KR20220090922A - Cot 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Cot 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220090922A
KR20220090922A KR1020200181926A KR20200181926A KR20220090922A KR 20220090922 A KR20220090922 A KR 20220090922A KR 1020200181926 A KR1020200181926 A KR 1020200181926A KR 20200181926 A KR20200181926 A KR 20200181926A KR 20220090922 A KR20220090922 A KR 20220090922A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
time
terminal
signal
state
Prior art date
Application number
KR1020200181926A
Other languages
English (en)
Inventor
임지수
김학윤
김주권
초대열
Original Assignee
주식회사 지니틱스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 지니틱스 filed Critical 주식회사 지니틱스
Priority to KR1020200181926A priority Critical patent/KR20220090922A/ko
Publication of KR20220090922A publication Critical patent/KR20220090922A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0041—Control circuits in which a clock signal is selectively enabled or disabled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

램프신호를 생성하는 보상회로, DC-DC 컨버터의 출력전압에 비례하는 검출전압과 상기 램프신호를 비교한 결과를 나타내는 비교신호를 생성하는 비교기, 비교신호를 기초로 PWM 신호를 생성하는 PWM 제어부, 및 PWM 신호에 의해 제어되어 상기 출력전압을 생성하는 스위칭부를 포함하며, 상기 보상회로는 상기 램프신호가 시간에 따라 증감을 반복하도록 상기 램프신호의 파형을 제어하도록 되어 있는 DC-DC 컨버터를 공개한다.

Description

COT 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치{Method for compensating ripple of Constant ON-Time buck converter and a device for the same}
본 발명은 COT DC-DC 벅-컨버터 내부의 리플 생성기에 관한 것이다.
벅-컨버터는(Buck converter)는 그 출력전압(VOUT)이 그 입력전압(VIN) 보다 작고, 인덕터를 기반으로 하는 스위칭 타입(switching type)의 DC-DC 컨버터이다.
COT(Constant ON-Time) PWM DC-DC 컨버터는 PWM 온-타임(ON time)을 고정하고 오프-타임(OFF time)이 부하(load)에 따라 가변하는 DC-DC 컨버터이다.
도 1은 일반적인 COT PWM DC-DC 컨버터의 구성을 나타낸 다이어그램이다.
상기 COT PWM DC-DC 컨버터(1)에서, VIN(101)은 입력전압을 나타내고, VOUT(102)은 출력전압을 나타내며, 그리고 RESR(113)은 커패시터 기생저항을 나타낸다.
상기 COT PWM DC-DC 컨버터(1)은 인덕터(L)(111), 커패시터(C)(112), 제1출력전압 센싱저항(RFB1)(114), 제2출력전압 센싱저항(RFB2)(115), PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116), NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117), 기준전압 생성회로(VREF GEN)(118), 보상회로(RAMP GEN)(300), 비교기(120), PWM 제어부(130), 구동부(DRIVER)(140), 및 DMD(Discontinuous mode detector, 불연속 모드 검출부)(150)을 포함할 수 있다.
상기 PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116) 및 상기 NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)을 통합하여 스위칭부라고 지칭할 수 있다.
상기 기준전압 생성회로(VREF GEN)(118)는 목표 출력 전압 생성을 위한 기준전압(VREF)(40)을 생성할 수 있다.
상기 보상회로(RAMP GEN)(300)은 COT 방식의 DC-DC 컨버터에서 발생할 수 있는 서브하모닉 오실레이션(sub-harmonic oscillation)을 방지하기 위한 램프신호(RAMP)(30)를 생성할 수 있다.
상기 비교기(120)는, 출력전압(VOUT)을 제어하기 위해 출력전압(VOUT)과 기준전압 그리고 램프신호(RAMP)(30)를 서로 비교하여 비교신호(COMP)(20)를 발생할 수 있다.
상기 PWM 제어부(130)는, 비교기(120)의 출력인 비교신호(COMP)(20)가 "H"인 경우, 즉 출력전압(VOUT)이 목표전압에 비하여 작은 경우에는 일정한 온-타임(ON time)을 생성하고, 인덕터(111)의 프리휠링(freewheeling)을 위한 최소 오프-타임(OFF time)을 생성할 수 있다. 상기 PWM 제어부(130)가 출력하는 PWM 신호(PWM)(10)는 상기 온-타임과 상기 오프-타임에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서에서 "H"는 로지컬 하이상태를 나타내고, "L"은 로지컬 로우상태를 나타낸다.
상기 구동부(140)는, 상기 PWM 제어부(130)가 출력한 PWM 신호(PWM)(10)이 "H"인 경우 제1게이트신호(PD)(71)를 "L"로 설정하여 PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116)를 온-상태로 만들고, 제2게이트신호(ND)(72)는 "L"로 설정하여 NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)를 오프-상태로 만든다. 이때, 인덕터 전류(IL)(90)는 입력전압(VIN)(101)이 인가되는 입력단자, PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116), 인덕터(L)(111), 및 출력전압(VOUT)이 제공되는 출력단자를 순차적으로 거쳐 흐르게 된다. 이때, 상기 인덕터 전류(IL)(90)의 값은 IL = (VIN-VOUT)*TON/L)로 주어진다. 상기 TON은 PWM 신호(PWM)(10)이 "H"값을 갖는 시구간의 길이를 나타낸다.
또한, 상기 구동부(140)는, 상기 PWM 제어부(130)가 출력한 PWM 신호(PWM)(10)이 "L"인 경우 제1게이트신호(PD)를 "H"로 설정하여 PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116)를 오프-상태로 만들고, 제2게이트신호(ND)는 "H"로 설정하여 NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)를 온-상태로 만든다. 이때, 인덕터 전류(IL)(90)은 기준전위를 갖는 접지부, NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117), 인덕터(L)(111), 및 출력전압(VOUT)이 제공되는 출력단자를 순차적으로 거쳐 흐르게 된다. 이때, 상기 인덕터 전류(IL)(90)의 값은 (IL = -VOUT*TOFF/L)로 주어진다. 상기 TOFF은 PWM 신호(PWM)(10)이 "L"값을 갖는 시구간의 길이를 나타낸다.
상기 DMD(117)는 상기 PWM 신호(PWM)(10)가 "L"일 때에, NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)에 흐르는 전류의 방향이 바뀌는 회로, 전류의 방향이 바뀌면 ZCD가 "H"가 되고 이때 NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)을 오프-상태로 전환하여 효율 감소를 방지하는 기능을 수행한다.
COT PWM DC-DC 컨버터는 다음과 같은 장점을 갖는다. 첫째, 고정주파수 전압모드(fixed frequency voltage mode) 또는 고정주파수 전류모드(fixed frequency current mode)에서 필요한 루프보상이 필요하지 않기 때문에 설계가 용이하다. 둘째, 전압 제어를 위한 에러 앰프가 필요하지 않아 부하의 변화에 따른 과도 응답시간이 빠르다. 그리고 셋째, 중부하(heavy load)에서는 PWM 모드로 그리고 경부하(light load)에서는 PFM 모드로 부하에 따라 자연스럽게 모드가 바뀐다.
그러나 COT PWM DC-DC 컨버터는 다음과 같은 단점도 갖는다. 첫째, 입력전압과 부하에 따라 스위칭 주파수가 변하며, 경부하에서 스위칭 주파수가 오디오 밴드에 들어오면 소음이 발생한다. 둘째, 이 장치로 안정적으로 동작하기 위해서는 어느 정도의 출력전압의 리플(ripple)이 필요하다. ESR(effective series resistor) 저항이 작은 커패시터(예컨대 세라믹 커패시터)에서는 출력 리플이 작아서 작은 노이즈에 대해서도 비교기(comparator)의 값이 바뀔 수 있어 인덕터 전류의 불안정을 일으킬 수 있다(sub-harmonic oscillation). 통상적으로 ESR 저항이 작은 커패시터에서도 동작할 수 있게 하기 위해서는 내부에 인위적인 리플 발생수단이 필요하다.
본 발명에서는 출력전압의 리플이 충분하지 않은 COT PWM DC-DC 컨버터를 안정적으로 동작시키기 위한 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따른 일정한 온-타임을 갖는 PWM 신호를 이용하는 DC-DC 컨버터를 제공할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터는 램프신호(30)를 생성하는 보상회로(300); 상기 DC-DC 컨버터(1)의 출력전압(102)에 비례하는 검출전압(60)과 상기 램프신호(30)를 비교한 결과를 나타내는 비교신호(20)를 생성하는 비교기(120); 상기 비교신호(20)를 기초로 PWM 신호(10)를 생성하는 PWM 제어부(130); 및 상기 PWM 신호(10)에 의해 제어되어 상기 출력전압(102)을 생성하는 스위칭부(116, 117);를 포함하며, 상기 보상회로(300)는, 상기 램프신호(30)가 시간에 따라 증감을 반복하도록 상기 램프신호(30)의 파형을 제어하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 비교신호(20)의 상승에지에서 상기 PWM 신호(10)의 로지컬 하이상태가 시작되고, 상기 PWM 신호(10)의 로지컬 하이상태의 유지시간은 상기 일정한 온-타임을 갖도록 고정되어 있고, 상기 PWM 신호(10)의 로지컬 로우상태의 유지시간은 상기 DC-DC 컨버터의 부하에 따라 변화하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 보상회로(300)는, 제1전류원(310); 제2전류원(320); 커패시터(330); 제1스위치(341); 제2스위치(342); 제3스위치(343); 및 연산증폭기(350)를 포함하며, 상기 제1전류원(310)은 상기 DC-DC 컨버터(1)의 입력전압(101)에서 상기 출력전압(102)을 뺀 값에 비례하는 전류를 제공하도록 되어 있고, 상기 제2전류원(320)은 상기 출력전압(102)에 비례하는 전류를 제공하도록 되어 있으며, 상기 제1전류원(310)의 소스단자는 소정의 기준전압(40)에 연결되어 있고, 상기 제1전류원(310)의 드레인단자는 상기 제1스위치(341)의 일 단자에 연결되어 있고, 상기 제2전류원(320)의 드레인단자는 상기 연산증폭기(350)의 출력단자에 연결되어 있고, 상기 제2전류원(320)의 소스단자는 상기 제2스위치(342)의 일 단자에 연결되어 있고, 상기 제1스위치(341)의 타 단자는 상기 제2스위치(342)의 타 단자에 연결되어 있고, 상기 연산증폭기(350)의 반전 입력단자는 상기 연산증폭기(350)의 상기 출력단자에 연결되어 있고, 상기 연산증폭기(350)의 비반전 입력단자에는 소정의 베이스 기준전압(VREF1)이 인가되어 있고, 상기 제3스위치(343)의 일 단자는 기준전압(40)에 연결되어 있고, 상기 제3스위치(343)의 타 단자는 상기 제1스위치(341)의 타 단자에 연결되어 있고, 상기 커패시터(330)는 상기 제3스위치(343)의 타 단자와 기준전위 사이에 연결되어 있고, 그리고 상기 제3스위치(343)의 상기 타 단자의 전압이 상기 램프신호(30)서 제공될 수 있다.
이때, 상기 베이스 기준전압(VREF1)을 조절하여 상기 램프신호(30)의 최소값을 제어하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 램프신호(30)의 최대값을 기준으로 한 위상과 상기 검출전압(60)의 최대값을 기준으로 한 위상은 서로 소정의 값 이상의 차이를 가질 수 있다.
이때, 제1시구간(A)에서, 상기 제3스위치(343)가 온-상태를 유지하고, 상기 제2스위치(342)가 오프-상태를 유지하고, 상기 제1스위치(341)가 오프-상태를 유지하도록 되어 있고, 제2시구간(B)에서, 상기 제3스위치(343)가 오프-상태를 유지하고, 상기 제2스위치(342)가 온-상태를 유지하고, 상기 제1스위치(341)가 오프-상태를 유지하도록 되어 있고, 제3시구간(C)에서, 상기 제3스위치(343)가 오프-상태를 유지하고, 상기 제2스위치(342)가 오프-상태를 유지하고, 상기 제1스위치(341)가 온-상태를 유지하도록 되어 있고, 상기 제1시구간(A)은, 상기 PWM 신호(10)의 상승 에지로부터 시작하여 소정의 시간 후에 종료되는 시구간이고, 상기 제2시구간(B)은, 상기 PWM 신호(10)가 로지컬 하이상태를 유지하는 시구간 중에서 상기 제1시구간(A)을 제외한 시구간이고, 상기 제3시구간(C)은, 상기 PWM 신호(10)가 로지컬 로우상태를 유지하는 시구간일 수 있다.
이때, 상기 제1전류원(310) 또는 상기 제2전류원(320)이 제공하는 전류값을 변화시킴으로써 상기 램프신호(30)의 시간에 따른 기울기를 조절하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 검출전압(60)이 시간에 따라 상승하는 시구간 중 적어도 일부의 구간(88)에서 상기 램프신호(30)는 시간에 따라 하강하도록 되어 있고, 상기 검출전압(60)이 시간에 따라 하강하는 시구간 중 적어도 일부의 구간(89)에서 상기 램프신호(30)는 시간에 따라 상승하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 PWM 신호(10)의 로지컬 하이상태가 시작된 시점으로부터 미리 결정된 제1시간 동안 상기 램프신호(30)가 소정의 기준전압(40)을 유지하도록 되어 있고, 그 이후, 상기 PWM 신호(10)의 후속하는 로지컬 하이상태가 시작되는 시점까지 상기 램프신호(30)의 값이 감소하다가 다시 증가하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 램프신호(30)의 변화패턴이 상기 PWM 신호(10)의 변화패턴에 동기화 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따라 상기 DC-DC 컨버터를 포함하는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 출력전압의 리플이 충분하지 않은 COT PWM DC-DC 컨버터를 안정적으로 동작시키기 위한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 COT PWM DC-DC 컨버터의 구성을 나타낸 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 보상회로의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 제시한 상기 보상회로(300)의 동작방식을 설명하는 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 상기 COT PWM DC-DC 컨버터의 동작원리를 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 보상회로의 구조를 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 보상회로(300)는 도 1에 나타낸 보상회로일 수 있다.
상기 보상회로(300)은 상기 기준전압 생성회로(VREF GEN)(118)가 생성한 기준전압(VREF)(40)을 입력받을 수 있다.
상기 보상회로(300)은 제1전류원(I1)(310), 제2전류원(I2)(320), 커패시터(CT)(330), 제1스위치(341), 제2스위치(342), 제3스위치(343), 및 연산증폭기(AMP)(350)를 포함할 수 있다.
상기 제1전류원(I1)(310)은 입력전압(VIN)에서 출력전압(VOUT)을 뺀 값에 비례하는 전류를 제공하도록 되어 있다.
상기 제2전류원(I2)(320)은 출력전압(VOUT)에 비례하는 전류를 제공하도록 되어 있다.
상기 제1스위치(341), 상기 제2스위치(342), 및 상기 제3스위치(343)는 상기 보상회로(300)이 출력하는 램프신호(RAMP)(30) 생성을 위한 ON/OFF 스위치이다.
상기 커패시터(CT)(330)는 전류 충방전을 통해 상기 램프신호(RAMP)(30)을 생성하기 위한 커패시터이다.
상기 연산증폭기(AMP)(350)는 상기 램프신호(RAMP)(30)의 최소값을 제어하기 위한 연산증폭기이다. 상기 연산증폭기(AMP)(350)의 비반전입력 단자에 인가되는 베이스 기준전압(VREF1)을 가변하여 상기 램프신호(RAMP)(30)의 최소값을 조절할 수 있다.
상기 보상회로(300)에 따르면, 상기 보상회로(300)이 출력하는 램프신호(RAMP)(30)는 상기 PWM 제어부(130)가 출력하는 PWM 신호(PWM)(10)에 동기화 될 수 있다.
상기 제1전류원(I1)(310)의 양 단자는 각각 상기 기준전압(VREF)(40)과 상기 제1스위치(341)의 일 단자에 연결되어 있다.
상기 제2전류원(I2)(320)의 양 단자는 각각 상기 연산증폭기(AMP)(350)의 출력단자 및 상기 제2스위치(342)의 일 단자에 연결되어 있다.
상기 제1스위치(341)의 타 단자는 상기 제2스위치(342)의 타 단자에 연결되어 있다.
상기 연산증폭기(AMP)(350)의 반전 입력단자는 상기 연산증폭기(AMP)(350)의 출력단자에 연결되어 있다.
상기 연산증폭기(AMP)(350)의 비반전 입력단자에는 상기 베이즈 기준전압(VREF1)이 인가될 수 있다.
상기 제3스위치(343)의 일 단자는 상기 기준전압(VREF)(40)에 연결되어 있고, 타 단자는 상기 제1스위치(341)의 타 단자에 연결되어 있을 수 있다.
상기 커패시터(330)는 상기 제3스위치(343)의 타 단자와 기준전위 사이에 연결되어 있을 수 있다.
상기 제3스위치(343)의 상기 타 단자의 전압이 상기 램프신호(RAMP)(30)로 정의될 수 있다.
도 3은 도 2에 제시한 상기 보상회로(300)의 동작방식을 설명하는 타이밍도이다.
도 3에는 상기 보상회로(300)에 입력되는 상기 PWM 신호(PWM)(10), 상기 제1스위치(341)의 상태를 제어하는 제1스위치 제어신호(PT_SW1)(371), 상기 제2스위치(342)의 상태를 제어하는 제2스위치 제어신호(PT_SW2)(372), 상기 제3스위치(343)의 상태를 제어하는 제3스위치 제어신호(PT_SW3)(373), 상기 보상회로(300)이 출력하는 상기 램프신호(RAMP)(30)의 시간에 따른 변화를 나타내는 타이밍도가 제시되어 있다.
상기 제1스위치 제어신호(PT_SW1)(371), 상기 제2스위치 제어신호(PT_SW2)(372), 및 상기 제3스위치 제어신호(PT_SW3)(373)의 생성은 상기 보상회로(300)에 의해 이루어질 수 있다.
상기 비교기(120)가 출력하는 비교신호(COMP)(20)이 "H"이면, 상기 PWM 신호(10)가 "H"인 시구간(TON)은 ON TIME GEN 블록(131)에서 일정하게 생성될 수 있다.
도 3에 나타낸 시구간(A)은 상기 PWM 신호(PWM)(10)이 "H" 상태를 유지하는 시구간(TON) 중에서 상기 PWM 신호(PWM)(10)의 상승 에지로부터 시작하여 수 nsec~수십 nsec 정도 후에 종료되는 시구간이다.
상기 보상회로(300)는, 상기 시구간(A)에서 상기 제3스위치 제어신호(PT_SW3)(373)이 "H" 상태를 유지하고, 상기 제2스위치 제어신호(PT_SW2)(372)가 "L" 상태를 유지하고, 상기 제1스위치 제어신호(PT_SW1)(371)이 "L" 상태를 유지하도록 제어할 수 있다. 이렇게 하면 상기 시구간(A)에서 상기 제3스위치(343)은 온 상태를 유지하고, 상기 제2스위치(342)는 오프 상태를 유지하고, 상기 제1스위치(341)은 오프 상태를 유지하고, 그리고 상기 램프신호(RAMP)(30)은 상기 기준전압(VREF)(40)과 동일한 값을 유지하게 된다.
도 3에 나타낸 시구간(B)은 상기 PWM 신호(PWM)(10)이 "H" 상태를 유지하는 시구간(TON) 중에서 상기 시구간(A)을 제외한 시구간이다.
상기 보상회로(300)는, 상기 시구간(B)에서 상기 제3스위치 제어신호(PT_SW3)(373)이 "L" 상태를 유지하고, 상기 제2스위치 제어신호(PT_SW2)(372)가 "H" 상태를 유지하고, 상기 제1스위치 제어신호(PT_SW1)(371)이 "L" 상태를 유지하도록 제어할 수 있다. 이렇게 하면 상기 시구간(A)에서 상기 제3스위치(343)은 오프 상태를 유지하고, 상기 제2스위치(342)는 온 상태를 유지하고, 상기 제1스위치(341)은 오프 상태를 유지할 수 있다. 그리고 상기 시구간(B)에서 상기 램프신호(RAMP)(30)의 값은 점점 하강할 수 있다.
도 3에 나타낸 시구간(C)은 상기 PWM 신호(PWM)(10)이 "L" 상태를 유지하는 시구간(TOFF)이다.
상기 보상회로(300)는, 상기 시구간(C)에서 상기 제3스위치 제어신호(PT_SW3)(373)이 "L" 상태를 유지하고, 상기 제2스위치 제어신호(PT_SW2)(372)가 "L" 상태를 유지하고, 상기 제1스위치 제어신호(PT_SW1)(371)이 "H" 상태를 유지하도록 제어할 수 있다. 이렇게 하면 상기 시구간(A)에서 상기 제3스위치(343)은 오프 상태를 유지하고, 상기 제2스위치(342)는 오프 상태를 유지하고, 상기 제1스위치(341)은 온 상태를 유지할 수 있다. 그리고 상기 시구간(B)에서 상기 램프신호(RAMP)(30)의 값은 점점 상승할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 상기 COT PWM DC-DC 컨버터(1)의 동작원리를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4에는 도 1에 나타낸 상기 인덕터 전류(IL)(90), 상기 검출전압(60), 상기 램프신호(RAMP)(30), 상기 비교신호(COMP)(20), 상기 PWM 신호(PWM)(10), 상기 제1게이트신호(PD)(71), 및 상기 제2게이트신호(ND)(72)의 시간에 따른 파형이 제시되어 있다.
도 1에 나타낸 상기 COT PWM DC-DC 컨버터(1)에서, 상기 출력전압(102)가 감소하면 결국 상기 검출전압(60)은 상기 램프신호(RAMP)(30)보다 작은 값을 갖게 된다. 그리고 상기 검출전압(60)이 상기 램프신호(RAMP)(30)보다 작은 값을 갖게 되면 상기 비교신호(COMP)(20)은 "H" 상태를 갖게 된다. 상기 비교신호(COMP)(20)이 "H" 상태를 갖게되면 상기 PWM 신호(PWM)(10)은 상기 ON TIME GEN 블록(131)에서 결정한 상기 TON 시간만큼 "H" 상태를 갖게 된다.
상기 PWM 신호(PWM)(10)이 "H"인 시구간(TON)에서, 상기 PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116)의 온 상태 저항이 작다고 가정하면, 상기 PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116)이 온 상태로 되어 상기 인덕터(L)(111)의 양단의 전위차는 상기 입력전압(VIN)(101)에서 상기 출력전압(102)를 뺀 값(VIN-VOUT)이 되며, 상기 인덕터 전류(IL)(90)은 증가하게 된다.
상기 PWM 신호(PWM)(10)이 "L"인 시구간(TOFF)에서, 상기 PMOS 구동 트랜지스터(MP)(116)은 오프 상태가 되고, 상기 NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)은 온 상태가 된다. 이때, 상기 NMOS 구동 트랜지스터(MN)(117)의 온 상태 저항이 작다고 가정하면, 상기 인덕터(L)(111)의 양단의 전압은 -VOUT이 되어 상기 인덕터 전류(IL)(90)은 점차 감소하게 된다.
상기 PWM 신호(PWM)(10)이 "L"인 시구간(TOFF)에서 상기 출력전압(102)는 점차 증가한다.
그 후 상기 출력전압(102)가 다시 감소하게 되면 상술한 동작을 반복할 수 있다.
그림에서 예시하듯이 상기 출력전압(102)의 리플의 크기가 작더라도, 즉 상기 검출전압(60)의 리플의 최대 크기(MV)(91)가 작더라도, 상기 검출전압(60)과 상기 램프신호(RAMP)(30) 간의 최대 차이값(MC)(92)이 상기 검출전압(60)의 리플(MV)(91)의 최대 크기보다 크도록 할 수 있다.
이는 본 발명에서 제공한 상기 램프신호(RAMP)(30)이 상기 기준전압(VREF)(40)을 그대로 유지하지 않고, 상기 기준전압(VREF)(40)을 최대값으로 가지면서 그 보다 작은 값을 갖도록 증감을 반복하기 때문이다.
즉, 도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같은 구성을 이용하여 상기 램프신호(RAMP)(30)이 상기 기준전압(VREF)(40)을 그대로 유지하지 않고, 노이즈 마진(noise margin)을 확보할 수 있도록, 상기 램프신호(RAMP)(30)이 상기 기준전압(VREF)(40)을 최대값으로 가지면서 그 보다 작은 값을 갖도록 증감을 반복하도록 함으로써 서브 하모닉 발진(sub harmonic oscillation)을 방지할 수 있다. 이때, 선택적으로 상기 제1전류원(I1)(310) 및 상기 제2전류원(I2)(320)을 가변하면 상기 램프신호(RAMP)(30)의 증감의 시간에 따른 기울기를 조절할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (11)

  1. 일정한 온-타임을 갖는 PWM 신호를 이용하는 DC-DC 컨버터로서,
    램프신호를 생성하는 보상회로;
    상기 DC-DC 컨버터의 출력전압에 비례하는 검출전압과 상기 램프신호를 비교한 결과를 나타내는 비교신호를 생성하는 비교기;
    상기 비교신호를 기초로 PWM 신호를 생성하는 PWM 제어부; 및
    상기 PWM 신호에 의해 제어되어 상기 출력전압을 생성하는 스위칭부;
    를 포함하며,
    상기 보상회로는, 상기 램프신호가 시간에 따라 증감을 반복하도록 상기 램프신호의 파형을 제어하도록 되어 있는,
    DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교신호의 상승에지에서 상기 PWM 신호의 로지컬 하이상태가 시작되고,
    상기 PWM 신호의 로지컬 하이상태의 유지시간은 상기 일정한 온-타임을 갖도록 고정되어 있고,
    상기 PWM 신호의 로지컬 로우상태의 유지시간은 상기 DC-DC 컨버터의 부하에 따라 변화하도록 되어 있는,
    DC-DC 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보상회로는,
    제1전류원;
    제2전류원;
    커패시터;
    제1스위치;
    제2스위치;
    제3스위치; 및
    연산증폭기
    를 포함하며,
    상기 제1전류원은 상기 DC-DC 컨버터의 입력전압에서 상기 출력전압을 뺀 값에 비례하는 전류를 제공하도록 되어 있고,
    상기 제2전류원은 상기 출력전압에 비례하는 전류를 제공하도록 되어 있으며,
    상기 제1전류원의 소스단자는 소정의 기준전압에 연결되어 있고,
    상기 제1전류원의 드레인단자는 상기 제1스위치의 일 단자에 연결되어 있고,
    상기 제2전류원의 드레인단자는 상기 연산증폭기의 출력단자에 연결되어 있고,
    상기 제2전류원의 소스단자는 상기 제2스위치의 일 단자에 연결되어 있고,
    상기 제1스위치의 타 단자는 상기 제2스위치의 타 단자에 연결되어 있고,
    상기 연산증폭기의 반전 입력단자는 상기 연산증폭기의 상기 출력단자에 연결되어 있고,
    상기 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 소정의 베이스 기준전압이 인가되어 있고,
    상기 제3스위치의 일 단자는 기준전압에 연결되어 있고,
    상기 제3스위치의 타 단자는 상기 제1스위치의 타 단자에 연결되어 있고,
    상기 커패시터는 상기 제3스위치의 타 단자와 기준전위 사이에 연결되어 있고, 그리고
    상기 제3스위치의 상기 타 단자의 전압이 상기 램프신호서 제공되는 것을 특징으로 하는,
    DC-DC 컨버터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 베이스 기준전압을 조절하여 상기 램프신호의 최소값을 제어하도록 되어 있는, DC-DC 컨버터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 램프신호의 최대값을 기준으로 한 위상과 상기 검출전압의 최대값을 기준으로 한 위상은 서로 소정의 값 이상의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는, DC-DC 컨버터.
  6. 제3항에 있어서,
    제1시구간에서, 상기 제3스위치가 온-상태를 유지하고, 상기 제2스위치가 오프-상태를 유지하고, 상기 제1스위치가 오프-상태를 유지하도록 되어 있고,
    제2시구간에서, 상기 제3스위치가 오프-상태를 유지하고, 상기 제2스위치가 온-상태를 유지하고, 상기 제1스위치가 오프-상태를 유지하도록 되어 있고,
    제3시구간에서, 상기 제3스위치가 오프-상태를 유지하고, 상기 제2스위치가 오프-상태를 유지하고, 상기 제1스위치가 온-상태를 유지하도록 되어 있고,
    상기 제1시구간은, 상기 PWM 신호의 상승 에지로부터 시작하여 소정의 시간 후에 종료되는 시구간이고,
    상기 제2시구간은, 상기 PWM 신호가 로지컬 하이상태를 유지하는 시구간 중에서 상기 제1시구간을 제외한 시구간이고,
    상기 제3시구간은, 상기 PWM 신호가 로지컬 로우상태를 유지하는 시구간인,
    DC-DC 컨버터.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1전류원 또는 상기 제2전류원이 제공하는 전류값을 변화시킴으로써 상기 램프신호의 시간에 따른 기울기를 조절하도록 되어 있는, DC-DC 컨버터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출전압이 시간에 따라 상승하는 시구간 중 적어도 일부의 구간에서 상기 램프신호는 시간에 따라 하강하도록 되어 있고,
    상기 검출전압이 시간에 따라 하강하는 시구간 중 적어도 일부의 구간에서 상기 램프신호는 시간에 따라 상승하도록 되어 있는,
    DC-DC 컨버터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 신호의 로지컬 하이상태가 시작된 시점으로부터 미리 결정된 제1시간 동안 상기 램프신호가 소정의 기준전압을 유지하도록 되어 있고, 그 이후,
    상기 PWM 신호의 후속하는 로지컬 하이상태가 시작되는 시점까지 상기 램프신호의 값이 감소하다가 다시 증가하도록 되어 있는,
    DC-DC 컨버터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 램프신호의 변화패턴이 상기 PWM 신호의 변화패턴에 동기화 되어 있는 것을 특징으로 하는, DC-DC 컨버터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 DC-DC 컨버터를 포함하는 장치.
KR1020200181926A 2020-12-23 2020-12-23 Cot 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치 KR20220090922A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200181926A KR20220090922A (ko) 2020-12-23 2020-12-23 Cot 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200181926A KR20220090922A (ko) 2020-12-23 2020-12-23 Cot 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220090922A true KR20220090922A (ko) 2022-06-30

Family

ID=82215077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200181926A KR20220090922A (ko) 2020-12-23 2020-12-23 Cot 벅-컨버터의 리플 보상방법 및 이를 위한 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220090922A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10601318B2 (en) Switching converter using pulse-frequency modulation and current-mode control
US11563378B2 (en) Seamless DCM-PFM transition for single pulse operation in DC-DC converters
US9276477B2 (en) DC-DC converter with enhanced automatic switching between CCM and DCM operating modes
US9263947B2 (en) Pulse width modulation controller of DC-DC converter
KR100953362B1 (ko) 전류 모드 제어형 스위칭 레귤레이터 및 그 동작 제어 방법
US9391511B2 (en) Fast response control circuit and control method thereof
US7538526B2 (en) Switching regulator, and a circuit and method for controlling the switching regulator
US7489121B2 (en) Compensation offset adjustment scheme for fast reference voltage transitioning
JP4981799B2 (ja) 位相シフトを用いたスイッチング電源の制御
US9515550B2 (en) Inductor current zero-crossing detection method and circuit and switching power supply thereof
JP4196995B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータおよびコンバータ装置
US10218274B1 (en) System and method for generating a ripple voltage for a ripple based constant-on-time DC-DC converter
US10644600B2 (en) Constant-time buck-boost switching regulator and control circuit and control method thereof
US20100141222A1 (en) Load transient sensing circuit for a power converter
US20190393783A1 (en) Constant-frequency control method with fast transient
US20180358900A1 (en) Non-inverting buck-boost converter control
JP2008510442A (ja) Ｄｃ−ｄｃ変換器のデジタル制御
JP2012253953A (ja) 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20220263412A1 (en) Control circuit for controlling a switching stage of an electronic converter, corresponding electronic converter device and method
JP2020065402A (ja) スイッチングレギュレータ
US9467044B2 (en) Timing generator and timing signal generation method for power converter
US20210050787A1 (en) Control device for a switching voltage regulator and control method
JP2006014559A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20100194362A1 (en) Regulator with pulse width modulation circuit
US10720839B1 (en) System and method for operating a switching converter in light load