KR100962376B1 - Current measurement circuit for synchronous buck converter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 종류의 저항 및 커패시터, 연산회로를 이용하여 저전압으로 동작하는 전자소자의 전원장치로 사용되는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a current measuring circuit of a synchronous buck converter, and more particularly, to a current measuring circuit of a synchronous buck converter used as a power supply for an electronic device operating at low voltage using two types of resistors, capacitors, and arithmetic circuit. It is about.

이를 위한 본 발명은 전압원(100)과 직렬 연결되며 전류의 흐름을 스위칭 제어하는 모스 트랜지스터부(210) 및 스위칭 전압을 평활하는 인덕터-커패시터 필터부(220)로 구성되는 동기 벅 컨버터부(200); 및 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)의 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222)에 병렬로 연결되며 인덕터 전류(224)의 직류 성분을 측정하기위한 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402), 상기 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402)에 병렬로 연결되며 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분을 측정하기위한 제 2 측정용 저항(404) 및 제 2 측정용 커패시터(405), 및 상기 제 1 측정용 커패시터(402) 및 제 2 측정용 커패시터(405) 각각의 양단전압(403)(406)으로부터 각각 직류전류 값 및 교류전류 값을 계산하기 위한 연산회로부(410)로 이루어지는 전류측정 회로(400);를 포함하여 구성되는 특징이 있다.The present invention for this purpose is a synchronous buck converter unit 200 is composed of a MOS transistor unit 210 and the inductor-capacitor filter unit 220 smoothing the switching voltage is connected in series with the voltage source 100 and switching the flow of current. ; And a first measuring resistor 401 and a first measuring resistor 401 connected in parallel to the inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222 of the inductor-capacitor filter unit 220 to measure the DC component of the inductor current 224. A second measurement resistor (300) connected in parallel to the measurement capacitor (402), the first measurement resistor (401) and the first measurement capacitor (402), for measuring the high frequency AC component of the inductor current (224); 404 and the second measurement capacitor 405, and the direct current value and the alternating current value respectively from the voltages 403 and 406 of the respective ends of the first measurement capacitor 402 and the second measurement capacitor 405, respectively. It includes a current measurement circuit 400 consisting of a calculation circuit unit 410 for calculating the.

동기 벅 컨버터, 모스 트랜지스터, 직류성분, 교류성분 Synchronous Buck Converter, Morse Transistor, DC Component, AC Component

Description

동기 벅 컨버터의 전류측정 회로 {Current measurement circuit for synchronous buck converter}Current measurement circuit for synchronous buck converter

본 발명은 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 종류의 저항 및 커패시터, 연산회로를 이용하여 저전압으로 동작하는 전자소자의 전원장치로 사용되는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a current measuring circuit of a synchronous buck converter, and more particularly, to a current measuring circuit of a synchronous buck converter used as a power supply for an electronic device operating at low voltage using two types of resistors, capacitors, and arithmetic circuit. It is about.

통상적으로 마이크로프로세서와 같은 전자소자에 전원을 공급하기 위해서는 저전압 및 고전류의 전원장치가 필요하다. 상기의 필요에 의해서 고전압의 직류를 저전압의 직류로 강압하는 장치가 사용된다. 상기와 같은 장치가 벅 컨버터이며 상기 벅 컨버터는 전류의 흐름을 온오프 제어하는 모스 트랜지스터, 프리휠링 다이오드, 스위칭 전압을 평활하는 인덕터-커패시터 필터로 구성된다.Typically, power supplies of low voltage and high current are required to supply power to electronic devices such as microprocessors. As a necessity, the device for stepping down a high voltage direct current to a low voltage direct current is used. Such a device is a buck converter, which is composed of a MOS transistor for controlling the flow of current on and off, a freewheeling diode, and an inductor-capacitor filter for smoothing the switching voltage.

한편, 상기의 벅 컨버터를 구성함에 있어 저전압 출력을 얻기 용이하도록 상기 프리휠링 다이오드를 대신하여 전압강하가 작은 모스 트랜지스터를 사용한다. 상기와 같이 두 개의 모스 트랜지스터를 이용하여 벅 컨버터를 구성하는 것을 동기 벅 컨버터라고 한다.Meanwhile, in forming the buck converter, a MOS transistor having a small voltage drop is used in place of the freewheeling diode so as to easily obtain a low voltage output. A buck converter using two MOS transistors as described above is called a synchronous buck converter.

상기 동기 벅 컨버터는 저전압 및 고전류 특성을 가지므로 저항을 이용하여 전류를 측정하면 전력손실이 크게 발생하는 문제점이 있다.Since the synchronous buck converter has low voltage and high current characteristics, a large power loss occurs when the current is measured using a resistor.

또한, 상기 동기 벅 컨버터는 전류의 전환 비가 매우 커야하므로 우수한 전류제어 성능이 필요하다. 따라서 전류제어의 성능향상을 위해 상기 동기 벅 컨버터의 정확한 전류측정 회로가 필요하다. In addition, the synchronous buck converter needs a good current control performance because the current conversion ratio must be very large. Therefore, an accurate current measurement circuit of the synchronous buck converter is needed to improve current control performance.

상기의 필요성에 의해 종래의 전류측정 회로를 구비한 동기 벅 컨버터가 발명되었다. 도 1은 종래 기술의 전류측정 회로를 구비한 동기 벅 컨버터의 구성 회로도이며, 도 1을 참조하여 종래 기술을 설명한다.By the necessity of the above, a synchronous buck converter having a conventional current measuring circuit has been invented. FIG. 1 is a configuration circuit diagram of a synchronous buck converter having a current measuring circuit of the prior art, with reference to FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로는 전압원(100), 상기 전압원(100)과 직렬로 연결되는 동기 벅 컨버터(200), 및 상기 동기 벅 컨버터(200)의 인덕터(221) 및 등가저항(222)에 병렬로 연결된 저항(310), 커패시터(320) 및 상기 커패시터(320)의 양단전압(330)을 증폭시키는 증폭기(340)가 구비되는 전류측정 회로(300)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a current measurement circuit of a conventional synchronous buck converter includes a voltage source 100, a synchronous buck converter 200 connected in series with the voltage source 100, and an inductor of the synchronous buck converter 200. A current measuring circuit 300 including a resistor 310 connected in parallel to the 221 and an equivalent resistor 222, a capacitor 320, and an amplifier 340 for amplifying the voltage 330 between the capacitor 320. It is configured to include.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 전류측정 회로(300)의 작용 및 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation and operation of the current measuring circuit 300 having the above configuration will be described.

상기 인덕터(221)에 흐르는 인덕터 전류(224)에 의해 상기 인덕터(221) 및 등가저항(222) 양단에 전압이 인가되며 상기 전압(225)은 하기의 수학식 1과 같다.A voltage is applied across the inductor 221 and the equivalent resistor 222 by the inductor current 224 flowing through the inductor 221, and the voltage 225 is expressed by Equation 1 below.

Figure 112008016497223-pat00001
Figure 112008016497223-pat00001

한편, 상기 인덕터(221) 및 등가저항(222)에 병렬로 연결되는 저항(310) 및 커패시터(320)에서 상기 커패시터 양단에 인가되는 전압(330)은 하기의 수학식 2와 같다.Meanwhile, the resistor 310 connected in parallel to the inductor 221 and the equivalent resistor 222 and the voltage 330 applied across the capacitor from the capacitor 320 are represented by Equation 2 below.

Figure 112008016497223-pat00002
Figure 112008016497223-pat00002

상기 수학식 2로부터

Figure 112008016497223-pat00003
일 경우,
Figure 112008016497223-pat00004
이 된다. 따라서, 상기의
Figure 112008016497223-pat00005
조건을 만족하도록 상기 저항(310) 및 커패시터(320)의 값을 설정해주면 상기 커패시터 양단 전압(330)은 상기 인덕터 전류(224)와 비례하는 관계를 가지게 된다. 상기와 같은 방법에 의해 얻어지는 상기 커패시터(320)의 양단전압(330)을 적절한 이득을 가지는 상기 증폭기(340)를 이용하여 크기를 변환하면 상기 인덕터 전류(224)를 구할 수 있다. 상기와 같은 전류측정 방법은 상기 인덕터(221)에 직렬로 직접 저항을 삽입하여 전류를 측정하는 방법에 비해 전력 손실이 작은 장점이 있다.From Equation 2
Figure 112008016497223-pat00003
If,
Figure 112008016497223-pat00004
Becomes Thus, the above
Figure 112008016497223-pat00005
When the values of the resistor 310 and the capacitor 320 are set to satisfy the condition, the voltage across the capacitor 330 is proportional to the inductor current 224. The inductor current 224 can be obtained by converting the magnitude of the voltage 330 between the capacitor 320 obtained by the above method using the amplifier 340 having an appropriate gain. The current measuring method as described above has a merit of low power loss compared to a method of measuring current by directly inserting a resistor in series with the inductor 221.

그러나, 상기와 같은 종래의 전류측정 회로(300)에서는 상기 등가저항(222) 값이 바뀌게 되면

Figure 112008016497223-pat00006
이 되어 전류 측정값에 오차가 발생하는 문제점이 있다.However, in the conventional current measurement circuit 300 as described above, when the value of the equivalent resistance 222 is changed
Figure 112008016497223-pat00006
This causes a problem that an error occurs in the current measurement value.

상기 오차가 발생하는 문제점을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 주파수 변동에 따른 인덕터의 저항 값 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 등가저항(222)은 상기 인덕터 전류(224)가 직류일 경우,

Figure 112008016497223-pat00007
의 저항 값을 가지게 되지만, 상기 인덕터 전류(224)의 주파수가 증가할 경우 인덕터 코어의 와전류에 의해 저항 값이 증가하게 된다. 따라서, 특정 주파수(fs)에서 상기 인덕터(221)의 실효저항 값은
Figure 112008016497223-pat00008
으로 변화하게 되며, 상기의 작용으로 인해 전류측정에 오차가 발생한다.The problem in which the error occurs will be described with reference to FIG. 2. 2 is a graph illustrating a change in resistance value of an inductor according to frequency variation. As shown in FIG. 2, when the inductor current 224 is a direct current, the equivalent resistance 222 is a direct current.
Figure 112008016497223-pat00007
It has a resistance value of, but when the frequency of the inductor current 224 increases, the resistance value increases due to the eddy current of the inductor core. Therefore, the effective resistance value of the inductor 221 at a specific frequency fs is
Figure 112008016497223-pat00008
In this case, an error occurs in the current measurement due to the above action.

여기서,

Figure 112008016497223-pat00009
는 직류성분 저항 이고
Figure 112008016497223-pat00010
는 교류성분 저항이다.here,
Figure 112008016497223-pat00009
Is the dc component resistance
Figure 112008016497223-pat00010
Is the AC component resistance.

상기 도 2를 참조하여 설명한 작용에 의해서 종래의 동기 벅 컨버터(200)의 인덕터 전류(224)는 직류성분 및 고주파의 교류성분을 모두 가지게 된다. 이로 인해 종래의 전류측정 회로(300)를 사용할 경우, 상기 전류측정 회로(300)의 저항(310) 및 커패시터(320) 값의 선정에 있어서

Figure 112009076029580-pat00011
의 값을 적용할 경우 교류성분의 측정에 오차가 발생하고,
Figure 112009076029580-pat00012
의 값을 적용할 경우 직류성분의 측정에 오차가 생기게 된다.By the operation described with reference to FIG. 2, the inductor current 224 of the conventional synchronous buck converter 200 has both a direct current component and a high frequency AC component. Therefore, in the case of using the conventional current measurement circuit 300, in selecting the value of the resistance 310 and the capacitor 320 of the current measurement circuit 300
Figure 112009076029580-pat00011
If the value of is applied, an error occurs in the measurement of the AC component.
Figure 112009076029580-pat00012
If the value of is applied, an error occurs in the measurement of the DC component.

이와 같이, 종래 기술에 의한 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에서는 상기와 같은 원인으로 인하여 직류 또는 교류성분의 전류측정 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.As described above, in the current measurement circuit of the synchronous buck converter according to the prior art, there is a problem in that a current measurement error of a DC or AC component is generated due to the above causes.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로는 직류 측정용 저항 및 커패시터, 고주파 교류 측정용 저항 및 커패시터, 두 개의 증폭기, 평균전류계산기 및 감산기, 및 가산기로 구성된 전류측정 회로를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the current measurement circuit of the synchronous buck converter of the present invention is a resistor and capacitor for direct current measurement, a resistor and capacitor for measuring high frequency alternating current, two amplifiers, an average current calculator and a subtractor, And it provides a current measuring circuit composed of an adder.

또한, 상기의 전류측정회로를 제공하여 인덕터 전류의 직류성분 및 교류성분 모두를 정확히 측정함을 그 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide the current measuring circuit to accurately measure both the DC component and the AC component of the inductor current.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로는 저전압으로 동작하는 전자소자의 전원장치로 이용되는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에 있어서, 전압원(100)과 직렬 연결되며 전류의 흐름을 스위칭 제어하는 모스 트랜지스터부(210) 및 스위칭 전압을 평활하는 인덕터-커패시터 필터부(220)로 구성되는 동기 벅 컨버터부(200); 및 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)의 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222)에 병렬로 연결되며 인덕터 전류(224)의 직류 성분을 측정하기위한 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402), 상기 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402)에 병렬로 연결되며 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분을 측정하기위한 제 2 측정용 저항(404) 및 제 2 측정용 커패시터(405), 및 상기 제 1 측정용 커패시터(402) 및 제 2 측정용 커패시터(405) 각각의 양단전압(403)(406)으로부터 각각 직류전류 값 및 교류전류 값을 계산하기 위한 연산회로부(410)로 이루어지는 전류측정 회로(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 가진다.In the current measuring circuit of the synchronous buck converter of the present invention for achieving the above object, in the current measuring circuit of the synchronous buck converter used as a power supply of the electronic device operating at a low voltage, it is connected in series with the voltage source 100 and A synchronous buck converter unit 200 including a MOS transistor unit 210 for switching the flow and an inductor-capacitor filter unit 220 for smoothing the switching voltage; And a first measuring resistor 401 and a first measuring resistor 401 connected in parallel to the inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222 of the inductor-capacitor filter unit 220 to measure the DC component of the inductor current 224. A second measurement resistor (300) connected in parallel to the measurement capacitor (402), the first measurement resistor (401) and the first measurement capacitor (402), for measuring the high frequency AC component of the inductor current (224); 404 and the second measurement capacitor 405, and the direct current value and the alternating current value respectively from the voltages 403 and 406 of the respective ends of the first measurement capacitor 402 and the second measurement capacitor 405, respectively. It is characterized in that it comprises a; current measurement circuit 400 consisting of a calculation circuit unit 410 for calculating the.

여기서, 상기 모스 트랜지스터부(210)는 제 1 모스 트랜지스터(211) 및 제 2 모스 트랜지스터(212)가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 가지며 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)는 상기 제 2 모스 트랜지스터(212)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 가진다. Here, the MOS transistor unit 210 is characterized in that the first MOS transistor 211 and the second MOS transistor 212 is connected in series, and the inductor-capacitor filter unit 220 is the second MOS transistor ( 212) in parallel.

또한, 상기 제 1 측정용 커패시터(402)의 양단 전압(403)은 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분에 대한 정보를 가지는 것을 특징으로 가지며 상기 제 2 측정용 커패시터(405)의 양단 전압(406)은 특정 주파수(fs)에 대한 정보를 가지는 것을 특징으로 가진다.In addition, the voltage 403 at both ends of the first measuring capacitor 402 is characterized in that it has information on the DC component of the inductor current 224 and the voltage 406 at both ends of the second measuring capacitor 405. ) Has information about a specific frequency (fs).

또한, 상기 연산회로부(410)는 상기 제 1 측정용 커패시터의 양단 전압(403)을 증폭하여 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분에 대한 정보를 획득하며 상기 인덕터 전류(224)의 직류전류 값을 계산하기 위한 제 1 연산증폭기(411); 상기 제 2 측정용 커패시터의 양단 전압(406)을 증폭하여 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분에 대한 정보를 획득하며 상기 인덕터 전류(224)의 교류전류 값을 계산하기 위한 제 2 연산증폭기(412); 상기 제 2 연산증폭기(412)에서 증폭한 전압으로부터 상기 인덕터 전류(224)의 교류성분을 추출하기 위한 평균전류 계산기(413) 및 감산기(414); 및 상기 직류 및 교류전류 성분을 합성하기 위한 가산기(415);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 가진다.In addition, the arithmetic circuit 410 amplifies the voltage 403 across the first measuring capacitor to obtain information on the DC component of the inductor current 224 and to calculate the DC current value of the inductor current 224. A first operational amplifier 411 for calculating; A second operational amplifier for amplifying the voltage 406 across the second measuring capacitor to obtain information on the high frequency AC component of the inductor current 224 and for calculating an AC current value of the inductor current 224; 412); An average current calculator 413 and a subtractor 414 for extracting an AC component of the inductor current 224 from the voltage amplified by the second operational amplifier 412; And an adder 415 for synthesizing the DC and AC current components.

여기서, 상기 평균전류 계산기(413)는 상기 제 2 연산증폭기(412)의 출력을 입력으로 받아 상기 인덕터 전류(224)의 직류전류 성분만을 출력하여 상기 감산기(414)의 입력으로 보내는 것을 특징으로 가지며 상기 감산기(414)는 상기 제 2 연산증폭기(412)의 직류전류 성분 및 교류전류 성분이 내재되어 있는 출력을 입력받으며 상기 제 2 연산증폭기(412)의 직류전류 성분 및 교류전류 성분이 내재되어 있는 출력에서 상기 평균전류 계산기(413)를 통해 출력되는 직류전류 성분을 차감하여 교류전류 성분의 출력을 상기 가산기(415)의 입력으로 보내는 것을 특징으로 가진다.Here, the average current calculator 413 receives the output of the second operational amplifier 412 as an input and outputs only the DC current component of the inductor current 224 to be sent to the input of the subtractor 414. The subtractor 414 receives an output in which a DC current component and an AC current component of the second operational amplifier 412 are embedded, and includes a DC current component and an AC current component of the second operational amplifier 412. The output of the AC current component is output to the input of the adder 415 by subtracting the DC current component output through the average current calculator 413 from the output.

또한, 상기 가산기(415)는 상기 감산기(414)의 출력인 상기 인덕터 전류(224)의 교류전류 성분 및 상기 제 1 연산증폭기(411)의 출력인 상기 인덕터 전류(224)의 직류전류 성분을 합성하여 측정전류(420)를 구하는 것을 특징으로 가진다.The adder 415 synthesizes an alternating current component of the inductor current 224 that is the output of the subtractor 414 and a direct current component of the inductor current 224 that is an output of the first operational amplifier 411. It is characterized by obtaining the measurement current (420).

본 발명에 따른 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로는 인덕터 전류의 직류성분 및 교류성분을 각각 추출하는 회로를 적용하여 상기 인덕터 전류를 정확히 측정함으로써 상기 동기 벅 컨버터의 전류제어 성능을 향상시켜 마이크로프로세서와 같은 저전압 및 고전류 전자소자에 안정된 전원을 공급하는 효과가 있다.The current measuring circuit of the synchronous buck converter according to the present invention applies a circuit for extracting the direct current component and the alternating current component of the inductor current to accurately measure the inductor current to improve the current control performance of the synchronous buck converter, such as a microprocessor. It is effective to supply stable power to low voltage and high current electronic devices.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, a current measurement circuit of a synchronous buck converter of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided by way of example so that the spirit of the invention to those skilled in the art can fully convey. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

도 2는 주파수 변동에 따른 인덕터의 저항 값 변화를 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로의 구성 회로도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 작용 및 동작에 대해 설명한다.2 is a graph showing a change in resistance value of the inductor according to the frequency variation, and FIG. 3 is a circuit diagram of a current measuring circuit of the synchronous buck converter of the present invention. Referring to Figures 2 and 3 will be described the operation and operation of the present invention.

우선 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전압원(100)과 직렬 연결되며 전류의 흐름을 스위칭 제어하는 모스 트랜지스터부(210) 및 스위칭 전압을 평활하는 인덕터-커패시터 필터부(220)로 구성되는 동기 벅 컨버터부(200); 및 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)의 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222)에 병렬로 연결되며 인덕터 전류(224)의 직류 성분을 측정하기위한 제 1 측정용 저항(401) 및 커패시터(402), 상기 제 1 측정용 저항(401) 및 커패시터(402)에 병렬로 연결되며 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분을 측정하기위한 제 2 측정용 저항(404) 및 커패시터(405), 및 상기 제 1 및 제 2 측정용 커패시터(402)(405)의 양단전압(403)(406)으로부터 각각 직류전류 값 및 교류전류 값을 계산하기 위한 연산회로부(410)로 이루어지는 전류측정 회로(400);를 포함하여 구성된다.
상기 연산회로부(410)는 제 1 연산증폭기(411), 제 2 연산증폭기(412), 평균전류 계산기(413), 감산기(414), 및 가산기(415)를 포함하여 구성될 수 있다.First, as shown in FIG. 3, the present invention includes a MOS transistor unit 210 connected in series with the voltage source 100 and controlling the flow of current, and an inductor-capacitor filter unit 220 smoothing the switching voltage. A synchronous buck converter 200; And a first measurement resistor 401 and a capacitor connected to the inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222 of the inductor-capacitor filter unit 220 in parallel to measure the direct current component of the inductor current 224. 402, a second measuring resistor 404 and a capacitor 405 connected in parallel to the first measuring resistor 401 and the capacitor 402 for measuring the high frequency AC component of the inductor current 224, And a calculation circuit unit 410 for calculating a DC current value and an AC current value from the voltages 403 and 406 of the first and second measurement capacitors 402 and 405, respectively. It is configured to include.
The operation circuit unit 410 may include a first operational amplifier 411, a second operational amplifier 412, an average current calculator 413, a subtractor 414, and an adder 415.

여기서, 상기 모스 트랜지스터부(210)는 제 1 모스 트랜지스터(211) 및 제 2 모스 트랜지스터(212)로 구성되며, 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)는 상기 제 2 모스 트랜지스터(212)에 병렬로 연결되며 인덕터(221), 인덕터 등가저항(222), 및 커패시터(223)가 직렬연결을 가진다.The MOS transistor unit 210 includes a first MOS transistor 211 and a second MOS transistor 212, and the inductor-capacitor filter unit 220 is parallel to the second MOS transistor 212. The inductor 221, the inductor equivalent resistor 222, and the capacitor 223 have a series connection.

상기 동기 벅 컨버터(200)의 동작은 상기 전압원(100)의 전압인가로 인하여 상기 제 1 및 제 2 모스 트랜지스터(211)(212)의 스위칭에 의해 작동을 시작한다. 상기 스위칭 작동에 의해 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)의 인덕터(221)에 소정의 전류가 흐른다.The operation of the synchronous buck converter 200 starts by switching the first and second MOS transistors 211 and 212 due to the application of the voltage of the voltage source 100. By the switching operation, a predetermined current flows through the inductor 221 of the inductor-capacitor filter unit 220.

상기 인덕터에 흐르는 인덕터 전류(224)는 상기 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222) 양단에 전압강하를 일으키며 이로 인해 상기 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222)에 병렬로 연결되는 상기 제 1 측정용 저항(401), 제 2 측정용 저항(404), 제 1 측정용 커패시터(402), 및 제 2 측정용 커패시터(405)의 양단에도 동일한 전압이 인가된다.The inductor current 224 flowing through the inductor causes a voltage drop across the inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222, thereby causing the first inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222 to be connected in parallel. The same voltage is applied to both ends of the measurement resistor 401, the second measurement resistor 404, the first measurement capacitor 402, and the second measurement capacitor 405.

여기서, 상기 인덕터 전류(224)에 의해 상기 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222) 양단에 인덕터 양단전압(225)이 인가되며 상기 인덕터 양단전압(225)

Figure 112008016497223-pat00013
은 하기의 수학식 3과 같다.Here, the inductor voltage across the inductor 225 is applied across the inductor 221 and the inductor equivalent resistance 222 by the inductor current 224 and the inductor voltage across the inductor 225.
Figure 112008016497223-pat00013
Is shown in Equation 3 below.

Figure 112008016497223-pat00014
Figure 112008016497223-pat00014

한편, 상기 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222)에 병렬로 연결되는 제 1 측정용 저항(401), 제 2 측정용 저항(404), 제 1 측정용 커패시터(402), 및 제 2 측정용 커패시터(405)에서 상기 제 1 측정용 커패시터(402) 및 제 2 측정용 커패시 터(405) 양단에 인가되는 전압은 각각 제 1 측정용 커패시터 양단전압(403)

Figure 112008016497223-pat00015
및 제 2 측정용 커패시터 양단전압(406)
Figure 112008016497223-pat00016
이며 하기의 수학식 4 및 수학식 5와 같다.Meanwhile, a first measurement resistor 401, a second measurement resistor 404, a first measurement capacitor 402, and a second measurement are connected to the inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222 in parallel. The voltages applied across the first measuring capacitor 402 and the second measuring capacitor 405 in the capacitor 405 are respectively voltages across the first measuring capacitor 403.
Figure 112008016497223-pat00015
And the voltage across the second measurement capacitor 406
Figure 112008016497223-pat00016
And the same as Equation 4 and Equation 5 below.

Figure 112008016497223-pat00017
Figure 112008016497223-pat00017

Figure 112008016497223-pat00018
Figure 112008016497223-pat00018

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분 측정을 위한 상기 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402) 값은 상기 인덕터 등가저항(222)

Figure 112008016497223-pat00019
값이
Figure 112008016497223-pat00020
인 경우에 대해서
Figure 112008016497223-pat00021
조건을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, values of the first measuring resistor 401 and the first measuring capacitor 402 for measuring the DC component of the inductor current 224 are the inductor equivalent resistance 222.
Figure 112008016497223-pat00019
Value is
Figure 112008016497223-pat00020
About
Figure 112008016497223-pat00021
It is preferable to set to satisfy the condition.

또한, 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분 측정을 위한 제 2 측정용 저항(404) 및 제 2 측정용 커패시터(405) 값은 상기 인덕터 등가저항(222) 값이 특정 주파수(fs)에서

Figure 112008016497223-pat00022
인 경우에 대해서
Figure 112008016497223-pat00023
조건을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the value of the second measurement resistor 404 and the second measurement capacitor 405 for measuring the high frequency AC component of the inductor current 224 is such that the value of the inductor equivalent resistance 222 at a specific frequency fs.
Figure 112008016497223-pat00022
About
Figure 112008016497223-pat00023
It is preferable to set to satisfy the condition.

여기서, 상기

Figure 112008016497223-pat00024
는 직류성분 저항이고
Figure 112008016497223-pat00025
는 교류성분 저항이다.Where
Figure 112008016497223-pat00024
Is the dc component resistance
Figure 112008016497223-pat00025
Is the AC component resistance.

한편, 상기 도 2를 참조하여 설명한 조건에 따라 상기 제 1 측정용 커패시터 양단전압(403)은 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분에 대해서 정확한 정보를 가지게 된다. 상기 제 1 측정용 커패시터 양단전압(403)은 적절한 이득을 가지는 상기 제 1 연산증폭기(411)에 입력되며 상기 제 1 연산증폭기(411)에 의해 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분을 출력한다.Meanwhile, according to the condition described with reference to FIG. 2, the voltage across the first measuring capacitor 403 has accurate information about the DC component of the inductor current 224. The voltage across the first measuring capacitor 403 is input to the first operational amplifier 411 having an appropriate gain and outputs a DC component of the inductor current 224 by the first operational amplifier 411.

또한, 상기 도 2를 참조하여 설명한 조건에 따라 상기 제 2 측정용 커패시터 양단 전압(406)은 상기 특정 주파수(fs)에 대해서 정확한 정보를 가지게 된다. 하지만 상기 특정 주파수(fs)에 대한 정보는 불필요한 직류성분을 포함하고 있다. 이를 제거하기 위해 상기 제 2 측정용 커패시터 양단전압(406)은 상기 제 2 연산증폭기(412)에 입력되어 증폭된다. 상기 제 2 연산증폭기(412)를 통해 증폭된 출력은 상기 평균전류계산기(413)에 입력되어 상기 평균전류계산기(413)에서 불필요한 직류성분만을 출력한다. 상기 불필요한 직류성분 및 상기 제 2 연산증폭기(412)의 출력은 감산기(414)에 입력되어 상기 인덕터 전류의 직류성분 및 교류성분을 모두 포함하고 있는 상기 제 2 연산증폭기(412)의 출력에서 불필요한 직류성분이 제거된 상기 인덕터 전류(224)의 교류성분을 출력하며 상기 인덕터 전류(224)의 교류성분은 상기 가산기(415)에 입력된다.In addition, according to the condition described with reference to FIG. 2, the voltage across the second measuring capacitor 406 has accurate information about the specific frequency fs. However, the information on the specific frequency (fs) includes an unnecessary DC component. To remove this, the voltage across the second measuring capacitor 406 is input to the second operational amplifier 412 and amplified. The output amplified by the second operational amplifier 412 is input to the average current calculator 413 to output only unnecessary DC components from the average current calculator 413. The unnecessary DC component and the output of the second operational amplifier 412 are inputted to the subtractor 414 to provide unnecessary DC at the output of the second operational amplifier 412 that includes both the DC component and the AC component of the inductor current. An AC component of the inductor current 224 from which the component is removed is output, and the AC component of the inductor current 224 is input to the adder 415.

여기서, 상기 특정주파수(fs)에 대한 정확한 정보는 고주파 교류성분인 것이 바람직하다.Here, the accurate information on the specific frequency (fs) is preferably a high frequency AC component.

한편, 상기 가산기(415)는 상기 제 1 연산증폭기(411)에서 출력한 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분 및 상기 감산기(414)에서 출력한 불필요한 직류성분을 제거한 상기 인덕터 전류(224)의 교류성분을 입력받아 상기 직류성분 및 교류성분을 합성하여 측정전류(420)를 출력한다.On the other hand, the adder 415 is an alternating current of the inductor current 224 to remove the DC component of the inductor current 224 output from the first operational amplifier 411 and the unnecessary DC component output from the subtractor 414. The component receives the input, synthesizes the DC component and the AC component, and outputs a measurement current 420.

전술한 과정에 따라 본 발명의 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로는 상기 인덕터 전류의 직류 및 교류성분에 대한 정확한 값을 측정한다.According to the above-described process, the current measuring circuit of the synchronous buck converter of the present invention measures the accurate values of the DC and AC components of the inductor current.

도 1은 종래 기술에 따른 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로의 구성 예를 나타낸 회로도이며,1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a current measurement circuit of a synchronous buck converter according to the prior art,

도 2는 동기 벅 컨버터의 동작 주파수 변동에 따른 인덕터의 저항 값 변화를 나타낸 그래프이며,2 is a graph illustrating a change in resistance value of an inductor according to a change in operating frequency of a synchronous buck converter.

도 3은 본 발명에 따른 동기 벅 컨버터의 전류측정 및 연산회로를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a current measurement and calculation circuit of a synchronous buck converter according to the present invention.

*도면의 주요 부호에 대한 설명** Description of Major Symbols in Drawings *

100: 전압원 200: 동기 벅 컨버터부100: voltage source 200: synchronous buck converter unit

210: 모스 트랜지스터부 211: 제 1 모스 트랜지스터210: MOS transistor unit 211: first MOS transistor

212: 제 2 모스 트랜지스터 220: 인덕터-커패시터 필터부212: second MOS transistor 220: inductor-capacitor filter unit

221: 인덕터 222: 인덕터 등가저항221: inductor 222: inductor equivalent resistance

223: 커패시터 224: 인덕터 전류223: capacitor 224: inductor current

225: 인덕터 양단전압 226: 출력전압225: voltage across the inductor 226: output voltage

300: 전류측정 회로 310: 측정용 저항300: current measurement circuit 310: measurement resistance

320: 측정용 커패시터 330: 측정용 커패시터 양단전압 320: measurement capacitor 330: voltage across the measurement capacitor

340: 증폭기 350: 측정전류 340: amplifier 350: measuring current

400: 전류측정 회로 401: 제 1 측정용 저항400: current measurement circuit 401: resistance for first measurement

402: 제 1 측정용 커패시터 403: 제 1 측정용 커패시터 양단전압402: first measuring capacitor 403: voltage across the first measuring capacitor

404: 제 2 측정용 저항 405: 제 2 측정용 커패시터404: second measurement resistance 405: second measurement capacitor

406: 제 2 측정용 커패시터 양단전압 410: 연산회로부406: voltage across the second measurement capacitor 410: arithmetic circuit

411: 제 1 연산증폭기 412: 제 2 연산증폭기411: first operational amplifier 412: second operational amplifier

413: 평균전류계산기 414: 감산기 413: average current calculator 414: subtractor

415: 가산기 420: 측정전류 415: adder 420: measurement current

Claims (7)

저전압으로 동작하는 전자소자의 전원장치로 이용되는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로에 있어서,In the current measurement circuit of a synchronous buck converter used as a power supply of an electronic device operating at a low voltage, 전압원(100)과 직렬 연결되며 전류의 흐름을 스위칭 제어하는 제 1 모스 트랜지스터(211)와 제 2 모스 트랜지스터(212)로 이루어지는 모스 트랜지스터부(210) 및 상기 제 2 모스 트랜지스터(212)에 병렬로 연결되며 스위칭 전압을 평활하는 인덕터-커패시터 필터부(220)로 구성되는 동기 벅 컨버터부(200); 및In parallel with the MOS transistor unit 210 and the second MOS transistor 212 composed of a first MOS transistor 211 and a second MOS transistor 212 connected in series with the voltage source 100 and controlling the flow of current. A synchronous buck converter 200 connected to the inductor-capacitor filter 220 to smooth the switching voltage; And 상기 인덕터-커패시터 필터부(220)의 인덕터(221) 및 인덕터 등가저항(222)에 병렬로 연결되며, 인덕터 전류(224)의 직류 성분을 측정하기 위한 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402), 상기 제 1 측정용 저항(401) 및 제 1 측정용 커패시터(402)에 병렬로 연결되며 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분을 측정하기 위한 제 2 측정용 저항(404) 및 제 2 측정용 커패시터(405), 및 상기 제 1 측정용 커패시터(402) 및 제 2 측정용 커패시터(405) 각각의 양단전압(403)(406)으로부터 각각 직류전류 값 및 교류전류 값을 계산하기 위한 연산회로부(410)로 이루어지는 전류측정 회로(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로.A first measuring resistor 401 and a first measuring resistor 401 connected in parallel to the inductor 221 and the inductor equivalent resistor 222 of the inductor-capacitor filter unit 220 to measure the DC component of the inductor current 224. A second measurement resistor connected in parallel to the measurement capacitor 402, the first measurement resistor 401, and the first measurement capacitor 402 to measure a high frequency AC component of the inductor current 224. 404 and the second measurement capacitor 405, and the direct current value and the alternating current value respectively from the voltages 403 and 406 of the respective ends of the first measurement capacitor 402 and the second measurement capacitor 405, respectively. A current measuring circuit of the synchronous buck converter, characterized in that it comprises; a current measuring circuit 400 consisting of a calculation circuit unit 410 for calculating a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 측정용 커패시터(402)의 양단 전압(403)은 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분에 대한 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로.A voltage measuring circuit (403) at both ends of the first measuring capacitor (402) has information on the DC component of the inductor current (224). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 측정용 커패시터(405)의 양단 전압(406)은 특정 주파수(fs)에 대한 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로.Voltage measuring circuit (406) of the second measuring capacitor (405) is a current measuring circuit of the synchronous buck converter, characterized in that it has information about a specific frequency (fs). 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,4. The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 연산회로부(410)는 상기 제 1 측정용 커패시터의 양단 전압(403)을 증폭하여 상기 인덕터 전류(224)의 직류성분에 대한 정보를 획득하며 상기 인덕터 전류(224)의 직류전류 값을 계산하기 위한 제 1 연산증폭기(411);The calculation circuit unit 410 amplifies the voltage 403 across the first measuring capacitor to obtain information on the DC component of the inductor current 224 and to calculate the DC current value of the inductor current 224. A first operational amplifier 411 for; 상기 제 2 측정용 커패시터의 양단 전압(406)을 증폭하여 상기 인덕터 전류(224)의 고주파 교류성분에 대한 정보를 획득하며 상기 인덕터 전류(224)의 교류전류 값을 계산하기 위한 제 2 연산증폭기(412);A second operational amplifier for amplifying the voltage 406 across the second measuring capacitor to obtain information on the high frequency AC component of the inductor current 224 and for calculating an AC current value of the inductor current 224; 412); 상기 제 2 연산증폭기(412)에서 증폭한 전압으로부터 상기 인덕터 전류(224)의 교류성분을 추출하기 위한 평균전류 계산기(413) 및 감산기(414); 및An average current calculator 413 and a subtractor 414 for extracting an AC component of the inductor current 224 from the voltage amplified by the second operational amplifier 412; And 상기 직류 및 교류전류 성분을 합성하기 위한 가산기(415);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로.And an adder (415) for synthesizing the DC and AC current components. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 평균전류 계산기(413)는 상기 제 2 연산증폭기(412)의 출력을 입력으로 받아 상기 인덕터 전류(224)의 직류전류 성분만을 출력하여 상기 감산기(414)의 입력으로 보내는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로. The average current calculator 413 receives the output of the second operational amplifier 412 as an input and outputs only the DC current component of the inductor current 224 to the input of the subtractor 414. Current measuring circuit of the converter. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 감산기(414)는 상기 제 2 연산증폭기(412)의 직류전류 성분 및 교류전류 성분이 내재되어 있는 출력을 입력받으며 상기 제 2 연산증폭기(412)의 직류전류 성분 및 교류전류 성분이 내재되어 있는 출력에서 상기 평균전류 계산기(413)를 통해 출력되는 직류전류 성분을 차감하여 교류전류 성분의 출력을 상기 가산기(415)의 입력으로 보내는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로.The subtractor 414 receives an output in which a DC current component and an AC current component of the second operational amplifier 412 are embedded, and includes a DC current component and an AC current component of the second operational amplifier 412. A current measuring circuit of a synchronous buck converter, characterized in that the output of the AC current component is sent to the input of the adder by subtracting the DC current component output through the average current calculator (413) from the output. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 가산기(415)는 상기 감산기(414)의 출력인 상기 인덕터 전류(224)의 교류전류 성분 및 상기 제 1 연산증폭기(411)의 출력인 상기 인덕터 전류(224)의 직류전류 성분을 합성하여 측정전류(420)를 출력하는 것을 특징으로 하는 동기 벅 컨버터의 전류측정 회로.The adder 415 synthesizes and measures the AC current component of the inductor current 224, which is the output of the subtractor 414, and the DC current component of the inductor current 224, which is the output of the first operational amplifier 411. Current measuring circuit of a synchronous buck converter, characterized in that for outputting a current (420).
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