KR20210007410A - Buck converter recycling gate charge of power transistor - Google Patents

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KR20210007410A
KR20210007410A KR1020190083836A KR20190083836A KR20210007410A KR 20210007410 A KR20210007410 A KR 20210007410A KR 1020190083836 A KR1020190083836 A KR 1020190083836A KR 20190083836 A KR20190083836 A KR 20190083836A KR 20210007410 A KR20210007410 A KR 20210007410A
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buck converter
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양병도
신현삼
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a buck converter capable of recycling a power transistor gate charge. According to the present invention, the buck converter capable of recycling a power transistor gate charge comprises: a PWM controller for alternately outputting PWM control signals SW_P and SW_N; a three-phase buffer BF_1 and a three-phase buffer BF_2; a PMOS transistor M_P and an NMOS transistor M_N; a capacitor C_(GP) and a capacitor C_(GN); a switch M_1 and a switch M_2; and a capacitor C_(OUT). According to the present invention, it is possible to dramatically improve power efficiency.

Description

파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기{BUCK CONVERTER RECYCLING GATE CHARGE OF POWER TRANSISTOR}Buck converter recycling gate charge of power transistor {BUCK CONVERTER RECYCLING GATE CHARGE OF POWER TRANSISTOR}

본 발명은 벅 변환기(buck converter)에 관한 것으로서, 구체적으로는 파워 트랜지스터(power transistor) 게이트(gate) 전하를 재활용하는 벅 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to a buck converter, and more particularly, to a buck converter that recycles charge of a power transistor gate.

도 1은 종래 기술에 따른 벅 변환기의 회로도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 벅 변환기의 타이밍도이다.1 is a circuit diagram of a buck converter according to the prior art, and FIG. 2 is a timing diagram of a buck converter according to the prior art.

도 1의 벅 변환기(buck converter)는 서로 반대로 켜지는 두 개의 파워 트랜지스터(power transistor) MP 및 MN과 충전 에너지를 저장하는 인덕터(inductor) L을 사용하여 충전 에너지를 인덕터 L에 저장하거나 부하(load) ILOAD로 에너지를 방전하는 단계를 반복하며 동작하도록 구성된다. 이때, 부하 전류 ILOAD에 따라 인덕터 전류 IL을 조정하여 입력 전압 VIN으로부터 일정한 출력 전압 VOUT을 공급하도록 구성된다.The buck converter of FIG. 1 uses two power transistors M P and M N that are turned on opposite to each other and an inductor L that stores charging energy to store charging energy in the inductor L or load (load) It is configured to operate by repeating the steps of discharging energy with I LOAD . At this time, it is configured to supply a constant output voltage V OUT from the input voltage V IN by adjusting the inductor current I L according to the load current I LOAD .

여기서, PWM 콘트롤러에서 생성된 스위치 신호 SWP와 SWN가 게이트 구동 회로(gate driver)를 통해 파워 트랜지스터 MP 및 MN에 전달된다.Here, the switch signals SW P and SW N generated by the PWM controller are transmitted to the power transistors M P and M N through a gate driver.

그런데 스위치 신호 SWP 및 SWN이 파워 트랜지스터 MP 및 MN의 게이트(gate)에 충방전되면서 게이트 전하 손실이 발생하는 문제점이 있다. 구체적으로는 하나의 파워 트랜지스터가 오프(off)되기 전에 다른 스위치가 동작되면 단락 상태가 야기되고, 단락 전류는 전류 소모를 급증시키게 된다.However, as the switch signals SW P and SW N are charged and discharged at the gates of the power transistors M P and M N , there is a problem that gate charge loss occurs. Specifically, if another switch is operated before one power transistor is turned off, a short-circuit condition is caused, and a short-circuit current rapidly increases current consumption.

이에, 도 2의 타이밍도에서와 같이 스위치 신호 SWP 및 SWN을 제어하여 양 파워 트랜지스터 MP 및 MN이 모두 꺼져있는 데드 타임(dead time)을 형성하여 단락 전류의 발생을 방지하고 있다.Accordingly, as shown in the timing diagram of FIG. 2, the switch signals SW P and SW N are controlled to form a dead time in which both power transistors M P and M N are turned off, thereby preventing the occurrence of a short-circuit current.

등록특허공보 10-1310092Registered Patent Publication 10-1310092 등록특허공보 10-1631677Registered Patent Publication 10-1631677

본 발명의 목적은 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a buck converter that recycles power transistor gate charge.

상술한 본 발명의 목적에 따른 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기는, 상호 간에 반대의 값(1 또는 0)을 갖는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 교번하여 출력하는 PWM 콘트롤러(pulse width modulation controller); 상기 PWM 콘트롤러에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 입력받아 출력하는 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2; 상기 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 게이트 GP 및 게이트 GN로 입력받는 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN; 일단이 상기 게이트 GP 및 게이트 GN에 각각 연결되고 타단이 접지에 연결되는 커패시터 CGP 및 커패시터 CGN; 일단이 상기 게이트 GP 및 게이트 GN에 각각 연결되고, 각 타단이 상호 간 연결되도록 구성되며, 상기 타단을 통해 부하(load)로 출력 전압 VOUT을 출력하는 스위치 M1 및 스위치 M2; 일단이 상기 스위치 M1 및 스위치 M2의 타단에 연결되고 타단이 접지에 연결되는 커패시터 COUT을 포함하도록 구성될 수 있다.The buck converter for recycling the power transistor gate charge according to the object of the present invention described above is a PWM controller that alternately outputs PWM control signals SW P and SW N having opposite values (1 or 0) to each other. modulation controller); A three-phase buffer BF 1 and a three-phase buffer BF 2 respectively receiving and outputting the PWM control signals SW P and SW N output from the PWM controller; PMOS transistors M P and NMOS transistors M N for receiving PWM control signals SW P and SW N output from the three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 to the gate G P and the gate G N , respectively; A capacitor C GP and a capacitor C GN each having one end connected to the gate G P and the gate G N and the other end connected to the ground; A switch M 1 and a switch M 2 having one end connected to the gate G P and the gate G N , respectively, each other end being connected to each other, and outputting an output voltage V OUT to a load through the other end; It may be configured to include a capacitor C OUT whose one end is connected to the other end of the switch M 1 and the switch M 2 and the other end is connected to the ground.

여기서, 상기 PMOS 트랜지스터 MP는, 일단이 입력 전압 VIN에 연결되고 타단이 상기 NMOS 트랜지스터 MN에 연결되며, 상기 NMOS 트랜지스터 MN는, 일단이 상기 PMOS 트랜지스터 MP에 연결되고 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.Here, the PMOS transistor M P has one end connected to the input voltage V IN and the other end connected to the NMOS transistor M N , and the NMOS transistor M N has one end connected to the PMOS transistor M P and the other end connected to the ground. It can be configured to be connected.

그리고 상기 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2는, 출력단이 하이 임피던스(high impedance) 상태의 상태 신호를 나타내는 단자 CRP 및 CRN을 각각 구비하고, 상기 단자 CRP 및 CRN은, 상기 스위치 M1 및 스위치 M2의 각 게이트 단자와 각각 연결되도록 구성될 수 있다.In addition, the three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 each have terminals CR P and CR N indicating a state signal of a high impedance state at an output terminal, and the terminals CR P and CR N are the It may be configured to be connected to each gate terminal of the switch M 1 and the switch M 2 , respectively.

한편, 상기 PWM 제어 신호 SWP가 1에서 0으로 변경될 때 상기 단자 CRP가 0이 되면서 상기 3상 버퍼 BF1이 하이 임피던스(high impedance) 상태로 되도록 구성되며, 상기 단자 CRP의 0이 상기 스위치 M1의 게이트로 입력되면서 스위치 M1이 턴온(turn-on)되도록 구성될 수 있다.Meanwhile, when the PWM control signal SW P is changed from 1 to 0, the terminal CR P becomes 0, and the three-phase buffer BF 1 is configured to be in a high impedance state, and the 0 of the terminal CR P is The switch M 1 may be configured to be turned on while being input to the gate of the switch M 1 .

이때, 상기 PMOS 트랜지스터 MP의 게이트 GP의 신호가 1에서 0으로 변경되면, 상기 커패시터 CGP에 충전되어 있는 전하가 상기 PMOS 트랜지스터 MP에 연결된 3상 버퍼 BF1과 상기 턴온(turn-on)된 스위치 M1을 통해 커패시터 COUT을 충전하도록 구성될 수 있다.At this time, when the signal of the gate G P of the PMOS transistor M P changes from 1 to 0, the charge charged in the capacitor C GP is transferred to the three-phase buffer BF 1 connected to the PMOS transistor M P and the turn-on. ) Can be configured to charge the capacitor C OUT through the switched M 1 .

그리고 상기 PWM 제어 신호 SWN이 0에서 1로 변경될 때 상기 단자 CRN이 0이 되면서 상기 3상 버퍼 BF2가 하이 임피던스(high impedance) 상태로 되도록 구성되며, 상기 단자 CRN의 0이 상기 스위치 M2의 게이트로 입력되면서 스위치 M2가 턴온(turn-on)되도록 구성될 수 있다.And when the PWM control signal SW N is changed from 0 to 1, the terminal CR N becomes 0 and the three-phase buffer BF 2 is configured to be in a high impedance state, and the 0 of the terminal CR N is The switch M 2 may be configured to be turned on while being input to the gate of the switch M 2 .

여기서, 상기 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GN의 신호가 0에서 1로 변경되면, 상기 커패시터 COUT에 충전된 전하가 상기 NMOS 트랜지스터 MN에 연결된 3상 버퍼 BF2와 스위치 M2를 통해 상기 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GN으로 전달하여 전하를 재활용하도록 구성될 수 있다.Here, when the signal of the gate G N of the NMOS transistor M N changes from 0 to 1, the charge charged in the capacitor C OUT is transferred to the NMOS through a three-phase buffer BF 2 and a switch M 2 connected to the NMOS transistor M N. by passing the gate G of the transistor M N N it may be configured to recycle the charge.

상술한 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기에 의하면, PMOS 트랜지스터의 게이트에서 손실되는 전하를 PMOS 트랜지스터의 게이트에 연결된 커패시터에 저장한 후 NMOS 트랜지스터의 게이트에 연결된 커패시터에서 재활용하도록 구성됨으로써, 게이트 전하 손실을 방지하고 기존 벅 변환기의 전력 효율을 획기적으로 향상시키는 효과가 있다.According to the buck converter that recycles the gate charge of the power transistor described above, the charge lost from the gate of the PMOS transistor is stored in the capacitor connected to the gate of the PMOS transistor and then recycled in the capacitor connected to the gate of the NMOS transistor. And dramatically improve the power efficiency of the existing buck converter.

도 1은 종래 기술에 따른 벅 변환기의 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 벅 변환기의 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기의 타이밍도이다.
1 is a circuit diagram of a buck converter according to the prior art.
2 is a timing diagram of a buck converter according to the prior art.
3 is a circuit diagram of a buck converter recycling power transistor gate charge according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram of a buck converter recycling power transistor gate charges according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and will be described in detail in specific details for carrying out the invention. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기의 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기의 타이밍도이다.3 is a circuit diagram of a buck converter recycling power transistor gate charges according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a timing diagram of a buck converter recycling power transistor gate charges according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기는 PWM 콘트롤러(pulse width modulation controller), 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2를 각각 구비하는 게이트 드라이버(gate driver) 1 및 게이트 드라이버 2, PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN, 커패시터 CGP 및 커패시터 CGN, 스위치 M1 및 스위치 M2, 커패시터 COUT을 포함하도록 구성될 수 있다.First, referring to FIG. 3, a buck converter for recycling the power transistor gate charge according to an embodiment of the present invention includes a pulse width modulation controller, a three-phase buffer BF 1, and a three-phase buffer BF 2 , respectively. It may be configured to include a gate driver 1 and a gate driver 2, a PMOS transistor M P and an NMOS transistor M N , a capacitor C GP and a capacitor C GN , a switch M 1 and a switch M 2 , and a capacitor C OUT .

파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기는 기존의 벅 변환기와 대비하여 볼 때 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 각 게이트 단자에 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2를 더 구비하고, PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 출력단에 스위치 M1 및 스위치 M2이 추가되도록 구성된다.In contrast to the conventional buck converter, the buck converter that recycles the power transistor gate charge further includes a three-phase buffer BF 1 and a three-phase buffer BF 2 at each gate terminal of the PMOS transistor M P and NMOS transistor M N. A switch M 1 and a switch M 2 are added to the output of the transistor M P and the NMOS transistor M N.

그리고 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 각 게이트 단자에 커패시터 CGP 및 커패시터 CGN이 더 구비된다.In addition, a capacitor C GP and a capacitor C GN are further provided at each gate terminal of the PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N.

이 구성들에 의해 PMOS 트랜지스터의 게이트에서 손실되는 전하를 NMOS 트랜지스터의 게이트에서 재활용하도록 구성된다.These configurations are configured to recycle the charge lost in the gate of the PMOS transistor in the gate of the NMOS transistor.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration will be described.

PWM 콘트롤러는 상호 간에 반대의 값(1 또는 0)을 갖는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 번갈아 가면서 게이트 구동회로 1 및 게이트 구동회로 2로 각각 출력하도록 구성될 수 있다.The PWM controller may be configured to output to the gate driving circuit 1 and the gate driving circuit 2 respectively alternately the PWM control signals SW P and SW N having mutually opposite values (1 or 0).

게이트 구동회로 1 및 게이트 구동회로 2는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 수신하여 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 각각의 게이트 단자로 입력하도록 구성될 수 있다.The gate driving circuit 1 and the gate driving circuit 2 may be configured to receive PWM control signals SW P and SW N and input them to respective gate terminals of the PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N.

여기서, 게이트 구동회로 1 및 게이트 구동회로 2는 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2을 포함하도록 구성될 수 있다.Here, the gate driving circuit 1 and the gate driving circuit 2 may be configured to include a three-phase buffer BF 1 and a three-phase buffer BF 2 .

3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2는 3개의 단자를 구비하며 각 3상 버퍼의 단자 CRP 및 CRN의 값이 1이면 일반적인 버퍼링을 수행하나 단자 CRP 및 CRN의 값이 0이면 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2를 하이 임피던스(high impedance) 상태가 되어 오프(off) 상태로 된다.The three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 have three terminals, and if the values of terminals CR P and CR N of each three-phase buffer are 1, normal buffering is performed, but if the values of terminals CR P and CR N are 0 The three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 are in a high impedance state and are turned off.

PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN은 파워 트랜지스터로서 온/오프(on/off) 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.The PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N may be configured to perform an on/off operation as a power transistor.

PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN은 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 게이트 GP 및 게이트 GN로 입력받도록 구성될 수 있다.The PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N may be configured to receive PWM control signals SW P and SW N output from the three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 to the gate G P and the gate G N , respectively.

여기서, PMOS 트랜지스터 MP는 그 일단이 입력 전압 VIN에 연결되고 타단이 NMOS 트랜지스터 MN에 연결되도록 구성될 수 있다.Here, the PMOS transistor M P may be configured such that one end is connected to the input voltage V IN and the other end is connected to the NMOS transistor M N.

그리고 NMOS 트랜지스터 MN은 그 일단이 PMOS 트랜지스터 MP의 타단에 연결되고 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.In addition, the NMOS transistor M N may be configured such that one end is connected to the other end of the PMOS transistor M P and the other end is connected to the ground.

커패시터 CGP 및 커패시터 CGN은 각각의 일단이 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트에 각각 연결되도록 구성되며, 각 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.The capacitor C GP and the capacitor C GN are configured such that one end of each is connected to the gates of the PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N , respectively, and each other end may be configured to be connected to the ground.

스위치 M1 및 스위치 M2는 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN과 출력단의 VOUT의 사이에 구비될 수 있다.The switch M 1 and the switch M 2 may be provided between the PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N and V OUT of the output terminal.

스위치 M1 및 스위치 M2는 각 일단이 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GP 및 게이트 GN에 각각 연결되고, 각 타단이 스위치 M1 및 스위치 M2 상호 간 연결되도록 구성될 수 있다. 그리고 스위치 M1 및 스위치 M2의 각 타단에서 출력 전압 VOUT이 출력되며 부하(load)에 연결되도록 구성될 수 있다.Switch M 1 and switch M 2 have one end connected to the gate G P and gate G N of the PMOS transistor M P and NMOS transistor M N , respectively, and the other end of the switch M 1 and switch M 2 It can be configured to be interconnected. In addition, the output voltage V OUT is output at each other end of the switch M 1 and the switch M 2 and can be configured to be connected to a load.

스위치 M1 및 스위치 M2의 각 게이트는 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2의 단자 CRP 및 CRN과 각각 연결되도록 구성될 수 있다.Each gate of the switch M 1 and the switch M 2 may be configured to be connected to terminals CR P and CR N of the three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 , respectively.

커패시터 COUT은 출력 전압 VOUT이 출력되는 스위치 M1 및 스위치 M2의 각 타단과 접지 간에 구비될 수 있다.The capacitor C OUT may be provided between the other ends of the switch M 1 and the switch M 2 from which the output voltage V OUT is output and the ground.

그리고 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN의 연결단과 스위치 M1 및 스위치 M2의 연결단 사이에는 인덕터(inductor) L이 구비될 수 있다.In addition, an inductor L may be provided between the connection terminal of the PMOS transistor M P and the NMOS transistor M N and the connection terminal of the switch M 1 and the switch M 2 .

이하, 벅 컨버터의 동작에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the buck converter will be described in more detail.

먼저 PWM 콘트롤러에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWP가 1에서 0으로 변경될 때 단자 CRP가 0이 되면서 3상 버퍼 BF1이 하이 임피던스 상태로 된다.First, when the PWM control signal SW P output from the PWM controller changes from 1 to 0, the terminal CR P becomes 0, and the 3-phase buffer BF 1 becomes high impedance.

이때, 3상 버퍼 BF1이 하이 임피던스 상태에서 3상 버퍼 단자 BF1이 오프(off)되고, CRP의 0이 스위치 M1의 게이트로 입력되면서 스위치 M1이 턴온(turn-on)된다.At this time, 3-phase buffers BF 1 is a three-phase buffer terminal BF 1 is off (off) from a high-impedance state, the switch M 1 is turned on (turn-on) while the 0 CR P input to the gate of the switch M 1.

그리고 PMOS 트랜지스터 MP의 게이트 GP의 신호가 1에서 0으로 변경되면, 커패시터 CGP에 기 충전되어 있는 전하가 PMOS 트랜지스터 MP에 연결된 3상 버퍼 BF1과 턴온된 스위치 M1을 통해 커패시터 COUT을 충전하도록 구성될 수 있다.And when the signal of the gate G P of the PMOS transistor M P changes from 1 to 0, the charge already charged in the capacitor C GP is transferred to the capacitor C through the three-phase buffer BF 1 connected to the PMOS transistor M P and the turned-on switch M 1 Can be configured to charge OUT .

위 동작을 통해 커패시터 COUT의 충전 동작이 완료된다.Through the above operation, the charging operation of capacitor C OUT is completed.

한편, PWM 콘트롤러에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWN이 0에서 1로 변경될 때 단자 CRN이 0이 되면서 3상 버퍼 BF2가 하이 임피던스 상태로 된다.On the other hand, when the PWM control signal SW N output from the PWM controller is changed from 0 to 1, the terminal CR N becomes 0 and the 3-phase buffer BF 2 is in a high impedance state.

이때, 단자 CRN의 0이 스위치 M2의 게이트로 입력되면서 스위치 M2가 턴온(turn-on)된다.At this time, the terminal switch M 2 is turned on (turn-on) while the CR 0 N is input to the gate of the switch M 2.

그리고 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GN의 신호가 0에서 1로 변경되면, 앞서 커패시터 COUT에 충전된 전하가 NMOS 트랜지스터 MN에 연결된 3상 버퍼 BF2와 스위치 M2를 통해 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GN으로 전달된다.And when the signal of the gate G N of the NMOS transistor M N changes from 0 to 1, the charge previously charged in the capacitor C OUT is transferred to the NMOS transistor M N through the three-phase buffer BF 2 and the switch M 2 connected to the NMOS transistor M N. It is passed to the gate G N.

즉, PMOS 트랜지스터 MP의 동작시에 게이트 CGP에서 손실된 전하가 커패시터 COUT에 충전되며, 커패시터 COUT에 충전된 전하는 NMOS 트랜지스터 MN의 동작시에 게이트로 입력되어 재활용된다.That is, PMOS transistors M P in the operation of the charge loss in the gate GP C and charged in the capacitor C OUT, is recycled is input to a gate at the time of operation of the NMOS transistor M N charges charged in the capacitor C OUT.

이에, 전하의 게이트 손실을 최대한 줄이고 이를 재활용까지 하면서 일거양득의 효과를 가질 수 있다.Accordingly, it is possible to reduce the gate loss of charge as much as possible, and to recycle it, thereby having an effect of one move.

이러한 전하의 재활용은 PWM 제어 신호의 듀티비(duty ratio)에는 영향을 주지 않기 위해 데드 타임(dead time) 내에서만 동작시키는 것이 바람직하다.Recycling of such charge is preferably operated only within a dead time so as not to affect the duty ratio of the PWM control signal.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art can understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. There will be.

Claims (7)

상호 간에 반대의 값(1 또는 0)을 갖는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 교번하여 출력하는 PWM 콘트롤러(pulse width modulation controller);
상기 PWM 콘트롤러에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 입력받아 출력하는 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2;
상기 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2에서 출력되는 PWM 제어 신호 SWP 및 SWN을 각각 게이트 GP 및 게이트 GN로 입력받는 PMOS 트랜지스터 MP 및 NMOS 트랜지스터 MN;
일단이 상기 게이트 GP 및 게이트 GN에 각각 연결되고 타단이 접지에 연결되는 커패시터 CGP 및 커패시터 CGN;
일단이 상기 게이트 GP 및 게이트 GN에 각각 연결되고, 각 타단이 상호 간 연결되도록 구성되며, 상기 타단을 통해 부하(load)로 출력 전압 VOUT을 출력하는 스위치 M1 및 스위치 M2;
일단이 상기 스위치 M1 및 스위치 M2의 타단에 연결되고 타단이 접지에 연결되는 커패시터 COUT을 포함하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
A PWM controller (pulse width modulation controller) for alternately outputting PWM control signals SW P and SW N having opposite values (1 or 0) to each other;
A three-phase buffer BF 1 and a three-phase buffer BF 2 respectively receiving and outputting the PWM control signals SW P and SW N output from the PWM controller;
PMOS transistors M P and NMOS transistors M N for receiving PWM control signals SW P and SW N output from the three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 to the gate G P and the gate G N , respectively;
A capacitor C GP and a capacitor C GN each having one end connected to the gate G P and the gate G N and the other end connected to the ground;
A switch M 1 and a switch M 2 having one end connected to the gate G P and the gate G N , respectively, each other end being connected to each other, and outputting an output voltage V OUT to a load through the other end;
A buck converter for recycling a power transistor gate charge comprising a capacitor C OUT whose one end is connected to the other end of the switch M 1 and the switch M 2 and the other end is connected to the ground.
제1항에 있어서,
상기 PMOS 트랜지스터 MP는,
일단이 입력 전압 VIN에 연결되고 타단이 상기 NMOS 트랜지스터 MN에 연결되며,
상기 NMOS 트랜지스터 MN는,
일단이 상기 PMOS 트랜지스터 MP에 연결되고 타단이 접지에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
The method of claim 1,
The PMOS transistor M P is,
One end is connected to the input voltage V IN and the other end is connected to the NMOS transistor M N ,
The NMOS transistor M N is,
A power transistor gate charge recycling buck converter, characterized in that one end is connected to the PMOS transistor M P and the other end is configured to be connected to the ground.
제2항에 있어서,
상기 3상 버퍼 BF1 및 3상 버퍼 BF2는,
출력단이 하이 임피던스(high impedance) 상태의 상태 신호를 나타내는 단자 CRP 및 CRN을 각각 구비하고,
상기 단자 CRP 및 CRN은,
상기 스위치 M1 및 스위치 M2의 각 게이트 단자와 각각 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
The method of claim 2,
The three-phase buffer BF 1 and the three-phase buffer BF 2 ,
The output terminal is provided with terminals CR P and CR N respectively representing a state signal in a high impedance state,
The terminals CR P and CR N are,
The buck converter for recycling the power transistor gate charge, characterized in that configured to be connected to each of the gate terminals of the switch M 1 and the switch M 2 , respectively.
제3항에 있어서,
상기 PWM 제어 신호 SWP가 1에서 0으로 변경될 때 상기 단자 CRP가 0이 되면서 상기 3상 버퍼 BF1이 하이 임피던스(high impedance) 상태로 되도록 구성되며, 상기 단자 CRP의 0이 상기 스위치 M1의 게이트로 입력되면서 스위치 M1이 턴온(turn-on)되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
The method of claim 3,
When the PWM control signal SW P is changed from 1 to 0, the terminal CR P becomes 0, and the three-phase buffer BF 1 is configured to be in a high impedance state, and 0 of the terminal CR P is the switch. a buck converter to charge recycle power transistor gate being configured such that the switch M 1 turns on (turn-on) as input to the gate of M 1.
제4항에 있어서,
상기 PMOS 트랜지스터 MP의 게이트 GP의 신호가 1에서 0으로 변경되면, 상기 커패시터 CGP에 충전되어 있는 전하가 상기 PMOS 트랜지스터 MP에 연결된 3상 버퍼 BF1과 상기 턴온(turn-on)된 스위치 M1을 통해 커패시터 COUT을 충전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
The method of claim 4,
When the signal of the gate G P of the PMOS transistor M P changes from 1 to 0, the charge charged in the capacitor C GP is turned on with the three-phase buffer BF 1 connected to the PMOS transistor M P. A power transistor gate charge recycling buck converter configured to charge capacitor C OUT through switch M 1 .
제5항에 있어서,
상기 PWM 제어 신호 SWN이 0에서 1로 변경될 때 상기 단자 CRN이 0이 되면서 상기 3상 버퍼 BF2가 하이 임피던스(high impedance) 상태로 되도록 구성되며, 상기 단자 CRN의 0이 상기 스위치 M2의 게이트로 입력되면서 스위치 M2가 턴온(turn-on)되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
The method of claim 5,
When the PWM control signal SW N is changed from 0 to 1, the terminal CR N becomes 0, and the three-phase buffer BF 2 is configured to be in a high impedance state, and 0 of the terminal CR N is the switch. a buck converter to charge recycle power transistor gate being configured such that the switch M 2 turns on (turn-on) as input to the gate of M 2.
제6항에 있어서,
상기 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GN의 신호가 0에서 1로 변경되면, 상기 커패시터 COUT에 충전된 전하가 상기 NMOS 트랜지스터 MN에 연결된 3상 버퍼 BF2와 스위치 M2를 통해 상기 NMOS 트랜지스터 MN의 게이트 GN으로 전달하여 전하를 재활용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 트랜지스터 게이트 전하를 재활용하는 벅 변환기.
The method of claim 6,
When the signal of the gate G N of the NMOS transistor M N changes from 0 to 1, the charge charged in the capacitor C OUT is transferred to the NMOS transistor M through a three-phase buffer BF 2 and a switch M 2 connected to the NMOS transistor M N. by passing the gate G of the N N buck converter to charge recycle power transistor gate being configured so as to recycle the charge.
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