KR20200098296A - Dc-dc converter based on chaotic modulation - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a direct current (DC)-DC converter based on chaotic modulation which can reduce electromagnetic interference (EMI) generated during switching operation. The DC-DC converter based on chaotic modulation comprises: a LC filter including an inductor and a first capacitor connected in series with a voltage source to receive a voltage and providing an output voltage through the first capacitor; a first switching element having one end connected to a current source and the other end connected to one end of the inductor; a second switching element having one end connected to a contact point between the first switching element and the inductor and the other end connected to the ground; and a chaotic pulse-width modulation (CPWM) controller applying a chaotic triangular ramp signal, as a drive signal, to the first and second switching elements, respectively.

Description

카오스 변조 기반 직류-직류 변환기{DC-DC CONVERTER BASED ON CHAOTIC MODULATION}Chaos modulation based DC-DC converter {DC-DC CONVERTER BASED ON CHAOTIC MODULATION}

본 발명은 전자기 간섭(electromagnetic interference, EMI)이 감소된 직류-직류 변환기(DC-DC converter)에 관한 것이다.The present invention relates to a DC-DC converter with reduced electromagnetic interference (EMI).

최근 들어, 휴대용/착용형(portable/wearable) 전자 장치는, 아날로그 회로, 고속 디지털 회로, 고속 메모리, RF 회로 및 안테나와 같은 회로들을 단일 시스템 온 칩(single system-on-chip, SoC) 또는 시스템 인 패키지(system-in-package, SiP)에 통합함으로써, 그 크기가 감소하는 추세이다. 이러한 전자 장치는 작고 가벼우며 배터리 수명이 길어지는 것이 바람직하므로, 전력 변환 효율이 높은 스위치 모드 DC-DC 컨버터(switched-mode DC-DC converter)가 널리 사용되고 있다.In recent years, portable/wearable electronic devices include circuits such as analog circuits, high-speed digital circuits, high-speed memory, RF circuits, and antennas into a single system-on-chip (SoC) or system. By incorporating in a system-in-package (SiP), its size is decreasing. Since such an electronic device is preferably small and light and has a long battery life, a switched-mode DC-DC converter having high power conversion efficiency is widely used.

그러나 DC-DC 컨버터의 높은 주기성을 갖는 스위칭 주파수(high periodical switching frequency)는 스위칭 잡음을 생성하며, 이는 기본 스위칭 주파수(fundamental switching frequency)와 그 고조파(harmonics)에서 스펙트럼 잡음 톤(spectrum noise tone)을 발생시켜 심각한 EMI 문제를 야기할 수 있다. 이러한 EMI 문제는 민감한 블록(특히, RF 또는 센서 회로 등)을 포함하는 SoC 또는 SiP 애플리케이션에 특히 심각하게 작용할 수 있다.However, the high periodical switching frequency of the DC-DC converter generates switching noise, which produces a spectrum noise tone at the fundamental switching frequency and its harmonics. Can cause serious EMI problems. These EMI issues can be particularly serious for SoC or SiP applications that contain sensitive blocks (especially RF or sensor circuits, etc.).

기존에는 DC-DC 컨버터의 EMI를 줄이기 위해, EMI에 큰 영향을 미치는PCB(printed circuit board) 레이아웃을 EMI를 줄이는데에 최적화시키는 방안이 제안되었다. 이때, 패시스 손실이 적은 스너버 셀(passive loss-less snubber cell)을 사용하여 링잉(ringing) EMI를 줄일 수 있다. 또한, EMI 문제를 해결하기 위한 일반적인 방법으로서 EMI 필터가 사용되기도 한다. Conventionally, in order to reduce the EMI of the DC-DC converter, a method of optimizing the PCB (printed circuit board) layout, which has a large influence on EMI, has been proposed to reduce EMI. At this time, ringing EMI can be reduced by using a passive loss-less snubber cell. In addition, an EMI filter is sometimes used as a general method to solve the EMI problem.

그러나 이러한 기존의 EMI 저감 방식들을 적용하기 위해서는 추가 부품이 필요하므로, 제조 비용 및 PCB 면적이 증가하여 소형 SoC 및 SiP 애플리케이션에는 부적합하다.However, additional components are required to apply these existing EMI reduction methods, which increases manufacturing cost and PCB area, making them unsuitable for small SoC and SiP applications.

한편, DC-DC 컨버터에서 EMI 발생의 근원은 스위칭 동작이므로, EMI를 줄이기 위해서는 스위칭 동작 시 문제를 해결해야한다. 이러한 DC-DC 컨버터의 스위칭 동작을 적절하게 처리할 경우, 추가적인 패시브 오프 칩(passive off-chip)에 대한 필요성을 없앨 수 있을 뿐만 아니라 기존에 제안된 EMI 저감 방식들에 비해 더 우수한 저주파 EMI 성능을 제공할 수 있다.On the other hand, since the source of EMI generation in the DC-DC converter is the switching operation, in order to reduce the EMI, problems must be solved during the switching operation. If the switching operation of such a DC-DC converter is properly handled, the need for an additional passive off-chip can be eliminated, as well as superior low-frequency EMI performance compared to the previously proposed EMI reduction methods. Can provide.

대한민국 공개특허 제10-2016-0071587호(발명의 명칭: 벅 컨버터)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0071587 (name of the invention: buck converter)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 카오스 변조에 기반하여 스위칭 동작시 발생되는 EMI를 감소시킬 수 있는 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a DC-DC converter capable of reducing EMI generated during a switching operation based on chaotic modulation.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기는, 전압원과 직렬 연결되어 전압을 공급받는 인덕터 및 제1 커패시터를 포함하되, 상기 제1 커패시터를 통해 출력 전압을 제공하는 LC 필터; 일단은 상기 전류원과 연결되고 타단은 상기 인덕터의 일단에 연결된 제1 스위칭 소자; 일단은 상기 제1 스위칭 소자 및 인덕터 사이의 접점에 연결되고, 타단은 그라운드에 연결된 제2 스위칭 소자; 및 상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 각각 구동 신호로서 카오스 삼각 램프(chaotic triangular ramp) 신호를 인가하는 카오스 펄스폭 변조(chaotic pulse-width modulation, CPWM) 컨트롤러를 포함한다.Chaos modulation-based DC-DC converter according to an aspect of the present invention for solving the above-described problem includes an inductor and a first capacitor connected in series with a voltage source to receive a voltage, and the output voltage is supplied through the first capacitor. LC filter provided; A first switching element having one end connected to the current source and the other end connected to one end of the inductor; A second switching element having one end connected to a contact point between the first switching element and an inductor, and the other end connected to a ground; And a chaotic pulse-width modulation (CPWM) controller for applying a chaotic triangular ramp signal as a driving signal to the first and second switching elements, respectively.

이때, 상기 카오스 펄스 폭 변조 컨트롤러는, 제2 커패시터, 상기 제2 커패시터를 충전 및 방전시키는 단극쌍투 스위치(single-pole double-throw switch), 및 상기 단극쌍투 스위치를 트리거하는 제어 신호를 제공하는 제어기를 포함하는 카오스 신호 생성기; 및 상기 제2 커패시터에 의한 출력 전압에 따른 카오스 신호를 입력받고, 상기 카오스 신호를 스위칭 구동 신호로 사용하여 카오스 삼각 램프 신호를 생성하는 삼각 램프 신호 생성기를 포함한다.In this case, the chaotic pulse width modulation controller includes a second capacitor, a single-pole double-throw switch for charging and discharging the second capacitor, and a controller providing a control signal for triggering the single-pole double-throw switch Chaos signal generator comprising a; And a triangular ramp signal generator configured to receive a chaos signal according to an output voltage by the second capacitor, and generate a chaotic triangular ramp signal by using the chaos signal as a switching driving signal.

또한, 상기 제어기는, 상기 제2 커패시터의 전압을 상기 커패시터의 상한 레퍼런스 전압과 비교하는 제1 비교기; 상기 제2 커패시터의 전압을 상기 커패시터의 하한 레퍼런스 전압과 비교하는 제2 비교기; 상기 제2 비교기의 출력 및 클럭 신호를 입력받는 제2 SR 래치; 상기 제2 SR 래치의 출력 및 상기 제1 비교기의 출력을 입력받는 AND 게이트; 상기 AND 게이트의 출력 및 클럭 신호를 입력받는 제1 SR 래치; 및 상기 제1 SR 래치 및 상기 제2 SR 래치의 출력을 입력받는 XOR 게이트를 포함하고, 상기 XOR 게이트의 출력은 상기 단극쌍투 스위치를 트리거하는 제어 신호로서 상기 단극쌍투 스위치에 된다.In addition, the controller includes: a first comparator for comparing the voltage of the second capacitor with an upper limit reference voltage of the capacitor; A second comparator comparing the voltage of the second capacitor with a lower limit reference voltage of the capacitor; A second SR latch receiving an output of the second comparator and a clock signal; An AND gate receiving an output of the second SR latch and an output of the first comparator; A first SR latch receiving an output of the AND gate and a clock signal; And an XOR gate receiving an output of the first SR latch and the second SR latch, and an output of the XOR gate is a control signal for triggering the single pole double throw switch, and becomes the single pole double throw switch.

또한, 상기 삼각 램프 신호 생성기는, 제1 입력단을 통해 상기 제2 커패시터에 의한 출력 전압을 입력받는 오차 증폭기, 상기 오차 증폭기의 제2 입력단과 일단이 연결되고 그라운드에 타단이 연결된 저항, N 채널 증가형 MOSFET이되 상기 저항의 일단 및 상기 오차 증폭기의 제2 입력단 간의 접점에 소스가 연결되고 상기 오차 증폭기의 출력단에 게이트가 연결된 제1 트랜지스터, 및 전류 미러로 동작하되 각각 P 채널 증가형 MOSFET인 제2 내지 제5 트랜지스터를 포함하는 전압 전류 컨버터; 하나의 타이밍 커패시터; 상기 타이밍 커패시터에 의한 출력 전압과 저임계한계 전압이 입력되는 저임계치 비교기와, 상기 타이밍 커패시터에 의한 출력 전압과 고임계한계 전압이 입력되는 고임계치 비교기를 포함하는 비교기; N 채널 증가형 MOSFET이되 상기 비교기의 출력이 게이트로 입력되어 스위치로 동작하는 제7 트랜지스터; 각각 N 채널 증가형 MOSFET이되 서로 게이트가 연결된 제6 및 제8 트랜지스터; P 채널 증가형 MOSFET이되 상기 제2 및 제4 트랜지스터 각각의 게이트와 게이트가 연결되어 전류 미러로 동작하는 제9 트랜지스터; 및 P 채널 증가형 MOSFET이되 상기 제3 및 제5 트랜지스터 각각의 게이트와 게이트가 연결되어 전류 미러로 동작하는 제10 트랜지스터를 포함하며, 상기 타이밍 커패시터의 일단은 상기 제4 트랜지스터의 드레인, 상기 제7 트랜지스터의 드레인 및 상기 비교기의 입력단에 연결되며, 타단은 그라운드에 연결된다.In addition, the triangular ramp signal generator includes an error amplifier receiving an output voltage from the second capacitor through a first input terminal, a resistance connected to the second input terminal of the error amplifier and connected to the other terminal to the ground, and increasing the N channel. A first transistor, which is a type MOSFET, with a source connected to a contact point between one end of the resistor and a second input terminal of the error amplifier and a gate connected to the output terminal of the error amplifier, and a second transistor, each of which is a P-channel increasing type MOSFET A voltage current converter including a fifth transistor; One timing capacitor; A comparator including a low threshold comparator to which an output voltage and a low threshold voltage by the timing capacitor are input, and a high threshold comparator to which an output voltage and a high threshold voltage by the timing capacitor are input; A seventh transistor which is an N-channel increase-type MOSFET and operates as a switch by inputting an output of the comparator to a gate; Sixth and eighth transistors each of which are N-channel increase-type MOSFETs and have gates connected to each other; A ninth transistor that is a P-channel increase-type MOSFET, the gate and the gate of each of the second and fourth transistors are connected to each other to operate as a current mirror; And a tenth transistor, which is a P-channel increasing MOSFET, and is connected to a gate and a gate of each of the third and fifth transistors to operate as a current mirror, wherein one end of the timing capacitor is a drain of the fourth transistor and the seventh transistor. It is connected to the drain of the transistor and the input terminal of the comparator, and the other terminal is connected to the ground.

또한, 상기 제3, 제5 및 제10 트랜지스터 각각의 게이트는 서로 연결되고, 소스는 전원 전압에 연결되며, 드레인은 각각 상기 제2, 제4 및 제9 트랜지스터의 소스에 연결되고; 상기 제6 및 제8 트랜지스터 각각의 게이트는 서로 연결되되 상기 제8 및 제9 트랜지스터 각각의 드레인이 연결되고, 소스는 그라운드에 연결된다.Further, gates of each of the third, fifth and tenth transistors are connected to each other, a source is connected to a power supply voltage, and a drain is connected to a source of the second, fourth and ninth transistors, respectively; The gates of the sixth and eighth transistors are connected to each other, the drains of the eighth and ninth transistors are connected to each other, and the source is connected to the ground.

또한, 상기 제3 및 제5 트랜지스터와 상기 제10 트랜지스터의 전류비는 2:1이고, 상기 제2 및 제4 트랜지스터와 상기 제9 트랜지스터의 전류비는 2:1이다.Further, a current ratio between the third and fifth transistors and the tenth transistor is 2:1, and a current ratio between the second and fourth transistors and the ninth transistor is 2:1.

또한, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기는, 상기 제1 커패시터에 의한 출력 전압을 분배하는 제1 저항 및 제2 저항 중 제1 저항에 걸리는 전압과 기준 전압을 각각 입력 받으며, 상기 카오스 삼각 램프 신호를 입력받는 비교기로 출력 신호를 입력하는 오차 증폭기; 상기 오차 증폭기의 입력단 및 출력단에 병렬로 연결된 제1 보상 커패시터; 서로 직렬 연결되되 상기 제1 보상 커패시터에 병렬로 연결된 제1 보상 저항 및 제2 보상 커패시터; 및 서로 직렬 연결되되 상기 제1 보상 저항의 양단에 병렬로 연결된 제2 보상 저항 및 제3 보상 커패시터를 포함하는 Ⅲ형 보상 네트워크(type-Ⅲ compensation network) 회로를 더 포함한다.In addition, the chaos modulation-based DC-DC converter receives a voltage applied to a first resistor and a reference voltage among a first resistor and a second resistor for distributing an output voltage by the first capacitor, respectively, and receives the chaotic triangle ramp signal. An error amplifier for inputting an output signal to an input comparator; A first compensation capacitor connected in parallel to the input terminal and the output terminal of the error amplifier; A first compensation resistor and a second compensation capacitor connected in series to each other and connected in parallel to the first compensation capacitor; And a type-III compensation network circuit connected in series with each other and including a second compensation resistor and a third compensation capacitor connected in parallel to both ends of the first compensation resistor.

또한, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기는, 펄스 주파수 변조(pulse-frequency modulation, PFM)된 신호를 상기 제1 및 제2 스위칭 소자로 출력하는 PFM 컨트롤러를 더 포함하되, 상기 PFM 컨트롤러는 부하 전류 레벨(load current level)이 기설정된 임계 전압 이하인 경우 상기 PFM된 신호를 출력하며, 상기 부하 전류 레벨이 상기 임계 전압을 초과하는 경우 상기 카오스 삼각 램프 신호가 출력된다.In addition, the chaos modulation-based DC-DC converter further includes a PFM controller for outputting a pulse-frequency modulated signal to the first and second switching elements, wherein the PFM controller includes a load current level When (load current level) is less than or equal to a preset threshold voltage, the PFM signal is output, and when the load current level exceeds the threshold voltage, the chaotic triangle ramp signal is output.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the present invention are included in the detailed description and drawings.

개시된 실시 예에 따르면, 직류-직류 변환기의 스위치의 구동 신호로서 카오스 삼각 램프 신호를 사용함으로써, 스위칭 시 발생될 수 있는 EMI 문제를 해결할 수 있다.According to the disclosed embodiment, by using a chaotic triangle ramp signal as a driving signal of a switch of a DC-DC converter, it is possible to solve an EMI problem that may occur during switching.

또한, 회로 구현의 단순성, 높은 EMI 개선 및 LC 크기 완화를 통해, 온-칩 및 SiP와 같은 많은 애플리케이션들에서 EMI 문제를 해결할 수 있다.In addition, the simplicity of circuit implementation, high EMI improvement, and LC size mitigation can solve EMI problems in many applications such as on-chip and SiP.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 변조 기반 벅 컨버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPWM 신호 생성기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 신호 생성기의 회로도이다.
도 4는 도 3의 카오스 신호 생성기의 동작을 설명하기 위한 유한 상태 머신(finite state machine) 모형을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 N형 카오스 신호 생성기의 수학적 모델의 분기 다이어그램의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 삼각 램프 신호 생성기의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 삼각 램프 신호 변조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 변조 기반 벅 컨버터의 성능을 시뮬레이션한 결과의 일례이다.
도 9는 도 8의 시뮬레이션 조건 하에서 카오스 변조 기반 벅 컨버터의 동작 모드에서 두 내부 상태(인덕터 전류 및 출력 전압) 사이의 위상 궤적(phase-portrait)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로프 변조를 이용한 카오스 삼각 램프 신호 생성기의 시뮬레이션 결과에 따른 스위칭 주파수 분포를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram of a buck converter based on chaos modulation according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a CPWM signal generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of a chaos signal generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a finite state machine model for explaining the operation of the chaotic signal generator of FIG. 3.
5 is an example of a branch diagram of a mathematical model of an N-type chaos signal generator according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram of a chaotic triangle ramp signal generator according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a process of modulating a chaotic triangle ramp signal according to an embodiment of the present invention.
8 is an example of a result of simulating the performance of a buck converter based on chaos modulation according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing an example of a phase-portrait between two internal states (inductor current and output voltage) in an operation mode of the buck converter based on chaos modulation under the simulation condition of FIG. 8.
10 is a diagram illustrating a switching frequency distribution according to a simulation result of a chaotic triangle ramp signal generator using slope modulation according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted in the drawings, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. In addition, while describing with reference to the drawings, drawing numbers may vary depending on the drawings even if the configuration is indicated by the same name, and the drawing numbers are only described for convenience of description, and the concept, characteristics, and functions of each configuration are indicated by the corresponding drawing numbers. Or the effect is not to be interpreted as limiting.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, and one or more other components are not excluded unless specifically stated to the contrary. It is to be understood that the presence or addition of features, numbers, steps, actions, elements, parts, or combinations thereof, does not preclude the possibility of preliminary exclusion.

본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 변조에 기반한 DC-DC 컨버터의 구조 및 동작에 대해 설명하기에 앞서, DC-DC 컨버터의 EMI를 저감하기 위하여 스위칭 동작에 적용되는 확산 스펙트럼 기법(spread-spectrum technique)에 대해 전반적으로 설명하도록 한다.Before describing the structure and operation of a DC-DC converter based on chaotic modulation according to an embodiment of the present invention, a spread-spectrum technique applied to a switching operation to reduce EMI of the DC-DC converter ) Should be explained in general.

일반적으로, 확산 스펙트럼 기법은 DC-DC 컨버터의 컨트롤러 설계 단계에서 적용될 수있으며, 이러한 선험적 접근 방식은 스위칭 신호에서 직접 EMI를 방지하는데 중점을 두고 있다. In general, the spread spectrum technique can be applied in the controller design stage of the DC-DC converter, and this a priori approach focuses on preventing EMI directly from the switching signal.

확산 스펙트럼 기법에서는 고조파 피크를 줄이기 위해 스위칭 구동 신호의 파워 스펙트럼의 모양을 조정한다. 일례로, 기존의 EMI 저감을 위한 확산 스펙트럼 기법 중 하나로서 캐리어 주파수 변조(carrier frequency modulation, CFM)를 사용하는 방식이 있다. 해당 방식에 따르면, 구동 신호가 정현파인 정현파 변조(sinusoidal modulation)를 이용하여 플랫(flat)한 파워 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이러한 방식은 구현이 간단하다는 장점이 있으나, 두 개의 끝점에서 정점을 이루는 "U"자 모양의 파워 스펙트럼을 생성한다는 점에서 EMI 감소 성능이 높지 않았다. 이에, 정현파 기반의 변조를 유지하면서 "U"자 모양의 파워 스펙트럼의 두 끝점에서 피크를 완화시키기 위해 구동 신호로서 3차 파형(cubic waveform)을 사용하는 방식이 있으나, 이는 회로의 복잡도를 크게 증가시킨다. 반면에 삼각파형(triangular waveform) 또는 톱니파형(sawtooth waveform)은 회로 구현이 용이하며, 그 중 삼각파형은 3차 파형 기반의 변조와 유사한 EMI 성능을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 스위칭 구동 신호로서 3차 파형을 삼각파형으로 대체하여 CFM에 적용한다. In the spread spectrum technique, the shape of the power spectrum of the switching drive signal is adjusted to reduce harmonic peaks. As an example, as one of the conventional spread spectrum techniques for reducing EMI, there is a method using carrier frequency modulation (CFM). According to this method, a flat power spectrum can be obtained by using sinusoidal modulation in which the driving signal is a sinusoidal wave. This method has the advantage of being simple to implement, but the EMI reduction performance is not high in that it generates a "U"-shaped power spectrum that peaks at the two end points. Accordingly, there is a method of using a cubic waveform as a driving signal to mitigate the peaks at the two end points of the "U"-shaped power spectrum while maintaining the sine wave-based modulation, but this greatly increases the complexity of the circuit. Let it. On the other hand, a triangular waveform or a sawtooth waveform is easy to implement a circuit, and among them, the triangular waveform can provide EMI performance similar to that of a third-order waveform-based modulation. Accordingly, the DC-DC converter according to an embodiment of the present invention replaces a third-order waveform as a switching driving signal with a triangular waveform and applies it to CFM.

한편, 일반적인 CFM 확산 스펙트럼 기법은 구동 신호의 주기적인 특성(periodic characteristic)에 의해 이산(discrete) 변조된 파워 스펙트럼을 생성한다는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 파워 스펙트럼 생성 시 랜덤 펄스 진폭 변조(random pulse-amplitude modulation)를 사용할 수 있다. 즉, 랜덤 펄스 진폭 변조를 사용하여 균일한 랜덤 분포를 얻을 수 있다면, 결과적으로 EMI 스펙트럼은 연속적일 수 있다.Meanwhile, the general CFM spread spectrum technique has a limitation in generating a discrete modulated power spectrum by a periodic characteristic of a driving signal. In order to overcome this limitation, random pulse-amplitude modulation may be used when generating a power spectrum. That is, if a uniform random distribution can be obtained using random pulse amplitude modulation, the resulting EMI spectrum can be continuous.

예를 들어, 카오스 신호 생성기(chaos generator)를 사용하여 랜덤 소스를 근사화(approximate)할 수 있다. 참고로, 카오스 현상은 비선형 동력계에서 광범위하게 일어나는 현상으로서, 카오스 신호 발생 회로를 통해 생성된 카오스 신호는 "노이즈같은" 신호를 생성하는 고유한 특성으로 인해 통신 메시지의 암호화에 사용되거나, 무작위적인 랜덤 신호를 생성하기 위한 소스로서 활용될 수 있다. For example, a random source can be approximated using a chaos generator. For reference, chaos phenomenon is a phenomenon that occurs widely in nonlinear dynamometers, and the chaos signal generated through the chaos signal generation circuit is used for encryption of communication messages or randomly randomized due to its unique characteristic that generates a “noise-like” signal. It can be utilized as a source for generating a signal.

이러한 접근 방식에 따르면, DC-DC 컨버터(예: 벅 컨버터(buck converter) 및 부스트 컨버터(boost converter) 등)에 대해 자가 튜닝 오프셋(self-tuning offset) 및 진폭 적응형 램프 제어(amplitude-adaptive ramp control)를 적용한다. 이러한 솔루션을 통해 벅 컨버터 및 부스트 컨버터 둘 다에서 상당한 EMI 저감 능력이 향상되나, 비용이 많이 소모되고 PCB 수준에서만 적용이 가능하다는 단점이 있다. 또한, 오프셋 진폭 튜닝 방법은 EMI 저감을 향상시킬 수는 있으나, DC-DC 컨버터의 안정성에 문제를 일으킬 수 있다.According to this approach, self-tuning offset and amplitude-adaptive ramp control for DC-DC converters (e.g. buck converter and boost converter, etc.) control). This solution significantly improves EMI reduction in both the buck converter and the boost converter, but has the disadvantage of being costly and applicable only at the PCB level. In addition, the offset amplitude tuning method may improve EMI reduction, but may cause a problem in the stability of the DC-DC converter.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 스위칭 동작에 적용할 확산 스펙트럼으로서 랜덤 펄스 폭 변조(randomized pulse-width modulation, RPWM) 및 카오스 펄스 폭 변조(chaotic pulse-width modulation, CPWM)를 사용한다. 이때, DC-DC 컨버터에 적용되는 확산 스펙트럼 방식은 DC-DC 컨버터를 비주기 모드로 작동시킴으로써 실현된다. Accordingly, the DC-DC converter according to an embodiment of the present invention is a spread spectrum to be applied to a switching operation, such as randomized pulse-width modulation (RPWM) and chaotic pulse-width modulation (CPWM). Use. At this time, the spread spectrum method applied to the DC-DC converter is realized by operating the DC-DC converter in an aperiodic mode.

참고로, 컨버터용 CPWM을 형성하기 위해 아날로그 카오스 생성기(analog chaotic generator)를 사용할 수 있다. 이 경우, EMI 감소에 대한 우수한 성능을 달성할 수 있으며 그 설계가 간단하고 유연하다. 그러나 이러한 아날로그 카오스 생성기의 발진 회로는 많은 상용(off-the-shelf) 패시브 인덕터 및 커패시터(passive inductor/capacitor(μH 및 μF 범위))를 필요로하기 때문에 소형 애플리케이션에는 부적합할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 온-칩(on-chip) CMOS 기반의 CPWM 신호 생성기를 포함할 수도 있다. 즉, DC-DC 컨버터의 일정한 스위칭 주파수를 발생시키는 카오스 신호 생성기로서 디지털 카오스 신호 생성기가 사용될 수 있다. For reference, an analog chaotic generator can be used to form a CPWM for the converter. In this case, excellent performance for EMI reduction can be achieved, and the design is simple and flexible. However, the oscillation circuit of this analog chaos generator may be unsuitable for small applications because of a number of commercially available (off-the-shelf) need a passive inductor and capacitor (passive inductor / capacitor H and μ F range)). Accordingly, the DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may include an on-chip CMOS-based CPWM signal generator. That is, a digital chaos signal generator may be used as a chaotic signal generator that generates a constant switching frequency of the DC-DC converter.

한편, DC-DC 컨버터에 사용되는 CPWM 생성기는 EMI 감소에 대한 상한선을 생성하는 4 개의 고정된 주파수 레벨들 중 카오스 호핑(chaotically hopping)에 대해서만 변조한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 주파수 호핑(frequency hopping)이라고 불리는 확산 스펙트럼 기법에 기반한 접근법인 RPWM 기법을 추가적으로 적용할 수 있다. 구체적으로, RPWM 방식은 스위칭 주파수를 무작위로 8 개 고정 주파수 세트로 분배하며, 이에 따라 사전에 정의된 주파수 세트 주변에서만 스펙트럼을 감소시킨다.Meanwhile, the CPWM generator used in the DC-DC converter modulates only for chaotically hopping among four fixed frequency levels that generate an upper limit for EMI reduction. Accordingly, the DC-DC converter according to an embodiment of the present invention may additionally apply an RPWM technique, which is an approach based on a spread spectrum technique called frequency hopping. Specifically, the RPWM scheme randomly distributes the switching frequency to 8 fixed frequency sets, thereby reducing the spectrum only around a predefined frequency set.

다만, RPWM 및 CPWM 방식은 높은 출력 전압 및 인덕터 전류 리플을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 듀얼 모드(즉, 펄스 폭 변조(PWM) 및 펄스 주파수 변조(pulse-frequency modulation, PFM)) 전압 제어를 처리한다. However, RPWM and CPWM methods have high output voltage and inductor current ripple. To solve this, the DC-DC converter according to an embodiment of the present invention processes a dual mode (ie, pulse width modulation (PWM) and pulse-frequency modulation (PFM)) voltage control.

이때, DC-DC 컨버터는 제어 가능한 카오스 신호를 생성하기 위해, N형 카오스 맵(N-shaped chaos map)과 연관된 간단하고 완전한 온-칩 CMOS 카오스 신호 생성기를 포함한다. 참고로, 카오스 맵 회로에 대한 수학적 모델로서 스트로보 샘플링 기법(stroboscopic sampling method)이 사용될 수 있으며, 카오스 동작은 리아푸노프 지수 이론(Lyapunov exponent theory)과 분기 다이어그램(bifurcation diagram)을 통해 분석될 수 있다.At this time, the DC-DC converter includes a simple and complete on-chip CMOS chaos signal generator associated with an N-shaped chaos map to generate a controllable chaos signal. For reference, a stroboscopic sampling method can be used as a mathematical model for the chaos map circuit, and the chaos behavior can be analyzed through Lyapunov exponent theory and bifurcation diagram. .

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 변조 기반의 DC-DC 컨버터로서 벅 컨버터를 설명하도록 한다. 참고로, 벅 컨버터는 단순한 전력 변환 단계와 높은 전력 효율로 인해 대부분의 배터리 구동 장치에 적용된다. Hereinafter, a buck converter will be described as a DC-DC converter based on chaos modulation according to an embodiment of the present invention. For reference, the buck converter is applied to most battery-powered devices due to its simple power conversion step and high power efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 변조 기반 벅 컨버터의 구성도이다.1 is a block diagram of a buck converter based on chaos modulation according to an embodiment of the present invention.

도 1에서는, 카오스 변조에 기반하여 EMI를 저감시킨 듀얼 모드 PWM/PFM 벅 컨버터(100)의 개략도를 도시하되, 전압원(VIN 또는 VBAT)(111)로 표시된 배터리로부터 전력을 공급받는 SiP 벅 컨버터(100)를 나타냈다.In FIG. 1, a schematic diagram of a dual-mode PWM/PFM buck converter 100 with reduced EMI based on chaotic modulation is shown, but a SiP buck receiving power from a battery indicated by a voltage source (V IN or V BAT ) 111 The converter 100 is shown.

벅 컨버터(100)에서 하이 사이드 스위치(high-side switche, HSW)(112) 및 (low-side switche, LSW)(113)는 각각 트랜지스터 등의 스위칭 소자로 구현될 수 있으며, 두 스위치(112, 113)는 PWM 컨트롤러(20)와 PFM 컨트롤러(30)로부터 입력되는 구동 신호에 의해 온/오프(on/off)된다. 이에 따라 벅 컨버터(100)의 전압 출력이 제어된다.In the buck converter 100, the high-side switch (HSW) 112 and the (low-side switche, LSW) 113 may each be implemented as a switching element such as a transistor, and two switches 112, 113) is turned on/off by a driving signal input from the PWM controller 20 and the PFM controller 30. Accordingly, the voltage output of the buck converter 100 is controlled.

PWM 컨트롤러(20)는 비중첩 펄스(non-overlapping pulse)인 CPWMP/CPWMN를 사용하여 HSW(112) 및 LSW(113)를 온/오프한다. CPWMP/CPWMN 신호는 HSW(112) 및 LSW(113)로 각각 입력되되, 데드타임 버퍼(114)를 통해 인가된다. The PWM controller 20 turns on/off the HSW 112 and the LSW 113 using CPWMP/CPWMN which is a non-overlapping pulse. The CPWMP/CPWMN signals are input to the HSW 112 and LSW 113, respectively, and are applied through the dead time buffer 114.

LC 필터(10)는 인덕터(L)(11) 및 커패시터(COUT)(이하, 다른 커패시터와의구분을 위해 "출력 커패시터"로 지칭함)(13)를 포함하며, ERL(12)과 ESR(14)은 각각 인덕터(L)(11)와 출력 커패시터(13) 내부의 기생 저항(parasitic resistance)을 나타낸다.The LC filter 10 includes an inductor L 11 and a capacitor C OUT (hereinafter, referred to as “output capacitor” for differentiation from other capacitors) 13, and ERL 12 and ESR 14 ) Denotes parasitic resistance inside the inductor (L) 11 and the output capacitor 13, respectively.

이때, HSW(112)의 일단은 전압원(111)에 연결되고 타단은 인덕터(11)의 일단에 연결된다. 출력 커패시터(13)의 일단은 인덕터(11)의 타단에 연결되며, 출력 커패시터(13)의 타단은 그라운드에 연결된다. 또한, HSW(112)와 인덕터(11) 사이의 접점에 LSW(113)의 일단이 연결되고, LSW(113)의 타단은 그라운드에 연결된다.At this time, one end of the HSW 112 is connected to the voltage source 111 and the other end is connected to one end of the inductor 11. One end of the output capacitor 13 is connected to the other end of the inductor 11, and the other end of the output capacitor 13 is connected to the ground. In addition, one end of the LSW 113 is connected to a contact point between the HSW 112 and the inductor 11, and the other end of the LSW 113 is connected to the ground.

전압원(111)로부터 LC 필터(10)로 입력 전압이 공급되며, 인덕터(11) 및 출력 커패시터(13)를 통해 출력 전압 VOUT이 제공된다. 이때, 출력 전압 VOUT은 출력 커패시터(13)의 양단에 걸리는 전압으로서 부하(RLOAD)로 공급된다. 또한, 출력 전압 VOUT은 두 저항(RFB1, RFB2)(116, 117)에 의해 분배되어 피드백 전압 FB가 되며, 이러한 피드백 전압 FB는 PWM 컨트롤러(20)의 오차 증폭기(error amplifier, EA)(23) 및 PFM 컨트롤러(30)로 각각 입력된다. 저항 RFB1 및 RFB2 (116, 117)은 서로 직렬 연결되되, RFB1(116)의 일단은 인덕터(11)와 출력 커패시터(13) 사이의 접점에 연결되고, RFB1(116)의 타단은 RFB2(117)의 일단에 연결되며, RFB2(117)의 타단은 그라운드에 연결된다.An input voltage is supplied from the voltage source 111 to the LC filter 10, and an output voltage V OUT is provided through the inductor 11 and the output capacitor 13. At this time, the output voltage V OUT is a voltage applied to both ends of the output capacitor 13 and is supplied to the load R LOAD . In addition, the output voltage V OUT is divided by the two resistors (R FB1 , R FB2 ) (116, 117) to become the feedback voltage FB, and this feedback voltage FB is an error amplifier (EA) of the PWM controller 20 (23) and the PFM controller 30, respectively. Resistors R FB1 and R FB2 (116, 117) are connected in series with each other, one end of R FB1 (116) is connected to the contact between the inductor (11) and the output capacitor (13), and the other end of R FB1 (116) is One end of R FB2 (117) is connected, and the other end of R FB2 (117) is connected to ground.

오차 증폭기(23)는 BGR 회로(50)로부터 입력된 기준 전압(VREF)과 출력 커패시터(13)에 의한 출력 전압 사이의 차이 값을 증폭하여 출력 신호를 생성한다.The error amplifier 23 amplifies a difference value between the reference voltage V REF input from the BGR circuit 50 and the output voltage by the output capacitor 13 to generate an output signal.

밴드갭 기준(bandgap reference, BGR) 회로(50)는 기설정된 기준 레벨 (reference level) 전압 VREF(예: 1.2V)을 출력하여 컨버터(100)의 출력 전압을 조정한다. The bandgap reference (BGR) circuit 50 adjusts the output voltage of the converter 100 by outputting a preset reference level voltage V REF (for example, 1.2V).

영-전류 검출 비교기(115)는 벅 컨버터(100)가 저부하 상태로 진입할 때 전도 손실을 없애기 위해서, LSW(113)를 턴 오프(turn off)시키는 영-전류 검출(zero-current detection, ZCD) 신호를 출력한다. 이때, 영-전류 검출 비교기(115)는 스위칭 노드 전압 VSW와 접지 전압을 비교한 결과를 출력하여, LSW(113)의 턴 오프를 제어한다.The zero-current detection comparator 115 turns off the LSW 113 in order to eliminate conduction losses when the buck converter 100 enters a low load state. ZCD) signal is output. At this time, the zero-current detection comparator 115 outputs a result of comparing the switching node voltage V SW and the ground voltage to control turn-off of the LSW 113.

벅 컨버터(100)는 부하 전류 레벨(load current level)에 따라 PWM과 PFM 사이에서 자동 모드 변경 기능을 갖는다.The buck converter 100 has an automatic mode change function between PWM and PFM according to a load current level.

예를 들어, 부하에 해당하는 출력이 50mA ~ 500mA라고 가정할 경우, 벅 컨버터(100)는 부하 전류가 200mA보다 클 때 PWM 모드에서 동작하고 부하 전류가 200mA보다 낮으면 부하 요구에 따라 전력단이 간헐적으로 작동하는 PFM 모드로 자동 전환될 수 있다. 이때, PFM 모드에서는 스위칭 손실을 최소화하고 컨버터의 높은 전력 효율을 유지하기 위해 스위칭 활동이 감소된다.For example, assuming that the output corresponding to the load is 50mA ~ 500mA, the buck converter 100 operates in PWM mode when the load current is greater than 200mA, and when the load current is less than 200mA, the power stage is reduced according to the load demand. It can automatically switch to the intermittent PFM mode. At this time, in PFM mode, switching activity is reduced to minimize switching losses and maintain high power efficiency of the converter.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPWM 신호 생성기의 구성도이다.2 is a block diagram of a CPWM signal generator according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, CPWM 신호를 생성하기 위해, 벅 컨버터(100)는 Ⅲ형 보상 네트워크(type-Ⅲ compensation network) 회로(60)를 포함한다. Referring to FIG. 2, in order to generate a CPWM signal, the buck converter 100 includes a type-III compensation network circuit 60.

참고로, Ⅲ형 보상은 Ⅰ형(type-Ⅰ) 및 Ⅱ형(type-Ⅱ)과 비교하여, 연속 전도 모드(continuous conduction mode, CCM)에서 작동하는 전압 모드 제어 컨버터(voltage-mode-controlled converter)에 최적화된 루프 대역폭 및 빠른 과도 응답에 사용된다. 이에, 벅 컨버터(100)는 Ⅲ형 보상 네트워크를 사용하여 EMI 감소를 위한 CPWM 신호를 생성한다.For reference, type III compensation is a voltage-mode-controlled converter operating in a continuous conduction mode (CCM) compared to type-I and type-II. ) Is used for optimized loop bandwidth and fast transient response. Accordingly, the buck converter 100 generates a CPWM signal for EMI reduction by using a type III compensation network.

이러한 Ⅲ형 보상 네트워크 회로(60)를 사용하여 출력 커패시터(13)에 의한 출력 전압이 오차 증폭기(23)에 입력된다.The output voltage by the output capacitor 13 is input to the error amplifier 23 using this type III compensation network circuit 60.

구체적으로, Ⅲ형 보상 네트워크(type-Ⅲ compensation network) 회로(60)는, 오차 증폭기(23)의 입력단 및 출력단에 병렬로 연결된 제1 보상 커패시터(C1), 서로 직렬 연결되되 제1 보상 커패시터(C1)에 병렬로 연결된 제1 보상 저항(R1) 및 제2 보상 커패시터(C2), 서로 직렬 연결되되 RFB1(116)의 양단에 병렬로 연결된 제2 보상 저항(R2) 및 제3 보상 커패시터(C3)를 포함한다.Specifically, the type-III compensation network circuit 60 includes a first compensation capacitor C1 connected in parallel to the input terminal and the output terminal of the error amplifier 23, and a first compensation capacitor connected in series with each other. A first compensation resistor (R1) and a second compensation capacitor (C2) connected in parallel to C1), a second compensation resistor (R2) and a third compensation capacitor (R2) connected in series to each other but connected in parallel to both ends of R FB1 (116) ( C3).

또한, 앞서 도 1에서와 같이, 벅 컨버터(100)의 PWM 컨트롤러(20)는 N형 카오스 신호 생성 회로(N-shaped chaos generator circuit)(21) 및 대칭 삼각 램프 생성기(symmetrically triangular ramp generator)(22)를 포함한다. In addition, as shown in FIG. 1 above, the PWM controller 20 of the buck converter 100 includes an N-shaped chaos generator circuit 21 and a symmetrically triangular ramp generator ( 22).

이때, N형 카오스 신호 생성기(21)의 출력(즉, 카오스 신호 Vchaos)은 대칭 삼각 램프 생성기(22)의 VH 또는 VBR 로 인가되며, 이에 따라 대칭 삼각 램프 생성기(22)가 카오스 삼각 신호(chaotic triangular ramp signal, VCTR)를 생성한다.At this time, the output of the N-type chaos signal generator 21 (that is, the chaos signal Vchaos) is applied to V H or V BR of the symmetric triangular ramp generator 22, and accordingly, the symmetric triangular ramp generator 22 (chaotic triangular ramp signal, V CTR ) is generated.

비교기(24)는 카오스 신호 생성기(21) 및 삼각 램프 생성기(22)를 거쳐 생성된 카오스 삼각 램프 신호와 오차 증폭기(23)의 출력 신호 VEA를 입력받는다. 이에 따라, 비교기(24)는 오차 증폭기(23)에서 느리게 변하는 신호VEA 및 VCTR 신호를 비교하고, 그 결과로서 CPWM을 생성하여 HSW(112) 및 LSW(113)의 전원 스위치 동작을 제어하는 구동 신호로서 출력한다. 앞서 설명한 바와 같이, 비교기(24)를 통해 출력된 CPWM 신호는 데드타임 버퍼(114)를 통해 HSW(112) 및 LSW(113)로 각각 CPWMP 및 CPWMN신호로서 인가된다.The comparator 24 receives the chaotic triangle ramp signal generated through the chaotic signal generator 21 and the triangle ramp generator 22 and the output signal V EA of the error amplifier 23. Accordingly, the comparator 24 compares the slowly changing signals V EA and V CTR signals in the error amplifier 23, and as a result, generates CPWM to control the power switch operation of the HSW 112 and LSW 113. Output as a drive signal. As described above, the CPWM signal output through the comparator 24 is applied to the HSW 112 and LSW 113 through the dead time buffer 114 as CPWMP and CPWMN signals, respectively.

이러한 카오스 동작 모드에서, HSW(112) 및 LSW(113)의 스위칭 주기(TSW)는 무질서하게 변화하며, 듀티 사이클 또한 사이클마다 변화한다. 단, 평균 듀티 사이클은 일정하므로 이는 출력 전압이 예상대로 미리 결정된 값을 따르는 것을 의미한다. 또한, 인덕터 전류 및 출력 전압도 카오틱(chaotic)하게 변화하므로, 관련된 스펙트럼이 특정 주파수 범위로 확산될 수 있다. 이러한 방식에 따라, 카오스 신호에서 광대역 주파수 스펙트럼의 특성을 사용하여 EMI가 현저하게 감소된다. 뿐만 아니라, 스위칭 주파수(FSW)가 기정의된 범위 내에서 지속적으로 변조되며, 이는 무한대의 스위칭 주파수 사이에서 호핑하는 것과 동일하다. 따라서, 표준 고정 주파수 PWM 모드에서 나타나는 파워 스펙트럼의 피크를 완전하게 제거할 수 있다.In this chaotic operation mode, the switching period (T SW ) of the HSW 112 and LSW 113 changes in a disorderly manner, and the duty cycle also changes from cycle to cycle. However, since the average duty cycle is constant, this means that the output voltage follows a predetermined value as expected. In addition, the inductor current and output voltage also change chaoticly, so that the associated spectrum can spread over a specific frequency range. In this way, EMI is significantly reduced by using the characteristics of the broadband frequency spectrum in the chaotic signal. In addition, the switching frequency F SW is continuously modulated within a predefined range, which is equivalent to hopping between infinite switching frequencies. Thus, it is possible to completely eliminate the peaks in the power spectrum that appear in standard fixed frequency PWM mode.

한편, 이상에서 설명한 바와 같이, 확산 스펙트럼 기법을 통한 EMI 감소 방식은 다음과 같은 벅 컨버터의 성능 감소가 발생될 수 있다. 즉, 출력 전압 리플의 증가, 인덕터 전류 리플의 증가, 및 전력 효율의 감소가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 벅 컨버터의 패시브 LC 필터의 크기를 증가시키는 방법이 있으나, SiP 벅 컨버터의 설계 시 패키지 내부 공간이 제한적이므로 대형 LC 필터는 사용되기 어렵다.Meanwhile, as described above, the EMI reduction method through the spread spectrum technique may result in the following performance reduction of the buck converter. That is, an increase in output voltage ripple, an increase in inductor current ripple, and a decrease in power efficiency may occur. In order to solve this problem, there is a method of increasing the size of the passive LC filter of the buck converter, but when designing the SiP buck converter, the space inside the package is limited, so it is difficult to use a large LC filter.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 벅 컨버터(100)는 톱니파형 대신 삼각파형 신호를 생성하는 램프 생성기를 사용하여 확산 스펙트럼 기법의 부작용을 완화시킨다. 삼각파형 신호는 인덕터 전류의 리플을 완화시켜 대형 LC 필터를 사용하지 않더라도 벅 컨버터의 성능 감소를 완화시킬 수 있다. Accordingly, the buck converter 100 according to an embodiment of the present invention mitigates side effects of the spread spectrum technique by using a ramp generator that generates a triangular waveform signal instead of a sawtooth waveform. The triangular waveform signal mitigates the ripple in the inductor current, which can mitigate the performance degradation of the buck converter even if a large LC filter is not used.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 신호 생성기의 회로도이다. 그리고 도 4는 도 3의 카오스 신호 생성기의 동작을 설명하기 위한 유한 상태 머신(finite state machine) 모형을 도시한 도면이다.3 is a circuit diagram of a chaos signal generator according to an embodiment of the present invention. And FIG. 4 is a diagram showing a finite state machine model for explaining the operation of the chaos signal generator of FIG. 3.

도 3에 도시된 바와 같이, N형 카오스 신호 생성기(21)는 전류 소스(I1) 및 전류 싱크(I2)에 의하여 각각 충전 및 방전되는 하나의 커패시터(C)(211), 단극쌍투 스위치(single-pole double-throw switch, SPDT)(218), 및 SPDT(218)를 트리거하는 제어 신호를 제공하는 SPDT 제어기를 포함한다. 이때, SPDT 제어기는 제1 및 제2 비교기(U1, U2)(212, 213), 제1 및 제2 SR 래치(214, 215), 하나의 AND 게이트(216), 및 하나의 XOR 게이트(217)를 포함한다. As shown in Figure 3, the N-type chaos signal generator 21 is one capacitor (C) 211, which are charged and discharged respectively by a current source (I 1 ) and a current sink (I 2 ), a single pole double throw switch (single-pole double-throw switch, SPDT) 218, and an SPDT controller that provides a control signal to trigger the SPDT 218. At this time, the SPDT controller includes first and second comparators (U1, U2) 212, 213, first and second SR latches 214 and 215, one AND gate 216, and one XOR gate 217. ).

이러한 N형 카오스 신호 생성기(21)는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 카오스 신호 생성 회로로 구현될 수 있다.The N-type chaos signal generator 21 may be implemented as a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) chaos signal generation circuit.

구체적으로, 제1 비교기(U1)(212)는 제1 SR 래치(214)를 리셋(reset)하여 커패시터(211)가 충전되도록 한다. 또한, 제2 비교기(U2)(213)는 제2 SR 래치(215)를 셋(set)하여 커패시터(211)가 방전되도록 한다. Specifically, the first comparator (U1) 212 resets the first SR latch 214 so that the capacitor 211 is charged. In addition, the second comparator (U2) 213 sets the second SR latch 215 so that the capacitor 211 is discharged.

제1 비교기(U1)(212)는 커패시터(211)의 전압과 상한 레퍼런스 전압 VHC를 입력받아 비교하고, 그 결과를 제1 SR 래치(214)로 입력한다. 또한, 제1 SR 래치(214)는 클럭 신호를 입력받는다. 여기서 VHC는 커패시터(211) 전압의 상한에 대응한다.The first comparator (U1) 212 receives and compares the voltage of the capacitor 211 and the upper limit reference voltage V HC, and inputs the result to the first SR latch 214. Also, the first SR latch 214 receives a clock signal. Here, V HC corresponds to the upper limit of the voltage of the capacitor 211.

그리고 제2 비교기(U2)(213)는 커패시터(211)의 전압과 하한 레퍼런스 전압 VLC를 입력받아 비교하고, 그 결과를 제2 SR 래치(215) 측으로 입력한다. 이때, AND 게이트(216)는 제2 비교기(U2)(213)의 출력과 제1 래치(214)의 출력을 입력받고, 그에 따른 출력 신호를 제2 래치(215)로 입력한다. 또한, 제2 래치(215)는 클럭 신호를 입력받는다. 여기서 VLC는 커패시터(211) 전압의 하한에 대응한다.The second comparator (U2) 213 receives and compares the voltage of the capacitor 211 with the lower limit reference voltage V LC, and inputs the result to the second SR latch 215. At this time, the AND gate 216 receives the output of the second comparator (U2) 213 and the output of the first latch 214, and inputs the corresponding output signal to the second latch 215. Also, the second latch 215 receives a clock signal. Here, V LC corresponds to the lower limit of the voltage of the capacitor 211.

XOR 게이트(217)는 두 SR 래치(214, 215)로부터 신호를 입력받아 출력 신호(Vctr)를 SPDT(218)로 인가하여 그 구동을 제어한다. 이에 따라, 커패시터(211)에 걸린 전압 v(t)가 변화한다. 즉, N형 카오스 신호 생성기(21)에서 상태 변수는 v(t)이다.The XOR gate 217 receives signals from the two SR latches 214 and 215 and applies an output signal V ctr to the SPDT 218 to control its driving. Accordingly, the voltage v(t) applied to the capacitor 211 changes. That is, in the N-type chaos signal generator 21, the state variable is v(t).

이처럼, N형 카오스 신호 생성기(21)는 두 개의 비교기를 이용하여 두 개의 레퍼런스를 사용하는 방식으로써, 출력값 v(t)가 노이즈 혹은 파라미터 변수에 따라 카오스 맵을 벗어난 특정 지점에 갇히는 현상을 방지할 수 있다.In this way, the N-type chaos signal generator 21 uses two comparators to use two references, so that the output value v(t) can be prevented from being trapped at a specific point outside the chaos map according to noise or parameter variables. I can.

구체적으로, N형 카오스 신호 생성기(21)의 동작은 도 4의 (a)에서와 같은 유한 상태 머신(finite state machine, FSM) 모형에 의해 표현될 수 있다.Specifically, the operation of the N-type chaos signal generator 21 may be expressed by a finite state machine (FSM) model as shown in FIG. 4A.

도 4의 (a)에서와 같이, N형 카오스 신호 생성기(21)의 유한 상태 머신은 S1, S2 및 S3의 세 가지 상태로 나타낼 수 있다. 이때, S1 및 S3는 v(t)가 클럭 주기 T의 상승 엣지(rising edge)일 때 또는 VHC에 도달할 때의 커패시터(211) 충전상태에 대응하며, S2는 v(t)가 VLC에 도달할 때의 커패시터(211) 방전상태에 대응한다. 이때, 앞서 언급한 바와 같이, N형 카오스 신호 발생기(21)는 스트로보 샘플링 기법에 기반한 스트로보스코픽 맵을 적용하여 1차원 구분적 맵(1D piece-wise map)으로 표현될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 4, the finite state machine of the N-type chaos signal generator 21 can be represented by three states of S1, S2, and S3. At this time, S1 and S3 correspond to the state of charge of the capacitor 211 when v(t) is the rising edge of the clock period T or when V HC is reached, and S2 corresponds to the state of charge of the capacitor 211 when v(t) is the V LC It corresponds to the discharge state of the capacitor 211 when it reaches. At this time, as mentioned above, the N-type chaos signal generator 21 may be expressed as a 1D piece-wise map by applying a stroboscope map based on a strobe sampling technique.

구체적으로, 시간 tH에서 커패시터(211)가 VHC에 도달하면, 제어신호 Vctr이 high(Q=1)로 트리거되어, 커패시터(211)는 싱크 전류(I2)를 통하여 아래 수학식 1과 같이 방전된다.Specifically, when the capacitor 211 reaches V HC at time t H , the control signal V ctr is triggered high (Q = 1), and the capacitor 211 is Equation 1 below through the sink current I 2 Is discharged as.

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 다음 주기 T의 시작(tk)에서 제어신호 Vctr은 클럭 신호에 의해 low(Q=0)로 트리거되어 커패시터(211)는 전류 소스(I1)를 통해 아래 수학식 2와 같이 충전된다.In addition, at the start of the next period T (t k ), the control signal V ctr is triggered low (Q = 0) by the clock signal, so that the capacitor 211 is charged as shown in Equation 2 below through the current source (I 1 ). do.

Figure pat00002
Figure pat00002

한편, 유한 상태 머신은 세가지 가능성에 따라 진화할 수 있으며, 이는 다음 주기 T의 시작(tk)에서 상태 변수 v(t)의 값에 따라 달라진다. On the other hand, the finite state machine can evolve according to three possibilities, which depends on the value of the state variable v(t) at the beginning of the next period T (t k ).

우선, 상태 공간은 VLC와 관련된 경계 조건 Vb1에 의존하여 2개의 서브 공간(R1과 R2+R3)으로 분리될 수 있다. Vb1는 하나의 클록 주기 T 내에서 v(t)가 VLC부터 Vb1로 충전되는 전압 레벨로서 정의된다. Vb1는 아래 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.First, the state space can be divided into two sub-spaces (R1 and R2+R3) depending on the boundary condition V b1 related to V LC . V b1 is defined as the voltage level at which v(t) is charged from V LC to V b1 within one clock period T. V b1 can be calculated by Equation 3 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

예를 들어, 시간 tk에서 Vk<Vb1이면, 커패시터(211)는 유한 머신 상태 S1에 따라 다음 클럭 사이클 동안 충전을 지속한다. 이러한 시나리오는 도 4의 (b)에 도시되어 있으며, 이를 참조하면 tk에 변수 v(t)는 상태 서브 공간 R1에 위치한다.For example, if V k <V b1 at time t k , capacitor 211 continues charging for the next clock cycle according to the finite machine state S1. This scenario is shown in (b) of FIG. 4, and referring to this, the variable v(t) at t k is located in the state subspace R1.

하지만, 만일 시간 tk에서 Vk>Vb1이면, Vb1보다 높은 전압을 나타내는 서브 공간은 추가적으로 두 개의 서브 공간 R2 및 R3으로 분리된다. 이는 경계조건 Vb2에 의존하여 분리될 수 있다. However, if V k >V b1 at time t k , the sub-space representing a voltage higher than V b1 is additionally divided into two sub-spaces R2 and R3. It can be separated depending on the boundary condition V b2 .

이때, tk에 변수 v(t)가 상태 서브 공간 R2에 위치한 경우, 커패시터(211)는 ta기간 동안 VHC에 도달할 때까지 충전된 후, tb기간 동안 방전된다. 이는 도 4의 (c)에 도시되어 있다. 기간 ta 및 tb는 아래 수학식 4에 의하여 산출될 수 있다.At this time, when the variable v(t) is located in the state subspace R2 at t k , the capacitor 211 is charged until reaching V HC during the period t a and then discharged during the period t b . This is shown in Figure 4 (c). The periods t a and t b can be calculated by Equation 4 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

또한, tk에 변수 v(t)가 상태 서브 공간 R3에 위치한 경우, 커패시터(211)는 VHC에 도달할 때까지 ta기간 동안 충전을 지속한 다음, VLC까지 tb기간 동안 방전되고, 다시 충전을 시작하여 tc기간 동안 충전된다. 이는 도 4의 (d)에 도시되어 있다. 이때, 기간 ta 및 tb의 합은 주기 T 보다 작으며, 기간 tb 및 tc는 아래 수학식 5를 통해 산출될 수 있다.In addition, when the variable v(t) is located in the state subspace R3 at t k , the capacitor 211 continues charging for a period t a until reaching V HC , and then discharges for a period t b until V LC , Start charging again and charge for a period of t c . This is shown in Fig. 4(d). In this case, the sum of the periods t a and t b is smaller than the period T, and the periods t b and t c may be calculated through Equation 5 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, 2차 경계조건 Vb2는 아래 수학식 6과 같은 조건에서 도출될 수 있다.Here, the second boundary condition V b2 can be derived under the same conditions as in Equation 6 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

한편, N형 카오스 신호 생성기(21)에 적용된 스트로보스코픽 맵(stroboscopic map)으로서, 모든 클럭 인스턴트마다 상태변수 v(t)의 값을 관련시키는 N형 맵(N-shaped map)은 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, as a stroboscopic map applied to the N-type chaos signal generator 21, an N-shaped map relating the value of the state variable v(t) for every clock instant is Equation 7 below. It can be expressed as

Figure pat00007
Figure pat00007

이러한 N형 맵은 아래 수학식 8과 같이 정규화 및 파라미터화될 수 있다.This N-type map may be normalized and parameterized as shown in Equation 8 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

이에 따라, N형 카오스 신호 생성기(21)의 표준화된 카오스 맵은 아래 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.Accordingly, the standardized chaos map of the N-type chaos signal generator 21 can be expressed as Equation 9 below.

Figure pat00009
Figure pat00009

이때, x는 시스템 변수이고, T1 및 T2는 회로 파라미터인 T, I1, I2, 기준 전압 VR, 및 C를 파라미터화하여 획득된 새로운 파라미터이다.At this time, x is a system variable, and T 1 and T 2 are new parameters obtained by parameterizing circuit parameters T, I 1 , I 2 , and reference voltages V R and C.

한편, 카오스 신호 생성기의 회로를 구현하기에 앞서 카오스 신호 생성기에 대한 수학적 모델을 구현하여, 해당 회로가 카오스 신호를 출력하는 시스템 매개 변수의 범위를 찾을 수 있다.Meanwhile, prior to implementing the circuit of the chaotic signal generator, a mathematical model for the chaotic signal generator may be implemented to find a range of system parameters for the circuit to output a chaotic signal.

카오스 시스템의 동역학적 거동(dynamic behavior)은 리아푸노프 지수(Lyapunov exponents)를 통해 정성적으로 구할 수 있으며, N형 맵의 리아푸노프 지수는 이론적으로 다음의 수학식 10을 통해 계산할 수 있다.The dynamic behavior of the chaos system can be qualitatively obtained through Lyapunov exponents, and the Lyapunov exponent of the N-type map can theoretically be calculated through Equation 10 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

이때, f'(.)는 카오스 맵 f(.)의 미분 값이며, 다음의 수학식 11을 통해 유도될 수 있다.In this case, f'(.) is a differential value of the chaos map f(.), and can be derived through Equation 11 below.

Figure pat00011
Figure pat00011

이에 따라, 리아푸노프 지수는 다음의 수학식 12와 같이 계산될 수 있다.Accordingly, the Liapunov index can be calculated as in Equation 12 below.

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, n은 해당 계산에 사용되는 x점들의 개수이고, i, j, k는 각각 x가 세 범위 [0, xb1], [xb1, xb2], [xb2, 1]에 속하는 횟수를 의미한다.Here, n is the number of x points used in the calculation, and i, j, k are the number of times that x falls in the three ranges [0, x b1 ], [x b1 , x b2 ], and [x b2 , 1], respectively. Means.

수학식 12에서, (T2/T1)>1 이고, λ>0일 때, N형 맵은 주기적으로 두배로 분기되며 이에 따라 카오스 신호가 발생된다. 반면에, (T2/T1)<1 이고, λ<0이면, 시스템 출력이 주기적 상태이거나 안정 지점(stable point)으로 수렴된다.In Equation 12, when (T 2 /T 1 )>1 and λ>0, the N-type map is cyclically branched twice, thereby generating a chaotic signal. On the other hand, if (T 2 /T 1 )<1 and λ<0, the system output is in a periodic state or converges to a stable point.

또한, 카오스 동역학은 분기 다이어그램(bifurcation diagram)을 통해 관찰될 수 있다.In addition, the chaotic dynamics can be observed through a bifurcation diagram.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 N형 카오스 신호 생성기의 수학적 모델의 분기 다이어그램의 일례이다.5 is an example of a branch diagram of a mathematical model of an N-type chaos signal generator according to an embodiment of the present invention.

예를 들어, T1=0.5이고, T2가 0에서 점진적으로 증가할 경우, 분기 다이어그램은 도 5와 같이 나타낼 수 있으며, 이를 통해 점의 동역학적 거동들, 주기성(periodicity), 및 카오스(밀도가 높은 영역)를 확인할 수 있다. 도 5를 참조하면, 다이어그램의 밀집 영역(dense area)과 관련된 T2의 범위는 카오스 거동을 보여주며, 이는 CMOS 카오스 신호 생성 회로를 설계하는데 사용될 수 있다. 즉, N형 카오스 신호 발생기(21)의 회로를 설계하기 위한 파라미터들을 도 5의 분기 다이어그램을 기반으로 편리하게 선택할 수 있다. 또한, 분기 다이어그램은 N형 맵에서 시스템 매개 변수(T2) 대 카오스 생성의 강직성을 강조한다. For example, if T 1 =0.5 and T 2 gradually increases from 0, the branching diagram can be represented as shown in FIG. 5, through which the dynamic behaviors, periodicity, and chaos (density High area). Referring to FIG. 5, the range of T 2 related to the dense area of the diagram shows a chaotic behavior, which can be used to design a CMOS chaotic signal generation circuit. That is, parameters for designing the circuit of the N-type chaos signal generator 21 can be conveniently selected based on the branch diagram of FIG. 5. In addition, the branch diagram emphasizes the rigidity of the system parameter (T 2 ) versus chaos generation in the N-type map.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 벅 컨버터(100)의 전압 모드에서는 PWM 신호 변조를 위해 램프 신호가 필요하다. Meanwhile, as described above, in the voltage mode of the buck converter 100, a ramp signal is required for PWM signal modulation.

기본적으로, 램프 신호를 형성하는 두 가지 형태로서 톱니파형 램프 신호 및 삼각 램프 신호가 존재한다. 그 중 동일한 상승 및 하강 기울기를 갖는 대칭 삼각 램프 신호는 인덕터 전류의 불균형성을 효과적으로 완화시킬 수 있다. 즉, 인덕터 전류 스펙트럼(즉, EMI 성능)에 영향을 미치지 않고도 앞서 언급된 확산 스펙트럼 기법의 부작용들을 완화시킬 수 있다. 이에, EMI를 감소시키며 카오스 모드에서 인덕터 전류 불균형으로 인한 부작용을 최소화시키기 위하여, 벅 컨버터(100)는 삼각파형 신호를 생성하는 PWM 램프 생성기(즉, 대칭 삼각 램프 생성기(22))를 사용한다.Basically, as two types of forming a ramp signal, there are a sawtooth ramp signal and a triangular ramp signal. Among them, a symmetrical triangular ramp signal having the same rising and falling slope can effectively alleviate the unbalance of the inductor current. That is, side effects of the aforementioned spread spectrum technique can be alleviated without affecting the inductor current spectrum (ie, EMI performance). Accordingly, in order to reduce EMI and minimize side effects due to inductor current imbalance in the chaotic mode, the buck converter 100 uses a PWM ramp generator (ie, a symmetric triangular ramp generator 22) that generates a triangular waveform signal.

아래에서는 도 6을 참조하여 카오스 삼각 램프 신호 생성기에 대해서 설명하도록 한다. Hereinafter, a chaos triangle ramp signal generator will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 삼각 램프 신호 생성기의 회로도이다.6 is a circuit diagram of a chaotic triangle ramp signal generator according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)는 삼각 램프 생성기(triangular ramp generator)의 회로도이며, 도 6의 (b)는 아날로그 카오스 신호 생성기의 회로도이다. 6(a) is a circuit diagram of a triangular ramp generator, and FIG. 6(b) is a circuit diagram of an analog chaos signal generator.

본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 삼각 램프 신호 생성기는 앞서 설명한 N형 카오스 신호 생성기(21) 및 이와 연결된 대칭 삼각 램프 생성기(22)를 포함한다.The chaotic triangular ramp signal generator according to an embodiment of the present invention includes the N-type chaos signal generator 21 and a symmetric triangular ramp generator 22 connected thereto.

또한, 도 6의 (a)는 앞서 도 1 및 도 2에서 언급된 대칭 삼각 램프 생성기(22)의 회로를 나타냈다.In addition, FIG. 6A shows the circuit of the symmetric triangular lamp generator 22 mentioned in FIGS. 1 and 2 above.

삼각 램프 생성기(22)는 오차 증폭기(EA), 저항(R), 트랜지스터(M1), 및 캐스케이드 전류 미러(cascade current mirror)를 사용한 와이드-스윙 전류 소스(wide-swing current source)(M2 내지 M5)로 구성된 전압-전류(V-I) 컨버터를 포함한다. 또한, 삼각 램프 생성기(22)는 전류 미러들(M6, M8 내지 M10), 스위치로 동작하는 트랜지스터(M7), 타이밍 커패시터(C1), 두 개의 비교기(U1, U2)를 더 포함한다.The triangular lamp generator 22 is a wide-swing current source (M2 to M5) using an error amplifier (EA), a resistor (R), a transistor (M1), and a cascade current mirror. ) Consisting of a voltage-current (VI) converter. Further, the triangular lamp generator 22 further includes current mirrors M6, M8 to M10, a transistor M7 operating as a switch, a timing capacitor C1, and two comparators U 1 and U 2 .

이때, V-I 컨버터는 충전전류 IChg=VBR/R이 되도록 제어한다. 이러한 충전전류 IChg는 방전 전류 IDChg를 제어하는 전류 싱크를 형성하기 위해 전류 미러(M6, M8 내지 M10)에 의해 복사된다.At this time, the VI converter controls the charging current I Chg =V BR /R. This charging current I Chg is copied by the current mirrors M6, M8 to M10 to form a current sink that controls the discharge current I DChg .

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(M1), 전류 미러들(M2 내지 M6, M8 내지 M10), 및 트랜지스터(M7)은 각각 N 채널 증가형 MOSFET 또는 P 채널 증가형 MOSFET으로 구현될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 트랜지스터(M1), 전류 미러(M2 내지 M6, M8 내지 M10), 및 트랜지스터(M7)를 각각 제1 내지 제10 트랜지스터라고 지칭하도록 한다.As shown in (a) of FIG. 6, the transistor M1, the current mirrors M2 to M6, M8 to M10, and the transistor M7 are each implemented as an N-channel increase-type MOSFET or a P-channel increase-type MOSFET. Can be. Hereinafter, for convenience of description, the transistor M1, the current mirrors M2 to M6, M8 to M10, and the transistor M7 will be referred to as first to tenth transistors, respectively.

도 6의 (a)를 참조하면, 제1 트랜지스터(M1)는 N 채널 증가형 MOSFET이며, 이때 트랜지스터(M1)의 게이트는 오차 증폭기(EA)의 출력단과 연결되고, 제1 트랜지스터(M1)의 소스는 저항(R)의 일단과 연결되며, 저항(R)의 타단은 그라운드에 연결된다. 또한, 트랜지스터(M1)의 드레인은, 제3, 제5 및 제9 트랜지스터(M3, M5, M9) 각각의 게이트 및 제2 트랜지스터(M2)의 드레인에 연결된다.Referring to FIG. 6A, the first transistor M1 is an N-channel increasing MOSFET, and at this time, the gate of the transistor M1 is connected to the output terminal of the error amplifier EA, and the first transistor M1 is The source is connected to one end of the resistor R, and the other end of the resistor R is connected to ground. In addition, the drain of the transistor M1 is connected to the gate of each of the third, fifth, and ninth transistors M3, M5, and M9 and the drain of the second transistor M2.

그리고 제2 트랜지스터(M2) 내지 제5 트랜지스터(M5), 제9 및 제10 트랜지스터(M9, M10)는 각각 P 채널 증가형 MOSFET이고, 제6 내지 제8 트랜지스터(M6, M7, M8)는 각각 N 채널 증가형 MOSFET이다.In addition, the second transistors M2 to the fifth transistors M5 and the ninth and tenth transistors M9 and M10 are P-channel increasing MOSFETs, respectively, and the sixth to eighth transistors M6, M7 and M8 are respectively It is an N-channel incremental MOSFET.

제3, 제5 및 제10 트랜지스터(M3, M5, M10)는 서로 게이트가 연결되고, 각각의 소스는 전원 전압 VDD에 연결된다. 또한, 제3, 제5 및 제10 트랜지스터(M3, M5, M10)의 드레인은 각각 제2, 제4 및 제9 트랜지스터(M2, M4, M9)의 소스에 연결된다. The third, fifth, and tenth transistors M3, M5, and M10 have gates connected to each other, and their respective sources are connected to a power supply voltage VDD. Further, the drains of the third, fifth, and tenth transistors M3, M5, and M10 are connected to the sources of the second, fourth, and ninth transistors M2, M4, and M9, respectively.

제4 트랜지스터(M4)의 드레인은, 제7 트랜지스터(M7)의 드레인과 타이밍 커패시터(C1)의 일단 간의 점점에 연결된다. 이때, 제4 트랜지스터(M4)의 드레인에는 저임계치 및 고임계치 비교기(U1, U2)의 입력단 또한 연결된다. 타이밍 커패시터(C1)의 타단은 그라운드에 연결된다.The drain of the fourth transistor M4 is connected to an edge between the drain of the seventh transistor M7 and one end of the timing capacitor C1. In this case, the input terminals of the low and high threshold comparators U 1 and U 2 are also connected to the drain of the fourth transistor M4. The other end of the timing capacitor C1 is connected to the ground.

제6 및 제8 트랜지스터(M6, M8)는 서로 게이트가 연결되어 있고, 각각의 소스는 그라운드에 연결되어 있다. 또한, 제8 트랜지스터(M8)의 드레인은 제9 트랜지스터(M9)의 드레인과 연결되며, 제8 및 제9 트랜지스터(M8, M9) 각각의 드레인에 제6 및 제8 트랜지스터(M6, M8)의 게이트가 연결된다.The sixth and eighth transistors M6 and M8 have gates connected to each other, and their sources are connected to ground. Further, the drain of the eighth transistor M8 is connected to the drain of the ninth transistor M9, and the drains of the sixth and eighth transistors M6 and M8 are respectively connected to the drains of the eighth and ninth transistors M8 and M9. The gate is connected.

제7 트랜지스터(M7)의 게이트에는 저임계치 비교기(U1) 및 고임계치 비교기(U2)로부터의 출력이 입력된다. 이때, 저임계치 비교기(U1)에는 저임계한계 VL과 타이밍 커패시터 전압 Vramp가 입력되고, 고임계치 비교기(U2)에는 고임계한계 VH과 타이밍 커패시터 전압 Vramp가 입력된다. Outputs from the low threshold comparator U 1 and the high threshold comparator U 2 are input to the gate of the seventh transistor M7. At this time, low threshold comparator (U 1) is input to the low threshold limit V L and V ramp timing capacitor voltage, high threshold comparator (U 2), the high threshold limit V H and V ramp timing capacitor voltage is input.

오차 증폭기(EA)는 제1 트랜지스터(M1)의 출력과 VBR이 입력된다. The error amplifier EA receives the output of the first transistor M1 and VBR .

방전 시간이 충전 시간보다 훨씬 짧은 톱니파형 램프 발생기와는 달리, 삼각 램프 생성기에서는 충전 및 방전 시간이 동일해야 한다. 따라서, 삼각 램프 신호 생성기에서는 전류 소스 및 전류 싱크를 사용하여 충방전 속도를 제어하여 정확도를 최적화한다.Unlike the sawtooth lamp generator, where the discharge time is much shorter than the charge time, the charge and discharge times must be the same in the triangular lamp generator. Therefore, in the triangular ramp signal generator, the charging/discharging speed is controlled using a current source and a current sink to optimize accuracy.

이때, 앞서 언급한 바와 같이, 타이밍 커패시터(C1)의 충전 및 방전 시간이 동일해야하므로 방전전류 IDChg는 2IChg와 같다. 이는, 제4 및 제5 트랜지스터(M4, M5)와 제9 및 제10 트랜지스터(M9, M10) 간의 전류비를 2:1로 설정함으로써 구현될 수 있다.At this time, as mentioned above, since the charging and discharging times of the timing capacitor C1 should be the same, the discharge current I DChg is equal to 2I Chg . This may be implemented by setting the current ratio between the fourth and fifth transistors M4 and M5 and the ninth and tenth transistors M9 and M10 to 2:1.

대칭 삼각 램프 생성기(22)의 동작은 다음과 같다.The operation of the symmetric triangular ramp generator 22 is as follows.

먼저, 초기 리셋 이벤트(즉, 저임계한계(low threshold limit) VL에서의 삼각 신호) 이후에, 스위치(즉, 제7 트랜지스터(M7))는 오프(off)되고, 커패시터 전압 Vramp가 VH에 도달할 때까지 타이밍 커패시터(C1)는 느리게 충전된다. 이 시점에 비교기(26)는 트립되고, 스위치(M7)가 온(on)되며, IDChg=2IChg인 전류 싱크(즉, 제6 트랜지스터(M6))에 의해 VL로 램프가 방전된다. 삼각파형 신호가 VL로 하강하면 다른 사이클이 시작된다.First, after an initial reset event (i.e., a triangular signal at low threshold limit V L ), the switch (i.e., the seventh transistor M7) is turned off, and the capacitor voltage V ramp is V Timing capacitor C1 is charged slowly until H is reached. At this point, the comparator 26 is tripped, the switch M7 is turned on, and the lamp is discharged to V L by the current sink (ie, the sixth transistor M6) with I DChg = 2I Chg . Another cycle begins when the triangular waveform signal falls to V L.

참고로, 전류 미러의 전류 불일치로 인한 삼각 램프 신호의 비대칭성을 줄이기 위해서는 전류 미러 트랜지스터의 길이가 커야한다.For reference, in order to reduce the asymmetry of the triangular lamp signal due to the current mismatch of the current mirror, the length of the current mirror transistor must be large.

도 6의 (b)는 앞서 설명한 N형 카오스 신호 생성기(21)의 회로를 나타냈다. 이 회로에서 두 인버터(MN6, MP6)는 SPDT(218)의 역할을 하고, 두 트랜지스터(MPCS1, MNCS1)는 각각 전류 소스(I1)와 전류 싱크(I2)로서 동작한다. 6B shows the circuit of the N-type chaos signal generator 21 described above. In this circuit, the two inverters M N6 and M P6 serve as the SPDT 218, and the two transistors M PCS1 and M NCS1 operate as a current source I 1 and a current sink I 2, respectively.

또한, 클럭 신호(CLK)가 이상적으로 f=1/T의 속도에서 임펄스 트레인으로 구성되므로, 원-숏 회로(one-shot circuit)는 SR 래치에 대한 짧은 펄스를 생성하는데 사용된다. 이러한 임펄스는 좁은 펄스로 근사화되며 원-숏 회로를 사용하여 구현된다.Also, since the clock signal CLK is ideally configured as an impulse train at a rate of f=1/T, a one-shot circuit is used to generate a short pulse for the SR latch. These impulses are approximated by narrow pulses and implemented using a one-shot circuit.

N형 카오스 신호 생성 회로의 파라미터는 수학적 모델의 파라미터 T1 및 T2의 선택을 기반으로 설계된다. 이때, T2는 프로세스 제조에 내재된 변화에 대한 강력한 카오스 신호를 생성하기 위해, 도 5에 도시된 카오스 영역에서 선택된다. (T2/T1)>1인 한, N형 카오스 신호 생성기(21)를 사용할 경우 출력이 카오스 신호이다. 이 조건은 커패시터(C2)의 변동(예를 들어, 설계 값의 최대 30%)과 관계없이 충족될 수 있다.The parameters of the N-type chaos signal generation circuit are designed based on the selection of parameters T 1 and T 2 of the mathematical model. At this time, T 2 is selected from the chaotic region shown in FIG. 5 in order to generate a strong chaotic signal for changes inherent in process manufacturing. As long as (T 2 /T 1 )>1, when using the N-type chaos signal generator 21, the output is a chaotic signal. This condition can be satisfied irrespective of the variation of the capacitor C2 (eg, up to 30% of the design value).

또한, T1 = T Х I1/(VHC), T2 = T Х I2/(VHC)이므로, 비율 (T2/T1)>1을 설정하는 것은 비율 (I2/I1)>1을 설정하는 것과 같다. 이는, 기본 전류 미러를 사용하고, 전류 소스 및 전류 싱크(MPCS1 및 MNCS1) 사이의 레이아웃을 매칭하여 회로 레벨에서 쉽게 제어할 수 있다.Also, since T 1 = T Х I 1 /(V H C), T 2 = T Х I 2 /(V H C), setting the ratio (T 2 /T 1 )>1 is the ratio (I 2 / It is the same as setting I 1 )>1. This can be easily controlled at the circuit level by using a basic current mirror and matching the layout between the current source and current sink (M PCS1 and M NCS1 ).

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 카오스 삼각 램프 신호 생성기는 대칭 삼각 램프 생성기(22)와 N형 카오스 신호 생성기(21)가 연결되어 구성된 것이다. Meanwhile, as described above, the chaos triangular ramp signal generator is configured by connecting a symmetric triangular ramp generator 22 and an N-type chaos signal generator 21.

아래 도 7에 도시된 대칭 삼각 램프 생성기(22)에 의한 스위칭 주파수는 아래 수학식 13과 같이 표현할 수 있다.The switching frequency by the symmetric triangular ramp generator 22 shown in FIG. 7 can be expressed as Equation 13 below.

Figure pat00013
Figure pat00013

이때, VH 및 VL은 각각 삼각 램프 신호의 상한 및 하한을 의미한다. 이러한, 수학식 13을 통해 두 파라미터(즉, 램프 신호의 경계(즉, VH 및 VL)와 삼각 신호의 충전 전류(IChg))가 삼각 램프 생성기의 스위칭 주파수를 정의한다는 것을 확인할 수 있다.In this case, V H and V L denote the upper and lower limits of the triangular ramp signal, respectively. Through Equation 13, it can be seen that the two parameters (ie, the boundary of the ramp signal (ie, V H and V L ) and the charging current of the triangular signal (I Chg )) define the switching frequency of the triangular ramp generator. .

스위칭 주파수를 사이클마다 변경하기 위하여, 위와 같은 두 파라미터 중 하나 또는 두 개의 파라미터를 N형 카오스 신호 생성기(21)에서 생성된 카오스 신호 Vchaos를 사용하여 변조한다.In order to change the switching frequency for each cycle, one or two of the above two parameters are modulated using the chaos signal V chaos generated by the N-type chaotic signal generator 21.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 삼각 램프 신호 변조 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram illustrating a process of modulating a chaotic triangle ramp signal according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)는 첫 번째 변조 기법인 피크 변조(peak modulation) 기법에 따른 타이밍 다이어그램을 도시하였다.FIG. 7A shows a timing diagram according to a peak modulation technique, which is a first modulation technique.

도 7의 (a)를 참조하면, 첫 번째 기법인 피크 변조의 경우, VL와 충전 전류 IChg를 변경하지 않고 유지하면 램프 생성기의 스위칭 주파수가 VH에만 의존하게 된다. 이때, N형 카오스 신호 생성기(21)에서 생성된 카오스 신호는 비교기의 VH로 직접 공급되어 VH = Vchaos가 된다. 이에 따라 램프 신호 생성기의 스위칭 주파수는 카오틱하게 변조된다. Referring to (a) of FIG. 7, in the case of the first technique, peak modulation, if V L and the charging current I Chg are kept unchanged, the switching frequency of the lamp generator depends only on V H. At this time, the chaos signal generated by the N-type chaotic signal generator 21 is directly supplied to the V H of the comparator is a V H = V chaos. Accordingly, the switching frequency of the ramp signal generator is chaotically modulated.

도 7의 (b)는 두 번째 변조 기법인 슬로프 변조(slope modulation) 기법에 따른 타이밍 다이어그램을 도시하였다.FIG. 7B shows a timing diagram according to a second modulation technique, a slope modulation technique.

도 7의 (b)를 참조하면, 두 번째 기법인 슬로프 변조의 경우, N형 카오스 신호 발생기(21)로부터 생성된 카오스 신호는 VBR에서 V-I 컨버터로 간접적으로 공급되며, 이에 따라 VBR = Vchaos가 된다. 이때, 카오스 신호는 카오스 충전/방전 전류로 변환되며, 이에 따라 램프 신호 및 스위칭 주파수는 카오틱하게 변조된다.Referring to (b) of FIG. 7, in the case of slope modulation, which is the second technique, the chaotic signal generated from the N-type chaos signal generator 21 is indirectly supplied from V BR to the VI converter, and accordingly, V BR = V becomes chaos . At this time, the chaotic signal is converted into a chaotic charging/discharging current, and accordingly, the ramp signal and the switching frequency are chaotically modulated.

이처럼 연속형 카오스 신호는 한 사이클 내에서 충전 및 방전 전류를 변경하기 때문에 N형 카오스 신호 발생기(21)의 카오스 신호는 VBR에 직접 공급될 수 없다. 이에 따라, 카오스 신호는 대칭 램프 신호 생성기(22) 회로 내부의 저임계 비교기(U1)로부터의 임펄스 신호(S)에 의해 각 사이클의 끝에서만 샘플링된다. 이를 통해, 충/방전 전류(IChg/IDChg)를 현재 사이클이 끝날 때까지 변경하지 않고 삼각파형의 교란을 제거한다.As described above, since the continuous chaotic signal changes charging and discharging currents within one cycle, the chaotic signal of the N-type chaotic signal generator 21 cannot be directly supplied to V BR . Accordingly, the chaotic signal is sampled only at the end of each cycle by the impulse signal S from the low threshold comparator U1 inside the circuit of the symmetric ramp signal generator 22. Through this, the disturbance of the triangular waveform is removed without changing the charge/discharge current (I Chg /I DChg ) until the end of the current cycle.

카오스 모드에서의 스위칭 주파수 편차(ΔFSW)는 임의의 주파수(예: 2.1MHz)에서 고정 주파수 모드 근처에 설정되며, 카오스 삼각 램프 신호의 주파수 엔벨로프(frequency envelope)는, 피크 변조의 경우 아래 수학식 14의 범위 내이고, 슬로프 변조의 경우 아래 수학식 15의 범위 내이다.The switching frequency deviation (ΔF SW ) in the chaotic mode is set near the fixed frequency mode at an arbitrary frequency (e.g. 2.1 MHz), and the frequency envelope of the chaotic triangle ramp signal is the following equation for peak modulation. It is within the range of 14, and slope modulation is within the range of Equation 15 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

위의 수학식 14 및 15를 사용함으로써, 카오스 삼각 램프 신호 생성기의 회로 파라미터인 C1, IChg, VH, VL, VHC 및 VLC를 도출할 수 있다.By using Equations 14 and 15 above, circuit parameters C1, I Chg , V H , V L , V HC and V LC of the chaotic triangle ramp signal generator can be derived.

수학식 14 및 15를 통해 유도된 VHC 및 VLC의 값은 앞서 설명한 정규화 및 매개 변수화된 방정식인 수학식 8과 결합을 통해, N형 카오스 신호 생성기(21)의 회로 파라미터인 T, I1, I2 및 C를 계산하는데 사용될 수 있다.The values of V HC and V LC derived through Equations 14 and 15 are combined with Equation 8, which is the above-described normalized and parameterized equation, and T, I 1 as circuit parameters of the N-type chaos signal generator 21 , I 2 and C can be used to calculate.

N형 카오스 신호 생성기(21)는 두 비교기를 사용함으로써, 기정의된 두 대역인 VHC 및 VLC 내의 출력에서 카오스 신호를 한정한다. 이는 카오스 램프 신호의 주파수 편차가 정확하게 제어될 수 있다는 것을 보여준다. 또한, 이 특성은 주파수 편차가 사용자에 의해 커스터마이징될 수 있기 때문에, 카오스 램프 신호 생성기에 추가 제어성을 추가하는 것이다.The N-type chaos signal generator 21 limits the chaotic signal at the output in two predefined bands, V HC and V LC , by using two comparators. This shows that the frequency deviation of the chaotic ramp signal can be accurately controlled. In addition, this characteristic is to add additional controllability to the chaos ramp signal generator, since the frequency deviation can be customized by the user.

이상에서의 카오스 삼각 램프 신호를 생성하기 위한 두 가지 기법 중 피크 레벨 주입 기법은 보다 간편하게 구현할 수 있다. 이는 슬로프 변조는 추가적으로 카오스 신호 샘플링 회로가 필요하므로 더 복잡하며, 카오스 신호를 카오스 전류로 변환하는 속도가 충전 전류가 각 사이클의 시작에서 하나의 레벨에서 다른 레벨로 전환하기에 충분히 빨라야하기 때문에 고대역폭 V-I 변환 회로를 필요로하기 때문이다. 일반적으로, V-I 컨버터의 대역폭은 스위칭 주파수의 적어도 10배로 설정된다. 반면에 삼각파형 회로를 디자인할 때, 삼각파형의 램프 다운슬로프가 톱니파형 램프 발생기보다 작기 때문에, 비교기의 설계가 간단하며 그 전력 소비가 적다. Among the two techniques for generating the chaotic triangle ramp signal above, the peak level injection technique can be more easily implemented. This is more complicated as slope modulation requires an additional chaos signal sampling circuit, and the high bandwidth because the rate at which the chaos signal is converted into a chaotic current must be fast enough for the charging current to switch from one level to another at the beginning of each cycle. This is because it requires a VI conversion circuit. Typically, the bandwidth of the V-I converter is set to at least 10 times the switching frequency. On the other hand, when designing a triangular waveform circuit, since the ramp down slope of the triangular waveform is smaller than that of the sawtooth ramp generator, the design of the comparator is simple and its power consumption is low.

한편, 램프 진폭은 전압 모드에서 벅 컨버터의 안정성에 직접적으로 영향을 미치므로, 피크 변조를 수행하는 삼각 램프 신호 생성기를 포함하는 벅 컨버터는 보상 네트워크 설계가 중요하다. 반면 슬로프 변조 기법의 경우 램프 신호의 진폭이 일정하게 유지되고 보정 네트워크가 고정되면 안정성이 변하지 않는다.Meanwhile, since the ramp amplitude directly affects the stability of the buck converter in voltage mode, it is important to design a compensation network for a buck converter including a triangular ramp signal generator that performs peak modulation. On the other hand, in the case of the slope modulation technique, if the amplitude of the ramp signal is kept constant and the correction network is fixed, the stability does not change.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMI 저감을 위한 온-칩 카오스 삼각 램프 신호 생성기를 포함하는 SiP 벅 컨버터를 설명하였다.In the above, a SiP buck converter including an on-chip chaotic triangular ramp signal generator for reducing EMI according to an embodiment of the present invention has been described.

온-칩 카오스 삼각 램프 신호 생성기는 대칭 삼각 램프 생성기 및 N형 카오스 신호 발생기로 구성된다. 온-칩 카오스 신호 생성기는 제어 가능한 카오스 신호를 생성하여 이를 삼각 신호의 기울기를 변조하는데 적용한다. N형 카오스 회를 기반으로 변조된 삼각파형 신호는 EMI 감소 효과를 갖는 듀얼 모드 PFM/PWM SiP 벅 컨버터의 확산 스펙트럼에 적용된다.The on-chip chaos triangular ramp signal generator consists of a symmetric triangular ramp generator and an N-type chaos signal generator. The on-chip chaos signal generator generates a controllable chaos signal and applies it to modulate the slope of the triangular signal. The triangular waveform signal modulated based on the N-type chaos circuit is applied to the spread spectrum of a dual-mode PFM/PWM SiP buck converter with EMI reduction effect.

이러한 카오스 변조 기법의 유효성 검증 결과를 확인하기 위해, 아래 도 8 및도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 벅 컨버터를 표준 0.18μm CMOS 공정으로 제작하여 검증한 결과를 설명하도록 한다.In order to confirm the validity verification result of such a chaotic modulation technique, the verification result by fabricating a buck converter according to an embodiment of the present invention using a standard 0.18 μm CMOS process will be described with reference to FIGS. 8 and 9 below.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 카오스 변조 기반 벅 컨버터의 성능을 시뮬레이션한 결과의 일례이다.8 is an example of a result of simulating the performance of a buck converter based on chaos modulation according to an embodiment of the present invention.

그리고 도 9는 도 8의 시뮬레이션 조건 하에서 카오스 변조 기반 벅 컨버터의 동작 모드에서 두 내부 상태(인덕터 전류 및 출력 전압) 사이의 위상 궤적(phase-portrait)의 일례를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing an example of a phase-portrait between two internal states (inductor current and output voltage) in an operation mode of the buck converter based on chaos modulation under the simulation condition of FIG. 8.

도 8에서는 슬로프 변조를 이용한 카오스 삼각 램프 신호 생성기를 이용한 카오스 모드에서의 컨버터(100)의 정상 상태 시간 영역(steady-state time-domain) 시뮬레이션 결과를 나타냈다. 이때, 카오스 램프 신호 생성기는 도 1에 도시된 듀얼 모드 PWM/PFM 벅 컨버터에 적용된다. 또한, 시뮬레이션의 결과를 용이하게 비교할 수 있도록 표준 모드와 카오스 모드 둘 다에 대해서 시뮬레이션을 실행하였다. In FIG. 8, a simulation result of a steady-state time-domain of the converter 100 in a chaotic mode using a chaotic triangular ramp signal generator using slope modulation is shown. At this time, the chaos ramp signal generator is applied to the dual mode PWM/PFM buck converter shown in FIG. 1. In addition, simulations were performed for both standard mode and chaos mode so that the results of the simulation can be easily compared.

표준 모드에서 노멀 스위칭 주파수 FSW는1.2MHz로 설정하였고, 카오스 주파수 범위는 노멀 스위칭 주파수 FSW

Figure pat00016
10%인 1.08 MHz to 1.32 MHz와 노멀 스위칭 주파수 FSW
Figure pat00017
20%인 0.96 MHz to 1.44 MHz로 설정하였다. In the standard mode, the normal switching frequency F SW is set to 1.2 MHz, and the chaos frequency range is the normal switching frequency F SW .
Figure pat00016
10% of 1.08 MHz to 1.32 MHz and normal switching frequency F SW
Figure pat00017
It was set to 20%, 0.96 MHz to 1.44 MHz.

표준 모드에서 삼각파형의 설계 파라미터는, FSW = 1.2 MHz를 달성하기 위해, VBR = 0.6V, C = 3pF, VH = 1.5V 및 VL = 0.8V로 설정되었다. The design parameters of the triangular waveform in standard mode were set to V BR = 0.6V, C = 3pF, V H = 1.5V and V L = 0.8V to achieve F SW = 1.2 MHz.

노멀 스위칭 주파수 FSW의 주위에서

Figure pat00018
10% 및
Figure pat00019
20% 주파수 편차를 달성하기 위해, 램프의 VBR에 적용된 카오스 신호 VChaos의 경계는 VHC = 0.66V, VLC = 0.514 V, VHC = 0.71V 및 VLC = 0.46V로 설정하였다. Around the normal switching frequency F SW
Figure pat00018
10% and
Figure pat00019
To achieve a 20% frequency deviation, the boundaries of the chaos signal V Chaos applied to V BR of the ramp were set to V HC = 0.66V, V LC = 0.514 V, V HC = 0.71V, and V LC = 0.46V.

카오스 모드에서 노멀 스위칭 주파수 FSW는1.2MHz의 평균 값은 VHC 및 VLC의 평균값을 사용하여 정의된다. In the chaotic mode, the normal switching frequency F SW is defined using the average value of V HC and V LC for the average value of 1.2 MHz.

카오스 신호를 출력하기 위해, T2/T1>1 또는 I2/I1>1 조건에 따라 N형 카오스 신호 회로의 파라미터는 두 케이스 모두에서 C = 3 pF, I1 = 1μA, I2 = 6μA, 및 CK = 1MHz로 설정하였다.To output a chaotic signal, the parameters of the N-type chaotic signal circuit are C = 3 pF, I 1 = 1 μA, I 2 = in both cases, depending on the condition T 2 /T 1 >1 or I 2 /I 1 >1 6 μA, and C K = 1 MHz.

컨버터의 시뮬레이션 설정은 VIN = 3V, VOUT = 1.8V, IOUT = 250mA, L = 2.2μH and COUT = 2.2μF로 설정하였다.The simulation settings of the converter were set to V IN = 3V, V OUT = 1.8V, I OUT = 250mA, L = 2.2μH and C OUT = 2.2μF.

또한, 커패시터의 ESR 값(ESR = 30 mΩ)과 보상 네트워크의 다른 구성 요소는 시뮬레이션을 실제 테스트 칩 측정 결과와 비교할 때 적절한 예측 결과를 제공하기 위해 상용 소자로부터 선택하였다.In addition, the capacitor's ESR value (ESR = 30 mΩ) and other components of the compensation network were selected from commercial devices to provide an appropriate prediction result when comparing the simulation with the actual test chip measurement results.

이때, 도 8을 참조하면, N형 카오스 신호 생성기의 카오스 신호는 각 스위칭 사이클의 시작에서 샘플링된 다음 삼각파형 생성기(즉, 대칭 삼각 램프 신호 생성기)의 VBR에서 V-I 컨버터로 공급된다. 결과적으로, 컨버터는 카오스 모드에서 작동한다. At this time, referring to FIG. 8, the chaos signal of the N-type chaos signal generator is sampled at the beginning of each switching cycle and then supplied to the VI converter from V BR of the triangular waveform generator (ie, a symmetric triangular ramp signal generator). As a result, the converter operates in chaos mode.

한편, 도 9를 참조하면 인덕터 전류의 카오틱한 변화를 확인할 수 있으며, 이를 통해 EMI 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 9, a chaotic change in the inductor current can be confirmed, and through this, it can be seen that EMI performance is improved.

도 9의 (b)에 도시된 카오스 모드에서의 벅 컨버터(100)의 동작은 두 내부 카오스 상태(인덕터 전류 IL 및 출력 전압 VOUT) 사이의 위상 궤적으로부터 확인할 수 있다. 이때, 도 9의 (a)에 도시된 표준 모드와 비교하면, 표준 모드에서의 동작은 두 평형점(equilibrium point) 사이에서 안정적이며 단 하나의 궤적만으로 표현되나, 카오스 동작은 카오스를 나타내는 반복되지 않는 궤도들을 포함하는 복잡한 패턴을 보여준다. The operation of the buck converter 100 in the chaotic mode shown in FIG. 9B can be confirmed from a phase trajectory between two internal chaotic states (inductor current I L and output voltage V OUT ). In this case, compared with the standard mode shown in FIG. 9A, the operation in the standard mode is stable between two equilibrium points and is expressed only with a single trajectory, but the chaotic operation is not repeated indicating chaos. It shows a complex pattern that includes orbits that are not.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬로프 변조를 이용한 카오스 삼각 램프 신호 생성기의 시뮬레이션 결과에 따른 스위칭 주파수 분포를 나타낸 도면이다. 10 is a diagram illustrating a switching frequency distribution according to a simulation result of a chaotic triangle ramp signal generator using slope modulation according to an embodiment of the present invention.

이때, 도 10의 시뮬레이션 결과는 앞서 설명한 도 8의 시뮬레이션 조건 하에서 진행된 결과로서, 도 10의 (a)는 1.2MHz의

Figure pat00020
10%인 1.08MHz 내지 1.32MHz일 때의 스위칭 주파수 분포이고, 도 10의 (b)는 1.2MHz의
Figure pat00021
20%인 0.96MHz 내지 1.44MHz일 때의 스위칭 주파수 분포이다.In this case, the simulation result of FIG. 10 is a result of proceeding under the simulation conditions of FIG. 8 described above, and FIG. 10 (a) is
Figure pat00020
10% of the switching frequency distribution at 1.08MHz to 1.32MHz, Figure 10 (b) is 1.2MHz
Figure pat00021
It is a switching frequency distribution in the case of 20% of 0.96MHz to 1.44MHz.

가장 플랫한 파워 스펙트럼을 얻기 위해서는 균일하게 분산된 스위칭 주파수를 획득하여야 한다. 도 10을 참조하면, 카오스 스위칭 주파수의 분포는 원하는 주파수 범위에 균일하게 분포하지 않으나, 사전 정의된 범위에서 지속적으로 확산되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 카오스 모드에서 파워 스펙트럼의 고조파 피크가 제거된다.In order to obtain the flattest power spectrum, uniformly distributed switching frequencies must be obtained. Referring to FIG. 10, it can be seen that the distribution of the chaotic switching frequency is not uniformly distributed over a desired frequency range, but continuously spreads in a predefined range. Thus, harmonic peaks in the power spectrum are eliminated in the chaotic mode.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.In the above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects, and should be understood as non-limiting.

100: 카오스 변조 기반 벅 컨버터
10: LC 필터
20: PWM 컨트롤러
30: PFM 컨트롤러
21: 카오스 신호 생성기
22: 삼각 램프 신호 생성기
60: 보상 회로
100: Chaos Modulation Based Buck Converter
10: LC filter
20: PWM controller
30: PFM controller
21: Chaos Signal Generator
22: triangular ramp signal generator
60: compensation circuit

Claims (8)

전압원과 직렬 연결되어 전압을 공급받는 인덕터 및 제1 커패시터를 포함하되, 상기 제1 커패시터를 통해 출력 전압을 제공하는 LC 필터;
일단은 상기 전류원과 연결되고 타단은 상기 인덕터의 일단에 연결된 제1 스위칭 소자;
일단은 상기 제1 스위칭 소자 및 인덕터 사이의 접점에 연결되고, 타단은 그라운드에 연결된 제2 스위칭 소자; 및
상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 각각 구동 신호로서 카오스 삼각 램프(chaotic triangular ramp) 신호를 인가하는 카오스 펄스폭 변조(chaotic pulse-width modulation, CPWM) 컨트롤러를 포함하는, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
An LC filter comprising an inductor and a first capacitor connected in series with a voltage source to receive a voltage, and providing an output voltage through the first capacitor;
A first switching element having one end connected to the current source and the other end connected to one end of the inductor;
A second switching element having one end connected to a contact point between the first switching element and an inductor, and the other end connected to a ground; And
Chaotic modulation-based DC-DC converter comprising a chaotic pulse-width modulation (CPWM) controller for applying a chaotic triangular ramp signal as a drive signal to the first and second switching elements, respectively .
제1 항에 있어서,
상기 카오스 펄스 폭 변조 컨트롤러는,
제2 커패시터, 상기 제2 커패시터를 충전 및 방전시키는 단극쌍투 스위치(single-pole double-throw switch), 및 상기 단극쌍투 스위치를 트리거하는 제어 신호를 제공하는 제어기를 포함하는 카오스 신호 생성기; 및
상기 제2 커패시터에 의한 출력 전압에 따른 카오스 신호를 입력받고, 상기 카오스 신호를 스위칭 구동 신호로 사용하여 카오스 삼각 램프 신호를 생성하는 삼각 램프 신호 생성기를 포함하는, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 1,
The chaos pulse width modulation controller,
A chaos signal generator including a second capacitor, a single-pole double-throw switch for charging and discharging the second capacitor, and a controller providing a control signal for triggering the single-pole double-throw switch; And
A chaos modulation-based DC-DC converter comprising a triangular ramp signal generator configured to receive a chaotic signal according to an output voltage by the second capacitor and generate a chaotic triangular ramp signal by using the chaos signal as a switching driving signal.
제2 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 제2 커패시터의 전압을 상기 커패시터의 상한 레퍼런스 전압과 비교하는 제1 비교기;
상기 제2 커패시터의 전압을 상기 커패시터의 하한 레퍼런스 전압과 비교하는 제2 비교기;
상기 제2 비교기의 출력 및 클럭 신호를 입력받는 제2 SR 래치;
상기 제2 SR 래치의 출력 및 상기 제1 비교기의 출력을 입력받는 AND 게이트;
상기 AND 게이트의 출력 및 클럭 신호를 입력받는 제1 SR 래치; 및
상기 제1 SR 래치 및 상기 제2 SR 래치의 출력을 입력받는 XOR 게이트를 포함하고,
상기 XOR 게이트의 출력은 상기 단극쌍투 스위치를 트리거하는 제어 신호로서 상기 단극쌍투 스위치에 입력되는 것인, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 2,
The controller,
A first comparator comparing the voltage of the second capacitor with an upper limit reference voltage of the capacitor;
A second comparator comparing the voltage of the second capacitor with a lower limit reference voltage of the capacitor;
A second SR latch receiving an output of the second comparator and a clock signal;
An AND gate receiving an output of the second SR latch and an output of the first comparator;
A first SR latch receiving an output of the AND gate and a clock signal; And
And an XOR gate receiving an output of the first SR latch and the second SR latch,
The output of the XOR gate is input to the single pole double throw switch as a control signal for triggering the single pole double throw switch, chaos modulation based DC-DC converter.
제3 항에 있어서,
상기 삼각 램프 신호 생성기는,
제1 입력단을 통해 상기 제2 커패시터에 의한 출력 전압을 입력받는 오차 증폭기, 상기 오차 증폭기의 제2 입력단과 일단이 연결되고 그라운드에 타단이 연결된 저항, N 채널 증가형 MOSFET이되 상기 저항의 일단 및 상기 오차 증폭기의 제2 입력단 간의 접점에 소스가 연결되고 상기 오차 증폭기의 출력단에 게이트가 연결된 제1 트랜지스터, 및 전류 미러로 동작하되 각각 P 채널 증가형 MOSFET인 제2 내지 제5 트랜지스터를 포함하는 전압 전류 컨버터;
하나의 타이밍 커패시터;
상기 타이밍 커패시터에 의한 출력 전압과 저임계한계 전압이 입력되는 저임계치 비교기와, 상기 타이밍 커패시터에 의한 출력 전압과 고임계한계 전압이 입력되는 고임계치 비교기를 포함하는 비교기;
N 채널 증가형 MOSFET이되 상기 비교기의 출력이 게이트로 입력되어 스위치로 동작하는 제7 트랜지스터;
각각 N 채널 증가형 MOSFET이되 서로 게이트가 연결된 제6 및 제8 트랜지스터;
P 채널 증가형 MOSFET이되 상기 제2 및 제4 트랜지스터 각각의 게이트와 게이트가 연결되어 전류 미러로 동작하는 제9 트랜지스터; 및
P 채널 증가형 MOSFET이되 상기 제3 및 제5 트랜지스터 각각의 게이트와 게이트가 연결되어 전류 미러로 동작하는 제10 트랜지스터를 포함하며,
상기 타이밍 커패시터의 일단은 상기 제4 트랜지스터의 드레인, 상기 제7 트랜지스터의 드레인 및 상기 비교기의 입력단에 연결되며, 타단은 그라운드에 연결된 것인, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 3,
The triangular ramp signal generator,
An error amplifier receiving an output voltage from the second capacitor through a first input terminal, a resistance connected to the second input terminal of the error amplifier and the other terminal connected to the ground, an N-channel increasing type MOSFET, and one end of the resistance and the Voltage current including a first transistor, a source connected to a contact point between the second input terminal of the error amplifier and a gate connected to the output terminal of the error amplifier, and second to fifth transistors each of which are P-channel increasing MOSFETs Converter;
One timing capacitor;
A comparator including a low threshold comparator to which an output voltage and a low threshold voltage by the timing capacitor are input, and a high threshold comparator to which an output voltage and a high threshold voltage by the timing capacitor are input;
A seventh transistor which is an N-channel increase-type MOSFET and operates as a switch by inputting an output of the comparator to a gate;
Sixth and eighth transistors each of which are N-channel increase-type MOSFETs and have gates connected to each other;
A ninth transistor that is a P-channel increase-type MOSFET, the gates and gates of the second and fourth transistors are connected to each other to operate as a current mirror; And
A P-channel increase-type MOSFET, the gate and the gate of each of the third and fifth transistors are connected to each other to include a tenth transistor operating as a current mirror,
One end of the timing capacitor is connected to a drain of the fourth transistor, a drain of the seventh transistor, and an input terminal of the comparator, and the other end is connected to a ground.
제4 항에 있어서,
상기 제3, 제5 및 제10 트랜지스터 각각의 게이트는 서로 연결되고, 소스는 전원 전압에 연결되며, 드레인은 각각 상기 제2, 제4 및 제9 트랜지스터의 소스에 연결되고,
상기 제6 및 제8 트랜지스터 각각의 게이트는 서로 연결되되 상기 제8 및 제9 트랜지스터 각각의 드레인이 연결되고, 소스는 그라운드에 연결된 것인, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 4,
The gates of each of the third, fifth and tenth transistors are connected to each other, a source is connected to a power voltage, a drain is connected to a source of the second, fourth and ninth transistors, respectively,
The gates of each of the sixth and eighth transistors are connected to each other, the drains of the eighth and ninth transistors are connected to each other, and a source is connected to a ground.
제5 항에 있어서,
상기 제3 및 제5 트랜지스터와 상기 제10 트랜지스터의 전류비는 2:1이고,
상기 제2 및 제4 트랜지스터와 상기 제9 트랜지스터의 전류비는 2:1인 것인, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 5,
A current ratio of the third and fifth transistors and the tenth transistor is 2:1,
The current ratio of the second and fourth transistors and the ninth transistor is 2:1, chaos modulation-based DC-DC converter.
제2 항에 있어서,
상기 제1 커패시터에 의한 출력 전압을 분배하는 제1 저항 및 제2 저항 중 제1 저항에 걸리는 전압과 기준 전압을 각각 입력 받으며, 상기 카오스 삼각 램프 신호를 입력받는 비교기로 출력 신호를 입력하는 오차 증폭기;
상기 오차 증폭기의 입력단 및 출력단에 병렬로 연결된 제1 보상 커패시터;
서로 직렬 연결되되 상기 제1 보상 커패시터에 병렬로 연결된 제1 보상 저항 및 제2 보상 커패시터; 및
서로 직렬 연결되되 상기 제1 보상 저항의 양단에 병렬로 연결된 제2 보상 저항 및 제3 보상 커패시터를 포함하는 Ⅲ형 보상 네트워크(type-Ⅲ compensation network) 회로를 더 포함하는, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 2,
An error amplifier that receives a voltage applied to a first resistor and a reference voltage among a first resistor and a second resistor for distributing the output voltage by the first capacitor, and inputs an output signal to a comparator receiving the chaos triangle ramp signal ;
A first compensation capacitor connected in parallel to the input terminal and the output terminal of the error amplifier;
A first compensation resistor and a second compensation capacitor connected in series to each other and connected in parallel to the first compensation capacitor; And
Chaos modulation-based DC-DC further comprising a type-III compensation network circuit connected in series with each other and including a second compensation resistor and a third compensation capacitor connected in parallel to both ends of the first compensation resistor converter.
제1 항에 있어서,
펄스 주파수 변조(pulse-frequency modulation, PFM)된 신호를 상기 제1 및 제2 스위칭 소자로 출력하는 PFM 컨트롤러를 더 포함하되,
상기 PFM 컨트롤러는 부하 전류 레벨(load current level)이 기설정된 임계 전압 이하인 경우 상기 PFM된 신호를 출력하며,
상기 부하 전류 레벨이 상기 임계 전압을 초과하는 경우 상기 카오스 삼각 램프 신호가 출력되는 것인, 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기.
The method of claim 1,
Further comprising a PFM controller for outputting the pulse-frequency modulated (PFM) signal to the first and second switching elements,
The PFM controller outputs the PFM signal when a load current level is less than a preset threshold voltage,
When the load current level exceeds the threshold voltage, the chaotic triangular ramp signal is output.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150023168A (en) * 2013-08-23 2015-03-05 매그나칩 반도체 유한회사 Current controlling mode DC-DC Converter
KR20160071587A (en) 2014-12-11 2016-06-22 동국대학교 산학협력단 Buck converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150023168A (en) * 2013-08-23 2015-03-05 매그나칩 반도체 유한회사 Current controlling mode DC-DC Converter
KR20160071587A (en) 2014-12-11 2016-06-22 동국대학교 산학협력단 Buck converter

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hong Ge Li et al., CMOS-Based Chaotic PWM Generator for EMI Reduction, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vo.59, Iss.4, Aug 2017* *
K.K. Tse et al., An evaluation of the spectral characteristics of switching converters with chaotic carrier-frequency modulation, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vo.50, Iss.1, Feb 2003* *
Van Ha Nguyen et al., A family of fully integrated CMOS chaos generators with strictly 1-D linear-piecewise chaos maps, Journal of Computational Electronics (2018) 17, pp.1343-1355 (2018.6.27.)* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112271922A (en) * 2020-10-15 2021-01-26 武汉工程大学 Fuzzy time delay feedback control-based Buck converter chaotic control method

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