KR20070117917A - Dc/dc step-up converter and control method thereof - Google Patents

Dc/dc step-up converter and control method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20070117917A
KR20070117917A KR1020060052141A KR20060052141A KR20070117917A KR 20070117917 A KR20070117917 A KR 20070117917A KR 1020060052141 A KR1020060052141 A KR 1020060052141A KR 20060052141 A KR20060052141 A KR 20060052141A KR 20070117917 A KR20070117917 A KR 20070117917A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
output
inductor
voltage
current
Prior art date
Application number
KR1020060052141A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100819851B1 (en
Inventor
조규형
이한벅
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020060052141A priority Critical patent/KR100819851B1/en
Publication of KR20070117917A publication Critical patent/KR20070117917A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100819851B1 publication Critical patent/KR100819851B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion 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
    • H02M3/145Conversion 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
    • H02M3/155Conversion 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/042Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/04206Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

A DC/DC step-up converter and a control method thereof are provided to avoid an inflow current of an inductor while maintaining a soft start to increase an output voltage from zero. An input part has an inductor(L1) and a first switch(10) electrically connected to the inductor at both ends thereof. A controller has a second switch(11) electrically connected to one end of the input part. An output part is electrically connected to one end of the input part, and has a third switch(12) and a capacitor(Co) for outputting an output signal of the input part. A switch controller controls the first to third switches. When the output voltage of the output part is lower than the input voltage of the input part, the first switch is turned on, the second switch is turned off, and the third switch is switched.

Description

직류/직류 스탭-업 컨버터 및 그 제어 방법.{DC/DC step-up converter and control method thereof} DC / DC step-up converter and control method

도1은 종래의 직류/직류 스탭-업 컨버터의 전압과 전류특성의 예를 도시한 것이다. 1 shows an example of voltage and current characteristics of a conventional DC / DC step-up converter.

도2는 본 발명에 의한 직류/직류 스탭-업 컨버터의 일 실시예를 도시한 것이다. Figure 2 shows one embodiment of a DC / DC step-up converter according to the present invention.

도3은 도2에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 출력전압과 기준전압의 특성을 도시한 것이다. FIG. 3 shows the characteristics of the output voltage and the reference voltage of the DC / DC step-up converter shown in FIG.

도4는 도2에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 제1 및 제2 래치(RS1, RS2)의 출력특성을 도3의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 4 illustrates output characteristics of the first and second latches RS1 and RS2 of the DC / DC step-up converter illustrated in FIG. 2 in comparison with the time axis of FIG. 3.

도5는 도2에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 인덕터 전류와 PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자의 입력특성을 도3과 도4의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 5 illustrates the input characteristics of the inductor current of the DC / DC step-up converter shown in FIG. 2 and the inverting input terminal of the PWM comparator PWM_CP in comparison with the time axes of FIGS. 3 and 4.

도6은 본 발명에 의한 직류/직류 스탭-업 컨버터의 다른 실시예를 도시한 것이다. Figure 6 shows another embodiment of a DC / DC step-up converter according to the present invention.

도7은 도6에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 출력전압과 기준전압의 특성을 도시한 것이다. FIG. 7 shows the characteristics of the output voltage and the reference voltage of the DC / DC step-up converter shown in FIG.

도8은 도6에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 제1 및 제2 래치(RS1, RS2)의 출력특성을 도7의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 8 illustrates output characteristics of the first and second latches RS1 and RS2 of the DC / DC step-up converter illustrated in FIG. 6 in comparison with the time axis of FIG. 7.

도9는 도6에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 인덕터 전류와 PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자의 입력특성을 도7과 도8의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 9 illustrates the input characteristics of the inductor current of the DC / DC step-up converter shown in FIG. 6 and the inverting input terminal of the PWM comparator PWM_CP in comparison with the time axes of FIGS. 7 and 8.

본 발명은 직류/직류 스탭-업 컨버터(DC/DC step-up converter)에 관한 것으로, 출력전압을 0부터 증가시키도록 개시 운전을 하는 직류/직류 스탭-업 컨버터에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC / DC step-up converter, and more particularly, to a DC / DC step-up converter for starting operation to increase an output voltage from zero.

직류/직류 스탭-업 컨버터는 많은 전력관리 시스템에 있어서 중요한 부분을 차지한다. 많은 장치에 있어서, 장치에 인가되는 공급 전압은 상용 베터리의 전압보다 높아야 하기 때문에, 입력전압을 상승시켜 출력하는 직류/직류 스탭-업 컨버터(DC/DC step-up converter)를 사용하게 된다. DC / DC step-up converters are an important part of many power management systems. In many devices, since the supply voltage applied to the device must be higher than that of a commercial battery, a DC / DC step-up converter is used that raises and outputs the input voltage.

종래의 직류/직류 스탭-업 컨버터는 최대 전류 제어(peak current control)를 이용한 전류 모드 제어 운전(current mode control operation)이 사용되었다. 전류 모드 제어 동작은 저항 분할기(resistor divider)와 같은 피드-백 네트워크(feed-back network)로부터 출력 부하에서의 출력 전압을 측정하여 기준 전압과 비교한다. 이렇게 비교된 전압차에 해당하는 오차는 누적되고, 누정된 오차 정보는 인덕터의 최대 전류 정보와 비교된다. 인덕터의 최대 전류 정보는 전류 측정 회로로부터 얻어질 수 있다. 이러한 비교에 의해 전력 스위치의 듀티 사이클(duty cycle)를 조절하게 된다. Conventional DC / DC step-up converters use a current mode control operation with peak current control. Current mode control operation measures the output voltage at the output load from a feed-back network, such as a resistor divider, and compares it with a reference voltage. Errors corresponding to the compared voltage difference are accumulated, and the accumulated error information is compared with the maximum current information of the inductor. The maximum current information of the inductor can be obtained from the current measuring circuit. This comparison adjusts the duty cycle of the power switch.

그러나, 종래의 직류/직류 스탭-업 컨버터는 시작 용량에 있어 문제점이 있다. 시작 단계에서 피드백 출력 전압은 일반적인 동작의 기준 전압에 비해 매우 작기 때문에, 컨버터의 전력 스위치는 출력전압을 원하는 동작 점까지 빠르게 증가시키기 위해 많은 기간동안 턴-온되어야 한다. 따라서, 인덕터에는 많은 전류가 흐르고, 많은 에너지가 축적되어 장치에 손상을 입히거나 성능을 열화시키는 위험성을 유발하는 문제점이 있다. However, the conventional DC / DC step-up converter has a problem in starting capacity. Since the feedback output voltage is very small compared to the reference voltage of normal operation, the converter's power switch must be turned on for many periods to quickly increase the output voltage to the desired operating point. Therefore, there is a problem that a large amount of current flows in the inductor, and a large amount of energy is accumulated to cause a risk of damaging the device or degrading performance.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래의 많은 직류/직류 스탭-업 컨버터는 파워 스위치의 듀티 사이클을 천천히 증가시켜 소프트-스타트(soft-start) 유입전류(in-rush current)를 줄이는 방법으로 문제를 해결하려 하였다. 도1은 종래의 직류/직류 컨버터의 전압과 전류특성의 예를 도시한 것으로 듀티 사이클 한계가 35%, 45%, 55%, 그리고 65%의 단계로 증가된다. 따라서 인덕터 유입 전류가 그렇게 크지 않다. 그러나 이러한 종래의 소프트-스타트 방법은 다음과 같은 두 가지 문제점이 있다. To solve this problem, many conventional DC / DC step-up converters solve the problem by slowly increasing the duty cycle of the power switch to reduce the soft-start in-rush current. Tried to. Figure 1 shows an example of the voltage and current characteristics of a conventional DC / DC converter in which the duty cycle limit is increased in 35%, 45%, 55%, and 65% steps. Therefore, the inductor inrush current is not so large. However, this conventional soft-start method has two problems.

첫째, 각 단계에서의 최대 듀티 사이클은 출력전압의 관계에 따라 결정되기 때문에, 컨버터의 스위치는 출력전압을 증가시키기 위해 최대의 듀티 사이클로 운전된다. 따라서 전류 흐름은 출력전압을 증가시키기 위해 필요한 수준보다 훨씬 크게 되어, 인덕터에 예상치 못한 에너지를 저장하게 된다. First, since the maximum duty cycle at each stage is determined by the relationship of the output voltage, the switch of the converter is operated at the maximum duty cycle to increase the output voltage. Thus, the current flow is much larger than necessary to increase the output voltage, storing unexpected energy in the inductor.

둘째, 종래의 직류/직류 스탭-업 컨버터는 출력단에서 정류기로 다이오드를 사용하기 때문에 출력전압은 소프트-스타트시점에서 0으로부터 증가하지 않고, 입력전압수준의 근방에서부터 증가하게 된다. 따라서, 컨버터가 정지 상태에서도 소정의 출력전압을 갖게 된다. 이러한 소정의 출력전압은 부하 회로에 전류의 누수를 유발하고, 예기치 못한 전력소모가 발생하게 된다. 최근에 다이오드 대신 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)을 사용한 동기 정류기를 사용한 직류/직류 컨버터가 있다. 동기 정류기는 정지 상태에서 출력전압을 0으로 유지하지만, 소프트-스타트에서 전력 스위치의 듀티 사이클이 점점 증가하여 인덕터에 에너지가 축적되고, 초과 전류가 흐르게 된다. 이는 소프트-스타트의 시작점에서 출력 전압이 입력 전압에 비해 매우 작기 때문이다. 이러한 압력차 때문에, 전류가 감소도록 방전되는 것이 아니라, 주 스위치가 턴-온될 때, 전류가 인덕터에 충전하기 시작해서, 출력 스위치가 턴-온(turn-on)될 때까지 충전된다. 결과적으로, 이러한 전류흐름이 문제점을 발생시키게 된다. Second, since the conventional DC / DC step-up converter uses a diode as a rectifier at the output stage, the output voltage does not increase from zero at the soft-start time, but increases from the vicinity of the input voltage level. Therefore, the converter has a predetermined output voltage even in the stopped state. This predetermined output voltage causes leakage of current in the load circuit and unexpected power consumption occurs. Recently, there is a DC / DC converter using a synchronous rectifier using a metal oxide silicon field effect transistor (MOSFET) instead of a diode. The synchronous rectifier keeps the output voltage at zero in the quiescent state, but at soft-start, the duty cycle of the power switch gradually increases, accumulating energy in the inductor and causing excess current to flow. This is because at the start of soft-start, the output voltage is very small compared to the input voltage. Because of this pressure difference, instead of discharging to decrease the current, when the main switch is turned on, the current begins to charge the inductor and is charged until the output switch is turned on. As a result, this current flow creates a problem.

본 발명의 목적은 개시 운전 동안에 예기치 않은 초과 전류가 흐르는 것을 방지하는 것에 있다. It is an object of the present invention to prevent unexpected excess current from flowing during start-up operation.

본 발명의 다른 목적은 출력전압이 입력전압보다 작을 때, 출력 전압을 상승시키기 위해 에너지를 축적할 필요없이 입력전압 그 자체로 충분하도록 하는 것이다. Another object of the present invention is that when the output voltage is less than the input voltage, the input voltage itself is sufficient without accumulating energy to raise the output voltage.

본 발명의 또 다른 목적은 출력전압이 입력전압보다 작을 때, 초과 전류를 제거하는 소프트-스타트 방법을 제공하고, 부수적으로, 인덕터의 피크전류를 잘 제어하여, 출력전압이 입력전압보다 크게 될 때, 원치 않는 초과 전류를 줄이는 것에 있다. It is yet another object of the present invention to provide a soft-start method for removing excess current when the output voltage is less than the input voltage and, incidentally, to control the peak current of the inductor well so that the output voltage becomes greater than the input voltage. In other words, it is to reduce unwanted excess current.

본 발명에 의한 직류/직류 스텝-업 컨버터는 인덕터와 상기 인덕터의 양단에 전기적으로 접속된 제1스위치를 포함하는 입력부; 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되는 제2스위치를 포함하는 제어부; 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되고, 상기 입력부의 출력신호를 출력하기 위한 제3 스위치와 커패시터를 포함하는 출력부; 및 상기 제1 내지 제3 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하고, 상기 스위치 제어부는, 상기 출력부의 출력전압이 상기 입력부의 입력전압보다 작은 때인 제1 구간에서, 상기 제1 스위치는 온(on)이고, 상기 제2 스위치는 오프(off)이며, 상기 제3 스위치는 스위칭(switching)되도록 제어한다. The DC / DC step-up converter according to the present invention includes an input unit including an inductor and a first switch electrically connected to both ends of the inductor; A control unit including a second switch electrically connected to one end of the input unit; An output unit electrically connected to one end of the input unit and including a third switch and a capacitor for outputting an output signal of the input unit; And a switch controller for controlling the first to third switches, wherein the switch controller is turned on in a first section when the output voltage of the output unit is smaller than the input voltage of the input unit. And the second switch is off, and the third switch is controlled to be switched.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 제3 스위치는 스위칭되고, 상기 출력부의 출력전압은 0으로부터 기설정된 파형으로 증가시키는 것이 바람직하다.Here, the switch control unit, the third switch is switched, the output voltage of the output unit is preferably increased from zero to a predetermined waveform.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부로부터의 궤환신호가 기설정된 기준전압레벨보다 큰 때에 상기 제3 스위치를 턴-오프시키도록 제어하는 것이 바람직하다.The switch controller may control the third switch to be turned off when no current flows through the inductor or when the feedback signal from the output unit is greater than a predetermined reference voltage level.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 제3 스위치가 턴-오프된 후 상기 제2 스위치가 다음 스위칭 사이클에서 턴-온되기 전에 상기 제1 스위치가 턴- 온되도록 제어하는 것이 바람직하다.Here, the switch control unit, in the second period when the output voltage is greater than the input voltage, no current flows in the inductor, or after the third switch is turned off, the second switch is turned on in the next switching cycle Preferably, the first switch is controlled to be turned on before being turned on.

여기서, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기설정된 기준전류값보다 큰 때에 상기 제2 스위치를 턴-오프하도록 제어하는 것이 바람직하다.Here, in the second period when the output voltage is greater than the input voltage, it is preferable to control to turn off the second switch when the current flowing through the inductor is greater than a predetermined reference current value.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부로부터의 궤환신호가 기설정된 기준 전압레벨보다 큰 때에, 또는, 스위칭 사이클의 끝에서 상기 제3 스위치를 턴-오프하도록 제어하는 것이 바람직하다.The switch controller may be configured to generate a switching cycle when no current flows in the inductor or when a feedback signal from the output is greater than a predetermined reference voltage level in a second section when the output voltage is greater than an input voltage. It is preferable to control to turn off the third switch at the end of the.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 프리횔링(freewheeling)을 위해 상기 제1 스위치를 턴-오프, 상기 제2 스위치를 턴-오프 그리고 상기 제3 스위치를 턴-오프하도록 제어하는 것이 바람직하다.Here, the switch control unit, in the second period when the output voltage is greater than the input voltage, the first switch to turn off, the second switch to turn off and the third switch for freewheeling (freewheeling) It is desirable to control to turn off.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 제2 스위치를 턴-온, 상기 제1 및 제3 스위치를 턴-오프하고 나서, 인덕터를 흐르는 전류가 기설정된 전류값보다 큰 때에 상기 제2 스위치를 턴-오프, 상기 제3 스위치를 턴-온하고, 그 다음에 상기 제2스위치를 턴-오프, 상기 제3스위치를 턴-온하고, 그 다음에 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 전압레벨보다 큰 때 또는 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않는 때 또는 스위칭 사이클의 끝에서 상기 제3스위치가 턴-오프되고, 그 다음에 상기 제3스위치가 턴-오프, 상기 제1 스위치가 턴-온되고, 그 다음에 다음 스위칭 사이클의 시작에서 상기 제1 스위치가 턴-오 프되도록 순서적으로 제어하는 것이 바람직하다.The switch controller may be configured to turn on the second switch and turn off the first and third switches in a second section when the output voltage is greater than an input voltage, and then the current flowing through the inductor may be generated. When the current value is greater than the set current value, turn off the second switch, turn on the third switch, then turn off the second switch, turn on the third switch, and then When the feedback signal of the output is greater than a predetermined voltage level or when no current flows in the inductor or at the end of a switching cycle, the third switch is turned off, and then the third switch is turned off, Preferably, the first switch is turned on and then sequentially controlled such that the first switch is turned off at the beginning of the next switching cycle.

여기서, 상기 인덕터의 일단은 상기 제1 및 제3 스위치 각각의 일단과 전기적으로 접속되고, 상기 제3 스위치의 타단은 상기 커패시터에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.Here, one end of the inductor is electrically connected to one end of each of the first and third switches, and the other end of the third switch is preferably electrically connected to the capacitor.

여기서, 상기 스위치 제어부는, 상기 인덕터와 상기 제2 스위치에 흐르는 전류를 측정하는 전류센싱회로; 상기 출력부에 접속되어 상기 궤환신호를 발생하는 출력신호궤환부; 상기 인덕터 피크 전류 신호의 기울기를 제어하는 전류 램프 제어 회로; 상기 출력신호궤환부의 출력신호와 상기 전류 램프 제어 회로의 출력신호를 비교하는 제1 비교기; 상기 전류 램프 제어 회로에 의한 신호와 상기 전류센싱회로의 출력신호를 비교하는 제2 비교기; 및 상기 전류센싱회로와 함께 상기 인덕터의 피크 전류를 결정하기 위해 제어루프를 제공하는 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the switch control unit, the current sensing circuit for measuring the current flowing in the inductor and the second switch; An output signal feedback unit connected to the output unit to generate the feedback signal; A current ramp control circuit for controlling the slope of the inductor peak current signal; A first comparator for comparing the output signal of the output signal feedback unit with the output signal of the current ramp control circuit; A second comparator for comparing a signal by the current ramp control circuit and an output signal of the current sensing circuit; And an amplifier that, together with the current sensing circuit, provides a control loop to determine the peak current of the inductor.

여기서, 상기 컨버터는 상기 출력부를 둘 이상 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the converter preferably includes two or more output units.

본 발명에 의한 직류/직류 스텝-업 컨버터의 제어방법은 인덕터와 상기 인덕터의 양단에 전기적으로 접속된 제1스위치를 포함하는 입력부와 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되는 제2스위치를 포함하는 제어부와 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되고, 상기 입력부의 출력신호를 출력하기 위한 제3 스위치와 커패시터를 포함하는 출력부 및 상기 제1 내지 제3 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터에서, 상기 출력부의 출력전압이 상기 입력부의 입력전압보다 작은 제1 구간에서, (a) 상기 제1 스위치는 온(on)이고, 상기 제2 스 위치는 오프(off)이며, 상기 제3 스위치는 스위칭(switching)하는 단계; 및 (b) 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 기준전압레벨보다 큰 때에 상기 제3 스위치가 턴-오프되는 단계를 포함한다. A control method of a DC / DC step-up converter according to the present invention includes a control unit including an input unit including an inductor and a first switch electrically connected to both ends of the inductor, and a second switch electrically connected to one end of the input unit. And an output part electrically connected to one end of the input part, the output part including a third switch and a capacitor for outputting an output signal of the input part, and a switch control part controlling the first to third switches. In the up-converter, in a first section in which the output voltage of the output is less than the input voltage of the input, (a) the first switch is on, the second switch is off, and Switching the third switch; And (b) turning off the third switch when no current flows in the inductor or when the feedback signal of the output unit is greater than a predetermined reference voltage level.

여기서, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서, (c) 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 제3스위치가 턴-오프된 후 상기 제2 스위치가 다음 스위칭 사이클에서 턴-온되기 전에 상기 제1 스위치를 턴-온하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, in the second period in which the output voltage is greater than the input voltage, (c) no current flows in the inductor, or the second switch is turned on in the next switching cycle after the third switch is turned off. Preferably the step further comprises the step of turning on the first switch.

여기서, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서, (d) 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기설정된 기준전류 값보다 큰 때에 상기 제3 스위치를 턴-오프하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include turning off the third switch when the current flowing through the inductor is greater than a predetermined reference current value in a second section in which the output voltage is greater than the input voltage. .

여기서, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서, (e) 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 전압레벨보다 큰 때, 또는 스위칭 사이클의 끝부분에서 상기 제3스위치를 턴-오프하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, in the second period in which the output voltage is greater than the input voltage, (e) when no current flows through the inductor, or when the feedback signal of the output is greater than a predetermined voltage level, or at the end of a switching cycle, Preferably, the method further includes turning off the three switches.

여기서, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서, (f) 프리휠링(freewheeling)을 위해 상기 제1스위치는 턴-온, 상기 제2 스위치는 턴-오프 그리고 상기 제3 스위치는 턴-오프하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, in a second period in which the output voltage is greater than the input voltage, (f) the first switch is turned on, the second switch is turned off and the third switch is turned on for freewheeling. It is preferable to further comprise the step of -off.

여기서, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서, (g) 상기 제2 스위치는 턴-온, 상기 제1 및 제3 스위치는 턴-오프하는 단계; (h) 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기설정된 기준 전류값보다 큰 때에 상기 제2 스위치가 턴-오프되는 단계; (i) 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 기준전압레벨보다 크거나, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않는 때에 상기 제3 스위치가 턴-오프되는 단계; (j) 상기 제3 스위치가 턴-오프되고, 상기 제1 스위치가 턴-온되는 단계; 및 (k) 다음 스위칭 사이클의 시작에서 상기 제1 스위치가 턴-오프되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, in the second period in which the output voltage is greater than the input voltage, (g) turning on the second switch and turning off the first and third switches; (h) turning off the second switch when the current flowing through the inductor is greater than a predetermined reference current value; (i) turning off the third switch when the feedback signal of the output unit is greater than a predetermined reference voltage level or no current flows in the inductor; (j) the third switch is turned off and the first switch is turned on; And (k) the first switch is turned off at the beginning of the next switching cycle.

본 발명은 소프트-스타트(soft-start) 회로를 포함하는 직류/직류 스탭-업 컨버터(이하, 간단히 ‘컨버터’라 한다)이다. 본 발명은 소프트-스타트 방법과 피크-전류 제어와 같은 전류-모드 제어를 이용한다. 출력전압은 인덕터에 유입(in-rush) 전류 없이 0으로부터 정해진 모양으로 원하는 레벨의 전압이 출력된다. 이러한 소프트-스타트 시간은 2개의 구간으로 나뉜다. The present invention is a direct current / direct current step-up converter (hereinafter simply referred to as a “converter”) that includes a soft-start circuit. The present invention utilizes current-mode control such as soft-start method and peak-current control. The output voltage outputs the desired level of voltage in a predetermined shape from zero without in-rush current to the inductor. This soft-start time is divided into two sections.

제1구간에서는 컨버터가 작동된 후, 0으로부터 상승하는 출력전압이 입력전압보다 작을 때 프리휠(freewheel) 스위치, 비교기(comparator), 저항-피드백망(resister-feedback network), 램프발생기(ramp generator)에 의해 컨버터를 인덕터없는 LDO(Low Drop Output)처럼 작동되도록 한다. 이 구간에서는 주 스위치가 항상 오프(off)상태에 있고, 프리휠 스위치도 항상 온(on)되어 있다. 출력전압이 입력전압보다 작을 때, 이 스위치들로 인해 종래의 컨버터에서 발생하는 유입 전류를 완전히 제거하고, 출력전압이 0으로부터 증가시키게 하는 소트프-스타트 상태를 유지하게 된다. In the first section, the freewheel switch, comparator, resistor-feedback network, and ramp generator when the output voltage rising from zero is less than the input voltage after the converter is operated. This allows the converter to act like an LDO (Low Drop Output) without an inductor. In this section the main switch is always off and the freewheel switch is always on. When the output voltage is less than the input voltage, these switches completely remove the inrush current generated by the conventional converter and maintain a sort-start state that causes the output voltage to increase from zero.

소프트-스타트의 제2구간은 출력전압이 입력전압에 근접했을 때에 시작한다. 이 구간에서 컨버터의 인덕터에 에너지를 저장하고, 출력전압을 상승시키기 위해 주 스위치를 동작시킨다. 인덕터의 피크 전류를 제한하기 위한 피크전류 제어 방법에 의해 피크전류가 제어되고, 듀티-사이클은 서서히 증가하며, 출력전압은 최종적으로 요구되는 전압에 도달할 때까지 램프 신호를 비례적으로 따라가게 된다. The second section of soft-start begins when the output voltage approaches the input voltage. In this section, the main switch is operated to store energy in the inductor of the converter and to raise the output voltage. The peak current is controlled by the peak current control method to limit the peak current of the inductor, the duty-cycle gradually increases, and the output voltage follows the ramp signal proportionally until the final required voltage is reached. .

이러한 두 개 구간의 소프트-스타트에 의해 인덕터로의 유입(in-rush) 전류를 완전히 막을 수 있고, 출력전압을 0으로부터 증가시킬 수 있게 된다. These two periods of soft-start completely prevent in-rush current into the inductor and increase the output voltage from zero.

프리휠 스위치는 인덕터의 양단을 접속시키는 스위치로 프리휠 스위치가 온(on)되면, 인덕터의 양단이 단락(short)된다. "프리휠링(freewheeling)“이라는 단어는 스위치가 턴-온(turn-on)되면, 잔여전류가 스위치와 인덕터에 의해 형성되는 루프에서 프리휠링되는 현상에서 유래한다. 프리휠링이 될 때, 인덕터는 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance; ESR)을 갖고, 스위치는 온-저항(on-resistance)을 갖기 때문에, 인덕터에 충전된 전류는 감소하게 된다. The freewheel switch is a switch for connecting both ends of the inductor. When the freewheel switch is turned on, both ends of the inductor are shorted. The word "freewheeling" comes from the phenomenon that when the switch is turned on, the residual current is freewheeled in the loop formed by the switch and the inductor. Since it has an equivalent series resistance (ESR) and the switch has on-resistance, the current charged in the inductor is reduced.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하며 더욱 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.

도2는 본 발명에 의한 직류/직류 스탭-업 컨버터의 일 실시예를 도시한 것이다. Figure 2 shows one embodiment of a DC / DC step-up converter according to the present invention.

본 발명에 의한 직류/직류 스탭-업 컨버터는 인덕터(L1), 인덕터(L1)의 양단에 접속된 프리휠 스위치(10)를 포함하는 입력부, 입력부의 출력신호를 제어하기 위해 인덕터(L1)의 일단과 일단이 접속된 주 스위치(11)를 포함하는 제어부, 입력부의 출력신호를 입력받아 출력하는 출력 스위치(12)와 출력 스위치(12)의 타단과 접속된 커패시터(Co)를 포함하는 출력부, 그리고 스위치들(10,11,12)을 제어하는 스위치 제어부를 포함한다. The DC / DC step-up converter according to the present invention includes an input unit including an inductor L1 and a freewheel switch 10 connected to both ends of the inductor L1, and one end of the inductor L1 for controlling an output signal of the input unit. A control unit including a main switch 11 connected to one end thereof, an output unit including an output switch 12 for receiving and outputting an output signal of the input unit and a capacitor Co connected to the other end of the output switch 12, And a switch controller for controlling the switches 10, 11, and 12.

인덕터(L1)의 일단은 주 스위치(11)의 일단과 출력 스위치(12)의 일단에 각각 전기적으로 접속되고, 출력 스위치(12)의 타단은 커패시터(Co)와 전기적으로 접속된다.One end of the inductor L1 is electrically connected to one end of the main switch 11 and one end of the output switch 12, respectively, and the other end of the output switch 12 is electrically connected to the capacitor Co.

스위치 제어부에는 출력 전압(V_out)을 피드백(feedback)하는 저항 분할기(R1-R2), 전류를 센싱하는 전류 센싱 회로(100), 램프 신호(Vramp)를 발생시키는 램프 발생기(150), 전류 램프 신호를 제어하는 전류 램프 제어 회로(140), 제1 래치(RS1)와 제2 래치(RS2), 제1 및 제2 비교기(CP1, CP2), 제3 비교기(PWM_CP), 증폭기(OTA), 디지털 블록(200) 그리고 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 포함한다. The switch controller includes a resistor divider R1-R2 that feeds back the output voltage V_out, a current sensing circuit 100 that senses current, a lamp generator 150 that generates a lamp signal Vramp, and a current lamp signal. Current lamp control circuit 140 to control the first latch (RS1) and second latch (RS2), the first and second comparators (CP1, CP2), the third comparator (PWM_CP), amplifier (OTA), digital Block 200 and the first and second switches (S1, S2).

디지털 블록(200)에는 프리휠 스위치(10), 주 스위치(11) 그리고 출력 스위치(12)를 제어하기 위한 게이트 드라이버(119), 스위치 제어 디지털 블록(120)을 포함하고, 디지털 블록(200)은 주파수 발생기(130)에 의해 제어된다. The digital block 200 includes a gate driver 119 and a switch control digital block 120 for controlling the freewheel switch 10, the main switch 11, and the output switch 12. Controlled by frequency generator 130.

컨버터의 일반 운전에서, 출력전압(V_out)이 정상상태(steady-state)에 있을 때, 제1비교기(CP1)와 전류램프제어회로(Current ramp control circuit; 140)는 에너지를 절약하기 위해 전류소비가 없는 정지 상태에 있어, 효율을 증가시킨다. In normal operation of the converter, when the output voltage V_out is in a steady-state, the first comparator CP1 and the current ramp control circuit 140 consume current to save energy. In the stationary state without, increases the efficiency.

이러한 정상상태에서, 제1비교기(CP1)의 출력(500)은 차단되어 컨버터의 운전에 영향을 미치지 않는다. 제1스위치(S1)는 제1단자(1)에 연결되고, 전류램프제 어회로(140)는 피크전류제어루프의 보상커패시터(compensation capacitor; Cc)의 전압에 영향을 미치지 않는다. In this steady state, the output 500 of the first comparator CP1 is cut off and does not affect the operation of the converter. The first switch S1 is connected to the first terminal 1, and the current lamp control circuit 140 does not affect the voltage of the compensation capacitor Cc of the peak current control loop.

칩활성화(chip-enable) 신호는 컨버터를 동작시키도록 하는 신호이고, 이에 의해 소프트-스타트가 개시된다. 본 발명에서 칩활성화 신호는 시간 0에서 시작한다. 컨버터가 비활성화될 때, 비활성화(disable)신호는 제1래치(RS1)와 제2래치(RS2)를 로우(low)로 리셋하고, 제1스위치(S1)과 제2스위치(S2)는 각각 제2단자(2)에 연결되며, 새로운 소프트-스타트를 준비한다. The chip-enable signal is a signal for operating the converter, whereby soft-start is initiated. In the present invention, the chip activation signal starts at time zero. When the converter is deactivated, the disable signal resets the first latch RS1 and the second latch RS2 to low, and the first switch S1 and the second switch S2 are respectively reset. It is connected to two terminals (2) and prepares a new soft-start.

도3과 도7에서 도시된 V_battery는 입력전압(V_in)을 지시한다. V_battery shown in FIGS. 3 and 7 indicates the input voltage V_in.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 소프트-스타트의 운전은 2개의 구간으로 나뉜다. 제1구간은 출력전압이 0으로부터 시작하여 입력전압의 근방까지 증가한다. 제2구간은 제1구간의 다음부터 시작하여 출력전압이 요구된 전압레벨이 될 때까지이다. 그 이후는 안정화된다. As described above, the soft-start operation according to the present invention is divided into two sections. In the first section, the output voltage starts from zero and increases to the vicinity of the input voltage. The second section starts after the first section until the output voltage reaches the required voltage level. After that it is stabilized.

<제1실시예> First Embodiment

본 발명에 의한 제1실시예는 도2 내지 도5에 도시된 도면을 참조하여 설명한다. A first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings shown in Figs.

도2는 본 발명에 의한 직류/직류 스탭-업 컨버터의 일 실시예를 도시한 것이다. Figure 2 shows one embodiment of a DC / DC step-up converter according to the present invention.

도3은 도2에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 출력전압과 기준전압의 특성을 도시한 것이다. FIG. 3 shows the characteristics of the output voltage and the reference voltage of the DC / DC step-up converter shown in FIG.

도4는 도2에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 제1 및 제2 래치(RS1, RS2)의 출력특성을 도3의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 4 illustrates output characteristics of the first and second latches RS1 and RS2 of the DC / DC step-up converter illustrated in FIG. 2 in comparison with the time axis of FIG. 3.

도5는 도2에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 인덕터 전류와 PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자의 입력특성을 도3과 도4의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 5 illustrates the input characteristics of the inductor current of the DC / DC step-up converter shown in FIG. 2 and the inverting input terminal of the PWM comparator PWM_CP in comparison with the time axes of FIGS. 3 and 4.

제1실시예에서의 소프트-스타트는 2개의 구간을 포함한다. The soft-start in the first embodiment includes two sections.

제1구간에서는 도2에 도시된 컨버터가 활성화된 후, 출력전압(V_out)은 입력전압(V_in)보다 매우 작으며, 0으로부터 증가한다. 즉, V_out < V_in_d 이다. 여기서, V_in_d=V_in-v이고, v는 출력 스위치(12)가 턴-온(turn-on)될 때, 프리휠 스위치(10)와 출력(output) 스위치(12)에 할당되는 작은 전압을 의미한다. 이러한 v는 소프트-스타트의 안전한 운전을 위해 설정되거나, 제1구간의 끝을 안전하게 감지하기 위한 것이다. 이에 의해 제1비교기(CP2)의 출력은 로우(low)상태가 된다. In the first section, after the converter shown in Fig. 2 is activated, the output voltage V_out is much smaller than the input voltage V_in and increases from zero. That is, V_out <V_in_d. Here, V_in_d = V_in-v, and v means a small voltage assigned to the freewheel switch 10 and the output switch 12 when the output switch 12 is turned on. . This v is set for the safe operation of the soft-start or for safely detecting the end of the first section. As a result, the output of the first comparator CP2 is set to a low state.

칩활성화가 되기 전부터 제1래치(RS1)의 출력(500)은 로우(low)상태이고, 디지털 블럭(200)에 의해 프리휠 스위치(10)는 온(on)상태를 유지하고, 주(main) 스위치(11)는 오프(off)상태를 유지한다. 피크전류제어운전은 수행되지 않는다. Before the chip is activated, the output 500 of the first latch RS1 is in a low state, and the freewheel switch 10 is kept on by the digital block 200, and main is maintained. The switch 11 remains off. Peak current control operation is not performed.

바람직하게는, 프리휠 스위치(10)는 PMOS 스위치, 주스위치(11)는 NMMOS 스위치, 출력 스위치(12)는 PMOS 스위치이다. Preferably, the freewheel switch 10 is a PMOS switch, the main switch 11 is an NMMOS switch, and the output switch 12 is a PMOS switch.

바람직하게는, 제1 및 제2 래치(RS1, RS2)는 RS(Reset-Set) 래치이다. Preferably, the first and second latches RS1 and RS2 are reset-set (RS) latches.

전류센싱회로(100)의 출력(320)과 PWM비교기(PWM_CP)의 출력(520)은 차단되 어 제1구간의 운전에서는 무시된다. The output 320 of the current sensing circuit 100 and the output 520 of the PWM comparator PWM_CP are cut off and are ignored in the operation of the first section.

전류센싱회로(100)의 출력(320)은 인덕터(L1) 전류의 상태를 지시한다. 전류센싱회로(100)의 출력(320)은 인덕터(L1) 전류가 0이상이면 로우(low)이고, 인덕터(L1) 전류가 0을 지나면 하이(high)로 변화된다. 전류센싱회로(100)의 출력(320)이 하이(high)로 되면, 출력 스위치(12)는 턴-오프되고, 프리휠 스위치(10)는 턴-온된다. The output 320 of the current sensing circuit 100 indicates the state of the inductor L1 current. The output 320 of the current sensing circuit 100 is low when the inductor L1 current is 0 or more, and changes to high when the inductor L1 current passes 0. When the output 320 of the current sensing circuit 100 becomes high, the output switch 12 is turned off and the freewheel switch 10 is turned on.

램프발생기(Ramp generator; 150)에 의해 발생된 램프신호(Vramp)는 0으로부터 증가한다. 소프트-스타트에서 램프신호(Vramp)의 전압은 밴드갭기준전압(V-bandgap)보다 작기 때문에, 제3비교기(CP3)의 출력은 로우이고, 제2래치(RS2)의 출력(530)도 로우이며, 제2비교기(CP2)와 제1래치(RS1)도 각각 로우이다. 제2래치(RS2)의 출력(530)인 로우신호에 의해 제1스위치(S1)과 제2스위치(S2)가 각각 제2단자(2)에 연결된다. The ramp signal Vramp generated by the ramp generator 150 increases from zero. Since the voltage of the ramp signal Vramp at the soft-start is smaller than the band gap reference voltage V-bandgap, the output of the third comparator CP3 is low, and the output 530 of the second latch RS2 is also low. The second comparator CP2 and the first latch RS1 are also low. The first switch S1 and the second switch S2 are connected to the second terminal 2 by the low signal, which is the output 530 of the second latch RS2.

증폭기(OTA)의 비반전입력단자(+)와 제1비교기(CP1)의 반전입력단자(-)에 기준전압(Vref_ss400)이 연결되고, 전류램프제어회로(140)에 의해 기준전압(Vref_ss400)은 램프신호(Vramp)가 밴드갭기준전압(V_bandgab)보다 커질 때까지 램프신호(Vramp)를 따라 증가한다. The reference voltage Vref_ss400 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the amplifier OTA and the inverting input terminal (-) of the first comparator CP1, and the reference voltage Vref_ss400 is connected by the current lamp control circuit 140. Is increased along the ramp signal Vramp until the ramp signal Vramp becomes greater than the bandgap reference voltage V_bandgab.

제1구간에서 제1비교기(CP1)의 출력신호(500)과 주파수 발생기(Frequency generator; 130)의 클록신호(131)는 출력 스위치(12)를 제어하는 데에 사용된다. In the first section, the output signal 500 of the first comparator CP1 and the clock signal 131 of the frequency generator 130 are used to control the output switch 12.

각 스위칭 사이클의 시작에서는 디지털 블록(200)에 의해, 출력 스위치(12)가 턴-온되고, 출력 커패시터(Co)가 충전된다. 스위칭 사이클은 한 주기 동안 프리 휠 스위치(10), 주 스위치(11), 출력 스위치(12)를 스위치하는 사이클이다. 출력전압(V_output)의 증가는 저항 분할기(resistor divider; R1-R2)에 의해 분할되고, R1과 R2사이의 피드백전압(Vfb401)은 증가하는 기준전압(Vref_ss400)과 비교된다. At the beginning of each switching cycle, the digital block 200 turns on the output switch 12 and charges the output capacitor Co. The switching cycle is a cycle of switching the free wheel switch 10, the main switch 11, and the output switch 12 for one period. The increase in the output voltage V_output is divided by the resistor divider R1-R2, and the feedback voltage Vfb401 between R1 and R2 is compared with the increasing reference voltage Vref_ss400.

피드백전압(Vfb401)이 기준전압(Vref_ss400)보다 크게 되면, 제1비교기(CP1)의 출력(500)은 로우로부터 하이로 변화되고, 디지털블록(200)에 의해 출력 스위치(12)는 턴-오프된다. 피드백전압(Vfb401)이 기준전압(Vref_ss400)보다 여전히 큰 경우에는 출력 스위치(12)는 일정 스위칭 사이클동안 계속 턴-오프되고, 제1비교기(CP1)의 출력(500)도 계속 하이로 된다. When the feedback voltage Vfb401 is greater than the reference voltage Vref_ss400, the output 500 of the first comparator CP1 is changed from low to high, and the output switch 12 is turned off by the digital block 200. do. When the feedback voltage Vfb401 is still greater than the reference voltage Vref_ss400, the output switch 12 is continuously turned off for a predetermined switching cycle, and the output 500 of the first comparator CP1 is also kept high.

램프신호(Vramp)가 증가함에 따라 증가되는 기준전압(Vref_ss400)이 피드백전압(Vfb401)보다 크게 된 후 새로운 스위칭 사이클이 시작되는 부분에서 출력 스위치(12)가 턴-온된다. The output switch 12 is turned on at the beginning of a new switching cycle after the reference voltage Vref_ss400, which is increased as the ramp signal Vramp increases, becomes greater than the feedback voltage Vfb401.

제1구간에서는 주 스위치(11)는 오프되고, 프리휠 스위치(10)는 온된다. 프리휠 스위치(10)는 계속 온상태를 유지하고, 출력 스위치(12)가 턴-온되면, 인덕터(L1)의 양단은 연결되어 전류가 출력커패시터(Co)로 흐르는 것을 도와주게 되고, 인덕터(L1)에 매우 작은 전류를 충전하게 된다. 이러한 매우 작은 전류는 출력 스위치(12)가 턴-오프될 때, 프리휠 스위치(10)의 온-저항과 인덕터의 등가직력저항(Equivalent series resistance; ESR)에 의해 방전된다. In the first section, the main switch 11 is turned off and the freewheel switch 10 is turned on. The freewheel switch 10 remains on, and when the output switch 12 is turned on, both ends of the inductor L1 are connected to help current flow to the output capacitor Co, and the inductor L1 Will charge a very small current. This very small current is discharged by the on-resistance of the freewheel switch 10 and the equivalent series resistance (ESR) of the inductor when the output switch 12 is turned off.

인덕터(L1)에 의해 형성된 루프의 프리휠 전류와 프리휠 스위치(10)은 손실에 기여하게 되지만, 충전된 인덕터 전류는 매우 작기 때문에 무시할 수 있는 정도이다. 바람직하게는 프리휠 스위치(10)의 크기가 충분히 큰 경우, 프리휠 스위 치(10)의 온-저항은 거의 제로에 가깝게 되고, 인덕터(L1)에 전류가 충전되지 않는다. The freewheel current and freewheel switch 10 of the loop formed by the inductor L1 contribute to the loss, but the charged inductor current is so small that it is negligible. Preferably, when the size of the freewheel switch 10 is large enough, the on-resistance of the freewheel switch 10 will be close to zero, and no current will be charged in the inductor L1.

출력전압(V_out)이 입력전압(V_in)-v 보다 작은 경우, 컨버터는 프리휠 스위치(10), 제1비교기(CP1), 저항-피드백망(R1-R2), 디지털 블록(200) 그리고 램프 발생기(150)에 의해 인덕터없는 LDO처럼 작동하게 된다. 여기서, v는 출력 스위치(12)가 턴-온될 때, 프리휠 스위치(10)과 출력 스위치(12)에 할당되는 작은 전압을 의미한다. When the output voltage V_out is smaller than the input voltage V_in-v, the converter may include a freewheel switch 10, a first comparator CP1, a resistor-feedback network R1-R2, a digital block 200 and a lamp generator. 150 acts like an LDO without an inductor. Here, v means a small voltage assigned to the freewheel switch 10 and the output switch 12 when the output switch 12 is turned on.

이렇게 제1구간에서는 주 스위치(11)는 항상 오프상태이고, 프리휠 스위치(10)는 항상 온상태가 된다. 출력전압(V_out)이 입력전압(V_in)보다 작은 때에는, 이러한 스위치(10,11)의 상태에 의해, 출력전압(V_out)은 0으로부터 증가하게 되어 소프트-스타트로 운전되는 것이 유지되면서, 종래의 컨버터의 인덕터에서 발생되던 유입전류는 완전히 제거하게 된다. Thus, in the first section, the main switch 11 is always in the off state, and the freewheel switch 10 is always in the on state. When the output voltage V_out is smaller than the input voltage V_in, the state of these switches 10 and 11 causes the output voltage V_out to increase from zero to be maintained in soft-start, while maintaining the conventional Inrush current from the inductor of the converter is completely eliminated.

제2구간은 출력전압(V_out)이 입력전압(V_in)에 근접하게 될 때 시작된다. 즉, V_out=V_in-v일 때 제2구간이 시작된다. 여기서 v는 출력 스위치(12)와 프리휠 스위치(10)에 할당되는 전압강하를 의미한다. The second section starts when the output voltage V_out approaches the input voltage V_in. That is, when V_out = V_in-v, the second section is started. Here, v denotes a voltage drop allocated to the output switch 12 and the freewheel switch 10.

제2구간에서는 인덕터(L1)에 에너지를 저장하고, 출력전압(V_Out)을 상승시키기 위해 주 스위치(11)는 온된다. 전류제어회로(100)에 의해 전류가 0이 됨을 감지하거나, 또는, 출력 스위치(12)가 턴-오프된 후와 주 스위치(11)가 턴-온되기 전에 프리휠 스위치(10)는 턴-온된다. In the second section, the main switch 11 is turned on to store energy in the inductor L1 and to raise the output voltage V_Out. The freewheel switch 10 is turned on after the current control circuit 100 senses that the current is zero or after the output switch 12 is turned off and before the main switch 11 is turned on. do.

인덕터의 피크전류를 제한하기 위한 피크전류 제어 방법에 의해 피크전류는 제어되고, 듀티-사이클은 서서히 증가하게 되며, 출력전압(V_out)는 원하는 값에 도달할 때까지 램프신호(Vramp)를 따라 비례적으로 증가한다. The peak current is controlled by the peak current control method to limit the peak current of the inductor, the duty-cycle gradually increases, and the output voltage V_out is proportional to the ramp signal Vramp until the desired value is reached. Increase by enemy.

제2구간에서는 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)는 각각 제2단자(2)에 연결된 상태이므로, 각각 전류램프제어회로(140)와 램프발생기(150)와 연결된다. 따라서 기준전압(Vref_ss400)은 램프신호(Vramp)가 된다. 전류램프제어회로(140)는 버퍼를 포함할 수 있고, 보상 커패시터(Cc)의 전압레벨을 결정하고, 인턱터(L1)의 피크전류를 제한한다. In the second section, since the first switch S1 and the second switch S2 are respectively connected to the second terminal 2, the first switch S1 and the second switch S2 are respectively connected to the current lamp control circuit 140 and the lamp generator 150. Therefore, the reference voltage Vref_ss400 becomes the ramp signal Vramp. The current lamp control circuit 140 may include a buffer, determine the voltage level of the compensation capacitor Cc, and limit the peak current of the inductor L1.

전류램프제어회로(140)는 도3에 도시된 기준전압(Vref_ss400) 파형을 도5에 도시된 낮은 기울기와 전압레벨에 차를 가진 램프신호(3001)의 파형으로 변화하게 한다. 이것은 증폭기(OTA) 출력의 활동 지역 안에 있어, 전류 센싱 회로(100)에 적합하게 된다. 따라서, PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자(-)의 입력(300)은 전류 램프 제어 회로(140)에 의해 결정되고, 증폭기(OTA)의 출력에 의해 결정되지 않는다. The current lamp control circuit 140 changes the waveform of the reference voltage Vref_ss400 shown in FIG. 3 into the waveform of the ramp signal 3001 having a difference between the low slope and the voltage level shown in FIG. This is in the active region of the amplifier (OTA) output, making it suitable for the current sensing circuit 100. Therefore, the input 300 of the inverting input terminal (-) of the PWM comparator PWM_CP is determined by the current ramp control circuit 140 and is not determined by the output of the amplifier OTA.

제1실시예에서의 제2구간에서는 제1비교기(CP1)는 증가하는 출력전압(V_out)을 조정하고, 기준전압(Vref_ss400)을 비례적으로 따라가게 한다.In the second section of the first embodiment, the first comparator CP1 adjusts the increasing output voltage V_out and proportionally follows the reference voltage Vref_ss400.

피크전류정보(310)가 PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자(-)의 입력(300)보다 크게 되면, PWM비교기(PWM_CP)의 출력(520)은 하이로 변경되어, 디지털 블록(200)을 통해, 주 스위치(11)는 턴-오프되고, 출력 스위치(12)는 턴-온된다. 이에 의해 전류는 출력커패시터(Co)에 충전된다. When the peak current information 310 is larger than the input 300 of the inverting input terminal (-) of the PWM comparator PWM_CP, the output 520 of the PWM comparator PWM_CP is changed to a high level, so that the digital block 200 is changed. Through this, the main switch 11 is turned off and the output switch 12 is turned on. As a result, the current is charged in the output capacitor Co.

제1비교기(CP1)은 피드백전압(Vfb401)과 기준전압(Vref_ss400)을 비교한다. 출력전압이 실질적으로는 램프신호(Vramp)에 해당하는 기준전압(Vref_ss400)을 따라 증가하게 하기 위해, 피드백전압(Vfb401)이 기준전압(Vref_ss400)보다 크게 되면, 출력 스위치(12)는 턴-오프된다. The first comparator CP1 compares the feedback voltage Vfb401 and the reference voltage Vref_ss400. When the feedback voltage Vfb401 is greater than the reference voltage Vref_ss400 so that the output voltage substantially increases with the reference voltage Vref_ss400 corresponding to the ramp signal Vramp, the output switch 12 is turned off. do.

프리휠 스위치(10)는 주 스위치(11)과 출력 스위치(12)가 턴-오프일 때 턴-온되어, 인덕터(L1)과 프리휠 스위치(10)의 루프에 전류가 프리휠되도록 한다. The freewheel switch 10 is turned on when the main switch 11 and the output switch 12 are turned off, so that a current is freewheeled in the loop of the inductor L1 and the freewheel switch 10.

제2구간에서는 출력전압(V_out)이 입력전압(V_in)보다 작지 않기 때문에, 주 스위치(11)이 턴-온되는 동안에 인덕터 전류가 충전되고, 듀티 사이클의 끝부분에서 피크전류가 감지된다. In the second section, since the output voltage V_out is not smaller than the input voltage V_in, the inductor current is charged while the main switch 11 is turned on, and the peak current is sensed at the end of the duty cycle.

피크 인덕터전류는 전류램프제어회로(140)에 의해 미리 결정되고 감지되기 때문에, 인덕터(L1)의 유입전류는 미리 결정되어, 도5에 도시된 바와 같이, 크지 않다. 전류램프제어회로(140)를 조절하여 최대 피크전류를 400mA이하로 유지할 수 있으며, 이정도의 피크전류는 출력전압(V_out)이 원하는 전압레벨로 도달할 수 있도록 한다. Since the peak inductor current is predetermined and sensed by the current lamp control circuit 140, the inflow current of the inductor L1 is predetermined and is not large, as shown in FIG. By controlling the current lamp control circuit 140, the maximum peak current can be maintained below 400 mA, and this peak current allows the output voltage V_out to reach the desired voltage level.

제1실시예에 따른 제2구간에서는 출력전압(V_out)이 제1비교기(CP1)에 의해 기준전압(Vref_ss400)을 따라 비례적으로 증가하도록 조성되고, 피크 인덕터전류는 전류램프제어회로(140)에 의해 미리 결정된다. In the second section according to the first embodiment, the output voltage V_out is formed to increase proportionally along the reference voltage Vref_ss400 by the first comparator CP1, and the peak inductor current is the current lamp control circuit 140. Is determined in advance.

램프신호(Vramp)가 밴드갭기준전압(V_bandgap)에 도달하게 될 때, 출력전압(V_out)은 원하는 전압레벨에 도달하게 된다. When the ramp signal Vramp reaches the bandgap reference voltage V_bandgap, the output voltage V_out reaches a desired voltage level.

제3비교기(CP3)의 출력은 하이로 바뀌고, 제2래치(RS2)의 출력(530)은 도4에 도시된 바와 같이, 하이로 설정된다. 제1스위치(S1)과 제2스위치(S2)는 각각 제1단 자(1)와 연결된다. The output of the third comparator CP3 is turned high and the output 530 of the second latch RS2 is set high, as shown in FIG. The first switch S1 and the second switch S2 are respectively connected to the first terminal 1.

결국, 기준전압(Vref_ss400)은 정상상태에 도달하게 되고, 밴드갭기준전압(V_bandgap)과 동일하게 된다. 제1스위치(S1)과 제2스위치(S2)는 컨버터가 비활성화될 때까지 바뀌지 않는다. 제2구간의 이시점에서는 증폭기(OTA)는 컨버터의 루프를 제어하고, 출력전압(V_out)을 정상상태로 조정한다. As a result, the reference voltage Vref_ss400 reaches a steady state and becomes equal to the bandgap reference voltage V_bandgap. The first switch S1 and the second switch S2 are not changed until the converter is deactivated. At this point in the second section, the amplifier OTA controls the loop of the converter and adjusts the output voltage V_out to a steady state.

보상 커패시터(Cc)는 소프트-스타트의 끝부분에서 전류램프제어회로(140)에 의해 결정된 전압을 갖게 됨에 따라, 인덕터(L1)에 저장된 잔여 에너지는 도3 및 도5에 도시된 바와 같이, 출력전압(V_out)에 다소의 오버슈트(overshoot)를 주게 된다. 그러나 기준전압(Vref_ss400)이 정상상태에 이르게 됨에 따라, 증폭기(OTA)와 컨버터 루프는 이를 안정화시켜, 인덕터의 피크 전류를 바로 줄일 수 있게 되고, 출력전압(V_out)도 빠른 시간 내에 정상상태에 도달하게 한다. 기준전압(Vref_ss400)의 정상상태는 밴드갭기준전압(V_bandgap)에 한정되지는 않는다. As the compensation capacitor Cc has a voltage determined by the current lamp control circuit 140 at the end of the soft-start, the residual energy stored in the inductor L1 is output as shown in Figs. Some overshoot is applied to the voltage V_out. However, as the reference voltage (Vref_ss400) is brought to a steady state, the amplifier (OTA) and the converter loop stabilizes it so that the peak current of the inductor can be directly reduced, and the output voltage (V_out) also reaches the steady state in a short time. Let's do it. The steady state of the reference voltage Vref_ss400 is not limited to the bandgap reference voltage V_bandgap.

<제2실시예> Second Embodiment

본 발명에 의한 제2실시예는 도6 내지 도9에 도시된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. A second embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings shown in Figs.

도6은 본 발명에 의한 직류/직류 스탭-업 컨버터의 다른 실시예를 도시한 것이다. Figure 6 shows another embodiment of a DC / DC step-up converter according to the present invention.

도7은 도6에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 출력전압과 기준전압의 특성을 도시한 것이다. FIG. 7 shows the characteristics of the output voltage and the reference voltage of the DC / DC step-up converter shown in FIG.

도8은 도6에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 제1 및 제2 래치(RS1, RS2)의 출력특성을 도7의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 8 illustrates output characteristics of the first and second latches RS1 and RS2 of the DC / DC step-up converter illustrated in FIG. 6 in comparison with the time axis of FIG. 7.

도9는 도6에 도시된 직류/직류 스탭-업 컨버터의 인덕터 전류와 PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자의 입력특성을 도7과 도8의 시간축과 비교하여 도시한 것이다. FIG. 9 illustrates the input characteristics of the inductor current of the DC / DC step-up converter shown in FIG. 6 and the inverting input terminal of the PWM comparator PWM_CP in comparison with the time axes of FIGS. 7 and 8.

제2실시예는 제1스위치(S1)의 제어신호에 있어 제1실시예와 다른 점을 가지고 있다. 도6에 도시된 바와 같이, 제1스위치(S1)는 제1래치(RS2)의 출력(530)이 아닌 제1래치(RS1)의 출력(510)에 의해 제어된다. 제1래치(RS1)가 로우인 동안에는 제1스위치(S1)는 제2단자(2)에 연결되어, PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자(-)의 입력은 전류램프제어회로에 의해 결정된다. The second embodiment differs from the first embodiment in the control signal of the first switch S1. As shown in FIG. 6, the first switch S1 is controlled by the output 510 of the first latch RS1, not the output 530 of the first latch RS2. While the first latch RS1 is low, the first switch S1 is connected to the second terminal 2 so that the input of the inverting input terminal (-) of the PWM comparator PWM_CP is determined by the current lamp control circuit. .

제2실시예의 소프트-스타트는 제1실시예와 같이 2개의 구간으로 구성되며, 제1구간은 제1실시예에서의 제1구간과 동일하다. 따라서, 이하에서는 제2실시예의 제2구간에 대해서 설명하기로 한다. The soft-start of the second embodiment is composed of two sections as in the first embodiment, and the first section is the same as the first section in the first embodiment. Therefore, the second section of the second embodiment will be described below.

제2구간에서는 제1비교기(CP1)은 사용되지 않고, 소프트-스타트 운전에 영향을 주지 않는다. 따라서, 정지모드에서 제1비교기(CP1)의 출력(500)은 차단되고, 전류소비가 없게 되어 효율이 증가한다. In the second section, the first comparator CP1 is not used and does not affect the soft-start operation. Therefore, in the stop mode, the output 500 of the first comparator CP1 is shut off and there is no current consumption, thereby increasing efficiency.

PWM비교기(PWM_CP)의 반전입력단자(-)의 입력을 증폭기(OTA)의 출력 활동 지역(active region)으로 가져가도록 하기 위해, 전류램프제어회로(140)는 소프트-스타트의 제1구간에서만 사용된다. 따라서, 전류램프제어회로(140)는 밴드갭기준전압(V_bandgap)으로부터 얻어진 고정전압을 위한 전압 버퍼를 포함한다. 제1구간의 끝부분에서는 제2구간에서의 보상 커패시터(Cc)의 초기전압이 설정된다. In order to bring the input of the inverting input terminal (-) of the PWM comparator (PWM_CP) to the output active region of the amplifier (OTA), the current lamp control circuit 140 is used only in the first section of the soft-start. do. Accordingly, the current lamp control circuit 140 includes a voltage buffer for the fixed voltage obtained from the band gap reference voltage V_bandgap. At the end of the first section, the initial voltage of the compensation capacitor Cc in the second section is set.

제2구간이 시작되고 제1래치(RS1)가 하이로 변경될 때, 제1래치(RS1)의 출력(510)에 의해 제어되는 제1스위치(S1)는 제2단자로부터 증폭기(OTA)와 연결되는 제1단자(1)와 접속된다. When the second section starts and the first latch RS1 is changed to high, the first switch S1 controlled by the output 510 of the first latch RS1 is connected to the amplifier OTA from the second terminal. It is connected to the first terminal 1 to be connected.

보상 커패시터(Cc)의 최초 전압은 제1구간의 끝부분에서 전류램프제어회로(140)에 의해 증폭기(OTA)의 활동지역으로 설정된다. 출력전압(V_out)은 증가하는 기준전압(Vref_ss400)을 비례적으로 따라가면서 정류된다. 이러한 제어는 피드백 저항 분할기(R1-R2), 증폭기(OTA), 전류센싱회로(100)과 파워스위치(10,11,12)에 의한 전류루프와 전압루프에 의해 구현된다. The initial voltage of the compensation capacitor Cc is set to the active region of the amplifier OTA by the current lamp control circuit 140 at the end of the first section. The output voltage V_out is rectified while proportionally following the increasing reference voltage Vref_ss400. This control is implemented by a current loop and a voltage loop by the feedback resistor divider R1-R2, the amplifier OTA, the current sensing circuit 100, and the power switches 10, 11, 12.

사이클은 주 스위치(11) 턴-온 --> 증폭기(OTA)의 출력전압(300)으로 피크 전류정보를 센싱 --> 주 스위치(11) 턴-오프 --> 출력 스위치(12) 턴-온 --> 인덕터전류가 0으로 방전되는 것을 감지 --> 출력 스위치(12) 턴-오프와 프리휠 스위치(10) 턴-온으로 된다. Cycle cycles the main current (11) turn-on-> sense peak current information with the output voltage (300) of the amplifier (OTA)-> turn the main switch (11) off-> turn the output switch (12) On-> Detect inductor current discharged to zero-> Turn on output switch 12 and turn off freewheel switch 10.

제2구간의 시작의 일정 사이클에서는, 도9에 도시된 바와 같이, 프리휠 스위치(10)가 턴-온되지 않고, CCM(Continuous Conduction Mode)에서 예상보다 큰 인덕터전류가 흐를 수 있다. 이는 출력전압(V_out)이 입력전압(V_in)보다 매우 크지 않고, 보상 커패시터(Cc)의 시작 전압이 작은 인덕터 피크전류가 유지하는 전압레벨보다 크게 설정되어 있기 때문이다. 즉, 주 스위치(11)을 최소 듀티 사이클 동안에 스위칭되도록 유지하기 때문이다. In a certain cycle of the start of the second section, as shown in Fig. 9, the freewheel switch 10 is not turned on, and larger inductor current may flow in the continuous conduction mode (CCM). This is because the output voltage V_out is not much larger than the input voltage V_in, and the start voltage of the compensation capacitor Cc is set to be larger than the voltage level maintained by the small inductor peak current. That is, because the main switch 11 is kept switched during the minimum duty cycle.

그러나, 전류는 출력전압(V_out)을 증가시키고, 피드백 전압(Vfb)이 기준전 압(Vref_ss400)보다 크도록 증가하기 때문에, 피크전류는 400mA이하로 그리 크지 않다. 컨버터에서의 루프는 출력전압(V_out)이 기준전압(Vref_ss400)을 따라 비례적으로 증가하도록 하기 때문에, 도7 및 도9에 도시된 바와 같이, 전류를 감소시키게 된다. However, since the current increases the output voltage V_out and the feedback voltage Vfb increases to be larger than the reference voltage Vref_ss400, the peak current is not so large as 400 mA or less. The loop in the converter causes the output voltage V_out to increase proportionally along the reference voltage Vref_ss400, thereby reducing the current, as shown in FIGS. 7 and 9.

출력전압(V_Out)이 램프신호(Vramp)을 비례적으로 따라서 증가하도록 하기 위해, 램프신호(Vramp)이 증가함에 따라, 증폭기(OTA)를 포함한 전압/전류 루프는 출력으로 전하를 충분히 공급할 수 있도록 피크 인덕터전류를 증가시킨다. In order for the output voltage V_Out to increase proportionally according to the ramp signal Vramp, as the ramp signal Vramp increases, the voltage / current loop including the amplifier OTA can supply sufficient charge to the output. Increase the peak inductor current.

램프신호(Vramp)이 밴드갭기준전압(V_bandgap)보다 크게 되는 때, 제3비교기(CP3)의 출력은 하이로 변경하고, 제2래치(RS2)의 출력을 하이로 설정한다. 기준전압(Vref_ss400)은 밴드갭 기준전압(V_bandgap)과 같은 정상상태로 된다. 이때, 기준전압(Vref_ss400)과 비례적으로 따라가는 출력전압(V_out)은 원하는 전압레벨에 도달하여 정상상태가 된다. 여기서, 소프트-스타트는 종료한다. When the ramp signal Vramp becomes larger than the bandgap reference voltage V_bandgap, the output of the third comparator CP3 is changed to high, and the output of the second latch RS2 is set to high. The reference voltage Vref_ss400 is in a steady state such as the bandgap reference voltage V_bandgap. At this time, the output voltage V_out proportional to the reference voltage Vref_ss400 reaches a desired voltage level and becomes a normal state. Here, the soft-start ends.

컨버터가 비활성화되고, 정지모드로 변경될 때, 제1래치(RS1)와 제2래치(RS2)는 로우로 리셋되고, 각각 다음 소프트-스타트에서의 제2비교기(CP2)와 제3비교기(CP3)의 출력으로부터 하이레벨을 기다린다. When the converter is deactivated and changed to the stop mode, the first latch RS1 and the second latch RS2 are reset low, and the second comparator CP2 and the third comparator CP3 at the next soft-start, respectively. Wait for a high level from the output of

본 발명에서는 단일 출력 직류/직류 스탭-업 컨버터를 일시예로 설명하였으나, 다중 출력 직류/직류 컨버터에서 유입 전류없는 소프트-스타트에 대해서도 적용할 수 있다. 따라서, 다중 출력을 갖는 직류/직류 컨버터도 본 발명의 범위에 포함된다.In the present invention, a single output DC / DC step-up converter has been described as a temporary example, but it is also applicable to a soft-start without inrush current in a multiple output DC / DC converter. Accordingly, DC / DC converters with multiple outputs are also included in the scope of the present invention.

다중 출력의 경우 다중 출력을 위한 다수의 출력 스위치가 본 발명의 실시예 의 제1 구간과 제2 구간 등에서 출력 스위치(12)와 동일하게 동작하게 된다.In the case of multiple outputs, a plurality of output switches for multiple outputs operate in the same manner as the output switch 12 in the first section and the second section of the embodiment of the present invention.

제1 구간에서, 다중 출력을 위한 다른 출력 스위치들은 스위칭 사이클이 시작하거나, 출력 스위치(12)가 턴-오프된 후에 턴-온될 수 있다.In the first interval, the other output switches for the multiple outputs may be turned on after the switching cycle begins, or after the output switch 12 is turned off.

제 2 구간에서, 다중 출력을 위한 다른 출력 스위치들은 주 스위치(11)이 턴-오프되거나, 출력 스위치(12)가 턴-오프된 후에 턴-온될 수 있다.In the second section, the other output switches for the multiple outputs may be turned on after the main switch 11 is turned off or after the output switch 12 is turned off.

본 발명에 의하면, 2개 구간의 소프트-스타트에 의해 출력전압을 0으로부터 증가시키는 소프트-스타트를 유지하면서, 인덕터의 유입 전류를 완전히 피할 수 있다. According to the present invention, the inductor current of the inductor can be completely avoided while maintaining the soft-start which increases the output voltage from zero by the soft-start of two sections.

본 발명에 의하면 개시 운전 동안에 예기치 않은 초과 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to prevent unexpected excess current from flowing during the start-up operation.

본 발명에 의하면 출력전압이 입력전압보다 작을 때, 출력 전압을 상승시키기 위해 에너지를 축적할 필요없이 입력전압 그 자체로 충분하게 된다. According to the present invention, when the output voltage is smaller than the input voltage, the input voltage itself is sufficient without accumulating energy to raise the output voltage.

본 발명에 의하면 출력전압이 입력전압보다 작을 때와 출력전압이 입력전압보다 크게 될 경우에, 초과 전류를 제거할 수 있다. According to the present invention, the excess current can be removed when the output voltage is smaller than the input voltage and when the output voltage becomes larger than the input voltage.

Claims (17)

직류/직류 스텝-업 컨버터에 있어서, In a DC / DC step-up converter, 인덕터와 상기 인덕터의 양단에 전기적으로 접속된 제1스위치를 포함하는 입력부; An input unit including an inductor and a first switch electrically connected to both ends of the inductor; 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되는 제2스위치를 포함하는 제어부; A control unit including a second switch electrically connected to one end of the input unit; 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되고, 상기 입력부의 출력신호를 출력하기 위한 제3 스위치와 커패시터를 포함하는 출력부; 및 An output unit electrically connected to one end of the input unit and including a third switch and a capacitor for outputting an output signal of the input unit; And 상기 제1 내지 제3 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하고, It includes a switch control unit for controlling the first to third switches, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 출력부의 출력전압이 상기 입력부의 입력전압보다 작은 때인 제1 구간에서, 상기 제1 스위치는 온(on)이고, 상기 제2 스위치는 오프(off)이며, 상기 제3 스위치는 스위칭(switching)되도록 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터. In a first section when the output voltage of the output unit is less than the input voltage of the input unit, the first switch is on, the second switch is off, and the third switch is switching. DC / DC step-up converter, controlled to be controlled. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 제3 스위치는 스위칭되고, 상기 출력부의 출력전압은 0으로부터 기설정된 파형으로 증가시키는, 직류/직류 스텝-업 컨버터. The third switch is switched, and the output voltage of the output unit is increased from zero to a predetermined waveform. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부로부터의 궤환신호가 기설정된 기준전압레벨보다 큰 때에 상기 제3 스위치를 턴-오프시키도록 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터. And controlling the third switch to be turned off when no current flows in the inductor or when a feedback signal from the output portion is greater than a predetermined reference voltage level. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 제3 스위치가 턴-오프된 후 상기 제2 스위치가 다음 스위칭 사이클에서 턴-온되기 전에 상기 제1 스위치가 턴-온되도록 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터. In the second period when the output voltage is greater than the input voltage, no current flows in the inductor, or the first switch is turned on in the next switching cycle after the third switch is turned off, but before the second switch is turned on in the next switching cycle. DC / DC step-up converter to control the turn on. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기설정된 기준전류값보다 큰 때에 상기 제2 스위치를 턴-오프하도록 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터. And controlling the second switch to turn off when the current flowing through the inductor is greater than a predetermined reference current value in a second period when the output voltage is greater than an input voltage. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부로부터의 궤환신호가 기설정된 기준 전압레벨보다 큰 때에, 또는, 스위칭 사이클의 끝에서 상기 제3 스위치를 턴-오프하도록 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터.In the second period when the output voltage is greater than the input voltage, when no current flows in the inductor, or when the feedback signal from the output is greater than a predetermined reference voltage level or at the end of a switching cycle, the third switch. DC / DC step-up converter, controlling to turn off. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 프리횔링(freewheeling)을 위해 상기 제1 스위치를 턴-오프, 상기 제2 스위치를 턴-오프 그리고 상기 제3 스위치를 턴-오프하도록 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터.In a second period when the output voltage is greater than the input voltage, controlling to turn off the first switch, turn off the second switch and turn off the third switch for freewheeling. , DC / DC step-up converter. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 출력전압이 입력전압보다 큰 때인 제2 구간에서, 상기 제2 스위치를 턴-온, 상기 제1 및 제3 스위치를 턴-오프하고 나서, 인덕터를 흐르는 전류가 기설정된 전류값보다 큰 때에 상기 제2 스위치를 턴-오프, 상기 제3 스위치를 턴-온하고, 그 다음에 상기 제2스위치를 턴-오프, 상기 제3스위치를 턴-온하고, 그 다음에 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 전압레벨보다 큰 때 또는 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않는 때 또는 스위칭 사이클의 끝에서 상기 제3스위치가 턴-오프되고, 그 다음에 상기 제3스위치가 턴-오프, 상기 제1 스위치가 턴-온되고, 그 다음에 다음 스위칭 사이클의 시작에서 상기 제1 스위치가 턴-오프되도록 순서적으로 제어하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터.In a second period when the output voltage is greater than an input voltage, when the current flowing through the inductor is greater than a preset current value after turning on the second switch, turning off the first and third switches, Turn off the second switch, turn on the third switch, then turn off the second switch, turn on the third switch, and then the feedback signal of the output unit The third switch is turned off when the voltage level is greater than the set voltage level or when no current flows in the inductor or at the end of a switching cycle, the third switch is then turned off, and the first switch is turned off. On and then sequentially controlling the first switch to turn off at the start of the next switching cycle. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 인덕터의 일단은 상기 제1 및 제3 스위치 각각의 일단과 전기적으로 접속되고, 상기 제3 스위치의 타단은 상기 커패시터에 전기적으로 접속되는, 직류/직류 스텝-업 컨버터.One end of the inductor is electrically connected to one end of each of the first and third switches, and the other end of the third switch is electrically connected to the capacitor. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위치 제어부는, The switch control unit, 상기 인덕터와 상기 제2 스위치에 흐르는 전류를 측정하는 전류센싱회로; A current sensing circuit measuring current flowing through the inductor and the second switch; 상기 출력부에 접속되어 상기 궤환신호를 발생하는 출력신호궤환부; An output signal feedback unit connected to the output unit to generate the feedback signal; 상기 인덕터 피크 전류 신호의 기울기를 제어하는 전류 램프 제어 회로; A current ramp control circuit for controlling the slope of the inductor peak current signal; 상기 출력신호궤환부의 출력신호와 상기 전류 램프 제어 회로의 출력신호를 비교하는 제1 비교기; A first comparator for comparing the output signal of the output signal feedback unit with the output signal of the current ramp control circuit; 상기 전류 램프 제어 회로에 의한 신호와 상기 전류센싱회로의 출력신호를 비교하는 제2 비교기; 및A second comparator for comparing a signal by the current ramp control circuit and an output signal of the current sensing circuit; And 상기 전류센싱회로와 함께 상기 인덕터의 피크 전류를 결정하기 위해 제어루프를 제공하는 증폭기An amplifier providing a control loop with the current sensing circuit to determine the peak current of the inductor 를 포함하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터. Including, DC / DC step-up converter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨버터는 상기 출력부를 둘 이상 포함하는, 직류/직류 스텝-업 컨버터.And said converter comprises at least two said outputs. 인덕터와 상기 인덕터의 양단에 전기적으로 접속된 제1스위치를 포함하는 입력부와 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되는 제2스위치를 포함하는 제어부와 상기 입력부의 일단에 전기적으로 접속되고, 상기 입력부의 출력신호를 출력하기 위한 제3 스위치와 커패시터를 포함하는 출력부 및 상기 제1 내지 제3 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터의 제어방법에 있어서, A control unit including an input unit including an inductor and a first switch electrically connected to both ends of the inductor, and a second switch electrically connected to one end of the input unit, and electrically connected to one end of the input unit, and output of the input unit. In the control method of the DC / DC step-up converter comprising an output unit including a third switch and a capacitor for outputting a signal and a switch control unit for controlling the first to third switches, 상기 출력부의 출력전압이 상기 입력부의 입력전압보다 작은 제1 구간에서, In a first section in which the output voltage of the output unit is smaller than the input voltage of the input unit, (a) 상기 제1 스위치는 온(on)이고, 상기 제2 스위치는 오프(off)이며, 상기 제3 스위치는 스위칭(switching)하는 단계; 및 (a) said first switch is on, said second switch is off, and said third switch is switching; And (b) 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 기준전압레벨보다 큰 때에 상기 제3 스위치가 턴-오프되는 단계;를 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터 제어방법. (b) turning off the third switch when no current flows in the inductor or when the feedback signal of the output unit is greater than a predetermined reference voltage level. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서,In a second section in which the output voltage is greater than the input voltage, (c) 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 제3스위치가 턴-오프된 후 상기 제2 스위치가 다음 스위칭 사이클에서 턴-온되기 전에 상기 제1 스위치를 턴-온하는 단계를 더 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터 제어방법. (c) turning on the first switch without current flowing through the inductor or after the third switch is turned off but before the second switch is turned on in the next switching cycle. / DC step-up converter control method. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서,In a second section in which the output voltage is greater than the input voltage, (d) 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기설정된 기준전류 값보다 큰 때에 상기 제3 스위치를 턴-오프하는 단계를 더 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터 제어방법.(d) turning off the third switch when the current flowing in the inductor is greater than a predetermined reference current value. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서,In a second section in which the output voltage is greater than the input voltage, (e) 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않거나, 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 전압레벨보다 큰 때, 또는 스위칭 사이클의 끝부분에서 상기 제3스위치를 턴-오프하는 단계를 더 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터 제어방법.(e) a DC / DC step further comprising turning off the third switch when no current flows in the inductor, or when the feedback signal of the output is greater than a predetermined voltage level or at the end of a switching cycle. How to control the up-converter. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서,In a second section in which the output voltage is greater than the input voltage, (f) 프리휠링(freewheeling)을 위해 상기 제1스위치는 턴-온, 상기 제2 스위치는 턴-오프 그리고 상기 제3 스위치는 턴-오프하는 단계를 더 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터 제어방법.(f) DC / DC step-up converter control further comprising the first switch turning on, the second switch turning off and the third switch turning off for freewheeling. Way. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 출력전압이 상기 입력전압보다 큰 제2 구간에서,In a second section in which the output voltage is greater than the input voltage, (g) 상기 제2 스위치는 턴-온, 상기 제1 및 제3 스위치는 턴-오프하는 단계;(g) turning on the second switch and turning off the first and third switches; (h) 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기설정된 기준 전류값보다 큰 때에 상기 제2 스위치가 턴-오프되는 단계;(h) turning off the second switch when the current flowing through the inductor is greater than a predetermined reference current value; (i) 상기 출력부의 궤환신호가 기설정된 기준전압레벨보다 크거나, 상기 인덕터에 전류가 흐르지 않는 때에 상기 제3 스위치가 턴-오프되는 단계;(i) turning off the third switch when the feedback signal of the output unit is greater than a predetermined reference voltage level or no current flows in the inductor; (j) 상기 제3 스위치가 턴-오프되고, 상기 제1 스위치가 턴-온되는 단계; 및(j) the third switch is turned off and the first switch is turned on; And (k) 다음 스위칭 사이클의 시작에서 상기 제1 스위치가 턴-오프되는 단계를 더 포함하는 직류/직류 스텝-업 컨버터 제어방법.(k) further comprising the step of turning off the first switch at the beginning of the next switching cycle.
KR1020060052141A 2006-06-09 2006-06-09 DC/DC step-up converter and control method thereof KR100819851B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060052141A KR100819851B1 (en) 2006-06-09 2006-06-09 DC/DC step-up converter and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060052141A KR100819851B1 (en) 2006-06-09 2006-06-09 DC/DC step-up converter and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070117917A true KR20070117917A (en) 2007-12-13
KR100819851B1 KR100819851B1 (en) 2008-04-08

Family

ID=39142934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060052141A KR100819851B1 (en) 2006-06-09 2006-06-09 DC/DC step-up converter and control method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100819851B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101709875B1 (en) * 2015-12-16 2017-02-23 한양대학교 산학협력단 DC-DC converter controlled in the time domain and Switching control device used therein

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101937268B1 (en) 2017-10-11 2019-04-09 현대오트론 주식회사 Real-time slope control appartus for voltage regulator and operating method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040021887A (en) * 2002-09-05 2004-03-11 페어차일드코리아반도체 주식회사 A soft start device without external capacitor and a power supply having that device
JP4652726B2 (en) * 2004-06-11 2011-03-16 富士通セミコンダクター株式会社 DC-DC converter control circuit, DC-DC converter and electronic apparatus
JP4487649B2 (en) * 2004-06-14 2010-06-23 富士電機システムズ株式会社 Control device for step-up / step-down DC-DC converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101709875B1 (en) * 2015-12-16 2017-02-23 한양대학교 산학협력단 DC-DC converter controlled in the time domain and Switching control device used therein

Also Published As

Publication number Publication date
KR100819851B1 (en) 2008-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10218265B2 (en) State space-based multi-level voltage regulator system
US8248040B2 (en) Time-limiting mode (TLM) for an interleaved power factor correction (PFC) converter
EP2946259B1 (en) Soft start circuits and techniques
KR100875591B1 (en) Method performed by voltage regulators and voltage regulators
US8773099B2 (en) Methods to reduce output voltage ripple in constant on-time DC-DC converters
US8669748B2 (en) Device for synchronous DC-DC conversion and synchronous DC-DC converter
USRE41061E1 (en) High efficiency linear regulator
US8570772B2 (en) Isolated flyback converter with efficient light load operation
US7800351B2 (en) High efficiency voltage regulator with auto power-save mode
US7298119B1 (en) Step-up/step-down (buck/boost) switching regulator control methods
US7872458B2 (en) DC-to-DC converter
EP2639951A2 (en) Flyback converter
WO2017165069A1 (en) Power supply current priority based auto de-rating for power concurrency management
US20060238178A1 (en) Constant-voltage circuit capable of reducing time required for starting, semiconductor apparatus including constant-voltage circuit, and control method of constant-voltage circuit
JP2010051053A (en) Control circuit for boost dc-dc converters and boost dc-dc converter
US10447145B1 (en) SMPS power-on with energy saver
JP4236602B2 (en) Switching power supply circuit and electronic device using the same
KR100819851B1 (en) DC/DC step-up converter and control method thereof
EP3127228B1 (en) Dc/dc converter and method of driving dc/dc converter
JP2005124269A (en) High efficiency power supply system
CN113381609B (en) Integrated circuit for power supply management system, power supply management system and method
JP2009055688A (en) Step up/step down (back/boost) switching regulator

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
J501 Disposition of invalidation of trial
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120228

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee