KR101397419B1 - Step down dc-dc converter - Google Patents

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송한정
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인제대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a DC-DC converter converting a DC input of a first voltage into a DC output of a second voltage. The disclosed DC-DC converter is called as a step-down converter because the value of the second voltage is lower than that of the first voltage. The disclosed converter controls the switching operation of a switch based on a difference between the DC output and a reference voltage. The voltage of the DC output is determined according to the length of a time interval while the switch is opened and closed.

Description

감압형 DC-DC 변환기{STEP DOWN DC-DC CONVERTER}STEP DOWN DC-DC CONVERTER BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

하기의 실시예들은 DC-DC 변환기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 출력 전압이 입력 전압 보다 낮은 감압형 DC-DC 변환기에 관한 것이다.
The following embodiments relate to a DC-DC converter, and more particularly to a reduced-pressure DC-DC converter whose output voltage is lower than the input voltage.

스마트폰 및 태블릿 PC와 같은 개인 휴대 전자기기의 수요가 크게 증가되었고 보편화 되고 있다. 또한, 무선 인터넷 기반의 시설들이 확충 됨에 따라 이런 개인 휴대 전자기기의 수요는 점차 더 증가할 것으로 예상되며, 하나의 휴대 전자기기 내에 더 많은 기능들이 탑재 될 것으로 예상된다.Demand for personal portable electronic devices such as smart phones and tablet PCs has increased significantly and is becoming more common. In addition, as wireless Internet-based facilities are expanded, the demand for such personal portable electronic devices is expected to increase more and more functions are expected to be installed in one portable electronic device.

휴대기기의 기능이 다양화 되면서, 효율적이면서 소형화된 전원관리 회로의 중요성이 갈수록 증대되고 있다. 휴대 전자기기의 각각의 다양한 기능들이 동작하기 위해서는 배터리에 의한 전원 전압 하에서 다양한 동작 전압을 공급 받아야 한다. 일정한 배터리의 용량으로 보다 긴 시간 동안 휴대 기기의 사용시간을 얻기 위해서는 배터리의 전압으로부터 동작 전압으로 변환 시의 손실이 적어야 한다.As the functions of portable devices are diversified, the importance of efficient and miniaturized power management circuits is increasing. In order for the various functions of the portable electronic device to operate, various operating voltages must be supplied under the power supply voltage by the battery. In order to obtain the use time of the portable device for a longer period of time with a constant battery capacity, loss in conversion from the voltage of the battery to the operating voltage should be small.

이에 맞춰 한정된 배터리 전원을 가지고 다양한 부하 변동에 능동적으로 대처하여 배터리 전원을 효율적으로 관리, 공급함으로써 배터리 수명을 연장하는 전력반도체 회로 기술이 주요한 관심사가 되고 있다.Accordingly, power semiconductor circuit technology that prolongs battery life by efficiently managing and supplying battery power by actively coping with various load fluctuations with limited battery power is a major concern.

DC-DC 변환기는 구성 방식에 따라 스위치와 커패시터를 이용한 차지 펌프(charge-pump) 방식과 인덕터와 커패시터로 구성된 스위치 모드(swich-mode) 변환 방식으로 구분될 수 있다. 차지 펌프 방식은 스위치 모드 변환방식에 비교하여 IC로 집적함에 있어 용이 하다는 장점을 가지지만 큰 부하 전류를 필요로 하는 경우 효율이 저하 되는 단점을 가진다. 이러한 요구에 따라 휴대 전자기기용 전원장치는 회로의 구성이 간단하고 단가가 낮은 기존의 선형 방식의 전원 장치에서 고효율, 소형 및 경량의 특징을 가지는 SMPS(Switch Mode Power Supply)방식의 DC-DC 변환기로 빠르게 대체되어 가고 있다.
The DC-DC converter can be classified into a charge-pump type using a switch and a capacitor according to a configuration method, and a switch mode (swich-mode) composed of an inductor and a capacitor. The charge pump method has an advantage that it is easy to integrate into an IC as compared with a switch mode conversion method, but has a disadvantage in that efficiency is lowered when a large load current is required. According to this demand, the power supply for portable electronic apparatus is a switch-mode power supply (SMPS) type DC-DC converter having a high efficiency, small size and light weight in a conventional linear type power supply unit, It is rapidly replacing.

하기 실시예들의 목적은 높은 효율 및 작은 크기의 DC-DC 변환기를 제공하는 것이다.The purpose of the following embodiments is to provide a high efficiency and small size DC-DC converter.

하기 실시예들의 목적은 큰 부하 전류를 공급하는 경우에도 높은 효율을 가지는 DC-DC 변환기를 제공하는 것이다.
The object of the following embodiments is to provide a DC-DC converter having a high efficiency even when supplying a large load current.

예시적 실시예에 따르면, 스위치의 동작에 따라서, 제1 전압의 직류 입력을 제2 전압의 직류 출력으로 변환하는 직류 변환부, 및 상기 직류 출력과 기준 전압과의 차이에 기초하여 비교하여 상기 스위치의 개폐 동작을 제어하는 비교부를 포함하는 감압형 변환기가 제공된다.According to an exemplary embodiment, there is provided a DC / DC converter comprising a DC converter for converting a DC input of a first voltage to a DC output of a second voltage in accordance with an operation of a switch, And a comparator for controlling the opening and closing operation of the pressure reducing type converter.

여기서, 상기 직류 출력과 기준 전압의 차이값을 증폭하는 오차 증폭기를 더 포함하고, 상기 비교부는 상기 증폭된 차이값과 램프(RAMP) 신호를 비교하여 제어 펄스를 생성하고, 상기 스위치는 상기 제어 펄스에 따라 개폐 동작이 제어될 수 있다.The comparator may further include an error amplifier for amplifying the difference between the DC output and the reference voltage, wherein the comparator compares the amplified difference with a ramp signal to generate a control pulse, The opening and closing operation can be controlled in accordance with the above-described operation.

그리고, 상기 비교부는 상기 증폭된 차이값이 상기 램프파보다 작은 값인 경우에, 상기 제어 펄스의 값은 높은 값을 가지도록 상기 제어 신호를 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)하고, 상기 스위치는 상기 제어 신호가 높은 값을 가지는 경우에 폐쇄될 수 있다.The comparator may perform pulse width modulation (PWM) on the control signal so that the control pulse has a high value when the amplified difference value is smaller than the ramp wave, And may be closed when the control signal has a high value.

또한, 상기 직류 변환부는 다이오드, 인덕터 및 캐패시터를 포함하고, 상기 스위치가 폐쇄된 경우에, 상기 인덕터에는 전류가 축적되고 상기 다이오드는 차단되고, 상기 캐패시터에 축적된 전하가 상기 직류 출력으로 출력되고, 상기 스위치가 개방된 경우에, 상기 인덕터에 축적된 전류는 상기 다이오드를 통하여 상기 직류 출력으로 출력될 수 있다.When the switch is closed, a current is accumulated in the inductor and the diode is cut off. Charge accumulated in the capacitor is output to the direct current output, When the switch is opened, the current stored in the inductor can be output to the DC output through the diode.

여기서, 상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 높은 값일 수 있다.Here, the first voltage may be higher than the second voltage.

그리고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압에 상기 스위치가 폐쇄되는 시간의 비율을 곱한 값일 수 있다.
The second voltage may be a value obtained by multiplying the first voltage by a ratio of a time when the switch is closed.

하기 실시예들에 따르면, 높은 효율 및 작은 크기의 DC-DC 변환기를 제공할 수 있다.According to the embodiments described below, it is possible to provide a high efficiency and small size DC-DC converter.

하기 실시예들의 목적은 큰 부하 전류를 공급하는 경우에도 높은 효율을 가지는 DC-DC 변환기를 제공할 수 있다.
The object of the following embodiments is to provide a DC-DC converter having a high efficiency even when supplying a large load current.

도 1은 예시적 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 기준 전압 회로의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 레귤레이터의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 전압제어 발진기의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 램프파 생성부의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 오차 증폭기의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 예시적 실시예에 따른 비교부의 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 예시적 실시예에 따른 보호 회로의 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 예시적 실시예에 따른 변환기의 출력 전압을 도시한 도면이다.1 is a block diagram showing the structure of a DC-DC converter according to an exemplary embodiment.
2 is a diagram showing the structure of a reference voltage circuit according to an exemplary embodiment.
3 is a view showing a structure of a regulator according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram illustrating a structure of a voltage-controlled oscillator according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram showing a structure of a ramp wave generating unit according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating a structure of an error amplifier according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram showing the structure of a comparison unit according to an exemplary embodiment.
8 is a diagram showing the structure of a protection circuit according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram illustrating the output voltage of the converter in accordance with an exemplary embodiment.

이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 예시적 실시예에 따른 DC-DC 변환기의 구조를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the structure of a DC-DC converter according to an exemplary embodiment.

예시적 실시예에 따른 DC-DC 변환기는 기준 전압 회로(171), 레귤레이터(172), 보호 회로(173), 직류 변환부(120), 제1 비교부(130), 제2 비교부(140) 및 게이트(150)를 포함한다.The DC-DC converter according to the exemplary embodiment includes a reference voltage circuit 171, a regulator 172, a protection circuit 173, a DC conversion unit 120, a first comparison unit 130, a second comparison unit 140 And a gate 150.

기준 전압 회로(171)는 온도와 공급 전압의 변화에 강인한, 안정적인 기준 전압을 제공한다. 일측에 따르면 밴드갭 기준 전압 회로(Bandgap Reference Voltage Circuit)이 기준 전압 회로(171)로 사용될 수 있다. 이하 기준 전압 회로(171)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2에서 상세히 설명하기로 한다.The reference voltage circuit 171 provides a stable reference voltage that is robust to changes in temperature and supply voltage. According to one aspect, a bandgap reference voltage circuit can be used as the reference voltage circuit 171. The specific configuration of the reference voltage circuit 171 will be described later in detail with reference to FIG.

보호 회로(173)는 저전압, 과전압, 과열에 대한 보호 기능을 제공한다. 보호 회로(173)에 대해서는 도 8에서 상세히 설명하기로 한다.The protection circuit 173 provides protection against undervoltage, overvoltage, and overheating. The protection circuit 173 will be described in detail with reference to FIG.

레귤레이터(172)는 칩 형태로 구현되는 DC-DC 변환기에 대하여 전원 전압 Vdd를 제공하기 위한 회로이다. 이하 레귤레이터(172)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하기로 한다.The regulator 172 is a circuit for providing a power supply voltage Vdd for a DC-DC converter implemented in a chip form. Hereinafter, the specific configuration of the regulator 172 will be described in detail with reference to FIG.

보호 회로(173)는 저전압, 과전압 및 과열로 인한 오동작, 소자 파괴 등을 방지하기 위한 회로이다. 보호 회로(173)에 대해서는 도 8에서 상세히 설명하도록 한다.
The protection circuit 173 is a circuit for preventing a malfunction due to a low voltage, an overvoltage and an overheating, a device breakdown, and the like. The protection circuit 173 will be described in detail with reference to FIG.

직류 변환부(120)는 스위치(121)의 동작에 따라서, 제1 전압의 직류 입력을 제2 전압의 직류 출력으로 변환한다.The DC conversion unit 120 converts the DC input of the first voltage to the DC output of the second voltage in accordance with the operation of the switch 121. [

여기서, 직류 변환부(120)는 인덕터(122) 다이오드(123) 및 캐패시터(124)를 포함할 수 있다. Here, the DC conversion unit 120 may include an inductor 122, a diode 123, and a capacitor 124.

만약 스위치(121)가 폐쇄되면 인덕터(122)에는 전류가 축적되고, 다이오드(123)는 차단된다. 캐패시터(124)에 축적된 전하는 직류 출력으로 출력된다.If the switch 121 is closed, current is accumulated in the inductor 122, and the diode 123 is cut off. The electric charge stored in the capacitor 124 is outputted to the DC output.

스위치(121)가 개방되면, 인덕터(122)에 축적된 전류는 다이오드(123)를 통하여 직류 출력으로 출력된다.When the switch 121 is opened, the current stored in the inductor 122 is output to the DC output through the diode 123. [

여기서, 직류 입력의 전압인 제1 전압은 직류 출력의 전압인 제2 전압 보다 높은 값이며, 따라서, 도 1에 도시된 DC-DC 변환기는 감압형 변환기이다.Here, the first voltage, which is the voltage of the DC input, is higher than the second voltage, which is the voltage of the DC output. Therefore, the DC-DC converter shown in FIG.

비교부(140)는 직류 출력과 기준 전압과의 차이에 기초하여 스위치(121)의 개폐 동작을 제어한다. 직류 출력에 의한 전압은 부하 저항(161)에 인가된다. 일측에 따르면, 직류 출력에 의한 전압은 서로 직렬로 연결된 복수의 저항들(131, 132)에 인가될 수 있다.The comparator 140 controls the opening / closing operation of the switch 121 based on the difference between the DC output and the reference voltage. The voltage due to the DC output is applied to the load resistor 161. According to one aspect, a voltage due to the direct current output may be applied to a plurality of resistors 131 and 132 connected in series with each other.

직류 출력에 의한 전압은 복수의 저항들(131, 132)을 이용하여 저항 분배될 수 있다. 오차 증폭기(130)는 저항 분배된 전압을 수신할 수 있다. 오차 증폭기(130)는 기준 전압(133)을 수신할 수 있다. 오차 증폭기(130)는 직류 출력과 기준 전압과의 차이값을 증폭하여 출력한다. 오차 증폭기(130)의 구체적인 구성에 대해서는 이하 도 6에서 상세히 설명하기로 한다.The voltage due to the DC output can be resistively distributed using the plurality of resistors 131 and 132. [ The error amplifier 130 may receive the resistance-divided voltage. The error amplifier 130 may receive the reference voltage 133. The error amplifier 130 amplifies and outputs the difference value between the DC output and the reference voltage. The specific configuration of the error amplifier 130 will be described later in detail with reference to FIG.

램프파 생성부(141)는 일정한 시각마다 반복적으로 생성되는 삼각 펄스를 포함하는 램프파를 생성한다.The ramp wave generating section 141 generates a ramp wave including a triangular pulse generated repeatedly at a constant time.

비교부(140)는 오차 증폭기(130)에 의하여 증폭된 차이값 및 램프파를 수신하고, 증폭된 차이값 및 램프파(Ramp pulse)를 비교하여 제어 펄스를 생성한다. 일측에 따르면, 비교부(140)는 제어 펄스를 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 변조할 수 있다. 예를 들어, 증폭된 차이값이 램프파 보다 작은 값인 경우에, 비교부(140)는 제어 펄스의 값이 높은 값을 가지도록 제어 펄스를 펄스 폭 변조할 수 있다. 또한, 증폭된 차이값이 램프파 보다 큰 값인 경우에, 비교부(140)는 제어 펄스의 값이 낮은 값을 가지도록 제어 펄스를 펄스 폭 변조할 수 있다.The comparator 140 receives the difference value and the ramp wave amplified by the error amplifier 130 and compares the amplified difference value and the ramp pulse to generate a control pulse. According to one aspect, the comparison unit 140 can modulate the control pulse using a pulse width modulation (PWM) method. For example, when the amplified difference value is smaller than the ramp wave, the comparator 140 may pulse-width modulate the control pulse so that the value of the control pulse has a high value. Further, when the amplified difference value is larger than the ramp wave, the comparator 140 can pulse-width modulate the control pulse so that the value of the control pulse has a low value.

비교부(140)가 생성한 제어 펄스는 게이트(150)를 거쳐 버퍼(125)에 저장된다. 스위치(121)는 버퍼에 저장된 제어 펄스에 따라서 개폐 동작이 제어된다. 일측에 따르면, 제어 신호가 높은 값을 가지는 경우에 스위치가 폐쇄되고, 제어 신호가 낮은 값을 가지는 경우에 스위치가 개방될 수 있다.The control pulse generated by the comparison unit 140 is stored in the buffer 125 via the gate 150. [ The switch 121 is controlled to open and close according to the control pulse stored in the buffer. According to one aspect, when the control signal has a high value, the switch is closed, and when the control signal has a low value, the switch can be opened.

도 1에 도시된 DC-DC 변환기에서는 스위치가 폐쇄된 시간 구간 동안에 제1전압의 직류 입력에 의하여 에너지가 충전되고, 이 에너지가 제2 전압의 직류 출력으로 변환되어 출력된다. 따라서, 전체 시간에서, 스위치가 폐쇄된 시간 구간의 비율(duty ratio)에 따라 제2 전압이 결정되며, 수학식으로는 하기와 같이 제2 전압은 상기 제1 전압에 스위치가 폐쇄되는 시간의 비율을 곱한 값으로 표현할 수 있다.
In the DC-DC converter shown in FIG. 1, energy is charged by a DC input of a first voltage during a time interval during which the switch is closed, and this energy is converted into a DC output of a second voltage and output. Therefore, the second voltage is determined according to the duty ratio of the closed time period of the switch in the whole time, and the second voltage is a ratio of the time when the switch is closed to the first voltage, As shown in FIG.

[수학식]
[Mathematical Expression]

Vo= D x Vi
Vo = D x Vi

여기서, Vo는 제2 전압이고, Vi는 제1 전압이다. D는 전체 시간에서, 스위치가 폐쇄된 시간 구간의 비율이다.
Here, Vo is a second voltage and Vi is a first voltage. D is the ratio of the time interval over which the switch is closed, at all times.

도 2는 예시적 실시예에 따른 기준 전압 회로의 구조를 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the structure of a reference voltage circuit according to an exemplary embodiment.

도 2에서는 밴드갭 기준 전압 회로가 기준 전압 회로로 사용된 실시예가 도시되었다.In Fig. 2, an embodiment in which a bandgap reference voltage circuit is used as a reference voltage circuit is shown.

도 2에서, R1과 M1, M2는 스타트업 회로로서, 레귤레이터의 기준 전압 발생 회로가 구동하도록 한다.In Fig. 2, R1 and M1 and M2 are start-up circuits, and the reference voltage generating circuit of the regulator is driven.

B2는 바이폴라 트랜지스터로서, 일측에 따르면 m값은 8로 설정하여 온도 의존성이 낮도록 할 수 있다.
B2 is a bipolar transistor, and according to one side, the value of m can be set to 8, so that the temperature dependency can be made low.

도 3은 예시적 실시예에 따른 레귤레이터의 구조를 도시한 도면이다.3 is a view showing a structure of a regulator according to an exemplary embodiment.

예시적 실시예에 따른 레귤레이터는 기준 전압 회로의 출력을 수신하는 오차 증폭기, 패스 트랜지스터 및 저항을 포함할 수 있다.A regulator in accordance with an exemplary embodiment may include an error amplifier, a pass transistor, and a resistor that receive the output of the reference voltage circuit.

오차 증폭기는 기준 전압 회로로부터의 기준 전압과 출력단의 피드백 전압을 수신하여 기준 전압과 피드백 전압의 차이를 증폭한다.The error amplifier receives the reference voltage from the reference voltage circuit and the feedback voltage at the output terminal to amplify the difference between the reference voltage and the feedback voltage.

패스 트랜지스터는 증폭된 오차를 수신하여 게이트 신호로 사용한다. 패스 트랜지스터는 증폭된 오차를 입력으로 수신하여 부귀환 구조로 제어하며, 온도 및 공급 전압의 변화에 강인한, 안정적인 전압을 출력한다. 패스 트랜지스터에서 출력된 전압은 칩 형태로 구현된 DC-DC 변환기의 내부 전원으로 공급된다.
The pass transistor receives the amplified error and uses it as a gate signal. The pass transistor receives the amplified error as an input, controls it with a negative feedback structure, and outputs a stable voltage that is robust against changes in temperature and supply voltage. The voltage output from the pass transistor is supplied to the internal power supply of the DC-DC converter implemented in a chip form.

도 4는 예시적 실시예에 따른 전압제어 발진기의 구조를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a structure of a voltage-controlled oscillator according to an exemplary embodiment.

도 4에 도시된 전압 제어 발진기는 직류 변환부(120) 및 비교부(140) 등에 기준 클럭을 공급한다. 일측에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 링 오실레이터가 기준 클럭을 공급하는 전압 제어 발진기로 사용될 수 있다.The voltage controlled oscillator shown in FIG. 4 supplies a reference clock to the DC converting unit 120 and the comparing unit 140 and the like. According to one aspect, a ring oscillator can be used as a voltage-controlled oscillator for supplying a reference clock as shown in Fig.

도 4에서는 아랫단의 NMOS 게이트에 적절한 제어 전압을 인가하여 기준 전압을 생성할 수 있다.
In FIG. 4, a reference voltage can be generated by applying an appropriate control voltage to the NMOS gate of the lower stage.

도 5는 예시적 실시예에 따른 램프파 생성부의 구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing a structure of a ramp wave generating unit according to an exemplary embodiment.

램프파는 일정한 시각마다 반복적으로 생성되는 삼각 펄스를 포함한다.The ramp wave includes a triangular pulse which is repeatedly generated at a constant time.

도 5에 도시된 램프파 생성부는 캐패시터의 용량과 캐패시터에 흐르는 전류에 의하여 램프파의 전압이 시간의 경과에 따라 선형적으로 증가한다. 램프파의 전압이 임계 전압에 도달하면, 클럭 신호가 순간적으로 턴온(turn on)되며, 클럭 신호가 턴오프 됨과 동시에 램프파의 전압도 '0'으로 돌아간다.
5, the voltage of the ramp wave linearly increases with the lapse of time due to the capacitance of the capacitor and the current flowing in the capacitor. When the voltage of the ramp wave reaches the threshold voltage, the clock signal momentarily turns on, and the voltage of the ramp wave returns to '0' at the same time the clock signal is turned off.

도 6은 예시적 실시예에 따른 오차 증폭기의 구조를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a structure of an error amplifier according to an exemplary embodiment.

도 6에서는 2단 구조의 오차 증폭기가 도시되었다. 도 6에 도시된 오차 증폭기는 출력단에서 피드백된 저항 분배된 직류 출력의 전압과 기준 전압을 비교하고, 그 차이를 증폭시켜 전압 변동 방향과 반대방향으로 위상을 보상한다.In Fig. 6, an error amplifier having a two-stage structure is shown. The error amplifier shown in FIG. 6 compares the voltage of the resistor-divided DC output fed back from the output terminal with the reference voltage, amplifies the difference, and compensates the phase in the opposite direction to the voltage variation direction.

M1-M4, R1은 바이어스 전압을 제공하며, C1과 R2는 밀러보상으로 첫 번째 폴과 두 번째 폴을 조절하여 위상마진을 갖게 한다. 위상마진이 없으면 위상반전으로 인해 불안정한 회로가 되어 발진하거나 파형이 왜곡 될 수 있기 때문에 오차 증폭기는 적어도 45도 이상의 위상마진을 가질 수 있다. 오차 증폭기는 1000이하의 이득을 가질 수 있다.
M1-M4, R1 provide the bias voltage, C1 and R2 control the first pole and the second pole with Miller compensation to have a phase margin. Without the phase margin, the error amplifier can have a phase margin of at least 45 degrees because the phase inversion can cause an unstable circuit to oscillate or distort the waveform. The error amplifier can have a gain of less than 1000.

도 7은 예시적 실시예에 따른 비교부의 구조를 도시한 도면이다.7 is a diagram showing the structure of a comparison unit according to an exemplary embodiment.

도 7에서는 N-타입의 비교기가 비교부로서 사용된 실시예가 도시되었다. 도 7에 도시된 비교기는 NMOS 차동 입력단을 사용하여 설게되었다.
In Fig. 7, an embodiment in which an N-type comparator is used as a comparator is shown. The comparator shown in FIG. 7 was made using an NMOS differential input stage.

도 8은 예시적 실시예에 따른 보호 회로의 구조를 도시한 도면이다.8 is a diagram showing the structure of a protection circuit according to an exemplary embodiment.

도 8의 (a)는 저전압 보호 회로를 도시한 도면이다.8 (a) is a diagram showing a low-voltage protection circuit.

저전압 보호 회로는 전원 전압이 낮은 경우에 오차 증폭기(130) 및 비교부(140) 등의 제어 회로가 오작동을 수행하는 것을 방지한다. 저전압 보호 회로는 전원 전압이 제1 임계 전압 이하가 되면 레귤레이터에 대한 전원공급을 차단한다. 저전압 보호 회로는 전원 전압이 제2 임계 전압 이상이 되면 레귤레이터에 전원 전압이 공급되도록 제어한다. 여기서, 제1 임계 전압은 1.2V로, 제2 임계 전압은 2.5 V로 결정될 수 있다. 즉, 저전압 보호 회로는 히스테리시스 특성을 이용하여 턴-온 되는 전압과 턴-오프 되는 전압이 상이하게 설정할 수 있다. 이는 전원 전압에 노이즈가 유입 될 경우, 오동작이 발생 할 수 있기 때문이다.
The low voltage protection circuit prevents the control circuit such as the error amplifier 130 and the comparator 140 from performing malfunction when the power supply voltage is low. The low voltage protection circuit cuts off the power supply to the regulator when the power supply voltage is lower than the first threshold voltage. The low voltage protection circuit controls the power supply voltage to be supplied to the regulator when the power supply voltage exceeds the second threshold voltage. Here, the first threshold voltage may be determined to be 1.2 V and the second threshold voltage may be determined to be 2.5 V. [ That is, the low-voltage protection circuit can set the voltage to be turned-on and the voltage to be turned-off to be different by using the hysteresis characteristic. This is because a malfunction may occur when noise enters the power supply voltage.

도 8의 (b)는 과전압 보호 회로를 도시한 도면이다.8 (b) is a diagram showing an overvoltage protection circuit.

과전압 보호 회로는 DC-DC 변환기의 출력 전압이 목표 출력 전압보다 높아지는 경우에, 부하단의 소자가 파괴되는 것을 방지하는 회로이다.The overvoltage protection circuit is a circuit for preventing the element at the lower stage from being destroyed when the output voltage of the DC-DC converter becomes higher than the target output voltage.

과전압 보호 회로는 DC-DC 변환기의 직류 출력을 감지하고, 직류 출력의 전압이 임계 전압 이상이 될 때를 검출한다. 과전압 보호 회로는 직류 출력의 전압이 임계 전압 이상이 되는 구간에 대하여 이 구간 동안은 스위칭 동작을 하지 않도록 제어함으로써 DC-DC 변환기를 과열로부터 보호할 수 있다.The overvoltage protection circuit senses the DC output of the DC-DC converter and detects when the voltage of the DC output exceeds the threshold voltage. The overvoltage protection circuit can protect the DC-DC converter from overheating by controlling the switching operation during the interval in which the voltage of the DC output exceeds the threshold voltage.

일측에 따르면, 과전압을 검출하는 것은 간단하게 비교기로 검출할 수 있다. 도 8의 (b)에서, INV신호는 직류 출력의 전압을 저항 분배하여 얻은 신호이고, 이 신호에 대한 임계 전압은 2.5 V일 수 있다. 직류 출력의 전압이 임계 전압 이상이 되면 보다 올라가게 되면 출력 단에 있는 커패시터가 터질 수 있다.According to one aspect, the detection of the overvoltage can be detected simply by the comparator. In FIG. 8B, the INV signal is obtained by resistance division of the voltage of the DC output, and the threshold voltage for this signal may be 2.5V. If the voltage of the DC output exceeds the threshold voltage, the capacitor at the output stage may trip if it goes up.

과전압 보호 회로는 직류 출력의 전압을 저항 분배하여 얻은 신호가 임계 전압보다 높은 경우에, 스위칭 동작을 멈추게 제어할 수 있다.The overvoltage protection circuit can control the switching operation to stop when the signal obtained by resistance division of the voltage of the DC output is higher than the threshold voltage.

일측에 따르면, 과전압이 발생하지 않았을 때는 게이트에 출력신호가 그대로 전달되도록 AND회로의 다른 입력을 높은(high) 상태로 유지하고, 과전압이 발생하였을 때는 AND회로의 다른 입력을 낮은(low)상태로 유지하여 신호를 차단함으로써 스위칭 동작을 멈추게 할 수 있다.
According to one aspect, when the overvoltage is not generated, the other input of the AND circuit is kept high so that the output signal is directly transferred to the gate, and when the overvoltage occurs, the other input of the AND circuit is made low So that the switching operation can be stopped by interrupting the signal.

도 8의 (c)는 과열 방지 회로를 도시한 도면이다.Fig. 8 (c) shows the overheat prevention circuit.

과열 방지 회로는 DC-Dc 변환기가 동작하는 경우에 발생하는 높은 열로부터 소자의 파괴를 방지하는 회로이다.The overheat prevention circuit is a circuit for preventing the breakdown of the device from the high heat generated when the DC-DC converter operates.

과열 방지 회로는 CMOS 인버터, MOS, 저항, 단일 BJT로 구성될 수 있다. 온도가 증가하면, q1의 컬렉트 전류가 증가하고, 이에 따라 VR2의 전압이 상승하여 B노드의 전압이 감소한다.The overheat protection circuit can be composed of CMOS inverter, MOS, resistor, and single BJT. As the temperature increases, the collector current of q1 increases, so that the voltage of VR2 rises and the voltage of B node decreases.

B노드의 전압이 감소하면, Mn1에 흐르는 전류가 감소한다. 전류의 감소로 인해 VR1의 전압이 줄어들어 R1과 R3 사이의 전압은 상승한다. 그에 따라 q1 동작한다. 도 8의 (c)에 도시된 과열 방지 회로는 기존의 과열방지회로에 비해 BJT 사용을 줄임으로 공정 변화에 유리하다.
When the voltage at the B node decreases, the current flowing in Mn1 decreases. As the current decreases, the voltage across VR1 decreases and the voltage between R1 and R3 rises. Accordingly, q1 operates. The overheat prevention circuit shown in (c) of FIG. 8 is advantageous for the process change by reducing the use of the BJT as compared with the conventional overheat prevention circuit.

도 9는 예시적 실시예에 따른 변환기의 출력 전압을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating the output voltage of the converter in accordance with an exemplary embodiment.

도 9에 도시된 변환기의 출력 전압은 도 1에서 출력 단자(160)에 인가되는 전압이다. 변환기에 입력된 직류 입력의 제1 전압은 3.7 V이다. 전체 시간 중에서 스위치가 폐쇄되는 시간의 비율은 0.4 이며, 변환기의 직류 출력은 시간의 경과에 따라 1.8 V에 도달하여 안정된다.
The output voltage of the converter shown in Fig. 9 is the voltage applied to the output terminal 160 in Fig. The first voltage of the DC input input to the converter is 3.7V. The ratio of the time that the switch is closed during the whole time is 0.4, and the DC output of the converter reaches 1.8 V and stabilizes with time.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

120: 직류 변환부
130: 오차 증폭부
140: 비교부
171: 기준 전압 회로
172: 레귤레이터
173: 보호 회로120:
130:
140:
171: Reference voltage circuit
172: regulator
173: Protection circuit

Claims (6)

다이오드, 인덕터 및 캐패시터를 포함하고, 스위치의 동작에 따라서, 제1 전압의 직류 입력을 제2 전압의 직류 출력으로 변환하는 직류 변환부;
상기 직류 출력과 기준 전압과의 차이에 기초하여 비교하여 상기 스위치의 개폐 동작을 제어하는 비교부; 및
상기 직류 출력이 저항 분배된 전압과 기준 전압의 차이값을 1000이하의 이득으로 증폭하고 전압 변동 방향과 반대 방향으로 45도 이상의 위상을 보상하는 오차 증폭기
를 포함하고,
상기 비교부는 상기 증폭된 차이값과 램프(RAMP) 신호를 비교하여 상기 증폭된 차이값이 상기 램프 신호보다 작은 값인 경우에, 제어 펄스가 높은 값을 가지도록 상기 제어 펄스를 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)하여 생성하고,
상기 스위치는 상기 제어 펄스가 높은 값을 가지는 경우에 폐쇄되도록 상기 제어 펄스에 따라 개폐 동작이 제어되고,
상기 스위치가 폐쇄된 경우에, 상기 인덕터에는 전류가 축적되고 상기 다이오드는 차단되고, 상기 캐패시터에 축적된 전하가 상기 직류 출력으로 출력되고,
상기 스위치가 개방된 경우에, 상기 인덕터에 축적된 전류는 상기 다이오드를 통하여 상기 직류 출력으로 출력되고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 높은 값이고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압에 상기 스위치가 폐쇄되는 시간의 비율을 곱한 값인 감압형 변환기.A DC converter including a diode, an inductor, and a capacitor, the DC converter converting the DC input of the first voltage into the DC output of the second voltage in accordance with the operation of the switch;
A comparator for comparing the DC output and the reference voltage to control opening and closing operations of the switch; And
An error amplifier that amplifies the difference between the voltage and the reference voltage of the DC output by a gain of 1000 or less and compensates a phase of 45 degrees or more in the direction opposite to the voltage variation direction
Lt; / RTI >
The comparator compares the amplified difference value with a ramp signal. When the amplified difference value is smaller than the ramp signal, the comparator compares the control pulse with a pulse width modulated (PWM) signal so that the control pulse has a high value. Pulse Width Modulation)
Wherein the switch is controlled to open and close according to the control pulse so that the control pulse is closed when the control pulse has a high value,
When the switch is closed, a current is accumulated in the inductor, the diode is shut off, the charge accumulated in the capacitor is output to the direct current output,
When the switch is opened, the current stored in the inductor is output to the DC output through the diode,
Wherein the first voltage is a value higher than the second voltage and the second voltage is a value obtained by multiplying the first voltage by a ratio of a time when the switch is closed. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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월간 전자부품(제목: 비절연형 DC-DC 컨버터(1)), 발표일 2000년 4월 *
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