KR101271420B1

KR101271420B1 - 데드존 상태를 갖는 디씨디씨 컨버터

Info

Publication number: KR101271420B1
Application number: KR1020080082854A
Authority: KR
Inventors: 독고종훈
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2013-06-05
Also published as: KR20100024141A

Abstract

본 발명은 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 데드존 상태를 구현하여 크로스 오버를 방지할 수 있는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터를 제공함에 있다.

본 발명은 입력전압을 스위칭하여 공급하는 입력 스위칭부와, 제1 및 제2 저항과 스위칭수단으로 이루어지고, 입력 스위칭부로부터 출력되는 전압을 정류시켜 출력전압을 생성하는 출력부와, 출력전압을 인가받아 피드백신호를 생성하는 피드백부와 피드백신호와 기 설정된 기준전압을 비교하고, 충전상태, 방전상태 및 데드존 상태 중 어느 하나의 상태를 선택하여 스위칭수단을 제어하는 비교부를 포함한다.

Description

데드존 상태를 갖는 디씨디씨 컨버터{DC TO DC CONVETER WITH DEAD ZONE STATE}

본 발명은 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 자세하게는 충전전류 제한을 위한 저항을 구비하여 리플(ripple)을 줄이고, 데드존 상태를 구현함으로써 전류의 충방전이 동시에 진행되는 크로스 오버(cross over) 현상을 방지할 수 있는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 DC/DC 컨버터(DC/DC converter)는 VLSI(Very Large Scale Intergrated Circuit) 시스템, 시스템 온 칩(system on a chip) 등의 거의 모든 회로에 일정한 DC 전압을 공급하기 위한 회로로서, 현재 사용하고 있는 모든 전자제품들은 일정한 전압이 공급되어야 동작할 수 있다.

이러한 DC/DC 컨버터에서는 출력단에서 나타나는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 사전에 설정된 기준 출력전압과 비교하여 출력전압을 원하는 레벨로 조절하는 기능을 수행한다.

도 1은 종래 기술에 의한 DC/DC 컨버터의 회로도로서 도 1을 참조하면, DC/DC 컨버터는 입력전압(VDD)을 스위칭하여 출력하는 입력 스위칭부(10) 및 입력 스위칭부(10)로부터 출력되는 전압을 정류시켜 출력전압(Vo)을 출력하는 정류 부(20)를 포함한다.

여기서, 입력 스위칭부(10)는 피모스 트랜지스터(P1) 및 엔모스 트랜지스터(N1)와, PWM 제어부(11) 및 제1 및 제2 버퍼(12, 13)를 포함한다. 이때, PWM 제어부(11)는 출력전압(Vo)을 피드백받아 스위칭신호(S1, S2)를 생성하고, 제1 및 제2 버퍼(12, 13)는 스위칭신호(S1, S2)를 피모스 및 엔모스 트랜지스터(P1, N1)에 각각 전달하여 스위칭시킨다.

이에 따라, 입력 스위칭부(10)는 PWM 제어부(11)로부터 생성된 스위칭신호(S1, S2)에 의해 입력전압(VDD)을 스위칭시킴으로써 소정크기를 갖는 전압을 출력한다.

정류부(20)는 인덕터(L) 및 커패시터(C)로 구성되며, 인덕터(L) 및 커패시터(C)를 통해 입력 스위칭부(10)에 의해 스위칭된 전압을 출력전압(Vo)으로 출력한다.

이러한 구성으로 이루어진 종래 DC/DC 컨버터는 높은 입력전압(VDD)를 다운시켜 낮은 출력전압(Vo)을 생성하는 컨버터로서 PWM 제어부(11)에 의해 스위칭 제어되어 입력전압(VDD)의 크기를 다운시키게 됨으로써, 정류부(20)의 인덕터(L) 및 커패시터(C)의 용량이 작을 경우 출력전압(Vo)의 리플(ripple)이 크게 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 리플(ripple)의 크기를 줄이기 위하여 PWM 제어부(11)의 제어신호(S1, S2)에 대한 주파수를 증가시키게 되면, 피모스 및 엔모스 트랜지스터(P1, N1)의 스위칭 손실이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 충전전류 제한을 위한 저항을 구비하여 리플(ripple)을 줄이고, 데드존 상태를 구현함으로써 전류의 충방전이 동시에 진행되는 크로스 오버(cross over) 현상을 방지할 수 있는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력전압을 스위칭하여 공급하는 입력 스위칭부와, 제1 및 제2 저항과 스위칭수단으로 이루어지고, 입력 스위칭부로부터 출력되는 전압을 정류시켜 출력전압을 생성하는 출력부와, 출력전압을 인가받아 피드백신호를 생성하는 피드백부와 피드백신호와 기 설정된 기준전압을 비교하고, 충전상태, 방전상태 및 데드존 상태 중 어느 하나의 상태를 선택하여 스위칭수단을 제어하는 비교부를 포함한다.

이때, 출력부는 애노드가 입력 스위칭부와 연결된 다이오드와, 일단이 다이오드의 캐소드와 연결되며 타단으로 출력전압을 출력시키는 제1 저항과, 일단이 제1 저항의 타단과 연결된 제2 저항과, 드레인이 제2 저항의 타단과 연결되고, 소스가 접지되며, 게이트가 비교부와 연결되어 온/오프 제어되는 스위칭수단과, 제1 저항을 통해 출력되는 전압을 평활시키는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 비교부는 서로 직렬 연결되며, 피드백신호를 분배시켜 비교전압을 출력하는 제3 및 제4 저항과, 비반전단자로 비교전압을 입력받고, 반전단자로 기준전 압을 입력받아 비교하여, 충전상태, 방전상태 및 데드존 상태 중 어느 하나의 상태를 판단하는 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 비교수단은 비교전압이 기준전압보다 작을 경우 충전상태로 판단하여 스위칭수단을 오프 시키는 것을 특징으로 하며, 비교전압이 기준전압보다 클 경우 방전상태로 판단하여 스위칭수단을 온 시키는 것을 특징으로 한다.

특히, 비교수단은 기준전압이 피드백전압보다 작거나 크지 않을 경우 데드존 상태로 판단하여 스위칭수단을 현 상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터는, 충전전류 제한을 위한 저항을 구비하여 출력전압의 리플(ripple)을 줄이고, 비교수단을 이용하여 데드존 상태를 구현함으로써, 전류의 충방전이 동싱에 진행되는 크로스 오버(cross over) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 회로도 및 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 상태도이다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터는 입력 스위칭부(110), 출력부(120), 비교부(130) 및 피드백부(140)로 이루어진다.

입력 스위칭부(110)는 피모스 트랜지스터(P1) 및 엔모스 트랜지스터(N1), 제1 및 제2 버퍼(112, 113), PWM 제어부(111)로 구성되며, 입력전압(VDD)을 스위칭시 켜 출력한다.

이때, PWM 제어부(111)는 피드백부(140)로부터 전달되는 피드백신호(V2)를 인가받아 피모스 및 엔모스 트랜지스터(P1, N1)의 듀티 폭을 조절하기 위한 제1 및 제2 PWM 신호(S1, S2)를 생성한다.

제1 및 제2 버퍼(112, 113)는 제1 및 제2 PWM 신호(S1, S2)를 피모스 및 엔모스 트랜지스터(P1, N1)에 공급하여 스위칭 제어함으로써 입력전압(VDD)을 일정 크기의 전압으로 출력시킨다.

출력부(120)는 입력 스위칭부(110)를 통해 출력되는 전압의 리플(ripple)을 줄이며, 직류 전압으로 출력하기 위하여 다이오드(D1), 제1 및 제2 저항(R1, R2)와 커패시터(C), 그리고 스위칭수단(M1)으로 이루어진다.

이때, 다이오드(D1)는 애노드가 입력 스위칭부(110)와 접속되고 캐소드가 제1 저항(R1)과 연결되며, 제1 저항(R1)은 타단이 제2 저항(R2) 및 커패시터(C)의 일단과 연결된다.

또한, 제2 저항(R2)은 스위칭수단(M1)의 드레인과 연결되고, 커패시터(C)의 타단은 접지된다. 스위칭수단(M1)은 소스가 접지되며, 게이트가 비교부(130)와 연결되어 비교부(130)에 의해 온/오프 제어된다.

특히, 출력부(120)는 종래와 같이 인덕터(L)를 사용하지 않고 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 사용함으로써, 용량이 작아질 경우 리플이 줄어드는 현상을 방지할 수 있으며, 제1 및 제2 PWM 신호(S1, S2)의 듀티 폭과 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 저항값을 조절함으로써, 출력전압(Vo)의 리플(ripple) 범위를 조절할 수 있다.

비교부(130)는, 제3 및 제4 저항(R3, R4)과 비교수단(131)으로 구성되고, 피드백신호(V2)를 입력받아 충전상태, 방전상태 또는 충전상태에서 방전상태로 진입되기 전까지의 상태 또는 방전상태에서 충전상태로 진입되기 전까지의 상태인 데드존 상태 중 어느 하나의 상태로 판단함으로써, 스위칭수단(M1)을 제어한다.

이때, 제3 저항(R3)은 일단으로 피드백신호(V2)를 입력받고, 제4 저항(R4)은 제3 저항(R3)와 직렬로 연결되어 접지됨으로써, 피드백신호(V2)를 분배시켜 비교전압(V1)을 출력한다.

특히, 제3 및 제4 저항(R3, R4)은 피드백신호(V2)의 95%에 해당하는 비교전압(V1)을 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 비교수단(131)은 비반전단자(+)로 비교전압(V1)을 입력받고, 반전단자(-)로 기 설정된 기준전압(Vref)을 인가받아 서로 비교함으로써, 충전상태, 방전상태 또는 데드존 상태 중 어느 하나의 상태로 판단하고, 판단된 상태에 해당하는 제어신호(S3)를 출력한다.

그리고, 피드백부(140)는 제5 및 제6 저항(R5, R6)이 서로 직렬로 연결되어 출력전압(Vo)을 분배시킴으로써 피드백신호(V2)를 생성함에 따라, PWM 제어부(111) 및 비교수단(131)에 전달한다.

한편, 상기 비교부(130)에서의 충전상태, 방전상태 또는 데드존 상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 3에 도시한 바와 같이, 충전상태는 기준전압(Vref)이 고압으로 상승할 경우, 비교전압(V1)보다 기준전압(Vref)이 더 큰 전압을 갖게 되어 로우 레벨(low level)의 제어신호(S)가 출력됨으로써 스위칭수단(M1)이 오픈 된다.

이에 따라, 입력전압(VDD)에 의해 커패시터(C)가 충전되며 피드백신호(V2)의 전압이 상승하게 된다. 이는 피드백신호(V2)가 기준전압(Vref)보다 커지는 순간까지 이루어진다.

그런 다음, 도 4에 도시한 바와 같이, 피드백신호(V2)가 기준전압(Vref)과 동일한 크기를 갖는 경우 데드존 상태로 동작하게 된다.

특히, 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 작은 전압 즉, 데드존 전압 범위(피드백신호(V2)와 비교전압(V1) 사이)만큼 작은 전압을 가짐으로써, 충전시 출력전압(Vo)의 리플(ripple)이 데드존 전압 범위를 넘지 않는다면 비교수단(131)이 동작하지 않게 되어 충방전이 동시에 발생되는 크로스 오버(cross over) 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 기준전압(Vref)이 저전압으로 떨어질 경우, 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 더 큰 전압을 갖게 되어 하이 레벨(high level)의 제어신호(S)가 출력됨으로써, 스위칭수단(M1)이 온 된다.

스위칭수단(M1)이 온 될 경우, 커패시터(C)에 충전된 전압이 제2 저항(R2) 및 스위칭수단(M1)을 통해 방전된다. 이는 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 작아지는 순간까지 진행되며, 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 작은 전압을 갖는 순간부터 데드존 상태로 진입한다.

특히, 도 5와 같은 방전 후 데드존 상태로 진입할 경우에도 상술한 바와 같이 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 낮은 전압을 갖게 됨으로써, 비교전압(V1)이 데드존 전압 범위를 넘지 않는다면 비교수단(131)이 동작하지 않게 되어 크로스 오버(cross over) 현상을 방지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터는 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 작을 경우, 충전상태로 판단하여 스위칭수단(M1)을 오프시키면서, 충전상태에서 방전상태로 진입되기 전까지의 데드존 상태로 유지시킬 수가 있게 된다.
반면에, 본 발명에 따른 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터는 비교전압(V1)이 기준전압(Vref)보다 클 경우, 방전상태로 판단하여 스위칭수단(M1)을 온시키고, 방전상태에서 충전상태로 진입되기 전까지의 데드존 상태로 유지시킬 수가 있으므로, 출력전압(Vo)을 안정적으로 생성할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 DC/DC 컨버터의 회로도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 회로도이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 상태도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 입력 스위칭부 120 : 출력부

130 : 비교부 140 : 피드백부

131 : 비교수단

Claims

입력전압을 스위칭하여 공급하는 입력 스위칭부;

제1 및 제2 저항과 스위칭수단으로 이루어지고, 상기 입력 스위칭부로부터 출력되는 전압을 정류시켜 출력전압을 생성하는 출력부;

상기 출력전압을 인가받아 피드백신호를 생성하는 피드백부;

상기 피드백신호와 기 설정된 기준전압을 비교하고, 충전상태, 방전상태 및

상기 충전상태에서 상기 방전상태로 진입되기 전까지의 상태 또는 상기 방전상태에서 상기 충전상태로 진입되기 전까지의 상태인 데드존 상태 중 어느 하나의 상태를 선택하여 상기 스위칭수단을 제어하는 비교부를 포함하는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터.
제 1항에 있어서, 상기 출력부는,

애노드가 상기 입력 스위칭부와 연결된 다이오드;

일단이 상기 다이오드의 캐소드와 연결되며 타단으로 출력전압을 출력시키는 제1 저항;

일단이 상기 제1 저항의 타단과 연결된 제2 저항;

드레인이 상기 제2 저항의 타단과 연결되고, 소스가 접지되며, 게이트가 상기 비교부와 연결되어 온/오프 제어되는 스위칭수단;

상기 제1 저항을 통해 출력되는 전압을 평활시키는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터.
제 1항에 있어서, 상기 비교부는,

상기 피드백신호를 분배시켜 비교전압을 출력하는 제3 및 제4 저항;

비반전단자로 비교전압을 입력받고, 반전단자로 기준전압을 입력받아 비교하여, 충전상태, 방전상태 및 데드존 상태 중 어느 하나의 상태를 판단하는 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터.
제 3항에 있어서, 상기 비교수단은,

상기 비교전압이 기준전압보다 작을 경우, 충전상태로 판단하여 상기 스위칭수단을 오프시키면서, 상기 충전상태에서 상기 방전상태로 진입되기 전까지의 데드존 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터.
제 3항에 있어서, 상기 비교수단은,

상기 비교전압이 기준전압보다 클 경우, 방전상태로 판단하여 상기 스위칭수단을 온시키면서, 상기 방전상태에서 상기 충전상태로 진입되기 전까지의 데드존 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 데드존 상태를 갖는 DC/DC 컨버터.
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