KR20050090229A - 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 - Google Patents

디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR20050090229A
KR20050090229A KR1020040015559A KR20040015559A KR20050090229A KR 20050090229 A KR20050090229 A KR 20050090229A KR 1020040015559 A KR1020040015559 A KR 1020040015559A KR 20040015559 A KR20040015559 A KR 20040015559A KR 20050090229 A KR20050090229 A KR 20050090229A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
converter
digital
output
switch
Prior art date
Application number
KR1020040015559A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100576373B1 (ko
Inventor
노정진
박성진
Original Assignee
학교법인 한양학원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인 한양학원 filed Critical 학교법인 한양학원
Priority to KR1020040015559A priority Critical patent/KR100576373B1/ko
Priority to CNB2005800074517A priority patent/CN100508343C/zh
Priority to JP2007502700A priority patent/JP4547581B2/ja
Priority to PCT/KR2005/000331 priority patent/WO2005086332A1/en
Priority to US10/591,891 priority patent/US7554308B2/en
Publication of KR20050090229A publication Critical patent/KR20050090229A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100576373B1 publication Critical patent/KR100576373B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 본 발명은 A/D 컨버팅 방식 대신에, 1차 델타-시그마 모듈레이션 기법을 적용하여 구현한 DC-DC 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 입력되는 PWM 신호에 따라 입력되는 직류(DC) 전압(Vin)을 사전에 설정된 크기의 직류(DC) 전압으로 변환하는 PWM 생성기(210); 상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 컨버팅하는 컨버터(220); 상기 컨버터(220)의 출력전압(Vout)에 해당되는 피드백 전압(Vfd)을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)에 따라, 1비트의 디지털 전압(Vo)으로 변환하는 델타-시그마 변조부(230); 상기 델타-시그마 변조부(230)의 1비트 디지털 전압(Vo)에 포함된 로직 "1"을 정해진 바이트 단위로 카운트하는 카운터(240); 및 상기 카운터(240)에 의한 카운트된 로직 "1"의 개수에 따라 하이레벨의 딜레이 시간을 제어하고, 이 제어된 하이레벨 딜레이 시간을 갖는 PWM 신호를 상기 PWM 생성기(210)로 출력하는 딜레이 제어부(250)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ＤＣ-ＤＣ 컨버터{DIGITAL DC-DC CONVERTER USING DIGITAL MODULATION}
본 발명은 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 특히 A/D 컨버팅 방식 대신에, 1차 델타-시그마 모듈레이션 기법을 적용하여 구현함으로서, 전체 회로에서 아날로그 회로 비중을 줄이고 디지털 회로 비중을 증가시켜 전체 회로를 단순화시킬 수 있고, 설계가 용이하며, 이에 따라 효율성을 향상시킬 수 있는 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로, DC/DC 컨버터는 VLSI(Very Large Scale Integrated Circuit) 시스템, 시스템 온 칩(system on a chip) 등의 거의 모든 회로에 일정한 DC 전압을 공급하기 위한 회로로서, 현재 사용하고 있는 모든 전자제품들에 일정한 전압이 공급되어야 그 제품들이 동작할 수 있게 된다.
이러한 디지털 DC/DC 컨버터에서는 출력단에서 나타나는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 사전에 설정된 기준 출력전압과 비교하여 출력전압을 원하는 레벨로 조절하는 기능을 수행하는데, 이러한 기능을 수행하기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같은 디지털 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기를 사용한다.
도 1은 종래의 디지털 DC/DC 컨버터의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 디지털 DC/DC 컨버터는 PWM 방식의 디지털 컨버터로서, 이는 입력되는 스위칭 신호에 따라 입력전압(Vin)을 온/오프 스위칭 하는 파워 스위칭부(110)와, 상기 파워 스위칭부(110)에서 출력되는 전압을 정류하는 정류부(120)와, 상기 정류부(120)에서 출력되는 출력전압(Vout)을 A/D 변환하는 A/D 컨버터(130)와, 상기 A/D 컨버터(130)의 디지털 신호에 기초해서 듀티 업/다운(Duty up/down) 판단하는 업/다운 판단부(140)와, 상기 듀티 판단부(140)의 판단신호에 기초해서 듀티 제어를 위해 상기 파워 스위칭부(110)의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 듀티 제어부(150)를 포함한다.
상기 DC/DC 컨버터는 플래쉬 AD 컨버터를 사용한 디지털 방식으로, 출력단과 기준전압을 비교하여 디지털 DC-DC 컨버터의 출력전압(Vout)을 조절한다.
이러한 DC/DC 컨버터에서, 최종 출력전압(Vout)은 아날로그 전압이므로, 업/다운 판별부 및 PWM 듀티 제어부 등의 디지털 컨트롤러와의 인터페이스(interface)를 위해 AD 컨버터(130)가 사용된다. 여기서, 상기 AD 컨버터는 플래쉬(Flash) AD 컨버터가 주로 사용된다.
이와 같은 종래의 디지털 DC/DC 컨버터는, 플래쉬 AD 컨버터가 상당 부분의 아날로그 회로 설계를 요구하므로 회로가 복잡하고 회로 설계가 복잡하다는 문제점과, 또한 전력손실도 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 A/D 컨버팅 방식 대신에, 1차 델타-시그마 모듈레이션 기법을 적용하여 구현함으로서, 전체 회로에서 아날로그 회로 비중을 줄이고 디지털 회로 비중을 증가시켜 전체 회로를 단순화시킬 수 있고, 설계가 용이하며, 이에 따라 효율성을 향상시킬 수 있는 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 디지털 DC-DC 컨버터는
디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터에 있어서,
입력되는 PWM 신호에 따라 입력되는 직류(DC) 전압(Vin)을 사전에 설정된 크기의 직류(DC) 전압으로 변환하는 PWM 생성기(210);
상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 컨버팅하는 컨버터(220);
상기 컨버터(220)의 출력전압(Vout)에 해당되는 피드백 전압(Vfd)을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)에 따라, 1비트의 디지털 전압(Vo)으로 변환하는 델타-시그마 변조부(230);
상기 델타-시그마 변조부(230)의 1비트 디지털 전압(Vo)에 포함된 로직 "1"을 정해진 바이트 단위로 카운트하는 카운터(240); 및
상기 카운터(240)에 의한 카운트된 로직 "1"의 개수에 따라 하이레벨의 딜레이 시간을 제어하고, 이 제어된 하이레벨 딜레이 시간을 갖는 PWM 신호를 상기 PWM 생성기(210)로 출력하는 딜레이 제어부(250)
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 DC/DC 컨버터의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 DC/DC 컨버터는 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터로서, 이는 입력되는 PWM 신호에 따라 입력되는 직류(DC) 전압(Vin)을 사전에 설정된 크기의 직류(DC) 전압으로 변환하는 PWM 생성기(210)와, 상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 컨버팅하는 컨버터(220)와, 상기 컨버터(220)의 출력전압(Vout)에 해당되는 피드백 전압(Vfd)을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)에 따라, 1비트의 디지털 전압(Vo)으로 변환하는 델타-시그마 변조부(230)와, 상기 델타-시그마 변조부(230)의 1비트 디지털 전압(Vo)에 포함된 로직 "1"을 정해진 바이트 단위로 카운트하는 카운터(240)와, 상기 카운터(240)에 의한 카운트된 로직 "1"의 개수에 따라 하이레벨의 딜레이 시간을 제어하고, 이 제어된 하이레벨 딜레이 시간을 갖는 PWM 신호를 상기 PWM 생성기(210)로 출력하는 딜레이 제어부(250)를 포함한다.
도 3은 도 3의 1차 델타-시그마 모듈레이터의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 상기 델타-시그마 변조부(230)는 난-오버래핑(non-overlapping) 2상을 갖는 제1 및 제2 클럭신호(SC1,SC2)에 따라 스위칭되어, 상기 피드백 전압(Vfd) 및 입력되는 출력전압(VA)을 각각 샘플링하는 스위치드 커패시터부(231)와, 상기 스위치드 커패시터부(232)에 의해 샘플링된 전압을 적분하는 적분부(232)와, 상기 적분부(232)로부터의 전압을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)과 비교하여 로직 "1" 또는 "0" 상태를 갖는 1비트 디지털 전압(Vo)을 출력하는 비교부(233)와, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태에 따라, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 아날로그 전압(VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하는 D/A 변환부(234)를 포함한다.
상기 델타-시그마 변조부(230)는 "1" 또는 "0"의 1비트 디지털 전압을 출력하는 1차 델타-시그마 모듈레이터(Delta-Sigma Modulator )로 구현되어, 입력되는 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하는 1비트 A/D 컨버터와 동일한 기능을 수행하도록 이루어진다.
도 4는 본 발명에 따른 난-오버래핑 2상을 갖는 제1,제2 클럭신호의 파형도로서, 상기 제1 클럭신호(SC1)는 50% 보다 낮은 듀티비(duty rate)를 갖는 펄스이고, 상기 제2 클럭신호(SC2)는 상기 제1 클럭신호(SC1)의 로우상태에서 하이레벨을 갖는 50% 보다 낮은 듀티비를 작으며, 상기 제1 클럭신호(SC1)와 난-오버래핑(Non-overlapping)된다.
상기 스위치드 커패시터부(231)는 상기 피드백 전압(Vfd)의 입력단과의 연결을 상기 제1 클럭신호(SC1)에 따라 스위칭하는 제1 스위치(SW1)와, 상기 제1 스위치(SW1)에 커패시터(C1)를 통해 연결되어 상기 기준전압(Vref)와의 연결을 상기 제1 클럭신호(SC1)에 따라 스위칭하는 제2 스위치(SW2)와, 상기 D/A 변환부(234)의 출력과 상기 제1 스위치(SW1)와 커패시터(C1)의 접속노드와의 연결을 상기 제2 클럭신호(SC2)에 따라 스위칭하는 제3 스위치(SW3)와, 상기 커패시터(C1)를 통해 상기 적분부(232)에 연결된 출력단을, 상기 제2 클럭신호(SC2)에 따라 스위칭하는 제4 스위치(SW4)를 포함한다.
상기 D/A 변환부(234)는 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태가 "1"이면, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 음의 아날로그 전압(-VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하고, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태가 "0"이면, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 양의 아날로그 전압(+VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하도록 이루어진다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 디지털 DC-DC 컨버터의 PWM 생성기(210)는 입력되는 PWM 신호에 따라 입력되는 직류(DC) 전압(Vin)을 사전에 설정된 크기의 직류(DC) 전압으로 변환하는데, 여기서, 상기 PWM 신호에 의해서 내부의 파워 스위치가 온 또는 오프되고, 이 내부의 파워 스위치의 온 또는 오프 동작에 의해서 상기 직류(DC) 전압(Vin)이 사전에 설정된 크기의 직류(DC) 전압으로 변환된다.
다음, 본 발명의 컨버터(220)는 상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 컨버팅하는데, 예를 들어 상기 컨버터(220)는 벅 컨버터(buck converter) 또는 부스트 컨버터(boost converter)로 구현될 수 있으며, 벅 컨버터(buck converter)일 경우에는 상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 강압 컨버팅하고, 반면에, 부스트 컨버터(boost converter)일 경우에는 상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 승압 컨버팅한다.
다음, 본 발명의 델타-시그마 변조부(230)는 상기 컨버터(220)의 출력전압(Vout)에 해당되는 피드백 전압(Vfd)을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)에 따라, 1비트의 디지털 전압(Vo)으로 변환하는데, 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 델타-시그마 변조부(230)의 스위치드 커패시터부(231)는 난-오버래핑(non-overlapping) 2상을 갖는 제1 및 제2 클럭신호(SC1,SC2)에 따라 스위칭되어, 상기 피드백 전압(Vfd) 및 입력되는 출력전압(VA)을 각각 샘플링하여 적분부(232)로 출력한다.
상기 스위치드 커패시터부(231)에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 클럭신호(SC1)와 상기 제2 클럭신호(SC2) 각각 하이레벨 및 로우레벨로 이루어진 2상을 갖으며, 상기 제1 클럭신호(SC1)와 상기 제2 클럭신호(SC2)는 서로 하이레벨끼리 또는 로우레벨끼리 겹치지 않는 난-오버랩(non-overlap) 관계에 있다.
이러한 상기 제1 클럭신호(SC1)에 의해서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 동작하여 상기 스위치드 커패시터부(231)는 입력되는 전압을 샘플링하는 샘플링 모드(sampling mode)로 동작하고, 상기 제2 클럭신호(SC2)에 의해서 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 동작하여 상기 스위치드 커패시터부(231)는 샘플링된 전압을 적분부(232)로 보내 적분하는 적분 모드(integrating mode)로 동작한다.
먼저, 상기 제1 클럭신호(SC1)에 의해서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 온되는 동안에는 상기 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)는 오프된다. 이때, 상기 스위치드 커패시터부(231)가 샘플링 모드로 동작하고, 커패시터(C1)를 통하여 피드백 전압(Vfd)이 인가되는 동안에, 적분부(232)의 커패시터(C2)는 홀드(hold)상태에 있게 된다.
그 다음, 상기 제2 클럭신호(SC2)에 의해서 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 온되는 동안에는 상기 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 오프된다. 이때, 상기 스위치드 커패시터부(231)가 적분 모드로 동작하고, 상기 커패시터(C1)에 저장되어 있는 전하(charge)가 상기 적분부(232)의 커패시터(C2)로 흘러가게 된다.
상기 적분부(232)는 상기 스위치드 커패시터부(232)에 의해 샘플링된 전압을 적분하여 비교부(233)로 출력한다.
상기 비교부(233)는 1비트의 비교기(comparator)로서 구현될 수 있으며, 이는 상기 적분부(232)로부터의 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환해 주는데, 즉, 상기 적분부(232)로부터의 전압이 사전에 설정된 기준전압(Vref)보다 크면 로직 "1" 상태를 출력하고, 또는 상기 적분부(232)로부터의 전압이 사전에 설정된 기준전압(Vref)보다 작으면 로직 "0" 상태를 출력한다. 이에 따라, 상기 비교부(233)는 로직 "1" 또는 "0" 상태를 갖는 1비트 디지털 전압(Vo)을 출력한다.
이때, 본 발명의 D/A 변환부(234)는 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태에 따라, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 아날로그 전압(VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력한다.
즉, 상기 D/A 변환부(234)는 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태가 "1"이면, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 음의 아날로그 전압(-VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하고, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태가 "0"이면, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 양의 아날로그 전압(+VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력한다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 카운터(240)는 상기 델타-시그마 변조부(230)의 1비트 디지털 전압(Vo)에 포함된 로직 "1"을 정해진 바이트 단위로 카운트하는데, 예를 들어, 상기 델타-시그마 변조부(230)의 출력이 8비트의 "1,0,1,0,1,0,1,0"이고, 로직 "1"에 해당하는 전압이 '3V'라고 하고, 로직 "0"에 해당하는 전압이 '0V'라 하면, 상기 델타-시그마 변조부(230)의 출력에 해당되는 아날로그 전압은 하기 수학식 1과 같이 된다.
또한, 상기 델타-시그마 변조부(230)의 출력이 8비트의 "1,0,0,0,1,0,1,0"이면, 상기 델타-시그마 변조부(230)의 출력에 해당되는 아날로그 전압은 하기 수학식 2 같이 된다.
이러한 본 발명의 델타-시그마 변조부(230)는 입력전압이 기준전압(Vref)에 가까워지면, "1,0,1,0..."의 패턴이 반복되어 나타나게 되고, 이와 달리 기준전압(Vref)보다 크게 되면 패턴 안에 "1"이 많아지게 되고, 반면에 기준전압(Vref)보다 작게 되면 패턴 안에 "0"이 많아지게 된다.
그 다음, 본 발명의 딜레이 제어부(250)는 상기 카운터(240)에 의한 카운트된 로직 "1"의 개수에 따라 하이레벨의 딜레이 시간을 제어하고, 이 제어된 하이레벨 딜레이 시간을 갖는 PWM 신호를 상기 PWM 생성기(210)로 출력한다.
도 5는 본 발명의 DC/DC 컨버터의 고정 기준전압-출력전압 특성도이다.
도 5는 기준전압(Vref)을 "0.5V"로 정하고, 본 발명의 DC-DC 컨버터에 대한 시뮬레이션을 결과 화면으로, 도 5를 참조하면, 종래의 디지털 컨버터와 비교하여 출력전압(Vout)이 오버슛이 거의 없이 "0.5V"로 곧바로 안정화되는 것을 보여주고 있는데, 이는 본 발명의 DC/DC 컨버터에 의한 출력전압(Vout)이 오버슛이 거의 없이 안정화되는 장점을 보여주고 있다.
도 6은 본 발명의 DC/DC 컨버터의 가변 기준전압-출력전압 특성도이다.
도 6은 기준전압(Vref)이 급격하게 변화했을 때에도 본 발명의 디지털 DC-DC 컨버터가 얼마나 안정적으로 기준전압(Vref)에 응답하여 동작하는지를 확인하기 의한 시뮬레이션으로서, 도 6a를 참조하면, 기준전압(Vref)을 "1.0V->1.5V->1.2V"로 변화시키더라도, 도 6b에 도시한 바와같이 본 발명의 디지털 컨버터의 출력전압(Vout)은 급격한 기준전압(Vref)의 변화에도 상기 기준전압(Vref)을 추종하여 매우 안정적으로 동작하고 있음을 알 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 디지털 DC-DC 컨버터는 출력전압(Vout)이 기준저압(Vref)보다 작으면 "1"을 많이 발생하여 본 발명의 카운터(240)에서 "1"의 개수가 증가되고, 반대로 출력전압(Vout)이 기준전압(Vref)보다 크면 "0"을 많이 발생시켜 상기 카운터(240)에서 "1"의 개수가 감소된다. 이와 같은 동작을 반복하면서 기준전압(Vref)에 일치하게 출력전압(Vout)을 발생시킬 수 있어 시스템에 안정적인 전압 공급이 가능하게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터에서, A/D 컨버팅 방식 대신에, 1차 델타-시그마 모듈레이션 기법을 적용하여 구현함으로서, 전체 회로에서 아날로그 회로 비중을 줄이고 디지털 회로 비중을 증가시켜 전체 회로를 단순화시킬 수 있고, 설계가 용이하며, 이에 따라 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하므로, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
도 1은 종래의 디지털 DC/DC 컨버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 DC/DC 컨버터의 구성도이다.
도 3은 도 3의 1차 델타-시그마 모듈레이터의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 난-오버래핑 2상을 갖는 제1,제2 클럭신호의 파형도이다.
도 5는 본 발명의 DC/DC 컨버터의 고정 기준전압-출력전압 특성도이다.
도 6a,6b는 본 발명의 DC/DC 컨버터의 가변 기준전압-출력전압 특성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
210 : PWM 생성기 220 : 컨버터
230 : 델타-시그마 변조부 231 : 스위치드 커패시터부
232 : 적분부 233 : 비교부
234 : D/A 변환부 240 : 카운터
250 : 딜레이 제어부 SW1 : 제1 스위치
SW2 : 제2 스위치 SW3 : 제3 스위치
SW4 : 제4 스위치 SC1,SC2 : 제1 및 제2 클럭신호
Vo : 1비트 디지털 전압 VA : 아날로그 전압

Claims (4)

  1. 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 DC-DC 컨버터에 있어서,
    입력되는 PWM 신호에 따라 입력되는 직류(DC) 전압(Vin)을 사전에 설정된 크기의 직류(DC) 전압으로 변환하는 PWM 생성기(210);
    상기 PWM 생성부(210)에서 출력되는 직류 전압을 사전에 설정된 전압으로 컨버팅하는 컨버터(220);
    상기 컨버터(220)의 출력전압(Vout)에 해당되는 피드백 전압(Vfd)을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)에 따라, 1비트의 디지털 전압(Vo)으로 변환하는 델타-시그마 변조부(230);
    상기 델타-시그마 변조부(230)의 1비트 디지털 전압(Vo)에 포함된 로직 "1"을 정해진 바이트 단위로 카운트하는 카운터(240); 및
    상기 카운터(240)에 의한 카운트된 로직 "1"의 개수에 따라 하이레벨의 딜레이 시간을 제어하고, 이 제어된 하이레벨 딜레이 시간을 갖는 PWM 신호를 상기 PWM 생성기(210)로 출력하는 딜레이 제어부(250)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 델타-시그마 변조부(230)는
    난-오버래핑(non-overlapping) 2상을 갖는 제1 및 제2 클럭신호(SC1,SC2)에 따라 스위칭되어, 상기 피드백 전압(Vfd) 및 입력되는 출력전압(VA)을 각각 샘플링하는 스위치드 커패시터부(231);
    상기 스위치드 커패시터부(232)에 의해 샘플링된 전압을 적분하는 적분부(232);
    상기 적분부(232)로부터의 전압을, 사전에 설정된 기준전압(Vref)과 비교하여 로직 "1" 또는 "0" 상태를 갖는 1비트 디지털 전압(Vo)을 출력하는 비교부(233); 및
    상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태에 따라, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 아날로그 전압(VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하는 D/A 변환부(234)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 DC-DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위치드 커패시터부(231)는
    상기 피드백 전압(Vfd)의 입력단과의 연결을 상기 제1 클럭신호(SC1)에 따라 스위칭하는 제1 스위치(SW1);
    상기 제1 스위치(SW1)에 커패시터(C1)를 통해 연결되어 상기 기준전압(Vref)와의 연결을 상기 제1 클럭신호(SC1)에 따라 스위칭하는 제2 스위치(SW2);
    상기 D/A 변환부(234)의 출력과 상기 제1 스위치(SW1)와 커패시터(C1)의 접속노드와의 연결을 상기 제2 클럭신호(SC2)에 따라 스위칭하는 제3 스위치(SW3); 및
    상기 커패시터(C1)를 통해 상기 적분부(232)에 연결된 출력단을, 상기 제2 클럭신호(SC2)에 따라 스위칭하는 제4 스위치(SW4)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 DC-DC 컨버터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 D/A 변환부(234)는
    상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태가 "1"이면, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 음의 아날로그 전압(-VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하고,
    상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)의 로직 상태가 "0"이면, 상기 비교부(233)에서 출력되는 디지털 전압(Vo)을 사전에 설정된 양의 아날로그 전압(+VA)으로 변환하여 상기 스위치드 커패시터부(231)로 출력하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 DC-DC 컨버터.
KR1020040015559A 2004-03-08 2004-03-08 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 KR100576373B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040015559A KR100576373B1 (ko) 2004-03-08 2004-03-08 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
CNB2005800074517A CN100508343C (zh) 2004-03-08 2005-02-04 利用数字调制的数字dc-dc转换器
JP2007502700A JP4547581B2 (ja) 2004-03-08 2005-02-04 デジタル変調を用いるデジタルｄｃ−ｄｃコンバータ
PCT/KR2005/000331 WO2005086332A1 (en) 2004-03-08 2005-02-04 Digital dc-dc converter using digital modulation
US10/591,891 US7554308B2 (en) 2004-03-08 2005-02-04 Digital DC-DC converter using digital modulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040015559A KR100576373B1 (ko) 2004-03-08 2004-03-08 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050090229A true KR20050090229A (ko) 2005-09-13
KR100576373B1 KR100576373B1 (ko) 2006-05-03

Family

ID=34918719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040015559A KR100576373B1 (ko) 2004-03-08 2004-03-08 디지털 모듈레이션 기법을 이용한 디지털 ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7554308B2 (ko)
JP (1) JP4547581B2 (ko)
KR (1) KR100576373B1 (ko)
CN (1) CN100508343C (ko)
WO (1) WO2005086332A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100983946B1 (ko) * 2007-03-02 2010-09-27 야마하 가부시키가이샤 △∑-형 ａｄ변환기, ｄ급 증폭기 및 ｄｃ-ｄｃ 변환기
WO2013075146A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Diodes Incorporated A power regulator for driving pulse width modulator

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4350075B2 (ja) * 2005-08-29 2009-10-21 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御回路およびその制御方法
KR100771854B1 (ko) * 2006-08-22 2007-11-01 삼성전자주식회사 전원 전압의 변동을 보상할 수 있는 저 노이즈 직류-직류변환기
US8575909B2 (en) * 2010-09-17 2013-11-05 Qualcomm Incorporated Synchronously sampled single bit switch mode power supply
US10007286B2 (en) 2011-01-24 2018-06-26 Sunrise Micro Devices, Inc. Switching regulator overload detector
US8773083B2 (en) 2011-01-24 2014-07-08 Sunrise Micro Devices, Inc. Detection of insufficient current sourcing capability of supplied power
KR101854395B1 (ko) 2011-11-25 2018-05-08 한국전자통신연구원 전력 제어 구동 장치 및 그 방법
US9281745B2 (en) 2012-11-01 2016-03-08 Stellamar Llc Digital controller for switch-mode DC-DC converters and method
US9461546B2 (en) * 2013-02-08 2016-10-04 Advanced Charging Technologies, LLC Power device and method for delivering power to electronic devices
US10020818B1 (en) 2016-03-25 2018-07-10 MY Tech, LLC Systems and methods for fast delta sigma modulation using parallel path feedback loops
US10530372B1 (en) 2016-03-25 2020-01-07 MY Tech, LLC Systems and methods for digital synthesis of output signals using resonators
US11327057B2 (en) 2016-10-28 2022-05-10 Siemens Aktiengesellschaft Gas Chromatograph (GC) detector to provide GC measurement in digital form
EP3542461A4 (en) 2016-11-21 2020-07-01 My Tech, LLC HIGHLY EFFICIENT AMPLIFIER ARCHITECTURE FOR HF APPLICATIONS
WO2020107149A1 (zh) * 2018-11-26 2020-06-04 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 一种模拟信号采样电路及方法
US10608541B1 (en) * 2018-12-28 2020-03-31 Nxp B.V. Digitizing the control loop for a power converter by using a delta-sigma modulator
KR102453380B1 (ko) * 2019-08-02 2022-10-11 한국전자통신연구원 Dsm을 이용한 부스트 dc-dc 변환기, 부스트 dc-dc 변환기를 위한 듀티비 제어기 및 이를 구성하는 방법
US11933919B2 (en) 2022-02-24 2024-03-19 Mixed-Signal Devices Inc. Systems and methods for synthesis of modulated RF signals

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0396786B1 (de) 1989-05-08 1994-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Integrierbarer Sigma-Delta-Modulator in Switched-Capacitor-Technik
US5099410A (en) * 1990-11-13 1992-03-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Single phase ac power conversion apparatus
JP3191275B2 (ja) * 1993-02-22 2001-07-23 横河電機株式会社 スイッチング電源装置
US5677618A (en) 1996-02-26 1997-10-14 The Boeing Company DC-to-DC switching power supply utilizing a delta-sigma converter in a closed loop controller
US6067363A (en) 1996-06-03 2000-05-23 Ericsson Inc. Audio A/D convertor using frequency modulation
US5933453A (en) * 1997-04-29 1999-08-03 Hewlett-Packard Company Delta-sigma pulse width modulator control circuit
US5901176A (en) 1997-04-29 1999-05-04 Hewlett-Packard Company Delta-sigma pulse width modulator control circuit
JP2001077692A (ja) 1999-09-02 2001-03-23 Nec Ic Microcomput Syst Ltd Ｄ／ａ変換回路
US6653960B2 (en) * 2001-03-08 2003-11-25 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. Stabilized power supply using delta sigma modulator
JP3776752B2 (ja) * 2001-06-07 2006-05-17 新電元工業株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2003079135A (ja) 2001-09-04 2003-03-14 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CA2483378A1 (en) * 2004-10-01 2006-04-01 Aleksandar Prodic A digital controller for dc-dc switching converters that allows operation at ultra-high constant switching frequencies
US7209067B1 (en) * 2005-12-08 2007-04-24 Cirrus Logic, Inc. Extended dynamic range consecutive edge modulation (CEM) method and apparatus
US7362254B2 (en) * 2006-01-31 2008-04-22 D2Audio Corporation Systems and methods for minimizing delay in a control path
US7667625B2 (en) * 2007-02-28 2010-02-23 Exar Corporation Universal and fault-tolerant multiphase digital PWM controller for high-frequency DC-DC converters
US7652604B2 (en) * 2007-02-28 2010-01-26 Exar Corporation Programmable analog-to-digital converter for low-power DC-DC SMPS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100983946B1 (ko) * 2007-03-02 2010-09-27 야마하 가부시키가이샤 △∑-형 ａｄ변환기, ｄ급 증폭기 및 ｄｃ-ｄｃ 변환기
WO2013075146A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Diodes Incorporated A power regulator for driving pulse width modulator

Also Published As

Publication number Publication date
US20070279034A1 (en) 2007-12-06
WO2005086332A1 (en) 2005-09-15
KR100576373B1 (ko) 2006-05-03
CN100508343C (zh) 2009-07-01
JP2007528190A (ja) 2007-10-04
US7554308B2 (en) 2009-06-30
JP4547581B2 (ja) 2010-09-22
CN1965465A (zh) 2007-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4547581B2 (ja) デジタル変調を用いるデジタルｄｃ−ｄｃコンバータ
US6204651B1 (en) Method and apparatus for regulating an output voltage of a switch mode converter
TWI752746B (zh) 用於峰值電流模式控制調製器的斜率補償
TWI632764B (zh) 直流轉直流電壓轉換器及其控制方法
US7202644B2 (en) DC—DC converting method and apparatus
CN106059303B (zh) 负载响应抖动
KR101793009B1 (ko) 자동 선택 주파수 고정 회로를 채용한 전류 모드 히스테리틱 벅 컨버터
US10069408B2 (en) Switched capacitor circuit modifying voltage on the inductor of a buck regulator
US7474086B2 (en) Frequency-on-the-fly control circuit and method for a DC/DC PWM converter
US8698475B2 (en) Switching-mode power supply with ripple mode control and associated methods
US10181792B2 (en) Sensor-less buck current regulator with average current mode control
KR101291344B1 (ko) 스위치 모드 전원 제어장치
CN107112895B (zh) 开关稳压器及其操控方法
TWI387189B (zh) 直流對直流轉換器及其方法
CN107659150B (zh) Dcdc模块自动切换的直流电能变换方法和系统
US20120074916A1 (en) Switch-Mode Voltage Regulator
US8174250B2 (en) Fixed frequency ripple regulator
EP1804368A1 (en) Method for DC/DC conversion and DC/DC converter arrangement
US20100301822A1 (en) Switching regulator and control circuit thereof, and method for determining on-time in switchng regulator
TWI634728B (zh) 運作於脈衝省略模式的控制電路及具有其之電壓轉換器
TWI591949B (zh) 具有漣波調變定導通時間之切換式電源供應器及其控制電路與控制方法
US10644600B2 (en) Constant-time buck-boost switching regulator and control circuit and control method thereof
US20190058398A1 (en) Inductor current sensing and regulation for power converter
JP2008263714A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御回路、ｄｃ−ｄｃコンバータおよび電源電圧供給方法
CN114884317A (zh) 开关变换器、及其控制器和控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110411

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee