KR20200065742A - Apparatus of Buck converter and method for sensing voltage of Buck converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 벅 컨버터의 전압 센싱 방법 및 벅 컨버터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저전압 시스템에서 벅 컨버터를 구성하는 방법 및 벅 컨버터의 전압 센싱 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a voltage sensing method of a buck converter and a buck converter device, and more particularly, to a method of configuring a buck converter in a low voltage system and a voltage sensing method of a buck converter.
요즘, 컴퓨터 장비, 의료 장비, 서보 모터, 조명 시스템, PFC(Power Factor Correction) 및 휴대용 컴퓨터에서 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 사용하는 것이 급속하게 확대되고 있다. 일반적으로 이들 컨버터의 입력은 조정되지 않은 DC 전압이며, DC-DC 컨버터는 이러한 입력을 원하는 전압 레벨로 만들어 준다.Nowadays, the use of direct-current (DC-DC) converters in computer equipment, medical equipment, servo motors, lighting systems, power factor correction (PFC) and portable computers is rapidly expanding. Typically, the inputs of these converters are unregulated DC voltages, and DC-DC converters bring these inputs to the desired voltage level.
DC-DC 컨버터는 절연(isolated) 컨버터 및 비절연(non-isolated) 컨버터로 구분된다. 절연 컨버터는 입력 단자와 출력 단자가 변압기의 1차 측과 2차 측을 통해 절연되는 유형이다. 비절연 컨버터는 변압기 없이 동일한 입력/출력 접지 전압 레벨을 사용한다.DC-DC converters are divided into isolated converters and non-isolated converters. Insulated converters are of the type in which the input and output terminals are isolated through the primary and secondary sides of the transformer. Non-isolated converters use the same input/output ground voltage level without a transformer.
벅 컨버터란 입력전압이 출력전압보다 큰 DC-DC 컨버터이며, 일반적으로 FET를 스위치(SW)로 사용한다. MOSFET이나 IGBT에서 게이트를 조정하여 스위치로 사용되는 FET를 제어한다. 게이트 드라이버는 컨트롤러 IC로부터 저전력 입력을 받아서 IGBT 나 파워 MOSFET과 같은 고전력 트랜지스터의 게이트에 고전류 드라이브 입력을 생성하는 전력 증폭기이다.The buck converter is a DC-DC converter whose input voltage is greater than the output voltage, and generally uses a FET as a switch (SW). The gate is adjusted in the MOSFET or IGBT to control the FET used as the switch. The gate driver is a power amplifier that receives a low power input from the controller IC and generates a high current drive input to the gate of a high power transistor such as an IGBT or power MOSFET.
특히 재생 에너지 산업, 마이크로 그리드, 자동차 산업에서 사용되는 저전압 벅 컨버터는 게이트 드라이버에 절연 전압을 필요로 하므로, 비절연 컨버터를 구성하는 것에 많은 공간과 비용이 소요된다. In particular, low-voltage buck converters used in the renewable energy industry, micro-grid, and automotive industry require an isolation voltage for the gate driver, so it takes a lot of space and cost to construct a non-isolated converter.
종래의 벅 컨버터에 적용된 전압 검출 방법은 스위치 온/오프 동작에 따라 전압 검출 값이 변하기 때문에 새로운 전압 검출 방법이 필요하다.The voltage detection method applied to the conventional buck converter requires a new voltage detection method because the voltage detection value changes according to the switch on/off operation.
본 발명에 따른 벅 컨버터는 기존의 게이트 드라이버를 위한 절연 게이트 증폭기 전압을 필요로 하지 않도록 하기 위하여 벅 컨버터의 스위치의 위치를 +측에서 -측으로 변경한다. The buck converter according to the present invention changes the position of the switch of the buck converter from + side to-side so as not to require the voltage of the isolated gate amplifier for the existing gate driver.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른, 입력 전압보다 작은 출력 전압을 제공하는 벅 컨버터는, 입력 전압이 인가되는 스위치 및 다이오드, 출력 전압이 각각 인가되는 커패시터 및 저항; 및 한쪽은 상기 다이오드의 캐소드와 연결되고 다른 한쪽은 상기 커패시터 및 상기 저항과 연결된 인덕터를 포함하고, 상기 스위치는 상기 다이오드의 애노드와 연결된다. 상기 벅 컨버터는 상기 스위치가 온(on)일 때만 출력 전압을 감지할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a buck converter providing an output voltage smaller than an input voltage includes: a switch and a diode to which the input voltage is applied, a capacitor and a resistor to which the output voltage is applied, respectively; And an inductor connected to the cathode of the diode and the capacitor and the resistor to the other, and the switch connected to the anode of the diode. The buck converter can sense the output voltage only when the switch is on.
또한, 본 명세서에서는 벅 컨버터의 출력 전압을 검출하는 방법을 제안한다. In addition, this specification proposes a method for detecting the output voltage of a buck converter.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 벅 컨버터가 전압을 감지하는 방법은, 업다운 카운터를 사용하여 PWM을 생성하는 단계; 및 PWN의 온 신호의 중간 부분에서 출력 전압을 감지하는 단계를 포함하고, 상기 벅 컨버터는, 입력 전압이 인가되는 스위치 및 다이오드, 출력 전압이 각각 인가되는 커패시터 및 저항, 및 한쪽은 상기 다이오드의 캐소드와 연결되고 다른 한쪽은 상기 커패시터 및 상기 저항과 연결된 인덕터를 포함하고, 상기 스위치는 상기 다이오드의 애노드와 연결될 수 있다. 상기 벅 컨버터는 상기 스위치가 온(on)일 때만 출력 전압을 감지할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a method for a buck converter to sense a voltage includes: generating a PWM using an up-down counter; And sensing an output voltage in the middle of the on-signal of the PWN, wherein the buck converter comprises: a switch and a diode to which the input voltage is applied, a capacitor and a resistor to which the output voltage is applied, and one cathode of the diode; And an inductor connected to the capacitor and the resistor, and the switch may be connected to the anode of the diode. The buck converter can sense the output voltage only when the switch is on.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 벅 컨버터는 게이트 드라이버에 별도의 절연 전압을 필요로 하지 않으므로, 기존 벅 컨버터에 비해 공간과 비용을 절약할 수 있다.The buck converter according to the embodiments of the inventive concept does not require a separate insulating voltage to the gate driver, so space and cost can be saved compared to the conventional buck converter.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 벅 컨버터를 나타낸다.
도 2는 종래의 전압 센싱 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 벅 컨버터를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 전압 센싱 방법을 나타낸다.
도 5는 센싱 전압 파형의 비교를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 감지된 출력 전압 파형을 나타낸다.
도 7은 종래의 벅 컨버터에 따른 출력 전압 센싱 방법을 나타낸다.
도 8은 종래의 벅 컨버터에서 감지된 출력 전압의 파형을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 벅 컨버터에서 출력 전압의 파형을 나타낸다.
도 10은 종래의 방법에서 감지된 출력 전압 파형 및 스위치 PWM 전압 파형을 나타낸다.
도 11은 벅 컨버터가 감지한 출력 전압 그래프를 비교한 것이다.A brief description of each drawing is provided to better understand the drawings cited herein.
1 shows a conventional buck converter.
2 shows a conventional voltage sensing method.
3 shows a buck converter according to the present invention.
4 shows a voltage sensing method according to the present invention.
5 shows a comparison of the sensing voltage waveform.
6 shows an output voltage waveform sensed according to an embodiment of the present invention.
7 shows an output voltage sensing method according to a conventional buck converter.
8 shows a waveform of an output voltage sensed in a conventional buck converter.
9 shows a waveform of an output voltage in a buck converter according to an embodiment of the present invention.
10 shows the output voltage waveform and the switch PWM voltage waveform sensed in the conventional method.
11 is a comparison of the output voltage graph sensed by the buck converter.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The technical spirit of the present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the technical spirit of the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the scope of the technical spirit of the present invention.
본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 기술적 사상의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1 또는 제2)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다. 본 명세서에서 단수로 기재된 것은 복수를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.In describing the technical spirit of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the technical spirit of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the numbers (for example, the first or second) used in the description process of the present specification are only identification symbols for distinguishing one component from other components. What is described in the singular in this specification may be interpreted as including the plural.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in this specification, when one component is referred to as "connected" or "connected" with another component, the one component may be directly connected to the other component, or may be directly connected, but in particular It should be understood that, as long as there is no objection to the contrary, it may or may be connected via another component in the middle.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 프로세서(Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processor), 어플리케이션 프로세서(Application Processor), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), APU(Accelerate Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "~ unit", "~ group", "~ ruler", and "~ module" described in the present specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is a processor or microprocessor. Processor (Micro Processor), Application Processor (Application Processor), Micro Controller (Micro Controller), CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), APU (Accelerate Processor Unit), DSP (Digital Signal Processor), ASIC ( It may be implemented by hardware or software such as Application Specific Integrated Circuit (FPGA), Field Programmable Gate Array (FPGA), or a combination of hardware and software.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.In addition, it is intended to clarify that the division of the constituent parts in this specification is only classified according to main functions of each constituent part. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be divided into two or more for each subdivided function. In addition, each of the components described below may additionally perform some or all of the functions of other components in addition to the main functions in charge of the components, and some of the main functions of each component are different. Needless to say, it may also be carried out in a dedicated manner.
이하, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the technical spirit of the present invention will be described in detail.
도 1은 종래의 벅 컨버터를 나타낸다.1 shows a conventional buck converter.
도 1에서는 종래의 벅 컨버터의 구조 및 전류 흐름 등이 도시되어 있다. 이 벅 컨버터는 비절연 컨버터로서 동일한 입력/출력 접지 전압 레벨을 사용한다. 이 벅 컨버터에는 스위치를 구동하기 위하여 별도의 절연 전압이 걸리는 게이트 드라이버가 요구된다. 일반적으로, 별도의 절연 전압을 가지는 게이트 드라이버의 회로 구성에서는, 하나 또는 둘의 스위치를 구동하기 위하여 필요하며 스위치들의 개수에 대응하는 절연 전압 공급 요소가 요구된다. 이 요소의 비용은 스위치 개수에 따라 오른다.In FIG. 1, the structure and current flow of a conventional buck converter are shown. This buck converter is a non-isolated converter that uses the same input/output ground voltage level. This buck converter requires a gate driver that takes a separate isolated voltage to drive the switch. In general, in a circuit configuration of a gate driver having separate insulation voltages, an insulation voltage supply element required for driving one or two switches and corresponding to the number of switches is required. The cost of this element increases with the number of switches.
도 2는 종래의 전압 센싱 방법을 나타낸다.2 shows a conventional voltage sensing method.
종래의 전압 센싱 구조는 출력 전압을 감지하고 기준 전압에 따라 출력 전압을 제어한다. 출력 전압의 센싱은 스위치가 동작하는지 여부에 관계없이 감지될 수 있다. 종래의 벅 컨버터는 스위치에 절연 전압을 공급하기 위한 별개의 장치를 요구하며, 이를 위한 회로 구성에 상당한 비용을 요할 수 있다.The conventional voltage sensing structure senses the output voltage and controls the output voltage according to the reference voltage. Sensing of the output voltage can be sensed regardless of whether the switch is operating. Conventional buck converters require a separate device for supplying the isolation voltage to the switch, which can require significant cost for the circuit configuration.
도 3은 본 발명에 따른 벅 컨버터를 나타낸다.3 shows a buck converter according to the present invention.
본 발명에 따른 벅 컨버터는 게이트 드라이버를 위한 절연 전압을 요하지 않는다. 도 3에서 스위치 온일 때와 스위치 오프일 때 각각의 전류 흐름을 나타낸다. 도 3의 벅 컨버터에서, 스위치 오프일 때는 출력 단자에 출력 전압뿐만 아니라 스위치의 전압이 더해지므로, 정확한 센싱을 할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 종래와 달리, 스위치 온일 때만 출력 전압을 센싱하는 것을 제안한다.The buck converter according to the present invention does not require an isolation voltage for the gate driver. In Fig. 3, the current flow is shown when the switch is on and when the switch is off. In the buck converter of FIG. 3, when the switch is off, not only the output voltage but also the voltage of the switch is added to the output terminal, so accurate sensing cannot be performed. Therefore, in the present invention, unlike the conventional method, it is proposed to sense the output voltage only when the switch is on.
도 4는 본 발명에 따른 전압 센싱 방법을 나타낸다.4 shows a voltage sensing method according to the present invention.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 벅 컨버터의 출력 전압은 스위치가 온 일 때만 감지된다. 감지된 전압 값이 주어지면, 기준 전압 값에 의해 출력 전압을 제어할 수 있다. 스위치가 온일 때는 벅 컨버터의 출력 전압이 통상 전압으로서 감지되지만, 스위치가 오프일 때는 출력 전압 및 스위치의 전압의 합이 감지된다. 4, the output voltage of the buck converter according to the present invention is sensed only when the switch is on. Given the sensed voltage value, the output voltage can be controlled by the reference voltage value. When the switch is on, the output voltage of the buck converter is sensed as a normal voltage, but when the switch is off, the sum of the output voltage and the voltage of the switch is sensed.
도 4에서 스위치가 온일 때 출력 전압의 변화에 따라 AD 값의 읽기 부분이 변하며, 읽히는 전압 값도 그에 따라 변한다. 실제 전압 값이 Vo라도, 출력 전압의 변동에 따라 전혀 다른 값이 읽힐 수 있다. 따라서, AD를 센싱하는 부분은 명확하게 설정되어야 한다.In FIG. 4, when the switch is on, the read portion of the AD value changes according to the change of the output voltage, and the read voltage value also changes accordingly. Even if the actual voltage value is Vo, a completely different value can be read depending on the variation of the output voltage. Therefore, the part for sensing AD should be clearly set.
도 5는 센싱 전압 파형의 비교를 나타낸다.5 shows a comparison of the sensing voltage waveform.
PWM을 생성하기 위하여 종래의 벅 컨버터의 PWM는 업 카운터를 사용한다. 업 카운터가 사용되면, 각각의 ADC의 SOC 신호가 0이 될 때 감지가 수행된다. 따라서, 도 5(a)에 도시한 것처럼, 전압이 시작점에서 감지되면, 평균 전압이 감지될 수 있고, 평균 전압 값으로부터의 차이가 생긴다.In order to generate the PWM, the PWM of the conventional buck converter uses an up counter. When the up counter is used, detection is performed when the SOC signal of each ADC is zero. Therefore, as shown in Fig. 5(a), when the voltage is sensed at the starting point, the average voltage can be sensed, and a difference from the average voltage value occurs.
도 5(b)에 도시한 것처럼, 업-다운 카운터를 사용하면 0이 되는 지점에서 SOC가 발생하므로 초기 리플 요소를 감지할 위험을 방지할 수 있다. 즉, PWM 온 신호의 중간 부분에서 전압이 감지되어 더욱 정확한 값을 감지할 수 있다.As shown in Fig. 5(b), when the up-down counter is used, the SOC occurs at the point where it becomes 0, thereby preventing the risk of detecting the initial ripple element. That is, the voltage is sensed in the middle portion of the PWM on signal to detect a more accurate value.
에러율을 0.5% 미만으로 설정하고 업-다운 카운터를 사용하여 평균 값이 출력 전압 값에 가깝도록 감지할 수 있다. 이에 따라 종래 방법보다 정확하게 전압을 감지할 수 있게 된다.You can set the error rate to less than 0.5% and use the up-down counter to detect the average value close to the output voltage value. Accordingly, it is possible to sense the voltage more accurately than the conventional method.
커패시터 리플 레이트가 0.5%가 되도록 설정하기 위하여, 식 (1),(2), 및 (3)을 충족하도록 커패시터들이 구성될 수 있다.To set the capacitor ripple rate to be 0.5%, the capacitors can be configured to satisfy equations (1), (2), and (3).
커패시터 리플 레이트를 0.5% 로 제한하기 위하여 Δvo / 15 = 0.005 로 두면 Δvo = 0.08이 된다. 입력 전압 30 [V], 듀티 비율(D) 0.5, 및 스위칭 주파수 10 [KHz]를 위 식들에 대입하면 식 (4)가 구해진다.To limit the capacitor ripple rate to 0.5%, Δv o / 15 = 0.005 gives Δv o = 0.08. Equation (4) is obtained by substituting the input voltage 30 [V], the duty ratio (D) 0.5, and the switching frequency 10 [KHz] into the above equations.
인덕터 전류 변화 값 ΔiL 을 2 [A] 로 설정하는 경우, 이 변화에 따른 L 값을 식 (5) 및 식 (6)에 의해 구할 수 있다.When the inductor current change value Δi L is set to 2 [A], the L value according to this change can be obtained by equations (5) and (6).
입력 전압 30 [V], 출력 전압 15 [V], ΔiL = 2 [A], 듀티 비율 0.5, 및 스위칭 주파수 10 [KHz]를 식 (6)에 각각 대입하면, 식 (7)과 같이 표현된다.When input voltage 30 [V], output voltage 15 [V], Δi L = 2 [A], duty ratio 0.5, and switching frequency 10 [KHz] are substituted into equation (6), it is expressed as equation (7). do.
식 (7)을 계산하면 L = 375 [μF] 가 되며, 이를 식 (4)에 대입하면 C = 313 [μF]가 된다.Calculating equation (7) gives L = 375 [μF], and substituting it into equation (4) gives C = 313 [μF].
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 감지된 출력 전압 파형을 나타낸다.6 shows an output voltage waveform sensed according to an embodiment of the present invention.
도 6은 상기 식들에 따라 계산된 값들을 대입하여 시뮬레이션한 결과를 나타내며, 스위치 온 상태인 전압 감지 기간 내에 실제 출력 전압과 0.04 [V]의 차이가 있음을 보여주며, 이는 센싱 에러율이 0.5% 미만으로 제어되고 있음을 나타낸다.6 shows the simulation result by substituting the calculated values according to the above equations, and shows that there is a difference between the actual output voltage and 0.04 [V] within the voltage detection period in the switched-on state, which means that the sensing error rate is less than 0.5%. Indicates that it is controlled.
이하에서는 본 발명의 일 실시예인 로우 사이드(low side) 벅 컨버터의 전압 감지 방법에 대한 시뮬레이션을 보여준다.Hereinafter, a simulation of a voltage sensing method of a low side buck converter, which is an embodiment of the present invention, is shown.
PI 제어기의 기준 전압을 사용하는 종래의 전압 감지 방법은 출력 전압이 하나의 전압 센서를 사용하여 감지되고 PI 제어기에 입력된다. PI 제어기는 PWM를 스위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 면에 양 전압 및 음 전압을 사용하고, 스위치가 온 일 때만 전압 센서를 통해 전압이 감지되며 전압이 비교된다.In the conventional voltage sensing method using the reference voltage of the PI controller, the output voltage is sensed using one voltage sensor and input to the PI controller. The PI controller can switch PWM. According to an embodiment of the present invention, a positive voltage and a negative voltage are used on the outer surface, and the voltage is sensed through the voltage sensor and the voltage is compared only when the switch is on.
도 7은 종래의 벅 컨버터에 따른 출력 전압 센싱 방법을 나타낸다.7 shows an output voltage sensing method according to a conventional buck converter.
스위치의 위치는 DC 입력 전압의 음에 있다. 출력 전압은 출력의 양의 단자들에서 전압 센서를 사용하여 감지하고 스위치가 온일 때만 전압을 감지하여야 한다. 스위치가 오프일 때는 출력 전압의 전압뿐만 아니라 스위치의 전압도 최종 출력 전압으로 감지되기 때문이다.The switch's position is at the negative of the DC input voltage. The output voltage should be sensed using a voltage sensor at the positive terminals of the output, and only when the switch is on. This is because when the switch is off, the voltage of the switch as well as the voltage of the output voltage is sensed as the final output voltage.
도 8은 종래의 벅 컨버터에서 감지된 출력 전압의 파형을 나타낸다.8 shows a waveform of an output voltage sensed in a conventional buck converter.
종래의 벅 컨버터는 도 1의 벅 컨버터를 예로 들 수 있다. 원 전압이 15V로 설정한 경우 출력 전압은 기준 전압에 따라 제어될 수 있으며, 전압이 적절히 감지됨을 알 수 있다.The conventional buck converter is exemplified by the buck converter of FIG. 1. When the original voltage is set to 15V, the output voltage can be controlled according to the reference voltage, and it can be seen that the voltage is properly sensed.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 벅 컨버터에서 출력 전압의 파형을 나타낸다.9 shows a waveform of an output voltage in a buck converter according to an embodiment of the present invention.
이 벅 컨버터는 도 3의 벅 컨버터를 예로 들 수 있다. 여기서 기준 전압이 15V로 설정되었으며, 스위치가 오프일 때 출력 전압으로 감지되는 값은 저항에 걸리는 전압의 값과 스위치에 걸리는 전압의 값의 합임을 알 수 있다. 따라서 최종 출력 전압은 스위치의 상태(온/오프)에 따라 요동치며 기준 전압으로 확정시킬 수가 없다.The buck converter is exemplified by the buck converter of FIG. 3. Here, it can be seen that the reference voltage is set to 15V, and the value sensed as the output voltage when the switch is off is the sum of the voltage applied to the resistor and the voltage applied to the switch. Therefore, the final output voltage fluctuates depending on the state of the switch (on/off) and cannot be determined as a reference voltage.
도 10은 종래의 방법에서 감지된 출력 전압 파형 및 스위치 PWM 전압 파형을 나타낸다. 출력 파형을 확대해보면, 스위치 온 일 때는 출력 전압이 기준 전압에 의해 제어됨을 알 수 있다. 즉, 출력 전압 감지는 스위치 동작에 따라 달라지며, 스위치가 온일 때 감지하면 종래의 벅 컨버터와 같은 결과가 나타난다.10 shows the output voltage waveform and the switch PWM voltage waveform sensed in the conventional method. If you enlarge the output waveform, you can see that the output voltage is controlled by the reference voltage when it is switched on. That is, the output voltage detection depends on the operation of the switch, and when the switch is on, the result is the same as that of a conventional buck converter.
도 11은 벅 컨버터가 감지한 출력 전압 그래프를 비교한 것이다.11 is a comparison of the output voltage graph sensed by the buck converter.
왼쪽은 종래의 벅 컨버터가 감지한 출력 전압 그래프이고 오른쪽은 본 발명의 일 실시예에 따른 벅 컨버터가 감지한 출력 전압의 그래프이다. PSIM 시뮬레이션을 통해, 기존 컨버터에서 감지한 출력 전압과 본 발명에 따른 벅 컨버터에서 감지한 출력 전압을, 동일한 파라미터를 사용한 경우에 비교한, 두 그래프에서 출력 전압은 같음을 알 수 있다.The left side is a graph of the output voltage sensed by the conventional buck converter and the right side is a graph of the output voltage sensed by the buck converter according to an embodiment of the present invention. Through the PSIM simulation, it can be seen that the output voltage is the same in both graphs, comparing the output voltage detected by the existing converter and the output voltage detected by the buck converter according to the present invention when the same parameter is used.
이하에서는 종래의 벅 컨버터와 본 발명의 일 실시예에 따른 벅 컨버터의 비용을 비교한다.Hereinafter, the cost of a conventional buck converter and a buck converter according to an embodiment of the present invention is compared.
종래의 벅 컨버터는 스위치, 다이오드, 인덕터, 커패시터, 전압 센서, 및 절연 전압 공급기를 필수 구성요소로 한다. 스위칭 장치로 STP35NF10[STMicroelectronics]를 선택하고 다이오드로 MBR40H100WTG[ON SEMICONDUCTOR]를 선택하고, 전압 센서는 ACPL-C87A[Broadcom Limited]로 선택하고, 전압 공급기는 DCH010505D[Texas Instruments]를 사용한 경우의 비용에 대하여 표 1에서 도시하였다.Conventional buck converters require switches, diodes, inductors, capacitors, voltage sensors, and isolated voltage supplies. For the cost of using STP35NF10 [STMicroelectronics] as the switching device, MBR40H100WTG [ON SEMICONDUCTOR] as the diode, ACPL-C87A [Broadcom Limited] as the voltage sensor, and the voltage supply using the DCH010505D [Texas Instruments] It is shown in Table 1.
표 1은 벅 컨버터를 구성하는 기본 구성요소의 비용을 비교한 것이다. 벅 컨버터는 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있으나 이들은 종래의 벅 컨버터 및 본 발명의 따른 벅 컨버터에 공통으로 포함되는 요소들이다. Table 1 compares the cost of the basic components that make up the buck converter. The buck converter may further include other components, but these are elements commonly included in the conventional buck converter and the buck converter according to the present invention.
표 1 에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 벅 컨버터는 종래의 벅 컨버터와 달리 절연 전압 공급기를 요하지 않으며, 이에 따라 약 45%의 비용 절약이 발생하였음을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the buck converter according to the present invention does not require an isolated voltage supply unlike the conventional buck converter, and thus it can be seen that a cost saving of about 45% has occurred.
본 명세서에서 게이트 드라이버에 대한 절연 전압을 요하지 않는 벅 컨버터의 구성 방법을 제안하였다. PSIM 시뮬레이션을 통해 동일 파라미터 하에서 종래의 벅 커버터와의 출력 전압 차이가 있는지 검토하였다. 본 발명에 따른 벅 컨버터는 종래의 벅 컨버터에 비하여 비용의 절감을 가져올 수 있다.In this specification, a method of constructing a buck converter that does not require an isolation voltage for a gate driver is proposed. PSIM simulation was conducted to examine whether there is a difference in output voltage from a conventional buck cover under the same parameter. The buck converter according to the present invention can bring about a reduction in cost compared to a conventional buck converter.
Claims (4)
입력 전압이 인가되는, 스위치 및 다이오드;
출력 전압이 각각 인가되는, 커패시터 및 저항; 및
한쪽은 상기 다이오드의 캐소드와 연결되고, 다른 한쪽은 상기 커패시터 및 상기 저항과 연결된 인덕터를 포함하고,
상기 스위치는 상기 다이오드의 애노드와 연결된,
벅 컨버터.In the buck converter providing an output voltage smaller than the input voltage,
A switch and a diode to which an input voltage is applied;
A capacitor and a resistor, to which an output voltage is respectively applied; And
One side is connected to the cathode of the diode, the other side includes an inductor connected to the capacitor and the resistor,
The switch is connected to the anode of the diode,
Buck converter.
상기 벅 컨버터는 상기 스위치가 온(on)일 때만 출력 전압을 감지하는,
벅 컨버터.According to claim 1,
The buck converter senses the output voltage only when the switch is on,
Buck converter.
업다운 카운터를 사용하여 PWM을 생성하는 단계; 및
PWN의 온 신호의 중간 부분에서 출력 전압을 감지하는 단계를 포함하고,
상기 벅 컨버터는, 입력 전압이 인가되는 스위치 및 다이오드, 출력 전압이 각각 인가되는 커패시터 및 저항, 및 한쪽은 상기 다이오드의 캐소드와 연결되고 다른 한쪽은 상기 커패시터 및 상기 저항과 연결된 인덕터를 포함하고,
상기 스위치는 상기 다이오드의 애노드와 연결된,
벅 컨버터가 전압을 감지하는 방법.In the way the buck converter senses the voltage,
Generating a PWM using an up-down counter; And
Detecting the output voltage in the middle of the on-signal of the PWN,
The buck converter includes a switch and a diode to which an input voltage is applied, a capacitor and a resistor to which an output voltage is applied, and an inductor connected to the cathode of the diode and the capacitor and the resistor to the other.
The switch is connected to the anode of the diode,
How the buck converter senses voltage.
상기 벅 컨버터는 상기 스위치가 온(on)일 때만 출력 전압을 감지하는,
벅 컨버터가 전압을 감지하는 방법.According to claim 3,
The buck converter senses the output voltage only when the switch is on,
How the buck converter senses voltage.
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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