KR20130112177A - System for controling channel width of power switch - Google Patents

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KR20130112177A
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윤광섭
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A power switch channel width control device is provided to improve the efficiency of a switching converter while minimizing the power loss of a power switch. CONSTITUTION: A power switch channel width control device includes a current sensor (100), an average switch unit (200), and a partial switch unit (300). The current sensor applies a voltage value to a + terminal of a comparator (110), applies each voltage to a terminal of the comparator, and outputs S1 to S8 signals through the comparator. The average switch unit is composed of a PMOS power switch or NMOS power switch to switch connection with the partial switch unit regardless of the voltage value. The partial switch unit is composed of a plurality of PMOS power switches or NMOS power switches to be matched with the S1 to S8 signals applied from the current sensor.

Description

전력스위치 채널 폭 제어 장치{SYSTEM FOR CONTROLING CHANNEL WIDTH OF POWER SWITCH}Power switch channel width control device {SYSTEM FOR CONTROLING CHANNEL WIDTH OF POWER SWITCH}

본 발명은 전력스위치 채널 폭 제어 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 전력스위치의 전도손실을 최소화하고 게이트 구동 손실을 최소화하여 안정성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a power switch channel width control device, and more particularly, to a technique for improving stability by minimizing conduction loss of a power switch and minimizing gate driving loss.

최근에 사회에서 스마트폰의 붐이 일어나면서 휴대기기의 전력 관리의 중요성이 더욱더 중요해 지고 있다. 개인용 통신이 목적이었던 휴대폰은 스마트폰이 대세가 되면서 휴대폰의 기능을 통신 뿐 아니라 다양한 멀티미디어 기능으로 확장된 상태이다. 이런 추세로 고정 장비였던, 랩톱 컴퓨터나 영상기기들의 기능들도 점차 휴대화되고 휴대장비의 기능은 계속적으로 확장되고 있다.With the recent boom of smartphones in society, the importance of power management of mobile devices has become more and more important. Mobile phones, which were intended for personal communication, have been extended to various multimedia functions as well as communication functions as smart phones are on the rise. With this trend, the functions of laptops and video devices, which were fixed equipment, are becoming more portable and the functions of portable devices continue to expand.

또한, 다양한 기능을 접목시킨 휴대장치에는 다양한 전자기기들이 집적되었는데, 이는 다양한 전원공급의 수요를 의미한다. 즉, 하나의 휴대장치가 하나의 배터리로부터 전원을 공급받더라도, 각각의 구성 블록은 서로 다른 전력공급 조건을 요구한다.In addition, a variety of electronic devices have been integrated in portable devices incorporating various functions, which means demand for various power supplies. That is, even if one portable device is powered from one battery, each building block requires a different power supply condition.

또한, 휴대장치는 작고 가볍지만 필요시엔 언제라도 동작을 해야만 하며, 이는 제한된 배터리 용양으로 최대한의 동작시간을 요구한다. 배터리 소재에는 NiCd, NiMH 또는 Li Ion 등의 새로운 소재가 있으며, 전원을 효율적으로 사용하기 위한 전력 관리 장치에 대해 다양한 개발이 이루어지고 있고, 회로적인 측면에서도 전력 관리 장치를 위한 전력장치 관리 IC의 개발로 기술력이 집중되고 있다.In addition, the handheld device is small and light but must be operated at any time as required, which requires maximum operating time with limited battery capacity. There are new materials such as NiCd, NiMH, or Li Ion in battery materials, and various developments are being made for power management devices to efficiently use power, and in terms of circuits, development of power device management ICs for power management devices. As a result, technology is concentrated.

대한민국공개특허 제10-2003-0045820호(하나 이상의 단들을 갖는 스위치-모드 전력 증폭기들의 전력 제어 및 변조)에는 스위치 모드의 전력증폭기에 대한 제어방법에 대한 기술이 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-2003-0045820 (Power control and modulation of switch-mode power amplifiers having one or more stages) discloses a technique for a control method for a power amplifier in a switch mode.

도 1을 참조하여 선행특허를 살피면, 증폭기 장치의 출력 포트에서 생성된 증폭기 장치의 출력 신호의 변조 특성 및 전력 출력중 적어도 하나를 제어하기 위하여 증폭기 장치의 전원 포트에 인가되는 신호를 가변시키는 단계; 및 증폭기 장치의 출력 신호의 요망되는 특성에 따라 증폭기 장치의 입력 포트에 인가되는 입력 신호의 진폭을 선택적으로 가변시키는 단계를 포함하며, 최종 증폭단은, 최종 증폭단이 상당한 비율의 시간동안 선형 동작 영역에서 동작하지 않고, 두 상태들, 하드-온(hard-on) 상태 및 하드-오프(hard-off) 상태간에 반복적으로 구동되도록 야기하는 구동 신호를 가지며, 최종 증폭단은 가변 출력 신호의 연속적이거나 빈번한 측정 및 피드백 조정 없이 제어되는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1, the method of varying a signal applied to a power port of an amplifier device to control at least one of a modulation characteristic and a power output of an output signal of the amplifier device generated at an output port of the amplifier device; And selectively varying the amplitude of the input signal applied to the input port of the amplifier device in accordance with the desired characteristics of the output signal of the amplifier device, wherein the final amplifier stage in the linear operating region for a significant proportion of time. Inoperative, it has a drive signal that causes it to be driven repeatedly between two states, a hard-on state and a hard-off state, and the final amplifier stage is a continuous or frequent measurement of the variable output signal. And controlled without feedback adjustment.

그러나, 전원 포트에 인가되는 신호를 가변시키고, 입력 포트에 인가되는 입력 신호의 진폭을 선택적으로 가변시키는 구성은 DC-DC변환기를 통해 펄스폭을 변조하고, 필터에 스위칭된 신호를 인가하도록 구성되는바, 측정 서브블록의 크기가 크고, 자체 소모되는 전력 또한 크다는 문제점이 발생한다.However, the configuration for varying the signal applied to the power port and for selectively varying the amplitude of the input signal applied to the input port is configured to modulate the pulse width through the DC-DC converter and apply the switched signal to the filter. The problem arises that the size of the measurement subblock is large and the power consumed by itself is also large.

본 발명의 목적은, 전류감지단이 비교기로부터 인가받은 신호에 따라 부분 스위치 각각의 스위치 동작에 의한 전력 스위치의 채널 폭을 제어함으로써, 전력 스위치의 전력손실을 최소화함과 아울러 스위칭 변환기의 효율을 향상시킴에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to minimize the power loss of the power switch and improve the efficiency of the switching converter by controlling the channel width of the power switch by the switch operation of each of the partial switches according to the signal received from the comparator by the current sensing stage. Sikkim has that purpose.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전력스위치 채널 폭 제어 장치는, 부하 단으로부터 추출한 Sensing의 전압 값을 비교기(110)의 +단으로 인가하되, 비교기(110)의 -단에는 각각의 Vref의 전압을 인가하며, 비교기(110)를 통해 S1 신호 내지 S8 신호를 출력하는 전류감지부(100); PMOS(MP1) 파워스위치 및 NMOS(MN1) 파워스위치로 구성되어 전류감지부(100)로부터 인가받는 전압 값에 관계없이 부분스위치부(300)와의 접속을 스위칭하는 평균스위치부(200); 및 복수개의 PMOS(MP2 내지 MP5) 파워스위치 및 NMOS(MN2 내지 MN5) 파워스위치로 구성되어 평균스위치부(200)의 스위칭을 통해 전류감지부(100)로부터 인가받은 출력신호 S1 내지 S8 각각과 대응하도록 작동하는 부분스위치부(300);를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the power switch channel width control apparatus of the present invention applies a voltage value of Sensing extracted from the load stage to the + stage of the comparator 110, and at the-stage of the comparator 110, A current sensing unit 100 that applies a voltage and outputs S1 to S8 signals through the comparator 110; An average switch unit 200 including a PMOS (MP1) power switch and an NMOS (MN1) power switch to switch the connection with the partial switch unit 300 regardless of the voltage value applied from the current sensing unit 100; And a plurality of PMOS (MP2 to MP5) power switches and NMOS (MN2 to MN5) power switches to correspond to the output signals S1 to S8 applied from the current sensing unit 100 through switching of the average switch unit 200. It includes; switch portion 300 that operates to.

또한, 비교기(110)는, +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 Vref의 전압을 인가받아 S1 신호 및 S5 신호를 출력하는 제1 비교기(111); +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 3/4Vref의 전압을 인가받아 S2 신호 및 S6 신호를 출력하는 제2 비교기(112); +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 1/2Vref의 전압을 인가받아 S3 신호 및 S7 신호를 출력하는 제3 비교기(113); 및 +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 1/4Vref의 전압을 인가받아 S4 신호 및 S8 신호를 출력하는 제4 비교기(114);를 포함한다. In addition, the comparator 110 may include a first comparator 111 configured to receive a voltage value of Sensing through a + stage and a voltage of Vref through a − stage to output an S1 signal and an S5 signal; A second comparator 112 receiving a voltage value of Sensing through a + stage and a voltage of 3 / 4Vref through a-stage to output an S2 signal and an S6 signal; A third comparator 113 configured to receive a voltage value of Sensing through a + stage, and output a S3 signal and an S7 signal by receiving a voltage of 1 / 2Vref through a-stage; And a fourth comparator 114 that receives the voltage value of the sensing through the + stage, and outputs the S4 signal and the S8 signal by receiving a voltage of 1 / 4Vref through the − stage.

또한, 평균스위치부(200)는, 파워스위치 NMOS(MN1) 및 PMOS(MP1)가 동시에 ON상태로 전환하고 OFF상태로 전환하도록 제어하는 사구간제어기(Dead-time controller);를 더 포함한다.In addition, the average switch unit 200 further includes a dead-time controller for controlling the power switch NMOS MN1 and the PMOS MP1 to be simultaneously turned ON and OFF.

그리고, 부분스위치부(300)는, 평균스위치부(200)의 부하 단에 흐르는 전류 값에 따라 PMOS 파워스위치 및 NMOS 파워스위치의 동작 개수를 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the partial switch unit 300 is characterized in that the control to determine the operation number of the PMOS power switch and the NMOS power switch in accordance with the current value flowing through the load of the average switch unit 200.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 전류감지단이 비교기로부터 인가받은 신호에 따라 부분 스위치 각각의 스위치 동작에 의한 전력 스위치의 채널 폭을 제어함으로써, 전력 스위치의 전력손실을 최소화함과 아울러 스위칭 변환기의 효율을 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by controlling the channel width of the power switch by the switch operation of each of the partial switches in accordance with the signal applied from the comparator, the power loss of the power switch and the efficiency of the switching converter Has the effect of improving.

그리고, 본 발명에 따르면, 전력 스위치의 전력손실을 최소화함과 아울러 스위칭 변환기의 효율을 향상시켜 휴대기기의 전원관리장치 또는 심전도 측정 칩과 같은 저전력을 요하는 기기에 사용될 수 있고, 배터리의 수명 연장을 도모하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, minimizing the power loss of the power switch and improve the efficiency of the switching converter can be used in devices requiring low power, such as a power management device or an electrocardiogram measurement chip of a portable device, and extends the life of the battery It is effective to plan.

도 1은 종래의 하나 이상의 단들을 갖는 스위치-모드 전력 증폭기들의 전력 제어 및 변조를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치의 전류감지회로와 그 동작과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치의 스위치 블록 제어회로를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치의 사구간제어기를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치에 대한 파워스위치의 기생소자를 도시한 회로도.
도 7은 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치에 대한 부분스위치부의 파워스위치 전류감지 파형을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 장치에 대한 부분스위치부의 파워스위치 제어 파형을 도시한 도면.
1 is a block diagram illustrating power control and modulation of a switch-mode power amplifier having one or more stages of the prior art.
Figure 2 is a block diagram showing a power switch channel width control apparatus according to the present invention.
3 is a view illustrating a current sensing circuit and an operation process of a power switch channel width control apparatus according to the present invention.
4 is a view showing a switch block control circuit of the power switch channel width control apparatus according to the present invention.
5 is a circuit diagram showing a four-foot controller of the power switch channel width control apparatus according to the present invention.
Figure 6 is a circuit diagram showing a parasitic element of the power switch for the power switch channel width control apparatus according to the present invention.
7 is a view showing a power switch current sensing waveform of the partial switch unit for the power switch channel width control apparatus according to the present invention.
8 is a view showing a power switch control waveform of the partial switch unit for the power switch channel width control apparatus according to the present invention.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims are to be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted in terms of meaning and concept. In addition, when it is determined that the detailed description of the known function and its configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.

이하, 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)에 대해 첨부한 예시도면을 토대로 상세히 설명한다.Hereinafter, the power switch channel width control apparatus A according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)의 전체 구성도이다. 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전류감지부(100), 평균스위치부(200) 및 부분스위치부(300)를 포함하여 구성된다.2 is an overall configuration diagram of a power switch channel width control device A according to the present invention. As shown in FIG. 2, the power switch channel width control apparatus A according to the present invention includes a current sensing unit 100, an average switch unit 200, and a partial switch unit 300.

먼저, 전류감지부(100)는 전류감지회로로부터 추출한 Sensing의 전압 값을 비교기(110)의 +단으로 인가하고, 비교기(110)의 -단에는 각각의 Vref의 전압을 인가하며, 비교기(110)를 통해 S1 신호 내지 S8 신호를 출력한다.First, the current sensing unit 100 applies the voltage value of the sensing extracted from the current sensing circuit to the + end of the comparator 110, and applies the voltage of each Vref to the-end of the comparator 110, and the comparator 110. ) Outputs the S1 to S8 signals.

구체적으로, 비교기(110)의 제1 비교기(111)는 +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 Vref의 전압을 인가받아 S1 신호 및 S5 신호를 출력한다.Specifically, the first comparator 111 of the comparator 110 receives the voltage value of Sensing through the + terminal, and receives the voltage of Vref through the − terminal to output the S1 signal and the S5 signal.

또한, 제2 비교기(112)는 +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 3/4Vref의 전압을 인가받아 S2 신호 및 S6 신호를 출력한다.In addition, the second comparator 112 receives a voltage value of Sensing through a + terminal, and receives a voltage of 3 / 4Vref through a − terminal to output an S2 signal and an S6 signal.

또한, 제3 비교기(113)는 +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 1/2Vref의 전압을 인가받아 S3 신호 및 S7 신호를 출력한다.In addition, the third comparator 113 receives a voltage value of Sensing through the + terminal and outputs an S3 signal and an S7 signal by receiving a voltage of 1 / 2Vref through the − terminal.

그리고, 제4 비교기(114)는 +단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 1/4Vref의 전압을 인가받아 S4 신호 및 S8 신호를 출력한다.
In addition, the fourth comparator 114 receives a voltage value of Sensing through the + terminal and outputs an S4 signal and an S8 signal by receiving a voltage of 1 / 4Vref through the − terminal.

아울러, 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)의 전류감지부(100)는 도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 부하감지 단에서 높은 전압 스윙이 가능하여 낮은 공급전압에서도 원활한 감지 기능을 유지한다.In addition, the current sensing unit 100 of the power switch channel width control apparatus (A) according to the present invention, as shown in a) of FIG. 3, enables a high voltage swing in the load sensing stage to smoothly detect even a low supply voltage. Maintain functionality.

또한, P채널 스위치가 턴온 시에 부하전류 감지 값을 출력한다. MP1은 PMOS 파워 스위치이고 MP2와 MS2은 MP1의 1/2500으로 축소된 width를 갖는다.In addition, the P-channel switch outputs a load current sense value at turn-on. MP1 is a PMOS power switch and MP2 and MS2 have a width reduced to 1/2500 of MP1.

또한, 도 3의 b)에 도시된 바와 같이, 드레인 단자 전위를 가깝게 유지한다. 이때 트랜지스터 MS1의 사이즈를 조정하여 최대한 Vds 전압을 작게 하여 오차를 줄여 선형성이 증가된다. Va 및 Vb 노드의 전위를 동일하게 유지하기 위해서 넓은 출력 전압 범위를 갖는 2단 연산 증폭기를 사용하였다.
Further, as shown in FIG. 3B, the drain terminal potential is kept close. In this case, the linearity is increased by reducing the error by adjusting the size of the transistor MS1 to make the Vds voltage as small as possible. In order to keep the potentials of the Va and Vb nodes the same, a two stage operational amplifier having a wide output voltage range was used.

또한, 최적의 채널을 만들어 낸다면 파워스위치에서 소비되는 전도 손실과 게이트 손실을 만들 수 있지만 문제는 동작시에 부하 단에 흐르는 전류에 따라서

Figure pat00001
값이 변화 한다는 것이다.In addition, creating an optimal channel can produce conduction losses and gate losses consumed by the power switch, but the problem is that depending on the current flowing into the load stage during operation,
Figure pat00001
The value changes.

따라서, 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전류감지부(100)가 부하 단에 흐르는 전류를 감지하여 비교기(110) 단으로 전달하고, 비교기(110)를 통하여 나온 신호는 스위치의 서브블록을 조정하게 된다.Therefore, the power switch channel width control apparatus A according to the present invention, as shown in Figure 4, the current sensing unit 100 detects the current flowing in the load stage and transmits to the comparator 110, the comparator ( The signal from 110 adjusts the subblock of the switch.

또한, 파워스위치는 도 4에 도시된 바와 같이, Switch control 및 스위치 서브블록 즉, 평균스위치부(200)와 부분스위치부(300)로 구성되며, 부하 단에 흐르는 전류 값에 따라 부분 스위치의 동작 개수를 결정할 수 있다. 따라서, 본 발명은 스위치가 부하 단에 흐르는 전류의 값에 따라서 최소 전력 소모를 유지하기 위해 유동적인 동작을 하도록 구성된다.
In addition, the power switch is composed of a switch control and a switch subblock, that is, the average switch unit 200 and the partial switch unit 300, as shown in Figure 4, the operation of the partial switch in accordance with the current value flowing through the load stage The number can be determined. Thus, the present invention is configured such that the switch is in fluid operation to maintain minimum power consumption in accordance with the value of the current flowing in the load stage.

한편, 평균스위치부(200)는 PMOS(MP1) 파워스위치 및 NMOS(MN1) 파워스위치로 구성되어 전류감지부(100)로부터 인가받는 전압 값에 관계없이 부분스위치부(300)와의 접속을 스위칭 한다. 이때, 평균스위치부(200)로부터 인가받는 전압의 크기는 흐르는 전류의 양에 따라서 변화한다.Meanwhile, the average switch unit 200 is composed of a PMOS (MP1) power switch and an NMOS (MN1) power switch to switch the connection with the partial switch unit 300 regardless of the voltage value applied from the current sensing unit 100. . At this time, the magnitude of the voltage applied from the average switch unit 200 changes depending on the amount of current flowing.

그리고, 종래의 파워스위치의 경우, NMOS(MN1)가 ON상태로 전화되면 PMOS(MP1)는 OFF상태로 전환되고, PMOS(MP1)가 ON상태로 전환되면 NMOS(MN1)는 OFF상태로 전환되도록 상보적으로 구동되는바, 순간적으로 각각의 파워스위치가 단락됨에 따라 큰 전력손실이 발생하게 된다.In the case of the conventional power switch, when the NMOS MN1 is turned ON, the PMOS MP1 is turned OFF, and when the PMOS MP1 is turned ON, the NMOS MN1 is turned OFF. Complementary driving, a large power loss occurs as each power switch is short-circuit instantaneously.

따라서, 본 발명에 따른 평균스위치부(200)의 파워스위치 NMOS(MN1) 및 PMOS(MP1)은 도 5에 도시된 바와 같이, 사구간제어기(Dead-time controller)를 구성하여 파워스위치 NMOS(MN1) 및 PMOS(MP1)가 동시에 ON상태로 전환하고 OFF상태로 전환하도록 구성된다.Therefore, the power switch NMOS (MN1) and PMOS (MP1) of the average switch unit 200 according to the present invention constitutes a dead-time controller as shown in FIG. And PMOS (MP1) are configured to simultaneously turn ON and OFF.

구체적으로, 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)의 파워스위치 NMOS(MN1) 및 PMOS(MP1)의 설계는, 도 6에 도시된 바와 같이 파워스위치의 크기에 따른 기생저항 및 커패시터 성분들을 고려하여 설계한다.Specifically, the design of the power switch NMOS (MN1) and PMOS (MP1) of the power switch channel width control device (A) according to the present invention, the parasitic resistance and capacitor components according to the size of the power switch as shown in FIG. Design in consideration of these.

입력전원과 PMOS 스위치 사이에 위치하는 기생저항 Rvddp와, 접지와 NMOS 스위치 사이에 위치하는 기생저항 Rgndp 및 두 스위치와 인덕터까지의 전송선에 생기는 기생저항 Rsw는 전도손실(conduction loss)에 큰 영향을 미친다. 각 스위치가 켜졌을 경우, 스위치 내부에 발생하는 기생저항 Ronp와 Ronn은 스위치에 의해 발생된 펄스의 상승 동작과 하강 동작의 대칭을 위해 같도록 설계한다.The power supply and the PMOS parasitic positioned between the switch resistance R vddp and parasitic generated in the transmission line to the ground and the NMOS parasitic positioned between the switch resistance R gndp and the two switches and the inductor resistance R sw are large in conduction loss (conduction loss) Affect When the respective switch is on, the parasitic resistance R and R onp onn generated in the inside of the switch is designed to be equal to the symmetry of the rising operation and the lowering operation of the pulse generated by the switch.

또한, Csw는 스위치 출력 단에 생성되는 기생 커패시터를 나타내며 Cin_p와 Cin_n은 MOSFET 스위치의 게이트(gate)에 생성되는 기생 커패시터이며, 파워 스위치 드라이버 설계 시 고려해야하며, 파워 스위치를 통한 손실은 크게 파워 스위치 동작제어를 위한 게이트 충방전 손실과, 파워 스위치의 채널저항에 의한 손실이 있다.
In addition, C sw represents the parasitic capacitor generated at the switch output stage, and C in_p and Cin_n are the parasitic capacitors generated at the gate of the MOSFET switch, and should be considered when designing a power switch driver. There are gate charge and discharge losses for switch operation control and losses due to channel resistance of the power switch.

그리고, 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)의 부분스위치부(300)는, 복수개의 PMOS(MP2 내지 MP5) 파워스위치 및 NMOS(MN2 내지 MN5) 파워스위치로 구성되어 평균스위치부(200)의 스위칭을 통해 전류감지부(100)로부터 인가받은 출력신호 S1 내지 S8 각각과 대응하도록 작동한다.In addition, the partial switch unit 300 of the power switch channel width control device A according to the present invention is composed of a plurality of PMOS (MP2 to MP5) power switches and NMOS (MN2 to MN5) power switches, the average switch unit ( The switch 200 operates to correspond to each of the output signals S1 to S8 applied from the current sensing unit 100.

즉, 평균스위치부(200)의 부하 단에 흐르는 전류 값에 따라 PMOS 파워스위치 및 NMOS 파워스위치의 동작 개수를 결정하게 된다.
That is, the number of operations of the PMOS power switch and the NMOS power switch is determined according to the current value flowing through the load of the average switch unit 200.

이하, 본 발명에 따른 전력 스위치 채널 폭 제어 장치(A)의 파워스위치 채널 폭 변경회로에 대한 모의시험 결과를 살피면 아래와 같다.Hereinafter, a simulation test result of the power switch channel width changing circuit of the power switch channel width control device A according to the present invention is as follows.

파워스위치의 채널 폭을 조율하기 위해서는 출력단에 흐르는 전류의 값을 알아야만 한다. 전류 값을 감지하기 위해서 추가의 서브블록을 사용하지 않고 전류 변환 회로에 입력되는 전류 파형을 이용하여 스위치 블록 제어회로에 인가할 수 있다.In order to adjust the channel width of the power switch, it is necessary to know the value of the current flowing through the output stage. In order to sense the current value, the current waveform input to the current conversion circuit may be applied to the switch block control circuit without using an additional subblock.

도 7에 도시된 파형은 상기 도 5에 도시된 회로의 Vsense 파형이다. 본 발명에 따른 전력스위치 채널 폭 제어 회로를 동작시키기 위해 별도의 추가 회로를 사용하지 않고 부하전류 감지회로의 값을 이용하였다.The waveform shown in FIG. 7 is the Vsense waveform of the circuit shown in FIG. In order to operate the power switch channel width control circuit according to the present invention, the value of the load current sensing circuit was used without using an additional circuit.

이때, 전류의 파형은 0V에서 2.7V까지의 동작 범위를 보이고 있으며, 그에 따라 상기 도 4에 도시된 비교기를 통하여 서브 파워 스위치를 제어하는 신호가 출력 되는 파형은 도 8에 도시된 바와 같다.At this time, the waveform of the current shows the operating range from 0V to 2.7V, accordingly the waveform that the signal for controlling the sub power switch through the comparator shown in FIG. 4 is output as shown in FIG.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made without departing from the invention. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.

A: 전력스위치 채널 폭 제어 장치
100: 전류감지부 110: 비교기
111: 제1 비교기 112: 제2 비교기
113: 제3 비교기 114: 제4 비교기
200: 평균스위치부 300: 부분스위치부
A: power switch channel width control device
100: current detection unit 110: comparator
111: first comparator 112: second comparator
113: third comparator 114: fourth comparator
200: average switch unit 300: partial switch unit

Claims (4)

전력스위치 채널 폭 제어 장치에 있어서,
부하 단으로부터 추출한 Sensing의 전압 값을 비교기(110)의 +단으로 인가하되, 상기 비교기(110)의 -단에는 각각의 Vref의 전압을 인가하며, 상기 비교기(110)를 통해 S1 신호 내지 S8 신호를 출력하는 전류감지부(100);
PMOS(MP1) 파워스위치 및 NMOS(MN1) 파워스위치로 구성되어 전류감지부(100)로부터 인가받는 전압 값에 관계없이 부분스위치부(300)와의 접속을 스위칭하는 평균스위치부(200); 및
복수개의 PMOS(MP2 내지 MP5) 파워스위치 및 NMOS(MN2 내지 MN5) 파워스위치로 구성되어 상기 평균스위치부(200)의 스위칭을 통해 상기 전류감지부(100)로부터 인가받은 출력신호 S1 내지 S8 각각과 대응하도록 작동하는 부분스위치부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력스위치 채널 폭 제어 장치.
In the power switch channel width control device,
The voltage value of Sensing extracted from the load terminal is applied to the + terminal of the comparator 110, the voltage of each Vref is applied to the-terminal of the comparator 110, and the S1 to S8 signal is transmitted through the comparator 110. A current sensing unit 100 for outputting;
An average switch unit 200 including a PMOS (MP1) power switch and an NMOS (MN1) power switch to switch the connection with the partial switch unit 300 regardless of the voltage value applied from the current sensing unit 100; And
And a plurality of PMOS (MP2 to MP5) power switches and NMOS (MN2 to MN5) power switches, each of output signals S1 to S8 applied from the current sensing unit 100 through switching of the average switch unit 200; The power switch channel width control device comprising a; and a partial switch unit 300 to operate correspondingly.
제 1 항에 있어서,
상기 비교기(110)는,
+단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 Vref의 전압을 인가받아 S1 신호 및 S5 신호를 출력하는 제1 비교기(111);
+단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 3/4Vref의 전압을 인가받아 S2 신호 및 S6 신호를 출력하는 제2 비교기(112);
+단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 1/2Vref의 전압을 인가받아 S3 신호 및 S7 신호를 출력하는 제3 비교기(113); 및
+단을 통해 Sensing의 전압 값을 인가받고, -단을 통해 1/4Vref의 전압을 인가받아 S4 신호 및 S8 신호를 출력하는 제4 비교기(114);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력스위치 채널 폭 제어 장치.
The method of claim 1,
The comparator 110,
A first comparator 111 that receives a voltage value of Sensing through a + stage and receives a voltage of Vref through a-stage and outputs an S1 signal and an S5 signal;
A second comparator 112 receiving a voltage value of Sensing through a + stage and a voltage of 3 / 4Vref through a-stage to output an S2 signal and an S6 signal;
A third comparator 113 configured to receive a voltage value of Sensing through a + stage, and output a S3 signal and an S7 signal by receiving a voltage of 1 / 2Vref through a-stage; And
A fourth comparator 114 that receives the voltage value of the sensing through the + stage, and outputs the S4 signal and the S8 signal by receiving the voltage of 1 / 4Vref through the-stage; controller.
제 1 항에 있어서,
상기 평균스위치부(200)는,
파워스위치 NMOS(MN1) 및 PMOS(MP1)가 동시에 ON상태로 전환하고 OFF상태로 전환하도록 제어하는 사구간제어기(Dead-time controller);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력스위치 채널 폭 제어 장치.
The method of claim 1,
The average switch unit 200,
And a dead-time controller for controlling the power switch NMOS MN1 and the PMOS MP1 to be simultaneously turned ON and OFF.
제 1 항에 있어서,
상기 부분스위치부(300)는,
상기 평균스위치부(200)의 부하 단에 흐르는 전류 값에 따라 PMOS 파워스위치 및 NMOS 파워스위치의 동작 개수를 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력스위치 채널 폭 제어 장치.
The method of claim 1,
The partial switch unit 300,
And controlling the number of operation of the PMOS power switch and the NMOS power switch according to the current value flowing through the load of the average switch unit 200.
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