KR20180088134A - Dc/dc voltage converter and the method of converting dc/dc voltage - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a DC/DC voltage converter which operates in a tri-mode, the DC/DC voltage converter comprising: a converting circuit stepping down an input voltage in a buck mode to generate a first output voltage, boosting the input voltage in a boost mode to generate a third output voltage, and stepping down or boosting the input voltage in a buck-boost mode to generate a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage; and a charge pump switching from the buck mode to the buck-boost mode. The charge pump includes: a first current source located adjacent to a power supply voltage VDD; a second current source located adjacent to a ground voltage VSS; a first switch located adjacent to the first current source; a second switch alternately or independently switched to the first switch, and located adjacent to the second current source; and a capacitor having one end located between the first switch and the second switch, and the other end connected to the ground. A pulse signal having a fixed duty ratio is input to the first switch, and a buck switching pulse signal is input to the second switch. Thus, switching loss and conduction loss can be minimized.

Description

DC/DC 전압 컨버터 및 DC/DC 전압 변환 방법{DC/DC VOLTAGE CONVERTER AND THE METHOD OF CONVERTING DC/DC VOLTAGE}[0001] DESCRIPTION [0002] DC / DC VOLTAGE CONVERTER AND DC / DC VOLTAGE CONVERSION METHOD [

본 발명은 DC/DC 전압 컨버터 및 DC/DC 전압 변환 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전 펌프(Charge Pump) 및 모드 선택기(Mode Selector)를 이용하여 벅-부스트 모드의 동작을 최소화하는 tri-모드로 동작하는 DC/DC 전압 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a DC / DC voltage converter and a DC / DC voltage conversion method. More particularly, the present invention relates to a DC / DC voltage conversion method and a DC / DC voltage conversion method using a charge pump and a mode selector, Mode DC / DC voltage converter.

최근 다양한 모바일 애플리케이션이 개발되고 있고, 모바일 애플리케이션을 구동하기 위하여 휴대용 배터리를 많이 사용한다. 배터리 전압을 애플리케이션 내에서 바로 사용할 수 없기 때문에 DC-DC 컨버터를 많이 사용하게 된다.Recently, various mobile applications are being developed and portable batteries are used to drive mobile applications. DC-DC converters are used heavily because the battery voltage can not be used directly in the application.

벅 컨버터는 강압형 컨버터로서 입력전압이 출력전압보다 높을 때 사용되고, 부스트 컨버터는 승압형 컨버터로서 입력전압이 출력전압보다 낮을 때 사용된다.A buck converter is a step-down converter that is used when the input voltage is higher than the output voltage, and the boost converter is a step-up converter that is used when the input voltage is lower than the output voltage.

이러한 DC-DC 컨버터 중 구동하려는 타겟(Target) 전압이 배터리 전압 범위 사이에 들어오는 경우, 스텝-업(Step-up)과 스텝-다운(Step-down)이 모두 필요한 벅-부스트 DC-DC 컨버터가 필요하게 된다A buck-boost DC-DC converter that requires both a step-up and a step-down when the target voltage to be driven among these DC-DC converters falls within the battery voltage range Be required

기존의 Single Mode Buck- Boost DC一DC Converter는 4개의 스위치가 스위칭을 하기 때문에 Conduction Loss와 Switching Loss가 커지게 되고, 이를 보완하기 위하여 Tri-mode Buck-Boost DC-DC Converter가 만들어졌다.Conventional Single Mode Buck-Boost DC-to-DC Converters have four switching switches, which increases the Conduction Loss and Switching Loss. To compensate for this, the Tri-mode Buck-Boost DC-DC Converter is created.

Tri-mode Buck-Boost DC-DC Converter는 벅 모드, 벅-부스트 모드, 부스트 모드로 동작하게 되는데, 벅-부스트 모드의 경우 네 개의 스위치를 모두 사용하여 여전히 switching loss 및 conduction loss가 증가하여 효율이 감소하는 문제점이 존재한다.The buck-boost mode uses four switches in the buck-boost mode, which increases the switching loss and conduction loss, thereby increasing the efficiency of the buck-boost mode. There is a problem that it is reduced.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 네 개의 스위치를 모두 사용하는 벅-부스트 모드로 동작되는 영역을 최소화하여, switching loss 및 conduction loss를 최소화할 수 있는 tri 모드 벅-부스트 DC/DC 컨버터를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a tri-mode buck-boost circuit capable of minimizing a switching loss and conduction loss by minimizing a region operated in a buck- DC / DC converter.

또한, 별도의 Reference Voltage를 위한 Controller 또는 비교기의 사용을 줄일 수 있어, 전력 소모량의 감소가 가능한 DC/DC 컨버터를 제공하고자 한다.Also, it is intended to provide a DC / DC converter capable of reducing the use of a controller or comparator for a separate reference voltage, thereby reducing power consumption.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular form disclosed. ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예로써, DC/DC 전압 컨버터가 제공될 수 있다.As an embodiment of the present invention, a DC / DC voltage converter may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 Tri-mode로 동작하는 ＤＣ／ＤＣ 전압 컨버터는, 벅(buck) 모드에서 입력 전압을 강압(降壓)하여 제1 출력 전압을 생성하고, 부스트(boost) 모드에서 입력 전압을 승압(昇壓)하여 제3 출력 전압을 생성하며, 벅-부스트(buck-boost) 모드에서 입력 전압을 강압 또는 승압하여 제1 출력 전압과 제3 출력 전압 사이의 제2 출력 전압을 생성하는 컨버팅 회로 및 벅 모드에서 벅-부스트 모드로의 변환을 수행하는 충전 펌프(charge pump)를 포함할 수 있고, 충전 펌프는 전원전압(VDD)에 인접하여 위치하는 제1 전류원, 접지전압(VSS)에 인접하여 위치하는 제2 전류원, 제1 전류원에 인접하여 위치하는 제1 스위치, 제1 스위치와 교번 또는 독립하여 스위칭되고, 제2 전류원에 인접하여 위치하는 제2 스위치 및 일단이 제1 스위치와 제2 스위치의 사이에 위치하고, 타단이 접지와 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있으며, 제1 스위치에는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호가 입력되고, 제2 스위치에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력될 수 있다.A DC / DC voltage converter operating in a tri-mode according to an embodiment of the present invention generates a first output voltage by stepping down an input voltage in a buck mode, Boosting the input voltage to generate a third output voltage, and stepping down or stepping up the input voltage in a buck-boost mode to generate a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage And a charge pump for performing the conversion from the buck mode to the buck-boost mode, the charge pump including a first current source located adjacent to the supply voltage (VDD), a ground voltage VSS), a first switch located adjacent to the first current source, a second switch that is alternately or independently switched to the first switch and is located adjacent to the second current source, and a second switch, Position between the switch and the second switch And a capacitor connected at the other end to the ground. A pulse signal having a fixed duty ratio may be input to the first switch, and a buck switching pulse signal may be input to the second switch.

본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터는, 벅-부스트 모드에서 부스트 모드로의 변환을 수행하는 모드 선택기(mode selector)를 더 포함할 수 있고, 모드 선택기는, D-플립플롭이 포함되고, 사전에 설정된 듀티비가 측정되는 시점을 검출하는 듀티 검출기(duty detector) 및 복수개의 D-플립플롭들 및 XNOR 게이트가 포함되며, 부스트 스위칭 펄스의 듀티비가 0% 또는 100%인 시점을 검출하는 클럭 검출기(clock detector) 를 포함할 수 있다.The DC / DC voltage converter according to an embodiment of the present invention may further include a mode selector for performing a conversion from the buck-boost mode to the boost mode, and the mode selector includes a D- A duty detector for detecting a time point at which a preset duty ratio is measured, and a plurality of D flip-flops and an XNOR gate, wherein a time point when the duty ratio of the boost switching pulse is 0% or 100% is detected And a clock detector (not shown).

본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 제1 스위치에 입력되는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호의 듀티비는 90%일 수 있다.The duty ratio of the pulse signal having the fixed duty ratio input to the first switch of the DC / DC voltage converter according to an exemplary embodiment of the present invention may be 90%.

또한, 듀티 검출기의 클럭단(CLK)에는 20%의 듀티비를 갖는 클럭 신호가 반전되어 입력으로 고정되고, 리셋단(RST)에는 부스트 스위칭 펄스 신호가 반전되어 입력될 수 있다.Also, a clock signal having a duty ratio of 20% is inverted and fixed to the input to the clock terminal (CLK) of the duty detector, and the boost switching pulse signal is inverted to the reset terminal (RST).

본 발명의 다른 실시예로써, DC/DC 전압 변환 방법이 제공될 수 있다.As another embodiment of the present invention, a DC / DC voltage conversion method can be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 Tri-mode로 동작하는 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법은, 벅 모드에서 입력 전압을 강압하여 제1 출력 전압이 생성되는 단계, 충전 펌프에 의하여 벅 모드에서 벅-부스트 모드로의 변환이 수행되는 단계, 벅-부스트 모드에서 입력 전압을 강압 또는 승압하여 제1 출력 전압과 제3 출력 전압 사이의 제2 출력 전압이 생성되는 단계 및 부스트 모드에서 입력 전압을 승압하여 제3 출력 전압이 생성되는 단계를 포함할 수 있고, 충전 펌프는, 전원전압(VDD)에 인접하여 위치하는 제1 전류원, 접지전압(VSS)에 인접하여 위치하는 제2 전류원, 제1 전류원에 인접하여 위치하는 제1 스위치, 제1 스위치와 교번 또는 독립하여 스위칭되고, 제2 전류원에 인접하여 위치하는 제2 스위치 및 일단이 제1 스위치와 제2 스위치의 사이에 위치하고, 타단이 접지와 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있으며, 제1 스위치에는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호가 입력되고, 제2 스위치에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력될 수 있다.A DC / DC voltage conversion method operating in a tri-mode according to an embodiment of the present invention includes steps of generating a first output voltage by stepping down an input voltage in a buck mode, generating a first output voltage in a buck- Boost mode, a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage is generated by stepping down or stepping up the input voltage in the buck-boost mode, and stepping up the input voltage in the boost mode, And the charge pump may include a first current source located adjacent to the supply voltage VDD, a second current source located adjacent to the ground voltage VSS, a second current source located adjacent to the first current source, A second switch located adjacent to the second current source, and a second switch, one end of which is located between the first switch and the second switch, and the other end of which is connected to the ground, May comprise a capacitor which is connected, and the first switch, the pulse signal having a fixed duty ratio is input, the second switch has a buck switching pulse signal may be input.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 변환 방법은, 모드 선택기에 의하여 벅-부스트 모드에서 부스트 모드로의 변환이 수행되는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 때 모드 선택기는, D-플립플롭이 포함되고, 사전에 설정된 듀티비가 측정되는 시점을 검출하는 듀티 검출기(duty detector) 및 복수개의 D-플립플롭들 및 XNOR 게이트가 포함되며, 부스트 스위칭 펄스의 듀티비가 0% 또는 100%인 시점을 검출하는 클럭 검출기(clock detector)를 포함할 수 있다.The DC / DC voltage conversion method according to an embodiment of the present invention may further include a step of performing a conversion from the buck-boost mode to the boost mode by the mode selector, A duty detector for detecting when a predetermined duty ratio is measured, and a plurality of D-flip-flops and an XNOR gate, wherein the duty ratio of the boost switching pulse is 0% or 100% And a clock detector for detecting a point in time.

본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 변환 방법은 제1 스위치에 입력되는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호의 듀티비는 90%일 수 있다.In the DC / DC voltage conversion method according to an embodiment of the present invention, the duty ratio of the pulse signal having the fixed duty ratio input to the first switch may be 90%.

또한, 듀티 검출기의 클럭단(CLK)에는 20%의 듀티비를 갖는 클럭 신호가 반전되어 입력으로 고정되고, 리셋단(RST)에는 부스트 스위칭 펄스 신호가 반전되어 입력될 수 있다.Also, a clock signal having a duty ratio of 20% is inverted and fixed to the input to the clock terminal (CLK) of the duty detector, and the boost switching pulse signal is inverted to the reset terminal (RST).

한편, 본 발명의 일 실시예로써, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.Meanwhile, as an embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium on which a program for causing the computer to execute the above-described method may be provided.

본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the following effects can be expected.

본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터에 의하면, 네 개의 스위치를 모두 사용하는 벅-부스트 모드로 동작되는 영역을 최소화하여, switching loss 및 conduction loss를 최소화하고, 효율을 높일 수 있다.The DC / DC voltage converter according to an exemplary embodiment of the present invention minimizes the switching loss and conduction loss and improves the efficiency by minimizing the operating region in the buck-boost mode using all four switches.

또한, 별도의 Reference Voltage를 위한 Controller 또는 비교기의 사용을 줄일 수 있어, 전력 소모량의 감소되는 효과가 존재한다.In addition, the use of a controller or comparator for a separate reference voltage can be reduced, thereby reducing power consumption.

또한, 사용되는 소자가 줄어들어 전체적인 부피가 감소되고, 이에 따라 휴대기기를 대상으로 하는 컨버터로서의 경쟁력이 증가한다.In addition, the number of devices used is reduced and the overall volume is reduced, thereby increasing the competitiveness of converters for portable devices.

본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.The effects obtainable in the embodiments of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be obtained from the description of the embodiments of the present invention described below by those skilled in the art Can be clearly understood and understood. In other words, undesirable effects of implementing the present invention can also be obtained by those skilled in the art from the embodiments of the present invention.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 tri 모드 벅-부스트 컨버터의 동작 영역을 나타낸다.
도 2는 벅 모드, 벅-부스트 모드, 부스트 모드에서의 동작 루프를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터의 전체 블록도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 벅 모드, 벅-부스트 모드, 부스트 모드에서의 동작 루프를 나타낸다.
도 5a는 충전 펌프(Charge Pump)의 이상적인 모델을 나타내고, 도 5b는 충전 펌프의 동작 루프를 나타내며, 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 펌프의 입력 설정을 나타낸다.
도 6은 벅 모드 및 벅-부스트 모드의 동작 스위치 파형을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 선택기(Mode Selector)의 전체적인 구성 블록도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 검출기(Duty Detector)의 입출력 파형을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 검출기(CLK Detector)의 입출력 파형을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 변환 방법의 순서도를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. It is to be understood, however, that the technical features of the present invention are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
Figure 1 shows the operating area of a tri-mode buck-boost converter.
2 is a circuit diagram illustrating an operational loop in a buck mode, a buck-boost mode, and a boost mode.
3 shows an overall block diagram of a DC / DC voltage converter according to an embodiment of the present invention.
Figures 4A-4C show the operational loops in buck mode, buck-boost mode, and boost mode, respectively.
FIG. 5A shows an ideal model of a charge pump, FIG. 5B shows an operational loop of a charge pump, and FIG. 5C shows an input setting of a charge pump according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the operational switch waveforms in buck mode and buck-boost mode.
FIG. 7 is a block diagram showing a general configuration of a mode selector according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
8 shows an input / output waveform of a duty detector according to an embodiment of the present invention.
9 shows an input / output waveform of a clock detector (CLK Detector) according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart of a DC / DC voltage conversion method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in this specification will be briefly described and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다. When an element is referred to as " including " an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements as well, without departing from the spirit or scope of the present invention. In addition, when a part is referred to as being "connected" to another part throughout the specification, it includes not only "directly connected" but also "connected with other part in between".

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 tri-모드 벅-부스트 컨버터의 동작 영역을 나타내고, 도 2는 벅 모드, 벅-부스트 모드, 부스트 모드에서의 동작 루프를 나타내는 회로도이다.Figure 1 shows the operating region of a tri-mode buck-boost converter, and Figure 2 is a circuit diagram showing an operational loop in buck mode, buck-boost mode, and boost mode.

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1은 각 모드에서의 스위칭 동작을 나타낸 표이다. Table 1 is a table showing the switching operation in each mode.

표 1 및 도 2를 참조하면, 벅 모드에서는 S4는 턴-온(turn-on), S3는 턴-오프(turn-off)로 고정되고 S1과 S2의 스위칭을 통하여 벅 컨버터로 동작하게 된다.Referring to Table 1 and Figure 2, in buck mode, S 4 is set to turn-on, S 3 is set to turn-off, and the buck converter is switched through S 1 and S 2 switching .

Figure pat00002
Figure pat00002

벅 모드는 수학식 1에 의하여 듀티에 따라 VIN의 전압을 스텝-다운(step-down)하여 VOUT을 결정하게 된다.The buck mode determines V OUT by step-downping the voltage of V IN according to the duty according to Equation (1).

Figure pat00003
Figure pat00003

부스트 모드에서는 S1은 턴-온(turn-on), S2는 턴-오프(turn-off)로 고정되어 있고, S3와 S4의 스위칭을 통하여 부스트 컨버터로 동작을 하게 된다. 그리고 수학식 2에 의하여 듀티에 따라 VIN 전압을 스텝-업(step-up) 하여 VOUT을 결정하게 된다.In boost mode, S 1 is set to turn-on, S 2 is set to turn-off, and S 3 and S 4 switch to operate as a boost converter. Then, according to the equation (2), the V IN voltage is stepped up according to the duty to determine V OUT .

벅-부스트 모드 에서는 기존의 single-모드 벅-부스트 DC-DC 컨버터와 동일한 방식으로 동작된다.In buck-boost mode, it operates in the same manner as conventional single-mode buck-boost DC-DC converters.

도 5a는 충전 펌프(Charge Pump)의 이상적인 모델을 나타내고, 도 5b는 충전 펌프의 동작 루프를 나타내며, 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 펌프의 입력 설정을 나타낸다.FIG. 5A shows an ideal model of a charge pump, FIG. 5B shows an operational loop of a charge pump, and FIG. 5C shows an input setting of a charge pump according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예로써, DC/DC 전압 컨버터(100)가 제공될 수 있다.As one embodiment of the present invention, a DC / DC voltage converter 100 may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 Tri-모드로 동작하는 DC/DC 전압 컨버터(100)는, 벅(buck) 모드에서 입력 전압을 강압(降壓)하여 제1 출력 전압을 생성하고, 부스트(boost) 모드에서 입력 전압을 승압(昇壓)하여 제3 출력 전압을 생성하며, 벅-부스트(buck-boost) 모드에서 입력 전압을 강압 또는 승압하여 제1 출력 전압과 제3 출력 전압 사이의 제2 출력 전압을 생성하는 컨버팅 회로(1000) 및 벅 모드에서 벅-부스트 모드로의 변환을 수행하는 충전 펌프(charge pump)(2000)를 포함할 수 있고, 충전 펌프(2000)는 전원전압(VDD)에 인접하여 위치하는 제1 전류원(2100), 접지전압(VSS)에 인접하여 위치하는 제2 전류원(2200), 제1 전류원(2100)에 인접하여 위치하는 제1 스위치(2300), 제1 스위치(2300)와 교번 또는 독립하여 스위칭되고, 제2 전류원(2200)에 인접하여 위치하는 제2 스위치(2400) 및 일단이 제1 스위치(2300)와 제2 스위치(2400)의 사이에 위치하고, 타단이 접지와 연결되는 캐패시터(2500)를 포함할 수 있으며, 제1 스위치(2300)에는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호가 입력되고, 제2 스위치(2400)에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력될 수 있다.The DC / DC voltage converter 100 operating in a Tri-mode according to an embodiment of the present invention generates a first output voltage by stepping down an input voltage in a buck mode, Boost mode to generate a third output voltage, and in a buck-boost mode, the input voltage is stepped up or stepped up to generate a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage, And a charge pump 2000 for performing the conversion from the buck mode to the buck-boost mode. The charge pump 2000 may include a power supply voltage VDD, A first current source 2100 located adjacent to the first current source 2100, a second current source 2200 located adjacent to the ground voltage VSS, a first switch 2300 located adjacent to the first current source 2100, A second switch 2400 that is alternately or independently switched to the second current source 2200 and is located adjacent to the second current source 2200, And a capacitor 2500 disposed between the first switch 2300 and the second switch 2400 and the other end connected to the ground. The first switch 2300 may include a pulse signal having a fixed duty ratio And the second switch 2400 may be supplied with a buck switching pulse signal.

충전 펌프(2000)의 이상적인 회로는 도 5a와 같이 구성된다. VDD와 VSS에 각각 ideal 전류원이 위치하고, 각 전류원 사이에 두 개의 스위치가 위치한다. 또한, output쪽에 캐패시터가 위치한다. The ideal circuit of the charge pump 2000 is configured as shown in FIG. The ideal current sources are located at VDD and VSS, respectively, and two switches are located between the current sources. A capacitor is also placed on the output side.

Figure pat00004
Figure pat00004

도 5b 및 수학식 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 펌프(2000)의 동작원리는 제1 스위치(2300)가 턴-온되면 전류가 캐패시터(2500)쪽으로 일정하게 흐르기 때문에 캐패시터(2500)에 충전이 시작되어 VOUT은 점점 커지게 된다. 반대로 제2 스위치(2400)가 턴-온되면 전류가 ground쪽으로 흐르면서 방전되게 된다. 따라서 VOUT 전압은 낮아지게 된다. 두 스위치가 동시에 턴-온되거나 턴-오프되면 VOUT 전압은 그대로 유지하게 된다. 이러한 동작 원리를 갖는 충전 펌프(2000)를 이용하여 벅 모드와 벅-부스트 모드 사이를 모드 변환할 수 있게 된다.Referring to FIGS. 5B and 3, the operation principle of the charge pump 2000 according to an embodiment of the present invention is such that when the first switch 2300 is turned on, current flows constantly toward the capacitor 2500, (2500) starts to charge and V OUT becomes larger. On the contrary, when the second switch 2400 is turned on, the current is discharged to the ground side. Therefore, the V OUT voltage becomes low. When both switches are turned on or off at the same time, V OUT The voltage is maintained. The charge pump 2000 having this operating principle can be used to perform a mode conversion between the buck mode and the buck-boost mode.

도 5c는 벅-모드와 벅-부스트 모드 사이를 모드변환 할 수 있도록 충전 펌프(2000)의 입력설정을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터(100)에서는 tri-모드 벅-부스트 DC-DC 컨버터에서의 효율을 증가시키기 위하여 벅-부스트 모드의 구동을 최소화하는데, 최대로 사용할 수 있는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호를 90%로 고정시킬 수 있다. 따라서 충전 펌프(2000)의 제1 스위치(2300)에는 90% 듀티의 펄스 신호가 입력되고, 제2 스위치(2400)에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력될 수 있으나, 이에 한정되지는 아니하고 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호는 임의로 설정 및 변경이 가능하다. 5C shows the input settings of the charge pump 2000 to enable mode conversion between buck-mode and buck-boost mode. In the DC / DC voltage converter 100 according to an embodiment of the present invention, the driving of the buck-boost mode is minimized in order to increase the efficiency in the tri-mode buck-boost DC-DC converter, The pulse signal having the duty ratio can be fixed at 90%. Accordingly, a pulse signal of 90% duty is input to the first switch 2300 of the charge pump 2000 and a buck switching pulse signal is input to the second switch 2400. However, the present invention is not limited thereto, Can be arbitrarily set and changed.

도 6은 벅 모드 및 벅-부스트 모드의 동작 스위치 파형을 나타낸다.Figure 6 shows the operational switch waveforms in buck mode and buck-boost mode.

도 6을 참조하여 설명하면, 예를 들어 배터리 출력 전압 범위는 4.2V~2.7V이고, 원하는 출력 전압을 2.7V라고 가정하면, 배터리가 완충되었을 때는 4.2V의 출력전압을 갖게 되고, 시간이 흐름에 따라 방전되어 출력전압이 감소하기 시작한다. 완충되었을 때의 조건으로 고려해보면, 먼저 VIN 전압은 4.2V이고, VOUT은 2.7V이기 때문에 스텝-다운을 해야 하고, 따라서 벅 모드로 동작하게 된다.For example, assuming that the battery output voltage range is 4.2V to 2.7V and the desired output voltage is 2.7V, when the battery is fully charged, the battery has an output voltage of 4.2V, And the output voltage begins to decrease. Considering the condition of buffering, V IN Since the voltage is 4.2V and V OUT is 2.7V, it has to be stepped down, thus operating in the buck mode.

Figure pat00005
Figure pat00005

수학식 4에 의하여 벅-모드에서의 듀티비(D)는 2.7/4.2=0.6429, 즉 64.3%의 듀티비를 갖는다. 즉, VIN이 4.2V일 때 64.3%이고, VIN의 전압이 점점 떨어지게 되면 듀티비는 점점 증가하게 되어 VOUT 전압을 2.7V로 유지하게 된다. 듀티비가 점점 증가하다가 듀티비가 90%를 초과하게 되면 충전 펌프(2000)의 출력 전압이 증가하게 되면서 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)가 나오기 시작한다. The duty ratio D in the buck mode according to Equation (4) has a duty ratio of 2.7 / 4.2 = 0.6429, that is, 64.3%. That is, VINIs 64.3% at 4.2 V, VINThe duty ratio gradually increases, so that VOUT The voltage is maintained at 2.7V. When the duty ratio is gradually increased and the duty ratio exceeds 90%, the output voltage of the charge pump 2000 increases and the boost switching pulse DBOOST).

도 6의 동작 스위칭 파형을 참조하면, 벅 모드 일 때는 S3는 턴-오프, S4는 턴-온으로 고정되어있고 S1와 S2의 스위칭으로 동작된다. VIN이 감소하면서 듀티비는 점점 증가하게 되고 90% 이상이 된다면 S3와 S4도 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)에 의하여 스위칭을 시작하게 된다. 즉, 벅-부스트 모드로 변환되게 된다. Referring to the operational switching waveform of FIG. 6, in the buck mode, S 3 is set to turn-off, S 4 is set to turn-on, and S 1 and S 2 are switched. As V IN decreases, the duty ratio gradually increases. If it exceeds 90%, S 3 and S 4 also start switching by the boost switching pulse (D BOOST ). That is, it is converted into a buck-boost mode.

다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터(100)의 제1 스위치(2300)에 입력되는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호의 듀티비는 90%일 수 있다.In other words, the duty ratio of the pulse signal having the fixed duty ratio inputted to the first switch 2300 of the DC / DC voltage converter 100 according to an embodiment of the present invention may be 90%.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 선택기(Mode Selector)의 전체적인 구성 블록도를 나타내고, 도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 검출기(Duty Detector) 및 클럭 검출기(CLK Detector)의 입출력 파형을 나타낸다.FIG. 7 is a block diagram showing a general configuration of a mode selector according to an embodiment of the present invention. FIGS. 8 and 9 are a block diagram of a duty detector and a clock detector, respectively, according to an embodiment of the present invention. CLK Detector).

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터(100)는, 벅-부스트 모드에서 부스트 모드로의 변환을 수행하는 모드 선택기(Mode selector)(3000)를 더 포함할 수 있고, 모드 선택기(3000)는, D-플립플롭이 포함되고, 사전에 설정된 듀티비가 측정되는 시점을 검출하는 듀티 검출기(Duty detector)(3100) 및 복수개의 D-플립플롭들 및 XNOR 게이트가 포함될 수 있으며, 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)의 듀티비가 0% 또는 100%인 시점을 검출하는 클럭 검출기(clock detector)(3200)를 포함할 수 있다.7 to 9, a DC / DC voltage converter 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a mode selector 3000 for performing a conversion from a buck-boost mode to a boost mode Mode selector 3000 includes a D-flip-flop and includes a duty detector 3100 for detecting when a predetermined duty ratio is measured, and a plurality of D-flip- An XNOR gate may be included and a clock detector 3200 that detects when the duty ratio of the boost switching pulse D BOOST is 0% or 100%.

또한, 듀티 검출기(3100)의 클럭단(CLK)에는 20%의 듀티비를 갖는 클럭 신호가 반전되어 입력으로 고정되고, 리셋단(RST)에는 부스트 스위칭 펄스(DBOOST) 신호가 반전되어 입력될 수 있다.A clock signal having a duty ratio of 20% is inverted and fixed as an input to the clock terminal CLK of the duty detector 3100 and a boost switching pulse D BOOST is inverted and input to the reset terminal RST .

전술한 바와 같이 벅 모드와 벅-부스트 모드의 모드 변환을 위하여 충전 펌프(2000)를 이용했다면, 클럭 검출기(3200)와 듀티 검출기(3100)를 이용하여 벅-부스트 모드와 부스트 모드를 변환할 수 있다. If the charge pump 2000 is used for the mode conversion of the buck mode and the buck-boost mode as described above, the buck-boost mode and the boost mode can be converted using the clock detector 3200 and the duty detector 3100 have.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 검출기(3100)는 입력 펄스에서 원하는 듀티비가 나왔을 때 그 순간을 검출하는 기능을 갖는 회로이다. 듀티 검출기(3100)는 하나의 rising edge triggered D flip-flop(DFF)으로 구성될 수 있다. DFF의 D입력에는 VDD로 고정될 수 있고, CLK에는 20% 듀티 클럭을 반전시켜서 입력으로 고정될 수 있다. Reset(RST) 신호에는 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)를 반전시켜서 입력된다. 즉, DBOOST의 듀티가 20% 이상이 되었을 때를 검출하기 위한 회로이다.The duty detector 3100 according to an embodiment of the present invention is a circuit having a function of detecting a moment when a desired duty ratio is outputted from an input pulse. The duty detector 3100 may comprise one rising edge triggered D flip-flop (DFF). The D input of the DFF can be fixed to VDD and the CLK can be fixed to the input by inverting the 20% duty clock. The reset (RST) signal is input with the boost switching pulse (D BOOST ) inverted. That is, it is a circuit for detecting when the duty of D BOOST becomes 20% or more.

도 8의 듀티 검출기(3100)의 입출력 파형을 참조하여 설명하면, D 입력은 VDD로 고정될 수 있고, CLK 신호는 20% 듀티 클럭을 반전시켜서 고정될 수 있다. RST 신호는 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)의 듀티비가 변하면서 입력되게 된다. 먼저 DBOOST의 듀티비가 10% 듀티로 들어오게 된다면, CLK 신호가 rising하기 전에 reset신호가 먼저 나오게 되고, 따라서 CLK 신호가 rising을 해도 reset신호가 이미 나오고 있기 때문에 출력은 0으로 유지된다. 하지만 DBOOST가 20%이상의 듀티비로 입력된 경우 CLK의 rising 신호가 먼저 나오게 되어 듀티 검출기(3100)의 output(DDout)은 1로 올라가게 되고 그 후에 RST 신호가 들어오게 되어 그 순간에 다시 0으로 떨어지게 된다. 따라서 전체적인 동작을 보면 DBOOST의 듀티비가 20% 이상일 때 DDout에서 주기적으로 펄스가 나타나게 되고, 따라서 DBOOST의 듀티비가 20% 이상일 때의 상태를 검출할 수 있게 된다.Referring to the input / output waveform of the duty detector 3100 of FIG. 8, the D input may be fixed to VDD, and the CLK signal may be fixed by inverting the 20% duty clock. The RST signal is input with the duty ratio of the boost switching pulse (D BOOST ) changed. First, if the duty ratio of D BOOST is 10% duty, the reset signal is output first before the CLK signal is rising. Therefore, even if the CLK signal is rising, the reset signal is already outputted. However, when D BOOST is input with a duty ratio of 20% or more, the rising signal of CLK is first outputted, and the output (DDout) of the duty detector 3100 is increased to 1. After that, the RST signal is input, Fall off. Therefore, when the duty ratio of D BOOST is 20% or more, the pulse appears periodically in DDout, so that the state when the duty ratio of D BOOST is 20% or more can be detected.

본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 검출기(3200)는 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)의 듀티비가 0% 또는 100%일 때를 검출하는 회로이고, rising edge triggered D flip-flop 과 XNOR로 구성될 수 있으며, 입력은 10% 듀티 clock과 DBOOST를 사용하고 CDout의 출력을 갖는다.The clock detector 3200 according to an exemplary embodiment of the present invention detects a duty ratio of the boost switching pulse D BOOST at 0% or 100%, and may include a rising edge triggered D flip-flop and an XNOR The input uses a 10% duty clock and D BOOST and has the output of CDout.

도 9의 클럭 검출기(3200)의 입출력 파형을 참조하여 설명하면, 입출력 파형은 DBOOST가 50%일 때와 10% 이하일 때 0%일 때 그리고 100% 듀티비를 가질 때를 나타내었다. DBOOST가 50%의 듀티비를 가진다면 Q4의 신호는 0이고 Q3의 신호는 1로 올라가게 된다. XNOR은 두 입력신호가 같을 때는 1, 다를 때는 0의 출력 값을 갖는다. 결국 이 두 개의 입력은 XNOR로 들어가고 XNOR의 출력은 0의 상태를 유지한다. DBOOST가 10%이하의 듀티비를 가지면 Q3의 신호는 0이고 Q4의 신호는 1이 되어서 50% 듀티비일 때와 마찬가지로 출력은 0이 된다. 그리고 DBOOST가 0%의 듀티비를 가진다면 Q4의 신호는 0이고 Q3의 신호도 0으로 유지 한다. 그리고 DBOOST가 100%의 듀티비를 가진다면 Q4와 Q3모두 1의 신호로 유지한다. 따라서 이 두 경우 모두 XNOR 출력은 1인 상태로 나오게 된다. 결론적으로 DBOOST의 듀티비가 0% 또는 100%인 경우, XNOR의 출력이 1로 나오기 때문에, 클럭 검출기(3200)의 출력인 CDout 신호가 1로 된다.Referring to the input / output waveforms of the clock detector 3200 of FIG. 9, the input / output waveforms are shown when the D BOOST is 50%, when the duty ratio is 10% or less, and when the duty ratio is 100%. If D BOOST has a duty ratio of 50%, the signal of Q4 is 0 and the signal of Q3 is 1. XNOR has an output value of 1 when the two input signals are the same, and an output value of 0 when the two input signals are different. Eventually these two inputs go into XNOR and the output of XNOR remains at zero. If D BOOST has a duty ratio of 10% or less, the signal of Q3 is 0 and the signal of Q4 is 1, so that the output becomes 0 as when the duty ratio is 50%. If D BOOST has a duty ratio of 0%, the signal of Q4 is 0 and the signal of Q3 is 0. If D BOOST has a duty ratio of 100%, then both Q4 and Q3 hold a signal of 1. Therefore, in both cases, the XNOR output is 1. As a result, when the duty ratio of D BOOST is 0% or 100%, the output of XNOR is 1, so that the CDout signal of the clock detector 3200 is 1.

전술한 듀티 검출기(3100) 및 클럭 검출기(3200)를 사용하여 모드 선택기(3000) 회로를 구성하여 벅-부스트 모드와 부스트 모드를 모드 변환시킬 수 있다. The duty detector 3100 and the clock detector 3200 may be used to configure the mode selector 3000 circuit to perform mode conversion between the buck-boost mode and the boost mode.

도 7은 모드 선택기(3000)의 전체적인 블록도를 나타내고, 입력은 20% 및 10% 듀티 클럭과 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)를 갖고 부스트 EN 출력을 갖는다. FIG. 7 shows an overall block diagram of mode selector 3000, with inputs having a 20% and 10% duty clock and a boost switching pulse (D BOOST ) and a boost EN output.

도 7을 참조하여 본 발명읠 일 실시예에 따른 모드 선택기(3000)의 동작원리를 설명하면, 처음 모드가 벅-부스트 모드 상태였다고 가정할 때, DBOOST의 듀티비가 20% 이하인 상태로 동작한다. 그 후 DC-DC 접압 컨버터의 VIN전압이 점점 감소하여 DBOOST의 듀티비가 20%를 초과하게 되면 듀티 검출기(3100)의 output이 rising 하기 때문에 부스트 EN은 1이 되고, 이에 따라 부스트 모드로 넘어가게 된다. Referring to FIG. 7, the operation principle of the mode selector 3000 according to an embodiment of the present invention will be described. Assuming that the first mode is the buck-boost mode, the duty ratio of D BOOST is 20% or less . Then when exceeds the DC-DC duty ratio of 20% of D BOOST to V IN voltage is gradually decreased in the contact pressure converter the output of the duty detector 3100 is a boost EN is 1 because the rising, thus advance to the boost mode I will go.

부스트 모드로 유지되다가, DC-DC 전압 컨버터(100)의 VIN 전압이 점점 증가하여 DBOOST 듀티비가 0%가 된다면 듀티비가 20% 이하이기 때문에 듀티 검출기(3100)의 output 신호는 0으로 유지되고, 클럭 검출기(3200)의 output은 1로 올라가게 된다. 또한 output 쪽 DFF의 reset 신호로 들어가기 때문에 결국 부스트 EN은 reset이 되어 0이 되면서 벅-부스트 모드로 넘어가게 된다.The boost mode is maintained, and the V IN of the DC-DC voltage converter 100 If the duty increases and the D BOOST duty ratio becomes 0%, the output signal of the duty detector 3100 is kept at 0 and the output of the clock detector 3200 is increased to 1 because the duty ratio is 20% or less. Also, since it enters the reset signal of the output DFF, the boost EN is reset and goes to the buck-boost mode with 0 being zero.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 선택기(3000)로 벅-부스트 모드와 부스트 모드를 변환시킨다.As described above, the mode selector 3000 according to the embodiment of the present invention converts the buck-boost mode and the boost mode.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 컨버터(100)의 전체 블록도를 나타내고, 도 4a 내지 도 4b는 각각 벅 모드, 벅-부스트 모드, 부스트 모드에서의 동작 루프를 나타낸다.FIG. 3 shows an overall block diagram of a DC / DC voltage converter 100 according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 4A-4B illustrate operational loops in buck mode, buck-boost mode, and boost mode, respectively.

도 3을 참조하여 설명하면, 배터리 전압인 input 전압이 입력으로 들어오고 스위칭 펄스에 의하여 스텝-업 또는 스텝-다운을 하여 output 전압이 결정된다. 부하(load)는 LED가 이용될 수 있고, 이 경우 LED의 cathod node를 센싱하여 feedback 제어가 가능하다. cathod 전압을 센싱하여 error amplifier에서 Vref 전압과 비교할 수 있고, 이때 검출된 error량으로 PWM(Pulse Width Modulation) control을 하여 스위칭 펄스의 듀티비를 결정하게 된다.Referring to FIG. 3, an input voltage, which is a battery voltage, is input, and the output voltage is determined by stepping-up or stepping-down by a switching pulse. An LED can be used as a load, and in this case, feedback control is possible by sensing the cathode node of the LED. The cathod voltage is sensed and compared with the Vref voltage in the error amplifier. The duty ratio of the switching pulse is determined by performing PWM (Pulse Width Modulation) control with the detected error amount.

도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하면, 도 4a 내지 도 4c는 각 모드의 동작 루프를 나타낸 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 전압 컨버터는 효율을 증가시키기 위해 입력 전압에 따라서 tri-모드, 즉 벅-모드, 벅-부스트 모드, 부스트 모드의 세 가지의 모드를 사용한다. Referring to FIGS. 4A to 4C, FIGS. 4A to 4C illustrate operation loops of the respective modes. In order to increase the efficiency of the DC-DC voltage converter according to the embodiment of the present invention, Mode, i.e., a buck-mode, a buck-boost mode, and a boost mode.

먼저 입력 전압이 가장 높을 때 벅 모드로 동작을 하게 된다. 벅 모드는 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)가 0이기 때문에 S3는 턴-오프, S4는 턴-온으로 고정되고, S1 및 S2의 스위치만 스위칭하게 된다. 그리고 출력 전압이 잡히면 LED의 cathod 전압을 센싱하여 error amplifier에서 Vref전압과 비교하게 되고 그 error량으로 current sensor의 입력으로 받고, current sensor에서 스위칭 펄스의 듀티를 결정하게 되는 reset timing을 출력으로 내보낸다. First, when the input voltage is the highest, it operates in the buck mode. In the buck mode, since the boost switching pulse (D BOOST ) is 0, S 3 is set to turn off, S 4 is set to turn-on, and only switches S 1 and S 2 are switched. When the output voltage is caught, the cathod voltage of the LED is sensed and it is compared with the Vref voltage in the error amplifier. The error amount is received as the input of the current sensor, and the reset timing which determines the duty of the switching pulse in the current sensor is outputted to the output .

따라서 비교기(comparator)와 래치(latch)의 동작을 통하여 그에 맞는 듀티비를 갖는 스위칭 펄스를 출력으로 갖고 PWM 제어를 하게 된다. 그 상태에서는 벅 스위칭 펄스는 충전 펌프(2000)의 제2 스위치(2400)쪽 입력으로 받고 있고 90% 듀티비의 pulse와 비교하게 된다. 그 후 DC-DC 접압 컨버터의 입력 전압이 낮아지면서 벅 스위칭 펄스(DBUCK)의 듀티비가 점점 증가하여 90%이상의 듀티비가 된다면 충전 펌프(2000)의 출력전압이 점점 증가하게 되어 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)가 나오면서 벅-부스트 모드로 넘어가게 된다. 그때의 동작루프는 도 4b에 도시되어 있는 바와 같다.Therefore, the comparator and the latch operate to perform the PWM control with the output of the switching pulse having the duty ratio corresponding thereto. In this state, the buck switching pulse is received at the input of the second switch 2400 of the charge pump 2000 and is compared with the pulse having the 90% duty ratio. If the duty ratio of the buck switching pulse (D BUCK ) gradually increases and the duty ratio becomes 90% or more as the input voltage of the DC-DC voltage converter is lowered, the output voltage of the charge pump 2000 gradually increases to increase the boost switching pulse D BOOST ) and goes to buck-boost mode. The operation loop at that time is as shown in Fig. 4B.

부스트 스위칭 펄스(DBOOST)도 마찬가지로 충전 펌프(2000)의 출력전압을 current sensor에서 입력으로 받고 그 error량에 대하여 PWM 제어하여 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)를 만들게 된다. 벅 스위칭 펄스(DBUCK)와 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)가 모두 나오고 있기 때문에 컨버터의 4개의 스위치가 모두 동작하게 된다. DC-DC 전압 컨버터의 입력 전압이 점점 더 낮아져서 부스트 스위칭 펄스(DBOOST)의 듀티비가 20% 이상이 된다면 모드 선택기(3000)에서 비교하게 되어 부스트 EN 신호가 발생하게 되면서 부스트 모드로 넘어가게 된다. Similarly, the boost switching pulse D BOOST receives the output voltage of the charge pump 2000 from the current sensor and performs PWM control on the error amount to generate a boost switching pulse D BOOST . Since both the buck switching pulse (D BUCK ) and the boost switching pulse (D BOOST ) are output, all four switches of the converter are operated. If the input voltage of the DC-DC voltage converter becomes lower and the duty ratio of the boost switching pulse (D BOOST ) becomes 20% or more, the mode selector (3000) compares and outputs the boost EN signal to the boost mode.

부스트 모드가 되면 더 4c와 같이 루프가 바뀌게 된다. S1은 턴-온, S2는 턴-오프로 고정되고 S3, S4 스위치만 동작하게 된다. 그리고 벅 모드와 같이 스위칭을 거쳐서 LED의 cathod의 전압을 입력으로 받아서 error amplifier를 거쳐서 부스트 쪽 current sensor를 거치고 PWM 제어를 하게 된다.When in boost mode, the loop changes as in 4c. S 1 is turned on, S 2 is turned off, and only the switches S 3 and S 4 are operated. Then, after switching in the buck mode, the voltage of the cathod of the LED is input, and the PWM is controlled through the error amplifier through the boost current sensor.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 변환 방법의 순서도를 나타낸다.10 is a flowchart of a DC / DC voltage conversion method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예로써, DC/DC 전압 변환 방법이 제공될 수 있다.As another embodiment of the present invention, a DC / DC voltage conversion method can be provided.

도 10을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 Tri-모드로 동작하는 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법은, 벅 모드에서 입력 전압을 강압하여 제1 출력 전압이 생성되는 단계(S100), 충전 펌프에 의하여 벅 모드에서 벅-부스트 모드로의 변환이 수행되는 단계(S200), 벅-부스트 모드에서 입력 전압을 강압 또는 승압하여 제1 출력 전압과 제3 출력 전압 사이의 제2 출력 전압이 생성되는 단계(S300) 및 부스트 모드에서 입력 전압을 승압하여 제3 출력 전압이 생성되는 단계(S500)를 포함할 수 있고, 충전 펌프는, 전원전압(VDD)에 인접하여 위치하는 제1 전류원, 접지전압(VSS)에 인접하여 위치하는 제2 전류원, 제1 전류원에 인접하여 위치하는 제1 스위치, 제1 스위치와 교번 또는 독립하여 스위칭되고, 제2 전류원에 인접하여 위치하는 제2 스위치 및 일단이 제1 스위치와 제2 스위치의 사이에 위치하고, 타단이 접지와 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있으며, 제1 스위치에는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호가 입력되고, 제2 스위치에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력될 수 있다.Referring to FIG. 10, a DC / DC voltage conversion method operating in Tri-mode according to an embodiment of the present invention includes a step S100 of generating a first output voltage by stepping down an input voltage in a buck mode, A step S200 of performing a conversion from the buck mode to the buck-boost mode by the charge pump, a step-down or step-up of the input voltage in the buck-boost mode so that a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage (S500) in which the third output voltage is generated by boosting the input voltage in the boost mode and the boosting mode (S500). The charge pump may include a first current source located adjacent to the power source voltage (VDD) A first switch positioned adjacent to the ground voltage VSS, a first switch positioned adjacent to the first current source, a second switch that is alternately or independently switched to the first switch and is located adjacent to the second current source, The first switch And a capacitor connected to the ground, the pulse signal having a fixed duty ratio may be input to the first switch, and the buck switching pulse signal may be input to the second switch .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 변환 방법은, 모드 선택기에 의하여 벅-부스트 모드에서 부스트 모드로의 변환이 수행되는 단계(S400)를 더 포함할 수 있고, 이 때 모드 선택기는, D-플립플롭이 포함되고, 사전에 설정된 듀티비가 측정되는 시점을 검출하는 듀티 검출기(Duty detector) 및 복수개의 D-플립플롭들 및 XNOR 게이트가 포함되며, 부스트 스위칭 펄스의 듀티비가 0% 또는 100%인 시점을 검출하는 클럭 검출기(clock detector)를 포함할 수 있다.Also, the DC / DC voltage conversion method according to an embodiment of the present invention may further include a step S400 of performing a conversion from the buck-boost mode to the boost mode by the mode selector (S400) Includes a duty detector (Duty) detecting a time point at which a predetermined duty ratio is measured, a D-flip-flop, and a plurality of D-flip flops and an XNOR gate. The duty ratio of the boost switching pulse is 0% Or a clock detector that detects a time point of 100%.

본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 전압 변환 방법은 제1 스위치에 입력되는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호의 듀티비는 90%일 수 있다.In the DC / DC voltage conversion method according to an embodiment of the present invention, the duty ratio of the pulse signal having the fixed duty ratio input to the first switch may be 90%.

또한, 듀티 검출기의 클럭단(CLK)에는 20%의 듀티비를 갖는 클럭 신호가 반전되어 입력으로 고정되고, 리셋단(RST)에는 부스트 스위칭 펄스 신호가 반전되어 입력될 수 있다.Also, a clock signal having a duty ratio of 20% is inverted and fixed to the input to the clock terminal (CLK) of the duty detector, and the boost switching pulse signal is inverted to the reset terminal (RST).

본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 관련하여서는 전술한 장치에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 장치에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.The contents of the above-described apparatus can be applied in connection with the method according to an embodiment of the present invention. Therefore, the description of the same contents as those of the above-mentioned apparatus has been omitted in connection with the method.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체로 구현될 수 있으며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.One embodiment of the present invention may also be embodied in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as program modules, being executed by a computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. The computer-readable medium may also be embodied in a computer-readable medium, which may be volatile and / or non-volatile, implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules, Nonvolatile, removable and non-removable media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100; DC/DC 전압 컨버터
1000; 컨버팅 회로
2000; 충전 펌프
2100; 제1 전류원
2200; 제2 전류원
2300; 제1 스위치
2400; 제2 스위치
2500; 캐패시터
3000; 모드 선택기
3100; 듀티 검출기
3200; 클럭 검출기100; DC / DC voltage converter
1000; Converting circuit
2000; Charge pump
2100; The first current source
2200; The second current source
2300; The first switch
2400; The second switch
2500; Capacitor
3000; Mode selector
3100; Duty detector
3200; Clock detector

Claims (9)

Tri-mode로 동작하는 ＤＣ／ＤＣ 전압 컨버터로서,
벅(buck) 모드에서 입력 전압을 강압(降壓)하여 제1 출력 전압을 생성하고, 부스트(boost) 모드에서 상기 입력 전압을 승압(昇壓)하여 제3 출력 전압을 생성하며, 벅-부스트(buck-boost) 모드에서 상기 입력 전압을 강압 또는 승압하여 상기 제1 출력 전압과 상기 제3 출력 전압 사이의 제2 출력 전압을 생성하는 컨버팅 회로; 및
상기 벅 모드에서 상기 벅-부스트 모드로의 변환을 수행하는 충전 펌프(charge pump);를 포함하고,
상기 충전 펌프는, 전원전압(VDD)에 인접하여 위치하는 제1 전류원; 접지전압(VSS)에 인접하여 위치하는 제2 전류원; 상기 제1 전류원에 인접하여 위치하는 제1 스위치; 상기 제1 스위치와 교번 또는 독립하여 스위칭되고, 상기 제2 전류원에 인접하여 위치하는 제2 스위치; 및 일단이 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 사이에 위치하고, 타단이 접지와 연결되는 캐패시터;를 포함하며,
상기 제1 스위치에는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호가 입력되고, 상기 제2 스위치에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력되는 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 컨버터.
It is a DC / DC voltage converter operating in tri-mode,
Boosting the input voltage in a boost mode to produce a third output voltage by buck-boosting the input voltage in a buck mode, generating a first output voltage by boosting the input voltage in a buck mode, a converting circuit that steps down or boosts the input voltage in a buck-boost mode to generate a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage; And
And a charge pump for performing the conversion from the buck mode to the buck-boost mode,
The charge pump comprises: a first current source located adjacent to a supply voltage (VDD); A second current source located adjacent to the ground voltage VSS; A first switch located adjacent to the first current source; A second switch that is alternately or independently switched to the first switch and is located adjacent to the second current source; And a capacitor having one end located between the first switch and the second switch and the other end connected to the ground,
Wherein a pulse signal having a fixed duty ratio is input to the first switch and a buck switching pulse signal is input to the second switch.
제 1 항에 있어서,
상기 벅-부스트 모드에서 상기 부스트 모드로의 변환을 수행하는 모드 선택기(mode selector);를 더 포함하고,
상기 모드 선택기는,
D-플립플롭이 포함되고, 사전에 설정된 듀티비가 측정되는 시점을 검출하는 듀티 검출기(duty detector); 및
복수개의 D-플립플롭들 및 XNOR 게이트가 포함되며, 부스트 스위칭 펄스의 듀티비가 0% 또는 100%인 시점을 검출하는 클럭 검출기(clock detector);를 포함하는 ＤＣ／ＤＣ 전압 컨버터.
The method according to claim 1,
And a mode selector for performing the conversion from the buck-boost mode to the boost mode,
Wherein the mode selector comprises:
A duty detector including a D-flip flop and detecting a time point at which a preset duty ratio is measured; And
And a clock detector that includes a plurality of D flip-flops and an XNOR gate and detects when the duty ratio of the boost switching pulse is 0% or 100%.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 스위치에 입력되는 상기 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호의 듀티비는 90%인 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein a duty ratio of the pulse signal having the fixed duty ratio input to the first switch is 90%.
제 2 항에 있어서,
상기 듀티 검출기의 클럭단(CLK)에는 20%의 듀티비를 갖는 클럭 신호가 반전되어 입력으로 고정되고, 리셋단(RST)에는 부스트 스위칭 펄스 신호가 반전되어 입력되는 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 컨버터.
3. The method of claim 2,
Wherein a clock signal having a duty ratio of 20% is inverted and fixed as an input to a clock terminal (CLK) of the duty detector, and a boost switching pulse signal is inverted and input to a reset terminal (RST).
Tri-mode로 동작하는 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법으로서,
벅 모드에서 입력 전압을 강압하여 제1 출력 전압이 생성되는 단계;
충전 펌프에 의하여 상기 벅 모드에서 벅-부스트 모드로의 변환이 수행되는 단계;
상기 벅-부스트 모드에서 상기 입력 전압을 강압 또는 승압하여 상기 제1 출력 전압과 제3 출력 전압 사이의 제2 출력 전압이 생성되는 단계; 및
부스트 모드에서 상기 입력 전압을 승압하여 상기 제3 출력 전압이 생성되는 단계;를 포함하고,
상기 충전 펌프는, 전원전압(VDD)에 인접하여 위치하는 제1 전류원; 접지전압(VSS)에 인접하여 위치하는 제2 전류원; 상기 제1 전류원에 인접하여 위치하는 제1 스위치; 상기 제1 스위치와 교번 또는 독립하여 스위칭되고, 상기 제2 전류원에 인접하여 위치하는 제2 스위치; 및 일단이 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 사이에 위치하고, 타단이 접지와 연결되는 캐패시터;를 포함하며,
상기 제1 스위치에는 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호가 입력되고, 상기 제2 스위치에는 벅 스위칭 펄스 신호가 입력되는 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법.
A DC / DC voltage conversion method operating in a tri-mode,
Stepping down the input voltage in the buck mode to generate a first output voltage;
Performing a conversion from the buck mode to the buck-boost mode by a charge pump;
Boosting or boosting the input voltage in the buck-boost mode to produce a second output voltage between the first output voltage and the third output voltage; And
And boosting the input voltage in the boost mode to generate the third output voltage,
The charge pump comprises: a first current source located adjacent to a supply voltage (VDD); A second current source located adjacent to the ground voltage VSS; A first switch located adjacent to the first current source; A second switch that is alternately or independently switched to the first switch and is located adjacent to the second current source; And a capacitor having one end located between the first switch and the second switch and the other end connected to the ground,
Wherein a pulse signal having a fixed duty ratio is input to the first switch, and a buck switching pulse signal is input to the second switch.
제 5 항에 있어서,
모드 선택기에 의하여 상기 벅-부스트 모드에서 상기 부스트 모드로의 변환이 수행되는 단계;를 더 포함하고,
상기 모드 선택기는,
D-플립플롭이 포함되고, 사전에 설정된 듀티비가 측정되는 시점을 검출하는 듀티 검출기(duty detector); 및
복수개의 D-플립플롭들 및 XNOR 게이트가 포함되며, 부스트 스위칭 펄스의 듀티비가 0% 또는 100%인 시점을 검출하는 클럭 검출기(clock detector);를 포함하는 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising: performing a conversion from the buck-boost mode to the boost mode by a mode selector;
Wherein the mode selector comprises:
A duty detector including a D-flip flop and detecting a time point at which a preset duty ratio is measured; And
And a clock detector that includes a plurality of D flip-flops and an XNOR gate and detects when the duty ratio of the boost switching pulse is 0% or 100%.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 스위치에 입력되는 상기 고정 듀티비를 갖는 펄스 신호의 듀티비는 90%인 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the duty ratio of the pulse signal having the fixed duty ratio input to the first switch is 90%.
제 6 항에 있어서,
상기 듀티 검출기의 클럭단(CLK)에는 20%의 듀티비를 갖는 클럭 신호가 반전되어 입력으로 고정되고, 리셋단(RST)에는 부스트 스위칭 펄스 신호가 반전되어 입력되는 것인 ＤＣ／ＤＣ 전압 변환 방법.
The method according to claim 6,
Wherein a clock signal having a duty ratio of 20% is inverted and fixed as an input to a clock terminal (CLK) of the duty detector, and a boost switching pulse signal is inverted and input to a reset terminal (RST) .
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
9. A computer-readable recording medium on which a program for implementing the method of any one of claims 5 to 8 is recorded.
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