KR20060049915A - Ｄｃ－ｄｃ 컨버터 회로 - Google Patents

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Abstract

출력 캐패시터(111)의 크기와 그 비용에 영향받지 않고 안정하게 동작되는 DC-DC 컨버터 회로가 제공된다. 스위칭 소자가 턴온되어 출력 캐패시터로 흐르는 충전 전류가 스위칭 소자로 흐를 때, 전류가 전압으로 변환되어 출력 전압에 더해지며, 결과 전압이 제어 시스템으로 피드백된다.

Description

ＤＣ－ＤＣ 컨버터 회로{DC-DC CONVERTER CIRCUIT}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로의 타이밍도이다;
도 3은 종래의 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다;
도 4는 종래의 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로의 타이밍도이다;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 초퍼형 반전 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 전원 102 : 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로
103 : 출력 부하 104 : 스위칭 소자
105 : PWM 제어회로 106 : 에러 증폭회로
107 : 기준전압 108 : 분압회로
109 : 인덕터 110 : 정류장치
111 : 출력 캐패시터 112 : 위상 보상 저항
113 : 피드백 저항 114 : 리플 전압 보정 저항
115 : 리플 전압 보정 캐패시터
120 : 피드백 캐패시터
본 발명은 DC-DC 컨버터 회로의 위상 보상에 관한 것이다.
일반적으로, DC-DC 컨버터 회로에 대해 위상 보상이 수행되지 않으면, 그 안정한 동작이 확보될 수 없다. 위상 보상을 수행하는 방법의 하나로서 저항을 출력 캐패시터와 직렬로 접속하는 방법이 널리 알려져 있다.
도 3은 종래의 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 회로도이다. 안정한 동작을 확보하기 위한 위상 보상을 위해, 위상 보상 저항(112)이 출력 캐패시터(111)와 직렬로 접속되거나, 등가 직렬 저항이 제공된 출력 캐패시터가 사용되어, 제로점을 제공한다. 충분한 위상 보상을 수행하기 위해서는, 제로점의 주파수(fz)를 위상 보상이 필요한 주파수 대역 내에 설정할 필요가 있다. 여기서, 출력 캐패시터(111)의 캐패시턴스 값이 Cout로 주어지고, 위상 보상 저항(112)의 저항값이 RESR로 주어진다고 가정하면, 제로점의 주파수(fz)는 다음 식(1)으로 표현된다.
fz = 1/(2Π×Cout ×RESR) (1)
도 4는 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로의 타이밍도이다. 도 3에 도시된 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로에서는, 스위칭 소자(104)가 턴오프되면 정류장치(110)를 통해 전류가 흐르고, 스위칭 소자(104)가 턴온되면 정류장치(110)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 정류장치(110)에서 전류(Ipk)의 변동이 일어난다. 따라서, 위상 보상 저항(112)의 저항값이 RESR로 주어지면, 다음 식(2)으로 표현된 리플 전압(Vpk)이 출력 전압에 생성된다.
Vpk
Figure 112005036730693-PAT00001
Ipk ×RESR (2)
일반적으로, 출력 전압에서 생성된 리플 전압(Vpk)이 크면, 정상적인 피드백 제어가 수행되지 않아, 안정한 동작이 확보될 수 없다. 따라서, 출력 전압에서 리플 전압(Vpk)의 생성을 억제하기 위해서는, 위상 보상 저항(112)의 저항값(RESR)을 작은 값으로 설정할 필요가 있다. (JP 07-274495 A (도 1) 참조)
그러나, 위상 보상 저항(112)의 저항값(RESR)이 작은 값으로 설정되면, 충분한 위상 보상을 하기 위해서 출력 캐패시터(111)의 캐패시턴스 값(Cout)을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 출력 캐패시터(111)의 크기가 크게 만들어지고 그 비용이 증가된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어졌다. 본 발명의 목적은 안정하게 동작되는 DC-DC 컨버터 회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 스위칭 소자가 턴온되어 출력 캐패시터로 흐르는 충전 전 류가 스위칭 소자로 흐를 때, 충전 전류가 전압으로 변환된다. 변환된 전압의 변동 성분은 출력 전압에 더해지고 결과 전압이 제어 시스템으로 피드백된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 출력 전압에서 생성되는 리플 전압(Vpk)을 억제하여 작은 출력 캐패시터로도 안정하게 동작될 수 있는 DC-DC 컨버터 회로를 제공할 수 있다. 전류 모드와 유사한 안정성의 개선도 기대할 수 있다.
(제1실시예)
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로에서는, 전원(101)로부터의 입력 전압이 인덕터(109), 스위칭 소자(104), 정류장치(110), 및 출력 캐패시터(111)에 의해 에너지 변환되어, 출력 전압을 생성한다. 그 후, 에러 증폭회로(106)는 출력 전압을 분압회로(108)로 분압하여 구한 전압과 기준전압(107)을 비교하여 PWM 제어회로(105)를 제어하기 위한 출력 신호를 생성한다. PWM 제어회로(105)는 펄스 제어신호를 스위칭 소자(104)로 출력하여 출력 전압을 소정 레벨로 유지한다. 위상 보상 저항(112)은 출력 캐패시터(111)와 정류장치(110) 사이에 삽입된다. 서로 병렬로 연결된, 피드백 저항(113)과 피드백 캐패시터(120)는 정류장치(110)와 위상 보상 저항(112)이 접속되는 접속점(a 점)과 분압회로(108) 사이에 접속된다. 리플 전압 보정 저항(114)은 스위칭 소자(104)와 GND 사이에 접속된다. 스위칭 소자(104)와 리플 전압 보정 저항(114)이 접속되는 접속점 (b 점)과, 피드백 저항(113) 과 분압회로(108)가 접속되는 접속점(c 점) 사이에 리플 전압 보정 캐패시터(115)가 접속된다.
도 2는 본 발명의 1실시예에 따른 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로의 타이밍도이고 그 동작을 아래에 설명한다.
먼저, 스위칭 소자(104)가 턴오프되면, 인덕터(109)로부터의 전류가 정류장치(110)로 흘러서, 정류장치(110)와 위상 보상 저항(112) 사이의 접속점(a 점)에서 전압을 상승시킨다. 정류장치(110)로 흐르는 전류가 ILoff로 주어지고, 위상 보상 저항(112)의 저항값이 RESR로 주어지면, 상승하는 전압(Va)은 다음 식(3)으로 표현된다.
Va
Figure 112005036730693-PAT00002
ILoff ×RESR (3)
다음에, 스위칭 소자(104)가 턴온되면, 인덕터(109)로부터의 전류가 스위칭 소자(104)로 흐른다. 따라서, 정류장치(110)와 위상 보상 저항(112) 사이의 접속점(a 점)의 전압이 낮아져서, 스위칭 소자(104)와 리플 전압 보정 저항(114) 사이의 접속점(b 점)에서 전압이 상승한다. 스위칭 소자(104)로 흐르는 전류가 ILon로 주어지고 리플 전압 보정 저항(114)의 저항값이 RSENSE로 주어지면, 상승하는 전압(Vb)은 다음 식(4)으로 표현된다.
Vb
Figure 112005036730693-PAT00003
ILon ×RSENSE (4)
분압회로(108)의 입력점(c 점)의 전압(Vc) 변동은 다음 식(5)으로 표현된다.
Vc
Figure 112005036730693-PAT00004
ILoff ×(RESR - RSENSE) (5)
따라서, 위상 보상 저항(112)의 저항값(RESR)과 리플 전압 보정 저항(114)의 저항값(RSENSE)을 조정함으로써, 분압회로(108)의 입력점(c 점)의 전압(Vc) 변동, 즉, 리플 전압을 저감시켜서 분압회로(108)로 입력되도록 할 수 있다.
이러한 방법에 따르면, 크기가 작고, 비용이 낮고, 캐패시턴스 값이 작은 캐패시터가 출력 캐패시터(111)로 사용될 때도, 작은 리플 전압을 가지는 신호에 기초하여 피드백 제어가 수행될 수 있어, 안정한 동작이 가능하다.
또한, 피드백 캐패시터(120)의 캐패시턴스 값이 리플 전압 보정 캐패시터(115) 보다 작은 값으로 설정되거나 피드백 캐패시터(120)가 제거되고, 또는 위상 보상 저항(112)의 저항값이 리플 전압 보정 저항(114) 보다 작은 값으로 설정되거나 위상 보상 저항(112)이 제거됨으로써, 식(4)로 표현되는 주요인으로서 리플 전압 보정 저항(114)에 의해 발생되는 리플 전압(Vb)은, 식(3)으로 표현되는 주요인으로서 위상 보상 저항(112)에 의해 발생되는 리플 전압(Va)와 비교하여 지배적으로 된다. 따라서, 스위칭 소자가 턴온되어 있는 시간에 따라 증가 또는 감소되는 인덕터(109)에 흐르는 전류는 스위칭 소자(104)가 턴온되어 있는 동안 피드백될 수 있다. 따라서, 안정한 동작 영역을 더 확장시킬 수 있다.
(제2실시예)
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 초퍼형 승압 DC-DC 컨버터 회로에서는, 리플 전압 보 정 저항(114)이 스위칭 소자(104)와 GND 사이에 접속된다. 리플 전압 보정 캐패시터(115)는 스위칭 소자(104)와 리플 전압 보정 저항(114)이 접속되는 접속점과, 에러 증폭회로(106)의 입력점 사이에 접속된다. 피드백 캐패시터(120)는 에러 증폭회로(106)의 입력점과 정류장치(110) 사이에 접속된다. 도 5에 도시된 바와 같은 회로 구성에 따르면, 출력 전압은 리플 전압이 감소되는 상태로 에러 증폭회로(106)에 피드백될 수 있어, 안정한 동작이 가능하다.
(제3실시예)
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 초퍼형 반전 DC-DC 컨버터 회로를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 초퍼형 반전 DC-DC 컨버터 회로에서는, 전원(101)으로부터의 입력 전압이 스위칭 소자(104)로 입력된다. 스위칭 소자(104)는 인덕터(109)와 리플 전압 보정 저항(114)을 통해 GND와 접속된다. 또한, 스위칭 소자(104)는 정류장치(110), 위상 보상 저항(112), 및 출력 캐패시터(111)를 통해 GND와 접속된다. 정류장치(110)와 위상 보상 저항(112) 사이의 접속점은 분압회로(108)와 접속된다. 제2 기준전압회로(117)는 분압회로(108)와 GND 사이에 접속된다. 분압회로(108)로부터의 출력은 에러 증폭회로(106)의 반전 입력단자에 입력된다.
에러 증폭회로(106)의 비반전 입력단자는 피드백 저항(113)을 통해 제1 기준전압회로(116)와 접속된다. 리플 전압 보정 캐패시터(115)는 인덕터(109)와 리플 전압 보정 저항(114) 사이의 접속점에 접속된다. 에러 증폭회로(106)의 출력단자는 PWM 제어회로(105)와 접속된다. PWM 제어회로(105)의 출력단자는 스위칭 소자(104) 와 접속된다.
도 6에 도시된 바와 같은 회로 구성에 따르면, 에러 증폭회로(106)로 입력되는 기준전압이 제어되면, 리플 전압의 영향이 감소하는 상태로 에러 증폭회로(106)로 출력 전압이 피드백될 수 있어, 안정한 동작이 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 출력 전압에서 생성되는 리플 전압을 억제하여 작은 출력 캐패시터로도 안정하게 동작될 수 있는 DC-DC 컨버터 회로를 제공할 수 있다. 전류 모드와 유사한 안정성의 개선도 기대할 수 있다.

Claims (4)

  1. 인덕터, 정류장치, 분압회로, 기준전압회로, 및 출력 캐패시터를 포함하는, 출력 전압의 피드백에 의해 스위칭 제어를 수행하는 DC-DC 컨버터 회로에 있어서,
    스위칭 소자;
    에러 증폭기; 및
    상기 스위칭 소자와 에러 증폭기 사이에 제공된 피드백 회로를 포함하고,
    상기 출력 캐패시터로 흐르는 충전 전류가 상기 스위칭 소자로 흐를 때, 상기 피드백 회로는 상기 스위칭 소자로 흐르는 충전 전류를 전압으로 변환하여, 변환된 전압을 출력 전압에 더하고, 변환된 전압이 더해진 출력 전압을 상기 에러 증폭기로 피드백시키는, DC-DC 컨버터 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 회로는:
    상기 정류장치와 출력 캐패시터가 접속되는 접속점과 분압회로 사이에 접속된 피드백 저항;
    상기 스위칭 소자와 GND 사이에 접속된 리플 전압 보정 저항; 및
    상기 스위칭 소자와 리플 전압 보정 저항이 접속되는 접속점과, 상기 피드백 저항과 분압회로가 접속되는 접속점 사이에 접속된 리플 전압 보정 캐패시터를 포함하는, DC-DC 컨버터 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 회로는:
    상기 스위칭 소자와 GND 사이에 접속된 리플 전압 보정 저항; 및
    상기 스위칭 소자와 리플 전압 보정 저항이 접속되는 접속점과 상기 에러 증폭기의 입력단자 사이에 접속된 리플 전압 보정 캐패시터를 포함하는, DC-DC 컨버터 회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 회로는:
    상기 기준전압회로와 상기 에러 증폭기의 입력단자 사이에 접속된 피드백 저항;
    상기 인덕터와 GND 사이에 접속된 리플 전압 보정 저항;
    상기 인덕터와 리플 전압 보정 저항이 접속되는 접속점과, 상기 에러 증폭기의 입력단자와 피드백 저항이 접속되는 접속점 사이에 접속된 리플 전압 보정 캐패시터; 및
    상기 분압회로와 GND 사이에 접속된 제2 기준전압회로를 포함하는, DC-DC 컨버터 회로.
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