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입력 전압을 강압함으로써 출력 전압을 생성하는 DC-DC 벅 컨버터(buck converter)에 있어서,복수의 트랜지스터들, 제1 커패시터, 제2 커패시터, 및 인덕터를 포함하고, 모드(mode), 및 페이즈(phase)에 따라 가변되는 전류 경로를 형성하도록 구성된 컨버팅 회로; 및상기 컨버팅 회로의 상기 모드, 및 상기 모드에 대응되는 상기 페이즈에 따라 상기 복수의 트랜지스터들 각각의 온오프를 결정하고, 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압의 크기에 따라 상기 모드를 결정하도록 구성된 제어 회로;를 포함하는 DC-DC 벅 컨버터
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제1항에 있어서,상기 컨버팅 회로는,제1 모드에서, 제1 페이즈, 및 제2 페이즈 중 어느 하나의 페이즈로 동작하고,제2 모드에서, 상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 제3 페이즈 중 어느 하나의 페이즈로 동작하고,상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 상기 제3 페이즈 각각에서 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 및 상기 인덕터를 이용하여 출력 전류를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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3
제2항에 있어서,상기 컨버팅 회로는,상기 제1 페이즈에서, 상기 복수의 트랜지스터들 각각의 온오프 동작에 따라, 그라운드 노드와 연결된 상기 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터와 직렬로 연결된 상기 인덕터, 및 입력 전원 전압과 연결된 상기 제2 커패시터를 이용하여 상기 전류 경로를 형성하고,상기 제2 페이즈에서, 상기 복수의 트랜지스터들 각각의 온오프 동작에 따라, 상기 그라운드 노드와 연결된 제2 커패시터, 상기 제2 커패시터와 직렬로 연결된 제1 커패시터, 및 상기 그라운드 노드와 연결된 인덕터를 이용하여 상기 전류 경로를 형성하고,상기 제3 페이즈에서, 상기 복수의 트랜지스터들 각각의 온오프 동작에 따라, 병렬로 연결된 상기 제1 커패시터와 상기 인덕터, 및 상기 그라운드 노드와 연결된 상기 제2 커패시터를 이용하여 상기 전류 경로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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4
제2항에 있어서,상기 컨버팅 회로는,상기 제1 모드에서, 상기 인덕터와 연결된 스위칭 노드의 전압 값이 상기 입력 전압에서 상기 출력 전압의 두 배를 뺀 값인 상기 제1 페이즈, 및 상기 스위칭 노드의 전압 값이 0볼트(V)인 상기 제2 페이즈 중 어느 하나의 페이즈로 동작하고,상기 제2 모드에서, 상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 상기 스위칭 노드의 전압 값이 상기 입력 전압에서 상기 출력 전압을 뺀 값인 상기 제3 페이즈 중 어느 하나의 페이즈로 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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5
제2항에 있어서,상기 컨버팅 회로는,상기 제2 모드에서, 상기 컨버팅 회로가 상기 제1 페이즈로 동작한 후에는 상기 제3 페이즈로 동작하고, 상기 제3 페이즈로 동작한 후에는 상기 제2 페이즈로 동작하고, 상기 제2 페이즈로 동작한 후에는 상기 제1 페이즈로 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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6
제2항에 있어서,상기 제어 회로는,상기 입력 전압 및 상기 출력 전압에 기초하여, 상기 제1 페이즈가 유지되는 시간, 상기 제2 페이즈가 유지되는 시간, 및 상기 제3 페이즈가 유지되는 시간의 비율을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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7
제2항에 있어서,상기 제어 회로는,제1 비교기(comparator);제2 비교기; 및오차 증폭기(error amplifier)를 포함하는 보상기(compensator);를 포함하고,상기 제1 비교기는, 기준 신호, 및 상기 오차 증폭기의 출력 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제2 비교기는, 상기 기준 신호의 파형이 상하 반전된 파형을 갖는 반전 기준 신호 및 상기 오차 증폭기의 상기 출력 신호를 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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8
제7항에 있어서,상기 기준 신호는, 톱니 파형 신호이고,상기 반전 기준 신호는, 상기 톱니 파형 신호의 파형이 상하 반전된 파형을 갖는 반전 톱니 파형 신호이고,상기 제어 회로는,상기 톱니 파형 신호, 상기 반전 톱니 파형 신호, 및 상기 오차 증폭기의 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 컨버팅 회로의 상기 모드를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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9
제8항에 있어서,상기 제어 회로는,상기 톱니 파형 신호의 한 주기 내에서, 상기 톱니 파형 신호의 크기와 상기 오차 증폭기의 상기 출력 신호의 크기가 동일한 시점들, 및 상기 반전 톱니 파형 신호의 크기와 상기 오차 증폭기의 상기 출력 신호의 크기가 동일한 시점들에 의하여 나누어지는 구간들의 비율에 기초하여, 상기 컨버팅 회로의 상기 모드를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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10
제7항에 있어서,상기 제어 회로는,상기 입력 전압에 대한 상기 출력 전압의 전환 비율(conversion ratio)이 증가함에 따라 상기 오차 증폭기의 상기 출력 신호의 크기가 증가하고, 이에 응답하여 상기 제3 페이즈가 유지되는 시간의 비율이 증가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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11
제7항에 있어서,상기 제어 회로는,상기 컨버팅 회로의 듀티 사이클(duty cycle)이 임계값 이상이라고 판단된 경우, 상기 컨버팅 회로의 상기 모드를 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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12
입력 전원과 제1 노드 사이에 연결된 제1 트랜지스터;상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제2 트랜지스터;상기 제2 노드와 스위칭 노드 사이에 연결된 제3 트랜지스터;상기 스위칭 노드와 그라운드 노드 사이에 연결된 제4 트랜지스터;제3 노드와 상기 그라운드 노드 사이에 연결된 제5 트랜지스터;상기 제3 노드와 제4 노드 사이에 연결된 제6 트랜지스터;상기 제4 노드와 제5 노드 사이에 연결된 제7 트랜지스터;상기 제5 노드와 상기 그라운드 노드 사이에 연결된 제8 트랜지스터;상기 제2 노드와 상기 제5 노드 사이에 연결된 제1 커패시터;상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제2 커패시터; 및상기 스위칭 노드와 출력 노드 사이에 연결된 인덕터;를 포함하는 DC-DC 벅 컨버터(buck converter)
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13
제12항에 있어서,제1 페이즈(phase) 및 제2 페이즈 중 어느 하나로 동작하고,상기 제1 페이즈에서, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터, 상기 제6 트랜지스터, 및 상기 제8 트랜지스터는 각각 턴-온(turn-on)되고, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제4 트랜지스터, 상기 제5 트랜지스터, 및 상기 제7 트랜지스터는 각각 턴-오프(turn-off)되고,상기 제2 페이즈에서, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제4 트랜지스터, 상기 제5 트랜지스터, 및 상기 제7 트랜지스터는 각각 턴-온되고, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터, 상기 제6 트랜지스터, 및 상기 제8 트랜지스터는 각각 턴-오프되도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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14
제13항에 있어서,상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 상기 제3 페이즈 중 어느 하나로 동작하고,상기 제3 페이즈에서, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제3 트랜지스터, 상기 제5 트랜지스터, 및 상기 제7 트랜지스터는 각각 턴-온되고, 상기 제1 트랜지스터, 상기 제4 트랜지스터, 상기 제6 트랜지스터, 및 상기 제8 트랜지스터는 각각 턴-오프되도록 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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15
제12항에 있어서,오차 증폭기(error amplifier)를 포함하고, 상기 출력 노드와 연결된 보상기(compensator);상기 보상기와 연결된 제1 비교기(comparator); 및상기 보상기와 연결된 제2 비교기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 벅 컨버터
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입력 전압을 강압함으로써 출력 전압을 생성하는 DC-DC 벅 컨버터(buck converter)의 동작 방법에 있어서,복수의 트랜지스터들, 제1 커패시터, 제2 커패시터, 및 인덕터를 포함하는 컨버팅 회로에 입력되는 상기 입력 전압, 및 상기 컨버팅 회로의 상기 출력 전압을 획득하는 단계; 및상기 입력 전압, 및 상기 출력 전압에 기초하여 제1 모드, 및 제2 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 단계;를 포함하고,상기 어느 하나의 모드로 동작하는 단계는,상기 제1 모드에서, 제1 페이즈, 및 제2 페이즈를 하나의 주기로 동작하고,상기 제2 모드에서, 상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 제3 페이즈를 포함하는 복수의 페이즈들을 하나의 주기로 동작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
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제16항에 있어서,상기 어느 하나의 모드로 동작 하는 단계는,상기 제1 모드에서, 상기 컨버팅 회로에 포함되는 스위칭 노드의 전압 값이 상기 입력 전압에서 상기 출력 전압의 두 배를 뺀 값인 상기 제1 페이즈, 및 상기 스위칭 노드의 전압 값이 0볼트(V)인 상기 제2 페이즈 중 어느 하나의 페이즈로 동작하고,상기 제2 모드에서, 상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 상기 스위칭 노드의 전압 값이 상기 입력 전압에서 상기 출력 전압을 뺀 값인 제3 페이즈 중 어느 하나의 페이즈로 동작하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
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제16항에 있어서,상기 어느 하나의 모드로 동작하는 단계는,상기 모드, 및 상기 모드에 대응되는 상기 페이즈에 따라 상기 복수의 트랜지스터들 각각의 온오프를 결정함으로써, 상이한 전류 경로를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
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제16항에 있어서,상기 어느 하나의 모드로 동작하는 단계는,톱니 파형 신호, 상기 톱니 파형이 상하 반전된 파형을 갖는 반전 톱니 파형 신호, 및 오차 증폭기(error amplifier)의 출력 신호에 기초하여, 상기 복수의 모드들 중 어느 하나의 모드로 동작할지 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
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제19항에 있어서,상기 어느 하나의 모드로 동작하는 단계는,상기 톱니 파형 신호, 상기 반전 톱니 파형 신호, 및 상기 오차 증폭기의 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 제1 모드에서 상기 제1 페이즈, 및 상기 제2 페이즈 각각의 동작 구간을 결정하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 페이즈, 상기 제2 페이즈, 및 상기 제3 페이즈 각각의 동작 구간을 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
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