WO2016017873A1 - Dc-dc converter and ramp generator included therein - Google Patents

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WO2016017873A1
WO2016017873A1 PCT/KR2014/012817 KR2014012817W WO2016017873A1 WO 2016017873 A1 WO2016017873 A1 WO 2016017873A1 KR 2014012817 W KR2014012817 W KR 2014012817W WO 2016017873 A1 WO2016017873 A1 WO 2016017873A1
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WO
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load
switching element
pulse width
switch element
converter
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/012817
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백광현
정현수
황원준
손 팜응옥
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중앙대학교 산학협력단
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    • 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
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    • 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
    • H02M3/157—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 with digital control

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a DC-DC converter and a ramp generator for supplying a plurality of output voltages using a single inductor, and more particularly to cross regulation that occurs when the size of a load changes.
  • the present invention relates to a DC-DC converter capable of attenuating and a ramp generator included in the DC-DC converter.
  • SIMDO Single inductor dual output DC-DC converters, which supply multiple output voltages with one inductor, are increasing in demand as mobile devices become smaller.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic structure of a conventional DC-DC converter of the SIDO structure
  • Figure 2 is a diagram showing a timing diagram of the DC-DC converter according to FIG. 1 and 2, an on / off process of a transfer switch for applying supply power to a load A and an on / off process of a transfer switch for applying supply power to a load B are shown.
  • the conventional SIDO structure DC-DC converter uses a technique of changing the entire switching period. That is, the DC-DC converter of the conventional SIDO structure increases the inductor current by adjusting the switching period, so that it can be applied to all the various loads.
  • FIG. 3 is a graph illustrating an inductor current before and after a switching cycle is changed in the DC-DC converter according to FIG. 1.
  • FIG. 3A shows the inductor current when power is supplied to the load without changing the switching period
  • FIG. 3B shows the inductor current when the switching period is doubled.
  • a load whose load size is changed will be referred to as a "first load”
  • a load whose load size does not change will be referred to as a "second load”.
  • the amount of current to be supplied to the first load in which the load power is increased is equal to "16ab" which is the area of a large triangle.
  • the current amount of the second load which is another load that is being supplied with stable power, should also be the same in both (a) and (b) of FIG. 3 (see Equation 3 of FIG. 3). It can be seen from the calculation result that the time shown in (b) of FIG. 3 occurs by about 3.5a compared to the method of FIG.
  • Cross regulation means that the output of the second load, which maintained stable power, is affected when the power consumption increases in the first load whose load size is increased, thereby increasing the switching period.
  • the DC-DC converter disclosed in the publication "A Wide-Load-Range Constant-Charge-Auto-Hopping Control Single-Inductor-Dual-Output Boost Regulator With Minimized Cross-Regulation” can be adjusted and applied to loads of various sizes, provided that the average inductor current supplied to the second load is the same (i.e., the average inductor current before the switching cycle and the average inductor current after the switching cycle are the same), Demonstrates that cross regulation can be reduced.
  • the current source of the lamp generator in the PWM control section controls the on / off of the transfer switch included in the DC-DC converter.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lamp generator included in a DC-DC converter according to a publicly available paper.
  • the lamp generator includes a plurality of current sources and a plurality of switching elements, and adjusts the amount of current flowing to the lamp generator by turning on / off any one switch N [i] according to a switching period. (See FIG. 4B). That is, the same average inductor current (total charge amount) can be supplied by adjusting the slope of the inductor current in the time domain.
  • a DC-DC converter and a lamp generator included in the DC-DC converter capable of attenuating cross regulation generated when the size of the load changes. I would like to propose.
  • one inductor is connected to the power source;
  • a plurality of transfer switches for transferring charges output from the power supply and charges stored in the inductor to the first load and the second load for applying supply power to a first load and a second load;
  • a control signal generator configured to generate a control signal for controlling on / off of the plurality of transfer switches using a pulse width modulated signal, wherein the control signal generator generates a pulse width modulated signal.
  • a ramp generator for generating a triangular wave used to generate the pulse width modulated signal
  • the pulse generator comprises: a capacitor; One current source; A first switching element having one end connected with the capacitor and the other end connected with the current source; A second switching element connected in parallel with the capacitor; And a controller for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
  • the first load is a load of which the load size is changed
  • the second load is a load of which the load size is not changed
  • the controller is configured to apply the first switching element and the second to apply supply power to the first load.
  • a first process of controlling on / off of the switching element and a second process of controlling on / off of the first switching element and the second switching element to apply supply power to the second load In a second process, the controller performs an operation A including an on operation of the first switch element / off operation of the second switch element and then the off operation of the first switch element / on of the second switch element.
  • An operation B including an operation may be performed, and the operation A and the operation B may be repeated N times (an integer of 2 or more).
  • the DC-DC converter When the load size of the first load is not changed, the DC-DC converter supplies power to the first load and the second load at a preset switching period, and when the load size of the first load is changed, the DC-DC converter.
  • the DC converter may supply power to the first load and the second load by increasing the switching period by an integer multiple, wherein the integer multiple may be equal to the N times.
  • the controller When the load size of the first load does not change, the controller performs the first operation after performing operation 1 including an on operation of the first switch element / off operation of the second switch element in the second process. Perform operation 2 including an off operation of the first switch element / the on operation of the second switch element, wherein the execution time of the operation 1 and the operation A is the same, and the execution time of the operation 2 and the operation B is the same can do.
  • the DC-DC converter for applying the supply power to the first load and the second load as one inductor, the supply power to the first load and the second load
  • a ramp generator for generating triangular waves for generating a pulse width control signal for controlling the on / off of a plurality of transfer switches for transfer, comprising: a capacitor; One current source; A first switching element having one end connected with the capacitor and the other end connected with the current source; A second switching element connected in parallel with the capacitor; And a controller for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
  • the DC-DC converter and the ramp generator included in the DC-DC converter according to the present invention can attenuate cross regulation generated when the size of a load changes.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic structure of a DC-DC converter having a conventional SIDO structure.
  • FIG. 2 is a timing diagram of the DC-DC converter of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a graph illustrating an inductor current before and after a switching period is not changed in the DC-DC converter according to FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lamp generator included in another conventional DC-DC converter.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a pulse width modulation signal unit included in a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a ramp generator included in a pulse width modulation signal unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a current of an inductor included in a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation result of a DC-DC inductor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • the DC-DC converter is a DC-DC converter supplying a plurality of output voltages to one inductor, for example, a DC-DC converter having a single inductor dual output (SIDO) structure.
  • the DC-DC converter 500 includes one inductor 510, a plurality of switches 520, and a control signal generator 530.
  • the DC-DC converter 500 changes the load size of the first load connected to the DC-DC converter 500 in order to widen the power usage range of the load. It is assumed that the load size of the second load is not changed, and it is assumed that the " switching cycle changing technique " described in the background art is used.
  • Inductor 510 is connected with the power source (V g), and stores the charge output from the power source (V g).
  • the plurality of switches 520 remove the charges output from the power supply V g and the charges stored in the inductor 510 to apply the supply power to the first load (load a) and the second load (load b). Transfer to 1st load and 2nd load.
  • control signal generator 530 generates a control signal for controlling the on / off of the plurality of transfer switch (520).
  • control signal generator 530 may include a clock generator 531, a pulse width modulation controller 532, a frequency detection unit 533, and logic / Logic & Buffers 534 and High Voltage Selector 535.
  • the clock generator 531 serves to create a fundamental switching frequency (Fundamental Switching Frequency) of the DC-DC converter 500, the pulse width modulation signal unit 532 generates a pulse width modulation signal.
  • the structure of the pulse width modulation signal section 532 will be described in more detail below.
  • the frequency detection unit 533 detects a switching cycle and transfers the information to the pulse width modulation signal unit 532, and the high voltage selector 534 is the highest voltage among the input voltage and the two output voltages. It detects and applies to pMOS body.
  • the logic / buffer unit 535 allows the operations of the plurality of transfer switches 520 to operate in a non-overlapping order and to drive the power switch properly (when the switch input signal is input, the switch operates in a short time. It plays a role. To this end, the logic / buffer unit 535 controls the on / off of the plurality of transfer switches 520 by using the pulse width control signal output from the pulse width modulation signal unit 532 and the output signal output from zero current detection. Output the signal.
  • the plurality of transfer switches 520 are " Sn On ⁇ Sn Off ⁇ Sa On ⁇ Sa Off ⁇ Sb On ⁇ Sb Off ⁇ Sf On ⁇ Sf Off ⁇ Sn On " On / off proceeds in order.
  • the pulse width modulation signal unit 532 for generating a pulse width modulation signal may have a structure shown in FIG.
  • each of two error amplifiers includes error information V based on a reference voltage V refa , V refb and an output voltage V oa , V ob of the DC-DC converter 500.
  • EAa , V EAb The comparators CMP a and CMP b generate a pulse width control signal using the error information V EAa and V EAb and the triangular wave output from the ramp generator 600.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lamp generator 600 according to an embodiment of the present invention.
  • the lamp generator 600 includes a capacitor C, one current source I, a first switching element S 1 , a second switching element S 2 , and A controller 610.
  • the connection relationship between each device is described in more detail as follows.
  • the capacitor C stores the charge output from the current source I.
  • the first switching element S 1 is positioned between the capacitor C and the current source I. That is, one end of the first switching element S 1 is connected to the capacitor C and the other end is connected to the current source I.
  • the second switching element S 2 is connected in parallel with the capacitor C and performs a function of emitting charge stored in the capacitor C.
  • the controller 610 controls the on / off of the first switching element S 1 and the second switching element S 2 to output a triangular wave.
  • the controller 610 may apply the supply power to the first load and the second load to control the on / off of the first switching element and the second switching element to apply the supply power to the first load.
  • second process for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
  • the present invention aims to attenuate cross regulation experienced by a second load whose load does not change, the first process will not be described below, and only the second process will be described in detail.
  • the controller 610 performs an “operation A” including an on operation of the first switch element S1 / an off operation of the second switch element S2. Thereafter, "operation B" including an off operation of the first switch element S1 / an on operation of the second switch element S2 may be performed. At this time, operation A and operation B may be repeated N times (an integer of 2 or more).
  • the first switch element S 1 is turned on and the second switch element S 2 is turned off, thereby forming a rising section waveform of the triangular wave.
  • operation B the first switch element S 1 is turned off and the second switch element S 2 is turned on, thereby forming a falling section waveform of the triangular wave.
  • the number of repetitions (N times) of operations A and B may correspond to the size of the switching period changed by an integer multiple. That is, according to an embodiment of the present invention, when the size of the first load is not changed, the DC-DC converter 500 supplies power to the first load and the second load at a preset switching period, When the size is changed, the DC-DC converter 500 supplies power to the first load and the second load by increasing the switching period by an integer multiple (similar to that shown in FIG. 3), but the integer multiple may be equal to N times.
  • FIG 8 illustrates a current of an inductor included in the DC-DC converter 500 according to an embodiment of the present invention.
  • the lamp generator 600 repeats operation A and operation B twice, and accordingly
  • the inductor current for applying the supply power to the second load may be formed as two triangles shown in black.
  • the lamp generator 600 repeats operation A and operation B three times. Accordingly, the inductor current for applying the supply power to the second load may be formed as three triangles shown in black.
  • the switching cycle is changed twice (Fig. 8). (A)) when the size of the black triangle of the inductor current for applying the supply power to the second load and the size of the first load are changed and the switching cycle is changed three times (FIG. 8 (b))
  • the size of the black triangle of the inductor current for applying supply power to the load may be the same.
  • the controller 500 may turn on the first operation of the first switch element. After performing operation 1 including the off operation of the second switch element, perform operation 2 including the off operation of the first switch element / on operation of the second switch element, and the execution time of operation 1 and operation A is The execution time of operation 2 and operation B may be the same.
  • the DC-DC inductor 500 according to the exemplary embodiment of the present invention has an advantage that cross regulation due to mismatching does not occur by using "one current source” instead of using multiple current sources.
  • the load for which the duty should increase is a load with a change in power usage, that is, a first load
  • the duty corresponding to the first load is increased by using a feedback system
  • the second load without a change in power usage is
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation result of the DC-DC inductor 500 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows simulation results showing the voltage change amount of V ob based on 2.7 V when the load current supplied to V oa based on 3 V increases from 30 mA to 280 mA.
  • 9B is a simulation result when using the structure of the DC-DC converter 500 according to the present invention.
  • FIG. 9 (a) varies from 2.7 V to 2.6 V, about 100 mV, while FIG. 9 (b) reaches 2.63 V , 70 mV is changed to decrease the change by 30 mV.

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Abstract

Provided are a DC-DC converter and a ramp generator included therein. The proposed DC-DC converter comprises: a plurality of transmission switches for transmitting electric charge outputted from a power source and electric charge stored in an inductor to a first load and a second load in order to apply supplied power thereto; and a control signal-generating control signal generator for controlling the on/off of the plurality of transmission switches by means of pulse width modulation signals, wherein the control signal generator comprises a pulse width modulation signal unit for generating pulse width modulation signals, and the pulse width modulation signal unit comprises a ramp generator for generating triangular waves utilized in the generation of pulse width modulation signals, wherein the ramp generator comprises: a capacitor; one current source; a first switching element, one end of which is connected to the capacitor and the other end of which is connected to the current source; a second switching element connected in parallel to the capacitor; and a controller for controlling the on/off of the first switching element and the second switching element.

Description

DC-DC 컨버터 및 이에 포함되는 램프 발생기DC-DC Converter and Lamp Generator Included in It
본 발명의 실시예들은, 하나의 인덕터를 사용하여 복수의 출력 전압을 공급하는 DC-DC 컨버터 및 램프 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부하의 크기가 변할 때 발생하는 크로스 레귤레이션(Cross Regulation)을 감쇠시킬 수 있는 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-DC 컨버터에 포함되는 램프 발생기에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a DC-DC converter and a ramp generator for supplying a plurality of output voltages using a single inductor, and more particularly to cross regulation that occurs when the size of a load changes. The present invention relates to a DC-DC converter capable of attenuating and a ramp generator included in the DC-DC converter.
하나의 인덕터로 여러 개의 출력 전압을 공급하는 SIDO(Single Inductor Dual Output) 구조의 DC-DC 컨버터는 모바일 기기의 크기가 작아짐에 따라 그 수요가 증가되고 있다. Single inductor dual output (SIDO) DC-DC converters, which supply multiple output voltages with one inductor, are increasing in demand as mobile devices become smaller.
도 1는 기존의 SIDO 구조의 DC-DC 컨버터의 개략적인 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 DC-DC 컨버터의 타이밍도를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 부하 A로 공급 전력을 인가하기 위한 전달 스위치의 온/오프 과정 및 부하 B로 공급 전력을 인가하기 위한 전달 스위치의 온/오프 과정이 나타나 있다. 1 is a view showing a schematic structure of a conventional DC-DC converter of the SIDO structure, Figure 2 is a diagram showing a timing diagram of the DC-DC converter according to FIG. 1 and 2, an on / off process of a transfer switch for applying supply power to a load A and an on / off process of a transfer switch for applying supply power to a load B are shown.
이 때, 부하의 전력 사용 범위를 넓게 하기 위해서, 종래의 SIDO 구조의 DC-DC 컨버터는 전체 스위칭 주기를 변화시키는 기술을 사용하고 있다. 즉, 종래의 SIDO 구조의 DC-DC 컨버터는 스위칭 주기를 조절하여 인덕터 전류를 늘림으로써, 다양한 부하 모두에 적용 가능하다. At this time, in order to widen the power usage range of the load, the conventional SIDO structure DC-DC converter uses a technique of changing the entire switching period. That is, the DC-DC converter of the conventional SIDO structure increases the inductor current by adjusting the switching period, so that it can be applied to all the various loads.
도 3은 도 1에 따른 DC-DC 컨버터에 있어서, 스위칭 주기가 변경되기 전과 후의 인덕터 전류를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 3 is a graph illustrating an inductor current before and after a switching cycle is changed in the DC-DC converter according to FIG. 1.
보다 상세하게, 도 3의 (a)는 스위칭 주기의 변화 없이 부하로 전력을 공급할 때의 인덕터 전류를 도시하고 있고, 도 3의 (b)는 스위칭 주기를 2배로 증가시켰을 때의 인덕터 전류를 도시한 도면이다. 이 때, 부하 크기가 변경된 부하를 "제1 부하"로, 부하 크기가 변경되지 않는 부하를 "제2 부하"로 호칭하기로 한다. More specifically, FIG. 3A shows the inductor current when power is supplied to the load without changing the switching period, and FIG. 3B shows the inductor current when the switching period is doubled. One drawing. At this time, a load whose load size is changed will be referred to as a "first load" and a load whose load size does not change will be referred to as a "second load".
도 3을 참조하면, 도 3의 (a)와 (b) 모두 부하 전력이 늘어난 제1 부하에 공급되어야 하는 전류량은 큰 삼각형의 넓이인 "16ab"로 같다. 이 때, 안정적인 전력을 공급받고 있는 또 다른 부하인 제2 부하의 전류량 역시 도 3의 (a)와 (b) 모두에서 같아야 한다(도 3의 수학식 참조). 계산 결과를 통해 도 3의 (b)에 도시된 방식이 도 3의 (a) 방식에 비해 약 3.5a만큼의 시간적 여유가 발생하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, in FIGS. 3A and 3B, the amount of current to be supplied to the first load in which the load power is increased is equal to "16ab" which is the area of a large triangle. At this time, the current amount of the second load, which is another load that is being supplied with stable power, should also be the same in both (a) and (b) of FIG. 3 (see Equation 3 of FIG. 3). It can be seen from the calculation result that the time shown in (b) of FIG. 3 occurs by about 3.5a compared to the method of FIG.
또한, 도 3의 (b)에서 보듯이, 스위칭 주기가 2배 증가하면 같은 양의 전력을 부하에 전달하기 위한 시간이 4a에서
Figure PCTKR2014012817-appb-I000001
로,
Figure PCTKR2014012817-appb-I000002
배 증가한다. 즉, 스위칭 주기가 n배 증가하면 전력공급시간이
Figure PCTKR2014012817-appb-I000003
배 증가한다. 그리고 이러한 전력공급시간의 증가는 펄스 듀티(Pulse Duty)의 증가를 의미한다. 이러한 듀티의 증가는 전체 DC-DC 컨버터의 피드백 시스템을 통하여 이루어질 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 3, when the switching period is increased twice, the time for delivering the same amount of power to the load is 4a.
Figure PCTKR2014012817-appb-I000001
in,
Figure PCTKR2014012817-appb-I000002
Fold increases. That is, if the switching period is increased by n times, the power supply time
Figure PCTKR2014012817-appb-I000003
Fold increases. In addition, such an increase in power supply time means an increase in pulse duty. This increase in duty can be achieved through the feedback system of the entire DC-DC converter.
하지만, 상기한 종래 기술은 목표로 하는 듀티까지 도달하기 위한 시간을 필요로 하고. 이 시간 동안에 크로스 레귤레이션(Cross Regulation)이 발생하는 문제점이 있다. 크로스 레귤레이션은 부하의 크기가 변경된 제1 부하에 전력 사용량이 증가하여 스위칭 주기가 증가하면, 안정적인 전력을 유지하고 있던 제2 부하의 출력이 영향을 받는 것을 의미한다. However, the above prior art requires time to reach the target duty. There is a problem that cross regulation occurs during this time. Cross regulation means that the output of the second load, which maintained stable power, is affected when the power consumption increases in the first load whose load size is increased, thereby increasing the switching period.
이를 해결하기 위해, 공개 논문인 "A Wide-Load-Range Constant-Charge-Auto-Hopping Control Single-Inductor-Dual-Output Boost Regulator With Minimized Cross-Regulation"에 공개된 DC-DC 컨버터에서는, 스위칭 주기를 조절하여 다양한 크기의 부하에 적용 가능하게 하되, 제2 부하에 공급되는 평균 인덕터 전류가 동일한 경우(즉, 스위칭 주기가 바뀌기 전의 평균 인덕터 전류와 스위칭 주기가 바뀌고 난 후의 평균 인덕터 전류가 동일한 경우), 크로스 레귤레이션을 줄일 수 있음을 설명하고 있다. To solve this problem, the DC-DC converter disclosed in the publication "A Wide-Load-Range Constant-Charge-Auto-Hopping Control Single-Inductor-Dual-Output Boost Regulator With Minimized Cross-Regulation" Can be adjusted and applied to loads of various sizes, provided that the average inductor current supplied to the second load is the same (i.e., the average inductor current before the switching cycle and the average inductor current after the switching cycle are the same), Demonstrates that cross regulation can be reduced.
다시 말해, DC-DC 컨버터에 구비되어 있는 전달 스위치의 온/오프를 제어하는 PWM 제어부 내에 있는 램프 발생기의 전류 소스를
Figure PCTKR2014012817-appb-I000004
배 증가시켜 사용하면 빠른 시간 안에 목표로 하는 듀티로 증가시킬 수 있고, 듀티가 증가할 동안에 필요한 시간이 감소하기 때문에 이로 인한 크로스 레귤레이션 현상을 줄일 수 있다.In other words, the current source of the lamp generator in the PWM control section controls the on / off of the transfer switch included in the DC-DC converter.
Figure PCTKR2014012817-appb-I000004
By increasing the number, you can increase the target duty in a short time, and reduce the cross regulation due to the reduced time required while the duty increases.
도 4는 공개 논문에 따른 DC-DC 컨버터에 포함된 램프 발생기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lamp generator included in a DC-DC converter according to a publicly available paper.
도 4의 (a)를 참조하면, 램프 발생기는 복수의 전류원 및 복수의 스위칭 소자를 포함하고 있으며, 스위칭 주기에 맞춰 어느 하나의 스위치 N[i]가 온/오프함으로써 램프 발생기에 흐르는 전류량을 조절할 수 있다(도 4의 (b) 참조). 즉, 인덕터 전류의 시간 영역에서의 기울기를 조절함으로써 동일한 평균 인덕터 전류(총 전하량)를 공급할 수 있다.Referring to FIG. 4A, the lamp generator includes a plurality of current sources and a plurality of switching elements, and adjusts the amount of current flowing to the lamp generator by turning on / off any one switch N [i] according to a switching period. (See FIG. 4B). That is, the same average inductor current (total charge amount) can be supplied by adjusting the slope of the inductor current in the time domain.
하지만, 상기의 구조에서는 복수의 전류원 간의 부정합(mismatch)이 존재하고, 부정합에 의해 크로스 레귤레이션 현상 발생하는 문제점이 있다. However, in the above structure, there is a mismatch between a plurality of current sources, and there is a problem in that a cross regulation phenomenon occurs due to mismatch.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 부하의 크기가 변할 때 발생하는 크로스 레귤레이션(Cross Regulation)을 감쇠시킬 수 있는 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-DC 컨버터에 포함되는 램프 발생기를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, in the present invention, a DC-DC converter and a lamp generator included in the DC-DC converter capable of attenuating cross regulation generated when the size of the load changes. I would like to propose.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 전원과 연결되어 있는 하나의 인덕터; 제1 부하 및 제2 부하로 공급 전원을 인가하기 위해 상기 전원에서 출력된 전하 및 상기 인덕터에 저장된 전하를 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전달하기 위한 복수의 전달 스위치; 펄스폭 변조 신호를 이용하여 상기 복수의 전달 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부;를 포함하되, 상기 제어신호 생성부는 상기 펄스폭 변조신호를 생성하는 펄스폭 변조 신호부;를 포함하고, 상기 펄스폭 변조 신호부는 상기 펄스폭 변조신호의 생성에 이용되는 삼각파를 생성하는 램프 발생기;를 포함하되, 상기 램프 발생기는 캐패시터; 하나의 전류원; 일단이 상기 캐패시터와 연결되고 타단이 상기 전류원과 연결되는 제1 스위칭 소자; 상기 캐패시터와 병렬 연결되는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, one inductor is connected to the power source; A plurality of transfer switches for transferring charges output from the power supply and charges stored in the inductor to the first load and the second load for applying supply power to a first load and a second load; And a control signal generator configured to generate a control signal for controlling on / off of the plurality of transfer switches using a pulse width modulated signal, wherein the control signal generator generates a pulse width modulated signal. And a ramp generator for generating a triangular wave used to generate the pulse width modulated signal, wherein the pulse generator comprises: a capacitor; One current source; A first switching element having one end connected with the capacitor and the other end connected with the current source; A second switching element connected in parallel with the capacitor; And a controller for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
상기 제1 부하는 부하 크기가 변경된 부하이고, 상기 제2 부하는 부하 크기가 변경되지 않는 부하이고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제1 과정 및 상기 제2 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제2 과정을 포함하되, 상기 제2 과정에서 상기 컨트롤러는, 상기 제1 스위치 소자의 온 동작/상기 제2 스위치 소자의 오프 동작을 포함하는 동작 A를 수행한 후 상기 제1 스위치 소자의 오프 동작/상기 제2 스위치 소자의 온 동작을 포함하는 동작 B를 수행하되, 상기 동작 A 및 상기 동작 B는 N(2 이상의 정수)회만큼 반복 수행될 수 있다. The first load is a load of which the load size is changed, and the second load is a load of which the load size is not changed, and the controller is configured to apply the first switching element and the second to apply supply power to the first load. A first process of controlling on / off of the switching element and a second process of controlling on / off of the first switching element and the second switching element to apply supply power to the second load, In a second process, the controller performs an operation A including an on operation of the first switch element / off operation of the second switch element and then the off operation of the first switch element / on of the second switch element. An operation B including an operation may be performed, and the operation A and the operation B may be repeated N times (an integer of 2 or more).
상기 제1 부하의 부하 크기가 변경되지 않는 경우 상기 DC-DC 컨버터는 기 설정된 스위칭 주기로 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전원을 공급하고, 상기 제1 부하의 부하 크기가 변경된 경우 상기 DC-DC 컨버터는 상기 스위칭 주기를 정수배만큼 늘여 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전원을 공급하되, 상기 정수배는 상기 N회와 동일할 수 있다. When the load size of the first load is not changed, the DC-DC converter supplies power to the first load and the second load at a preset switching period, and when the load size of the first load is changed, the DC-DC converter. The DC converter may supply power to the first load and the second load by increasing the switching period by an integer multiple, wherein the integer multiple may be equal to the N times.
상기 제1 부하의 부하 크기가 변경되지 않는 경우, 상기 제2 과정에서 상기 컨트롤러는, 상기 제1 스위치 소자의 온 동작/상기 제2 스위치 소자의 오프 동작을 포함하는 동작 1를 수행한 후 상기 제1 스위치 소자의 오프 동작/상기 제2 스위치 소자의 온 동작을 포함하는 동작 2를 수행하되, 상기 동작 1와 상기 동작 A의 수행시간은 동일하고, 상기 동작 2와 상기 동작 B의 수행시간은 동일할 수 있다. When the load size of the first load does not change, the controller performs the first operation after performing operation 1 including an on operation of the first switch element / off operation of the second switch element in the second process. Perform operation 2 including an off operation of the first switch element / the on operation of the second switch element, wherein the execution time of the operation 1 and the operation A is the same, and the execution time of the operation 2 and the operation B is the same can do.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나의 인덕터로 제1 부하 및 제2 부하에 공급 전원을 인가하는 DC-DC 컨버터에 포함되되, 상기 공급 전원을 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전달하기 위하여 복수의 전달 스위치의 온/오프를 제어하는 펄스폭 제어신호를 생성하기 위해, 삼각파를 생성하는 램프 발생기에 있어서, 캐패시터; 하나의 전류원; 일단이 상기 캐패시터와 연결되고 타단이 상기 전류원과 연결되는 제1 스위칭 소자; 상기 캐패시터와 병렬 연결되는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 램프 발생기가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention, it is included in the DC-DC converter for applying the supply power to the first load and the second load as one inductor, the supply power to the first load and the second load A ramp generator for generating triangular waves for generating a pulse width control signal for controlling the on / off of a plurality of transfer switches for transfer, comprising: a capacitor; One current source; A first switching element having one end connected with the capacitor and the other end connected with the current source; A second switching element connected in parallel with the capacitor; And a controller for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
본 발명에 따른 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-DC 컨버터에 포함되는 램프 발생기는 부하의 크기가 변할 때 발생하는 크로스 레귤레이션을 감쇠시킬 수 있게 된다. The DC-DC converter and the ramp generator included in the DC-DC converter according to the present invention can attenuate cross regulation generated when the size of a load changes.
도 1는 기존의 SIDO 구조의 DC-DC 컨버터의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a schematic structure of a DC-DC converter having a conventional SIDO structure.
도 2는 도 1의 DC-DC 컨버터의 타이밍도를 도시한 도면이다. 2 is a timing diagram of the DC-DC converter of FIG. 1.
도 3은 도 1에 따른 DC-DC 컨버터에 있어서, 스위칭 주기가 변경되지 전과 후의 인덕터 전류를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 3 is a graph illustrating an inductor current before and after a switching period is not changed in the DC-DC converter according to FIG. 1.
도 4는 또 다른 기존의 DC-DC 컨버터에 포함된 램프 발생기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lamp generator included in another conventional DC-DC converter.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터에 포함된 펄스폭 변조 신호부의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a pulse width modulation signal unit included in a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스폭 변조 신호부에 포함된 램프 발생기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a ramp generator included in a pulse width modulation signal unit according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터에 포함되는 인덕터의 전류를 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a current of an inductor included in a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 인덕터의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a simulation result of a DC-DC inductor according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터는 하나의 인덕터로 여러 개의 출력 전압을 공급하는 DC-DC 컨버터, 일례로 SIDO(Single Inductor Dual Output) 구조의 DC-DC 컨버터로서, 도 5를 참조하면, DC-DC 컨버터(500)는 하나의 인덕터(510), 복수의 스위치(520) 및 제어신호 생성부(530)를 포함한다. The DC-DC converter according to an embodiment of the present invention is a DC-DC converter supplying a plurality of output voltages to one inductor, for example, a DC-DC converter having a single inductor dual output (SIDO) structure. The DC-DC converter 500 includes one inductor 510, a plurality of switches 520, and a control signal generator 530.
도 5을 참조하여 설명함에 앞서, 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터(500)는 부하의 전력 사용 범위를 넓게 하기 위하여, DC-DC 컨버터(500)에 연결된 제1 부하의 부하 크기를 변경시키고, 제2 부하의 부하 크기는 변경되지 않는 것으로 가정하며, 배경 기술에서 설명한 "스위칭 주기의 변경 기법"을 사용하는 것으로 가정한다. Before describing with reference to FIG. 5, the DC-DC converter 500 according to the present invention changes the load size of the first load connected to the DC-DC converter 500 in order to widen the power usage range of the load. It is assumed that the load size of the second load is not changed, and it is assumed that the " switching cycle changing technique " described in the background art is used.
이하, 각 구성요소 별로 그 기능을 상세히 설명한다. Hereinafter, the function of each component will be described in detail.
인덕터(510)는 전원(Vg)과 연결되어 있으며, 전원(Vg)에서 출력된 전하를 저장한다. Inductor 510 is connected with the power source (V g), and stores the charge output from the power source (V g).
그리고, 복수의 스위치(520)는 제1 부하(부하 a) 및 제2 부하(부하 b)로 공급 전원을 인가하기 위해 전원(Vg)에서 출력된 전하 및 인덕터(510)에 저장된 전하를 제1 부하 및 제2 부하로 전달한다. In addition, the plurality of switches 520 remove the charges output from the power supply V g and the charges stored in the inductor 510 to apply the supply power to the first load (load a) and the second load (load b). Transfer to 1st load and 2nd load.
또한, 제어신호 생성부(530)는 복수의 전달 스위치(520)의 온/오프를 제어하기 위한 제어신호를 생성한다. In addition, the control signal generator 530 generates a control signal for controlling the on / off of the plurality of transfer switch (520).
세부적으로, 제어신호 생성부(530)는 클록 발생기(Clock Generator)(531), 펄스폭 변조 신호부(Pulse Width Modulation Controller)(532), 주파수 검출 유닛(Frequency Detection Unit)(533), 로직/버퍼부(Logic & Buffers)(534) 및 고전압 선택기(High Voltage Selector)(535)를 포함한다. In detail, the control signal generator 530 may include a clock generator 531, a pulse width modulation controller 532, a frequency detection unit 533, and logic / Logic & Buffers 534 and High Voltage Selector 535.
클록 발생기(531)는 DC-DC 컨버터(500)의 기본이 되는 스위칭 주파수(Fundamental Switching Frequency)를 만들어주는 역할을 수행하고, 펄스폭 변조 신호부(532)는 펄스폭 변조 신호를 생성한다. 펄스폭 변조 신호부(532)이 구조에 대해서는 아래에서 보다 상세하게 설명한다. The clock generator 531 serves to create a fundamental switching frequency (Fundamental Switching Frequency) of the DC-DC converter 500, the pulse width modulation signal unit 532 generates a pulse width modulation signal. The structure of the pulse width modulation signal section 532 will be described in more detail below.
그리고, 주파수 검출 유닛(533)은 스위칭 주기를 감지하여 펄스폭 변조 신호부(532)로 그 정보를 전달해 주는 역할을 수행하며, 고전압 선택기(534)는 입력전압과 두 개의 출력전압 중 가장 높은 전압을 감지하여 pMOS의 body로 인가해주는 역할을 수행한다. The frequency detection unit 533 detects a switching cycle and transfers the information to the pulse width modulation signal unit 532, and the high voltage selector 534 is the highest voltage among the input voltage and the two output voltages. It detects and applies to pMOS body.
그리고, 로직/버퍼부(535)는 복수의 전달 스위치(520)의 동작이 겹치지 않고 순서대로 동작하도록 만들어 주고, 파워 스위치를 제대로 구동하도록(스위치 입력 신호가 들어왔을 때 빠른 시간 안에 스위치가 동작하도록) 해주는 역할을 수행한다. 이를 위해, 로직/버퍼부(535)는 펄스폭 변조 신호부(532)에서 출력된 펄스폭 제어신호 및 Zero Current Detection에서 출력된 출력 신호를 이용하여 복수의 전달 스위치(520)의 온/오프 제어신호를 출력한다. In addition, the logic / buffer unit 535 allows the operations of the plurality of transfer switches 520 to operate in a non-overlapping order and to drive the power switch properly (when the switch input signal is input, the switch operates in a short time. It plays a role. To this end, the logic / buffer unit 535 controls the on / off of the plurality of transfer switches 520 by using the pulse width control signal output from the pulse width modulation signal unit 532 and the output signal output from zero current detection. Output the signal.
일례로서, 로직/버퍼부(535)의 제어 하에, 복수의 전달 스위치(520)는 "Sn 온 → Sn 오프 → Sa 온 → Sa 오프 → Sb 온 → Sb 오프 → Sf 온 → Sf 오프 → Sn 온" 순서대로 온/오프가 진행된다. As an example, under the control of the logic / buffer portion 535, the plurality of transfer switches 520 are " Sn On → Sn Off → Sa On → Sa Off → Sb On → Sb Off → Sf On → Sf Off → Sn On " On / off proceeds in order.
한편, 펄스폭 변조 신호를 생성하는 펄스폭 변조 신호부(532)는 도 6에 도시된 구조를 가질 수 있다. On the other hand, the pulse width modulation signal unit 532 for generating a pulse width modulation signal may have a structure shown in FIG.
보다 상세하게, 2개의 에러 증폭기(EA: Error Amplifier) 각각은 레퍼런스 전압(Vrefa, Vrefb)과 DC-DC 컨버터(500)의 출력 전압(Voa, Vob)에 기초하여 에러 정보(VEAa, VEAb)를 출력한다. 그리고, 비교기(CMPa, CMPb)는 에러 정보(VEAa, VEAb)와 램프 발생기(600)에서 출력된 삼각파를 이용하여 펄스폭 제어신호를 생성한다. In more detail, each of two error amplifiers (EA) includes error information V based on a reference voltage V refa , V refb and an output voltage V oa , V ob of the DC-DC converter 500. EAa , V EAb ). The comparators CMP a and CMP b generate a pulse width control signal using the error information V EAa and V EAb and the triangular wave output from the ramp generator 600.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 발생기(600)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lamp generator 600 according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 발생기(600)는 캐패시터(C), 하나의 전류원(I), 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2) 및 컨트롤러(610)를 포함한다. 각 소자간의 연결관계를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 7, the lamp generator 600 according to an embodiment of the present invention includes a capacitor C, one current source I, a first switching element S 1 , a second switching element S 2 , and A controller 610. The connection relationship between each device is described in more detail as follows.
캐패시터(C)는 전류원(I)에서 출력되는 전하를 저장하며, 이를 위해, 캐패시터(C)와 전류원(I) 사이에는 제1 스위칭 소자(S1)가 위치한다. 즉, 제1 스위칭 소자(S1)의 일단은 캐패시터(C)와 연결되고 타단은 전류원(I)과 연결된다. 그리고, 제2 스위칭 소자(S2)는 캐패시터(C)와 병렬 연결되며, 캐패시터(C)에 저장된 전하를 내보내는 기능을 수행한다. The capacitor C stores the charge output from the current source I. For this purpose, the first switching element S 1 is positioned between the capacitor C and the current source I. That is, one end of the first switching element S 1 is connected to the capacitor C and the other end is connected to the current source I. In addition, the second switching element S 2 is connected in parallel with the capacitor C and performs a function of emitting charge stored in the capacitor C.
그리고, 컨트롤러(610)는 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 소자(S2)의 온/오프를 제어하여 삼각파를 출력시키는 기능을 수행한다.The controller 610 controls the on / off of the first switching element S 1 and the second switching element S 2 to output a triangular wave.
보다 상세하게, 컨트롤러(610)는 제1 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 "제1 과정" 및 제2 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 "제2 과정"을 포함한다. More specifically, the controller 610 may apply the supply power to the first load and the second load to control the on / off of the first switching element and the second switching element to apply the supply power to the first load. And "second process" for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
특히, 본 발명에서는 부하의 크기가 변하지 않는 제2 부하가 겪는 크로스 레귤레이션을 감쇠시키는 것을 목적으로 하므로, 이하에서는 제1 과정에 대해서는 설명하지 않으며, 제2 과정만을 상세히 설명하기로 한다. In particular, since the present invention aims to attenuate cross regulation experienced by a second load whose load does not change, the first process will not be described below, and only the second process will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 과정에서 컨트롤러(610)는, 제1 스위치 소자(S1)의 온 동작/제2 스위치 소자(S2)의 오프 동작을 포함하는 "동작 A"를 수행한 후, 제1 스위치 소자(S1)의 오프 동작/제2 스위치 소자(S2)의 온 동작을 포함하는 "동작 B"를 수행할 수 있다. 이 때, 동작 A 및 동작 B는 N(2 이상의 정수)회만큼 반복 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the second process, the controller 610 performs an “operation A” including an on operation of the first switch element S1 / an off operation of the second switch element S2. Thereafter, "operation B" including an off operation of the first switch element S1 / an on operation of the second switch element S2 may be performed. At this time, operation A and operation B may be repeated N times (an integer of 2 or more).
즉, 동작 A에서, 제1 스위치 소자(S1)는 온됨과 동시에 제2 스위치 소자(S2)는 오프되고, 이에 따라 삼각파의 상승 구간 파형이 형성된다. 또한, 동작 B에서, 제1 스위치 소자(S1)는 오프됨과 동시에 제2 스위치 소자(S2)는 온되고, 이에 따라 삼각파의 하강 구간 파형이 형성된다. That is, in operation A, the first switch element S 1 is turned on and the second switch element S 2 is turned off, thereby forming a rising section waveform of the triangular wave. In operation B, the first switch element S 1 is turned off and the second switch element S 2 is turned on, thereby forming a falling section waveform of the triangular wave.
이 때, 동작 A 및 동작 B의 반복 횟수(N회)는 정수배만큼 변경되는 스위칭 주기의 크기와 대응될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 부하의 크기가 변경되지 않는 경우 DC-DC 컨버터(500)는 기 설정된 스위칭 주기로 제1 부하 및 제2 부하로 전원을 공급하고, 제1 부하의 크기가 변경된 경우 DC-DC 컨버터(500)는 스위칭 주기를 정수배만큼 늘여 제1 부하 및 제2 부하로 전원을 공급하되(도 3에 도시된 것과 유사), 정수배는 N회와 동일할 수 있다. In this case, the number of repetitions (N times) of operations A and B may correspond to the size of the switching period changed by an integer multiple. That is, according to an embodiment of the present invention, when the size of the first load is not changed, the DC-DC converter 500 supplies power to the first load and the second load at a preset switching period, When the size is changed, the DC-DC converter 500 supplies power to the first load and the second load by increasing the switching period by an integer multiple (similar to that shown in FIG. 3), but the integer multiple may be equal to N times.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 컨버터(500)에 포함되는 인덕터의 전류를 도시하고 있다. 8 illustrates a current of an inductor included in the DC-DC converter 500 according to an embodiment of the present invention.
도 8의 (a)를 참조하면, 변경된 제1 부하의 공급 전력을 인가하기 위해 스위칭 주기를 2배 변경한 경우, 램프 발생기(600)는 동작 A와 동작 B를 2회 동안 반복하고, 이에 따라 제2 부하에 공급 전력을 인가하기 위한 인덕터 전류는 검은색으로 도시된 2개의 삼각형과 같이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 8A, when the switching cycle is changed twice to apply the changed power supply of the first load, the lamp generator 600 repeats operation A and operation B twice, and accordingly The inductor current for applying the supply power to the second load may be formed as two triangles shown in black.
또한, 도 8의 (b)를 참조하면, 변경된 제1 부하의 공급 전력을 인가하기 위해 스위칭 주기를 3배 변경한 경우, 램프 발생기(600)는 동작 A와 동작 B를 3회 동안 반복하고, 이에 따라 제2 부하에 공급 전력을 인가하기 위한 인덕터 전류는 검은색으로 도시된 3개의 삼각형과 같이 형성될 수 있다.In addition, referring to FIG. 8B, when the switching period is changed three times in order to apply the changed supply power of the first load, the lamp generator 600 repeats operation A and operation B three times. Accordingly, the inductor current for applying the supply power to the second load may be formed as three triangles shown in black.
한편, 제1 부하의 크기가 변경되기 전에, 제2 부하로 공급 전력을 인가하기 위한 인덕터 전류의 검은색 삼각형의 크기와, 제1 부하의 크기가 변경되어 스위칭 주기가 2배 변경된 경우(도 8의 (a)) 제2 부하로 공급 전력을 인가하기 위한 인덕터 전류의 검은색 삼각형의 크기와, 제1 부하의 크기가 변경되어 스위칭 주기가 3배 변경된 경우(도 8의 (b)) 제2 부하로 공급 전력을 인가하기 위한 인덕터 전류의 검은색 삼각형의 크기는 동일할 수 있다. Meanwhile, before the size of the first load is changed, when the size of the black triangle of the inductor current for applying the supply power to the second load and the size of the first load are changed, the switching cycle is changed twice (Fig. 8). (A)) when the size of the black triangle of the inductor current for applying the supply power to the second load and the size of the first load are changed and the switching cycle is changed three times (FIG. 8 (b)) The size of the black triangle of the inductor current for applying supply power to the load may be the same.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 부하의 부하 크기가 변경되지 않는 경우(스위칭 주기가 변경되지 않는 경우), 제2 과정에서 컨트롤러(500)는, 제1 스위치 소자의 온 동작/상기 제2 스위치 소자의 오프 동작을 포함하는 동작 1를 수행한 후 제1 스위치 소자의 오프 동작/제2 스위치 소자의 온 동작을 포함하는 동작 2를 수행하되, 동작 1와 동작 A의 수행시간은 동일하고, 동작 2와 동작 B의 수행시간은 동일할 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, when the load magnitude of the first load does not change (when the switching period does not change), the controller 500 may turn on the first operation of the first switch element. After performing operation 1 including the off operation of the second switch element, perform operation 2 including the off operation of the first switch element / on operation of the second switch element, and the execution time of operation 1 and operation A is The execution time of operation 2 and operation B may be the same.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 인덕터(500)는 여러 개의 전류원을 사용하는 대신, "하나의 전류원"를 사용함으로써 부정합으로 인한 크로스 레귤레이션 현상이 발생하지 않는다는 장점이 있다. In summary, the DC-DC inductor 500 according to the exemplary embodiment of the present invention has an advantage that cross regulation due to mismatching does not occur by using "one current source" instead of using multiple current sources.
또한, 듀티가 증가하여야 하는 부하는 전력 사용량의 변화가 있는 부하, 즉 제1 부하이므로, 제1 부하에 해당하는 듀티는 피드백 시스템을 이용하여 증가시키고, 전력 사용량의 변화가 없는 제2 부하는 본 발명의 일 실시예에 따른 램프 발생기(500)의 구조를 이용하여 듀티의 변화 없이 늘어난 스위칭 주기의 배수에 해당하는 만큼 반복시켜서 크로스 레귤레이션 현상을 제거할 수 있다. In addition, since the load for which the duty should increase is a load with a change in power usage, that is, a first load, the duty corresponding to the first load is increased by using a feedback system, and the second load without a change in power usage is By using the structure of the ramp generator 500 according to an embodiment of the present invention, the cross regulation phenomenon may be eliminated by repeating the multiplication of the switching period without changing the duty.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 인덕터(500)의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 9 is a diagram illustrating a simulation result of the DC-DC inductor 500 according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9에서는 3V를 기준으로 하는 Voa로 공급되는 부하전류가 30mA에서 280mA로 증가하였을 때의, 2.7V를 기준으로 하는 Vob의 전압 변화량을 나타낸 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. FIG. 9 shows simulation results showing the voltage change amount of V ob based on 2.7 V when the load current supplied to V oa based on 3 V increases from 30 mA to 280 mA.
도 9의 (a)는 여러 개의 전류원을 사용하는 기존의 방식을 이용하였을 때의 시뮬레이션 결과로, 전류원 간의 부정합은 10%로 가정하였다. 9 (a) is a simulation result when using a conventional method using several current sources, it is assumed that the mismatch between the current source is 10%.
도 9의 (b)는 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터(500)의 구조를 사용하였을 때의 시뮬레이션 결과이다. 9B is a simulation result when using the structure of the DC-DC converter 500 according to the present invention.
Voa의 공급 전력이 변화하였을 때의 Vob의 전압 변화량을 비교하면, 도 9의 (a)는 2.7 V에서 2.6 V로, 약 100 mV 변화한 반면, 도 9의 (b)는 2.63 V까지, 70 mV가 변화하여 변화량이 30 mV만큼 감소하는 것을 확인할 수 있다. Comparing the voltage change of V ob when the supply power of V oa is changed, FIG. 9 (a) varies from 2.7 V to 2.6 V, about 100 mV, while FIG. 9 (b) reaches 2.63 V , 70 mV is changed to decrease the change by 30 mV.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help the overall understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, Various modifications and variations can be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the claims as well as the following claims will belong to the scope of the present invention. .

Claims (6)

  1. 전원과 연결되어 있는 하나의 인덕터;An inductor connected to the power supply;
    제1 부하 및 제2 부하로 공급 전원을 인가하기 위해 상기 전원에서 출력된 전하 및 상기 인덕터에 저장된 전하를 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전달하기 위한 복수의 전달 스위치;A plurality of transfer switches for transferring charges output from the power supply and charges stored in the inductor to the first load and the second load for applying supply power to a first load and a second load;
    펄스폭 변조 신호를 이용하여 상기 복수의 전달 스위치의 온/오프를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부;를 포함하되,And a control signal generator configured to generate a control signal for controlling on / off of the plurality of transfer switches using a pulse width modulated signal.
    상기 제어신호 생성부는 상기 펄스폭 변조신호를 생성하는 펄스폭 변조 신호부;를 포함하고, 상기 펄스폭 변조 신호부는 상기 펄스폭 변조신호의 생성에 이용되는 삼각파를 생성하는 램프 발생기;를 포함하되, The control signal generation unit includes a pulse width modulation signal unit for generating the pulse width modulation signal; The pulse width modulation signal unit includes a ramp generator for generating a triangular wave used to generate the pulse width modulation signal,
    상기 램프 발생기는 캐패시터; 하나의 전류원; 일단이 상기 캐패시터와 연결되고 타단이 상기 전류원과 연결되는 제1 스위칭 소자; 상기 캐패시터와 병렬 연결되는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The lamp generator includes a capacitor; One current source; A first switching element having one end connected with the capacitor and the other end connected with the current source; A second switching element connected in parallel with the capacitor; And a controller for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 제1 부하는 부하 크기가 변경된 부하이고, 상기 제2 부하는 부하 크기가 변경되지 않는 부하이고, The first load is a load whose load size is changed, and the second load is a load whose load size is not changed,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제1 과정 및 상기 제2 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제2 과정을 포함하되, The controller may include a first process of controlling on / off of the first switching element and the second switching element to apply supply power to the first load, and the first process to apply supply power to the second load. A second process of controlling on / off of the first switching element and the second switching element,
    상기 제2 과정에서 상기 컨트롤러는, 상기 제1 스위치 소자의 온 동작/상기 제2 스위치 소자의 오프 동작을 포함하는 동작 A를 수행한 후 상기 제1 스위치 소자의 오프 동작/상기 제2 스위치 소자의 온 동작을 포함하는 동작 B를 수행하되, 상기 동작 A 및 상기 동작 B는 N(2 이상의 정수)회만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.In the second process, the controller performs an operation A including on operation of the first switch element / off operation of the second switch element and then off operation of the first switch element / operation of the second switch element. Performing an operation B including an on operation, wherein the operation A and the operation B are repeatedly performed N times (an integer of 2 or more).
  3. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 제1 부하의 부하 크기가 변경되지 않는 경우 상기 DC-DC 컨버터는 기 설정된 스위칭 주기로 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전원을 공급하고, 상기 제1 부하의 부하 크기가 변경된 경우 상기 DC-DC 컨버터는 상기 스위칭 주기를 정수배만큼 늘여 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전원을 공급하되, 상기 정수배는 상기 N회와 동일한 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.When the load size of the first load is not changed, the DC-DC converter supplies power to the first load and the second load at a preset switching period, and when the load size of the first load is changed, the DC-DC converter. The DC converter extends the switching period by an integral multiple to supply power to the first load and the second load, wherein the integral multiple is equal to the N times.
  4. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 제1 부하의 부하 크기가 변경되지 않는 경우, 상기 제2 과정에서 상기 컨트롤러는, 상기 제1 스위치 소자의 온 동작/상기 제2 스위치 소자의 오프 동작을 포함하는 동작 1를 수행한 후 상기 제1 스위치 소자의 오프 동작/상기 제2 스위치 소자의 온 동작을 포함하는 동작 2를 수행하되, When the load size of the first load is not changed, the controller performs the first operation after performing operation 1 including an on operation of the first switch element / off operation of the second switch element in the second process. Perform operation 2 including an off operation of one switch element / on operation of the second switch element,
    상기 동작 1와 상기 동작 A의 수행시간은 동일하고, 상기 동작 2와 상기 동작 B의 수행시간은 동일한 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터. The execution time of the operation 1 and the operation A is the same, and the execution time of the operation 2 and the operation B is the same.
  5. 하나의 인덕터로 제1 부하 및 제2 부하에 공급 전원을 인가하는 DC-DC 컨버터에 포함되되, 상기 공급 전원을 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하로 전달하기 위하여 복수의 전달 스위치의 온/오프를 제어하는 펄스폭 제어신호를 생성하기 위해, 삼각파를 생성하는 램프 발생기에 있어서, It is included in the DC-DC converter for supplying the supply power to the first load and the second load as one inductor, the on / off of the plurality of transfer switch to transfer the supply power to the first load and the second load In order to generate a pulse width control signal for controlling the, Ramp generator for generating a triangular wave,
    캐패시터; Capacitors;
    하나의 전류원; One current source;
    일단이 상기 캐패시터와 연결되고 타단이 상기 전류원과 연결되는 제1 스위칭 소자; A first switching element having one end connected with the capacitor and the other end connected with the current source;
    상기 캐패시터와 병렬 연결되는 제2 스위칭 소자; 및 A second switching element connected in parallel with the capacitor; And
    상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 램프 발생기.And a controller for controlling on / off of the first switching element and the second switching element.
  6. 제5항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 제1 부하는 부하 크기가 변경된 부하이고, 상기 제2 부하는 부하 크기가 변경되지 않는 부하이고, The first load is a load whose load size is changed, and the second load is a load whose load size is not changed,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제1 과정 및 상기 제2 부하에 공급 전원을 인가하기 위해 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제2 과정을 포함하되, The controller may include a first process of controlling on / off of the first switching element and the second switching element to apply supply power to the first load, and the first process to apply supply power to the second load. A second process of controlling on / off of the first switching element and the second switching element,
    상기 제2 과정에서 상기 컨트롤러는, 상기 제1 스위치 소자의 온 동작/상기 제2 스위치 소자의 오프 동작을 포함하는 동작 A를 수행한 후 상기 제1 스위치 소자의 오프 동작/상기 제2 스위치 소자의 온 동작을 포함하는 동작 B를 수행하되, 상기 동작 A 및 상기 동작 B는 N(2 이상의 정수)회만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.In the second process, the controller performs an operation A including on operation of the first switch element / off operation of the second switch element and then off operation of the first switch element / operation of the second switch element. Performing an operation B including an on operation, wherein the operation A and the operation B are repeatedly performed N times (an integer of 2 or more).
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