KR20200097529A - Apparatus for controlling operation of buck-boost converter based on stacked switch - Google Patents

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KR20200097529A KR1020190015019A KR20190015019A KR20200097529A KR 20200097529 A KR20200097529 A KR 20200097529A KR 1020190015019 A KR1020190015019 A KR 1020190015019A KR 20190015019 A KR20190015019 A KR 20190015019A KR 20200097529 A KR20200097529 A KR 20200097529A
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김재준
김명우
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울산과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a stack switch-based apparatus for controlling a buck-boost converter, capable of controlling the converter with optimum efficiency. According to the present invention, the stack switch-based apparatus for controlling the buck-boost converter includes: a mode determination unit; a mode selection unit; a logic control unit; a logic driving unit for generating a drive control signal for turning on or off each of the stack switching transistors constituting a non-inverting buck-boost converter; the non-inverting buck-boost converter for executing one of a pulse width modulation (PWM) operation mode, a pulse frequency modulation (PFM) operation mode, and a retention operation mode according to the drive control signal; a current sensor; and a converter control unit.

Description

스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING OPERATION OF BUCK-BOOST CONVERTER BASED ON STACKED SWITCH}Stack switch-based buck-boost converter control device {APPARATUS FOR CONTROLLING OPERATION OF BUCK-BOOST CONVERTER BASED ON STACKED SWITCH}

본 발명은 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택 스위치(Stacked Switch) 기반의 벅-부스트 컨버터를 최적 효율로 제어할 수 있는 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a buck-boost converter control device, and more particularly, a stacked switch-based buck-boost converter capable of controlling a stacked switch-based buck-boost converter with optimum efficiency. It relates to a control device.

일반적으로, 전력 반도체 등을 이용하여 전력을 변환하는 스위칭 모드 컨버터로서는, 예컨대 벅(Buck) 타입 컨버터, 부스트(Boost) 타입 컨버터 등이 알려져 있다.In general, as a switching mode converter that converts power using a power semiconductor or the like, for example, a buck type converter, a boost type converter, and the like are known.

여기에서, 벅 타입 컨버터는 입력 전압보다 출력 전압을 낮춰서 출력하는 방식이어서 스텝 다운 컨버터로 정의되기도 하는데, 벅 타입 컨버터에서 입력 전압 대비 출력 전압의 비율은 전력 반도체의 듀티 싸이클(D)에 비례한다. 그리고, 부스트 타입 컨버터는 입력 전압보다 출력 전압을 높여서 출력하는 방식이어서 스텝 업 컨버터로 정의되기도 하는데, 부스트 타입 컨버터에서 입력 전압 대비 출력 전압의 비율은 일반적으로 (1-D)에 반비례한다.Here, the buck-type converter is a method of outputting the output voltage lower than the input voltage, so it is also defined as a step-down converter. In the buck-type converter, the ratio of the input voltage to the output voltage is proportional to the duty cycle (D) of the power semiconductor. In addition, the boost type converter is a method that outputs the output voltage higher than the input voltage, so it is also defined as a step-up converter. In the boost type converter, the ratio of the input voltage to the output voltage is generally inversely proportional to (1-D).

한편, 컨버터는 하나의 타입으로 고정되어 있을 수 있으나, 필요에 따라 복수의 타입(벅 타입, 부스트 타입)으로 변화하면서 작동할 수도 있어야 한다.On the other hand, the converter may be fixed to one type, but it must be able to operate while changing into a plurality of types (buck type, boost type) as needed.

예컨대, 특정 구간에서는 벅 모드로 작동하다가 다른 특정 구간에서는 부스트 모드로 작동하는 것이 필요하다. 따라서, 이러한 기능을 위해서는 벅-부스트 컨버터가 필요한 실정이다.For example, it is necessary to operate in a buck mode in a specific section and a boost mode in other specific sections. Therefore, a buck-boost converter is required for this function.

대한민국 등록특허 제1816928호(공고일: 2018. 02. 21.)Korean Patent Registration No. 1816928 (announcement date: 2018. 02. 21.)

본 발명은 스택 스위치(Stacked Switch) 기반의 벅-부스트 컨버터의 출력 전류 측정값에 의거하여 트리플 모드(고부하 전류 모드, 저부하 전류 모드, 초저부하 전류 모드)를 기반으로 최적 효율로 컨버터를 제어할 수 있는 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치를 제공하고자 한다.The present invention controls the converter with optimal efficiency based on the triple mode (high load current mode, low load current mode, ultra low load current mode) based on the measured output current of a stacked switch-based buck-boost converter. It is intended to provide a buck-boost converter control device based on a stackable switch.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the ones mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following descriptions. will be.

본 발명은, 일 관점에 따라, 비반전 벅-부스트 컨버터로부터 출력되는 출력 전압(Vout)에 의거하여 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 판단하는 모드 판단부와, 상기 모드 판단부로부터 제공되는 모드 판단신호와 전류 센서로부터 제공되는 센싱된 전압 신호(Vsense)에 의거하여, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터가 기 설정된 다수의 제어 로직 중 어느 한 로직으로 동작하도록 로직을 결정하는 모드 선택부와, 상기 모드 선택부로부터 제공되는 로직 제어신호, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 출력 전압신호(Vout), 컨버터 제어부로부터 제공되는 리텐션(VRETENTION) 전압 신호(VRETENTION) 또는 출력 전압신호에 의거하여 로직 제어신호를 생성하는 로직 제어부와, 상기 로직 제어부로부터 제공되는 로직 제어신호에 의거하여 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 구성하는 스택 스위칭 트랜지스터들의 각각을 온 또는 오프시키기 위한 구동 제어신호를 발생하는 로직 구동부와, 상기 구동 제어신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 동작 모드, PFM(Pulse Frequency Modulation) 동작 모드, 리텐션(Retention) 동작 모드 중 어느 한 모드를 실행하는 상기 비반전 벅-부스트 컨버터와, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 출력 노드로 전달되는 전류를 센싱하여 획득되는 상기 센싱된 전압 신호(VSENSE)를 상기 모드 선택부에 제공하는 상기 전류 센서와, PWM 제어를 위한 출력 전압신호, PFM 제어를 위한 출력 전압신호, 리텐션 제어를 위한 리텐션 전압신호 중 어느 하나를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 상기 컨버터 제어부를 포함하는 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치를 제공할 수 있다.According to one aspect, the present invention provides a mode determination unit determining an operation mode of the non-inverting buck-boost converter based on an output voltage Vout output from the non-inverting buck-boost converter, and the mode determination unit A mode selection unit that determines a logic so that the non-inverting buck-boost converter operates as one of a plurality of preset control logics based on a mode determination signal and a sensed voltage signal Vsense provided from a current sensor. , Based on a logic control signal provided from the mode selection unit, an output voltage signal Vout of the non-inverting buck-boost converter, a retention voltage signal V RETENTION or an output voltage signal provided from the converter control unit. A logic control unit that generates a logic control signal, and a logic that generates a driving control signal for turning on or off each of the stack switching transistors constituting the non-inverting buck-boost converter based on a logic control signal provided from the logic control unit. A driving unit and the non-inverting buck-boost converter executing any one of a PWM (Pulse Width Modulation) operation mode, a PFM (Pulse Frequency Modulation) operation mode, and a retention operation mode according to the driving control signal, The current sensor providing the sensed voltage signal V SENSE obtained by sensing the current delivered to the output node of the non-inverting buck-boost converter to the mode selection unit, an output voltage signal for PWM control, PFM It is possible to provide a stack switch-based buck-boost converter control device including the converter control unit that generates any one of an output voltage signal for control and a retention voltage signal for retention control and provides it to the logic control unit.

본 발명의 상기 기 설정된 다수의 제어 로직은, PWM 제어 로직, PFM 제어 로직, 리텐션 제어 로직을 포함할 수 있다.The plurality of preset control logics of the present invention may include PWM control logic, PFM control logic, and retention control logic.

본 발명의 상기 로직 제어부는, 구동 로직의 부하의 전류에 따라 다른 제어 방식을 갖도록 하는 상기 로직 제어신호를 생성할 수 있다.The logic control unit of the present invention may generate the logic control signal to have a different control method according to the current of the load of the driving logic.

본 발명의 상기 로직 제어부는, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 부하전류가 소정의 제 1 부하전류 이상일 때 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 PWM 제어 동작으로 실행시키는 로직 제어신호를 생성하고, 상기 부하전류가 소정의 제 2 부하전류 이하일 때 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 PFM 제어 동작으로 실행시키는 로직 제어신호를 생성하며, 상기 부하전류가 상기 소정의 제 2 부하전류보다 작은 소정의 제 3 부하전류 이하일 때 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 리텐션 제어 동작으로 실행시키는 로직 제어신호를 생성할 수 있다.The logic control unit of the present invention generates a logic control signal for executing the non-inverting buck-boost converter as a PWM control operation when the load current of the non-inverting buck-boost converter is greater than or equal to a predetermined first load current, and the load Generates a logic control signal for executing the non-inverting buck-boost converter as a PFM control operation when a current is less than a predetermined second load current, and a predetermined third load current having the load current smaller than the predetermined second load current In the following cases, a logic control signal for executing the non-inverting buck-boost converter as a retention control operation may be generated.

본 발명의 상기 비반전 벅-부스트 컨버터는, 다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 하이 사이드 벅 트랜지스터부와, 다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 로우 사이드 벅 트랜지스터부와, 다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 하이 사이드 부스트 트랜지스터부와, 다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 로우 사이드 부스트 트랜지스터부를 포함할 수 있다.In the non-inverting buck-boost converter of the present invention, a high-side buck transistor unit configured by stacking a plurality of switching transistors, a low side buck transistor unit configured by stacking a plurality of switching transistors, and a plurality of switching transistors are stacked. It may include a high-side boost transistor unit configured to be configured and a low side boost transistor unit configured by stacking a plurality of switching transistors.

본 발명의 상기 하이 사이드 벅 트랜지스터부는, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 입력 전압 노드(Vin)와 상기 하이 사이드 벅 트랜지스터와 상기 로우 사이드 벅 트랜지스터부가 연결되는 노드(Lx1)의 사이에 연결되어 소스/드레인 경로를 갖는 3개의 P-채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.The high-side buck transistor unit of the present invention is connected between the input voltage node Vin of the non-inverting buck-boost converter and a node Lx1 to which the high-side buck transistor and the low-side buck transistor unit are connected, and source/ It may include three P-channel transistors with drain paths.

본 발명의 상기 로우 사이드 벅 트랜지스터부는, 상기 노드(Lx1)와 그라운드 사이에 연결되어 드레인/소스 경로를 갖는 3개의 N-채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.The low-side buck transistor unit of the present invention may include three N-channel transistors connected between the node Lx1 and a ground and having a drain/source path.

본 발명의 상기 하이 사이드 부스트 트랜지스터부는, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 출력 전압 노드(Vout)와 상기 하이 사이드 부스트 트랜지스터와 상기 로우 사이드 부스트 트랜지스터가 연결되는 노드(Lx2)의 사이에 연결되어 소스/드레인 경로를 갖는 3개의 P-채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.The high-side boost transistor unit of the present invention is connected between the output voltage node Vout of the non-inverting buck-boost converter and a node Lx2 to which the high-side boost transistor and the low-side boost transistor are connected, and source/ It may include three P-channel transistors with drain paths.

본 발명의 상기 로우 사이드 부스트 트랜지스터부는, 상기 노드(Lx2)와 그라운드 사이에 연결되어 드레인/소스 경로를 갖는 3개의 N-채널 트랜지스터를 포함할 수 있다.The low-side boost transistor unit of the present invention may include three N-channel transistors connected between the node Lx2 and a ground and having a drain/source path.

본 발명의 상기 컨버터 제어부는, 상기 PWM 제어를 위한 출력 전압신호를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 PWM 제어부와, 상기 PFM 제어를 위한 출력 전압신호를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 PFM 제어부와, 상기 리텐션 제어를 위한 리텐션 전압신호를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 리텐션 제어부를 포함할 수 있다.The converter control unit of the present invention includes a PWM control unit that generates an output voltage signal for PWM control and provides it to the logic control unit, a PFM control unit that generates an output voltage signal for PFM control and provides it to the logic control unit, And a retention control unit that generates a retention voltage signal for the retention control and provides it to the logic control unit.

본 발명의 실시예에 따르면, 스택 스위치(Stacked Switch) 기반의 벅-부스트 컨버터의 출력 전류 측정값에 의거하여 트리플 모드(고부하 전류 모드, 저부하 전류 모드, 초저부하 전류 모드)를 기반으로 컨버터를 최적 효율로 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the converter is configured based on a triple mode (high load current mode, low load current mode, ultra low load current mode) based on the measured output current of a stacked switch-based buck-boost converter. It can be controlled with optimum efficiency.

본 발명의 실시예에 따르면, 비반전 벅-부스트 컨버터를 구성하는 각 트랜지스터부 각각에 대해 하나의 트랜지스터가 견딜 수 없는 전압을 3개의 트랜지스터를 스택하여 전압강하를 해 줌으로써, 상대적으로 높은 전압에도 충분하게 견딜 수 있는 효과를 얻을 수 있으며, 또한 상대적으로 낮은 입력 전압에서 스택 스위치에 의해 생기는 론 드롭(Ron drop)에 의한 낮은 효율을 효과적으로 보완할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, for each transistor part constituting a non-inverting buck-boost converter, a voltage that one transistor cannot withstand by stacking three transistors to drop a voltage is sufficient for a relatively high voltage. In addition, it is possible to obtain an effect that can withstand high voltage, and also effectively compensate for the low efficiency due to Ron drop caused by the stack switch at a relatively low input voltage.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터를 PWM 모드로 실행시키는 주요 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터를 PFM 모드로 실행시키는 주요 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터를 리텐션 모드로 실행시키는 주요 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
1 is a block diagram of an apparatus for controlling a buck-boost converter based on a stack switch according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram for explaining a main process of executing a stack switch-based buck-boost converter in a PWM mode according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram for explaining a main process of executing a stack switch-based buck-boost converter in a PFM mode according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram for explaining a main process of executing a stack switch-based buck-boost converter in a retention mode according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.First, the advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings. Here, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and are common in the technical field to which the present invention pertains. Since it is provided by way of example in order to allow a person skilled in the art to clearly understand the scope of the invention, the technical scope of the invention should be defined by the claims.

아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the technical idea described throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치의 구성도로서, 모드 판단부(102), 모드 선택부(104), 로직 제어부(106), 로직 구동부(108), 기준전압 제공부(110), 비반전 벅-부스트 컨버터(112), 전류 센서(114) 및 컨버터 제어부(116) 등을 포함할 수 있다.1 is a configuration diagram of an apparatus for controlling a buck-boost converter based on a stack switch according to an embodiment of the present invention. A mode determination unit 102, a mode selection unit 104, a logic control unit 106, and a logic driving unit 108 , A reference voltage providing unit 110, a non-inverting buck-boost converter 112, a current sensor 114, and a converter control unit 116.

도 1을 참조하면, 모드 판단부(102)는, 예컨대 벅(Buck) / 부스트(Boost) / 벅-부스트(Buck-Boost) 모드 선택기(Mode Selector)로 정의될 수 있는 것으로, 후술하는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)로부터 실시간으로 출력되는 출력 전압(Vout)에 의거하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 동작 모드를 판단(결정), 예컨대 벅 모드, 부스트 모드, 벅-부스트 모드 중 어느 하나로 할 것인지를 판단하는 등의 기능을 제공할 수 있다. 여기에서, 결정되는 모드 판단신호는 다음 단의 모드 선택부(104)로 전달될 수 있다.Referring to FIG. 1, the mode determination unit 102 may be defined as, for example, a buck / boost / buck-boost mode selector, which will be described later. Determining (determining) the operation mode of the non-inverting buck-boost converter 112 based on the output voltage Vout output from the buck-boost converter 112 in real time, for example, among buck mode, boost mode, and buck-boost mode. It can provide a function such as determining which one to do. Here, the determined mode determination signal may be transmitted to the mode selection unit 104 of the next stage.

즉, 모드 판단부(102)는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 전압(Vout)을 분석하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)가 벅 모드, 부스트 모드, 벅-부스트 모드 중 어느 모드로 동작을 해야 하는지의 정보를 판단한 후 모드 판단신호를 모드 선택부(104)에 제공할 수 있다.That is, the mode determination unit 102 analyzes the output voltage Vout of the non-inverting buck-boost converter 112 so that the non-inverting buck-boost converter 112 is in any one of a buck mode, a boost mode, and a buck-boost mode. After determining information on whether to operate with a mode, a mode determination signal may be provided to the mode selection unit 104.

그리고, 모드 선택부(104)는, 예컨대 PWM(Pulse Width Modulation) / PFM(Pulse Frequency Modulation) / 리텐션(Retention) 모드 선택기(Mode Selector)로 정의될 수 있는 것으로, 모드 판단부(102)로부터 제공되는 모드 판단신호와 후술하는 전류 센서(114)로부터 제공되는 센싱된 전류값(Vsense)에 따라서 벅-부스트 컨버터의 제어 방식을 결정할 수 있다.In addition, the mode selection unit 104 may be defined as, for example, PWM (Pulse Width Modulation) / PFM (Pulse Frequency Modulation) / Retention (Retention) mode selector (Mode Selector), from the mode determination unit 102 The control method of the buck-boost converter may be determined according to the mode determination signal provided and the sensed current value Vsense provided from the current sensor 114 to be described later.

즉, 모드 선택부(104)는 전류 센서(114)로부터 제공되는 Vsense 전압신호와 모드 판단부(102)로부터 제공되는 모드 판단신호를 통해 PWM 제어 로직(Control Logic), PFM 제어 로직(Control Logic), 리텐션 제어 로직(Control Logic) 중 어떤 로직으로 동작할 것인지를 결정할 수 있는 로직 제어신호를 생성하여 로직 제어부(106)에 제공할 수 있다.That is, the mode selection unit 104 is a PWM control logic (Control Logic), PFM control logic (Control Logic) through the Vsense voltage signal provided from the current sensor 114 and the mode determination signal provided from the mode determination unit 102. , A logic control signal capable of determining which logic is to be operated from among the retention control logics may be generated and provided to the logic controller 106.

여기에서, PWM 제어 로직은 비반전 벅-부스트 컨버터(112)를 PWM 모드로 동작시키기 위한 로직이고, PFM 제어 로직은 비반전 벅-부스트 컨버터(112)를 PFM 모드로 동작시키기 위한 로직이며, 리텐션 제어 로직은 비반전 벅-부스트 컨버터(112)를 리텐션 모드로 동작시키기 위한 로직이다.Here, the PWM control logic is logic for operating the non-inverting buck-boost converter 112 in the PWM mode, and the PFM control logic is logic for operating the non-inverting buck-boost converter 112 in the PFM mode, and The tension control logic is a logic for operating the non-inverting buck-boost converter 112 in a retention mode.

이를 위해, 모드 선택부(104)는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 동작이 PWM 모드 또는 PFM 모드 중 어느 하나일 경우, 멀티플렉서(MUX)(1168)에 0 또는 1의 신호를 전달해 줌으로써, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)가 PWM 동작 또는 PFM 동작을 실행하도록 제어할 수 있다.To this end, when the operation of the non-inverting buck-boost converter 112 is either a PWM mode or a PFM mode, the mode selector 104 transmits a 0 or 1 signal to the multiplexer (MUX) 1168, The non-inverting buck-boost converter 112 can be controlled to execute a PWM operation or a PFM operation.

또한, 모드 선택부(104)는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 동작이 PWM 모드 또는 PFM 모드가 아닐 경우, 리텐션 인에이블(RETENTION_ENABLE) 신호를 인에이블시킴으로써, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)가 리텐션 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.In addition, when the operation of the non-inverting buck-boost converter 112 is not in the PWM mode or the PFM mode, the mode selector 104 enables a retention enable signal, thereby enabling the non-inverting buck-boost converter ( 112) can be controlled to operate in a retention mode.

다음에, 로직 제어부(106)는 모드 선택부(104)로부터 제공되는 로직 제어신호, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 전압신호(Vout), 후술하는 리텐션 제어부(1166)로부터 제공되는 VRETENTION 전압신호 및 멀티플렉서(1168)의 출력 전압신호에 의거하여 구동 로직이 부하의 전류에 따라 다른 제어 방식을 갖도록 하는 로직 제어신호를 생성하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Next, the logic control unit 106 includes a logic control signal provided from the mode selection unit 104, an output voltage signal Vout of the non-inverting buck-boost converter 112, and a retention control unit 1166 to be described later. Based on the V RETENTION voltage signal and the output voltage signal of the multiplexer 1168, a function such as generating a logic control signal that allows the driving logic to have a different control method according to the current of the load may be provided.

예컨대, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 부하전류가 소정의 제 1 부하전류 이상일 때 비반전 벅-부스트 컨버터(112)가 PWM 제어 동작을 실행하도록 로직 구동부(108)에 로직 제어신호를 제공할 수 있고, 부하전류가 소정의 제 2 부하전류 이하일 때 비반전 벅-부스트 컨버터(112)가 PFM 제어 동작을 실행하도록 로직 구동부(108)에 로직 제어신호를 제공할 수 있으며, 부하전류가 소정의 제 2 부하전류보다 작은 소정의 제 3 부하전류 이하일 때 비반전 벅-부스트 컨버터(112)가 리텐션 제어 동작을 실행하도록 로직 구동부(108)에 로직 제어신호를 제공할 수 있다.For example, when the load current of the non-inverting buck-boost converter 112 is greater than or equal to a predetermined first load current, the logic control signal is provided to the logic driver 108 so that the non-inverting buck-boost converter 112 executes a PWM control operation. The non-inverting buck-boost converter 112 may provide a logic control signal to the logic driver 108 to execute the PFM control operation when the load current is less than or equal to the second load current, and the load current is predetermined. A logic control signal may be provided to the logic driver 108 so that the non-inverting buck-boost converter 112 executes a retention control operation when it is less than a predetermined third load current that is less than the second load current of.

그리고, 로직 구동부(108)는 로직 제어부(106)로부터 제공되는 로직 제어신호, 예컨대 PWM 제어 동작을 위한 로직 제어신호, PFM 제어 동작을 위한 로직 제어신호, 리텐션 제어 동작을 위한 로직 제어신호에 의거하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)를 구성하는 각 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR12)를 온 또는 오프시키기 위한 구동 제어신호(ø1 내지 ø12)를 각각 발생하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)에 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있다.In addition, the logic driver 108 is based on a logic control signal provided from the logic control unit 106, for example, a logic control signal for a PWM control operation, a logic control signal for a PFM control operation, and a logic control signal for a retention control operation. Thus, driving control signals (ø1 to ø12) for turning on or off each of the switching transistors (TR1 to TR12) constituting the non-inverting buck-boost converter 112 are respectively generated and provided to the non-inverting buck-boost converter 112 It can provide functions such as doing.

여기에서, 기준전압 제공부(110)는 VREF1, VREF2, VREF3 등과 같은 기준전압들을 발생하여 컨버터 제어부(116) 내의 각 구성부재에 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Here, the reference voltage providing unit 110 may provide a function such as generating reference voltages such as VREF1, VREF2, and VREF3 and providing them to each component in the converter controller 116.

다음에, 비반전 벅-부스트 컨버터(112), 즉 스택 스위치(Stacked Switch) 기반의 비반전 벅-부스트 컨버터는 로직 구동부(108)로부터 제공되는 구동 제어신호(ø1 내지 ø12)에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 동작 모드, PFM(Pulse Frequency Modulation) 동작 모드, 리텐션(Retention) 동작 모드 중 어느 한 모드를 실행하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Next, the non-inverting buck-boost converter 112, that is, a stacked switch-based non-inverting buck-boost converter, is a PWM (Pulse) according to the driving control signals ø1 to ø12 provided from the logic driver 108. A function such as executing any one of a width modulation) operation mode, a pulse frequency modulation (PFM) operation mode, and a retention operation mode may be provided.

이를 위해, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)는, 입력 전압(Vin)이 인가되는 입력 전압 노드를 포함할 수 있으며, 다수의 스위칭 트랜지스터 각각 스택되어 구성되는 하이 사이드 벅 트랜지스터부(1122), 로우 사이드 벅 트랜지스터부(1124), 하이 사이드 부스트 트랜지스터부(1126) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터부(1128) 등을 포함할 수 있다.To this end, the non-inverting buck-boost converter 112 may include an input voltage node to which an input voltage Vin is applied, and a high-side buck transistor unit 1122 and a low A side buck transistor unit 1124, a high side boost transistor unit 1126, and a low side boost transistor unit 1128 may be included.

여기에서, 하이 사이드 벅 트랜지스터부(1122)는 입력 전압 노드(Vin)와 하이 사이드 벅 트랜지스터(1122)와 로우 사이드 벅 트랜지스터부(1124)가 연결되는 노드(Lx1)의 사이에 연결되어 소스/드레인 경로를 갖는 3개의 P-채널 트랜지스터(TR1 내지 TR3)를 포함할 수 있고, 로우 사이드 벅 트랜지스터부(1124)는 노드(Lx1)와 그라운드 사이에 연결되어 드레인/소스 경로를 갖는 3개의 N-채널 트랜지스터(TR4 내지 TR6)를 포함할 수 있다.Here, the high-side buck transistor unit 1122 is connected between the input voltage node Vin and the node Lx1 to which the high-side buck transistor 1122 and the low-side buck transistor unit 1124 are connected, so that the source/drain It may include three P-channel transistors TR1 to TR3 having paths, and the low-side buck transistor unit 1124 is connected between the node Lx1 and the ground to have three N-channels having drain/source paths. Transistors TR4 to TR6 may be included.

또한, 하이 사이드 부스트 트랜지스터부(1126)는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 전압 노드(Vout)와 하이 사이드 부스트 트랜지스터(1126)와 로우 사이드 부스트 트랜지스터(1128)가 연결되는 노드(Lx2)의 사이에 연결되어 소스/드레인 경로를 갖는 3개의 P-채널 트랜지스터(TR7 내지 TR9)를 포함할 수 있고, 로우 사이드 부스트 트랜지스터부(1128)는 노드(Lx2)와 그라운드 사이에 연결되어 드레인/소스 경로를 갖는 3개의 N-채널 트랜지스터(TR10 내지 TR12)를 포함할 수 있다.In addition, the high-side boost transistor unit 1126 is an output voltage node Vout of the non-inverting buck-boost converter 112 and a node Lx2 to which the high-side boost transistor 1126 and the low-side boost transistor 1128 are connected. It may include three P-channel transistors TR7 to TR9 that are connected between and have source/drain paths, and the low-side boost transistor unit 1128 is connected between the node Lx2 and the ground to be drain/source. It may include three N-channel transistors TR10 to TR12 having a path.

그리고, 각 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR12)의 게이트 각각은 로직 구동부(108)의 출력에 각각 연결되고, 인덕터는 노드(Lx1)와 노드(Lx2)의 사이에 연결되며, 출력 커패시터는 출력 전압 노드(Vout)와 그라운드 노드 사이에서 출력 전압 노드에 연결된다. 그리고, 부하는 출력 전압 노드와 그라운드 노드 사이에서 출력 커패시턴스와 병렬로 연결될 수 있다.Further, each of the gates of each of the switching transistors TR1 to TR12 is connected to the output of the logic driver 108, the inductor is connected between the node Lx1 and the node Lx2, and the output capacitor is the output voltage node ( Vout) is connected to the output voltage node between the ground node. In addition, the load may be connected in parallel with the output capacitance between the output voltage node and the ground node.

이때, 벅 동작 모드에서의 듀티 사이클은 D=ton/T로 정의될 수 있는데, 여기에서 ton은 하이 사이드 벅 트랜지스터(스위칭 트랜지스터)의 온 시간이고, T는 컨버터의 스위칭 주기로서 스위칭 주파수(fsw)의 역이다(T=1/fsw).At this time, the duty cycle in the buck operation mode can be defined as D=ton/T, where ton is the on time of the high-side buck transistor (switching transistor), and T is the switching period of the converter and the switching frequency (fsw) Is the inverse of (T=1/fsw).

그리고, 부스트 동작 모드에서의 듀티 사이클은 D=ton/T로 정의될 수 있으며, 컨버터의 스위칭 주기에 의해 나누어진 하이 사이드 부스트 트랜지스터의 온 시간을 의미할 수 있다.In addition, the duty cycle in the boost operation mode may be defined as D=ton/T, and may mean the on time of the high side boost transistor divided by the switching period of the converter.

다시, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)를 참조하면, 구동 제어신호 ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6에 대응되는 각 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR6)는 벅 동작 모드에서는 벅-부스트 컨버터를 위한 파워 스위치로 기능할 수 있다.Again, referring to the non-inverting buck-boost converter 112, each of the switching transistors TR1 to TR6 corresponding to the driving control signals ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, and ø6 uses a buck-boost converter in the buck operation mode. It can function as a power switch for.

벅 동작 모드에서는, 구동 제어신호 ø7, ø8, ø9에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR7 내지 TR9)는 항상 턴 온이고 구동 제어신호 ø10, ø11, ø12에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR10 내지 TR12)는 항상 턴 오프이다.In the buck operation mode, the switching transistors TR7 to TR9 corresponding to the drive control signals ø7, ø8 and ø9 are always turned on, and the switching transistors TR10 to TR12 corresponding to the drive control signals ø10, ø11 and ø12 are always turned off. to be.

마찬 가지로, 부스트 동작 모드에서는 구동 제어신호 ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR7 내지 TR12)는 부스트 모드에서의 벅-부스트 컨버터를 위한 파워 스위치이다.Similarly, in the boost operation mode, the switching transistors TR7 to TR12 corresponding to the driving control signals ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, and ø12 are power switches for the buck-boost converter in the boost mode.

부스트 동작 모드에서는, 구동 제어신호 ø1, ø2, ø3에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR3)는 항상 턴 온이고 구동 제어신호 ø4, ø5, ø6에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR4 내지 TR6)는 항상 턴 오프이다.In the boost operation mode, the switching transistors TR1 to TR3 corresponding to the drive control signals ø1, ø2 and ø3 are always turned on, and the switching transistors TR4 to TR6 corresponding to the drive control signals ø4, ø5 and ø6 are always turned off. to be.

벅-부스트 동작 모드에서는 구동 제어신호 ø1, ø2, ø3, ø10, ø11, ø12에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR3, TR10 내지 TR12)가 온 되는 상태와 구동 제어신호 ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9에 대응되는 스위칭 트랜지스터(TR4 내지 TR9)가 온 되는 상태가 주기적으로 반복될 수 있다.In the buck-boost operation mode, the switching transistors (TR1 to TR3, TR10 to TR12) corresponding to the drive control signals ø1, ø2, ø3, ø10, ø11, ø12 are turned on, and the drive control signals ø4, ø5, ø6, ø7, A state in which the switching transistors TR4 to TR9 corresponding to ø8 and ø9 are turned on may be periodically repeated.

여기에서, 각 트랜지스터부 각각에 대해 하나의 트랜지스터가 견딜 수 없는 전압을 3개의 트랜지스터를 스택하여 전압강하를 해 주기 때문에 상대적으로 높은 전압에도 충분하게 견딜 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Here, for each transistor unit, since three transistors are stacked to drop a voltage that one transistor cannot withstand, it is possible to obtain an effect capable of sufficiently withstanding a relatively high voltage.

다음에, 전류 센서(114)는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 노드로 전달되는 전류를 센싱하여 획득한 결과값(센싱된 전압 신호)을 모드 선택부(106)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Next, the current sensor 114 senses the current delivered to the output node of the non-inverting buck-boost converter 112 and transfers the obtained result value (sensed voltage signal) to the mode selector 106. Function can be provided.

즉, 전류 센서(114)는 인덕터를 통해 흐르는 전류가 똑같이 흐르는 저항의 양단 전압 VL과 VR을 통해서 전류를 센싱하고, 이 센싱된 전류 정보를 그에 대응하는 전압신호 Vsense로 변환하여 모드 선택부(106)로 제공할 수 있다.That is, the current sensor 114 senses the current through the voltages V L and V R at both ends of the resistor through which the current flowing through the inductor equally flows, and converts the sensed current information into a corresponding voltage signal Vsense, and the mode selector (106) can be provided.

그리고, 컨버터 제어부(116)는, PWM 제어를 위한 출력 전압신호, PFM 제어를 위한 출력 전압신호, 리텐션 제어를 위한 VRETENTION 전압신호 중 어느 하나를 선택적으로 생성하여 로직 제어부(106)에 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있는 것으로, 이를 위해 컨버터 제어부(116)는 PWM 제어부(1162), PFM 제어부(1164), 리텐션 제어부(1166) 및 멀티플렉서(1168) 등을 포함할 수 있다.In addition, the converter control unit 116 selectively generates any one of an output voltage signal for PWM control, an output voltage signal for PFM control, and a V RETENTION voltage signal for retention control and provides it to the logic control unit 106. To this end, the converter control unit 116 may include a PWM control unit 1162, a PFM control unit 1164, a retention control unit 1166, a multiplexer 1168, and the like.

먼저, PWM 제어부(1162)는 컨버터의 PWM 제어를 위한 출력 전압신호를 생성하여 로직 제어부(106)에 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있는데, 이를 위해 증폭기(202), 제 1 비교기(204) 등을 포함할 수 있다.First, the PWM control unit 1162 may provide a function such as generating an output voltage signal for PWM control of the converter and providing it to the logic control unit 106. For this purpose, the amplifier 202 and the first comparator 204 And the like.

여기에서, 증폭기(202)의 반전 입력 노드(-)에는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 노드(즉, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 전압이 저항 디바이더를 통해 디바이딩된 전압 신호 VoutD)가 연결되고, 증폭기(202)의 비반전 입력 노드(+)에는 기준전압 제공부(110)가 제공하는 VREF1 신호가 연결된다.Here, at the inverting input node (-) of the amplifier 202, the output node of the non-inverting buck-boost converter 112 (that is, the output voltage of the non-inverting buck-boost converter 112 is divided through a resistive divider). The voltage signal VoutD) is connected, and the VREF1 signal provided by the reference voltage providing unit 110 is connected to the non-inverting input node (+) of the amplifier 202.

그리고, 증폭기(202)의 반전 입력 노드와 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 노드 사이에는 레지스터가 연결되고, 커패시터와 저항의 직렬 연결된 수동소자가 다른 저항과 병렬로 연결된다.In addition, a resistor is connected between the inverting input node of the amplifier 202 and the output node of the non-inverting buck-boost converter 112, and a passive element connected in series with a capacitor and a resistor is connected in parallel with another resistor.

또한, 제 1 비교기(204)의 반전 입력 노드(-)에는 증폭기(202)의 출력이 연결되고, 제 1 비교기(204)의 비반전 입력 노드(+)에는 전류 센서(114)의 전압 값(Vsense)을 전류 값으로 변환한 값 및 램프 생성기(Ramp generator)에 의해 생성된 전압 값(Vosc)을 전류 값으로 변환한 값의 전류 합산 값에 해당하는 전류가 저항에 흐르도록 하여 생성된 전압 값이 제공된다.In addition, the output of the amplifier 202 is connected to the inverting input node (-) of the first comparator 204, and the voltage value of the current sensor 114 is connected to the non-inverting input node (+) of the first comparator 204 ( The voltage value generated by allowing a current corresponding to the sum of the current value converted from Vsense) to a current value and a voltage value (Vosc) generated by a ramp generator to a current value flows through the resistor Is provided.

여기에서, 제 1 비교기(204)의 출력 전압신호, 즉 컨버터의 PWM 제어를 위한 출력 전압신호는 멀티플렉서(1168)의 입력으로 전달되어 로직 제어부(106)로 제공된다.Here, the output voltage signal of the first comparator 204, that is, the output voltage signal for PWM control of the converter is transmitted to the input of the multiplexer 1168 and provided to the logic control unit 106.

다음에, PFM 제어부(1164)는 컨버터의 PFM 제어를 위한 출력 전압신호를 생성하여 로직 제어부(106)에 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있는데, 이를 위해 제 2 비교기(302), 제 3 비교기(304), 제 1 래치(306) 등을 포함할 수 있다.Next, the PFM control unit 1164 may provide a function such as generating an output voltage signal for PFM control of the converter and providing it to the logic control unit 106. For this purpose, the second comparator 302 and the third comparator (304), a first latch 306, and the like.

여기에서, 제 2 비교기(302)의 비반전 입력 노드(+)에는 기준전압 제공부(110)로부터 제공되는 VREF2 신호가 연결되고, 제 2 비교기(302)의 반전 입력 노드(-)에는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 노드, 즉 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 전압이 레지스터 디바이더를 통해 디바이딩된 전압신호 VoutD가 연결된다.Here, the VREF2 signal provided from the reference voltage providing unit 110 is connected to the non-inverting input node (+) of the second comparator 302, and the non-inverting input node (-) of the second comparator 302 The output node of the buck-boost converter 112, that is, the voltage signal VoutD, in which the output voltage of the non-inverting buck-boost converter 112 is divided through a resistor divider, is connected.

또한, 제 3 비교기(304)의 반전 입력 노드(-)에는 기준전압 제공부(110)로부터 제공되는 VREF3 신호가 연결되고, 제 3 비교기(304)의 비반전 입력 노드(+)에는 전류 센서(114)로부터 제공되는 전압신호 Vsense가 연결된다.In addition, the VREF3 signal provided from the reference voltage providing unit 110 is connected to the inverting input node (-) of the third comparator 304, and a current sensor (+) to the non-inverting input node (+) of the third comparator 304 The voltage signal Vsense provided from 114) is connected.

여기에서, 제 2 비교기(302) 및 제 3 비교기(304)의 각 출력은 온 슈트 트리거(One shot trigger)를 통해 제 1 래치(306)의 각 입력(S, R)으로 연결된다.Here, each output of the second comparator 302 and the third comparator 304 is connected to each input (S, R) of the first latch 306 through an on-shoot trigger.

그리고, 제 1 래치(306)는 제 2 비교기(302)의 출력 또는 제 3 비교기(304)의 출력을 래치하는 기능을 제공할 수 있는 것으로, 이러한 제 1 래치(306)의 출력 전압신호, 즉 컨버터의 PFM 제어를 위한 출력 전압신호는 멀티플렉서(1168)의 입력으로 전달되어 로직 제어부(106)로 제공된다.In addition, the first latch 306 may provide a function of latching the output of the second comparator 302 or the output of the third comparator 304, and the output voltage signal of the first latch 306, that is, The output voltage signal for PFM control of the converter is transmitted to the input of the multiplexer 1168 and provided to the logic control unit 106.

다음에, 리텐션 제어부(1166)는 컨버터의 리텐션 제어를 위한 리텐션 전압신호(VRETENTION)를 생성하여 로직 제어부(106)에 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있는데, 이를 위해 리텐션 오실레이터(OSC)(402), 디바이더/딜레이 셀(/N DIVIDER & DELAY CELL)(404), 제 4 비교기(406) 및 제 2 래치(408) 등을 포함할 수 있다.Next, the retention control unit 1166 may provide a function such as generating a retention voltage signal V RETENTION for controlling the retention of the converter and providing it to the logic control unit 106. For this purpose, a retention oscillator An (OSC) 402, a divider/delay cell (/N DIVIDER & DELAY CELL) 404, a fourth comparator 406, a second latch 408, and the like may be included.

여기에서, 리텐션 오실레이터(402)는 모드 선택부(104)로부터 제공되는 리텐션 인에이블 신호에 의해 동작을 시작하고, 디바이더/딜레이 셀(404)은 리텐션 오실레이터(402)로부터 클록신호를 제공받으며, 이러한 디바이더/딜레이 셀(404)의 출력은 제 2 래치(408)의 S 입력으로 연결된다.Here, the retention oscillator 402 starts operation by a retention enable signal provided from the mode selection unit 104, and the divider/delay cell 404 provides a clock signal from the retention oscillator 402 And the output of this divider/delay cell 404 is connected to the S input of the second latch 408.

또한, 제 4 비교기(406)의 반전 입력 노드(-)에는 기준전압 제공부(110)로부터 제공되는 VREF2 신호가 연결되고, 제 4 비교기(406)의 비반전 입력 노드(+)에는 비반전 벅-부스트 컨버터(112)의 출력 Vout가 연결되며, 제 4 비교기(406)의 출력은 제 2 래치(408)의 R 입력으로 연결된다.In addition, the VREF2 signal provided from the reference voltage providing unit 110 is connected to the inverting input node (-) of the fourth comparator 406, and the non-inverting buck is connected to the non-inverting input node (+) of the fourth comparator 406. -The output Vout of the boost converter 112 is connected, and the output of the fourth comparator 406 is connected to the R input of the second latch 408.

그리고, 제 2 래치(408)는 디바이더/딜레이 셀(404)의 출력 또는 제 4 비교기(406)의 출력을 래치하는 기능을 제공할 수 있는 것으로, 이러한 제 2 래치(408)의 출력(노드 Q의 클록신호), 즉 컨버터의 리텐션 제어를 위한 출력 전압신호(VRETENTION)는 로직 제어부(106)로 제공된다.In addition, the second latch 408 may provide a function of latching the output of the divider/delay cell 404 or the output of the fourth comparator 406, and the output of the second latch 408 (node Q Of the clock signal), that is, the output voltage signal V RETENTION for controlling the retention of the converter is provided to the logic controller 106.

다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치를 통해 PWM 모드, PFM 모드 및 리텐션 모드를 적응적으로 수행하는 일련의 동작들에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a series of operations for adaptively performing a PWM mode, a PFM mode, and a retention mode through the stack switch-based buck-boost converter control apparatus according to the present embodiment having the configuration as described above are illustrated in FIG. 2. It will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터를 PWM 모드로 실행시키는 주요 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 여기에서, PWM 모드는, 예컨대 고부하 전류 모드로 정의될 수 있다.2 is an exemplary diagram for explaining a main process of executing a stack switch-based buck-boost converter in a PWM mode according to an embodiment of the present invention. Here, the PWM mode may be defined as, for example, a high load current mode.

도 2를 참조하면, 스택 스위치 기반의 비반적 벅-부스트 컨버터(112)는 PWM 모드 동작을 실행할 수 있는데, 부하의 전류가 일정 전류 이상으로 높을 때 고부하 전류 모드에 해당하는 PWM 모드로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 2, the stack switch-based non-inverse buck-boost converter 112 can perform a PWM mode operation. When the current of the load is higher than a certain current, it can operate in a PWM mode corresponding to the high load current mode. have.

전류 센서(114)를 통해서 벅-부스트 컨버터(112)의 인덕터의 뒷단에 연결된 저항의 양단 전압 VL, VR을 센싱하고, 이 센싱된 전압 정보를 통해서 인덕터에 흐르는 전류 정보를 추출한다. 이러한 전류 정보는 Vsense에 해당하는 전압 정보로 전환되어 PWM 제어부(1162)로 전달된 후 증폭기(202) 및 제 1 비교기(204) 등을 경유하여 멀티플렉서(1168)의 입력으로 제공된다.Through the current sensor 114, voltages V L and V R of both ends of the resistor connected to the rear end of the inductor of the buck-boost converter 112 are sensed, and current information flowing through the inductor is extracted through the sensed voltage information. This current information is converted into voltage information corresponding to Vsense, is transmitted to the PWM control unit 1162, and is then provided as an input of the multiplexer 1168 through the amplifier 202 and the first comparator 204.

그리고, 멀티플렉서(1168)의 출력(즉, PWM 제어를 위한 출력 전압신호)이 로직 제어부(106)에 제공되는데, 로직 제어부(106)는 제공된 Vsense 정보를 바탕으로 부하에 전달되는 전류가 일정 전류 이상이면 PWM 동작을 실행하도록 하는 로직 제어신호를 생성하여 로직 구동부(108)에 제공하며, 로직 구동부(108)는 그에 상응하는 구동 제어신호(즉, PWM 동작 모드의 실행을 위한 구동 제어신호)를 발생하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)에 제공한다.In addition, the output of the multiplexer 1168 (i.e., an output voltage signal for PWM control) is provided to the logic control unit 106, and the logic control unit 106 has a current delivered to the load more than a certain current based on the provided Vsense information. In this case, a logic control signal for executing a PWM operation is generated and provided to the logic driver 108, and the logic driver 108 generates a corresponding driving control signal (ie, a driving control signal for executing the PWM operation mode). Thus, the non-inverting buck-boost converter 112 is provided.

예컨대, 로직 구동부(108)는 PWM 모드 동작을 위해 필요로 하는 ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12의 구동 제어신호를 생성하여 하이 사이드 벅 트랜지스터부(1122), 로우 사이드 벅 트랜지스터부(1124), 하이 사이드 부스트 트랜지스터부(1126) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터부(1128)에 각각 제공함으로써, 각 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR12)의 온 또는 오프를 구동 제어한다.For example, the logic driver 108 generates driving control signals of ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12 required for the PWM mode operation, and generates a high-side buck transistor. By providing the unit 1122, the low side buck transistor unit 1124, the high side boost transistor unit 1126, and the low side boost transistor unit 1128, respectively, to drive on or off of each of the switching transistors TR1 to TR12 Control.

따라서, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)는 로직 구동부(108)로부터 제공되는 구동 제어신호에 따라 PWM 모드를 실행하게 된다.Accordingly, the non-inverting buck-boost converter 112 executes the PWM mode according to the driving control signal provided from the logic driver 108.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터를 PFM 모드로 실행시키는 주요 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 여기에서, PFM 모드는, 예컨대 저부하 전류 모드로 정의될 수 있다.3 is an exemplary diagram for explaining a main process of executing a stack switch-based buck-boost converter in a PFM mode according to an embodiment of the present invention. Here, the PFM mode may be defined as, for example, a low load current mode.

도 3을 참조하면, 스택 스위치 기반의 비반적 벅-부스트 컨버터(112)는 PFM 모드 동작을 실행할 수 있는데, 부하의 전류가 일정 전류 이하로 낮을 때 저부하 전류 모드에 해당하는 PFM 모드로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 3, the stack switch-based non-inverse buck-boost converter 112 can perform a PFM mode operation. When the current of the load is lower than a certain current, it operates in the PFM mode corresponding to the low load current mode. I can.

전류 센서(114)를 통해 인덕터의 뒷단에 연결된 저항의 양단 전압 VL, VR을 센싱하고, 이 센싱된 전압 정보를 통해서 인덕터에 흐르는 전류 정보를 추출한다. 이러한 전류 정보는 Vsense에 해당하는 전압 정보로 전환되어 PFM 제어부(1164)로 전달된 후 제 2 및 제 3 비교기(302, 304), 래치(306) 등을 경유하여 멀티플렉서(1168)의 입력으로 제공된다.The voltages V L and V R at both ends of the resistor connected to the rear end of the inductor are sensed through the current sensor 114, and current information flowing through the inductor is extracted through the sensed voltage information. This current information is converted into voltage information corresponding to Vsense, transmitted to the PFM control unit 1164, and then provided as an input of the multiplexer 1168 through the second and third comparators 302 and 304, the latch 306, etc. do.

그리고, 멀티플렉서(1168)의 출력(즉, PFM 제어를 위한 출력 전압신호)이 로직 제어부(106)에 제공되는데, 로직 제어부(106)는 제공된 Vsense 정보를 바탕으로 부하에 전달되는 전류가 일정 전류 이하이면 PFM 동작을 실행하도록 하는 로직 제어신호를 생성하여 로직 구동부(108)에 제공하며, 로직 구동부(108)는 그에 상응하는 구동 제어신호(즉, PFM 동작 모드의 실행을 위한 구동 제어신호)를 발생하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)에 제공한다.In addition, the output of the multiplexer 1168 (that is, the output voltage signal for PFM control) is provided to the logic control unit 106, and the logic control unit 106 has a current delivered to the load less than a certain current based on the provided Vsense information. In this case, a logic control signal for executing the PFM operation is generated and provided to the logic driving unit 108, and the logic driving unit 108 generates a corresponding driving control signal (i.e., a driving control signal for executing the PFM operation mode). Thus, the non-inverting buck-boost converter 112 is provided.

예컨대, 로직 구동부(108)는 PFM 모드 동작을 위해 필요로 하는 ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12의 구동 제어신호를 생성하여 하이 사이드 벅 트랜지스터부(1122), 로우 사이드 벅 트랜지스터부(1124), 하이 사이드 부스트 트랜지스터부(1126) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터부(1128)에 각각 제공함으로써, 각 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR12)의 온 또는 오프를 구동 제어한다.For example, the logic driver 108 generates driving control signals of ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12 required for the PFM mode operation to generate a high-side buck transistor. By providing the unit 1122, the low side buck transistor unit 1124, the high side boost transistor unit 1126, and the low side boost transistor unit 1128, respectively, to drive on or off of each of the switching transistors TR1 to TR12 Control.

따라서, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)는 로직 구동부(108)로부터 제공되는 구동 제어신호에 따라 PFM 모드를 실행하게 된다.Accordingly, the non-inverting buck-boost converter 112 executes the PFM mode according to the driving control signal provided from the logic driver 108.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터를 리텐션 모드로 실행시키는 주요 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 여기에서, 리텐션 모드는, 예컨대 초저부하 전류 모드로 정의될 수 있다.4 is an exemplary diagram for explaining a main process of executing a stack switch-based buck-boost converter in a retention mode according to an embodiment of the present invention. Here, the retention mode may be defined as, for example, an ultra-low load current mode.

도 4를 참조하면, 스택 스위치 기반의 비반적 벅-부스트 컨버터(112)는 리텐션 모드 동작을 실행할 수 있는데, 부하의 전류가 PFM 동작에 해당하는 전류 이하로 낮을 때 초저부하 전류 모드에 해당하는 리텐션 모드로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 4, the stack switch-based non-inverse buck-boost converter 112 can perform a retention mode operation, and when the current of the load is lower than the current corresponding to the PFM operation, it corresponds to the ultra-low load current mode. It can operate in retention mode.

리텐션 제어부(1166) 내 제 2 래치(408)의 노드 Q의 출력이 로직 제어부(106)로 제공되고, 로직 제어부(106)는 부하에 전달되는 전류가 PFM 동작에 해당하는 전류 이하이면 리텐션 동작을 실행하도록 하는 로직 제어신호를 생성하여 로직 구동부(108)에 제공하며, 로직 구동부(108)는 그에 상응하는 구동 제어신호(즉, 리텐션 동작 모드의 실행을 위한 구동 제어신호)를 발생하여 비반전 벅-부스트 컨버터(112)에 제공한다.The output of the node Q of the second latch 408 in the retention control unit 1166 is provided to the logic control unit 106, and the logic control unit 106 performs retention when the current delivered to the load is less than the current corresponding to the PFM operation. A logic control signal for executing an operation is generated and provided to the logic driving unit 108, and the logic driving unit 108 generates a corresponding driving control signal (ie, a driving control signal for executing the retention operation mode). It is provided to a non-inverting buck-boost converter 112.

예컨대, 로직 구동부(108)는 리텐션 모드 동작을 위해 필요로 하는 ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12의 구동 제어신호를 생성하여 하이 사이드 벅 트랜지스터부(1122), 로우 사이드 벅 트랜지스터부(1124), 하이 사이드 부스트 트랜지스터부(1126) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터부(1128)에 각각 제공함으로써, 각 스위칭 트랜지스터(TR1 내지 TR12)의 온 또는 오프를 구동 제어한다.For example, the logic driver 108 generates driving control signals of ø1, ø2, ø3, ø4, ø5, ø6, ø7, ø8, ø9, ø10, ø11, ø12 required for the retention mode operation, and generates a high-side buck. By providing the transistor unit 1122, the low side buck transistor unit 1124, the high side boost transistor unit 1126, and the low side boost transistor unit 1128, respectively, the switching transistors TR1 to TR12 are turned on or off. Drive control.

따라서, 비반전 벅-부스트 컨버터(112)는 로직 구동부(108)로부터 제공되는 구동 제어신호에 따라 리텐션 모드를 실행하게 된다.Accordingly, the non-inverting buck-boost converter 112 executes the retention mode according to the driving control signal provided from the logic driver 108.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications, and changes, etc., within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be easy to see that this is possible. That is, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments.

따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims to be described later, and all technical thoughts within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

102 : 모드 판단부
104 : 모드 선택부
106 : 로직 제어부
108 : 로직 구동부
110 : 기준전압 제공부
112 : 비반전 벅-부스트 컨버터
114 : 전류 센서
116 : 컨버터 제어부
1162 : PWM 제어부
1164 : PFM 제어부
1166 : 리텐션 제어부
102: mode determination unit
104: mode selector
106: logic control unit
108: logic driver
110: reference voltage supply unit
112: non-inverting buck-boost converter
114: current sensor
116: converter control unit
1162: PWM control unit
1164: PFM control unit
1166: retention control unit

Claims (10)

비반전 벅-부스트 컨버터로부터 출력되는 출력 전압(Vout)에 의거하여 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 동작 모드를 판단하는 모드 판단부와,
상기 모드 판단부로부터 제공되는 모드 판단신호와 전류 센서로부터 제공되는 센싱된 전압 신호(Vsense)에 의거하여, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터가 기 설정된 다수의 제어 로직 중 어느 한 로직으로 동작하도록 로직을 결정하는 모드 선택부와,
상기 모드 선택부로부터 제공되는 로직 제어신호, 상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 출력 전압신호(Vout), 컨버터 제어부로부터 제공되는 리텐션(VRETENTION) 전압 신호(VRETENTION) 또는 출력 전압신호에 의거하여 로직 제어신호를 생성하는 로직 제어부와,
상기 로직 제어부로부터 제공되는 로직 제어신호에 의거하여 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 구성하는 스택 스위칭 트랜지스터들의 각각을 온 또는 오프시키기 위한 구동 제어신호를 발생하는 로직 구동부와,
상기 구동 제어신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 동작 모드, PFM(Pulse Frequency Modulation) 동작 모드, 리텐션(Retention) 동작 모드 중 어느 한 모드를 실행하는 상기 비반전 벅-부스트 컨버터와,
상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 출력 노드로 전달되는 전류를 센싱하여 획득되는 상기 센싱된 전압 신호(VSENSE)를 상기 모드 선택부에 제공하는 상기 전류 센서와,
PWM 제어를 위한 출력 전압신호, PFM 제어를 위한 출력 전압신호, 리텐션 제어를 위한 리텐션 전압신호 중 어느 하나를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 상기 컨버터 제어부를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
A mode determination unit that determines an operation mode of the non-inverting buck-boost converter based on an output voltage Vout output from a non-inverting buck-boost converter,
Based on a mode determination signal provided from the mode determination unit and a sensed voltage signal Vsense provided from a current sensor, the non-inverting buck-boost converter operates as one of a plurality of preset control logics. A mode selector to determine,
Logic based on a logic control signal provided from the mode selection unit, an output voltage signal Vout of the non-inverting buck-boost converter, a retention voltage signal V RETENTION or an output voltage signal provided from the converter control unit. A logic control unit for generating a control signal,
A logic driver for generating a driving control signal for turning on or off each of the stack switching transistors constituting the non-inverting buck-boost converter based on a logic control signal provided from the logic controller;
The non-inverting buck-boost converter for executing any one of a PWM (Pulse Width Modulation) operation mode, a PFM (Pulse Frequency Modulation) operation mode, and a Retention operation mode according to the driving control signal,
The current sensor providing the sensed voltage signal V SENSE obtained by sensing a current delivered to an output node of the non-inverting buck-boost converter to the mode selection unit,
Comprising the converter control unit for generating any one of an output voltage signal for PWM control, an output voltage signal for PFM control, and a retention voltage signal for retention control to provide to the logic control unit.
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 기 설정된 다수의 제어 로직은,
PWM 제어 로직, PFM 제어 로직, 리텐션 제어 로직을 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 1,
The preset plurality of control logic,
Including PWM control logic, PFM control logic, and retention control logic
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 로직 제어부는,
구동 로직의 부하의 전류에 따라 다른 제어 방식을 갖도록 하는 상기 로직 제어신호를 생성하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 1,
The logic control unit,
To generate the logic control signal to have a different control method according to the current of the load of the driving logic
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 3 항에 있어서,
상기 로직 제어부는,
상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 부하전류가 소정의 제 1 부하전류 이상일 때 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 PWM 제어 동작으로 실행시키는 로직 제어신호를 생성하고, 상기 부하전류가 소정의 제 2 부하전류 이하일 때 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 PFM 제어 동작으로 실행시키는 로직 제어신호를 생성하며, 상기 부하전류가 상기 소정의 제 2 부하전류보다 작은 소정의 제 3 부하전류 이하일 때 상기 비반전 벅-부스트 컨버터를 리텐션 제어 동작으로 실행시키는 로직 제어신호를 생성하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 3,
The logic control unit,
When the load current of the non-inverting buck-boost converter is greater than or equal to a predetermined first load current, a logic control signal for executing the non-inverting buck-boost converter through a PWM control operation is generated, and the load current is a predetermined second load current Generates a logic control signal for executing the non-inverting buck-boost converter as a PFM control operation when it is less than or equal to, and when the load current is less than a predetermined third load current less than the predetermined second load current, the non-inverting buck-boost Generates a logic control signal that executes the converter as a retention control operation.
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 비반전 벅-부스트 컨버터는,
다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 하이 사이드 벅 트랜지스터부와,
다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 로우 사이드 벅 트랜지스터부와,
다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 하이 사이드 부스트 트랜지스터부와,
다수의 스위칭 트랜지스터가 스택되어 구성되는 로우 사이드 부스트 트랜지스터부를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 1,
The non-inverting buck-boost converter,
A high-side buck transistor unit comprising a plurality of switching transistors stacked;
A low-side buck transistor unit comprising a plurality of switching transistors stacked;
A high-side boost transistor unit configured by stacking a plurality of switching transistors;
Including a low-side boost transistor unit configured by stacking a plurality of switching transistors
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 5 항에 있어서,
상기 하이 사이드 벅 트랜지스터부는,
상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 입력 전압 노드(Vin)와 상기 하이 사이드 벅 트랜지스터와 상기 로우 사이드 벅 트랜지스터부가 연결되는 노드(Lx1)의 사이에 연결되어 소스/드레인 경로를 갖는 3개의 P-채널 트랜지스터를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 5,
The high side buck transistor unit,
Three P-channel transistors having source/drain paths connected between the input voltage node Vin of the non-inverting buck-boost converter and a node Lx1 to which the high-side buck transistor and the low-side buck transistor unit are connected. Including
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 6 항에 있어서,
상기 로우 사이드 벅 트랜지스터부는,
상기 노드(Lx1)와 그라운드 사이에 연결되어 드레인/소스 경로를 갖는 3개의 N-채널 트랜지스터를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 6,
The low side buck transistor unit,
Including three N-channel transistors connected between the node Lx1 and the ground and having a drain/source path
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 5 항에 있어서,
상기 하이 사이드 부스트 트랜지스터부는,
상기 비반전 벅-부스트 컨버터의 출력 전압 노드(Vout)와 상기 하이 사이드 부스트 트랜지스터와 상기 로우 사이드 부스트 트랜지스터가 연결되는 노드(Lx2)의 사이에 연결되어 소스/드레인 경로를 갖는 3개의 P-채널 트랜지스터를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 5,
The high side boost transistor unit,
Three P-channel transistors having source/drain paths connected between the output voltage node Vout of the non-inverting buck-boost converter and a node Lx2 to which the high-side boost transistor and the low-side boost transistor are connected. Including
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 8 항에 있어서,
상기 로우 사이드 부스트 트랜지스터부는,
상기 노드(Lx2)와 그라운드 사이에 연결되어 드레인/소스 경로를 갖는 3개의 N-채널 트랜지스터를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 8,
The low side boost transistor unit,
Including three N-channel transistors connected between the node Lx2 and ground and having a drain/source path
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 컨버터 제어부는,
상기 PWM 제어를 위한 출력 전압신호를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 PWM 제어부와,
상기 PFM 제어를 위한 출력 전압신호를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 PFM 제어부와,
상기 리텐션 제어를 위한 리텐션 전압신호를 생성하여 상기 로직 제어부에 제공하는 리텐션 제어부를 포함하는
스택 스위치 기반의 벅-부스트 컨버터 제어 장치.
The method of claim 1,
The converter control unit,
A PWM control unit that generates an output voltage signal for the PWM control and provides it to the logic control unit,
A PFM control unit generating an output voltage signal for controlling the PFM and providing it to the logic control unit,
And a retention control unit that generates a retention voltage signal for the retention control and provides it to the logic control unit.
Stack switch-based buck-boost converter control unit.
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