스위치;a fifth switch having a drain terminal connected to a source terminal of the fourth switch; 상기 제5 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제6 스위치;a sixth switch having a drain terminal connected to the source terminal of the fifth switch and a source terminal connected to a reference potential; 상기 제4 스위치의 드레인 단자에 소스 단자가 연결되는 제7 스위치; 및a seventh switch having a source terminal connected to the drain terminal of the fourth switch; and 상기 제4 스위치의 드레인 단자에 일단이 연결되고 타단은 상기 제6 스위치의 드레인 단자에 연결되는 제2 커패시터;를 포함하되,A second capacitor having one end connected to the drain terminal of the fourth switch and the other end connected to the drain terminal of the sixth switch; 상기 제1 회로의 상기 제7 스위치의 드레인 단자는 상기 제2 회로의 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고, 상기 제2 회로의 상기 제7 스위치의 드레인 단자는 상기 제1 회로의 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.A drain terminal of the seventh switch of the first circuit is connected to one end of the first capacitor of the second circuit, and a drain terminal of the seventh switch of the second circuit is connected to the first capacitor of the first circuit. A switched capacitor converter, characterized in that connected to one end of. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7, 상기 제4 스위치의 소스 단자와 상기 제5 스위치의 드레인 단자의 접속 노드는 출력 전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The switch capacitor converter, characterized in that the connection node of the source terminal of the fourth switch and the drain terminal of the fifth switch is connected to the output voltage. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7, 상기 스위치 커패시터 컨버터는 제1 전하 공유 스위치와 제2 전하 공유 스위치 중의 적어도 하나를 포함하되,The switch capacitor converter includes at least one of a first charge sharing switch and a second charge sharing switch, 상기 제1 전하 공유 스위치는 상기 제1 회로의 상기 제1 커패시터의 일단과 상기 제2 회로의 상기 제1 커패시터의 일단 사이에 연결 및/또는 상기 제1 회로의 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 회로의 상기 제1 커패시터의 타단 사이에 연결되고,The first charge sharing switch is connected between one end of the first capacitor of the first circuit and one end of the first capacitor of the second circuit and/or between the other end of the first capacitor of the first circuit and the second circuit. 2 connected between the other ends of the first capacitor of the circuit, 상기 제2 전하 공유 스위치는 상기 제1 회로의 상기 제2 커패시터의 일단과 상기 제2 회로의 상기 제2 커패시터의 일단 사이에 연결 및/또는 상기 제1 회로의 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 제2 회로의 상기 제2 커패시터의 타단 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The second charge sharing switch is connected between one end of the second capacitor of the first circuit and one end of the second capacitor of the second circuit and/or between the other end of the second capacitor of the first circuit and the second charge sharing switch. Switched capacitor converter, characterized in that connected between the other end of the second capacitor of the second circuit. 청구항 9에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1 전하 공유 스위치 및/또는 상기 제2 전하 공유 스위치는 양방향 온/오프 제어가 가능한 반도체 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The first charge sharing switch and / or the second charge sharing switch is a switched capacitor converter, characterized in that the semiconductor switching element capable of bi-directional on / off control. 청구항 9에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1 회로의 상기 제1, 3, 5, 7 스위치와 상기 제2 회로의 상기 제2, 4, 6 스위치는 제1 상태에서 온 되는 제1 스위치 그룹에 속하고 상기 제2 회로의 상기 제1, 3, 5, 7 스위치와 상기 제1 회로의 상기 제2, 4, 6 스위치는 제2 상태에서 온 되는 제2 스위치 그룹에 속하며,The first, third, fifth, and seventh switches of the first circuit and the second, fourth, and sixth switches of the second circuit belong to a first switch group that is turned on in a first state, and the second switch of the second circuit Switches 1, 3, 5, and 7 and the switches 2, 4, and 6 of the first circuit belong to a second switch group that is turned on in a second state, 상기 제1 전하 공유 스위치 및/또는 상기 제2 전하 공유 스위치는 상기 제1 스위치 그룹과 상기 제2 스위치 그룹에 속한 스위치가 모두 오프된 데드 타임 구간에서 온 되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The first charge sharing switch and / or the second charge sharing switch is turned on in a dead time period in which all switches belonging to the first switch group and the second switch group are turned off. 청구항 11에 있어서,The method of claim 11, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에는 상기 데드 타임 구간이 존재하는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The switched-capacitor converter, characterized in that the first state and the second state have substantially the same length of time, and the dead time interval exists between the first state and the second state. 입력 전압에 드레인 단자가 연결되는 제1 스위치(S31);A first switch (S31) having a drain terminal connected to the input voltage; 상기 제1 스위치의 소스 단자에 일단이 연결되는 제1 커패시터(C31);a first capacitor C31 having one end connected to the source terminal of the first switch; 상기 제1 커패시터의 타단에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제2 스위치(S32);a second switch (S32) having a drain terminal connected to the other end of the first capacitor and a source terminal connected to a reference potential; 상기 제1 커패시터의 타단에 소스 단자가 연결되는 제3 스위치(S33);a third switch (S33) having a source terminal connected to the other end of the first capacitor; 상기 제3 스위치의 드레인 단자에 드레인 단자가 연결되는 제4 스위치(S34);a fourth switch (S34) having a drain terminal connected to the drain terminal of the third switch; 상기 제4 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되는 제5 스위치(S35);a fifth switch (S35) having a drain terminal connected to the source terminal of the fourth switch; 상기 제5 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제6 스위치(S36);a sixth switch (S36) having a drain terminal connected to the source terminal of the fifth switch and a source terminal connected to a reference potential; 상기 제4 스위치의 드레인 단자에 일단이 연결되고 타단은 상기 제6 스위치의 드레인 단자에 연결되는 제2 커패시터(C32);a second capacitor C32 having one end connected to the drain terminal of the fourth switch and the other end connected to the drain terminal of the sixth switch; 상기 제1 커패시터의 일단에 드레인 단자가 연결되는 제7 스위치(S37);a seventh switch (S37) having a drain terminal connected to one end of the first capacitor; 상기 제7 스위치의 소스 단자에 일단이 연결되는 제3 커패시터(C33);a third capacitor (C33) having one end connected to the source terminal of the seventh switch; 상기 제3 커패시터의 일단에 드레인 단자가 연결되는 제8 스위치(S38);an eighth switch (S38) having a drain terminal connected to one end of the third capacitor; 상기 제8 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 상기 제3 커패시터의 타단에 연결되는 제9 스위치(S39); 및a ninth switch (S39) having a drain terminal connected to the source terminal of the eighth switch and a source terminal connected to the other terminal of the third capacitor; and 상기 제9 스위치의 소스 단자에 드레인 단자가 연결되고 소스 단자는 기준전위에 연결되는 제10 스위치(S40);를 포함하되,A tenth switch (S40) having a drain terminal connected to the source terminal of the ninth switch and a source terminal connected to a reference potential; including, 상기 제2 커패시터의 일단과 상기 제3 커패시터의 일단 사이 및/또는 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 제3 커패시터의 타단 사이에는 전하 공유 스위치(SC3)가 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.A switched capacitor converter, characterized in that a charge sharing switch (SC3) is connected between one end of the second capacitor and one end of the third capacitor and / or between the other end of the second capacitor and the other end of the third capacitor. 청구항 13에 있어서,The method of claim 13, 상기 제4 스위치의 소스 단자와 상기 제8 스위치의 소스 단자는 출력 전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.A source terminal of the fourth switch and a source terminal of the eighth switch are connected to an output voltage. 청구항 13에 있어서,The method of claim 13, 상기 전하 공유 스위치는 양방향 온/오프 제어가 가능한 반도체 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The charge sharing switch is a switched capacitor converter, characterized in that the semiconductor switching element capable of bi-directional on / off control. 청구항 13에 있어서,The method of claim 13, 상기 제1, 3, 5, 8, 10 스위치는 제1 상태에서 온 되는 제1 스위치 그룹에 속하고 상기 제2, 4, 6, 7, 9 스위치는 제2 상태에서 온 되는 제2 스위치 그룹에 속하며,The switches 1, 3, 5, 8, and 10 belong to a first switch group turned on in a first state, and the switches 2, 4, 6, 7, and 9 belong to a second switch group turned on in a second state. belong to, 상기 전하 공유 스위치는 상기 제1 스위치 그룹과 상기 제2 스위치 그룹에 속한 스위치가 모두 오프된 데드 타임 구간에서 온 되는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The charge sharing switch is switched-capacitor converter, characterized in that turned on in a dead time period in which all switches belonging to the first switch group and the second switch group are turned off. 청구항 16에 있어서,The method of claim 16 상기 제1 상태와 상기 제2 상태는 서로 실질적으로 동일한 시간 길이를 가지고, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에는 상기 데드 타임 구간이 존재하는 것을 특징으로 하는 스위치 커패시터 컨버터.The switched-capacitor converter, characterized in that the first state and the second state have substantially the same length of time, and the dead time interval exists between the first state and the second state.
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