KR20220101930A - Soft start-up circuit with capacitor sharing method, switch control circuit and dc-dc converter comprising the same - Google Patents

Soft start-up circuit with capacitor sharing method, switch control circuit and dc-dc converter comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20220101930A
KR20220101930A KR1020210004024A KR20210004024A KR20220101930A KR 20220101930 A KR20220101930 A KR 20220101930A KR 1020210004024 A KR1020210004024 A KR 1020210004024A KR 20210004024 A KR20210004024 A KR 20210004024A KR 20220101930 A KR20220101930 A KR 20220101930A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
soft start
error amplifier
capacitor
turned
Prior art date
Application number
KR1020210004024A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102502763B1 (en
Inventor
최중호
정지택
박민수
신승우
배찬규
김면식
손지원
권기백
김혜인
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
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 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020210004024A priority Critical patent/KR102502763B1/en
Publication of KR20220101930A publication Critical patent/KR20220101930A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102502763B1 publication Critical patent/KR102502763B1/en

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
    • 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
    • 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
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/28—Modifications for introducing a time delay before switching
    • H03K17/284—Modifications for introducing a time delay before switching in field effect transistor switches

Landscapes

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

Abstract

A soft start-up circuit connected between an output terminal of an error amplifier for amplifying and outputting a difference between a feedback voltage and a feedback reference voltage and an input terminal of a PWM comparator comprises: a first switch including one end connected to an output terminal of the error amplifier; a second switch including one end connected to the other end of the first switch; a resistor and a capacitor connected in series between one end of the second switch and the ground; and a bias current source connected to the other end of the second switch. During a soft start-up period, the first switch is turned off and the second switch is turned on to charge the capacitor with a current of the bias current source to generate a ramp voltage.

Description

커패시터 공유 방식의 소프트 스타트업 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로 및 DC-DC 컨버터{SOFT START-UP CIRCUIT WITH CAPACITOR SHARING METHOD, SWITCH CONTROL CIRCUIT AND DC-DC CONVERTER COMPRISING THE SAME}Soft start-up circuit of capacitor sharing method and switch control circuit and DC-DC converter including same

본 개시는 커패시터 공유 방식의 소프트 스타트업 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로 및 DC-DC 컨버터에 관한 것이다. The present disclosure relates to a capacitor sharing type soft start-up circuit, a switch control circuit including the same, and a DC-DC converter.

DC-DC 컨버터는 초기 동작 시 출력전압에 비례하는 피드백 전압을 반전 입력으로 받는 오차 증폭기의 출력전압이 현저히 높아진다. 그 결과 오차 증폭기의 출력과 SAWTOOTH 파형을 입력으로 받는 비교기의 출력 클락의 듀티 비가 급격히 증가할 수 있다. 그러면 전력 스위치의 온-타임(on-time)이 급격히 증가하게 되고, 인덕터 전류가 급격히 상승하게 되고 출력 전압의 오버 슛이 발생할 수 있다. In the initial operation of the DC-DC converter, the output voltage of the error amplifier receiving a feedback voltage proportional to the output voltage as an inverting input is significantly increased. As a result, the duty ratio between the output of the error amplifier and the output clock of the comparator receiving the SAWTOOTH waveform as an input may increase rapidly. Then, the on-time of the power switch rapidly increases, the inductor current rapidly increases, and overshoot of the output voltage may occur.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 스위치 제어 회로가 구현된 칩(chip) 외부에 커패시터를 연결하고, 외부 커패시터를 충전하여 램프(ramp) 전압을 생성하는 소프트 스타트업 회로를 이용한다. 피드백 전압을 반전 입력으로 받는 오차증폭기의 출력과 소프트 스타트업 회로에 의해 생성된 램프 전압 중 낮은 전압에 따라 전력 스위치의 듀티비가 제어될 수 있다. 그러면, 돌입 전류가 최소화되고 출력 전압의 오버슛이 감소한다.In order to solve such a problem, a soft start-up circuit that connects a capacitor to the outside of a chip in which a switch control circuit is implemented and charges the external capacitor to generate a ramp voltage is used. The duty ratio of the power switch may be controlled according to the lower of the output of the error amplifier receiving the feedback voltage as an inverting input and the ramp voltage generated by the soft start-up circuit. Then, the inrush current is minimized and the overshoot of the output voltage is reduced.

다만, 외부 소자인 커패시터 및 이를 연결하기 위한 칩의 포트 증가로, SoC(System on Chip) 통합에 불리하다. However, it is disadvantageous to system on chip (SoC) integration due to an increase in the number of ports of a chip for connecting the capacitor, which is an external element, and the same.

본 개시는 외부 커패시터를 이용하지 않는 소프트 스타트업 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로 및 DC-DC 컨버터를 제공하고자 한다.An object of the present disclosure is to provide a soft start-up circuit that does not use an external capacitor, a switch control circuit including the same, and a DC-DC converter.

발명의 한 특징에 따른 피드백 전압과 피드백 기준 전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 오차 증폭기의 출력단과 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 소프트 스타트업 회로는, 상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 스위치, 상기 제1 스위치의 타단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 스위치, 상기 제2 스위치의 일단과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 저항 및 커패시터, 및 상기 제2 스위치의 타단에 연결되어 있는 바이어스 전류원을 포함하고, 소프트 스타트업 기간 동안 상기 제1 스위치를 오프하고, 상기 제2 스위치를 온하여, 상기 바이어스 전류원의 전류로 상기 커패시터를 충전시켜 램프 전압을 생성한다. The soft start-up circuit connected between the output terminal of the error amplifier for amplifying and outputting the difference between the feedback voltage and the feedback reference voltage according to one aspect of the invention and the input terminal of the PWM comparator includes one end connected to the output terminal of the error amplifier. A first switch including a, a second switch including one end connected to the other end of the first switch, a resistor and a capacitor connected in series between one end of the second switch and a ground, and the other end of the second switch and a bias current source connected thereto, turning off the first switch and turning on the second switch during a soft start-up period to charge the capacitor with the current of the bias current source to generate a ramp voltage.

본 개시는 외부 커패시터를 이용하지 않는 소프트 스타트업 회로 및 이를 포함하는 스위치 제어 회로 및 DC-DC 컨버터를 제공한다.The present disclosure provides a soft start-up circuit that does not use an external capacitor, a switch control circuit including the same, and a DC-DC converter.

도 1은 일 실시예에 따른 커패시터 공유 방식의 소프트 스타트업 회로가 적용된 DC-DC 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a DC-DC converter to which a capacitor sharing method soft start-up circuit is applied according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a configuration of a switch control circuit according to an embodiment.

본 발명은 오차 증폭기의 출력단에 연결된 커패시터를 이용하여 램프 전압을 생성하는 소프트 스타트업 회로에 관한 것이다. The present invention relates to a soft start-up circuit for generating a ramp voltage using a capacitor connected to an output terminal of an error amplifier.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar components are given the same and similar reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and/or “part” for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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 the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서, "포함한다" 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.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a DC-DC converter according to an embodiment.

도 1에 도시된 DC-DC 컨버터는 벅-부스트(buck-boost) 타입이지만, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 일 실시예에 따른 소프트 스타트업 회로는 다른 타입의 DC-DC 컨버터에도 적용될 수 있다. Although the DC-DC converter shown in FIG. 1 is a buck-boost type, the invention is not limited thereto, and the soft start-up circuit according to an embodiment may be applied to other types of DC-DC converters. .

DC-DC 컨버터(1)는 전력 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D), 및 커패시터(C)를 포함한다. 커패시터(C)의 양단이 연결된 두 노드(N1, N2) 사이에는 부하 저항(RL)이 연결되어 있다. The DC-DC converter 1 includes a power switch SW, an inductor L, a diode D, and a capacitor C. A load resistor RL is connected between the two nodes N1 and N2 to which both ends of the capacitor C are connected.

전력 스위치(SW)의 일단과 인덕터(L)의 일단은 노드(N3)에서 연결되고, 다이오드(D)의 애노드는 노드(N2)에 연결되어 있으며, 다이오드(D)의 캐소드는 노드(N3) 사이에 연결되어 있고, 인덕터(L)의 타단은 노드(N1)에 연결되어 있으며, 입력 전압(Vin)은 전력 스위치(SW)의 타단과 노드(N1) 사이에 공급된다. One end of the power switch SW and one end of the inductor L are connected at the node N3, the anode of the diode D is connected to the node N2, and the cathode of the diode D is connected to the node N3. and the other end of the inductor L is connected to the node N1 , and the input voltage Vin is supplied between the other end of the power switch SW and the node N1 .

스위치 제어회로(10)는 출력 전압(Vout)이 두 저항(R1, R2)에 의해 분배된 피드백 전압(FBIN)을 입력받고, 피드백 전압(FBIN)에 따라 전력 스위치(SW)의 스위칭 동작을 제어한다. 스위치 제어회로(10)의 출력인 게이트 전압(VG)이 전력 스위치(SW)의 게이트에 공급된다. 도 1에서 전력 스위치(SW)는 n-채널 타입의 트랜지스터로 구현되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The switch control circuit 10 receives the feedback voltage FBIN in which the output voltage Vout is divided by the two resistors R1 and R2, and controls the switching operation of the power switch SW according to the feedback voltage FBIN. do. The gate voltage VG that is the output of the switch control circuit 10 is supplied to the gate of the power switch SW. In FIG. 1 , the power switch SW is implemented as an n-channel type transistor, but the invention is not limited thereto.

전력 스위치(SW)가 턴 온 되어 있는 기간 동안 인덕터(L)에 흐르는 전류가 증가하면서, 인덕터(L)에 에너지가 저장된다. 전력 스위치(SW)의 온-듀티 기간 동안 다이오드(D)는 오프 상태이고, 커패시터(C)로부터 부하 저항(RL)로 전류가 흐른다.While the current flowing in the inductor L increases during a period in which the power switch SW is turned on, energy is stored in the inductor L. During the on-duty period of the power switch SW, the diode D is in an off state, and a current flows from the capacitor C to the load resistor RL.

전력 스위치(SW)가 온-듀티 기간 후 턴 오프 되면, 전력 스위치(SW)의 오프-듀티 기간 동안 다이오드(D)가 도통되어 노드(N2)에서 노드(N3) 방향으로 전류가 흐른다. 오프-듀티 기간 동안, 인덕터(L)에 흐르는 전류는 감소한다.When the power switch SW is turned off after the on-duty period, the diode D conducts during the off-duty period of the power switch SW so that a current flows from the node N2 to the node N3. During the off-duty period, the current flowing in the inductor L decreases.

도 2는 일 실시예에 따른 스위치 제어 회로의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a configuration of a switch control circuit according to an embodiment.

도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 회로(10)는 소프트 스타트업 회로(11), 오차 증폭기(error amplifier)(12), 기준 전압원(13), 보상 저항(14), 보상 커패시터(15), 오실레이터(16), 및 PWM 비교기(17)를 포함한다. As shown in FIG. 2 , the switch control circuit 10 includes a soft start-up circuit 11 , an error amplifier 12 , a reference voltage source 13 , a compensation resistor 14 , and a compensation capacitor 15 . , an oscillator 16 , and a PWM comparator 17 .

기준 전압원(13)은 피드백 기준 전압(FBREF)을 생성하고, 피드백 기준 전압(FBREF)은 오차 증폭기(12)의 두 입력단 중 비반전 단자(+)에 입력된다. The reference voltage source 13 generates a feedback reference voltage FBREF, and the feedback reference voltage FBREF is input to a non-inverting terminal (+) of two input terminals of the error amplifier 12 .

오차 증폭기(12)의 비반전 단자(+)에는 피드백 기준 전압(FBREF)이 입력되고, 반전 단자(-)에는 피드백 전압(FBIN)이 입력되며, 오차 증폭기(12)는 비반전 단자(+)의 입력과 반전 단자(-)의 입력 간의 차를 증폭하여 피드백 출력 전압(FBOUT)을 생성한다. 오차 증폭기(12)의 출력단은 소프트 스타트업 회로(11)을 통해 PWM 비교기(17)의 비반전 단자(+)에 연결되어 있다. A feedback reference voltage FBREF is input to a non-inverting terminal (+) of the error amplifier 12, a feedback voltage FBIN is input to an inverting terminal (-), and the error amplifier 12 has a non-inverting terminal (+) A feedback output voltage FBOUT is generated by amplifying the difference between the input of the inverting terminal (-) and the input of the inverting terminal (-). The output terminal of the error amplifier 12 is connected to the non-inverting terminal (+) of the PWM comparator 17 through a soft start-up circuit 11 .

오실레이터(16)는 톱니파 신호(VSAW)를 생성한다. 톱니파 신호(VSAW)의 주기는 전력 스위치(SW)의 스위칭 주기를 결정한다. The oscillator 16 generates a sawtooth signal VSAW. The period of the sawtooth signal VSAW determines the switching period of the power switch SW.

PWM 비교기(17)는 소프트 스타트업 기간 동안은 소프트 스타트업 회로(11)로부터 램프 전압(VRAMP)과 톱니파 신호(VSAW)를 비교한 결과에 따라 게이트 전압(VG)을 생성하고, 소프트 스타트업 기간이 종료되고 DC-DC 제어 동작시에는 피드백 출력 전압(FBOUT)과 톱니파 신호(VSAW)를 비교한 결과에 따라 게이트 전압(VG)을 생성한다. PWM 비교기(17)는 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때 하이 레벨의 출력을 생성하고, 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 보다 작을 때 로우 레벨의 출력을 생성한다. 따라서, 램프 전압(VRAMP) 및 피드백 출력 전압(FBOUT) 중 하나가 톱니파 신호(VSAW) 이상인 기간 동안, 게이트 전압(VG)은 온 레벨인 하이 레벨이고, 램프 전압(VRAMP) 및 피드백 출력 전압(FBOUT) 중 하나가 톱니파 신호(VSAW) 보다 작은 기간 동안, 게이트 전압(VG)은 오프 레벨인 로우 레벨이다. 도 1의 전력 스위치(SW)가 n 채널 타입이므로, 온 레벨이 하이 레벨이고 오프 레벨이 로우 레벨이다. The PWM comparator 17 generates a gate voltage VG according to the result of comparing the ramp voltage VRAMP and the sawtooth signal VSAW from the soft start-up circuit 11 during the soft start-up period, and the soft start-up period After this is finished, during the DC-DC control operation, the gate voltage VG is generated according to a result of comparing the feedback output voltage FBOUT with the sawtooth signal VSAW. The PWM comparator 17 generates an output of high level when the input of the non-inverting terminal (+) is greater than or equal to the input of the inverting terminal (-), and the input of the non-inverting terminal (+) is smaller than the input of the inverting terminal (-). When generating a low-level output. Accordingly, during a period in which one of the ramp voltage VRAMP and the feedback output voltage FBOUT is equal to or greater than the sawtooth signal VSAW, the gate voltage VG is an on-level high level, and the ramp voltage VRAMP and the feedback output voltage FBOUT ) is smaller than the sawtooth signal VSAW, the gate voltage VG is at an off-level low level. Since the power switch SW of FIG. 1 is an n-channel type, an on level is a high level and an off level is a low level.

오차 증폭기(12)의 출력단과 그라운드 사이에는 보상 저항(14)와 보상 커패시터(15)가 직렬 연결되어 있다. A compensation resistor 14 and a compensation capacitor 15 are connected in series between the output terminal of the error amplifier 12 and the ground.

소프트 스타트업 회로(11)는 제어부(111), 바이어스 전류원(112), 4개의 스위치(113-116), 저항(117), 및 커패시터(118)을 포함한다.The soft start-up circuit 11 includes a control unit 111 , a bias current source 112 , four switches 113 - 116 , a resistor 117 , and a capacitor 118 .

제어부(111)는 피드백 출력 전압(FBOUT) 및 램프 전압(VRAMP) 중 하나를 PWM 비교기(17)의 입력단(+)에 공급한다. 구체적으로, 제어부(111)는 소프트 스타트업 기간 동안 램프 전압(VRAMP)을 PWM 비교기(17)의 입력단(+)에 공급하고, 소프트 스타트업 기간이 종료되면 피드백 출력 전압(FBOUT)을 PWM 비교기(17)의 입력단(+)에 공급한다.The controller 111 supplies one of the feedback output voltage FBOUT and the ramp voltage VRAMP to the input terminal (+) of the PWM comparator 17 . Specifically, the control unit 111 supplies the ramp voltage VRAMP to the input terminal (+) of the PWM comparator 17 during the soft start-up period, and outputs the feedback output voltage FBOUT to the PWM comparator ( 17) is supplied to the input terminal (+).

제어부(111)는 피드백 전압(FBIN)이 소정의 기준 전압에 도달할 경우, 소프트 스타트업 기간이 종료된 것으로 판단할 수 있다. 본 발명의 제어부(111)가 소프트 스타트업 기간의 종료를 결정하는 방법은 이에 제한되지 않으며, 소프트 스타트업 기간을 소정의 기간으로 설정하거나, 피드백 전압(FBIN) 대신 램프 전압(VRAMP)이 소정 전압에 도달할 때 소프트 스타트업 기간이 종료된 것으로 결정할 수 있다. When the feedback voltage FBIN reaches a predetermined reference voltage, the controller 111 may determine that the soft start-up period has ended. The method by which the controller 111 of the present invention determines the end of the soft start-up period is not limited thereto, and the soft start-up period is set to a predetermined period, or the ramp voltage VRAMP is set to a predetermined voltage instead of the feedback voltage FBIN. It can be determined that the soft start-up period has ended when .

제어부(111)는 스타트 기간 동안 스위치 제어 신호(S1)를 온 레벨로 생성하고, 스위치 제어 신호(S2)를 오프 레벨로 생성하며, 스타트 기간 이후에는 스위치 제어 신호(S1)를 오프 레벨로 생성하고, 스위치 제어 신호(S2)를 온 레벨로 생성한다.The control unit 111 generates the switch control signal S1 at the on level during the start period, generates the switch control signal S2 at the off level, and generates the switch control signal S1 at the off level after the start period, and , the switch control signal S2 is generated at an on level.

바이어스 전류원(112)는 전원 전압(VDD)을 이용하여 바이어스 전류(IB)를 생성한다.The bias current source 112 generates a bias current IB by using the power supply voltage VDD.

스위치(113)는 바이어스 전류원(112)과 노드(N4) 사이에 연결되어 있고, 스위치(114)는 노드(N4)와 PWM 비교기(17)의 입력단(+) 사이에 연결되어 있으며, 스위치(113, 114)는 스위치 제어 신호(S1)에 따라 스위칭 한다. The switch 113 is connected between the bias current source 112 and the node N4, and the switch 114 is connected between the node N4 and the input terminal (+) of the PWM comparator 17, and the switch 113 , 114 are switched according to the switch control signal S1.

스위치(115)는 오차 증폭기(12)의 출력단과 노드(N4)사이에 연결되어 있고, 스위치(116)는 오차 증폭기(12)의 출력단과 PWM 비교기(17)의 입력단(+) 사이에 연결되어 있으며, 스위치(115, 116)는 스위치 제어 신호(S2)에 따라 스위칭 한다. The switch 115 is connected between the output terminal of the error amplifier 12 and the node N4, and the switch 116 is connected between the output terminal of the error amplifier 12 and the input terminal (+) of the PWM comparator 17. and switches 115 and 116 switch according to the switch control signal S2.

노드(N4)와 그라운드 사이에는 저항(117) 및 커패시터(118)가 직렬 연결되어 있다. A resistor 117 and a capacitor 118 are connected in series between the node N4 and the ground.

소프트 스타트업 기간 동안, 스위치(115, 116)는 오프 상태이고, 스위치(113, 114)는 온 상태이다. 그러면, 바이어스 전류(IB)가 커패시터(118)를 충전시켜, 소프트 스타트업 기간 동안 바이어스 전류(IB)에 비례하는 기울기로 증가하는 램프 전압(VRAMP)이 발생한다. PWM 비교기(17)의 입력단(+)은 노드(N4)에 연결되어 있으므로, PWM 비교기(17)는 램프 전압(VRAMP)이 톱니파 신호(VSAW) 이상일 때 온 레벨의 게이트 전압을 생성하고, 램프 전압(VRAMP)이 톱니파 신호(VSAW) 보다 작을 때, 오프 레벨의 게이트 전압을 생성한다. During the soft start-up period, switches 115 and 116 are off and switches 113 and 114 are on. Then, the bias current IB charges the capacitor 118 to generate a ramp voltage VRAMP that increases with a slope proportional to the bias current IB during the soft start-up period. Since the input terminal (+) of the PWM comparator 17 is connected to the node N4, the PWM comparator 17 generates an on-level gate voltage when the ramp voltage VRAMP is greater than or equal to the sawtooth signal VSAW, and the ramp voltage When (VRAMP) is less than the sawtooth signal (VSAW), a gate voltage of an off level is generated.

소프트 스타트업 기간의 종료 후, 스위치(113, 114)는 턴 오프 되고, 스위치(115, 116)는 턴 온 된다. 그러면, PWM 비교기(17)의 입력단(+)은 오차 증폭기(12)의 출력단에 연결되고, 오차 증폭기(12)의 출력단은 노드(N4)에 연결된다. After the end of the soft start-up period, switches 113 and 114 are turned off, and switches 115 and 116 are turned on. Then, the input terminal (+) of the PWM comparator 17 is connected to the output terminal of the error amplifier 12, and the output terminal of the error amplifier 12 is connected to the node N4.

소프트 스타트업 기간 종료 후, 오차 증폭기(12)의 출력단에는 두 개의 커패시터(15, 118) 그리고 두 개의 저항(14, 117)이 병렬 연결된다. 커패시터(15) 및 커패시터(118)의 커패시턴스의 합과 병렬 연결된 두 저항의 합은, DC-DC 컨버터의 위상 마진, DC 게인 등의 주파수 특성을 보상하기 위해 적절한 레벨로 설정될 수 있다. 예를 들어, 오차 증폭기(12)의 출력단에 커패시턴스 “C” 및 저항 “R”이 연결되어야 할 때(C는 커패시턴스의 값을 지시하고, R은 저항 값을 지시함), 커패시터(15) 및 커패시터(118)의 병렬 커패시턴스의 합은 C이고, 두 저항(14, 117)의 병렬 저항 값의 합은 R이다. 이때, 커패시터(15) 및 커패시터(118) 각각의 커패시턴스는 C/2이고, 저항(14, 117) 각각의 저항 값은 2R일 수 있다. After the soft start-up period ends, two capacitors 15 and 118 and two resistors 14 and 117 are connected in parallel to the output terminal of the error amplifier 12 . The sum of the capacitances of the capacitor 15 and the capacitor 118 and the sum of the two resistors connected in parallel may be set to an appropriate level to compensate for frequency characteristics such as a phase margin and a DC gain of the DC-DC converter. For example, when a capacitance “C” and a resistor “R” are to be connected to the output terminal of the error amplifier 12 (C indicates the value of the capacitance, R indicates the resistance value), the capacitor 15 and The sum of the parallel capacitances of the capacitor 118 is C, and the sum of the parallel resistance values of the two resistors 14 and 117 is R. At this time, the capacitance of each of the capacitor 15 and the capacitor 118 may be C/2, and the resistance value of each of the resistors 14 and 117 may be 2R.

PWM 비교기(17)는 피드백 출력 전압(FBOUT)이 톱니파 신호(VSAW) 이상일 때 온 레벨의 게이트 전압을 생성하고, 피드백 출력 전압(FBOUT)이 톱니파 신호(VSAW) 보다 작을 때, 오프 레벨의 게이트 전압을 생성한다. The PWM comparator 17 generates an on-level gate voltage when the feedback output voltage FBOUT is greater than or equal to the sawtooth signal VSAW, and an off-level gate voltage when the feedback output voltage FBOUT is less than the sawtooth signal VSAW. create

도 2에서 보상 저항(14), 저항(117), 보상 커패시터(15), 및 커패시터(118)은 스위치 제어 회로(10)를 구현한 칩 내부에 위치할 수 있다. 즉, 스위치 제어 회로(10) 내부의 커패시터 및 저항을 이용하여 소프트 스타트업 회로를 구현함으로써, 외부 소자 및 핀아웃 단자 개수를 최소화할 수 있다. In FIG. 2 , the compensation resistor 14 , the resistor 117 , the compensation capacitor 15 , and the capacitor 118 may be located inside a chip implementing the switch control circuit 10 . That is, the number of external devices and pinout terminals can be minimized by implementing the soft start-up circuit using the capacitor and resistor inside the switch control circuit 10 .

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains are also rights of the present invention. belong to the scope

1: DC-DC 컨버터
10: 스위치 제어 회로
11: 소프트 스타트업 회로
12: 오차 증폭기(error amplifier)
13: 기준 전압원
14: 보상 저항
15: 보상 커패시터
16: 오실레이터
17: PWM 비교기
111: 제어부
112: 바이어스 전류원1: DC-DC converter
10: switch control circuit
11: Soft Startup Circuit
12: error amplifier
13: reference voltage source
14: compensation resistance
15: compensation capacitor
16: oscillator
17: PWM comparator
111: control unit
112: bias current source

Claims (10)

피드백 전압과 피드백 기준 전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 오차 증폭기의 출력단과 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 소프트 스타트업 회로에 있어서,
상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 스위치;
상기 제1 스위치의 타단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 스위치;
상기 제2 스위치의 일단과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 저항 및 커패시터; 및
상기 제2 스위치의 타단에 연결되어 있는 바이어스 전류원을 포함하고,
소프트 스타트업 기간 동안 상기 제1 스위치를 오프하고, 상기 제2 스위치를 온하여, 상기 바이어스 전류원의 전류로 상기 커패시터를 충전시켜 램프 전압을 생성하는, 소프트 스타트업 회로.In the soft start-up circuit connected between the output terminal of the error amplifier for amplifying and outputting the difference between the feedback voltage and the feedback reference voltage and the input terminal of the PWM comparator,
a first switch including one end connected to an output terminal of the error amplifier;
a second switch including one end connected to the other end of the first switch;
a resistor and a capacitor connected in series between one end of the second switch and a ground; and
a bias current source connected to the other end of the second switch;
A soft start-up circuit for generating a ramp voltage by turning off the first switch and turning on the second switch during a soft start-up period to charge the capacitor with a current of the bias current source. 제1항에 있어서,
상기 제1 스위치의 타단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 제3 스위치; 및
상기 오차 증폭기의 출력단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 제4 스위치를 더 포함하고,
상기 소프트 스타트업 기간 동안 상기 제3 스위치를 온하고, 상기 제4 스위치를 오프하여, 상기 램프 전압을 상기 PWM 비교기의 입력단에 전달하는, 소프트 스타트업 회로.According to claim 1,
a third switch connected between the other end of the first switch and the input end of the PWM comparator; and
Further comprising a fourth switch connected between the output terminal of the error amplifier and the input terminal of the PWM comparator,
The third switch is turned on and the fourth switch is turned off during the soft startup period to transfer the ramp voltage to the input terminal of the PWM comparator. 제2항에 있어서,
상기 소프트 스타트업 기간의 종료 후, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 온 하고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 오프하여, 상기 오차 증폭기의 출력을 상기 PWM 비교기의 입력단에 전달하는, 소프트 스타트업 회로.3. The method of claim 2,
After the soft start-up period ends, the first switch and the fourth switch are turned on, and the second switch and the third switch are turned off to transfer the output of the error amplifier to the input terminal of the PWM comparator, Soft start-up circuit. 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로에 있어서,
피드백 전압과 피드백 기준 전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 오차 증폭기;
상기 스위치의 게이트에 게이트 전압을 공급하는 PWM 비교기; 및
상기 오차 증폭기의 출력단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 소프트 스타트업 회로를 포함하고,
상기 소프트 스타트업 회로는,
상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 스위치;
상기 제1 스위치의 타단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 스위치;
상기 제2 스위치의 일단과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 저항 및 제1 커패시터; 및
상기 제2 스위치의 타단에 연결되어 있는 바이어스 전류원을 포함하고,
소프트 스타트업 기간 동안 상기 제1 스위치를 오프하고, 상기 제2 스위치를 온하여, 상기 바이어스 전류원의 전류로 상기 제1 커패시터를 충전시켜 램프 전압을 생성하여 상기 PWM 비교기의 입력단에 공급하는, 스위치 제어 회로.A switch control circuit for controlling a switching operation of a switch, comprising:
an error amplifier for amplifying and outputting a difference between the feedback voltage and the feedback reference voltage;
a PWM comparator for supplying a gate voltage to the gate of the switch; and
A soft start-up circuit connected between the output terminal of the error amplifier and the input terminal of the PWM comparator,
The soft start-up circuit is
a first switch including one end connected to an output terminal of the error amplifier;
a second switch including one end connected to the other end of the first switch;
a first resistor and a first capacitor connected in series between one end of the second switch and a ground; and
a bias current source connected to the other end of the second switch;
During the soft start-up period, the first switch is turned off and the second switch is turned on to charge the first capacitor with the current of the bias current source to generate a ramp voltage and supply it to the input terminal of the PWM comparator. Circuit. 제4항에 있어서,
상기 소프트 스타트업 회로는,
상기 제1 스위치의 타단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 제3 스위치; 및
상기 오차 증폭기의 출력단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 제4 스위치를 더 포함하고,
상기 소프트 스타트업 기간 동안 상기 제3 스위치를 온하고, 상기 제4 스위치를 오프하는, 스위치 제어 회로.5. The method of claim 4,
The soft start-up circuit is
a third switch connected between the other end of the first switch and the input end of the PWM comparator; and
Further comprising a fourth switch connected between the output terminal of the error amplifier and the input terminal of the PWM comparator,
a switch control circuit that turns on the third switch and turns off the fourth switch during the soft start-up period. 제5항에 있어서,
상기 소프트 스타트업 회로는,
상기 소프트 스타트업 기간의 종료 후, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 온 하고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 오프하여, 상기 오차 증폭기의 출력을 상기 PWM 비교기의 입력단에 전달하는, 스위치 제어 회로.6. The method of claim 5,
The soft start-up circuit is
After the soft start-up period ends, the first switch and the fourth switch are turned on, and the second switch and the third switch are turned off to transfer the output of the error amplifier to the input terminal of the PWM comparator, switch control circuit. 제4항에 있어서,
상기 오차 증폭기의 출력단과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제2 저항 및 제2 커패시터를 더 포함하고,
상기 소프트 스타트업 기간의 종료 후, 제1 저항 및 상기 제1 커패시터와 상기 제2 저항 및 상기 제2 커패시터는 서로 병렬 연결되는, 스위치 제어 회로.5. The method of claim 4,
Further comprising a second resistor and a second capacitor connected in series between the output terminal of the error amplifier and the ground,
after the end of the soft start-up period, a first resistor and the first capacitor and the second resistor and the second capacitor are connected in parallel to each other. 제7항에 있어서,
상기 제1 저항, 상기 제1 커패시터, 상기 제2 저항 및 상기 제2 커패시터는 내부에 위치하는, 스위치 제어 회로.8. The method of claim 7,
wherein the first resistor, the first capacitor, the second resistor and the second capacitor are located therein. 전력 스위치; 및
상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 회로를 포함하고,
상기 스위치 제어 회로는,
출력 전압에 따르는 피드백 전압과 피드백 기준 전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 오차 증폭기;
상기 오차 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제1 스위치;
상기 제1 스위치의 타단에 연결되어 있는 일단을 포함하는 제2 스위치;
상기 제2 스위치의 일단과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 저항 및 제1 커패시터;
상기 오차 증폭기의 출력단과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제2 저항 및 제2 커패시터; 및
상기 제2 스위치의 타단에 연결되어 있는 바이어스 전류원을 포함하고,
소프트 스타트업 기간 동안 상기 제1 스위치를 오프하고, 상기 제2 스위치를 온하여, 상기 바이어스 전류원의 전류로 상기 제1 커패시터를 충전시켜 램프 전압을 생성하고, 상기 램프 전압에 기초하여 상기 스위치의 스위칭 동작을 제어하는, DC-DC 컨버터.power switch; and
a switch control circuit for controlling the switching operation of the power switch;
The switch control circuit,
an error amplifier for amplifying and outputting a difference between a feedback voltage according to the output voltage and a feedback reference voltage;
a first switch including one end connected to an output terminal of the error amplifier;
a second switch including one end connected to the other end of the first switch;
a first resistor and a first capacitor connected in series between one end of the second switch and a ground;
a second resistor and a second capacitor connected in series between an output terminal of the error amplifier and a ground; and
a bias current source connected to the other end of the second switch;
During a soft start-up period, the first switch is turned off and the second switch is turned on, so that the first capacitor is charged with the current of the bias current source to generate a ramp voltage, and the switching of the switch is performed based on the ramp voltage. Controlling the operation, DC-DC converter. 제9항에 있어서,
상기 스위치 제어 회로는,
상기 스위치의 게이트에 게이트 전압을 공급하는 PWM 비교기;
상기 제1 스위치의 타단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 제3 스위치; 및
상기 오차 증폭기의 출력단과 상기 PWM 비교기의 입력단 사이에 연결되어 있는 제4 스위치를 더 포함하고,
상기 소프트 스타트업 기간 동안 상기 제3 스위치를 온하고, 상기 제4 스위치를 오프하며, 상기 소프트 스타트업 기간의 종료 후, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 온 하고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 오프하여, 상기 오차 증폭기의 출력을 상기 PWM 비교기의 입력단에 전달하는, DC-DC 컨버터.10. The method of claim 9,
The switch control circuit,
a PWM comparator for supplying a gate voltage to the gate of the switch;
a third switch connected between the other end of the first switch and the input end of the PWM comparator; and
Further comprising a fourth switch connected between the output terminal of the error amplifier and the input terminal of the PWM comparator,
The third switch is turned on during the soft start-up period, the fourth switch is turned off, and after the soft start-up period ends, the first switch and the fourth switch are turned on, and the second switch and the fourth switch are turned on. The third switch is turned off to transfer the output of the error amplifier to the input terminal of the PWM comparator.
KR1020210004024A 2021-01-12 2021-01-12 Soft start-up circuit with capacitor sharing method, switch control circuit and dc-dc converter comprising the same KR102502763B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210004024A KR102502763B1 (en) 2021-01-12 2021-01-12 Soft start-up circuit with capacitor sharing method, switch control circuit and dc-dc converter comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210004024A KR102502763B1 (en) 2021-01-12 2021-01-12 Soft start-up circuit with capacitor sharing method, switch control circuit and dc-dc converter comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220101930A true KR20220101930A (en) 2022-07-19
KR102502763B1 KR102502763B1 (en) 2023-02-21

Family

ID=82606918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210004024A KR102502763B1 (en) 2021-01-12 2021-01-12 Soft start-up circuit with capacitor sharing method, switch control circuit and dc-dc converter comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102502763B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040021887A (en) * 2002-09-05 2004-03-11 페어차일드코리아반도체 주식회사 A soft start device without external capacitor and a power supply having that device
CN102545572A (en) * 2010-12-29 2012-07-04 华润矽威科技（上海）有限公司 Capacitor multiplexing soft-start circuit and method
JP2021048716A (en) * 2019-09-19 2021-03-25 ローム株式会社 Switching power supply device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040021887A (en) * 2002-09-05 2004-03-11 페어차일드코리아반도체 주식회사 A soft start device without external capacitor and a power supply having that device
CN102545572A (en) * 2010-12-29 2012-07-04 华润矽威科技（上海）有限公司 Capacitor multiplexing soft-start circuit and method
JP2021048716A (en) * 2019-09-19 2021-03-25 ローム株式会社 Switching power supply device

Also Published As

Publication number Publication date
KR102502763B1 (en) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10348201B2 (en) Voltage regulation circuit of single inductor and multiple outputs and control method
US7276886B2 (en) Dual buck-boost converter with single inductor
KR100744592B1 (en) Dc-dc converter, dc-dc converter control circuit, and dc-dc converter control method
US7362083B2 (en) DC-DC converter with modulator circuit having a feed forward structure
US7923977B2 (en) DC-DC converters with transient response control
US9035638B2 (en) DC/DC converter arrangement and method for DC/DC conversion
US7375992B2 (en) Switched-capacitor regulators
US7772810B2 (en) DC-DC Converter with adaptive switching parameter adjustment
US10014780B2 (en) Multiphase switching converter
TWI387189B (en) Dc-to-dc converter and method therefor
US20100201336A1 (en) Voltage mode switching regulator and control circuit and method therefor
US20060028854A1 (en) Charge pump circuit
US11527956B2 (en) Control circuit for an electronic converter, related integrated circuit, electronic converter and method
Pizzutelli et al. Novel control technique for single inductor multiple output converters operating in CCM with reduced cross-regulation
JP2018521622A (en) Circuit and method for controlling a boost switching regulator based on inductor current
KR101164348B1 (en) Power supply circuit
US9979302B2 (en) Device and method for closed-loop control of a power converter
US20200076307A1 (en) Frequency control circuit, control method and switching converter
US10447044B2 (en) Switching control circuit and control method
US10103720B2 (en) Method and apparatus for a buck converter with pulse width modulation and pulse frequency modulation mode
US10700607B2 (en) Control method and control circuit of a multi-phase converter
CN109845081B (en) Bootstrap circuit for DC/DC converter
US7142039B2 (en) Regulated charge pump with digital resistance control
US20230170795A1 (en) Dc-dc converter and power device including the same
US8018207B2 (en) Switching regulator

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant