KR101642761B1 - Soft start apparatus and method for dc-dc converter - Google Patents

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양대성
김경환
정수민
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주식회사 동운아나텍
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Abstract

Disclosed are a soft start apparatus and a soft start method for a DC-DC converter. The soft start apparatus for a DC-DC converter supplies a current in a linear mode to linearly increase an output voltage of a DC-DC converter, performs a switching operation according to a PWM duty in a switching mode to increase the output voltage to a target level, determines whether to enter the switching mode in the linear mode, and controls the PWM duty based on a control signal in the switching mode. Also, a corresponding apparatus generates a control signal having an initial slope in a mode-switching section to respond to the slope in an early stage of the switching mode to induce the PWM duty to gradually increase, and controls the PWM duty based on a current limit value during the switching mode. Accordingly, a momentary inrush current generated when switching to the switching mode after the linear mode can be effectively prevented, and a mode can be stably switched.

Description

DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치 및 방법{SOFT START APPARATUS AND METHOD FOR DC-DC CONVERTER}Technical Field [0001] The present invention relates to a soft start device and a method for a DC-DC converter,

본 발명은 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 리니어 모드 후에 스위칭 모드로 전환될 때 나타나는 순간적인 돌입전류의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a soft-start device and method for a DC-DC converter, and more particularly to a soft-start device and method for a DC-DC converter capable of effectively suppressing an instantaneous inrush current generated when switching to a switching mode after a linear mode .

부스트 동작을 수행하는 DC-DC 컨버터의 초기 구동(startup) 시에는 과도한 돌입전류(inrush current)가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위해 소프트 스타트 기법을 적용할 필요성이 있다.An excessive inrush current may occur at the time of initial startup of the DC-DC converter performing the boost operation. Therefore, it is necessary to apply the soft start technique to prevent the inrush current.

종래 소프트 스타트 기법으로는 커패시터 충방전을 이용해 DC-DC 컨버터의 출력전압을 상승시키는 리니어 차지(linear charge) 방식, 소프트 스타트 구간에 PWM 듀티를 변경하여 DC-DC 컨버터의 출력전압을 상승시키는 스위칭(switching) 방식 등이 있다.Conventional soft start techniques include a linear charge method in which the output voltage of a DC-DC converter is increased by using a capacitor charging / discharging, a switching method in which the output voltage of the DC-DC converter is raised by changing the PWM duty in the soft- switching method.

또한 최근에는 전술한 리니어 차지 방식 및 스위칭 방식을 접목하여 리니어 모드 후에 스위칭 모드로 전환하는 소프트 스타트 기법이 제안되어 있다.In recent years, a soft start technique has been proposed in which the above-described linear charge method and switching method are combined to switch to a switching mode after the linear mode.

그런데 이 경우 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 모드 전환이 일어나는 구간에 DC-DC 컨버터의 인덕터에 흐르는 전류가 순간적으로(예를 들어, 2~3 사이클 클럭 내) 급격히 증가하여 과도한 돌입전류가 나타나게 된다.However, in this case, the current flowing in the inductor of the DC-DC converter rapidly increases (for example, within 2 to 3 cycle clocks) during the period in which the mode conversion from the linear mode to the switching mode takes place, resulting in an excessive inrush current.

이와 같은 순간적인 돌입전류의 발생은 인덕터의 열화나 회로 손상, 출력전압의 과도 응답 등을 초래하게 되는 문제점이 있다.Such instantaneous inrush current generation causes deterioration of the inductor, circuit damage, and excessive response of the output voltage.

한국 등록특허공보 제10-1477626호, 공고일: 2014.12.30.Korean Patent Registration No. 10-1477626, Published on Dec. 30, 2014.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 리니어 모드 후에 스위칭 모드로 전환될 때 나타나는 순간적인 돌입전류의 발생을 막고 안정된 모드 전환이 이루어질 수 있게 하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional art as described above, and it is an object of the present invention to provide a DC-DC converter which can prevent instantaneous inrush current that occurs when switching to a switching mode after a linear mode, DC converter and a method thereof.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치는 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 진입 여부를 결정하고 스위칭 모드에서 제어신호를 기초로 상기 PWM 듀티를 제어하되, 초기 슬로프(slope)를 갖는 제어신호를 발생시켜 스위칭 모드 초기에 상기 슬로프에 응답하여 상기 PWM 듀티가 서서히 증가되도록 유도하는 모드 전환 제어부; 및 스위칭 모드 동안 전류제한값을 기준으로 상기 PWM 듀티를 제어하여 상기 DC-DC 컨버터의 전류를 제한하는 과전류 방지부를 포함하되, 상기 리니어 차저는 리니어 모드 동안 상기 모드 전환 제어부를 리셋 상태로 유지하고, 리니어 모드가 종료되면 상기 슬로프를 형성하기 위해 상기 모드 전환 제어부의 리셋을 해제한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a soft start device for a DC-DC converter, the method comprising: determining whether to enter a switching mode from a linear mode; controlling the PWM duty based on a control signal in a switching mode; a mode switching controller for generating a control signal having a slope to induce the PWM duty to be gradually increased in response to the slope at the beginning of the switching mode; And an overcurrent prevention unit for limiting the current of the DC-DC converter by controlling the PWM duty based on a current limit value during a switching mode, wherein the linear charger maintains the mode switching control unit in a reset state during a linear mode, When the mode is terminated, the reset of the mode switching control unit is released to form the slope.

본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치에서, 상기 모드 전환 제어부는 리니어 모드 동안 상기 PWM 듀티를 최저 듀티로 제어하고, 스위칭 모드 초기에 상기 슬로프에 상응하여 상기 PWM 듀티가 최저 듀티에서 최대 듀티로 서서히 증가되도록 제어할 수 있다.In the soft start device for a DC-DC converter according to the present invention, the mode switching control section controls the PWM duty to a lowest duty during a linear mode, and the PWM duty corresponding to the slope at the beginning of the switching mode, To be gradually increased.

본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치에서, 상기 모드 전환 제어부는 기준전압과 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압으로부터 얻어지는 피드백전압 간의 차이를 기초로 스위칭 모드로 전환하기 위한 에러신호를 발생하는 에러 증폭기; 상기 에러 증폭기에서 출력되는 에러신호에 응답하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 발생하는 램프 컨트롤러; 및 스위칭 모드에서 상기 DC-DC 컨버터의 전류 감지신호 및 램프신호의 합산신호와 상기 램프 컨트롤러로부터 출력되는 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 기초로 PWM 듀티를 제어하는 비교기를 포함한다.In the soft start device for a DC-DC converter according to the present invention, the mode switching control section generates an error signal for switching to a switching mode based on a difference between a reference voltage and a feedback voltage obtained from an output voltage of the DC-DC converter An error amplifier; A ramp controller for generating a control signal having an initial slope in response to an error signal output from the error amplifier; And a comparator for controlling the PWM duty based on the sum signal of the current sense signal and the ramp signal of the DC-DC converter in the switching mode and a control signal having an initial slope output from the ramp controller.

본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치에서, 제3항에 있어서, 상기 램프 컨트롤러는 상기 에러 증폭기의 출력단과 접지단 사이에 접속되어 스위칭 모드 초기에 내부 저항값을 선형적으로 증가시켜 상기 제어신호에 초기 슬로프를 형성하는 가변 저항부를 포함할 수 있다.The soft-start device for a DC-DC converter according to claim 3, wherein the lamp controller is connected between an output terminal and a ground terminal of the error amplifier to linearly increase an internal resistance value at the beginning of a switching mode, And a variable resistance portion that forms an initial slope in the control signal.

본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치에서, 상기 리니어 차저는 리니어 모드 동안 상기 램프 컨트롤러를 리셋 상태로 유지하고, 리니어 모드가 종료되면 상기 제어신호의 초기 슬로프를 형성하기 위해 상기 램프 컨트롤러의 리셋을 해제할 수 있다.In the soft-start device for a DC-DC converter according to the present invention, the linear charger maintains the lamp controller in a reset state during a linear mode, and when the linear mode ends, Reset can be disabled.

본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치는 상기 과전류 방지부의 전류제한값을 설정하여 소프트 스타트 타임을 결정하는 소프트 스타트 타이머를 더 포함하고, 상기 과전류 방지부는 상기 DC-DC 컨버터에서 피드백되는 전류 감지신호가 전류제한값에 도달할 경우 전류 제한신호를 발생하여 상기 PWM 듀티를 제어할 수 있다.The soft start device for a DC-DC converter according to the present invention may further include a soft start timer for determining a soft start time by setting a current limit value of the overcurrent prevention portion, wherein the overcurrent prevention portion includes a current sense When the signal reaches the current limit value, the PWM duty can be controlled by generating a current limit signal.

한편 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 방법은 리니어 모드에서 전류를 공급하여 DC-DC 컨버터의 출력전압을 초기레벨로부터 선형적으로 상승시키는 단계; 상기 출력전압의 변화를 기초로 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 진입 여부를 결정하는 단계; 스위칭 모드로의 진입 시에 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 발생하는 단계; 스위칭 모드 초기에 상기 슬로프에 응답하여 PWM 듀티가 서서히 증가되도록 제어하는 단계; 스위칭 모드 초기 이후 상기 슬로프를 지나 하나의 전압레벨로 안정화된 제어신호를 기초로 상기 PWM 듀티를 제어하여 상기 출력전압을 목표레벨까지 상승시키는 단계; 및 스위칭 모드 동안 전류제한값을 기준으로 상기 PWM 듀티를 제어하여 상기 DC-DC 컨버터의 전류를 제한하는 단계를 포함하되, 리니어 모드 동안 리셋 상태를 유지하고, 리니어 모드가 종료되면 상기 슬로프를 형성하기 위해 리셋을 해제한다.
본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 방법은, 스위칭 모드로의 진입 시에 기준전압과 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압으로부터 얻어지는 피드백전압 간의 차이를 기초로 스위칭 모드로 전환하기 위한 에러신호를 발생한 후, 상기 에러신호에 응답하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호가 발생되도록 할 수 있으며, 스위칭 모드 초기에 상기 DC-DC 컨버터의 전류 감지신호 및 램프신호의 합산신호와 초기 슬로프를 갖는 상기 제어신호를 기초로 PWM 듀티를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 방법은, 스위칭 모드 초기에 내부 저항값을 선형적으로 증가시켜 상기 저항값에 따라 출력되는 제어신호에 초기 슬로프가 형성되도록 할 수 있다.
Meanwhile, a soft start method for a DC-DC converter according to the present invention includes: linearly increasing an output voltage of a DC-DC converter from an initial level by supplying a current in a linear mode; Determining whether to enter the switching mode in the linear mode based on the change in the output voltage; Generating a control signal having an initial slope upon entering the switching mode; Controlling the PWM duty to be gradually increased in response to the slope at the beginning of the switching mode; Controlling the PWM duty based on a control signal stabilized at one voltage level past the slope after the beginning of the switching mode to raise the output voltage to a target level; And limiting the current of the DC-DC converter by controlling the PWM duty based on a current limit value during a switching mode, the method comprising: maintaining a reset state during a linear mode; Release the reset.
A soft start method for a DC-DC converter according to the present invention is characterized by comprising the steps of: generating an error signal for switching to a switching mode based on a difference between a reference voltage and a feedback voltage obtained from an output voltage of the DC- A control signal having an initial slope can be generated in response to the error signal, and the control signal having an initial slope and a sum signal of the current sense signal and the ramp signal of the DC-DC converter at the beginning of the switching mode The PWM duty can be controlled on the basis.
The soft start method for a DC-DC converter according to the present invention may linearly increase an internal resistance value at the beginning of a switching mode so that an initial slope is formed in a control signal output according to the resistance value.

본 발명의 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치 및 방법에 따르면, 리니어 모드 후에 스위칭 모드로 전환될 때 나타나는 순간적인 돌입전류의 발생을 효과적으로 방지할 수 있고 안정된 모드 전환이 이루어질 수 있게 된다.According to the soft start device and method for the DC-DC converter of the present invention, it is possible to effectively prevent instantaneous inrush current that appears when switching to the switching mode after the linear mode, and stable mode switching can be performed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 동작을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 효과를 비교 설명하기 위한 참조 타이밍도.
1 is a configuration diagram of a soft-start device for a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention;
2 is an exemplary timing diagram for illustrating operation of a soft-start device for a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention;
3 is a reference timing diagram for comparing and illustrating effects of a soft-start device for a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a soft start apparatus and method for a DC-DC converter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a soft start device for a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

본 실시예는 리니어 모드 및 스위칭 모드를 함께 사용하여 소프트 스타트를 구현하기 위한 것으로, 소프트 스타트 구간 동안 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT)을 목표레벨까지 승압하되 리니어 구간 동안 출력전압(VOUT)을 초기레벨로부터 일정 정도 상승시킨 이후 스위칭 구간으로 전환하여 출력전압(VOUT)을 다시 목표레벨까지 상승시킨다.The present embodiment is for implementing a soft-start use with the linear mode and the switching mode, the soft-start period while the output voltage (V OUT) of the DC-DC converter, but raised up to the target level, the output voltage for the linear region (V OUT ) Is raised from the initial level by a predetermined level, and then the switching period is switched to raise the output voltage V OUT back to the target level.

도 1에서 인덕터(L)는 입력 전원에 연결된다.In Fig. 1, the inductor L is connected to an input power source.

제1 전력 트랜지스터(N1)와 제2 전력 트랜지스터(N2)는 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 병렬 연결되어 있다.The first power transistor N1 and the second power transistor N2 are connected in parallel to the inductor L of the DC-DC converter.

전술한 제1, 제2 전력 트랜지스터(N1, N2)는 MOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.The first and second power transistors N1 and N2 may be implemented as MOS transistors.

모드 스위치(SW)는 모드 전환에 따라 리니어 차저(10) 및 PWM 드라이버(20)에 선택적으로 접속된다.The mode switch SW is selectively connected to the linear charger 10 and the PWM driver 20 according to mode switching.

리니어 모드에서는 모드 스위치(SW)가 리니어 차저(10)로 접속되어 출력 커패시터(C)를 충전하는 제1 전력 트랜지스터(N1)의 게이트가 리니어 차저(10)에 연결된다. 스위칭 모드에서는 모드 스위치(SW)가 PWM 드라이버(20)로 접속되어 제1 전력 트랜지스터(N1)의 게이트가 PWM 드라이버(20)에 연결된다.In the linear mode, the mode switch SW is connected to the linear charger 10, and the gate of the first power transistor N1, which charges the output capacitor C, is connected to the linear charger 10. In the switching mode, the mode switch SW is connected to the PWM driver 20 so that the gate of the first power transistor N1 is connected to the PWM driver 20. [

리니어 차저(10)는 리니어 모드에서 작동해 DC-DC 컨버터의 출력 커패시터(C)에 전류를 공급하여 출력전압(VOUT)을 선형적으로 상승시킨다.The linear charger 10 operates in a linear mode and supplies current to the output capacitor C of the DC-DC converter to linearly increase the output voltage V OUT .

일 실시예에서 전술한 리니어 차저(10)는 인덕터(L)에 흐르는 전류를 미러링하고 미러링된 전류에 의해 출력 커패시터(C)를 충전하여 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT)이 초기레벨로부터 입력전압(VIN) 레벨에 거의 도달할 때까지 선형적으로 상승되게 한다.In one embodiment, the linear charger 10 described above mirrors the current flowing in the inductor L and charges the output capacitor C by the mirrored current so that the output voltage V OUT of the DC-DC converter is reduced from the initial level And is caused to rise linearly until the input voltage (V IN ) level is almost reached.

PWM 드라이버(20)는 스위칭 모드에서 PWM 듀티에 따라 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 병렬 연결된 한 쌍의 전력 트랜지스터(N1, N2)를 교대로 스위칭함으로써 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN) 레벨로부터 목표레벨까지 상승되게 한다.The PWM driver 20 alternately switches the pair of power transistors N1 and N2 connected in parallel to the inductor L of the DC-DC converter in accordance with the PWM duty in the switching mode to generate the output voltage V OUT ) From the input voltage (V IN ) level to the target level.

스위칭 구간 동안 PWM 드라이버(20)의 PWM 듀티는 기본적으로 모드 전환 제어부(30)에서 발생하는 PWM 신호(PWM_IN)에 의해 제어된다.During the switching period, the PWM duty of the PWM driver 20 is basically controlled by the PWM signal PWM_IN generated in the mode switching control unit 30. [

단, 인덕터(L)에 흐르는 전류에 상응하는 전류 감지신호(i_sense)가 전류제한값(Limit_ref)에 도달하는 경우에는 과전류 방지부(41)에서 전류 제한신호(I_LIMIT)를 출력하여 PWM 듀티를 제어함으로써 인덕터(L)의 전류를 제한한다.However, when the current sense signal i_sense corresponding to the current flowing in the inductor L reaches the current limit value Limit_ref, the overcurrent prevention unit 41 outputs the current limit signal I_LIMIT to control the PWM duty The current of the inductor L is limited.

과전류 방지부(41)는 최저 듀티 제어로 순간적으로 증가할 수 있는 전류량을 제한하는 기능을 가지며, 스위칭 모드 동안 전류제한값(Limit_ref)을 기준으로 PWM 듀티를 제어하여 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 흐르는 전류를 제한하여 회로를 보호한다.The overcurrent prevention unit 41 has a function of limiting the amount of current that can instantaneously increase with the lowest duty control and controls the PWM duty based on the current limit value Limit_ref during the switching mode to control the inductor L of the DC- To protect the circuit.

전술한 과전류 방지부(41)는 비교기로 구현될 수 있다. 해당 비교기는 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 흐르는 전류에 대응하는 전류 감지신호(i_sense)를 피드백 받아서 전류제한값(Limit_ref)과 비교하며 전류 감지신호(i_sense)가 전류제한값(Limit_ref)에 도달할 경우 PWM 드라이버(20)에 전류 제한신호(I_LIMIT)를 출력하여 PWM 듀티를 최저 듀티로 제어한다.The above-mentioned overcurrent prevention unit 41 may be implemented by a comparator. The comparator receives the current sense signal i_sense corresponding to the current flowing in the inductor L of the DC-DC converter and compares it with the current limit value Limit_ref. When the current sense signal i_sense reaches the current limit value Limit_ref The current limit signal I_LIMIT is outputted to the PWM driver 20 to control the PWM duty to the lowest duty.

소프트 스타트 타이머(42)는 과전류 방지부(41)의 전류제한값(Limit_ref)을 설정하여 전류량을 정할 수 있고 전류량 제어가 가능한 것을 이용해 원하는 소프트 스타트 타임을 결정할 수 있다.The soft start timer 42 can set a current limit value (Limit_ref) of the overcurrent prevention unit 41 to determine a desired soft start time by using a current amount controllable.

모드 전환 제어부(30)는 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 전환 여부를 결정하고 스위칭 모드에서 출력전압(VOUT)을 상승시키기 위해 제어신호(E/A OUT)를 기초로 PWM 신호(PWM_IN)를 발생하여 PWM 듀티를 제어한다.The mode switching control unit 30 generates the PWM signal PWM_IN based on the control signal E / A OUT to determine whether to switch from the linear mode to the switching mode and increase the output voltage V OUT in the switching mode Thereby controlling the PWM duty.

이때 모드 전환 제어부(30)는 모드 전환 시 선형 제어를 구현하기 위한 것으로서, 초기 슬로프(slope)를 갖는 제어신호(E/A OUT)를 발생함으로써 스위칭 모드 초기에 제어신호(E/A OUT)의 슬로프에 응답하여 PWM 듀티가 서서히 증가될 수 있도록 유도한다.At this time, the mode switching control unit 30 is for realizing linear control at the time of mode switching and generates a control signal E / A OUT having an initial slope so that the control signal E / And induces the PWM duty to be gradually increased in response to the slope.

이를 위해 모드 전환 제어부(30)는 에러 증폭기(31), 램프 컨트롤러(Ramp Controller)(32) 및 비교기(35)를 포함할 수 있다.To this end, the mode switching control unit 30 may include an error amplifier 31, a ramp controller 32, and a comparator 35.

에러 증폭기(31)는 리니어 모드에서 벗어나는 시점에 피드백전압(VFB)과 기준전압(VREF)을 비교하여 스위칭 모드로 진입하기 위한 것으로, 반전(-) 단자를 통해 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT)으로부터 얻어지는 피드백전압(VFB)(분압된 출력전압)을 입력받고, 비반전(+) 단자를 통해 기준전압(VREF)을 입력받아서, 두 전압(VREF, VFB) 간의 차이를 기초로 스위칭 모드로 전환하기 위한 하이레벨의 에러신호(E/A OUT')를 발생시킨다.The error amplifier 31 compares the feedback voltage V FB and the reference voltage V REF at the time of departure from the linear mode and enters the switching mode. The error amplifier 31 outputs the output voltage V DC of the DC- (V REF , V FB ) obtained by receiving the feedback voltage V FB (divided output voltage) obtained from the reference voltage V OUT and receiving the reference voltage V REF through the non-inverting Level error signal (E / A OUT ') for switching to the switching mode on the basis of the difference.

에러 증폭기(31)에서 하이레벨의 에러신호(E/A OUT')가 출력되면 램프 컨트롤러(32)는 이에 응답하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호(E/A OUT)를 발생한다.When the error amplifier 31 outputs a high level error signal E / A OUT ', the lamp controller 32 generates a control signal E / A OUT having an initial slope in response thereto.

합산기(36)는 DC-DC 컨버터에서 피드백되는 전류 감지신호(i_sense)와 램프 발생기(미도시)에서 출력되는 램프신호(Ramp)를 합산한 후, 합산신호를 비반전(+) 단자를 통해 비교기(35)로 입력한다.The adder 36 adds the current sense signal i_sense fed back from the DC-DC converter and the ramp signal Ramp outputted from the ramp generator (not shown), and outputs the sum signal through the non-inverting (+) terminal And inputs it to the comparator 35.

비교기(35)의 반전(-) 단자에는 램프 컨트롤러(32)를 거쳐 제공되는 초기 슬로프를 갖는 제어신호(E/A OUT)가 입력된다.A control signal E / A OUT having an initial slope provided through the lamp controller 32 is input to the inverting (-) terminal of the comparator 35.

비교기(35)는 스위칭 모드 동안 DC-DC 컨버터의 전류 감지신호(i_sense) 및 램프신호(Ramp)를 합산한 신호와 램프 컨트롤러(32)로부터 출력되는 초기 슬로프를 갖는 제어신호(E/A OUT)를 인가받아서 두 신호를 비교하며 비교 결과에 따라 PWM 신호(PWM_IN)를 생성하여 PWM 듀티를 제어한다.The comparator 35 compares the sum of the current sensing signal i_sense and the ramp signal Ramp of the DC-DC converter during the switching mode and the control signal E / A OUT having the initial slope output from the ramp controller 32, And compares the two signals and generates a PWM signal PWM_IN according to the comparison result to control the PWM duty.

일 실시예에서 램프 컨트롤러(32)는 에러 증폭기(31)의 출력이 로우레벨에서 하이레벨로 천이될 때 인위적으로 선형성을 가진 정방향의 슬로프를 부여하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호(E/A OUT)를 발생하기 위한 것으로, 도시된 바와 같이 에러 증폭기(31)의 출력단과 접지단 사이에 접속되는 가변 저항부(33)를 포함하여 구현될 수 있다.In one embodiment, the ramp controller 32 provides a forward slope with artificially linearity when the output of the error amplifier 31 transitions from a low level to a high level to produce a control signal E / A OUT having an initial slope, And a variable resistance unit 33 connected between the output terminal of the error amplifier 31 and the ground terminal as shown in FIG.

가변 저항부(33)는 에러 증폭기(31)로부터 하이레벨의 에러신호(E/A OUT')가 인가되면 이에 응답하여 내부 저항값을 서서히 증가시킴으로써 가변 저항부(33)의 출력전압이 시간에 대하여 선형적으로 상승되게 하고 이로 인해 가변 저항부(33)의 저항값에 따라 출력되는 제어신호(E/A OUT)에 초기 슬로프를 부여한다.The variable resistor unit 33 gradually increases the internal resistance value in response to the application of a high level error signal E / A OUT 'from the error amplifier 31 so that the output voltage of the variable resistor unit 33 increases So that the initial slope is given to the control signal (E / A OUT) outputted in accordance with the resistance value of the variable resistor section (33).

에러 증폭기(31)의 출력단에 접속된 버퍼(34)는 선형적으로 증가하는 가변 저항부(33)의 출력전압을 받아 비교기(35)의 반전(-) 단자에 공급한다.The buffer 34 connected to the output terminal of the error amplifier 31 receives the output voltage of the linearly increasing variable resistor 33 and supplies it to the inverting (-) terminal of the comparator 35.

전술한 리니어 차저(10)는 리니어 모드 동안 모드 전환 제어부(30)의 램프 컨트롤러(32)를 리셋 상태로 유지하고, 리니어 모드가 종료되면 제어신호의 초기 슬로프를 형성하기 위해 램프 컨트롤러(32)의 리셋을 해제하여 램프 컨트롤러(32)가 작동할 수 있게 한다.Described linear charger 10 maintains the lamp controller 32 of the mode switching control unit 30 in the reset state during the linear mode and controls the lamp controller 32 to form the initial slope of the control signal Thereby releasing the reset so that the lamp controller 32 can be operated.

예를 들어 램프 컨트롤러(32)가 가변 저항부(33)로 구현된 경우 리니어 차저(10)는 리니어 모드 동안 가변 저항부(33)를 리셋 상태로 유지하다가 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN) 레벨에 도달하여 리니어 모드가 종료되면 가변 저항부(33)의 리셋을 해제하여 저항값이 가변될 수 있게 한다.For example, when the lamp controller 32 is implemented with the variable resistor 33, the linear charger 10 maintains the variable resistor 33 in the reset state during the linear mode, while the output voltage V OUT is the input voltage V IN ) level and terminates the linear mode, the reset of the variable resistance portion 33 is canceled so that the resistance value can be varied.

이로 인해 리니어 모드에서 스위칭 모드로 전환된 스위칭 구간 초기에 가변 저항부(33)의 내부 저항값이 서서히 증가하고 에러 증폭기(31)로부터 하이레벨의 에러신호(E/A OUT')를 인가받아 가변 저항부(33)의 출력전압이 선형적으로 상승하면서 제어신호(E/A OUT)의 초기 슬로프가 형성될 수 있다.Accordingly, the internal resistance value of the variable resistor unit 33 gradually increases at the beginning of the switching period in which the linear mode is switched to the switching mode, and the error signal E / A OUT ' The initial slope of the control signal E / A OUT can be formed while the output voltage of the resistor 33 linearly increases.

즉 리니어 차저(10)가 리니어 모드에서 모드 전환 제어부(30)의 램프 컨트롤러(32)를 리셋 상태로 잡아주고 있다가 리니어 모드의 종료 시 그 리셋을 해제하여 램프 컨트롤러(32)를 구동하면서 제어신호(E/A OUT)의 레벨을 선형성에 의해 서서히 변화시키는 것이다.The linear charger 10 holds the lamp controller 32 of the mode switching control unit 30 in the reset mode in the linear mode and releases the reset at the end of the linear mode to drive the lamp controller 32, (E / A OUT) is gradually changed by the linearity.

만약 램프 컨트롤러(32)가 구동되지 않으면 스위칭 모드로의 진입 시 비교기(35)로 에러 증폭기(31)의 하이레벨 출력이 직접 인가되어 제어신호(E/A OUT)에 하나의 전압레벨이 단번에(일시에) 설정됨에 따라 PWM 듀티가 급격히 변화하여 과도 응답이 초래된다.If the lamp controller 32 is not driven, a high level output of the error amplifier 31 is directly applied to the comparator 35 when the switching mode is entered, and one voltage level is applied to the control signal E / The PWM duty rapidly changes, resulting in an excessive response.

반면 본 실시예에서는 리니어 모드 중 램프 컨트롤러(32)를 구동하지 않다가 스위칭 모드로의 진입 시 에러 증폭기(31)의 출력(E/A OUT')에 상응하여 PWM 듀티를 제어하기 위한 제어신호(E/A OUT)를 발생하되 이때 램프 컨트롤러(32)의 작동에 의해 제어신호(E/A OUT)에 슬로프를 주어 PWM 듀티를 천천히 변화시키게 된다.On the other hand, in the present embodiment, a control signal for controlling the PWM duty corresponding to the output (E / A OUT ') of the error amplifier 31 when the lamp controller 32 is not driven during the linear mode and enters the switching mode E / A OUT). At this time, a slope is given to the control signal E / A OUT by the operation of the lamp controller 32 to slowly change the PWM duty.

램프 컨트롤러(32)는 스위칭 모드로의 진입 시에 제어신호(E/A OUT)를 하이레벨로 바로 올리지 않고 슬로프를 주어 서서히 올림으로써 스위칭 구간 초기에 비교기(35)에 인가되는 제어신호(E/A OUT)가 완만한 레벨 천이 특성을 갖게 한다.The ramp controller 32 does not directly raise the control signal E / A OUT to the high level at the time of entering the switching mode but gradually raises the slope so that the control signal E / A OUT) has a gentle level transition characteristic.

이에 따라 모드 전환 시에 PWM 듀티의 갑작스런 변화로 인해 순간적으로 전류량이 급격히 증가하여 과도한 돌입전류가 발생하는 것을 막을 수 있다.Accordingly, the sudden change in PWM duty at the time of mode switching can instantaneously increase the amount of current instantaneously, thereby preventing an excessive inrush current from occurring.

전술한 PWM 드라이버(20)는 스위칭 모드에서 비교기(35)로부터 인가되는 PWM 신호(PWM_IN)에 상응하여 설정되는 PWM 듀티에 따라 두 전력 트랜지스터(N1, N2)를 상호 교번적으로 턴 온/오프시키는 스위칭 동작을 수행하여 출력전압(VOUT)을 목표레벨까지 상승시킨다.The PWM driver 20 described above turns on and off the two power transistors N1 and N2 alternately according to the PWM duty set in correspondence with the PWM signal PWM_IN applied from the comparator 35 in the switching mode Performs a switching operation to raise the output voltage (V OUT ) to a target level.

한편 전술한 과전류 방지부(41)를 구현하는 비교기는 인덕터(L)에 흐르는 전류를 감지하여 전류 제한신호(I_LIMIT)를 보내 인덕터(L)에 흐르는 전류를 전류제한값 이하로 제한하게 되는데, 전류제한값의 오차 정도는 비교기의 성능에 의해 좌우된다.Meanwhile, the comparator that implements the overcurrent prevention unit 41 detects the current flowing through the inductor L and transmits the current limit signal I_LIMIT to limit the current flowing in the inductor L to a current limit value or less. The degree of error depends on the performance of the comparator.

고성능 비교기를 사용하면 신호의 비교 및 전달 속도가 빨라서 설계 사양과 거의 동일한 결과값을 제공할 수 있는 반면에 소비전류의 값이 증가하는 문제가 발생한다.The use of high-performance comparators results in faster signal comparisons and propagations, which can provide nearly the same results as the design specifications, while increasing the value of the supply current.

또한 과전류 방지를 위해 사용 가능한 일반적인 구조의 비교기는 보호 기능을 위한 것이기 때문에 정밀한 비교값을 요구하지 않는다. 따라서 일반적인 구조의 비교기를 사용하여 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 흐르는 전류를 제한하게 되면, 신호의 비교 및 전달 시 지연에 의하여 원하는 값보다 더 큰 값의 전류를 제한하게 된다.In addition, since the comparator with a general structure that can be used for overcurrent prevention is for the protection function, a precise comparison value is not required. Therefore, if the current flowing in the inductor L of the DC-DC converter is limited by using a comparator having a general structure, a current value larger than a desired value is limited by a delay in signal comparison and transmission.

이에 본 실시예에서는 모드 전환이 일어나는 구간에서 전술한 바와 같이 에러 증폭기(31)의 출력을 제어하여 선형적인 PWM 듀티 제어를 이루도록 하는 모드 전환 시 선형 제어를 구현함으로써 고성능 비교기를 사용하지 않더라도 인덕터(L)의 전류가 급격히 상승하는 것을 막고, 안정된 모드 전환이 이루어질 수 있게 한다.In this embodiment, linear control is performed in the mode switching mode in which the output of the error amplifier 31 is controlled to achieve linear PWM duty control in the period where the mode switching occurs, so that even if the high performance comparator is not used, ) Is prevented from rising sharply, and stable mode switching can be performed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 동작을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도이다.2 is an exemplary timing diagram for explaining the operation of the soft-start device for a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 2에서, 소프트 스타트 구간(D2)은 크게 리니어 모드로 작동하는 제1 구가간(SS1), 스위칭 모드의 초기 구간인 제2 구간(SS2), 스위칭 모드의 초기 이후 안정화 구간인 제3 구간(SS3)으로 구분된다.2, the soft start section D2 includes a first section SS1 operating in a linear mode, a second section SS2 being an initial section of the switching mode, a third section SS2 serving as a stabilization section after the start of the switching mode, (SS3).

도 2의 (가) 내지 (바)는 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT), 리니어 차저(10)의 출력(LCM), 소프트 스타트 타이머(42)의 출력(SS_T), 전류제한값(Limit_ref), 제어신호(E/A OUT) 및 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 흐르는 전류 변화(Inductor Current)를 각각 나타낸 것이다.2 (a) to 2 (b) show the output voltage V OUT of the DC-DC converter, the output LCM of the linear charger 10, the output SS_T of the soft-start timer 42, ), A control signal (E / A OUT), and a current change (Inductor Current) flowing in the inductor (L) of the DC-DC converter.

각 구간별로 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the soft-start device for the DC-DC converter will be described below for each section.

첫째 제1 구간(SS1)에서는 리니어 차저(10)의 작동에 의해 출력전압(VOUT)이 상승한다.First, in the first section SS1, the output voltage V OUT rises due to the operation of the linear charger 10.

리니어 차저(10)는 부스트 동작을 위해 제1 전력 트랜지스터(N1)와의 전류 미러링에 의해 출력 커패시터(C)의 전류를 공급하여 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT)을 초기레벨로부터 선형적으로 상승시킨다(도 2의 가).The linear charger 10 supplies the current of the output capacitor C by current mirroring with the first power transistor N1 for the boost operation to linearly change the output voltage V OUT of the DC-DC converter from the initial level (Fig. 2 (A)).

이와 같은 리니어 차지 동작 시에 출력전압(VOUT)이 점차 상승하면 제1 전력 트랜지스터(N1)의 Vds 전압이 감소하여 미러링되는 전류량이 감소하게 되는 문제가 발생한다.When the output voltage V OUT gradually increases during the linear charge operation, the voltage V ds of the first power transistor N 1 decreases and the amount of the mirrored current decreases.

이를 방지하기 위해 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 전환이 일어난다.In order to prevent this, switching from the linear mode to the switching mode occurs.

에러 증폭기(31)는 출력전압(VOUT)의 변화를 기초로 스위칭 모드로의 전환을 결정한다.The error amplifier 31 determines the switching to the switching mode based on the change of the output voltage V OUT .

전술한 에러 증폭기(31)는, 예컨대 기준전압(VREF)과 DC-DC 컨버터의 피드백전압(VFB)을 비교하여 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 전환 여부를 결정하고, 스위칭 모드로의 진입을 위한 하이레벨의 에러신호를 발생한다.The above-described error amplifier 31 compares the reference voltage V REF with the feedback voltage V FB of the DC-DC converter to determine whether to switch from the linear mode to the switching mode, A high level error signal is generated.

리니어 차저(10)는 출력전압(VOUT)이 상승하여 입력전압(VIN) 레벨에 거의 도달하는 시점에 스위칭 모드로 전환하기 위해 작동을 종료하고 램프 컨트롤러(32)의 작동을 개시한다.The linear charger 10 terminates its operation to start the operation of the lamp controller 32 to switch to the switching mode at a time point when the output voltage V OUT rises and almost reaches the input voltage V IN level.

일 실시예에서 리니어 차저(10)는 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN)에 도달하기 전까지의 제1 구간(SS1) 동안 램프 컨트롤러(32)에 하이레벨의 리셋신호(LCM)을 출력하여 램프 컨트롤러(32)를 리셋 상태로 잡아둔다(도 2의 나). 이때 리셋신호(LCM)에 의해 램프 컨트롤러(32)가 리셋 상태로 유지되어 제어신호(E/A OUT)는 로우레벨로 나타난다(도 2의 마).In one embodiment, the linear charger 10 outputs a high level reset signal LCM to the lamp controller 32 during the first section SS1 until the output voltage V OUT reaches the input voltage V IN And holds the lamp controller 32 in the reset state (B in Fig. 2). At this time, the reset signal LCM keeps the lamp controller 32 in the reset state and the control signal E / A OUT appears at the low level (Fig. 2E).

둘째 스위칭 모드의 초기 구간인 제2 구간(SS2)이다.And the second section SS2, which is the initial section of the second switching mode.

제2 구간(SS2)은 리니어 모드에서 스위칭 모드로 전환될 때 발생 가능한 순간적인 돌입전류를 막기 위한 구간이다.The second section SS2 is a section for preventing a momentary inrush current that may occur when the linear mode is switched to the switching mode.

전술한 리니어 모드 동안 비교기(35)로 인가되는 제어신호(E/A OUT)가 로우레벨임에 따라 PWM 듀티는 최저 듀티로 제어된다.The PWM duty is controlled to the lowest duty as the control signal E / A OUT applied to the comparator 35 during the above-described linear mode is at the low level.

시간이 지나 리니어 차저(10)의 작동으로 인해 출력전압(VOUT)이 입력전압(VIN) 레벨에 도달하면 리니어 차저(10)의 출력이 로우레벨이 된다(도 2의 나). 이때 모드 전환 제어부(30) 내 램프 컨트롤러(32)의 리셋이 풀리게 되고, 램프 컨트롤러(32)가 리셋 상태에서 벗어나 작동을 개시하게 된다.When the output voltage V OUT reaches the input voltage V IN level due to the operation of the linear charger 10 over time, the output of the linear charger 10 becomes low level (B in FIG. 2). At this time, the reset of the lamp controller 32 in the mode switching control unit 30 is released, and the lamp controller 32 is released from the reset state to start the operation.

이에 따라 제어신호(E/A OUT)에 신호레벨이 선형적으로 증가되는 초기 슬로프가 형성된다(도 2의 마).
리니어 차저(10)가 리니어 모드 동안 모드 전환 제어부(30)의 램프 컨트롤러(32)를 리셋 상태를 유지하고 있다가, 리니어 모드가 종료되면 그 리셋을 해제하여 램프 컨트롤러(32)를 작동시킴으로써 제어신호의 초기 슬로프가 형성되도록 하는 것이다.
As a result, an initial slope is formed in which the signal level linearly increases in the control signal E / A OUT (FIG.
The linear charger 10 maintains the reset state of the lamp controller 32 of the mode switching control unit 30 during the linear mode and releases the reset when the linear mode is ended to operate the lamp controller 32, So that an initial slope of the slope is formed.

램프 컨트롤러(32)가 가변 저항부(33)로 구현된 경우 리셋이 해제됨에 따라 저항값은 0Ω에서부터 선형적으로 증가한다. 따라서 램프 컨트롤러(32)의 출력전압이 서서히 상승하게 되고, 비교기(35)의 동작이 최저 듀티 제어로부터 서서히 풀리면서 듀티를 완만하게(smoothly) 증가시키게 된다.When the lamp controller 32 is embodied as the variable resistance portion 33, the resistance value increases linearly from 0 OMEGA as the reset is released. Accordingly, the output voltage of the lamp controller 32 gradually rises, and the operation of the comparator 35 gradually loosens from the minimum duty control to increase the duty smoothly.

일 실시예에서 제어신호(E/A OUT)는 제2 구간(SS2)의 시작 시에 0[V]로 시작되어 저항값의 변화에 따라 제2 구간(SS2) 동안 선형으로 증가한다(도 2의 마). 이후 저항값이 MΩ(Mega Ohm) 단위까지 증가하게 되면, 램프 컨트롤러(32)는 하이 임피던스 상태가 되어 램프 컨트롤러(32)에 의한 강제적인 듀티 제어가 불가능해져 제3 구간(SS3)으로 넘어가게 된다.In one embodiment, the control signal E / A OUT starts at 0 [V] at the beginning of the second section SS2 and increases linearly during the second section SS2 as the resistance value changes Of the. Then, when the resistance value increases to the unit of M? (Mega Ohm), the lamp controller 32 becomes the high impedance state, and forced duty control by the lamp controller 32 becomes impossible, and the control goes to the third section SS3 .

램프 컨트롤러(32)는 스위칭 모드 초기에 해당하는 제2 구간(SS2) 동안 제어신호(E/A OUT)의 초기 슬로프를 형성하여 제어신호(E/A OUT)의 초기 슬로프에 응답하여 PWM 듀티가 최저 듀티에서 최대 듀티로 서서히 증가되도록 제어한다.The ramp controller 32 forms an initial slope of the control signal E / A OUT during the corresponding second section SS2 in the beginning of the switching mode so that the PWM duty is reduced in response to the initial slope of the control signal E / And gradually increases from the lowest duty to the maximum duty.

이와 같은 램프 컨트롤러(32)의 선형적 PWM 듀티 제어에 의해 모드 전환 구간에서 인덕터(L) 전류의 급격한 상승을 방지할 수 있다(도 2의 바, D1).The linear PWM duty control of the lamp controller 32 prevents the inductor L from abruptly rising in the mode switching period (D1 in FIG. 2).

셋째 스위칭 모드의 초기 이후 안정화 구간인 제3 구간(SS3)이다.Third is the third period SS3 which is the stabilization period after the start of the switching mode.

제3 구간(SS3)에서 제어신호(E/A OUT)는 초기 슬로프를 지나 하이레벨로 안정화된다.In the third period SS3, the control signal E / A OUT is stabilized to a high level after the initial slope.

제어신호(E/A OUT)의 초기 슬로프 이후의 제3 구간(SS3)에서는 에러 증폭기(31)의 네거티브 피드백에 의해 PWM 듀티가 정상 제어된다.The PWM duty is normally controlled by the negative feedback of the error amplifier 31 in the third section SS3 after the initial slope of the control signal E / A OUT.

즉 제3 구간(SS3)에서 비교기(35)는 스위칭 모드 초기 이후 슬로프를 지나 하이레벨로 안정화된 제어신호(E/A OUT)를 기초로 PWM 듀티를 제어하여 출력전압(VOUT)이 목표레벨까지 상승되도록 한다(도 2의 마, 가).That is, in the third period SS3, the comparator 35 controls the PWM duty based on the control signal E / A OUT stabilized at the high level after passing through the slope after the start of the switching mode so that the output voltage V OUT becomes the target level (Fig. 2 (a) and (b)).

제2 구간(SS2)에서는 선형적인 PWM 듀티 제어에 의해 급격한 듀티 변화를 제한하여 자연스럽게 전류 제한을 이루는 것에 비해, 제3 구간(SS3)에서는 과전류 방지부(41)의 작동에 의해 전류 제한이 이루어진다.In the second section SS2, the linear duty PWM control limits the abrupt duty change to naturally make the current limit. In the third section SS3, the current limiting is performed by the operation of the overcurrent prevention section 41. [

과전류 방지부(41)는 스위칭 모드 동안 작동하여 전류제한값(Limit_ref)을 기준으로 DC-DC 컨버터의 전류를 제한한다(도 2의 라).The overcurrent prevention unit 41 operates during the switching mode to limit the current of the DC-DC converter based on the current limit value Limit_ref (FIG.

제3 구간(SS3)에서는 스위칭 모드로 구동이 진행되며, 소프트 스타트 구간(D2) 내에서는 과전류 방지부(41)에서 설정한 낮은 전류제한값(Limit_ref)을 가지게 되어 과도 전류로부터 내부 회로 및 외부 소자를 보호할 수 있다.In the third section SS3, driving is performed in the switching mode. In the soft start section D2, the low current limit value Limit_ref set by the overcurrent prevention section 41 is provided, Can be protected.

즉 소프트 스타트 구간(D2)의 전류제한값(Limit_ref)은 소프트 스타트 구간(D2) 이후의 정상 동작 구간에 비해 작게 설계하여 급격한 전류의 제공을 억제하도록 설계한다(도 2의 라).That is, the current limit value (Limit_ref) of the soft start section D2 is designed to be smaller than the normal operation section after the soft start section D2 so as to suppress abrupt current supply (FIG.

스위칭 동작에 의해 출력전압(VOUT)이 목표레벨까지 상승하는 중에 원하는 전류제한값(Limit_ref)보다 큰 전류가 흐르게 될 경우에는 과전류 방지부(41)에서 출력하는 전류 제한신호(I_LIMIT)에 의해 PWM 듀티가 제어된다.When a current larger than a desired current limit value Limit_ref flows during the rise of the output voltage V OUT to the target level by the switching operation, the current limit signal I_LIMIT outputted from the overcurrent prevention unit 41 causes the PWM duty Is controlled.

소프트 스타트 구간(D2) 이후에는 전류제한값(Limit_ref)을 더 큰 값으로 변경하여 정상 동작 구간에서의 전류 구동 능력에 영향이 미치지 않도록 한다.After the soft start period (D2), the current limit value (Limit_ref) is changed to a larger value so as not to affect the current driving capability in the normal operation period.

소프트 스타트 타임은 소프트 스타트 타이머(42)의 출력(SS_T)에 의해 결정될 수 있다(도 2의 다).The soft-start time can be determined by the output SS_T of the soft-start timer 42 (Fig. 2).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 효과를 비교 설명하기 위한 참조 타이밍도이다.3 is a reference timing diagram for comparing and illustrating effects of the soft-start device for a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (가) 내지 (마)는 램프 컨트롤러(32)가 구동되지 않는 경우 DC-DC 컨버터의 출력전압(VOUT), 소프트 스타트 타이머(42)의 출력(SS_T), 전류제한값(Limit_ref), 에러 증폭기(31)의 출력(E/A OUT') 및 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 흐르는 전류 변화(Inductor Current)를 나타낸 것이다.3A through 3E show the output voltage V OUT of the DC-DC converter, the output SS_T of the soft-start timer 42, the current limit value Limit_ref when the lamp controller 32 is not driven, The output (E / A OUT ') of the error amplifier 31, and the current change (Inductor Current) flowing in the inductor L of the DC-DC converter.

리니어 모드 동안에는 램프 컨트롤러(32)가 구동되지 않고 에러 증폭기(31)의 출력(E/A OUT')이 로우레벨로 나타난다. PWM 듀티는 최저 듀티로 제어된다.During the linear mode, the lamp controller 32 is not driven and the output (E / A OUT ') of the error amplifier 31 appears at a low level. The PWM duty is controlled to the lowest duty.

스위칭 모드 진입 시에는 에러 증폭기(31)가 피드백전압(VFB)과 기준전압(VREF) 간의 차이를 증폭하여 출력하며 비교기(35)는 에러 증폭기(31)의 출력(E/A OUT')에 의거하여 PWM 듀티를 제어함으로써 원하는 출력전압(VOUT)을 생성하게 된다.The error amplifier 31 amplifies and outputs the difference between the feedback voltage V FB and the reference voltage V REF and the comparator 35 outputs the output E / A OUT 'of the error amplifier 31, The PWM duty is controlled to generate the desired output voltage V OUT .

이때 스위칭 모드로 진입하는 초기 구간에서 에러 증폭기(31)의 하이레벨 출력(E/A OUT')이 비교기(35)에 인가되면 그 결과 최저 듀티 제어에서 최대 듀티 제어로 급격하게 전환되어 최대 듀티 제어가 이루어지며 이는 인덕터(L)의 전류를 급격하게 상승시키게 된다(도 3의 다, D3).At this time, when the high level output (E / A OUT ') of the error amplifier 31 is applied to the comparator 35 in the initial period of entering the switching mode, the result is suddenly switched from the minimum duty control to the maximum duty control, Which rapidly increases the current of the inductor L (Fig. 3, D3).

본 실시예에서는 이러한 점에 착안하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호(E/A OUT)를 발생하고 스위칭 모드 초기에 해당 슬로프의 선형성에 기반하여 최저 듀티 제어에서 최대 듀티 제어로 완만하게 전환되도록 제어한다.In this embodiment, the control signal E / A OUT having the initial slope is generated in consideration of this point, and is controlled to be gently switched to the maximum duty control at the lowest duty control based on the linearity of the slope at the beginning of the switching mode.

이러한 선형적인 PWM 듀티 제어는 실질적으로 스위칭 모드로 진입하는 초기 구간에 해당하는 아주 짧은 시간 내에 이루어져 모드 전환 시점에 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 흐르는 전류를 자연스럽게 제한한다(도 2의 바, D1). 스위칭 모드 초기 이후의 구간에서는 과전류 방지부(41)에 의해 인덕터(L)의 전류가 제한된다.This linear PWM duty control is performed within a very short time corresponding to the initial period of entering the switching mode and naturally restricts the current flowing in the inductor L of the DC-DC converter at the mode switching time (see FIG. 2, D1). The current of the inductor L is limited by the overcurrent prevention unit 41 in the period after the beginning of the switching mode.

예를 들어 리니어 구간 및 스위칭 구간을 포함하는 소프트 스타트 구간(D1)이 수 ms로 설정된다면, 전술한 선형적인 PWM 듀티 제어는 모드 전환 시점의 100㎲ 구간(SS2) 내에 이루어진다.For example, if the soft-start period D1 including the linear period and the switching period is set to several ms, the above-described linear PWM duty control is performed within the 100s section SS2 of the mode switching time.

이에 따라 소프트 스타트 타임을 늘리지 않고도 모드 전환 시점에서의 돌입전류를 효과적으로 제한할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to effectively limit the inrush current at the mode switching time without increasing the soft start time.

본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The configuration of the soft-start device for a DC-DC converter according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

L: 인덕터, C: 출력 커패시터,
N1, N2: 전력 트랜지스터, 10: 리니어 차저,
20: PWM 드라이버, 30: 모드 전환 제어부,
31: 에러 증폭기, 32: 램프 컨트롤러,
33: 가변 저항부, 34: 버퍼,
35: 비교기, 41: 과전류 방지부,
42: 소프트 스타트 타이머
L: Inductor, C: Output capacitor,
N1, N2: power transistor, 10: linear charger,
20: PWM driver, 30: Mode switching control section,
31: error amplifier, 32: lamp controller,
33: variable resistor section, 34: buffer,
35: comparator, 41: overcurrent prevention part,
42: Soft start timer

Claims (9)

리니어 모드에서 전류를 공급하여 DC-DC 컨버터의 출력전압을 초기레벨로부터 선형적으로 상승시키는 리니어 차저;
스위칭 모드에서 PWM 듀티에 따라 스위칭 동작을 수행하여 상기 출력전압을 목표레벨까지 상승시키는 PWM 드라이버;
리니어 모드에서 스위칭 모드로의 진입 여부를 결정하고 스위칭 모드에서 제어신호를 기초로 상기 PWM 듀티를 제어하되, 초기 슬로프(slope)를 갖는 제어신호를 발생시켜 스위칭 모드 초기에 상기 슬로프에 응답하여 상기 PWM 듀티가 서서히 증가되도록 유도하는 모드 전환 제어부; 및
스위칭 모드 동안 전류제한값을 기준으로 상기 PWM 듀티를 제어하여 상기 DC-DC 컨버터의 전류를 제한하는 과전류 방지부를 포함하되,
상기 리니어 차저는 리니어 모드 동안 상기 모드 전환 제어부를 리셋 상태로 유지하고, 리니어 모드가 종료되면 상기 슬로프를 형성하기 위해 상기 모드 전환 제어부의 리셋을 해제하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치.
A linear charger that supplies current in a linear mode to linearly raise an output voltage of the DC-DC converter from an initial level;
A PWM driver for performing a switching operation according to a PWM duty in a switching mode to raise the output voltage to a target level;
Wherein the PWM control circuit controls the PWM duty based on a control signal in a switching mode and generates a control signal having an initial slope so as to generate a control signal in response to the slope in the initial stage of the switching mode, A mode switching control unit for inducing the duty to be gradually increased; And
And an over-current prevention unit for limiting the current of the DC-DC converter by controlling the PWM duty based on a current limit value during a switching mode,
Wherein the linear charger maintains the mode switching control unit in a reset state during the linear mode and releases the reset of the mode switching control unit to form the slope when the linear mode ends.
제1항에 있어서, 상기 모드 전환 제어부는,
리니어 모드 동안 상기 PWM 듀티를 최저 듀티로 제어하고,
스위칭 모드 초기에 상기 슬로프에 상응하여 상기 PWM 듀티가 최저 듀티에서 최대 듀티로 서서히 증가되도록 제어하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치.
2. The apparatus according to claim 1,
Controls the PWM duty to the lowest duty during the linear mode,
And controls the PWM duty to gradually increase from a minimum duty to a maximum duty corresponding to the slope at an initial stage of the switching mode.
제1항에 있어서, 상기 모드 전환 제어부는,
기준전압과 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압으로부터 얻어지는 피드백전압 간의 차이를 기초로 스위칭 모드로 전환하기 위한 에러신호를 발생하는 에러 증폭기;
상기 에러 증폭기에서 출력되는 에러신호에 응답하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 발생하는 램프 컨트롤러; 및
스위칭 모드에서 상기 DC-DC 컨버터의 전류 감지신호 및 램프신호의 합산신호와 상기 램프 컨트롤러로부터 출력되는 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 기초로 PWM 듀티를 제어하는 비교기를 포함하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치.
2. The apparatus according to claim 1,
An error amplifier for generating an error signal for switching to a switching mode based on a difference between a reference voltage and a feedback voltage obtained from an output voltage of the DC-DC converter;
A ramp controller for generating a control signal having an initial slope in response to an error signal output from the error amplifier; And
And a comparator for controlling a PWM duty based on a sum signal of the current sense signal and the ramp signal of the DC-DC converter in a switching mode and a control signal having an initial slope output from the ramp controller, Device.
제3항에 있어서, 상기 램프 컨트롤러는,
상기 에러 증폭기의 출력단과 접지단 사이에 접속되어 스위칭 모드 초기에 내부 저항값을 선형적으로 증가시켜 상기 제어신호에 초기 슬로프를 형성하는 가변 저항부를 포함하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치.
The lamp controller according to claim 3,
And a variable resistor connected between the output terminal and the ground terminal of the error amplifier to linearly increase the internal resistance value at the beginning of the switching mode to form an initial slope in the control signal.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 과전류 방지부의 전류제한값을 설정하여 소프트 스타트 타임을 결정하는 소프트 스타트 타이머를 더 포함하고,
상기 과전류 방지부는 상기 DC-DC 컨버터에서 피드백되는 전류 감지신호가 전류제한값에 도달할 경우 전류 제한신호를 발생하여 상기 PWM 듀티를 제어하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a soft start timer for determining a soft start time by setting a current limit value of the overcurrent prevention unit,
Wherein the overcurrent prevention unit generates a current limit signal when the current sense signal fed back from the DC-DC converter reaches a current limit value to control the PWM duty.
리니어 모드에서 전류를 공급하여 DC-DC 컨버터의 출력전압을 초기레벨로부터 선형적으로 상승시키는 단계;
상기 출력전압의 변화를 기초로 리니어 모드에서 스위칭 모드로의 진입 여부를 결정하는 단계;
스위칭 모드로의 진입 시에 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 발생하는 단계;
스위칭 모드 초기에 상기 슬로프에 응답하여 PWM 듀티가 서서히 증가되도록 제어하는 단계;
스위칭 모드 초기 이후 상기 슬로프를 지나 하나의 전압레벨로 안정화된 제어신호를 기초로 상기 PWM 듀티를 제어하여 상기 출력전압을 목표레벨까지 상승시키는 단계; 및
스위칭 모드 동안 전류제한값을 기준으로 상기 PWM 듀티를 제어하여 상기 DC-DC 컨버터의 전류를 제한하는 단계를 포함하되,
리니어 모드 동안 리셋 상태를 유지하고, 리니어 모드가 종료되면 상기 슬로프를 형성하기 위해 리셋을 해제하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 소프트 스타트 방법.
Linearly increasing an output voltage of the DC-DC converter from an initial level by supplying current in a linear mode;
Determining whether to enter the switching mode in the linear mode based on the change in the output voltage;
Generating a control signal having an initial slope upon entering the switching mode;
Controlling the PWM duty to be gradually increased in response to the slope at the beginning of the switching mode;
Controlling the PWM duty based on a control signal stabilized at one voltage level past the slope after the beginning of the switching mode to raise the output voltage to a target level; And
Limiting the current of the DC-DC converter by controlling the PWM duty based on a current limit value during a switching mode,
Wherein the reset state is maintained during the linear mode, and when the linear mode is terminated, the reset is released to form the slope.
제7항에 있어서,
스위칭 모드로의 진입 시에 기준전압과 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압으로부터 얻어지는 피드백전압 간의 차이를 기초로 스위칭 모드로 전환하기 위한 에러신호를 발생한 후, 상기 에러신호에 응답하여 초기 슬로프를 갖는 제어신호를 발생하고,
스위칭 모드 초기에 상기 DC-DC 컨버터의 전류 감지신호 및 램프신호의 합산신호와 초기 슬로프를 갖는 상기 제어신호를 기초로 PWM 듀티를 제어하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 소프트 스타트 방법.
8. The method of claim 7,
Generating an error signal for switching to a switching mode based on a difference between a reference voltage and a feedback voltage obtained from an output voltage of the DC-DC converter upon entering the switching mode, Signal,
And the PWM duty is controlled based on the control signal having the initial slope and the sum signal of the current sense signal and the ramp signal of the DC-DC converter at the beginning of the switching mode.
제8항에 있어서,
스위칭 모드 초기에 내부 저항값을 선형적으로 증가시켜 상기 저항값에 따라 출력되는 제어신호에 초기 슬로프가 형성되도록 하는 DC-DC 컨버터용 소프트 스타트 장치의 소프트 스타트 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the initial slope is formed in a control signal output according to the resistance value by linearly increasing the internal resistance value at the beginning of the switching mode.
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