KR20150083222A - Dc-dc 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법 - Google Patents

Dc-dc 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법 Download PDF

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KR20150083222A
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김용우
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Abstract

본 발명은 DC-DC 컨버터의 인덕터에 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프(OFF) 할 경우, 인덕터 전류의 피크 값을 일정시간 동안 기설정된 값 이하로 낮춘 후에 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프할 수 있도록 하는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 DC-DC 컨버터의 인덕터에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 조건을 감지함에 따라 감지 신호를 생성하여 출력하는 감지 회로부; 상기 감지 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 보호 신호를 생성하여 출력하는 보호 신호 생성부; 상기 감지 신호의 출력 시점부터 상기 보호 신호의 출력 시점까지 소프트 오프 제어 신호를 생성하여 출력하는 소프트 오프 제어 신호 생성부; 상기 소프트 오프 제어 신호와 상기 인덕터의 출력단에 위치한 스위치에 걸리는 전압에 의거하여 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호를 생성하는 인덕터 전류 제어 신호 생성부; 및 상기 인덕터 전류 제어 신호가 인가되는 동안 상기 두 전력 트랜지스터를 정상 동작시켜 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 기설정된 레벨까지 다운시킨 후, 상기 두 전력 트랜지스터를 동시에 오프시키는 PWM 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 래치업이 발생하는 것을 회로적으로 방지할 수 있게 된다.

Description

DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법{SOFT OFF APPARATUS AND METHOD FOR DC-DC CONVERTER}
본 발명은 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 DC-DC 컨버터의 인덕터에 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프(OFF) 할 경우, 인덕터 전류의 피크 값을 일정시간 동안 기설정된 값 이하로 낮춘 후에 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프함으로써, 래치업(Latch-up)이 발생하는 것을 회로적으로 방지할 수 있도록 하는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터의 인덕터에 고전류(High Current)가 흐르는 중에 OCP(Over Current Protection), OVP(Over Voltage Protection), TSD(Thermal Shut Down) 등과 같은 보호 기능이 동작하거나, 파워 다운(Power Down)이 되어 인덕터에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터인 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터가 동시에 오프될 경우, 래치업(Latch-up)이 발생할 수 있다.
즉, 도 1에 도시하는 바와 같이, 파워 다운, OCP, OVP, TSD 등을 수행하기 위해, PMOS 트랜지스터(P1)와 NMOS 트랜지스터(N1)를 동시에 오프하게 될 경우, 인덕터를 통하여 흐르는 전류(IL)는 PMOS 트랜지스터(P1)의 P-N 접합 다이오드를 통하여 흐르게 된다(도 1에서 경로 A).
이때, 경로 A의 전류가 커질수록 스위치단(SW)의 전압과 전압 출력단(Vout)의 전압차가 커지게 되며, 이에 따라 기생 PNP(P+, NWELL, PSUB) 소자의 전류 이득만큼 저항(RPsub)에 전류가 흐르게 되고, 저항(RPsub)에 걸리는 전압이 기생 NPN(NWELL, PSUB, N+) 소자가 턴온(Turn On)될 정도로 크게 되면, 사이리스터(Thyristor)가 턴온되어 과도한 전류가 흘러 래치업이 발생하게 된다.
이와 같이, 래치업이 발생하게 되면, 회로가 손상되는 등의 문제점이 발생하게 된다.
대한민국공개특허공보 제10-2006-0106605호(2006.10.12.)
본 발명은 전술한 문제점을 회로적으로 해결하기 위해 안출된 것으로서, DC-DC 컨버터의 인덕터에 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프 할 경우, 인덕터 전류의 피크 값을 일정시간 동안 기설정된 값 이하로 낮춘 후에 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프함으로써, 회로적으로 래치업(Latch-up)이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치는, DC-DC 컨버터의 인덕터에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 조건을 감지함에 따라 감지 신호를 생성하여 출력하는 감지 회로부; 상기 감지 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 보호 신호를 생성하여 출력하는 보호 신호 생성부; 상기 감지 신호의 출력 시점부터 상기 보호 신호의 출력 시점까지 소프트 오프 제어 신호를 생성하여 출력하는 소프트 오프 제어 신호 생성부; 상기 소프트 오프 제어 신호와 상기 인덕터의 출력단에 위치한 스위치에 걸리는 전압에 의거하여 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호를 생성하는 인덕터 전류 제어 신호 생성부; 및 상기 인덕터 전류 제어 신호가 인가되는 동안 상기 두 전력 트랜지스터를 정상 동작시켜 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 기설정된 레벨까지 다운시킨 후, 상기 두 전력 트랜지스터를 동시에 오프시키는 PWM 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치의 소프트 오프 방법은, 감지 회로부에서 DC-DC 컨버터의 인덕터에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 조건을 감지함에 따라 감지 신호를 생성하여 출력하는 단계; 보호 신호 생성부에서 상기 감지 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 보호 신호를 생성하여 출력하는 단계; 소프트 오프 제어 신호 생성부에서 상기 감지 신호의 출력 시점부터 상기 보호 신호의 출력 시점까지 소프트 오프 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 인덕터 전류 제어 신호 생성부에서 상기 소프트 오프 제어 신호와 상기 인덕터의 출력단에 위치한 스위치에 걸리는 전압에 의거하여 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호를 생성하는 단계; 및 PWM 컨트롤러에서 상기 인덕터 전류 제어 신호가 인가되는 동안 상기 두 전력 트랜지스터를 정상 동작시켜 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 기설정된 레벨까지 다운시킨 후, 상기 두 전력 트랜지스터를 동시에 오프시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법에 따르면, DC-DC 컨버터의 인덕터에 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프 할 경우, 인덕터 전류의 피크 값을 일정시간 동안 기설정된 값 이하로 낮춘 후에 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프함으로써, 래치업이 발생하는 것을 회로적으로 방지할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서, 감지 회로부(10)는 DC-DC 컨버터의 인덕터(L)에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터(P1, N1)를 동시에 오프해야 하는 조건을 감지함에 따라 감지 신호(PROTECT_ORG)를 생성하여 출력한다.
전술한, 감지 회로부(10)는 DC-DC 컨버터의 인에이블 신호를 반전시키는 인버터(5)의 출력 신호(ENB), OCP 신호, OVP 신호, TSD 신호 등과 같은 보호기능 신호 중에서 적어도 어느 하나가 감지되면, 감지 신호(PROTECT_ORG)를 생성하여 출력하는 논리 회로인 OR 게이트로 구현될 수 있다.
지연부(20)는 DC-DC 컨버터의 인에이블 신호를 기설정된 클럭 주기(인덕터 전류의 피크 레벨이 기설정된 레벨 이하로 다운될 때까지 소요되는 시간에 의거하여 설정된 시간) 동안 지연시켜 내부 인에이블 신호(Internal EN)를 생성하여 출력한다.
보호 신호 생성부(30)는 감지 회로부(10)에서 출력된 감지 신호(PROTECT_ORG)를 기설정된 클럭 주기(인덕터 전류의 피크 레벨이 기설정된 레벨 이하로 다운될 때까지 소요되는 시간에 의거하여 설정된 시간) 동안 지연시켜 보호 신호(PROTECT)를 생성하여 출력한다.
전술한, 보호 신호 생성부(30)는 지연 회로로 구현될 수 있다.
소프트 오프 제어 신호 생성부(40)는 감지 회로부(10)에서 감지 신호(PROTECT_ORG)가 출력되는 시점부터 보호 신호 생성부(30)에서 보호 신호(PROTECT)가 출력되는 시점까지 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)를 생성하여 출력한다.
인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)는 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)에서 생성되어 출력되는 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)와 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압에 의거하여 인덕터(L)에 흐르는 전류의 피크 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력한다.
전술한, 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)는 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)로부터 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)가 인가되는 동안, 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압이 기설정된 값 이상인 경우에만 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력하고, 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압이 기설정된 값 이하로 되면, 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)의 출력을 종료한다.
PWM 컨트롤러(60)는 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)에서 생성되어 출력되는 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)에 의거하여 인덕터(L)에 흐르는 전류의 레벨이 기설정된 레벨까지 다운될 때까지 두 전력 트랜지스터(P1, N1)를 비교기(70)로부터 인가되는 신호에 의거하여 두 전력 트랜지스터(P1, N1)가 상호 교번적으로 턴 온/오프되도록 정상 동작시킨 후, 인덕터(L)에 흐르는 전류의 레벨이 기설정된 레벨까지 다운되면, 두 전력 트랜지스터(P1, N1)를 동시에 오프시킨다.
여기서, 기설정된 인덕터(L)의 전류 레벨은 래치업이 발생하지 않는 레벨 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도로, 파워 다운 시의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
파워 다운에 따라 로우(Low) 레벨의 인에이블 신호가 발생되면(도 3의 가), 지연부(20)에서 DC-DC 컨버터의 인에이블 신호를 기설정된 클럭 주기(인덕터 전류의 피크 레벨이 기설정된 레벨 이하로 다운될 때까지 소요되는 시간에 의거하여 설정된 시간) 동안 지연시켜 내부 인에이블 신호(Internal EN)를 생성하여 출력한다(도 3의 나).
한편, 파워 다운에 따라 로우(Low) 레벨의 인에이블 신호가 인버터(5)에 의해 반전되어 감지 회로부(10)로 인가되면, 감지 회로부(10)는 하이 레벨로 인가되는 반전된 인에이블 신호에 따라 감지 신호(PROTECT_ORG)를 생성하여 출력한다(도 3의 다).
이와 같이, 감지 회로부(10)에서 출력되는 감지 신호(PROTECT_ORG)는 파워 다운에 따라 발생된 로우 레벨의 인에이블 신호에 동기된다.
전술한 바와 같이, 감지 회로부(10)에서 하이 레벨의 감지 신호(PROTECT_ORG)가 출력되면, 보호 신호 생성부(30)에서 감지 신호(PROTECT_ORG)를 기설정된 클럭 주기(인덕터 전류의 피크 레벨이 기설정된 레벨 이하로 다운될 때까지 소요되는 시간에 의거하여 설정된 시간) 동안 지연시켜 보호 신호(PROTECT)를 생성하여 출력한다(도 3의 라).
한편, 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)에서는 감지 회로부(10)에서 감지 신호(PROTECT_ORG)가 출력되는 시점부터 보호 신호 생성부(30)에서 보호 신호(PROTECT)가 출력되는 시점까지 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)를 생성하여 출력한다(도 3의 마).
그리고, 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)는 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)에서 출력되는 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)와 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압에 의거하여 인덕터(L)에 흐르는 전류의 피크 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력하되, 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)로부터 하이 레벨의 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)가 인가되는 동안, 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압이 기설정된 값 이상인 경우에는 하이 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력하고, 스위치(SW)에 걸리는 전압이 기설정된 값 이하인 경우에는 로우 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력한다.
이와 같이, 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)가 하이 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 출력하는 동안 PWM 컨트롤러(60)는 인덕터(L)에 흐르는 전류의 레벨이 기설정된 레벨까지 다운될 때까지 두 전력 트랜지스터(P1, N1)를 비교기(70)로부터 인가되는 신호에 의거하여 두 전력 트랜지스터(P1, N1)가 상호 교번적으로 턴 온/오프되도록 정상 동작시키고, 인덕터(L)에 흐르는 전류의 레벨이 기설정된 레벨까지 다운(도 3의 바)되어 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)로부터 하이 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)의 출력이 종료되면, 두 전력 트랜지스터(P1, N1)를 동시에 오프시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도로, OCP, OVP, TSD 등의 보호 기능이 발생했을 때의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
DC-DC 컨버터에 하이 레벨의 인에이블 신호가 인가되는 중에(도 4의 가), OCP, OVP, TSD 등의 보호 기능이 동작함에 따라 OCP 신호, OVP 신호 또는 TSD 신호가 발생하게 되면, 감지 회로부(10)는 하이 레벨의 감지 신호(PROTECT_ORG)를 생성하여 출력한다(도 4의 다).
전술한 바와 같이, 감지 회로부(10)에서 하이 레벨의 감지 신호(PROTECT_ORG)가 출력되면, 보호 신호 생성부(30)에서 감지 신호(PROTECT_ORG)를 기설정된 클럭 주기(인덕터 전류의 피크 레벨이 기설정된 레벨 이하로 다운될 때까지 소요되는 시간에 의거하여 설정된 시간) 동안 지연시켜 보호 신호(PROTECT)를 생성하여 출력한다(도 4의 라).
한편, 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)에서는 감지 회로부(10)에서 감지 신호(PROTECT_ORG)가 출력되는 시점부터 보호 신호 생성부(30)에서 보호 신호(PROTECT)가 출력되는 시점까지 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)를 생성하여 출력한다(도 4의 마).
그리고, 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)는 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)에서 출력되는 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)와 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압에 의거하여 인덕터(L)에 흐르는 전류의 피크 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력하되, 소프트 오프 제어 신호 생성부(40)로부터 하이 레벨의 소프트 오프 제어 신호(SOFT_OFF)가 인가되는 동안, 인덕터(L)의 출력단에 위치한 스위치(SW)에 걸리는 전압이 기설정된 값 이상인 경우에는 하이 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력하고, 스위치(SW)에 걸리는 전압이 기설정된 값 이하인 경우에는 로우 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 생성하여 출력한다.
이와 같이, 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)가 하이 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)를 출력하는 동안 PWM 컨트롤러(60)는 인덕터(L)에 흐르는 전류의 레벨이 기설정된 레벨까지 다운될 때까지 두 전력 트랜지스터(P1, N1)를 비교기(70)로부터 인가되는 신호에 의거하여 두 전력 트랜지스터(P1, N1)가 상호 교번적으로 턴 온/오프되도록 정상 동작시키고, 인덕터(L)에 흐르는 전류의 레벨이 기설정된 레벨까지 다운(도 4의 바)되어 인덕터 전류 제어 신호 생성부(50)로부터 하이 레벨의 인덕터 전류 제어 신호(ILIMIT)의 출력이 종료되면, 두 전력 트랜지스터(P1, N1)를 동시에 오프시킨다.
본 발명의 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
5. 인버터, 10. 감지 회로부,
20. 지연부, 30. 보호 신호 생성부,
40. 소프트 오프 제어 신호 생성부, 50. 인덕터 전류 제어 신호 생성부,
60. PWM 컨트롤러, 70. 비교기

Claims (6)

  1. DC-DC 컨버터의 인덕터에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 조건을 감지함에 따라 감지 신호를 생성하여 출력하는 감지 회로부;
    상기 감지 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 보호 신호를 생성하여 출력하는 보호 신호 생성부;
    상기 감지 신호의 출력 시점부터 상기 보호 신호의 출력 시점까지 소프트 오프 제어 신호를 생성하여 출력하는 소프트 오프 제어 신호 생성부;
    상기 소프트 오프 제어 신호와 상기 인덕터의 출력단에 위치한 스위치에 걸리는 전압에 의거하여 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호를 생성하는 인덕터 전류 제어 신호 생성부; 및
    상기 인덕터 전류 제어 신호가 인가되는 동안 상기 두 전력 트랜지스터를 정상 동작시켜 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 기설정된 레벨까지 다운시킨 후, 상기 두 전력 트랜지스터를 동시에 오프시키는 PWM 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    파워 다운에 따라 상기 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 경우, 상기 DC-DC 컨버터의 인에이블 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 내부 인에이블 신호를 생성하여 출력하는 지연부를 더 포함하여 이루어지는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 감지 회로부는,
    반전된 인에이블 신호, OCP(Over Current Protection) 신호, OVP(Over Voltage Protection) 신호, TSD(Thermal Shut Down) 신호와 같은 보호기능 신호 중에서 적어도 어느 하나가 감지되면, 감지 신호를 생성하여 출력하는 논리 회로로 구현되는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보호 신호 생성부에서 상기 감지 신호를 지연시키는 클럭 주기는,
    인덕터 전류의 피크 레벨이 기설정된 레벨 이하로 다운될 때까지 소요되는 시간에 의거하여 설정되는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치.
  5. 감지 회로부에서 DC-DC 컨버터의 인덕터에 병렬 연결된 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 조건을 감지함에 따라 감지 신호를 생성하여 출력하는 단계;
    보호 신호 생성부에서 상기 감지 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 보호 신호를 생성하여 출력하는 단계;
    소프트 오프 제어 신호 생성부에서 상기 감지 신호의 출력 시점부터 상기 보호 신호의 출력 시점까지 소프트 오프 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계;
    인덕터 전류 제어 신호 생성부에서 상기 소프트 오프 제어 신호와 상기 인덕터의 출력단에 위치한 스위치에 걸리는 전압에 의거하여 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 제어하기 위한 인덕터 전류 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    PWM 컨트롤러에서 상기 인덕터 전류 제어 신호가 인가되는 동안 상기 두 전력 트랜지스터를 정상 동작시켜 상기 인덕터에 흐르는 전류의 레벨을 기설정된 레벨까지 다운시킨 후, 상기 두 전력 트랜지스터를 동시에 오프시키는 단계를 포함하여 이루어지는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치의 소프트 오프 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 두 개의 전력 트랜지스터를 동시에 오프해야 하는 조건으로, 파워 다운에 따라 로우 레벨의 인에이블 신호가 발생하면, 지연부에서 DC-DC 컨버터의 인에이블 신호를 기설정된 클럭 주기 동안 지연시켜 내부 인에이블 신호를 생성 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 DC-DC 컨버터용 소프트 오프 장치의 소프트 오프 방법.
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