KR101365362B1 - 평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터 - Google Patents

평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터 Download PDF

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박찬우
차상현
박득희
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Abstract

본 발명은 평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 평균 전류 제어방법은, 벅 컨버터의 메인 스위치에 흐르는 전류 레벨과 평균 전류 레벨을 비교하여, 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였는지의 여부를 판별하는 단계; 메인 스위치 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였으면, TAVG(평균 스위칭 주기) 신호를 발생하는 단계; 적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생하는 단계; 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 단계; 및 한 주기 동안 충/방전된 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 단계;를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 평균 전류만을 비교하고, T2(Iavg에서 Ipeak에 도달하는 시간)+Toff/2 = T/2(T는 스위칭 주기)가 되도록 제어함으로써, 종래의 평균 전류 제어기에서의 2개의 비교기에서 발생하는 지연에 의해 평균 전류 레벨이 변동하는 문제 및 온-타임(on-time)이 작은 경우 전류의 제어가 어려워지는 문제를 해소할 수 있다.

Description

평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터{Average current controller, average current control method and buck converter using the average current controller}
본 발명은 평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅(buck) 컨버터에 관한 것으로서, 특히 평균 전류 레벨이 변하는 문제와 온-타임(on-time)이 짧은 경우 전류의 제어가 어려운 문제를 해소할 수 있는 평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 벅 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 LED(발광 다이오드)와 같은 디스플레이 소자의 구동회로는 정전류(constant current)를 제어하는 선형 제어 방식과 스위칭을 이용하는 PWM(pulse width modulation) 방식을 주로 사용한다. 그러나 효율이 낮은 선형 제어 방식 보다는 효율을 극대화 할 수 있는 PWM 방식을 선호하는 형편이다. 또한, LED를 구동하려는 전압이 LED의 전압보다 높은 경우가 많기 때문에 벅(buck) 형태의 컨버터가 주로 사용되고 있다.
도 1은 종래의 오프-타임(off-time) 제어형 벅 컨버터를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 스위치(103)가 온(on)되면 부하(예컨대, LED)(105), 인덕터(104), 스위치(103)를 통해 전류가 흐른다. 이때, 스위치(103)에 흐르는 전류는 Rcs(107)에 의해 센싱하여 크기를 알아낸다.
스위치(103)의 전류가 Rcs(107)에 의해 전압으로 환산된 값이 피크 레벨 (peak level)과 같거나 그보다 커지게 되면 비교기(101)가 SR 래치(latch)(102)를 리셋(reset)하므로 스위치(103)가 오프(off) 된다.
스위치가 오프되면, 오프된 시간(off-time)을 측정하는 타이머(106)를 이용하여 일정 시간 뒤에는 다시 SR 래치(102)를 셋(set)시켜서 스위치(103)를 온한다.
따라서, 제어기는 일정한 시간 동안 오프되는 컨스턴트 오프-타임(constant off-time) 동작을 하게 되며, 출력 전류는 Rcs(107)와 피크 레벨로 일정하게 결정된다.
이상과 같은 오프-타임(off-time) 제어형 벅 컨버터에 있어서, 전원 전압을 VS, 인덕터를 L, 부하 전압을 VF, 전류 리플(ripple)을 ΔI라 하면, 온-타임(on-time: Ton)은 다음과 같은 수식 관계로 나타낼 수 있다.
Figure 112012108533726-pat00001
또한, 오프-타임(off-time: Toff)은 부하 전압(VF)에 의해 결정되고, 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012108533726-pat00002
전술한 바와 같이, 오프-타임(off-time) 제어형 벅 컨버터는 컨스턴트 오프-타임(constant off-time) 제어를 하므로, 오프-타임(off-time: Toff)은 일정하며, 따라서 전류 리플 ΔI는 부하 전압(VF)에 비례하게 된다. 따라서, 도 2에서와 같이, 부하 전압(VF)이 다를 경우 피크 전류는 일정하게 제어되지만, 리플 전류가 다르므로, 평균 전류는 변동하게 된다. 특히, 부하 전압(VF)이 커질수록 리플이 커지면서 평균 전류가 감소하게 된다.
따라서, 오프-타임 제어 방식을 이용한 벅 컨버터를 이용하여 LED를 제어할 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, LED의 부하 전압 강하는 제조사마다 다른 특성이 있으므로, 평균 전류를 제어하기 어렵다.
둘째, LED의 부하 전압은 온도에 반비례하는 특성이 있으며, 이에 따라 고온/저온 시의 LED의 평균 전류가 달라지게 된다.
셋째, 부하의 개수를 바꿀 경우 전체 부하 전압이 변경되므로, LED의 평균 전류가 변하게 된다.
한편, 한국 공개특허공보 공개번호 10-2012-0019642(평균 전류 제어기)에는 스위치의 전류가 평균 전류(IAVG)에 도달하는 시간(T1)과, 평균 전류(IAVG)에서 피크 전류(IPEAK)에 도달하는 시간(T2)을 비교하여, T1＞T2이면 피크 전류(IPEAK) 레벨을 높여 주고, T1＜T2이면 피크 전류(IPEAK) 레벨을 낮춰 주는 제어 방식이 개시되어 있다. 이러한 제어 방식에서는 결국 T1과 T2는 거의 같아지게 되므로, 평균 전류는 IAVG가 된다.
그러나, 이상과 같은 종래 평균 전류 제어기에서의 제어 방식은, 평균 전류 (IAVG)와 피크 전류(IPEAK)에 도달한 것을 감지하기 위한 2개의 비교기가 필요하고, 2개의 비교기에서의 신호 처리 관계로 발생하는 지연에 의해 평균 전류 레벨이 변하게 되는 문제가 있다. 또한, 온-타임(T1+T2)이 매우 짧은 경우 전류의 제어가 어려워지는 문제가 있다.
미국 공개특허공보 공개번호 2003-0218893 일본 공개특허공보 특개2009-225658
본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 종래의 평균 전류 제어기에서의 2개의 비교기에서 발생하는 지연에 의해 평균 전류 레벨이 변하는 문제와 온-타임(on-time)이 짧은 경우 전류의 제어가 어려운 문제를 해소할 수 있는 평균 전류 제어기, 평균 전류 제어방법 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평균 전류 제어기는,
벅 컨버터의 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 하이(H) 신호를 발생하는 제1 비교기;
상기 제1 비교기에 의해 출력된 하이(H) 신호를 입력받아 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 생성하는 멀티바이브레이터(multivibrator);
적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호 (CH_ON)를 발생하는 타이밍 발생기;
상기 타이밍 발생기로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 적분기 회로부;
한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 제2 비교기;
상기 제2 비교기의 출력에 따라 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 업/다운 카운터;
상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환기를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 멀티바이브레이터로는 단안정(monostable) 멀티바이브레이터가 사용될 수 있다.
또한, 상기 타이밍 발생기는 상기 TAVG 신호, 게이트 구동신호(Q) 및 Toff (스위치의 off 상태의 지속시간)의 절반에 도달했음을 의미하는 HTOFF 신호를 이용하여 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생한다.
또한, 상기 타이밍 발생기는 상기 적분기 회로부의 커패시터를 초기화하기 위한 리셋(reset) 신호를 생성한다.
또한, 상기 적분기 회로부는, 외부로부터 충/방전 전류를 인가받아 충/방전 동작하는 적분기 커패시터(Cint); 및 상기 적분기 커패시터(Cint)를 충/방전하기 위한 복수의 스위치(M1∼M4)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 적분기 회로부는 상기 타이밍 발생기로부터 출력된 리셋(reset) 신호를 입력받아 스위칭 온되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 초기화시키기 위한 별도의 스위치(M5)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수의 스위치(M1∼M4)는 서로 병렬 접속되는 제1, 제2 단위 회로를 구성하고, 각 단위 회로는 PMOS와 NMOS의 직렬 접속 회로로 구성된다.
이때, 또한 상기 타이밍 발생기로부터 발생하는 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 로우(L)이면, 상기 제1 단위 회로의 PMOS(M3)와 제2 단위 회로의 NMOS(M4)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 충전하고, 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 하이(H)이면, 상기 제2 단위 회로의 PMOS(M1)와 제1 단위 회로의 NMOS(M2)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 방전한다.
또한, 상기 제2 비교기는 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)이 Vc≤0이면 로우(L) 신호를 출력하고, Vc＞0이면 하이(H) 신호를 출력한다.
또한, 상기 업/다운 카운터는 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 클럭 (CLK)에 동기하여 카운팅 값을 증가시키고, 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 감소시킨다.
이때, 상기 업/다운 카운터는 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 1 증가시키고, 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 1 감소시킨다.
또한, 상기 디지털/아날로그 변환기는 상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 가상적인 피크 레벨(Pseudo Peak Level:PPL)의 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터는,
벅 컨버터의 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨과 평균 전류 레벨을 비교하여, 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 TAVG(평균 스위칭 주기) 신호를 발생하고, 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터 충/방전 신호(CH_ON) 발생 및 커패시터의 충/방전을 수행하며, 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 평균 전류 제어기부; 및
상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨과 상기 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨을 비교하여, 상기 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨이 상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨이상이면 SR 래치(latch)를 리셋 (reset)하여 상기 메인 스위치를 오프(off)시키는 벅 컨버터부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 평균 전류 제어기부는,
벅 컨버터의 메인 스위치 전류가 평균 전류 레벨에 도달하면 하이(H) 신호를 발생하는 제1 비교기;
상기 제1 비교기에 의해 출력된 하이(H) 신호를 입력받아 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 생성하는 멀티바이브레이터(multivibrator);
적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호 (CH_ON)를 발생하는 타이밍 발생기;
상기 타이밍 발생기로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 적분기 회로부;
한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 제2 비교기;
상기 제2 비교기의 출력에 따라 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 업/다운 카운터;
상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환기를 포함한다.
또한, 상기 벅 컨버터부는,
상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨과 상기 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨을 비교하여, 비교 결과에 따라 대응하는 신호를 출력하는 비교기(제3 비교기);
상기 비교기(제3 비교기)로부터의 출력을 입력받아 상기 메인 스위치를 오프 또는 온시키기 위한 신호를 출력하는 SR 래치(latch); 및
상기 SR 래치(latch)의 신호에 따라 구동하여 상기 메인 스위치를 오프 또는 온시키는 게이트 드라이버를 포함한다.
여기서, 상기 메인 스위치가 오프되면, 오프된 시간(off-time)을 측정하여, 일정 시간 뒤에는 상기 SR 래치를 다시 셋(set)시켜서 상기 메인 스위치를 온(ON) 시키도록 하는 타이머를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평균 전류 제어방법은, 제1 비교기, 멀티바이브레이터, 타이밍 발생기, 적분기 회로부, 제2 비교기, 업/다운 카운터, 디지털/아날로그 변환기를 포함하여 구성되는 평균 전류 제어기에 의한 평균 전류 제어방법으로서,
벅 컨버터의 메인 스위치에 흐르는 전류 레벨과 평균 전류 레벨을 상기 제1 비교기에 의해 비교하여, 벅 컨버터의 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였는지의 여부를 판별하는 단계;
상기 판별결과, 벅 컨버터의 메인 스위치 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였으면, 상기 멀티바이브레이터에 의해 TAVG(평균 스위칭 주기) 신호를 발생하는 단계;
상기 타이밍 발생기에 의해 적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생하는 단계;
상기 적분기 회로부에 의해 상기 타이밍 발생기로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 단계; 및
상기 제2 비교기에 의해 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제2 비교기의 출력에 따라 상기 업/다운 카운터에 의해 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 업/다운 카운터에 의해 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 증가시키고, 상기 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 감소시킨다.
이때, 또한 상기 업/다운 카운터에 의해 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 1 증가시키고, 상기 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 1 감소시킨다.
또한, 상기 디지털/아날로그 변환기에 의해 상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 디지털/아날로그 변환기에 의해 상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 가상적인 피크 레벨(Pseudo Peak Level:PPL)의 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
또한, 상기 타이밍 발생기에 의해 상기 TAVG 신호, 게이트 구동신호(Q) 및 Toff(스위치의 off 상태의 지속시간)의 절반에 도달했음을 의미하는 HTOFF 신호를 이용하여 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생할 수 있다.
또한, 상기 타이밍 발생기로부터 발생하는 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 로우(L)이면, 상기 적분기 회로부의 제1 단위 회로의 PMOS(M3)와 제2 단위 회로의 NMOS(M4)가 온(ON)되어 적분기 커패시터(Cint)를 충전하고, 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 하이(H)이면, 상기 제2 단위 회로의 PMOS(M1)와 상기 제1 단위 회로의 NMOS(M2)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 방전한다.
또한, 상기 제2 비교기에 의해 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여, 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)이 Vc≤0이면 로우(L) 신호를 출력하고, Vc＞0이면 하이(H) 신호를 출력한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 비교기에 의해 평균 전류만을 비교하고, T2(Iavg에서 Ipeak에 도달하는 시간)+Toff/2 = T/2(T는 스위칭 주기)가 되도록 제어함으로써, 종래의 평균 전류 제어기에서의 2개의 비교기에서 발생하는 지연에 의해 평균 전류 레벨이 변동하는 문제 및 온-타임(on-time)이 작은 경우 전류의 제어가 어려워지는 문제를 해소할 수 있다.
도 1은 종래의 오프-타임(off-time) 제어형 벅 컨버터를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 오프-타임(off-time) 제어형 벅 컨버터에서의 부하 전압(VF)의 변동에 따른 평균 전류의 변동 관계를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
도 6은 발명에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터에서 발생하는 TAVG 신호와 HTOFF 신호의 타이밍 관계를 도식적으로 설명하는 도면.
도 7은 발명에 따른 평균 전류 제어기의 타이밍 발생기 내부에 내장된 CH_ON 발생 회로를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 평균 전류 제어방법의 개념을 도식적으로 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 방법에 따른 평균 전류 제어방식과 종래의 평균 전류 제어방식을 도식적으로 비교설명하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 평균 전류 제어기 및 그를 이용한 벅 컨버터에 있어서 발생하는 지연 및 지연 보상 관계를 도식적으로 설명하는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터에 있어서, 지연 보상 회로가 구비된 타이밍 발생기의 내부 회로 구성을 보여주는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 평균 전류 제어기(300)는 제1 비교기 (310), 멀티바이브레이터(320), 타이밍 발생기(330), 적분기 회로부(340), 제2 비교기(350), 업/다운 카운터(360), 디지털/아날로그 변환기(370)를 포함하여 구성된다.
제1 비교기(310)는 벅 컨버터의 메인 스위치(440)(도 4 참조)의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 하이(H) 신호를 발생한다.
멀티바이브레이터(320)는 상기 제1 비교기(310)에 의해 출력된 하이(H) 신호를 입력받아 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 생성한다. 여기서, 이와 같은 멀티바이브레이터(320)로는 단안정(monostable) 멀티바이브레이터가 사용될 수 있다.
타이밍 발생기(330)는 적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터(Cint)를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생한다. 즉, 상기 타이밍 발생기(330)는 상기 TAVG 신호, 게이트 구동신호(Q) 및 Toff(스위치의 off 상태의 지속시간)의 절반에 도달했음을 의미하는 HTOFF 신호를 이용하여 상기 커패시터(Cint)를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생한다. 또한, 상기 타이밍 발생기(330)는 상기 적분기 회로부(340)의 커패시터(Cint)를 초기화하기 위한 리셋(reset) 신호를 생성한다.
적분기 회로부(340)는 상기 타이밍 발생기(330)로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류(Iint)를 입력받아 커패시터 (Cint)를 충/방전시킨다. 이와 같은 적분기 회로부(340)는, 외부로부터 충/방전 전류(Iint)를 인가받아 충/방전 동작하는 적분기 커패시터(Cint); 및 그 적분기 커패시터(Cint)를 충/방전하기 위한 복수의 스위치(M1∼M4)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 적분기 회로부(340)는 상기 타이밍 발생기(330)로부터 출력된 리셋(reset) 신호를 입력받아 스위칭 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 초기화시키기 위한 별도의 스위치(M5)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수의 스위치(M1∼M4)는 서로 병렬 접속되는 제1, 제2 단위 회로를 구성하고, 각 단위 회로는 PMOS와 NMOS의 직렬 접속 회로로 구성된다. 즉, 스위치 M3와 M2는 제1 단위 회로를 구성하고, 스위치 M1, M4는 제2 단위 회로를 구성한다. 이와 같은 제1 및 제2 단위 회로는 상호 병렬 접속 관계를 갖는다. 그리고, 제1 단위 회로를 구성하는 M3와 M2는 각각 PMOS와 NMOS이며, 이들은 상호 직렬 접속 관계를 갖는다. 마찬가지로 제2 단위 회로를 구성하는 M1과 M4는 각각 PMOS와 NMOS이며, 이들은 상호 직렬 접속 관계를 갖는다.
이때, 또한 상기 타이밍 발생기(330)로부터 발생하는 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 로우(L)이면, 상기 제1 단위 회로의 PMOS(M3)와 제2 단위 회로의 NMOS(M4)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 충전하고, 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 하이(H)이면, 상기 제2 단위 회로의 PMOS(M1)와 제1 단위 회로의 NMOS(M2)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 방전한다.
제2 비교기(350)는 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터(Cint)의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력한다. 이와 같은 제2 비교기(350)는 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)이 Vc≤0이면 로우(L) 신호를 출력하고, Vc＞0이면 하이(H) 신호를 출력한다.
업/다운 카운터(360)는 상기 제2 비교기(350)의 출력에 따라 클럭(CLK)에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시킨다. 이와 같은 업/다운 카운터(360)는 상기 제2 비교기(350)의 출력이 하이(H)이면 클럭(CLK)에 동기하여 카운팅 값을 증가시키고, 제2 비교기(350)의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 감소시킨다. 이때, 상기 업/다운 카운터(360)는 상기 제2 비교기(350)의 출력이 하이(H)인 경우, 예를 들면, 카운팅 값을 1 증가시키고, 제2 비교기(350)의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 1 감소시킨다.
디지털/아날로그 변환기(370)는 상기 업/다운 카운터(360)의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 이때, 바람직하게는 상기 디지털/아날로그 변환기(370)는 상기 업/다운 카운터(360)의 출력(디지털 신호)을 가상적인 피크 레벨(Pseudo Peak Level:PPL)의 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터는 평균 전류 제어기부(300) 및 벅 컨버터부(400)를 포함하여 구성된다.
상기 평균 전류 제어기부(300)는 벅 컨버터의 메인 스위치(440)에 흐르는 전류의 레벨과 평균 전류 레벨을 비교하여, 메인 스위치(440)의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 TAVG(평균 스위칭 주기) 신호를 발생하고, 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터 충/방전 신호(CH_ON) 발생 및 커패시터(Cint)의 충/방전을 수행하며, 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터(Cint)의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력한다.
상기 벅 컨버터부(400)는 상기 평균 전류 제어기부(300)로부터의 출력 신호의 레벨과 상기 메인 스위치(440)에 흐르는 전류의 레벨을 비교하여, 상기 메인 스위치(440)에 흐르는 전류의 레벨이 상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨 이상이면 SR 래치(latch)(420)를 리셋(reset)하여 상기 메인 스위치(440)를 오프(off)시킨다.
여기서, 상기 평균 전류 제어기부(300)는, 전술한 바와 같이, 벅 컨버터의 메인 스위치(440)의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 하이(H) 신호를 발생하는 제1 비교기(310)와; 그 제1 비교기(310)에 의해 출력된 하이(H) 신호를 입력받아 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 생성하는 멀티바이브레이터(320)와; 적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터(Cint)를 충/방전시키기 위한 신호 (CH_ON)를 발생하는 타이밍 발생기(330)와; 상기 타이밍 발생기(330)로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류(Iint)를 입력받아 커패시터(Cint)를 충/방전시키는 적분기 회로부(340)와; 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터(Cint)의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 제2 비교기(350)와; 상기 제2 비교기(350)의 출력에 따라 클럭(CLK)에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 업/다운 카운터(360)와; 상기 업/다운 카운터(360)의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환기(370)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 벅 컨버터부(400)는, 상기 평균 전류 제어기부(300)로부터의 출력 신호의 레벨과 상기 메인 스위치(440)에 흐르는 전류의 레벨을 비교하여, 비교 결과에 따라 대응하는 신호를 출력하는 비교기(제3 비교기)(410)와; 이 비교기(제3 비교기)(410)로부터의 출력을 입력받아 상기 메인 스위치(440)를 오프(OFF) 또는 온(ON)시키기 위한 신호를 출력하는 SR 래치(latch)(420); 및 그 SR 래치(latch) (420)의 신호에 따라 구동하여 상기 메인 스위치(440)를 오프(OFF) 또는 온(ON)시키는 게이트 드라이버(430)를 포함한다.
여기서, 바람직하게는 상기 메인 스위치(440)가 오프되면, 오프된 시간(off-time)을 측정하여, 일정 시간 뒤에는 상기 SR 래치(420)를 다시 셋(set)시켜서 상기 메인 스위치(440)를 온(ON) 시키도록 하는 타이머(450)를 더 포함할 수 있다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 평균 전류 제어기에 의한 평균 전류 제어방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 평균 전류 제어방법은 전술한 바와 같은 제1 비교기(310), 멀티바이브레이터(320), 타이밍 발생기(330), 적분기 회로부 (340), 제2 비교기(350), 업/다운 카운터(360), 디지털/아날로그 변환기(370)를 포함하여 구성되는 평균 전류 제어기에 의한 평균 전류 제어방법으로서, 먼저 벅 컨버터의 메인 스위치(440)에 흐르는 전류 레벨과 평균 전류 레벨을 제1 비교기(310)에 의해 비교하여(단계 S501), 벅 컨버터의 메인 스위치(440)의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였는지의 여부를 판별한다(단계 S502).
상기 판별결과, 벅 컨버터의 메인 스위치(440) 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하지 않았으면, 계속하여 메인 스위치(440) 전류 레벨과 평균 전류 레벨을 비교한다. 그리고, 벅 컨버터의 메인 스위치(440) 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였으면, 제1 비교기(310)에 의해 하이(H) 신호를 발생하고, 이를 입력받은 멀티바이브레이터(320)에 의해 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 발생한다( 단계 S503).
그런 후, 타이밍 발생기(330)에 의해 적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생한다(단계 S504). 이때, 상기 타이밍 발생기(330)에 의해 상기 TAVG 신호, 게이트 구동신호(Q) 및 Toff(스위치의 off 상태의 지속시간)의 절반에 도달했음을 의미하는 HTOFF 신호를 이용하여 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생할 수 있다.
이렇게 하여 타이밍 발생기(330)에 의해 커패시터(Cint)를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 발생되면, 적분기 회로부(340)에 의해 상기 타이밍 발생기(330)로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류 (Iint)를 입력받아 커패시터(Cint)를 충/방전시킨다(단계 S505). 즉, 상기 타이밍 발생기(330)로부터 발생하는 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 로우(L)이면, 적분기 회로부(340)의 제1 단위 회로의 PMOS(M3)와 제2 단위 회로의 NMOS(M4)가 온(ON)되어 적분기 커패시터(Cint)를 충전하고, 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 하이(H)이면, 상기 제2 단위 회로의 PMOS(M1)와 상기 제1 단위 회로의 NMOS(M2)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 방전한다.
제2 비교기(350)에 의해 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력한다(단계 S506). 예를 들면, 상기 제2 비교기(350)에 의해 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여, 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)이 Vc≤0이면 로우(L) 신호를 출력하고, Vc＞0이면 하이(H) 신호를 출력한다.
여기서, 상기 제2 비교기(350)의 출력에 따라 업/다운 카운터(360)에 의해 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 단계(S507)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 업/다운 카운터(360)에 의해 상기 제2 비교기(350)의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 증가시키고, 제2 비교기(350)의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 감소시킨다.
이때, 또한 상기 업/다운 카운터(360)에 의해 상기 제2 비교기(350)의 출력이 하이(H)인 경우, 예를 들면, 카운팅 값을 1 증가시키고, 제2 비교기(350)의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 1 감소시킨다.
또한, 디지털/아날로그 변환기(370)에 의해 상기 업/다운 카운터(360)의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 단계(S508)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 디지털/아날로그 변환기(370)에 의해 상기 업/다운 카운터(360)의 출력(디지털 신호)을 가상적인 피크 레벨(Pseudo Peak Level:PPL)의 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 상기 단계 S504에서의 타이밍 발생기 (330)에 의해 커패시터(Cint)를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생하는 것과, 상기 단계 S505에서의 적분기 회로부(340)에 의해 커패시터(Cint)를 충/방전시키는 것에 대하여 이하에서 부연 설명을 해보기로 한다.
도 6은 발명에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터에서 발생하는 TAVG 신호와 HTOFF 신호의 타이밍 관계를 도식적으로 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 제1 비교기(310)의 출력은 전술한 바와 같이, 벅 컨버터의 메인 스위치(440)의 전류(Switch current) 레벨과 평균 전류 레벨(Iavg)을 비교하여 두 전류 레벨이 동일해지는 지점에서 하이(H)가 되고, 후속하는 멀티바이브레이터(320)에 의해 TAVG 펄스가 발생된다.
또한, SR 래치(420)로부터 게이트 드라이버(430)로 출력되는 게이트 구동 신호(Q)가 로우(L)이고, Toff의 절반에 해당하는 시간이 지나면 HTOFF 펄스가 타이머(450)에 의해 발생된다. 따라서, 게이트 구동 신호(Q), TAVG 펄스 신호, HTOFF 펄스 신호를 이용하여 도 7에 도시된 바와 같은 회로(CH_ON 발생 회로)를 구성하면, 도 6에 도시된 바와 같은 CH_ON 신호를 발생시킬 수 있게 된다. 여기서, 도 7에 도시된 CH_ON 발생 회로는 타이밍 발생기(330) 내부에 내장된다.
도 8은 본 발명에 따른 평균 전류 제어방법의 개념을 도식적으로 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 벅 컨버터부(400)의 메인 스위치(440)가 스위칭을 시작해서 스위치(440)의 전류가 설정된 평균 전류 레벨(Iavg)에 도달하는 시간을 T1이라 하고, 스위치(440)의 전류가 평균 전류 레벨(Iavg)에서 설정된 피크 전류 레벨 (peak current level)인 Ipeak까지 도달하는 시간을 T2라 한다. 또한, T는 스위칭 주기를 의미하고, Toff는 스위치(440)가 오프(off)되는 시간으로 일정한 값을 갖는다.
도 8에 도시된 바와 같이, T2와 Toff/2 기간 동안 발생하는 CH_ON 펄스 신호(충/방전 신호)를 발생시킨다.
CH_ON이 로우(L)인 구간은 일정한 전류로 커패시터(Cint)를 충전한다. 따라서 상승하는 커패시터 전압 Vc가 발생한다. 또한, CH_ON이 하이(H)인 구간은 동일한 전류로 커패시터를 방전한다. 따라서 감소하는 커패시터 전압 Vc가 발생한다.
만약 인덕터의 평균 전류가 Iavg와 동일할 경우[그림 (a)의 경우], T2+Toff/2 = T/2가 되어 커패시터 충/방전 시간과 동일하므로 Vc=0(zero)에서 시작했다면 1주기 뒤의 Vc 역시 0(zero)이 된다.
그림 (b)에서 알 수 있듯이 인덕터 평균 전류가 Iavg 보다 큰 경우T2+Toff/2 > T/2를 만족하므로, 한 주기 뒤의 Vc는 0보다 작아지게 된다.
도 9는 본 발명의 방법에 따른 평균 전류 제어방식과 종래의 평균 전류 제어방식을 도식적으로 비교설명하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 종래의 방식은[그림 (b)] T1=T2가 되도록 제어하는 반면, 본 발명의 방식은 T2+Toff/2 = T/2 (T는 스위칭 주기)가 되도록 제어한다. 이때, Toff/2 시점은 타이머(450)(도 4 참조)로부터 쉽게 알아 낼 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 방식에서는 T2+Toff/2 시간 동안 커패시터(를 일정한 전류로 방전시키고 나머지 시간 동안은 동일한 전류로 충전한다.
만약 한 주기동안 충/방전된 커패시터 전압이 0 보다 크다면, T1>T2임을 의미하고, 이는 스위치(440) 전류가 아직 평균 전류 레벨에 도달하지 못했음을 의미하므로 피크 기준 레벨(peak reference level)을 증가시킨다. 반대로, 만약 한 주기동안 충/방전된 커패시터 전압이 0이하이면, T1＜T2임을 의미하고, 이는 스위치 (440) 전류가 평균 전류 레벨에 도달했음을 의미하므로 피크 기준 레벨(peak reference level)을 감소하는 동작을 한다.
본 발명의 방식은 전 주기를 사용하므로, T1과 T2만을 사용하는 종래 방식에 비해 온-타임(on-time)이 작아도 동작이 원활하게 된다.
또한, 본 발명의 방식은 평균 전류와 비교하는 비교기를 하나만 사용하여 구현 가능하다. 따라서, 비교기의 지연시간에 의한 문제도 종래 방식에 비해 현저히 줄일 수 있게 된다.
한편, 도 10은 이상과 같은 본 발명에 따른 평균 전류 제어기 및 그를 이용한 벅 컨버터에 있어서 발생하는 지연 및 지연 보상 관계를 도식적으로 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 평균 전류 제어기 및 그를 이용한 벅 컨버터에 있어서, 비교기(제1 비교기(310) 및 제3 비교기(410))와 게이트 드라이버(430)는 기생 커패시터 성분 때문에 동작이 지연된다. 여기서, 각 소자의 지연을 다음과 같다고 정의하기로 한다.
제1 비교기(310)의 지연: Td1
제3 비교기(410)의 지연: Td2
게이트 드라이버(430)에 의한 지연: Td3
이상과 같은 지연들에 의해 평균 전류 제어가 완료되었을 때, T2+Toff/2에 해당되는 시간은 실질적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.
(T+Toff)/2-(Td1+Td3)
즉, 제1 비교기(310)와 게이트 드라이버(430)의 지연에 의해 Td1+Td3 만큼 시간상의 차이가 나게 된다. 이 값을 보상하지 않을 경우, 평균 전류 제어기는 (T+Toff/2)가 되도록 제어할 것이므로 평균 전류 레벨이 상승하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 도시된 바와 같이(Vc 그래프 참조), Td1+td3 기간 동안은 커패시터(Cint)를 방전하게 하여 지연을 보상하도록 강구하였다.
이상과 같은 보상 방법을 사용하면 PPL 신호가 실제 피크 전류 레벨보다 낮게 설정이 되도록 제어가 된다.
도 11은 본 발명에 따른 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터에 있어서, 지연 보상 회로가 구비된 타이밍 발생기의 내부 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 Td1+Td3 만큼 지연을 발생하는 지연 회로(702)와, 그와 관련된 논리 게이트(701,706)를 통상의 타이밍 발생기(도 7 참조)에 더 추가하여 타이밍 발생기를 구성한다.
즉, 본 발명에 채용되는 지연 보상 타이밍 발생기는, 벅 컨버터부의 SR 래치로부터 출력되는 게이트 구동신호(Q)와, 그 게이트 구동신호(Q)가 소정 시간 (Td1+Td3) 동안 지연된 신호(DQ)를 입력받아 논리곱 연산하는 제1 AND 게이트(701)와; HTOFF 신호를 입력받아 반대값의 신호를 출력하는 인버터(NOT 게이트)(705)와; 그 인버터(NOT 게이트)(705)의 출력 신호와 상기 게이트 구동신호(Q)가 소정 시간 (Td1+Td3) 동안 지연된 신호(DQ)를 입력받아 논리합 연산하는 OR 게이트 (706)와; 그 OR 게이트(706)의 출력 신호와 TAVG 신호를 입력받아 일정 시간 지연하여 출력하는 D 플립 플롭(703); 및 그 D 플립 플롭(703)으로부터의 출력 신호와 상기 제1 AND 게이트(701)로부터의 출력 신호를 입력받아 논리곱 연산하는 제2 AND 게이트 (704)를 포함하여 구성된다.
이상과 같은 지연 보상 타이밍 발생기에서 Q가 하이(high)가 되어도 Td1+Td3 동안은 CH_ON=L를 유지하므로, 이 기간 동안은 커패시터(Cint)를 충전하지 않고 방전하게 된다. 즉 커패시터(Cint)의 양단간 전압(Vc)이 감소하게 된다. 따라서, Td1+Td3를 보상하게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 평균 전류 제어기 및 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터는 비교기에 의해 평균 전류만을 비교하고, T2(Iavg에서 Ipeak에 도달하는 시간)+Toff/2 = T/2(T는 스위칭 주기)가 되도록 제어함으로써, 종래의 평균 전류 제어기에서의 2개의 비교기에서 발생하는 지연에 의해 평균 전류 레벨이 변동하는 문제 및 온-타임(on-time)이 작은 경우 전류의 제어가 어려워지는 문제를 해소할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101...비교기 102...SR 래치
103...스위치 104...인덕터
105...부하 106...타이머
107...Rcs 300...평균 전류 제어기(부)
310...제1 비교기 320...멀티바이브레이터
330...타이밍 발생기 340...적분기 회로부
350...제2 비교기 360...업/다운 카운터
370...디지털/아날로그 변환기 400...벅 컨버터부
410...비교기(제3 비교기) 420...SR 래치
430...게이트 드라이버 440...메인 스위치
450...타이머 701...제1 AND 게이트
702...지연 회로 703...D 플립 플롭
704...제2 AND 게이트 705...인버터(NOT 게이트)
706...OR 게이트

Claims (26)

  1. 벅 컨버터의 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 하이(H) 신호를 발생하는 제1 비교기;
    상기 제1 비교기에 의해 출력된 하이(H) 신호를 입력받아 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 생성하는 멀티바이브레이터(multivibrator);
    적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호 (CH_ON)를 발생하는 타이밍 발생기;
    상기 타이밍 발생기로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 적분기 회로부;
    한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 제2 비교기;
    상기 제2 비교기의 출력에 따라 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 업/다운 카운터;
    상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환기를 포함하는 평균 전류 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티바이브레이터로는 단안정(monostable) 멀티바이브레이터인 평균 전류 제어기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기는 상기 TAVG 신호, 게이트 구동신호(Q) 및 Toff(스위치의 off 상태의 지속시간)의 절반에 도달했음을 의미하는 HTOFF 신호를 이용하여 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생하는 평균 전류 제어기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기는 상기 적분기 회로부의 커패시터를 초기화하기 위한 리셋(reset) 신호를 생성하는 평균 전류 제어기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적분기 회로부는,
    외부로부터 충/방전 전류를 인가받아 충/방전 동작하는 적분기 커패시터 (Cint); 및
    상기 적분기 커패시터(Cint)를 충/방전하기 위한 복수의 스위치(M1∼M4)를 포함하는 평균 전류 제어기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적분기 회로부는 상기 타이밍 발생기로부터 출력된 리셋(reset) 신호를 입력받아 스위칭 온되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 초기화시키기 위한 별도의 스위치(M5)를 더 포함하는 평균 전류 제어기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 스위치(M1∼M4)는 서로 병렬 접속되는 제1, 제2 단위 회로를 구성하고, 각 단위 회로는 PMOS와 NMOS의 직렬 접속 회로로 구성된 평균 전류 제어기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기로부터 발생하는 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 로우(L)이면, 상기 제1 단위 회로의 PMOS(M3)와 제2 단위 회로의 NMOS(M4)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 충전하고, 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 하이(H)이면, 상기 제2 단위 회로의 PMOS(M1)와 제1 단위 회로의 NMOS(M2)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터(Cint)를 방전하는 평균 전류 제어기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 비교기는 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)이 Vc≤0이면 로우(L) 신호를 출력하고, Vc＞0이면 하이(H) 신호를 출력하는 평균 전류 제어기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 업/다운 카운터는 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 클럭(CLK)에 동기하여 카운팅 값을 증가시키고, 상기 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 감소시키는 평균 전류 제어기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 업/다운 카운터는 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 1 증가시키고, 상기 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 1 감소시키는 평균 전류 제어기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 디지털/아날로그 변환기는 상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 가상적인 피크 레벨(Pseudo Peak Level:PPL)의 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 평균 전류 제어기.
  13. 벅 컨버터의 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨과 평균 전류 레벨을 비교하여, 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하면 TAVG(평균 스위칭 주기) 신호를 발생하고, 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터 충/방전 신호(CH_ON) 발생 및 커패시터의 충/방전을 수행하며, 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 평균 전류 제어기부; 및
    상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨과 상기 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨을 비교하여, 상기 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨이 상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨이상이면 SR 래치(latch)를 리셋 (reset)하여 상기 메인 스위치를 오프(off)시키는 벅 컨버터부를 포함하는, 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 평균 전류 제어기부는,
    상기 벅 컨버터부의 메인 스위치 전류가 평균 전류 레벨에 도달하면 하이(H) 신호를 발생하는 제1 비교기;
    상기 제1 비교기에 의해 출력된 하이(H) 신호를 입력받아 TAVG(평균 스위칭 주기) 펄스 신호를 생성하는 멀티바이브레이터(multivibrator);
    적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호 (CH_ON)를 발생하는 타이밍 발생기;
    상기 타이밍 발생기로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 적분기 회로부;
    한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 제2 비교기;
    상기 제2 비교기의 출력에 따라 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 업/다운 카운터; 및
    상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환기를 포함하는, 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기는,
    상기 벅 컨버터부의 SR 래치로부터 출력되는 게이트 구동신호(Q)와, 그 게이트 구동신호(Q)가 소정 시간(Td1+Td3) 동안 지연된 신호(DQ)를 입력받아 논리곱 연산하는 제1 AND 게이트;
    HTOFF 신호를 입력받아 반대값의 신호를 출력하는 인버터(NOT 게이트);
    상기 인버터(NOT 게이트)의 출력 신호와 상기 게이트 구동신호(Q)가 소정 시간(Td1+Td3) 동안 지연된 신호(DQ)를 입력받아 논리합 연산하는 OR 게이트;
    상기 OR 게이트의 출력 신호와 TAVG 신호를 입력받아 일정 시간 지연하여 출력하는 D 플립 플롭; 및
    상기 D 플립 플롭으로부터의 출력 신호와 상기 제1 AND 게이트로부터의 출력 신호를 입력받아 논리곱 연산하는 제2 AND 게이트를 포함하는, 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 벅 컨버터부는,
    상기 평균 전류 제어기부로부터의 출력 신호의 레벨과 상기 메인 스위치에 흐르는 전류의 레벨을 비교하여, 비교 결과에 따라 대응하는 신호를 출력하는 비교기(제3 비교기);
    상기 비교기(제3 비교기)로부터의 출력을 입력받아 상기 메인 스위치를 오프 또는 온시키기 위한 신호를 출력하는 SR 래치(latch); 및
    상기 SR 래치(latch)의 신호에 따라 구동하여 상기 메인 스위치를 오프 또는 온시키는 게이트 드라이버를 포함하는, 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 메인 스위치가 오프되면, 오프된 시간(off-time)을 측정하여, 일정 시간 뒤에는 상기 SR 래치를 다시 셋(set)시켜서 상기 메인 스위치를 온(ON) 시키도록 하는 타이머를 더 포함하는, 평균 전류 제어기를 이용한 벅 컨버터.
  18. 제1 비교기, 멀티바이브레이터, 타이밍 발생기, 적분기 회로부, 제2 비교기, 업/다운 카운터, 디지털/아날로그 변환기를 포함하여 구성되는 평균 전류 제어기에 의한 평균 전류 제어방법으로서,
    벅 컨버터의 메인 스위치에 흐르는 전류 레벨과 평균 전류 레벨을 상기 제1 비교기에 의해 비교하여, 벅 컨버터의 메인 스위치의 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였는지의 여부를 판별하는 단계;
    상기 판별결과, 벅 컨버터의 메인 스위치 전류 레벨이 평균 전류 레벨에 도달하였으면, 상기 멀티바이브레이터에 의해 TAVG(평균 스위칭 주기) 신호를 발생하는 단계;
    상기 타이밍 발생기에 의해 적어도 상기 TAVG 신호를 이용하여 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생하는 단계;
    상기 적분기 회로부에 의해 상기 타이밍 발생기로부터 발생한 커패시터 충/방전 신호(CH_ON)와 외부로부터 커패시터 충/방전 전류를 입력받아 커패시터를 충/방전시키는 단계; 및
    상기 제2 비교기에 의해 한 주기 동안 충/방전된 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여 대응하는 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 평균 전류 제어방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 비교기의 출력에 따라 상기 업/다운 카운터에 의해 클럭에 동기하여 카운팅 값을 증가 또는 감소시키는 단계를 더 포함하는 평균 전류 제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 업/다운 카운터에 의해 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 증가시키고, 상기 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 감소시키는 평균 전류 제어방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 업/다운 카운터에 의해 상기 제2 비교기의 출력이 하이(H)이면 카운팅 값을 1 증가시키고, 상기 제2 비교기의 출력이 로우(L)이면 카운팅 값을 1 감소시키는 평균 전류 제어방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 디지털/아날로그 변환기에 의해 상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 단계를 더 포함하는 평균 전류 제어방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 디지털/아날로그 변환기에 의해 상기 업/다운 카운터의 출력(디지털 신호)을 가상적인 피크 레벨(Pseudo Peak Level:PPL)의 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 평균 전류 제어방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기에 의해 상기 TAVG 신호, 게이트 구동신호(Q) 및 Toff(스위치의 off 상태의 지속시간)의 절반에 도달했음을 의미하는 HTOFF 신호를 이용하여 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)를 발생하는 평균 전류 제어방법.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기로부터 발생하는 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 로우(L)이면, 상기 적분기 회로부의 제1 단위 회로의 PMOS(M3)와 제2 단위 회로의 NMOS(M4)가 온(ON)되어 적분기 커패시터(Cint)를 충전하고, 상기 커패시터를 충/방전시키기 위한 신호(CH_ON)가 하이(H)이면, 상기 제2 단위 회로의 PMOS(M1)와 상기 제1 단위 회로의 NMOS(M2)가 온(ON)되어 상기 적분기 커패시터 (Cint)를 방전하는 평균 전류 제어방법.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 제2 비교기에 의해 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)의 양(+)/음(-) 여부를 판별하여, 상기 커패시터의 양단간 전압(Vc)이 Vc≤0이면 로우(L) 신호를 출력하고, Vc＞0이면 하이(H) 신호를 출력하는 평균 전류 제어방법.
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