KR20190066824A - Switching regulator using ESR emulation - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a switching regulator using ESR emulation capable of accurately outputting a DC level of output voltage. The switching regulator using ESR emulation comprises: a switching unit repeatedly turned on-off in accordance with an input driving signal to output switching voltage; a first comparator having a first input terminal receiving standard voltage, and a second input terminal receiving feedback voltage of the switching unit, connected with the input terminal of the switching unit, and outputting a comparison value of the voltage inputted to each of the first input terminal and the second input terminal to the switching unit; and an emulation unit connected to the second input terminal and adding a ripple signal filtering the switching voltage to the feedback voltage.

Description

ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터{Switching regulator using ESR emulation}[0001] The present invention relates to a switching regulator using ESR emulation,

본 발명은 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a switching regulator using ESR emulation.

레귤레이터(Regulator)는 입력전압을 일정한 크기의 출력전압으로 변환하여 출력하는 장치로, 일반적으로 DC/DC 컨버터에 사용되며, 리니어 레귤레이터(Linear Regulator)와 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)로 나뉜다. 스위칭 레귤레이터는 출력단으로 흘려주는 펄스의 양을 조절함으로써 전압을 정밀하게 조정하는 방식의 레귤레이터로, 다양한 방식을 이용해 스위칭 레귤레이터를 제어한다.A regulator is a device that converts an input voltage into an output voltage of a certain size and outputs it. It is generally used in a DC / DC converter, and is divided into a linear regulator and a switching regulator. A switching regulator is a regulator that adjusts the voltage precisely by adjusting the amount of pulses flowing to the output stage, and controls the switching regulator in various ways.

스위칭 레귤레이터를 제어하는 방식 중 하나로써, 전압 모드(Voltage mode)가 있으며, 도 1은 전압 모드의 스위칭 레귤레이터 회로를 도시한 것이다.One of the methods for controlling the switching regulator is a voltage mode, and Fig. 1 shows a switching regulator circuit in a voltage mode.

도 1에 도시된 전압 모드의 스위칭 레귤레이터는 단일 피드백 루프로 설계되어 회로 분석이 용이하고, 노이즈가 적은 장점이 있으나, 부하의 변화를 출력의 변화로 감지한 후, 피드백 루프로 수정해야 하기 때문에(Error amp를 사용하기 때문에) 응답이 느린 단점이 있다.The switching regulator of the voltage mode shown in FIG. 1 is designed as a single feedback loop, which facilitates circuit analysis and reduces noise. However, since it is necessary to detect a change in load with a change in output, There is a disadvantage that the response is slow because the error amp is used.

도 1과 같은 전압 모드의 스위칭 레귤레이터의 단점을 극복하기 위해, 히스테리틱(Hysteretic) 방식의 스위칭 레귤레이터가 사용되며, 도 2는 히스테리틱 방식의 스위칭 레귤레이터 회로를 도시한 것이다. 히스테리틱 방식의 스위칭 레귤레이터의 경우 출력단의 커패시터에 의해 발생하는 리플(Ripple)을 이용하여 스위칭 동작을 제어하는 방식인데, 부하에 따라 주파수가 변화하는 문제점이 있어, 주파수를 가고정할 수 있는 COT(Constant On time) 또는 AOT(Adaptive constant On Time)방식을 사용하고 있지만, COT방식의 경우 주파수가 변화하는 문제점이 있었다.In order to overcome the drawbacks of the switching regulator of the voltage mode as shown in FIG. 1, a hysteretic switching regulator is used, and FIG. 2 shows a hysteretic switching regulator circuit. In the case of a hysteretic switching regulator, a switching operation is controlled by using a ripple generated by a capacitor at an output stage. However, there is a problem that the frequency varies depending on the load, and a COT On time) or AOT (Adaptive Constant On Time) method, but the COT method has a problem that the frequency changes.

한편, 최근에 기술의 발달로 출력단에 사용되는 커패시터의 ESR저항이 작아져 출력단에서 충분한 크기의 리플이 나타나지 않아, 출력단의 리플을 사용하는 히스테리틱 모드로 스위칭 레귤레이터를 제어하기 어려운 문제점이 있었다.On the other hand, recently, due to the development of the technology, the ESR resistance of the capacitor used in the output stage is reduced, and the ripple of a sufficient size is not produced at the output stage, and it is difficult to control the switching regulator in the hysteretic mode using ripple at the output stage.

한국등록특허공보 제10-1798113호("의사 전류 모드 히스테리시스 제어 방법, 스위칭 DC-DC 컨버터의 의사 인덕터 전류 에뮬레이터 및 히스테리틱 스위칭 DC-DC 컨버터", 공고일 2017.11.16.)Korean Registered Patent No. 10-1798113 ("Pseudo-Current Mode Hysteresis Control Method, Pseudo Inductor Current Emulator and Hysteretic Switching DC-DC Converter of Switched DC-DC Converter, "

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터의 목적은 히스테리틱 모드로 스위칭 레귤레이터를 제어함에 있어서, 레귤레이터의 출력전압에 인위적인 리플을 생성하는 ESR 에뮬레이션을 함으로써, 보다 용이하게 히스테리틱 모드로 스위칭 레귤레이터를 제어하고, 출력전압의 DC레벨을 정확하게 출력할 수 있는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a switching regulator using ESR emulation according to the present invention. In the control of a switching regulator in a hysteretic mode, an artificial ripple is generated in an output voltage of a regulator The present invention provides a switching regulator using ESR emulation that can more easily control a switching regulator in a hysteretic mode and accurately output a DC level of an output voltage by performing ESR emulation.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터는, 입력되는 구동신호에 따라 온-오프를 반복하여 스위칭 전압을 출력하는 스위칭부, 제1입력단자에 기준전압이 입력되고, 제2입력단자에 상기 스위칭부의 피드백 전압이 입력되며, 출력단자가 상기 스위칭부의 입력단과 연결되어 상기 제1입력단자와 제2입력단자 각각에 입력되는 전압의 비교값을 상기 스위칭부로 출력하는 제1비교기, 상기 제2입력단자에 연결되어, 상기 스위칭 전압을 필터링한 리플 신호를 상기 피드백 전압에 더하는 에뮬레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a switching regulator using ESR emulation. The switching regulator includes a switching unit for outputting a switching voltage by repeatedly switching on and off according to an input driving signal, A feedback voltage of the switching unit is input to a second input terminal, an output terminal is connected to an input terminal of the switching unit, and a comparison value of a voltage input to each of the first input terminal and the second input terminal is output to the switching unit. 1 comparator, and an emulation unit connected to the second input terminal, for adding a ripple signal obtained by filtering the switching voltage to the feedback voltage.

또한, 상기 에뮬레이션부는 상기 스위칭 전압을 입력받아 로우 패스 필터링하는 저역 통과 필터, 상기 저역 통과 필터의 출력 전압의 밸리값을 샘플링하는 샘플 앤 홀드부 및 상기 저역 통과 필터와 상기 샘플 앤 홀드부의 출력차를 상기 제1비교기의 제2입력단자에 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The emulation section may further include a low pass filter for receiving the switching voltage and performing low pass filtering, a sample and hold section for sampling the valley value of the output voltage of the low pass filter, and a sample and hold section for sampling the output difference between the low pass filter and the sample and hold section And outputting the result to the second input terminal of the first comparator.

또한, 에뮬레이션부는 상기 스위칭부를 턴 온 시키는 온 신호가 입력될 때 단일의 펄스신호를 생성하는 단일 펄스 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The emulation unit may further include a single pulse generator for generating a single pulse signal when an ON signal for turning on the switching unit is inputted.

또한, 상기 샘플 앤 홀드부는 상기 단일 펄스 생성부의 펄스 신호를 입력받아 동작하여 양단을 연결하는 스위치 및 상기 스위치의 일단에 연결되어 입력되는 전압을 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The sample and hold unit includes a switch for receiving a pulse signal of the single pulse generating unit and connecting both ends thereof, and a storage unit connected to one end of the switch for storing a voltage inputted thereto.

또한, 상기 저역 통과 필터는 상기 스위칭 전압을 전압 분배하여 입력받는 것을 특징으로 한다.The low-pass filter receives the switching voltage divided by voltage.

또한, 본 발명에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터는 상기 스위칭 전압에 따라 상기 스위칭부의 온 타임을 조절하도록 리셋신호를 출력하는 온 타임 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the switching regulator using ESR emulation according to the present invention may further include an on-time generator for outputting a reset signal to adjust the on-time of the switching unit according to the switching voltage.

또한, 본 발명에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터는 상기 스위칭부가 최소 오프 구간 이후에 오프되도록 오프신호를 출력하는 최소 오프 타임 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the switching regulator using ESR emulation according to the present invention further includes a minimum off-time generator for outputting an OFF signal so that the switching unit is turned off after a minimum OFF period.

또한, 상기 최소 오프 구간 이후에 상기 제1비교기의 출력값을 셋 입력값으로 받고, 상기 온 타임 생성부의 출력값을 리셋 입력값으로 받아 상기 스위칭부에 구동신호를 출력하는 SR플립플롭을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The SR flip-flop further includes an SR flip-flop receiving the output value of the first comparator as the set input value after the minimum OFF period, receiving the output value of the ON-time generator as the reset input value, and outputting the driving signal to the switching unit .

또한, 상기 스위칭부는 스위치 및 상기 스위치에 구동신호를 인가하는 게이트 드라이버를 포함하고, 상기 게이트 드라이버는 논 오버랩 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.The switching unit may include a switch and a gate driver for applying a driving signal to the switch, and the gate driver may include a non-overlap circuit.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터에 의하면, 본 발명의 스위칭 전압에 따라 에뮬레이션부에서 인위적인 리플 신호를 생성하고, 생성된 리플 신호를 피드백 전압에 실어 기준전압과 비교하므로 출력단에 사용되는 커패시터의 ESR저항이 작아 충분한 크기의 리플이 발생하지 않더라도 안정적으로 스위칭 레귤레이터를 동작시킬 수 있는 효과가 있다.According to the switching regulator using the ESR emulation according to the present invention as described above, an artificial ripple signal is generated in the emulation unit according to the switching voltage of the present invention, and the generated ripple signal is loaded on the feedback voltage and compared with the reference voltage. There is an effect that the switching regulator can be stably operated even if ripple of a sufficient size is not generated because the ESR resistance of the capacitor used is small.

또한, 본 발명은 에뮬레이션부에서 샘플 앤 홀드부를 통해 로우 패스 필터링된 출력전압의 밸리값을 샘플링한 후 이를 이용해 OTA전류를 출력하기 때문에, 제1비교기의 제2입력단자로 입력되는 전압의 DC레벨이 상승하지 않아 정확한 DC레벨을 출력할 수 있는 효과가 있다.Also, since the emulation section samples the valley value of the low-pass filtered output voltage through the sample and hold section and outputs the OTA current using the sampled valley value, the DC level of the voltage input to the second input terminal of the first comparator So that it is possible to output an accurate DC level.

또한, 본 발명은 온 타임 생성부에서 출력 부하의 증감에 따라 온 타임을 조절하여 대응함으로써 부하의 변동에 즉각적으로 대응 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the on-time generating unit can adjust the on-time in accordance with the increase or decrease of the output load and cope with the change of the load immediately.

도 1은 종래 전압 모드의 스위칭 레귤레이터의 회로도.
도 2는 종래 히스테리틱 모드의 스위칭 레귤레이터의 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 스위칭 레귤레이터의 회로도.
도 4는 본 발명의 온 타임 생성부의 회로도.
도 5는 본 발명의 오프 타임 생성부의 회로도.
도 6은 본 발명의 에뮬레이션부의 회로도.
도 7은 본 발명의 에뮬레이션부의 전압 그래프.
1 is a circuit diagram of a switching regulator of a conventional voltage mode.
2 is a circuit diagram of a conventional hysteretic mode switching regulator.
3 is a circuit diagram of a switching regulator according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of an on-time generating unit according to the present invention;
5 is a circuit diagram of an off-time generator of the present invention;
6 is a circuit diagram of the emulation section of the present invention;
7 is a voltage graph of the emulation section of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a switching regulator using ESR emulation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터의 회로를 도시한 것이고, 도 4 및 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터의 회로도에 추가되는 구성의 회로를 도시한 것이다.FIG. 3 is a circuit diagram of a switching regulator using ESR emulation according to an embodiment of the present invention. FIGS. 4 and 5 are circuit diagrams of a switching regulator using ESR emulation according to an embodiment of the present invention, In the circuit shown in Fig.

도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터는 스위칭부(100), 제1비교기(200), 온 타임 생성부(300), 최소 오프 타임 생성부(400) 및 에뮬레이션부(500)를 포함할 수 있다.3 to 5, a switching regulator using ESR emulation according to an embodiment of the present invention includes a switching unit 100, a first comparator 200, an on-time generating unit 300, a minimum off- Unit 400, and an emulation unit 500. [0040]

도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭부(100)는 입력되는 구동신호에 따라 온-오프를 반복하여 스위칭 전압을 출력한다. 스위칭부(100)에서 출력되는 스위칭 전압은 이론적으로는 구형파일 수 있으나, 환경에 따라 다른 형태가 출력될 수 있다.As shown in FIG. 1, the switching unit 100 repeatedly turns on and off according to an input driving signal to output a switching voltage. The switching voltage output from the switching unit 100 may theoretically be a spherical file, but a different form may be output depending on the environment.

스위칭 전압은 인덕터와 커패시터로 구성된 필터부(도면부호 미표시)를 통해 필터링 되어 최종적으로

Figure pat00001
로 출력되며, 직렬로 연결된 저항을 이용해
Figure pat00002
보다 분배된(감소된) 피드백 전압
Figure pat00003
이 후술할 구성에 사용될 수 있다.The switching voltage is filtered through a filter section (not shown) consisting of an inductor and a capacitor,
Figure pat00001
, And using a resistor in series
Figure pat00002
More distributed (reduced) feedback voltage
Figure pat00003
Can be used in a configuration described later.

도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭부(100)는 상기한 바와 같은 동작을 위해 스위치(110)와 게이트 드라이버(120)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the switching unit 100 may include a switch 110 and a gate driver 120 for the operation as described above.

스위치(110)는 적어도 하나 이상의 반도체 스위치가 사용될 수 있으며, 게이트 드라이버(120)에서 입력되는 구동신호에 의해 온-오프가 반복되어 스위칭 전압을 출력한다.At least one semiconductor switch may be used as the switch 110, and the gate driver 120 may be repeatedly turned on and off by a drive signal to output a switching voltage.

스위치(110)의 V_{LX는 인덕터와 커패시터로 구성된 필터부를 통해 본 발명의 일실시예의 출력전압인

Figure pat00004
으로 출력된다. V_{LX와
Figure pat00005
는 각각 부하단의 크기에 영향을 받으며, V_{LX는 비교적
Figure pat00006
보다 부하단의 크기에 영향을 덜 받는다.V_ {LX of the switch 110 is connected to an output voltage of an embodiment of the present invention through a filter portion composed of an inductor and a capacitor
Figure pat00004
. V_ {LX and
Figure pat00005
Are influenced by the size of the lower end, and V_ {LX is relatively
Figure pat00006
And is less affected by the size of the bottom edge.

게이트 드라이버(120)는 입력에 따라 스위치(110)로 구동신호를 출력하며, 논 오버랩 회로(121)를 포함할 수 있다. 게이트 드라이버(120)는 논 오버랩 회로(121)를 통해 스위치(110)의 하이 사이드(High side)와 로우 사이드(Low side)가 동시에 턴 온되지 않도록 함으로써, Shot-through전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The gate driver 120 outputs a driving signal to the switch 110 according to an input, and may include a non-overlap circuit 121. [ The gate driver 120 prevents the high side and the low side of the switch 110 from turning on at the same time through the non overlap circuit 121 to prevent the flow of the shot- have.

제1비교기(200)는 제1입력단자(210), 제2입력단자(220) 및 출력단자(도번 미도시)를 포함하며, 제1 및 제2입력단자에 입력되는 전압의 크기를 비교하여 비교전압을 출력단자로 출력한다. 구체적으로 제1비교기(200)는 제1입력단자(210)(+)로 입력되는 전압이 제2입력단자(220)(-)로 입력되는 전압보다 클 경우 일정 정도의 값을 가지는 전압을 출력하고, 제2입력단자(220)로 입력되는 전압이 제1입력단자(210)로 입력되는 전압보다 크거나 같을 경우 전압을 출력하지 않을 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1입력단자(210)로는 일정한 크기의 기준전압인

Figure pat00007
이 입력되고, 제2입력단자(220)로는 피드백 전압
Figure pat00008
이 입력된다.The first comparator 200 includes a first input terminal 210, a second input terminal 220, and an output terminal (not shown). The first comparator 200 compares the magnitudes of voltages input to the first and second input terminals And outputs the comparison voltage to the output terminal. Specifically, when the voltage input to the first input terminal 210 (+) is greater than the voltage input to the second input terminal 220 (-), the first comparator 200 outputs a voltage having a predetermined value And may not output a voltage when the voltage input to the second input terminal 220 is greater than or equal to the voltage input to the first input terminal 210. As shown in Figure 3, 210) is a constant reference voltage
Figure pat00007
And the second input terminal 220 is supplied with a feedback voltage
Figure pat00008
.

온 타임 생성부(300)는 스위칭 전압에 따라 스위칭부(100)의 온 타임을 조절하도록 리셋 신호를 출력한다. 도 4는 온 타임 생성부(300)의 회로도를 도시한 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 온 타임 생성부(300)는 스위칭 전압

Figure pat00009
을 입력으로 받으며, 제2비교기(310)를 포함할 수 있다.The on-time generating unit 300 outputs a reset signal to adjust the on-time of the switching unit 100 according to the switching voltage. 4 shows a circuit diagram of the on-time generating unit 300. As shown in FIG. 4, the on-time generating unit 300 generates the on-
Figure pat00009
And may include a second comparator 310.

구체적으로 스위칭부(100)가 턴 온되어 스위칭 전압

Figure pat00010
이 일정 전압이 될 경우, 도 4에 도시된 온 타임 생성부(300)의 커패시터를 충전하도록 직류전류가 흐른다. 직류전류에 의해 커패시터가 충전됨에 따라 제2비교기(310)의 제1입력단자(311)의 입력전압(+)은 시간이 지날수록 점점 증가하며, 제2비교기(310)는 제1입력단자(311)의 입력전압이 제2입력단자(312)에 입력되는 입력전압(-)보다 높아질 경우, 리셋신호를 출력한다. 제2입력단자(312)에는 스위칭 전압
Figure pat00011
을 두 번 로우 패스 필터링한 전압이 입력될 수 있다. 이는 로우 패스 필터링을 통해 스위칭 전압
Figure pat00012
을 출력전압
Figure pat00013
으로 에뮬레이션한 전압을 제2비교기에서 사용하기 위해서이다. 단, 도 4와 같이 스위칭 전압
Figure pat00014
을 두 번 로우 패스 필터링하는 것은 본 발명의 일실시예로써, 본 발명은 이에 한정하지 않고 스위칭 전압이 적어도 한 번 이상 로우 패스필터링 되어 제2입력단자(312)에 입력될 수 있으며, 이 외에도
Figure pat00015
이 직접 제2입력단자(312)에 입력될 수 있다.Specifically, when the switching unit 100 is turned on,
Figure pat00010
In the case of a constant voltage, a direct current flows to charge the capacitor of the on-time generator 300 shown in FIG. The input voltage (+) of the first input terminal 311 of the second comparator 310 gradually increases with time as the capacitor is charged by the DC current, and the second comparator 310 increases the voltage 311 is higher than the input voltage (-) input to the second input terminal 312, the reset signal is output. The second input terminal 312 is supplied with a switching voltage
Figure pat00011
A low-pass filtered voltage can be input. This allows the switching voltage
Figure pat00012
Output voltage
Figure pat00013
In order to use the emulated voltage in the second comparator. However, as shown in FIG. 4,
Figure pat00014
The low-pass filtering is performed by the low-pass filtering of the switching voltage at least once, so that the switching voltage can be input to the second input terminal 312. In addition,
Figure pat00015
Can be directly input to the second input terminal 312. [

도 4의 커패시터를 충전하는 직류전류는 온 타임 생성부(300)의 입력전압인 스위칭 전압

Figure pat00016
의 크기에 따라 증가하는 속도가 달라진다. 예를 들어 스위칭 전압
Figure pat00017
는 부하단의 영향을 받으므로 부하단이 클 경우 감소할 수 있다.
Figure pat00018
가 감소될 경우 도 4의 커패시터를 충전하는 전류 또한 작아져 커패시터가 충전되는 시간 또한 늘어날 수 있으며, 이에 따라 리셋신호가 출력되는 시간간격이 늘어날 수 있는데, 이는 스위치부(100)의 온 타임을 증가시키게 되므로, 부하단의 크기에 따라 온 타임을 조절하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 일실시예는 부하단의 크기에 따라 온 타임 생성부(300)에서 즉각적으로 스위칭부(100)의 온 타임을 보상함으로써, 부하단의 변동에 따른 주파수 변동을 감소시킬 수 있다.The DC current to charge the capacitor of FIG. 4 corresponds to the switching voltage
Figure pat00016
The rate of increase depends on the size. For example,
Figure pat00017
Is influenced by the lower end, it can be reduced when the lower end is large.
Figure pat00018
The current to charge the capacitor of FIG. 4 is also reduced, and the time for charging the capacitor can also be increased. As a result, the time interval during which the reset signal is output can be increased. This increases the ON time of the switch unit 100 It is possible to adjust the on-time according to the size of the lower end. That is, according to one embodiment of the present invention, the on-time of the switching unit 100 is immediately compensated by the on-time generating unit 300 according to the size of the lower stage, .

온 타임 생성부(300)에서 출력되는 리셋신호가 생성되는 간격은 설계시 도 4에 도시된 저항과 커패시터의 값을 변경함으로써 조절할 수 있다.The interval at which the reset signal output from the on-time generator 300 is generated can be adjusted by changing the values of the resistors and capacitors shown in FIG. 4 during design.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 상기 제1비교기(200)와 온 타임 생성부(300)에서 각각 출력되는 값에 따라 스위칭부(100)로 구동신호를 출력하는 수단으로, SR플립플롭(600)을 더 포함할 수 있다.3, in an embodiment of the present invention, the first comparator 200 and the on-time generator 300 output the driving signals to the switching unit 100 according to the values output from the first comparator 200 and the on- , And an SR flip-flop (600).

SR플립플롭(600)은 제1비교기(200)의 출력값을 세팅값으로 입력받고, 온 타임 생성부(300)의 출력값을 리셋값으로 입력받아 출력값 Q를 결정한다. SR플립플롭(600)의 입력값에 따른 출력값은 아래 표 1과 같다.The SR flip-flop 600 receives the output value of the first comparator 200 as a set value and receives the output value of the on-time generator 300 as a reset value to determine the output value Q. The output values according to the input values of the SR flip-flop 600 are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00019
Figure pat00019

상기한 표 1에서 나타나듯, SR플립플롭(600)에 제1비교기(200)에서 출력되는 세팅값이 입력되고,(1이 출력됨) 온 타임 생성부(300)에서 리셋값이 입력되지 않을 경우,(0이 출력됨) SR플립플롭(600)은 구동신호를 출력한다.(1이 출력됨) 이후, 제1비교기(200)에서 세팅값이 입력되지 않더라도 SR플립플롭(600)은 변함없이 구동신호를 출력한다. 이후, 온 타임 생성부(300)에서 SR플립플롭(600)으로 리셋값을 입력하면, SR플립플롭(600)은 구동신호를 출력하지 않음으로써, 스위칭부(100)를 오프시킨다.As shown in Table 1, the setting value output from the first comparator 200 is input to the SR flip-flop 600, and when the reset value is not input in the ON-time generator 300 The SR flip-flop 600 outputs a driving signal (1 is outputted). However, even if the first comparator 200 does not input the setting value, the SR flip-flop 600 changes And outputs the driving signal without the driving signal. Then, when the reset value is input to the SR flip-flop 600 in the on-time generating unit 300, the SR flip-flop 600 does not output the driving signal, thereby turning off the switching unit 100.

도 5는 최소 오프 타임 생성부(400)의 회로를 도시한 것이다. 최소 오프 타임 생성부(400)는 스위칭부(100)가 최소 오프 구간 이후에 오프되도록 오프신호를 출력한다. 즉, 최소 오프 타임 생성부(400)는 스위칭부(100)의 최소한의 오프되는 시간을 보장한다.FIG. 5 shows a circuit of the minimum off-time generator 400. FIG. The minimum off-time generating unit 400 outputs an OFF signal so that the switching unit 100 is turned off after the minimum OFF period. That is, the minimum off-time generator 400 guarantees the minimum off-time of the switching unit 100.

최소 오프 타임 생성부(400)는 온 타임 생성부(300)와 유사하게 제3비교기(410)를 포함하는데, 온 타임 생성부(300)와 다른 점은 부하에 따라 변동되는 값인

Figure pat00020
을 사용하는 것이 아닌, 고정된 전압을 사용한다는 점이다. 즉, 최소 오프 타임 생성부(400)에서는 고정된 간격으로 오프신호인
Figure pat00021
을 출력한다. 최소 오프 타임 생성부(400)에서 출력되는
Figure pat00022
는 제1비교기(200)의 출력값이 입력되는 AND게이트로 입력된다. AND게이트는 입력되는 값이 모두 1일 경우 1을 출력하므로,
Figure pat00023
가 출력되기 전까지 스위칭부(100)를 턴 온 시키는 온 신호가 일력되지 않는다.The minimum off-time generating unit 400 includes a third comparator 410 similar to the on-time generating unit 300, except that the on-time generating unit 300 differs from the on-
Figure pat00020
, But rather uses a fixed voltage. That is, in the minimum off-time generating unit 400,
Figure pat00021
. The minimum off-time generating unit 400 outputs
Figure pat00022
Is input to the AND gate to which the output value of the first comparator 200 is inputted. The AND gate outputs 1 when the input value is all 1,
Figure pat00023
The ON signal for turning on the switching unit 100 is not turned on until the ON signal is output.

도 6은 도 3의 일부분인 에뮬레이션부(500)를 확대한 회로이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 에뮬레이션부(500)는 단일 펄스 생성부(510), 저역 통과 필터(520), 샘플 앤 홀드부(530) 및 OTA(540)를 포함할 수 있다.FIG. 6 is an enlarged circuit of the emulation unit 500, which is a part of FIG. 6, the emulation unit 500 may include a single pulse generator 510, a low-pass filter 520, a sample and hold unit 530, and an OTA 540.

단일 펄스 생성부(510)는 스위칭부(100)에 온 신호가 입력될 때, 단일의 펄스신호를 생성한다.The single pulse generating unit 510 generates a single pulse signal when the ON signal is input to the switching unit 100. [

저역 통과 필터(520)는 스위칭 전압인

Figure pat00024
을 입력받아,
Figure pat00025
을 로우 패스 필터링한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 저역 통과 필터(520)는 온 타임 생성부(300)와 유사하게
Figure pat00026
을 직접 입력받는 것이 아닌, 직렬로 연결된 저항을 통해 분배된 전압을 입력받음으로써 저역 통과 필터(520)의 필터 계수를 감소시킬 수 있어, 동작 속도를 향상시킬 수 있다.The low-pass filter 520 has a switching voltage
Figure pat00024
Lt; / RTI >
Figure pat00025
Pass filtering. As shown in FIG. 6, the low-pass filter 520 is similar to the on-time generator 300
Figure pat00026
It is possible to reduce the filter coefficient of the low-pass filter 520 by receiving the divided voltage through the resistor connected in series, thereby improving the operation speed.

샘플 앤 홀드부(530)는 특정 출력값을 샘플링 하고 샘플링된 출력값을 유지하며(홀드), 이를 위해 도 6에 도시된 바와 같이 스위치(531) 및 커패시터(532)를 포함할 수 있다.The sample and hold unit 530 may include a switch 531 and a capacitor 532 as shown in FIG. 6 for sampling and holding (holding) a particular output value.

스위치(531)는 도 6에 도시된 상태에서 단일 펄스 생성부(510)에서 생성된 펄스가 입력되면 동작하여 스위치(531)의 양단을 연결한다. 스위치(531)가 연결되면 커패시터(532)는 잠시동안 충전되고, 스위치(531)가 도 6에 도시된 상태로 돌아가면 충전된 커패시터(532)에 의해

Figure pat00027
는 일정한 값을 유지하게 된다.The switch 531 operates when a pulse generated by the single pulse generator 510 is inputted in the state shown in FIG. 6, and connects the both ends of the switch 531. When the switch 531 is connected, the capacitor 532 is charged for a while, and when the switch 531 returns to the state shown in Fig. 6, the capacitor 532 is charged
Figure pat00027
Is maintained at a constant value.

도 6에는 도시되지 않았지만, 스위치(531)와 커패시터(532) 사이에는 저항이 직렬로 연결되어 스위치(531)를 통해 입력되는 전압을 한 번 더 로우 패스 필터링 하여, 전압을 안정화 시킬 수 있다.Although not shown in FIG. 6, a resistor is connected in series between the switch 531 and the capacitor 532, so that the voltage input through the switch 531 can be low-pass filtered once more to stabilize the voltage.

커패시터(532)는 스위치(531)를 이용해 입력되는 전압값을 저장하는 저장부의 일예로써, 커패시터 이외에도 다른 방법 또는 소자를 통해 스위치(531)를 이용해 입력되는 전압값을 샘플링 및 홀드할 수 있다.The capacitor 532 is an example of a storage unit for storing a voltage value input by using the switch 531. The capacitor 532 can sample and hold a voltage value inputted using the switch 531 through another method or element other than the capacitor.

OTA(Operational Transconductance Amplifier)(540)는 입력단자에 입력되는 전압의 차를 OTA전류로 출력한다. OTA(540)의 제1입력단자(541)에는 저역 통과 필터(520)의 출력값인

Figure pat00028
가 입력되고, 제2입력단자(542)에는 샘플 앤 홀드부(530)에서 홀드된 전압인
Figure pat00029
이 입력되며, OTA(540)는
Figure pat00030
Figure pat00031
의 전압의 차를 OTA전류로 출력하여 제1비교기(200)의 제2입력단자(220)로 입력한다. 단, 본 발명은 저역 통과 필터(520)와 샘플 앤 홀드(530)의 출력차를 제1비교기(200)의 제2입력단자(220)에 출력하는 수단의 일예로써 OTA(540)를 제시한 것일 뿐, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 방식으로 저역 통과 필터(520)와 샘플 앤 홀드(530)의 출력차를 출력하는 수단이 사용될 수 있다.An OTA (Operational Transconductance Amplifier) 540 outputs the difference in voltage input to the input terminal as an OTA current. The output terminal of the low pass filter 520 is connected to the first input terminal 541 of the OTA 540,
Figure pat00028
And the second input terminal 542 receives the voltage held in the sample and hold unit 530
Figure pat00029
And the OTA 540 receives
Figure pat00030
Wow
Figure pat00031
And outputs the difference to the second input terminal 220 of the first comparator 200. The OTA 540 is an example of a means for outputting the output difference between the low-pass filter 520 and the sample-and-hold 530 to the second input terminal 220 of the first comparator 200 A means for outputting the output difference of the low-pass filter 520 and the sample-and-hold 530 in various manners may be used.

도 7a는 저역 통과 필터(520)에 입력되는 구형파, 도 7b는 저역 통과 필터(520)의 출력전압, 도 7c는 샘플 앤 홀드(530)의 출력전압, 도 7d는 OTA(540)의 출력전류를 각각 도시한 것이다.7B shows the output voltage of the low pass filter 520, FIG. 7C shows the output voltage of the sample and hold 530, FIG. 7D shows the output voltage of the OTA 540, Respectively.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 저역 통과 필터(520)에 입력되는 구형파는 로우 패스 필터링되면서 삼각파 형태로 변환되며, 저역 통과 필터(520)의 출력값인 삼각파는 리플로 사용된다. 샘플 앤 홀드부(530)는 단일 펄스 생성부(510)에서 펄스신호가 입력될 때, 스위치(531)가 양단을 연결하여, 저역 통과 필터(520)의 출력값을 샘플링 및 홀드한다. 단일 펄스 생성부(510)에서 펄스신호를 입력하는 시간은 SR플립플롭(600)에서 구동신호를 스위칭부(100)에 입력하여 스위치(110)가 턴 온 될 때이므로,

Figure pat00032
가 값을 가질 때이며, 이는 도 7a에 도시된 저역 통과 필터(520)에 구형파가 입력될 때와 동일하다. 즉, 샘플 앤 홀드부(530)는 삼각파 형태로 나타나는 저역 통과 필터(520)의 밸리값을 샘플링 및 홀드한다.7A and 7B, the rectangular wave input to the low-pass filter 520 is converted into a triangular wave while being low-pass filtered, and the triangular wave, which is an output value of the low-pass filter 520, is used as a ripple. The sample and hold unit 530 connects both ends of the switch 531 when the pulse signal is inputted from the single pulse generating unit 510 and samples and holds the output value of the low pass filter 520. Since the time for inputting the pulse signal by the single pulse generator 510 is when the switch 110 is turned on by inputting the driving signal to the switching unit 100 in the SR flip-flop 600,
Figure pat00032
Is the same as when a square wave is input to the low-pass filter 520 shown in Fig. 7A. That is, the sample and hold unit 530 samples and holds the valley value of the low-pass filter 520 appearing in the form of a triangle wave.

OTA(540)는 저역 통과 필터(520)와 샘플 앤 홀드부(530)의 출력의 차이를 전OTA전류로 출력하므로, 도 7d에 도시된 OTA전류는 도 7b에 도시된 삼각파가 0을 기준으로 시프트된 형태가 나타난다.Since the OTA 540 outputs the difference between the output of the low-pass filter 520 and the output of the sample-and-hold unit 530 as the full OTA current, the OTA current shown in FIG. 7D is obtained by multiplying the triangular wave shown in FIG. The shifted form appears.

도 7d에 도시된 OTA전류는 별도의 저항을 통해(미도시) 제2입력단자(220)에 입력되며, 제1비교기(200)는 기준전압과 리플이 더해진(OTA의 출력값이 더해진) 피드백 전압을 비교하여 비교전압을 출력한다. 즉, 레귤레이터의 출력단에서 사용되는 커패시터의 ESR저항이 작더라도, 인위적인 리플을 피드백 전압에 더해줌으로써 레귤레이터가 안정적으로 동작하게 할 수 있다.7D is input to the second input terminal 220 through a separate resistor (not shown), and the first comparator 200 compares the reference voltage with the feedback voltage (to which the output value of the OTA is added) And outputs a comparison voltage. That is, even if the ESR resistance of the capacitor used at the output terminal of the regulator is small, the regulator can be operated stably by adding an artificial ripple to the feedback voltage.

도 6에 도시된 샘플 앤 홀드부(530)를 사용하지 않고, 별도의 추가적인 저역 통과 필터를 사용하여 1차적으로 로우 패스 필터링된 전압과 2차적으로 로우 패스 필터링된 전압을 사용하는 경우도 있을 수 있다. 그러나 이러한 경우에는 2차적으로 로우 패스 필터링된 전압이 샘플 앤 홀드부에서 샘플링 및 홀드된 전압보다 높아 평균 DC레벨이 상승하고, 이에 따라 제1비교기(200)에서 리플의 크기에 따라 비교값이 달라져 출력전압

Figure pat00033
또한 달라질 수 있으며, 이를 방지하기 위해 샘플 앤 홀드부(530)를 사용한다.It may be possible to use a primary low-pass filtered voltage and a secondary low-pass filtered voltage using a separate additional low-pass filter without using the sample and hold unit 530 shown in FIG. 6 have. However, in this case, the average DC level rises due to the secondarily low-pass filtered voltage being higher than the voltage sampled and held in the sample-and-hold unit, so that the first comparator 200 changes the comparison value according to the ripple size Output voltage
Figure pat00033
And the sample and hold unit 530 is used to prevent this.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예는 제로 크로싱 회로(700)를 더 포함할 수 있다. 제로 크로싱 회로(700)는 스위칭부(100)의 출력전압을 감지하여 출력전압이 0이하로 떨어질 때 역전류가 흐르지 않도록 스위치(110)를 제어하여, DCM(Discontinuous Conduction Mode)일 때, PSM(Pulse Skipping Mode)로 동작하도록 하여 효율을 높일 수 있다.As shown in FIG. 3, an embodiment of the present invention may further include a zero crossing circuit 700. The zero crossing circuit 700 senses the output voltage of the switching unit 100 and controls the switch 110 so that a reverse current does not flow when the output voltage falls below 0. When the DCM is in Discontinuous Conduction Mode, Pulse Skipping Mode) to increase efficiency.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. 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.

100 : 스위칭부 110 : 스위치
120 : 게이트 드라이버 121 : 논 오버랩 회로
200 : 제1비교기
210 : 제1입력단자 220 : 제2입력단자
300 : 온 타임 생성부
310 : 제2비교기
311 : 제1입력단자 312 : 제2입력단자
400 : 최소 오프 타임 생성부
410 : 제3비교기
500 : 에뮬레이션부
510 : 단일 펄스 생성부 520 : 저역 통과 필터
530 : 샘플 앤 홀드부 531 : 스위치
532 : 커패시터 540 : OTA
600 : SR플립플롭
700 : 제로 크로싱 회로
100: switching unit 110: switch
120: Gate driver 121: Non-overlap circuit
200: first comparator
210: first input terminal 220: second input terminal
300: On-time generating unit
310: second comparator
311: first input terminal 312: second input terminal
400: minimum off-time generating unit
410: third comparator
500: Emulation unit
510: Single pulse generator 520: Low-pass filter
530: sample and hold unit 531: switch
532: Capacitor 540: OTA
600: SR flip flop
700: zero crossing circuit

Claims (9)

입력되는 구동신호에 따라 온-오프를 반복하여 스위칭 전압을 출력하는 스위칭부;
제1입력단자에 기준전압이 입력되고, 제2입력단자에 상기 스위칭부의 피드백 전압이 입력되며, 출력단자가 상기 스위칭부의 입력단과 연결되어 상기 제1입력단자와 제2입력단자 각각에 입력되는 전압의 비교값을 상기 스위칭부로 출력하는 제1비교기;
상기 제2입력단자에 연결되어, 상기 스위칭 전압을 필터링한 리플 신호를 상기 피드백 전압에 더하는 에뮬레이션부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
A switching unit for outputting a switching voltage by repeating ON / OFF according to an input driving signal;
And a second input terminal connected to the input terminal of the switching unit for receiving a feedback voltage of the switching unit and having an output terminal connected to the input terminal of the switching unit, A first comparator for outputting a comparison value to the switching unit;
An emulation unit coupled to the second input terminal for adding a ripple signal filtered to the switching voltage to the feedback voltage;
And an ESR emulation circuit coupled to the switching regulator.
제1항에 있어서, 상기 에뮬레이션부는
상기 스위칭 전압을 입력받아 로우 패스 필터링하는 저역 통과 필터,
상기 저역 통과 필터의 출력 전압의 밸리값을 샘플링하는 샘플 앤 홀드부 및
상기 저역 통과 필터와 상기 샘플 앤 홀드부의 출력차를 상기 제1비교기의 제2입력단자에 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
The apparatus of claim 1, wherein the emulation unit
A low pass filter for receiving the switching voltage and performing low pass filtering,
A sample and hold section for sampling the valley value of the output voltage of the low-pass filter, and
And means for outputting an output difference between the low-pass filter and the sample-and-hold unit to a second input terminal of the first comparator.
제2항에 있어서, 상기 에뮬레이션부는
상기 스위칭부를 턴 온 시키는 온 신호가 입력될 때 단일의 펄스신호를 생성하는 단일 펄스 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
3. The apparatus of claim 2, wherein the emulation unit
Further comprising a single pulse generator for generating a single pulse signal when an ON signal for turning on the switching unit is inputted to the switching regulator.
제3항에 있어서, 상기 샘플 앤 홀드부는
상기 단일 펄스 생성부의 펄스 신호를 입력받아 동작하여 양단을 연결하는 스위치 및
상기 스위치의 일단에 연결되어 입력되는 전압을 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
4. The apparatus of claim 3, wherein the sample and hold section
A switch for receiving the pulse signal of the single pulse generator and connecting both ends thereof;
And a storage unit connected to one end of the switch and storing a voltage input thereto.
제2항에 있어서, 상기 저역 통과 필터는
상기 스위칭 전압을 전압 분배하여 입력받는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
3. The receiver of claim 2, wherein the low pass filter
And the switching voltage is divided and input to the switching regulator. The switching regulator using ESR emulation.
제1항에 있어서,
상기 스위칭 전압에 따라 상기 스위칭부의 온 타임을 조절하도록 리셋신호를 출력하는 온 타임 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
The method according to claim 1,
And an on-time generator for outputting a reset signal to adjust the on-time of the switching unit according to the switching voltage.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부가 최소 오프 구간 이후에 오프되도록 오프신호를 출력하는 최소 오프 타임 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
The method according to claim 1,
Further comprising a minimum OFF time generator for outputting an OFF signal such that the switching unit is turned off after a minimum OFF period.
제7항에 있어서,
상기 최소 오프 구간 이후에 상기 제1비교기의 출력값을 셋 입력값으로 받고, 상기 온 타임 생성부의 출력값을 리셋 입력값으로 받아 상기 스위칭부에 구동신호를 출력하는 SR플립플롭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
8. The method of claim 7,
And an SR flip-flop receiving the output value of the first comparator as a set input value after the minimum off period, receiving the output value of the on-time generating unit as a reset input value, and outputting a driving signal to the switching unit. Switching regulator using ESR emulation.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는
스위치 및
상기 스위치에 구동신호를 인가하는 게이트 드라이버를 포함하고,
상기 게이트 드라이버는 논 오버랩 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESR 에뮬레이션을 이용한 스위칭 레귤레이터.
2. The apparatus of claim 1, wherein the switching unit
Switches and
And a gate driver for applying a driving signal to the switch,
Wherein the gate driver includes a non-overlap circuit.
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Title
한국등록특허공보 제10-1798113호("의사 전류 모드 히스테리시스 제어 방법, 스위칭 DC-DC 컨버터의 의사 인덕터 전류 에뮬레이터 및 히스테리틱 스위칭 DC-DC 컨버터", 공고일 2017.11.16.)

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