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복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함하는 스위치드 커패시터 어레이; 및 상기 복수의 스위치를 제어하는 제어부를 포함하고, 충전모드, 전압공급모드, 에너지재활용모드의 3개 동작모드를 가지며,부하가 액티브 모드로 전환되거나 액티브 모드 중에 있는 경우, 상기 스위치드 커패시터 어레이는 상기 충전모드와 상기 전압공급모드 사이를 반복적으로 서로 교대하면서 부하에 전압을 공급하며,상기 부하가 슬립 모드로 전환되는 경우, 슬립 모드로 전환되기 소정 시간 전에 상기 스위치드 커패시터 어레이는 에너지재활용모드의 단계별 재활용 동작을 복수회 반복 수행하여 저장된 에너지를 부하에 최대치로 공급한 후 부하와 함께 슬립 모드로 전환되는 전압 스케일러
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제1항에 있어서,상기 스위치드 커패시터 어레이는 상기 충전모드, 전압공급모드, 및 에너지재활용모드 중 적어도 하나의 모드에서 전압 스케일러의 입출력 전압비에 따라 상기 복수의 커패시터간의 직렬접속 및 병렬 접속을 구성하되, 상기 복수의 커패시터간의 직렬접속은 적어도 하나의 직렬그룹을 형성하고 적어도 하나의 직렬그룹을 동일 길이로 하여 서로 병렬접속을 구성하고, 상기 스위치드 커패시터 어레이 내의 모든 커패시터가 상기 적어도 하나의 직렬그룹에 모두 포함되도록 하여 모든 커패시터에서 전압 충전 또는 강압이 동일하게 발생하도록 함으로써 에너지 효율을 극대화하는 구조를 갖는 전압 스케일러
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제2항에 있어서,상기 제어부는 상기 충전모드에서 상기 각 직렬그룹 내의 커패시터 수를 1개로 구성하여 병렬 연결되는 직렬그룹의 개수가 최대가 되도록 구성한 후 외부전압을 상기 스위치드 커패시터 어레이에 가하여 모든 커패시터를 동일한 전압으로 균등하게 충전하여 각 커패시터 상호간에 불필요한 전하이동(Charge Sharing)을 방지함으로써 에너지 효율을 극대화하는 전압 스케일러
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제1항에 있어서,상기 제어부는, 상기 충전모드에서 상기 전압공급모드로 전환시 부하가 요구하는 목표 출력전압 보다 높은 전압 중 최소의 전압을 출력전압으로 제공하도록, 모든 직렬그룹내의 커패시터를 최소한의 개수 만큼만 증가시키고 병렬 연결되는 직렬그룹의 개수를 최소한으로 감소시켜서 목표 출력전압에 가장 가까운 근사값을 제공하며,상기 전압공급모드에서 출력전압이 부하가 허용하는 최대 리플전압(ripple voltage) 보다 감소한 것으로 비교기를 통해 감지되면 상기 충전모드로 전환하여 외부전원으로부터 상기 스위치드 커패시터 어레이를 충전한 후 다시 상기 전압공급모드로 전환하며, 상기 전압공급모드에서 각 직렬그룹내의 커패시터 개수를 동일하게 구성하여 각 커패시터의 전압강하를 균등하게 하여 에너지효율을 극대화하는 전압 스케일러
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제2항에 있어서,상기 제어부는, 상기 부하가 슬립 모드로 전환되기 소정 시간 전에 상기 충전모드 또는 상기 전압공급모드로부터 상기 에너지재활용모드로 전환되며, 상기 에너지재활용모드에서는 단계적으로 상기 직렬그룹의 수를 감소시키면서 각 직렬그룹내의 커패시터 수를 증가시키되 상기 스위치드 커패시터 어레이 내의 모든 커패시터가 적어도 하나의 직렬그룹에 포함되도록 구성하여 다음 단계의 에너지재활용모드의 출력전압이 목표 출력전압보다 높은 전압 중 최소값이 되도록 직렬그룹의 수와 각 직렬그룹 내의 커패시터 수를 결정하는 전압 스케일러
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제1항에 있어서,상기 소정 시간은, 상기 스위치드 커패시터 어레이에 사용된 총 커패시터 수에 따라 결정되는 에너지재활용 단계의 횟수에 부하에서 측정되는 전류량에 따라 결정되는 각 에너지재활용 단계의 시간길이 값을 곱하여 결정되는 전압 스케일러
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제5항에 있어서,상기 에너지재활용모드에서의 스위치드 커패시터 어레이의 출력전압이 소정 값보다 작아지면, 다음 단계의 에너지재활용모드로 전환하여 직렬그룹의 수를 감소시키면서 각 직렬그룹 내의 커패시터 수를 증가시키며,에너지재활용모드의 마지막 단계에서는 직렬그룹의 개수가 1개이며 상기 스위치드 커패시터 어레이 내의 모든 커패시터들이 직렬연결이 되는 구조를 형성하며,상기 마지막 단계 후에는 부하와 함께 슬립 모드로 전환되어 부하에 전압을 공급하는 메인 스위치를 차단하고 부하가 다음 활성모드로 전환될 때까지 슬립 모드에서 비활성화 상태로 대기하는 것을 특징으로 하는 전압 스케일러
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제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스위치드 커패시터 어레이의 출력전압과 부하에 공급할 목표 출력전압 을 비교하는 비교기를 추가로 포함하며,상기 비교기는 어레이 내의 커패시터 방전시간 보다 빠른 주기로 비교 결과를 반복적으로 감지하며,상기 제어기는, 상기 비교기의 비교 결과값을 확인하여 상기 비교 결과값이 부하가 허용하는 최대 전압강하범위를 넘는 경우 상기 스위치드 커패시터 어레이를 다음 단계의 동작 모드로 전환시키며,상기 다음 단계의 동작 모드는, 전압공급모드의 경우 충전모드를 의미하고, 에너지재활용모드의 경우 직렬그룹내의 커패시터 수를 증가시겨 출력전압을 상승시키는 후속 단계를 의미하는, 전압스케일러
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