KR20010030202A - 제어 출력 임피던스를 갖는 전류 모드 직류/직류 컨버터 - Google Patents

제어 출력 임피던스를 갖는 전류 모드 직류/직류 컨버터 Download PDF

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Abstract

DC/DC 컨버터는 출력 전압을 갖고 출력 전류를 부하에 소스시킨다. DC/DC 컨버터는 기준 입력 및 서밍 입력을 갖는 에러 증폭기를 포함한다. 기준 입력은 기준 전압에 전기적으로 연결된다. 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류에 전기적으로 연결된다. 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류를 함께 가산하기 위해 구성된다. 에러 증폭기는 에러 신호를 발생하고 적어도 부분적으로 출력 전압 및 출력 전류에 따라 좌우되는 에러 신호를 조정한다. 비교기는 에러신호를 수신한다. 비교기는 전압 램프 신호에 전기적으로 연결된 램프 입력을 갖는다. 비교기는 적어도 부분적으로 상기 에러 입력에 기초한 출력 신호를 발생한다. 전원 스위치는 온 및 오프 상태를 갖고, 온 상태일 때 직류 전류를 부하에 공급한다. 전원 스위치는 비교기 출력 신호에 전기적으로 연결된 제어 입력을 갖는다.

Description

제어 출력 임피던스를 갖는 전류 모드 직류/직류 컨버터{CURRENT MODE DC/DC CONVERTER WITH CONTROLLED OUTPUT IMPEDANCE}
본 발명은 전류 모드 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.
CPU의 복잡성 및 클록 속도가 계속해서 증가할 때, 동작 전압을 CPU에 공급하는 전원(DC/DC 컨버터)에 대한 수요가 훨씬 더 커진다. 통상적으로, CPU의 동작 전압은 CPU를 적당하게 동작할 수 있도록 상대적으로 타이트한 허용오차로 구체화된다. CPU 동작 전압에 대한 타이트한 허용오차는 CPU 클록 및 CPU 버스 속도가 증가함에 따라 더욱 좁아지고, CPU 동작 전압은 감소한다. CPU 동작 전압에 대한 허용할 수 있는 허용오차내에서의 감소는 결국 동작 전압을 CPU로 공급하는 전원 조정 (명세)사항의 증가를 초래해 왔다. CPU에 의해 유도된 전류는 일반적으로 실질적인 크기의 빈번한 변동 및 급속한 변화를 수행한다. 예를 들면, CPU가 전원으로 부터 유도한 전류는 10-75 A/㎲정도의 차이로 변동한다. 실질적인 전류량에 대한 이러한 빈번하게 변동하고 급속하게 변화하는 수요를 과부하라고 한다. 이런 지나친 과부하는 전원의 전압 출력에 대해 상응하는 과전압을 일으키고, 이로 인해 전원이 타이트한 전원 조정 사항에 따르기가 매우 어렵게 된다. 많은 전원들은 이런 크고 빠른 과부하 효과를 줄이기 위해 매우 큰 커패시터를 구성하고, 이로 인해 전원의 출력 전압에 대한 상응하는 결과적인 과전압을 수용가능한 레벨로 줄인다. 그러나, 큰 커패시터의 이용으로 전원의 비용, 크기, 및 중량에 상당한 영향을 준다.
전원 출력 전압에 대한 주어진 과부하 효과를 줄이기 위해 필요한 커패시터의 수 및 크기를 줄이기 위해, "수하"와 같은 기술이 이용된다. 정상적으로, 전원은 본질적으로 부하 전류에 따라 좌우되는 출력 전압을 갖기 위해 설계된다. 그러나, 전원이 높은 과부하 환경에서 타이트한 조정 사항에 따라야 할 경우에 있어서, 전원의 출력 임피던스를 주의깊게 제어 및/또는 조정하는데 이점이 있고, 이로 인해 전원 출력 전압이 부하에 의해 수요되거나 부하에 공급되는 전류의 증가에 응답하는 선결된 양에 의해 감소하게 된다.
종래의 전류-모드 DC/DC 컨버터에 있어서, DC/DC 컨버터의 듀티 싸이클은 소정의 출력 전압을 유지하기 위해 부-귀환 전압 루프에 의해 변조된다. 귀환 전압 루프는 전원의 출력 임피던스에서 "수하"량을 결정하는 DC 전압 이득을 갖는다. 그러므로, 귀환 루프의 DC 전압 이득이 상대적으로 적은 수하량을 달성하기 위해 상대적으로 낮게 설계되고, 이로 인해 CPU에 공급된 동작 전압에 대한 타이트한 허용오차에 따르기 위해 실질적인 정도의 전압 조정을 유지한다.
그러나, 귀환 루프에서 낮은 DC 이득으로 인해 결국 컨버터의 출력 전압에서 상응하는 에러에 반영되는 DC/DC 컨버터내의 전압의 임의의 변동 또는 오프셋을 초래한다. 이 문제에 대해 알려진 유일한 해결책은 DC/DC 컨버터내에 저-오프셋 전압 및/또는 정밀한 내부 전압을 달성하기 위해 타이트한 허용오차를 갖는 컴포넌트를 이용하는 정밀한 회로를 설계하는 것이다. 그런 정밀한 회로의 포함은 실질적으로 컨버터의 비용 및 복잡성에 영향을 준다.
그러므로, 필요로 되는 것은 높은 과부하 환경에서 전압 조정을 유지하는 컨버터이다.
본 발명은
(a) 기준 입력 및 서밍 입력을 갖는 에러 증폭기;
상기 기준 입력은 기준 전압에 전기적으로 연결되고, 상기 서밍 입력은 DC/DC 컨버터의 각각의 출력 전압 및 출력 전류에 전기적으로 연결되며, 상기 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류를 함께 가산하기 위해 구성되고, 상기 에러 증폭기는 에러 신호를 발생하고 적어도 부분적으로 출력 전압 및 출력 전류에 따라 좌우되는 상기 에러 신호를 조정하기 위해 구성되며,
(b) 상기 에러 신호를 수신하는 비교기; 및
상기 비교기는 전압 램프 신호에 전기적으로 연결된 램프 입력을 가지며, 상기 비교기는 비교기 출력 신호를 갖고, 상기 비교기 출력 신호는 적어도 부분적으로 상기 에러 입력에 기초하며,
(c) 온 및 오프 상태를 갖는 전원 스위치를 포함하며,
상기 전원은 상기 온 상태일 때 직류 전류를 부하에 공급하기 위해 구성되고, 상기 전원 스위치는 상기 비교기 출력 신호에 전기적으로 연결된 제어 입력을 가지며, 상기 전원 스위치는 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전류를 조정하도록 상기 온 상태 및 상기 오프 상태간 변화를 시키기 위해 상기 비교기 출력 신호에 응답하고, 출력 전압을 갖고 출력 전류를 부하에 소스시키는 DC/DC 컨버터를 포함한다.
게다가, 필요로 되는 것은 높은 과부하 환경에서 전압 조정을 유지하기 위해 큰 커패시터에 좌우되지 않는 컨버터이고, 제조 비용이 더 싸고, 크기가 더 작으며, 중량이 더 가벼운 것이다.
더욱이, 필요로 되는 것은 정밀 회로를 이용하지 않고서도 높은 과부하 환경에서 전압 조정을 달성하는 컨버터이고, 덜 복잡하고 제조 비용이 더 싼 것이다.
본 발명은 제어된 출력 임피던스를 갖고 과부하에 상응하는 출력 전압에서 제어된 수하를 위해 제공하는 DC/DC 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 출력 전류를 갖는 DC/DC 컨버터의 출력 전압에서 수하를 제공하는 방법으로서,
(a) 출력 전류를 나타내는 출력 전류 신호를 결정하기 위해 출력 전류를 감지하는 단계;
(b) 추가로 출력 전압을 나타내는 출력 전압 신호를 결정하기 위해 출력 전압을 감지하는 단계;
(c) 상기 출력 전류 신호 및 상기 출력 전압 신호를 서밍하고 이로 인해 전압 귀환 신호를 결정하는 단계;
(d)에러 신호를 결정하기 위해 기준 전압과 상기 전압 귀환 신호를 비교하는 단계;
(e)추가로 램프 전압 신호와 상기 에러 신호를 비교하고 이로 인해 전류 제어 신호를 결정하는 단계; 및
(f) 적어도 부분적으로 상기 전류 제어 신호를 기초한 출력 전압을 제어하는 단계를 포함하는 수하 제공 방법을 포함한다.
편리하게도, 본 발명은 그중 한 형태에 있어서 출력 전압을 갖고 출력 전류를 부하에 소스시키는 DC/DC 컨버터를 포함한다. DC/DC 컨버터는 기준 입력 및 서밍 입력을 갖는 에러 증폭기를 포함한다. 기준 입력은 기준 전압에 전기적으로 연결된다. 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류에 전기적으로 연결된다. 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류를 함께 가산하기 위해 구성된다. 에러 증폭기는 에러 신호를 발생하고, 적어도 부분적으로 출력 전압 및 출력 전류에 따라 좌우되는 에러 신호를 조정한다. 비교기는 에러신호를 수신한다. 비교기는 전압 램프 신호에 전기적으로 연결된 램프 입력을 갖는다. 비교기는 적어도 부분적으로 상기 에러 입력에 기초한 출력 신호를 발생한다. 전원 스위치는 온 및 오프 상태를 갖고, 온 상태일 때 직류 전류를 부하에 공급한다. 전원 스위치는 비교기 출력 신호에 전기적으로 연결된 제어 입력을 갖는다. 전원 스위치는 온 및 오프 상태사이를 변동시키기 위해 제어 입력에 응답하고 이로 인해 DC/DC 컨버터의 출력 전류를 조정한다.
본 발명의 이점은 과부하에 응답하여 컨버터의 출력 전압에서 수하가 제어되고 감소되는 것이다.
본 발명의 또 하나의 이점은 높은 과부하 환경에서 출력 전압의 조정을 유지하기 위해 다수의 큰 커패시터가 필요없다는 것이고, 그러므로 본 발명은 종래의 DC/DC 컨버터보다 제조 비용이 더 싸고, 중량이 가벼우며, 크기가 더 작다.
본 발명의 추가 이점은 내부 기준 및 오프셋 전압에서 본질적으로 에러에 영향을 받지 않는다는 것이다.
도 1A는 부하가 인가되고 나서 제거될 때 종래의 컨버터는 어떻게 수하(droop)하는 가를 도시하는 한 쌍의 그래프를 포함한다;
도 1B는 부하가 인가되고 나서 제거될 때 본 발명은 어떻게 수하하는 가를 도시하는 한 쌍의 그래프를 포함한다;
도 2는 종래의 컨버터의 개략도이다;
도 3은 본 발명의 제어된 출력 임피던스를 갖는 전류 모드 DC/DC 컨버터의 한 실시예의 개략도이다;
도 4A 및 4B는 도 3의 서밍 회로의 예들을 나타낸다;
이에 상응하는 참고 부호는 도면 전반에 걸쳐 상응하는 부분을 나타낸다. 여기에 설정된 예증은 한 형태에 있어서 본 발명의 하나의 바람직한 실시예를 나타내며, 본 발명은 그런 예증에 국한하지 않는다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10:종래의 DC/DC 컨버터 28:에러 증폭기 116:비교기
12:SR 래치 30:노드(VREF) 118:다이오드
14:전원 스위치 32:노드 120:인덕터
16:비교기 35:감산 회로 121:부하커패시터
18:다이오드 36:신호 상태 블록 122:부하
20:인덕터 100:전류 모드 DC/DC 컨버터 124:전류 센서
22:부하 112:SR 래치 126:노드
24:전류 센서 114:전원 스위치 128:에러 증폭기
26:모드(VFB)
도 1A에 있어서, 종래의 컨버터의 출력 전압에 대한 과부하 효과가 도시된다. 컨버터의 타깃 무-부하 출력 전압은 VTARGET1이다. 컨버터의 실제 무-부하 출력 전압은 V1A이다. 도 1A의 경우에 있어서, VTARGET1은 의도적으로 V1A와 같게 설정된다. 과부하 전류가 시간 T1A에서 발생하고, 이로 인해 컨버터 출력 전압에서 동시에 이에 상응하는 수하가 VTARGET1이하의 레벨로 발생한다. 부하 전류에 대한 수요가 T1A+1에서 줄어들 때, 컨버터 출력 전압에서 VTARGET1이상의 레벨로 동시에 이에 상응하는 스파이크가 관측된다.
도 1B에 있어서, VTARGET2의 타깃 무-부하 출력 전압을 갖는 컨버터에 대한 도 1에 도시된 바와 같은 과부하 전류의 효과가 도시된다. 그러나, 도 1B의 경우에 있어서, 컨버터의 실제 무-부하 출력 전압 V1B는 VTARGET2보다 훨씬 더 큰 선결된 양이 되도록 의도적으로 설정된다. 의도적으로 VTARGET2보다 훨씬 더 큰 선결된 양 V1B를 설정함으로써, 시간 T1B에서 과부하는 컨버터 출력 전압에서 더 작은 크기의 수하를 발생한다. 더욱 특히, 도 1B의 출력 전압의 수하는 도 1A에서 관측된 컨버터 출력 전압의 수하의 겨우 절반 크기이다. 따라서, 주어진 과부하 및 컨버터 출력 커패시턴스의 고정된 양에 대해, 디자이너는 타깃 무-부하 출력 전압보다 훨씬 더 큰 선결된 양이 되도록 컨버터의 실제 무-부하 출력 전압을 설정함으로써 컨버터의 출력 전압에서 수하량의 절반으로 감소시킬 수 있다. 선택적으로, 컨버터 출력 커패시턴스의 양은 타깃 무-부하 전압보다 훨씬 더 큰 선결된 양이 되도록 컨버터의 실제 무-부하 출력 전압을 설정함으로써 똑같이 주어진 과부하에 응답하여 컨버터 출력 전압에서 주어진 수하의 양을 유지하면서 극적으로 줄어든다.
도 2에 있어서, 종래 전류-모드 DC/DC 컨버터(10)의 동작이 도시된다. 일정-주파수 신호 CLK는 SR-래치(12)를 설정하고 일정-주파수 신호 CLK의 매 싸이클마다 한 번씩 전원 스위치(14)를 켠다. 전원 스위치(14)는 비교기(16)의 출력에 의해 결정된 바와 같이 CLK 신호의 일부(fraction)의 싸이클("듀티 싸이클"로 알려짐)에 대해 온으로 남아있다. 전원 스위치(14)의 "오프-타임" 동안, 다이오드(18)는 전류를 인덕터(20)를 통해 부하(22)로 흐르게 한다. 선택적인 구성에서, 다이오드(18)는 전원 스위치(14)에 상보적인 방법으로 제어되는 제 2 전원 스위치(도시되지 않음)로 대체된다. 그런 구성은 동기 정류로 알려져 있다.
DC/DC 컨버터(10)의 듀티 싸이클은 부하(22)를 통과하는 소정의 출력 전압 VOUT를 유지하기 위해 부-귀환 전압 루프에 의해 변조된다. 전류-모드 컨버터(도 2에서 처럼)에서, 감지된 전류를 제어함으로써 간접적인 방법으로 출력 전압 조정이 이루어 진다. 전원 스위치(14)를 통과하는 전류가 전류 센서(24), 및 전류 센서(24)에 의해 감지된 전류에 비례하는 신호 VISENSE에 의해 감지 및 제어된다. 그러나, 대신에 인덕터(20)를 통과하는 전류 또는 다이오드(18)를 통과하는 전류가 감지될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
출력 전압 조정을 달성하기 위해, 노드(26)에서 전압 VFB를 발생시키기 위해 R1및 R2에 의해 형성된 분압기에 의해 출력 전압 VOUT이 감지되고 아래로 분할된다. 에러 증폭기(28)는 VFB및 노드(30)의 전압 기준 VREF간 차이를 증폭시키고, 노드(32)의 에러 전압 VERROR를 발생시킨다. 따라서, 노드(26)에서의 전압 VFB가 VREF와 같게 하는 전원 스위치(14) 듀티 싸이클을 달성하는데 필요로 될 때 에러 증폭기(28)는 노드(30)에서 VERROR전압을 조정한다. 감산 회로(35)는 VISENSE를 VERROR로 부터 감산한다. 전류 센서(24)에 의해 감지된 전류가 VISENSE의 형성에 있어서 VERROR로 부터 감산되기 때문에, 에러 증폭기(28)는 또한 소정의 듀티 싸이클을 발생시키기 위해 노드(32)에서의 VERROR를 VISENSE와 일치하게 조정한다. 이것은 전류 센서(24)에 의해 감지된 전류의 효과적인 제어 또는 프로그래밍의 원인이 된다. 신호 상태 블록(36)의 이득에 따라, 노드(32)에서의 VERROR신호는 감지된 전류의 인트라-싸이클 피크(피크 전류 제어로 알려짐)에 비례하거나 또는 VERROR신호는 감지된 전류의 평균 값(평균 전류 제어로 알려짐)에 비례할 수 있다.
피크 전류 또는 평균 전류 제어를 상보하기 위해, 안정도를 이루기 위해 주파수 보상을 전압 귀환 루프에 가산할 필요가 있다. 주파수 보상은 CCOMP및 R1에 의해 이뤄진다. CCOMP및 R1은 고주파수 극을 출력 커패시터 C1의 등가 직렬 저항(ESR)으로 인한 제로를 소거하는 귀환 루프에 가산한다. 세부적인 회로 값에 따라, 이 보상 극은 때때로 필요하지 않게 된다. 귀환 저항 RFB는 에러 증폭기(28)의 DC 이득을 제어하기 위해 조정되고, 이로 인해 컨버터(10)의 출력 전압 VOUT에서 소정의 수하량을 제공한다. 노드(32)에서의 전압 VERROR는 VISENSE(여기서, VISENSE는 전류 센서(24)에 의해 감지된 전류를 나타내고 부하 전류 IOUT에 비례함)에 비례하기 때문에, DC 이득 감소로 인해 출력 전압 VOUT이 부하 전류 IOUT과 함께 변동하게 될 것이다. 이런 식으로, 컨버터(10)의 출력 임피던스에서 제어된 수하가 이루어진다. 예를 들어, 전압 VISENSE는 부하 전류 IOUT이 0에서 10 암페어까지 변동할 때 2V로 변동한다. RFB대 R1의 비가 10이라면, 전압 VOUT은 부하 전류가 0에서 10 암페어까지 증가될 때 0.1V로 감소할 것이다(따라서, "수하").
수하를 달성하고 제어하는데 있어서 컨버터(10)의 방법의 근본적인 문제는 전압 귀환 루프의 낮은 DC 이득에 있다. 이런 낮은 이득은 수하 특성을 제공하는데 이용되고, 또한 바람직하지 못한 부작용을 갖는다. 이런 낮은 DC 이득의 결과로, VRAMP신호에서 임의의 변동 또는 전류 센서(24)나 비교기(16)에서 DC 오프셋은 전압 VOUT에서 상응하는 에러에 반영될 것이다. 예를 들어, 전압 VRAMP의 평균 값이 ±200㎷의 허용오차를 갖는다면, 그리고 RFB대 R1의 비가 20이다면, 전압 VOUT상에 ±10㎷의 부가 에러 텀(간격)이 생길 것이다. 이 문제에 대한 알려진 유일한 해결책은 낮은 오프셋 전압 및/또는 정밀한 VRMAP전압을 달성하기 위해 정밀한 회로를 설계하는 것이다. 그런 정밀한 회로의 포함은 실질적으로 DC/DC 컨버터의 비용 및 복잡성에 영향을 준다.
도 3에 있어서, 본 발명의 개선된 전류-모드 DC/DC 컨버터(100)의 한 실시예가 도시된다. DC/DC 컨버터(100)는 교대로 전원 스위치(114)를 온시키는 SR 래치(112)를 설정하는 일정-주파수 신호 CLK를 갖는 SR 래치(112)를 포함한다. 비록 종래 스위치와 같이 개략적으로 도시되어 있지만, 전원 스위치(114)는 래치(112)의 출력인 입력 신호에 응답하여 전류를 소스시키기 위해 구성된 하나 또는 그 이상의 전원 트랜지스터를 갖는 트랜지스터-기초한 스위치이다. 스위치(114)는, 비교기(116)에 의해 결정되는 바와 같이, 듀티 싸이클로 알려진 CLK 신호 주기의 일부분에 대해 온 상태로 있다. 부하(122)를 통해 흐르는 전류는 신호 VISENSE를 발생하는 전류 센서(124)에 감지된다. 전원 스위치(114)의 듀티 싸이클은 부귀환 전압 루프에 의해 변조된다. 노드(126)에서의 전압 VFB는 에러 증폭기(128)에 입력이다. 서밍 회로(129)는 전압 VISENSE및 VOUT을 합산한다. 이 합산된 전압은 그리고 나서 R1및 R2에 의해 형성된 분압기에 의해 분할되고, 이로 인해 노드(126)에서 전압 VFB를 발생시킨다. 따라서, VISENSE는 VFB의 컴포넌트이다. 에러 증폭기(128)는 VFB를 VREF와 비교하고, 이로 인해 VERROR를 발생시킨다. 비교기(116)는 VERROR를 VRAMP와 비교한다. 비교기(116)의 출력은 래치(112)를 재설정하고 이로 인해 전원 스위치(114)의 듀티 싸이클을 결정한다. 에러 증폭기(128)는 그 전압 부귀환 경로에서 VFB의 주파수 보상을 위해 제공되는 RCOMP및 CCOMP를 포함한다. 에러 증폭기(128)의 이득은 RCOMP대 R1의 비로 결정된다. DC/DC 컨버터(100)의 가장 기본적인 특징은 전류 센서(124)가 출력 전압 귀환 루프의 출력 전압에 전기적으로 연결된다는 것이다. 더욱 특히, VISENSE는 R1및 R2에 의해 형성된 분압기에 의해 분할되고, 이 분할된 부분은 VFB의 부분을 형성한다. 그러나, 전원 스위치(114)를 통과하는 전류보다는 인덕터(120)를 통과하는 전류 또는 다이오드(118)를 통과하는 전류가 출력 전압 귀환 루프에 감지되고 유사하게 연결되는 것을 이해해야 한다. VISENSE는 도 2의 종래 DC/DC 컨버터(10)에서 처럼 먼저 에러 증폭기(128)에 의해 주파수가 보상되지 않으면서 전압 귀환 루프에 연결된다. 출력 전압 귀환 신호와의 연결전에 신호 VISENSE에 대한 주파수 보상을 실행하지 않는 것의 주요 이점은 에러 증폭기(128)의 이득은 DC(RF의 부재를 유의해야 함)에서 제멋대로 높아지는 것을 허용하게 되고, 따라서 VRAMP전압 및 오프셋 전압 등에서의 변동에 본질적으로 영향을 받지 않는 우수한 출력 전압 정밀도를 DC/DC 컨버터에 제공한다.
DC/DC 컨버터(100)가 어떻게 소정의 출력 전압 수하 특성을 발생시키는 가를 이해하기 위해서는, 먼저 무-부하 조건하에서 IOUT=0으로 DC/DC 컨버터(100)의 동작을 고려해야 한다. 이 경우에, VISENSE=0이고 무-부하 조건하에서 컨버터(100)의 출력 전압 VOUT이 Vref(R1+R2)/R2으로 주어진다. 여기서 R1및 R2는 의도적으로 선택되고 그래서 컨버터(100)의 무-부하 출력 전압이 소정의 타깃 전압보다 훨씬 더 큰 선결된 양이 됨을 유의해야 한다. 전체 부하에서, IOUT=IMAX일 때, VISENSE는 VISENSE,MAX와 같을 것이고, 따라서 VOUT=[VREF(R1+R2)/R2]-VISENSE,MAX가 된다. 따라서, 부하(122)를 통과하는 전류가 제로에서 전체 부하 전류까지 증가함에 따라, 출력 전압 VOUT은 VISENSE,MAX볼트에 의해 감소하거나, 수하한다.
특히, RCOMP및 CCOMP에 의해 제공된 같은 주파수 보상이 두 VFB전압 신호 및 VISENSE전류 신호에 인가되는 것을 유의해야 한다. 이런 식으로, 평균 전류 모드 제어가 별개의 신호 조건 블록(도 2에서 Gc(s))의 필요성이 없이도 이행된다. 이것은 DC/DC 컨버터(100)의 또 하나의 이점이다. 평균 전류 모드 제어 및 정확한 수하가 싱글 증폭기를 이용하여 이루어진다. DC/DC 컨버터(10)에서 주파수 보상은 에러 증폭기(128)의 특성에 의해 설정된 극 저주파에서 극 및 RCOMP및 CCOMP에 의해 설정된 제로를 도입한다. 전압 귀환 루프에 대해, 높은 DC 이득이 제공되고, 이것으로 인해 DC/DC 컨버터(100)의 출력 전압이 VRAMP에서 에러 및 오프셋 전압 에러로 부터 본질적으로 영향을 받지 않게 된다. 마찬가지로, 전류에 관해, 높은 DC 이득 및 주파수 보상의 평균 특성은 감지된 전류의 평균 값에 우수한 응답을 제공한다. 전류-모드 제어 때문에, 인덕터(120) 및 부하 커패시터(121)에 의해 형성된 LC 필터와 관련된 두 극이 하나는 상대적으로 높은 주파수로 이동하고 나머지 하나는 상대적으로 낮은 주파수로 이동하여 분할된다. 인덕터(120) 및 부하 커패시터(121)에 의해 형성된 LC 필터와 관련된 저주파 극의 효과를 효과적으로 제거하는 주파수 보상 루프의 크로스오버 전에 제로가 된다. 에러 증폭기(128)의 높은 주파수 이득은 RCOMP/R1비로 결정된다. 이 비는 적당한 높은 주파수 전류 이득(그리고, LC 필터 극의 관련된 극-분할)을 제공하기 위해 조정된다. 인덕터(120) 및 부하 커패시터(121)에 의해 형성된 LC 필터와 관련된 고주파수 극은 부하 커패시터(121)의 ESR과 관련된 제로에 대해 보상하기 위해 이용된다. 이런 식으로, 본질적으로 우수한 위상 마진을 갖는 싱글-극 응답이 달성된다.
도 4A 및 4B에 관하여, VOUT및 VISENSE의 서밍에 대한 두 실용 회로가 도시된다. 도 4A에 있어서, 에러 증폭기(128)는 VOUT및 VISENSE전압을 합산하기 위해 서밍 증폭기로서 구성된다. R3가 전류 센서(124) 및 노드(126)사이에 가산되었다. 도 4A의 구성에 있어서, 올바른 출력 전압 VERROR를 얻기 위해 두 인자에 의해 전압 VFB를 분할하는 것이 필요함을 유의해야 한다. 도 4B에서, 감지된 전류 신호는 전류로서 VFB노드(126)로 들어가 합산된다. 두 인자에 의해 분할되는 것보다 차라리 전압 VREF가 바로 이용되도록 허용하고 수하의 크기가 R1의 값을 변동시킴으로써 쉽게 조정되도록 허용하기 때문에, 이것은 특히나 유용한 접근방법이다.
DC/DC 컨버터는 출력 전압을 갖고 출력 전류를 부하에 소스시킨다. DC/DC 컨버터는 기준 입력 및 서밍 입력을 갖는 에러 증폭기를 포함한다. 기준 입력은 기준 전압에 전기적으로 연결된다. 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류에 전기적으로 연결된다. 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류를 함께 가산하기 위해 구성된다. 에러 증폭기는 에러 신호를 발생하고 적어도 부분적으로 출력 전압 및 출력 전류에 따라 좌우되는 에러 신호를 조정한다. 비교기는 에러신호를 수신한다. 비교기는 전압 램프 신호에 전기적으로 연결된 램프 입력을 갖는다. 비교기는 적어도 부분적으로 상기 에러 입력에 기초한 출력 신호를 발생한다. 전원 스위치는 온 및 오프 상태를 갖고, 온 상태일 때 직류 전류를 부하에 공급한다. 전원 스위치는 비교기 출력 신호에 전기적으로 연결된 제어 입력을 갖는다.

Claims (9)

  1. (a) 기준 입력 및 서밍 입력을 갖는 에러 증폭기;
    상기 기준 입력은 기준 전압에 전기적으로 연결되고, 상기 서밍 입력은 DC/DC 컨버터의 각각의 출력 전압 및 출력 전류에 전기적으로 연결되며, 상기 서밍 입력은 출력 전압 및 출력 전류를 함께 가산하기 위해 구성되고, 상기 에러 증폭기는 에러 신호를 발생하고 적어도 부분적으로 출력 전압 및 출력 전류에 따라 좌우되는 상기 에러 신호를 조정하기 위해 구성되며,
    (b) 상기 에러 신호를 수신하는 비교기; 및
    상기 비교기는 전압 램프 신호에 전기적으로 연결된 램프 입력을 가지며, 상기 비교기는 비교기 출력 신호를 갖고, 상기 비교기 출력 신호는 적어도 부분적으로 상기 에러 입력에 기초하며,
    (c) 온 및 오프 상태를 갖는 전원 스위치를 포함하며,
    상기 전원은 상기 온 상태일 때 직류 전류를 부하에 공급하기 위해 구성되고, 상기 전원 스위치는 상기 비교기 출력 신호에 전기적으로 연결된 제어 입력을 가지며, 상기 전원 스위치는 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전류를 조정하도록 상기 온 상태 및 상기 오프 상태간 변화를 시키기 위해 상기 비교기 출력 신호에 응답하고, 출력 전압을 갖고 출력 전류를 부하에 소스시키는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전원 스위치는,
    출력 전류를 부하에 공급하기 위해 구성된 적어도 하나의 전원 트랜지스터;
    제 1 회로 노드 및 부하사이에 전기적으로 연결된 인덕터;
    상기 제 1 회로 노드는 상기 전원 스위치 및 부하의 중간에 처리되고, 상기 인덕터는 출력 전류를 부하에 반송하는 것을 포함하며,
    상기 제 1 회로 노드 및 접지사이에 전기적으로 연결된 다이오드; 및
    상기 다이오드는 리턴 부하 전류를 반송하기 위해 구성되고, 상기 리턴 부하 전류는 상기 전원 스위치가 상기 오프 상태에 있을 때 부하로 부터 흐르는 것을 포함하고,
    전류 입력, 전류 출력, 및 감지 출력을 갖는 전류 센서를 포함하며,
    상기 출력 전류는 상기 전류 입력으로 들어가서 상기 전류 출력으로 나오며, 상기 전류 출력은 상기 제 1 회로 노드에 전기적으로 연결되고, 상기 전류 센서는 상기 부하 전류 및 상기 리턴 부하 전류중 적어도 하나를 감지하고 출력 전류를 나타내는 센서 출력 신호를 발생하기 위해 구성되며, 상기 센서 출력 신호는 전기적으로 상기 에러 증폭기의 상기 서밍 입력에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서, 분압기 입력 및 분압기 출력을 갖는 분압기를 포함하며, 상기 분압기 입력은 출력 전압 및 상기 전류 센서의 상기 감지 출력에 전기적으로 연결되고, 상기 분압기 출력은 상기 에러 증폭기의 상기 서밍 입력에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서, 서밍 회로는,
    상기 에러 증폭기의 상기 서밍 입력 및 출력 전압사이에 전기적으로 연결된 제 1 저항기;
    상기 서밍 입력 및 상기 전류 센서의 상기 감지 출력사이에 전기적으로 연결된 제 2 저항기; 및
    상기 서밍 입력 및 접지사이에 전기적으로 연결된 제 3 저항기를 갖는 분압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서, 서밍 회로는,
    상기 에러 증폭기의 상기 서밍 입력 및 출력 전압사이에 전기적으로 연결된 출력 전압 저항기를 갖는 분압기;
    출력 전류를 나타내는 전압 신호를 전류 신호로 변환하기 위한 전압/전류 컨버터; 및
    상기 전압/전류 컨버터는 상기 서밍 입력에 전기적으로 연결되고,
    상기 서밍 입력 및 접지사이에 연결된 제 2 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터.
  6. 출력 전류를 갖는 DC/DC 컨버터의 출력 전압에서 수하를 제공하는 방법으로서,
    (a) 출력 전류를 나타내는 출력 전류 신호를 결정하기 위해 출력 전류를 감지하는 단계;
    (b) 추가로 출력 전압을 나타내는 출력 전압 신호를 결정하기 위해 출력 전압을 감지하는 단계;
    (c) 상기 출력 전류 신호 및 상기 출력 전압 신호를 서밍하고 이로 인해 전압 귀환 신호를 결정하는 단계;
    (d) 에러 신호를 결정하기 위해 기준 전압과 상기 전압 귀환 신호를 비교하는 단계;
    (e) 추가로 램프 전압 신호와 상기 에러 신호를 비교하고 이로 인해 전류 제어 신호를 결정하는 단계; 및
    (f) 적어도 부분적으로 상기 전류 제어 신호를 기초한 출력 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수하 제공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 감지 단계는 전류 센서로 출력 전류를 감지하고, 상기 전류 센서는 상기 출력 전류 신호를 발생시키는 것을포함하며, 상기 서밍 단계는 상기 출력 전류 신호 및 상기 출력 전압 신호를 함께 가산하기 위해 구성된 서밍 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 비교 단계는 서밍 입력, 상기 서밍 입력에 전기적으로 연결된 각각의 상기 출력 전류 신호 및 상기 출력 전압 신호를 갖는 에러 증폭기를 포함하고, 상기 에러 증폭기는 기준 전압 공급에 전기적으로 연결된 기준 입력을 갖고, 상기 에러 증폭기는 상기 출력 전류 신호 및 상기 출력 전압 신호의 합 및 기준 전압간의 차이를 나타내는 에러 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 추가 비교 단계는 상기 에러 신호에 전기적으로 연결된 제 1 입력 및 전압 램프 신호에 연결된 제 2 입력을 포함하고, 상기 비교기는 상기 에러 신호를 상기 전압 램프 신호와 비교하고 상기 전류 제어 신호를 발생하며, 및 상기 제어 단계는 상기 전류 제어 신호를 적어도 하나의 전원 트랜지스터에 전기적으로 연결하고, 상기 전원 트랜지스터는 상기 전류 제어 신호에 응답하여 출력 전류를 조절하여 소스시키기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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