KR100992412B1 - Dc-dc converter - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The DC-DC converter according to an embodiment of the present invention is a DC-DC converter for boosting or stepping down a DC voltage input to the input terminal Vin and outputting the same to the output terminal Vout, and the DC input to the input terminal Vin. An inductor for storing energy by voltage; A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; An error amplifier for comparing the voltage divided by the voltage dividing unit with a predetermined reference voltage and amplifying the difference; An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; A control unit for controlling the operation of the switch unit in accordance with the output of the comparator.

직류-직류 변환기(DC-DC converter), 부귀환(Negative Feedback), 승압형 변환기(Boost Converter), 강압형 변환기(Buck Converter), 승강압형 변환기(Buck-Boost Converter), 오차증폭기(Error Amplifier), 인덕터 교류 전류감지 부(Inductor AC Current Sensor), 보상기(Compensator) DC-DC converters, Negative Feedback, Boost Converters, Buck Converters, Buck-Boost Converters, Error Amplifiers , Inductor AC Current Sensor, Compensator

Description

직류-직류 변환기{DC-DC CONVERTER}DC-DC converters {DC-DC CONVERTER}

본 발명은 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)에 관한 것이다. The present invention relates to a DC-DC converter.

직류-직류 변환기는 입력전압을 승압하거나 강압하여 출력단으로 출력하는 회로이다. 이러한 직류-직류 변환기는 휴대용 전자기기, CPU, 디스플레이 등의 다양한 전자기기를 구성하는 필수적인 구성요소이다. DC-DC converter is a circuit for boosting or stepping down the input voltage and outputting it to the output terminal. Such DC-DC converters are an essential component of various electronic devices such as portable electronic devices, CPUs, and displays.

도 1은 종래의 출력전압을 부귀환 제어하는 전압 모드 강압형 직류-직류 변환기(100)를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전압 모드 직류-직류 변환기(100)는 인덕터(102), 인덕터(102)에 연결되어 인덕터(102)에 에너지를 충전 혹은 방전하는 충방전 스위치부(101), 출력전압(Vout)을 부귀환 제어하는 오차증폭기를 포함한 PID 보상기(103), PID 보상기(103)의 출력신호와 삼각파를 비교하는 비교기(104), 충방전 스위치부(101)를 제어하는 스위치 제어부(105), 출력 필터 캐패시터(106) 및 부하(107)로 구성되어 출력전압(Vout)을 목표전압으로 조정한다. 1 is a diagram illustrating a voltage mode step-down DC-DC converter 100 for negative feedback control of a conventional output voltage. As shown in FIG. 1, the conventional voltage mode DC-DC converter 100 is connected to the inductor 102 and the inductor 102 to charge or discharge the charge / discharge switch unit 101 for discharging or discharging energy to the inductor 102. , A PID compensator 103 including an error amplifier for negative feedback control of the output voltage Vout, a comparator 104 for comparing an output signal of the PID compensator 103 with a triangular wave, and a switch for controlling the charge / discharge switch unit 101. It consists of the control part 105, the output filter capacitor 106, and the load 107, and adjusts the output voltage Vout to a target voltage.

이러한 종래의 전압 모드 직류-직류 변환기(100)에 따르면, LC 공진주파수에 의한 보상을 함에 있어서 미분기 설계가 매우 어렵고, 출력 전압을 직접 미분하는 형태이므로 출력단의 노이즈를 필터링하지 않고 루프(loop)로 그대로 끌어오는 문제점이 있다.According to the conventional voltage mode DC-DC converter 100, the differential design is very difficult in compensating by the LC resonant frequency, and the output voltage is directly differentiated into a loop without filtering the noise of the output stage. There is a drawback as it is.

또는 보상하는 방법에 따라, LC 필터에 의한 복소폴 때문에 대역폭을 아주 짧게 설계하기 때문에 과도 응답 특성이 느린 문제점이 있을 수 있다.Alternatively, there may be a problem that the transient response is slow because the bandwidth is designed very short due to the complex poles by the LC filter.

도 2는 종래의 출력전압을 부귀환 제어하는 전류 모드 강압형 직류-직류 변환기(200)를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 전류 모드 직류-직류 변환기(200)는 인덕터(202), 인덕터(202)에 연결되어 인덕터(202)에 에너지를 충전 혹은 방전하는 충방전 스위치부(201), 출력전압(Vout)을 부귀환 제어하는 오차증폭기를 포함한 PI 보상기(206), 스위칭 전류의 피크(peak)값과 슬로프(slop) 보상기(204)의 출력신호를 합하는 합산부(205), PI 보상기(206) 출력신호와 내부 스위치 전류 감지 보상기(205)의 출력신호를 비교하는 비교기(207), 충방전 스위치부를 제어하는 스위치 제어부(208), 출력 필터 캐패시터(209) 및 부하(210)로 구성되어, 출력전압(Vout)을 목표전압으로 조정한다. 2 is a diagram illustrating a current mode step-down DC-DC converter 200 for negative feedback control of a conventional output voltage. As shown in FIG. 2, the conventional current mode DC-DC converter 200 is connected to the inductor 202 and the inductor 202 so that the charge / discharge switch unit 201 charges or discharges energy to the inductor 202. A PI compensator 206 including an error amplifier for negative feedback control of the output voltage Vout, a summation unit 205 for adding the peak value of the switching current and the output signal of the slope compensator 204, and PI. Comparator 207 for comparing the output signal of the compensator 206 and the output signal of the internal switch current sense compensator 205, the switch controller 208 for controlling the charge / discharge switch, the output filter capacitor 209 and the load 210. The output voltage Vout is adjusted to the target voltage.

이러한 종래의 전류 모드 직류-직류 변환기에 따르면, 스위칭 전류의 피크값을 감지하는 회로 설계가 복잡하며 내부 스위칭 전류 궤환의 안정성을 보장하기 위해 슬로프 보상기(204)를 반드시 설계해야 하는 부담감이 있으며, 비교기(207)의 입력으로 유입되는 내부 스위치 전류 감지 보상기 출력신호의 크기가 매우 작아 노이즈에 민감하다는 문제점이 있다.According to this conventional current mode DC-DC converter, the circuit design for detecting the peak value of the switching current is complicated, and there is a burden of having to design the slope compensator 204 to ensure the stability of the internal switching current feedback. There is a problem that the size of the internal switch current sensing compensator output signal flowing into the input of 207 is very small and sensitive to noise.

이러한 종래의 직류-직류 변환기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 출력단의 노이즈에 덜 민감하고 설계가 쉬운 보상을 위한 직류-직류 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving the problems of the conventional DC-DC converter is to provide a DC-DC converter for the compensation is less sensitive to the noise of the output stage and easy to design.

또한, 보상기 설계의 간단 명료함을 이용하여 폴(pole)들과 제로(zero)들의 배치가 용이하여 루프(loop)의 대역폭을 넓혀 입력전압 혹은 부하의 변동에 대해 빠르게 응답하는 직류-직류 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the simple clarity of the compensator design facilitates the placement of poles and zeros, which extends the bandwidth of the loop to quickly respond to changes in input voltage or load. It aims to provide.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The DC-DC converter according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a DC-DC converter for outputting to the output terminal (Vout) by stepping up or down the DC voltage input to the input terminal (Vin), the input terminal An inductor for storing energy due to a DC voltage input to Vin; A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; An error amplifier for comparing the voltage divided by the voltage dividing unit with a predetermined reference voltage and amplifying the difference; An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; A control unit for controlling the operation of the switch unit in accordance with the output of the comparator.

여기서, 상기 스위치부는 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 위치할 수도 있다.The switch unit may be located between the input terminal Vin and the inductor.

여기서, 상기 스위치부는 상기 인덕터와 상기 출력단(Vout) 사이에 위치할 수도 있다.Here, the switch unit may be located between the inductor and the output terminal (Vout).

여기서, 상기 스위치부는 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 위치하는 제1 스위치 및 상기 인덕터와 상기 출력단(Vout) 사이에 위치하는 제2 스위치를 포함할 수도 있다.The switch unit may include a first switch located between the input terminal Vin and the inductor and a second switch located between the inductor and the output terminal Vout.

여기서, 상기 전류감지부는, 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터; 및 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류센서를 포함할 수도 있다.Here, the current sensing unit, a capacitor connected in parallel to the inductor; And a current sensor for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부; 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터 및 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)를 포함하는 전류감지부; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압의 차이를 증폭하여 출력하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA); 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압의 차이를 증폭하여 출력하는 제2 프랜스컨덕턴스 증폭기(OTA); 상기 제1 트랜스컨덕 턴스 증폭기(OTA)의 출력, 상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력 및 상기 전류감지부의 출력을 입력으로 하고, 출력단이 상기 전류감지부의 출력과 접속된 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA); 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력에 접속된 수동소자부; 상기 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The DC-DC converter according to another embodiment of the present invention is a DC-DC converter for boosting or stepping down a DC voltage input to the input terminal Vin and outputting the output to the output terminal Vout, which is input to the input terminal Vin. An inductor for storing energy by a DC voltage; A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; A current sensing unit including a capacitor connected in parallel with the inductor and a second transconductance amplifier (OTA) for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor; A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; A first transconductance amplifier (OTA) for amplifying and outputting a difference between the voltage divided by the voltage divider and a predetermined reference voltage; A second transconductance amplifier (OTA) for amplifying and outputting a difference between the voltage divided by the voltage divider and a predetermined reference voltage; A fourth transconductance amplifier having an output of the first transconductance amplifier OTA, an output of the second transconductance amplifier OTA, and an output of the current sensing unit and having an output terminal connected to an output of the current sensing unit. (OTA); A passive element unit connected to an output of the first transconductance amplifier OTA; A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the fourth transconductance amplifier (OTA) with a predetermined sawtooth wave; A control unit for controlling the operation of the switch unit in accordance with the output of the comparator.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부; 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터 및 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)를 포함하는 전류감지부; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압의 차이를 증폭하여 출력하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA); 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력 및 상기 전류감지부의 출력을 입력으로 하고, 출력단이 상기 전류감지부의 출력과 접속된 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA); 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력에 접속된 수동소자부; 상기 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The DC-DC converter according to another embodiment of the present invention is a DC-DC converter for boosting or stepping down a DC voltage input to the input terminal Vin and outputting the same to the output terminal Vout, which is inputted to the input terminal Vin. An inductor for storing energy due to the direct current voltage; A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; A current sensing unit including a capacitor connected in parallel with the inductor and a second transconductance amplifier (OTA) for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor; A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; A first transconductance amplifier (OTA) for amplifying and outputting a difference between the voltage divided by the voltage divider and a predetermined reference voltage; A fourth transconductance amplifier (OTA) having an output of the first transconductance amplifier (OTA) and an output of the current sensing unit as inputs, and an output terminal of which is connected to the output of the current sensing unit; A passive element unit connected to an output of the first transconductance amplifier OTA; A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the fourth transconductance amplifier (OTA) with a predetermined sawtooth wave; A control unit for controlling the operation of the switch unit in accordance with the output of the comparator.

여기서, 상기 수동소자부는 하나 이상의 저항 및 하나 이상의 캐패시터로 이루어진 임의의 조합을 포함할 수도 있다.Here, the passive element portion may include any combination of one or more resistors and one or more capacitors.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 제1 및 제2 출력단(Vout1, Vout2)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부; 상기 출력단(Vout1, Vout2)의 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 전압분배부; 상기 제1 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 톱니파를 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제1 비교기; 상기 제2 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제2 비교기; 상기 제1 및 제2 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The DC-DC converter according to another embodiment of the present invention is a DC-DC converter for boosting or stepping down a DC voltage input to the input terminal Vin to output to the first and second output terminals Vout1 and Vout2. An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; First and second voltage distribution units for distributing output voltages of the output terminals Vout1 and Vout2; A first comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing a voltage distributed by the first voltage divider with a predetermined sawtooth wave; An error amplifier configured to compare the voltage divided by the second voltage divider with a predetermined reference voltage, amplify the difference, and output the amplified difference; An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; A second comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; And a control unit for controlling the operation of the switch unit according to the outputs of the first and second comparators.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 배치된 변압기; 상기 변압기의 온오프를 제어하는 스위치부; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 상기 전압분배부에 의해 분배 된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.The DC-DC converter according to another embodiment of the present invention is a DC-DC converter for boosting or stepping down a DC voltage input to the input terminal Vin and outputting the same to the output terminal Vout, which is inputted to the input terminal Vin. An inductor for storing energy due to the direct current voltage; A transformer disposed between the input terminal Vin and the inductor; A switch unit controlling on / off of the transformer; A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; An error amplifier for comparing the voltage divided by the voltage divider with a predetermined reference voltage and amplifying the difference and outputting the difference; An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; A control unit for controlling the operation of the switch unit in accordance with the output of the comparator.

여기서, 상기 스위치부는 상기 변압기의 1차 권선측에 접속되고, 상기 변압기의 2차 권선과 상기 인덕터 사이에 접속된 다이오드부를 더 포함할 수도 있다.The switch unit may further include a diode unit connected to the primary winding side of the transformer and connected between the secondary winding of the transformer and the inductor.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는, 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 제1 및 제2 출력단(Vout1, Vout2)으로 출력하는 직류-직류 변환기로서, 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터; 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 배치된 변압기; 상기 변압기의 온오프를 제어하는 스위치부; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부; 상기 출력단(Vout1, Vout2)의 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 전압분배부; 상기 제1 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 톱니파를 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제1 비교기; 상기 제2 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제2 비교기; 상기 제1 및 제2 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. The DC-DC converter according to another embodiment of the present invention is a DC-DC converter for boosting or stepping down a DC voltage input to the input terminal Vin to output to the first and second output terminals Vout1 and Vout2. An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; A transformer disposed between the input terminal Vin and the inductor; A switch unit controlling on / off of the transformer; A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; First and second voltage distribution units for distributing output voltages of the output terminals Vout1 and Vout2; A first comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing a voltage distributed by the first voltage divider with a predetermined sawtooth wave; An error amplifier configured to compare the voltage divided by the second voltage divider with a predetermined reference voltage, amplify the difference, and output the amplified difference; An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; A second comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; And a control unit for controlling the operation of the switch unit according to the outputs of the first and second comparators.

본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기는 출력전압을 직접 미분하지 않고 인덕터의 전류 성분을 이용하여 직류-직류 변환기의 특성을 보상함으로써 출력단의 노이즈에 민감하지 않고, 설계가 간단하여 입력전압 혹은 부하의 변동에 대해 빠르게 응답하며 안정적인 출력전압을 제공할 수 있다.DC-DC converter according to an embodiment of the present invention is not sensitive to the noise of the output stage by compensating the characteristics of the DC-DC converter by using the current component of the inductor without directly differentiating the output voltage, and the design is simple and the input voltage Alternatively, it can respond quickly to load changes and provide a stable output voltage.

본 발명에 따라, 보상부에 트랜스컨덕턴스 증폭기를 추가함으로써 직류-직류 변환기에 포함된 수동소자(저항, 캐패시터)들의 소자값을 작게할 수 있으므로, 회로 면적을 줄일 수 있다.According to the present invention, by adding a transconductance amplifier to the compensator, the device value of the passive elements (resistance and capacitors) included in the DC-DC converter can be reduced, thereby reducing the circuit area.

본 발명의 일 실시예에 따라, 입출력간의 절연특성과 변압기의 권선비를 조정하여 출력전압 값을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the output voltage value can be provided by adjusting the insulation characteristics between the input and output and the winding ratio of the transformer.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 당업자가 종래기술을 참조하여 용이하게 이해할 수 있는 내용은 본 발명의 요지를 흐르지 않기 위하여 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 후술하는 각 실시예들간에 서로 상반되지 않는한 어느 한 실시예에서 설명한 내용은 다른 실시예들에서도 동일하게 적용되며, 그 경우 중복된 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다. 그렇게 하더라도 당업자는 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 것이다. 도면 전체적으로 동일한 구성요소는 가급적 동일한 인용부호를 이용하여 지시하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The contents easily understood by those skilled in the art by referring to the related art will not be described in detail in order not to obscure the subject matter of the present invention. In addition, the contents described in one embodiment are equally applied to the other embodiments unless the embodiments are not mutually opposite, and in this case, descriptions of overlapping components will be omitted. Even so, those skilled in the art will be able to easily understand and implement the present invention. Throughout the drawings, like elements are indicated using the same reference numerals as much as possible.

제1 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)의 구성Configuration of the voltage mode step-down DC-DC converter 300 according to the first embodiment

도 3은 본 발명의 일 실시예에 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)를 나타낸 회로도이다. 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)는 인덕터 교류 전류 성분을 오차증폭기의 출력신호와 합하여 제어한다.3 is a circuit diagram illustrating a voltage mode step-down DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention. The voltage mode step-down DC-DC converter 300 controls the inductor AC current component by adding the output signal of the error amplifier.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)는 스위치부(301), 인덕터(302), 보상부(303), 비교기(307), 제어부(308), 전압분배부(309)를 포함한다. 보상부(303)는 전류감지부(304), 오차증폭기(305) 및 합산부(adder, 306)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the voltage mode step-down DC-DC converter 300 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a switch unit 301, an inductor 302, a compensator 303, a comparator 307, The controller 308 and the voltage divider 309 are included. The compensator 303 includes a current detector 304, an error amplifier 305, and an adder 306.

인덕터(302)는 후술할 충방전 스위치부(301)에 의해서 입력단(Vin)으로부터 공급되는 에너지를 저장하고 출력단(Vout)으로 에너지를 방전한다.The inductor 302 stores energy supplied from the input terminal Vin by the charge / discharge switch unit 301 which will be described later, and discharges energy to the output terminal Vout.

스위치부(301)는 인덕터(302)의 일단과 연결되고, 입력단(Vin)으로부터 공급된 직류전압을 제어하여 인덕터(302)에 에너지를 충전시키거나 출력단(Vout)으로 에너지를 방전시키는 경로를 형성한다. 보다 구체적으로 스위치부(301)는 입력단(Vin)과 인덕터(302)의 제1단 사이에 연결된 제1 스위치와, 인덕터(302)의 제1단과 접지 사이에 연결된 제2 스위치를 포함한다. 인덕터(302)의 제2단은 출력단(Vout)에 접속된다. 도 3에는 스위치부(301)를 스위치를 이용하여 구성한 형태를 나타내었으나, 충방전 스위치부(301)는 다이오드로 구성될 수 있다.The switch unit 301 is connected to one end of the inductor 302 and forms a path for controlling the DC voltage supplied from the input terminal Vin to charge energy in the inductor 302 or to discharge energy to the output terminal Vout. do. More specifically, the switch unit 301 includes a first switch connected between the input terminal Vin and the first end of the inductor 302, and a second switch connected between the first end of the inductor 302 and ground. The second end of the inductor 302 is connected to the output end Vout. In FIG. 3, the switch unit 301 is configured using a switch, but the charge / discharge switch unit 301 may be configured as a diode.

전압분배부(309)는 출력단(Vout)의 출력전압을 분배한다. 전압분배부(309)는 출력단(Vout)의 전압에 비례하는 전압이 출력되는 임의의 회로 구성을 의미한다. 도 3에서는 출력단(Vout)과 접지 사이에 저항 2개를 직렬연결하고, 그 2개의 저항 사이의 노드에서 출력을 얻는 구성을 이용하였다. The voltage divider 309 distributes the output voltage of the output terminal Vout. The voltage divider 309 means any circuit configuration in which a voltage proportional to the voltage of the output terminal Vout is output. In FIG. 3, a configuration in which two resistors are connected in series between the output terminal Vout and ground, and an output is obtained at a node between the two resistors is used.

오차증폭기(305)는 전압분배부(309)에 의해 분배된 출력전압과 미리 정해진 기준전압(Vref)을 비교하여 오차신호를 출력한다. 이와 다르게는, 출력단(Vout)의 출력전압을 그대로 오차증폭기(305)의 입력으로 사용할 수도 있다.The error amplifier 305 outputs an error signal by comparing the output voltage distributed by the voltage divider 309 with a predetermined reference voltage Vref. Alternatively, the output voltage of the output terminal Vout may be used as an input of the error amplifier 305 as it is.

전류감지부(304)는 인덕터(302)를 통해 흐르는 전류값을 감지(sensing or detecting, 측정된 값 또는 그에 비례하는 값을 출력함)한다.The current detector 304 detects a value of the current flowing through the inductor 302 (sensing or detecting, outputs a measured value or a value proportional thereto).

합산부(306)는 오차증폭기(305)의 출력과 전류감지부(304)에서 감지된 인덕터의 전류 성분을 비례화한 값을 합하여 비교기(307)의 입력으로 제공한다.The adder 306 adds the proportionalized value of the output of the error amplifier 305 and the current component of the inductor sensed by the current detector 304 to the input of the comparator 307.

비교기(307)는 톱니파 혹은 삼각파와 입력된 신호를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 생성한다.The comparator 307 compares the sawtooth or triangle wave with the input signal to generate a pulse width modulated signal.

제어부(308)는 비교기(307)의 출력에 따라 스위치부(301)의 각 스위치의 온-오프(on-off)를 제어한다.The controller 308 controls the on-off of each switch of the switch unit 301 according to the output of the comparator 307.

출력단(Vout)에는 경우에 따라 출력 필터 캐패시터(310) 및 부하(311)가 접속될 수도 있다. 이하, 나머지 실시예에서도 언급하지 않더라도 마찬가지이다.In some cases, an output filter capacitor 310 and a load 311 may be connected to the output terminal Vout. Hereinafter, the same applies even if not mentioned in the remaining examples.

제1 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)의 동작Operation of the voltage mode step-down DC-DC converter 300 according to the first embodiment

이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the voltage mode step-down DC-DC converter 300 according to the first embodiment of the present invention will be described.

입력단(Vin)으로 입력전압이 인가되면 스위치부(301)에 의해 입력단(Vin)과 인덕터(302)의 일단이 연결되고 인덕터(302)에 에너지가 충전된다. 이를 파워링(powering) 과정이라고 한다.When an input voltage is applied to the input terminal Vin, one end of the input terminal Vin and the inductor 302 is connected by the switch unit 301, and energy is charged in the inductor 302. This is called a powering process.

전류감지부(304)는 인덕터(302)를 통해 흐르는 전류값을 측정한다.The current sensing unit 304 measures a current value flowing through the inductor 302.

오차증폭기(305)는 전압분배부(309)에 의하여 출력단(Vout)의 출력전압이 비례화된 값과 기준전압(Vref)의 차이를 증폭하여 출력한다.The error amplifier 305 amplifies the difference between the value at which the output voltage of the output terminal Vout is proportionalized by the voltage divider 309 and the reference voltage Vref.

합산부(306)는 오차증폭기(305)의 출력성분과 감지된 인덕터(302)의 교류 전류 성분을 합한다. 또한, 합산부(306)는 수동소자부를 포함한다. 수동소자부에 관해서는 도 5a 내지 5d를 참조하여 설명하도록 한다. 이하의 실시예에서도 합산부는 단순히 신호를 더하는 역할 뿐만 아니라 전달함수에 폴과 제로를 포함하기 위한 수동소자들을 포함하는 것을 의미한다.The adder 306 sums the output component of the error amplifier 305 and the alternating current component of the sensed inductor 302. In addition, the adder 306 includes a passive element. The passive element portion will be described with reference to FIGS. 5A to 5D. In the following embodiment, the adder simply includes a passive element for including a pole and zero in a transfer function as well as simply adding a signal.

제1 실시예에서, 전류감지부(304), 오차증폭기(305) 및 합산부(306)을 합하여 보상부(303)라고 한다. 보상부(303)는 이하 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 후술하는 바와 같이, 직류-직류 변환기(300)의 전달함수에 폴과 제로를 추가함으로써 직류-직류 변환기(300)의 특성을 보상한다.In the first embodiment, the current detector 304, the error amplifier 305, and the adder 306 are collectively referred to as a compensator 303. The compensator 303 compensates the characteristics of the DC-DC converter 300 by adding poles and zeros to the transfer function of the DC-DC converter 300 as described below with reference to FIGS. 5A through 5D.

비교기(307)는 보상부(303)의 출력과 삼각파(혹은 톱니파)를 비교하여 그 비교결과를 제어부(308)로 제공한다. 제어부는 비교기(307)의 출력에 따라 스위치부(301)의 온-오프(on-off)를 제어하여 출력전압을 목표된 전압으로 강압하여 제공한다. 비교기(307), 제어부(308) 및 스위치부(301)의 구체적인 동작은 종래기술을 참조하여 당업자가 용이하게 파악하고 실시할 수 있을 것이므로 그 상세한 설명을 생략한다.The comparator 307 compares the output of the compensator 303 with a triangular wave (or sawtooth wave) and provides the comparison result to the controller 308. The control unit controls the on-off of the switch unit 301 according to the output of the comparator 307 to step down and provide the output voltage to a target voltage. Specific operations of the comparator 307, the control unit 308 and the switch unit 301 will be easily understood and implemented by those skilled in the art with reference to the prior art, and thus detailed description thereof will be omitted.

이러한 구성에 의한 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)는 출력전압을 직접 미분하지 않고 인덕터(301)의 전류 성분을 이용하여 보상함으로써 출력단(Vout)의 노이즈에 민감하지 않고, 설계가 간단하여 입력전압 혹은 부하의 변동에 대해 빠르게 응답하며 안정적인 출력전압을 제공할 수 있다.DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention by such a configuration is not sensitive to the noise of the output (Vout) by compensating by using the current component of the inductor 301 instead of directly differentiating the output voltage, Its simple design provides fast response to variations in input voltage or load and provides a stable output voltage.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)의 전류 감지부(304)를 구체화한 회로도이다. 4 is a circuit diagram of an embodiment of the current sensing unit 304 of the DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention.

전류감지부(304)는 인덕터(302)에 병렬 접속된 캐패시터(304-1) 및 캐피시터(304-1) 양단의 전압을 측정함으로써 인덕터(302)를 통해 흐르는 전류를 측정하는 전류센서(304-2)를 포함한다. 캐패시터(304-2)는 저항성분을 포함할 수도 있다. 도면상에는 전류센서(304-2)가 캐패시터(304-1) 양단에 접속된 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 캐패시터(304-1)뿐만 아니라 캐패시터(304-1)와 직렬접속된 저항을 포함해서 캐패시터(304-1) 및 그 저항의 양단에 접속될 수도 있다. 전류센서(304-2)는 캐패시터(303) 양단의 전압을 측정함으로써 인덕터(302)의 인덕턴스, 캐패시터(304-2)의 캐패시턴스 및 캐패시터(304-2)의 저항성분의 관계를 이용하여 인덕터(302)를 통해 흐르는 전류를 감지할 수 있다.The current sensing unit 304 measures the current flowing through the inductor 302 by measuring the voltage across the capacitor 304-1 and the capacitor 304-1 connected in parallel with the inductor 302. It includes 2). The capacitor 304-2 may include a resistance component. Although the current sensor 304-2 is shown in the figure connected to both ends of the capacitor 304-1, in reality, the capacitor includes a resistor connected in series with the capacitor 304-1 as well as the capacitor 304-1. 304-1 and both ends of the resistance thereof. The current sensor 304-2 measures the voltage across the capacitor 303 so as to obtain an inductor using the relationship between the inductance of the inductor 302, the capacitance of the capacitor 304-2, and the resistance component of the capacitor 304-2. The current flowing through the 302 may be sensed.

이러한 구성에 의한 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)는 출력전압을 직접 미분하지 않고 인덕터(301)의 전류 성분을 이용하여 보상함으로써 출력단(Vout)의 노이즈에 민감하지 않고, 설계가 간단하여 입력전압 혹은 부하의 변동에 대해 빠르게 응답하며 안정적인 출력전압을 제공할 수 있다.DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention by such a configuration is not sensitive to the noise of the output (Vout) by compensating by using the current component of the inductor 301 instead of directly differentiating the output voltage, Its simple design provides fast response to variations in input voltage or load and provides a stable output voltage.

도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)의 보상부(303)의 세부 구성을 나타낸 회로도이다. 즉, 도 5a 및 5b는 보상부(303)에 포함된 전류감지부(304), 오차증폭기(305), 합산부(306)의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.5A and 5B are circuit diagrams showing the detailed configuration of the compensator 303 of the DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention. That is, FIGS. 5A and 5B are circuit diagrams showing detailed configurations of the current detector 304, the error amplifier 305, and the adder 306 included in the compensator 303.

먼저, 도 5a를 참조하면, 보상부(303)는 출력단의 출력전압(Vout)이 분배된 값 (Vfb)과 기준전압(Vref)을 입력으로 하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501), 해당 출력단 출력전압(Vout)이 분배된 값과 기준전압(Vref)을 입력으로 하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502), 인덕터(302) 교류 전류성분을 감지하는 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(503), 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501)의 출력 신호와 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(503)에서 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 합하는 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(504) 및 제1 트랜스컨덕턴스(501)의 출력단에 접속된 수동소자부(505)를 포함한다. 수동소자부(505)는 캐패시터 및 저항을 포함할 수 있다. First, referring to FIG. 5A, the compensator 303 may include a first transconductance amplifier (OTA) 501 for inputting a value Vfb and a reference voltage Vref of the output voltage Vout of the output terminal. A third transconductance amplifier (OTA) that detects an AC current component of the second transconductance amplifier (OTA) 502 and the inductor 302 which input the divided value of the output terminal output voltage Vout and the reference voltage Vref. 503, a fourth transconductance amplifier (OTA) 504 that sums the output signal of the first transconductance amplifier (OTA) 501 and the inductor alternating current component sensed by the third transconductance amplifier (OTA) 503. ) And a passive element unit 505 connected to the output terminal of the first transconductance 501. The passive element unit 505 may include a capacitor and a resistor.

제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501)는 도 4의 오차증폭기(305)에 해당하며, 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(504) 및 수동소자부(505)는 도 4의 합산부(306)에 해당하며, 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(503)는 도 4의 전류센서(304-2)에 해당하는 것으로 볼 수 있다. 그러나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 대응관계를 설정한 것일 뿐이고, 본 발명은 도 4의 회로로부터 또는 도 5a 내지 5d의 회로로부터 각각 명확하게 이해할 수 있으며, 도 4의 회로와 도 5a 내지 5d의 회로가 반드시 1대 1로 대응되어야 하는 것이 아님을 당업자는 명확히 이해할 수 있을 것이다.The first transconductance amplifier (OTA) 501 corresponds to the error amplifier 305 of FIG. 4, and the fourth transconductance amplifier (OTA) 504 and the passive element unit 505 are the summation unit 306 of FIG. 4. ), And the third transconductance amplifier (OTA) 503 may correspond to the current sensor 304-2 of FIG. 4. However, this is only to set the corresponding relationship to help the understanding of the present invention, the present invention can be clearly understood from the circuit of Figure 4 or from the circuits of Figures 5a to 5d, respectively, the circuit of Figure 4 and Figures 5a to 5d It will be apparent to those skilled in the art that the circuit of does not necessarily have a one-to-one correspondence.

도시된 바와 같이, 오차증폭기(501)의 출력 신호와 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 합하는 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(504)는 입력과 출력이 동일 접점일 수 있다. 보상부(303)는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502)를 포함하지 않아도 무방하다. 보상부(303)에 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502)가 포함되는 경우, 수동소자부(505)에 포함된 수동소자(저항, 캐패시터)들의 소자값을 작게할 수 있으므로, 본 발명의 직류=직류 변환기(300)의 원-칩 집적화에 유리하다. As shown, the fourth transconductance amplifier (OTA) 504 that sums the output signal of the error amplifier 501 and the sensed inductor alternating current component may have the same contact with the input. The compensator 303 may not include the second transconductance amplifier (OTA) 502. When the second transconductance amplifier (OTA) 502 is included in the compensation unit 303, the device values of the passive elements (resistance and capacitors) included in the passive element unit 505 may be reduced. It is advantageous for the one-chip integration of the DC-DC converter 300.

다음으로, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)의 보상부(303)의 다른 형태를 나타낸 회로도이다. Next, FIG. 5B is a circuit diagram illustrating another form of the compensator 303 of the DC-DC converter 300 according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5b를 참조하면, 보상부(303)는 해당 출력단 출력전압(Vout)이 분배된 값과 기준전압(Vref)을 입력으로 하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501), 해당 출력단 출력전압(Vout)이 분배된 값과 기준전압(Vref)을 입력으로 하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502), 인덕터 교류 전류성분을 감지하는 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(503), 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501)의 출력 신호와 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 합하는 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(504), 및 제1 트랜스컨덕턴스(501)의 출력단에 접속된 수동소자부(505)를 포함한다.Referring to FIG. 5B, the compensator 303 may include a first transconductance amplifier (OTA) 501 for inputting a value obtained by distributing a corresponding output stage output voltage Vout and a reference voltage Vref, and a corresponding output stage output voltage ( A second transconductance amplifier (OTA) 502 which inputs the divided value of Vout) and a reference voltage Vref, a third transconductance amplifier (OTA) 503 that detects an inductor AC current component, and a first transformer A fourth transconductance amplifier (OTA) 504 that sums the output signal of the conductance amplifier (OTA) 501 and the sensed inductor alternating current component, and a passive element portion 505 connected to the output terminal of the first transconductance 501. ).

도시된 바와 같이, 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(504)는 입력이 단일단이며, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501)의 출력을 입력으로 한다. 전술한 바와 같이, 보상부(303)는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502)를 포함하지 않을 수도 있다.As shown, the fourth transconductance amplifier (OTA) 504 has a single input and takes the output of the first transconductance amplifier (OTA) 501 as an input. As described above, the compensator 303 may not include the second transconductance amplifier (OTA) 502.

도 5c 및 5d는 도 5a에 나타낸 보상부(303)의 보상 캐패시터 및 저항들(505)을 더욱 상세히 나타내고, 출력단에 접속된 출력 필터 캐패시터(310) 및 부하(311)를 함께 나타낸 회로도이다. 도 5c는 도 5a에서 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502)가 생략된 경우의 회로도이고, 도 5d는 도 5a에서 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502)가 포함된 경우의 회로도이다.5C and 5D show the compensation capacitor and the resistors 505 of the compensator 303 shown in FIG. 5A in more detail, and a circuit diagram showing the output filter capacitor 310 and the load 311 connected to the output terminal together. FIG. 5C is a circuit diagram when the second transconductance amplifier (OTA) 502 is omitted in FIG. 5A, and FIG. 5D is a circuit diagram when the second transconductance amplifier (OTA) 502 is included in FIG. 5A.

먼저, 도 5c를 참조하여, 보상부(303)의 전달함수 Gc(s)를 구한다. 도 5c에 나타낸 바와 같이, 인덕터(301)의 인덕턴스는 L이고, 인덕터에 병렬로, 서로 직렬로 연결된 저항(Rl) 및 캐패시터(Cl)가 접속되어 있다. 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501), 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(503), 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(504)의 이득은 각각 , gm1, gm3, gm4이다. 또한, 출력단(Vout)에는 출력 캐패시터(Co) 및 부하(Ro)가 접속되어 있고, 전압분배부(309)는 직렬연결된 저항 Rh1 및 Rh2로 이루어져 있다. 또한, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(501)의 출력단과 접지단자 사이에는 보상 캐패시터(Cc) 및 보상 저항(Rc)이 직렬연결되어 있고, 이 직렬연결된 보상 캐패시터(Cc) 및 보상 저항(Rc)과 병렬로 저항(RI,out)이 연결되어 있다. First, referring to FIG. 5C, the transfer function G c (s) of the compensator 303 is obtained. As shown in Fig. 5C, the inductance of the inductor 301 is L, and a resistor R l and a capacitor C l connected in series with each other in parallel with the inductor are connected. The gains of the first transconductance amplifier (OTA) 501, the third transconductance amplifier (OTA) 503, and the fourth transconductance amplifier (OTA) 504 are g m1 , g m3 , and g m4, respectively. In addition, an output capacitor C o and a load Ro are connected to the output terminal Vout, and the voltage divider 309 includes resistors Rh1 and Rh2 connected in series. In addition, the first transformer, the compensation capacitor between the output terminal and the ground terminal of the transconductance amplifier (OTA) (501) (C c) and a compensation resistance (R c) is there connected in series, the series-connected compensation capacitor (C c) and compensation Resistor R I, out is connected in parallel with resistor R c .

보상부(303)의 전달함수를 구하므로 LC 공진에 관한 항은 제외한다. 그러면, 보상부(303)의 전달함수는 아래 수학식 1과 같다.Since the transfer function of the compensator 303 is obtained, the term on the LC resonance is omitted. Then, the transfer function of the compensator 303 is expressed by Equation 1 below.

Figure 112008090346420-pat00001
Figure 112008090346420-pat00001

수학식 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 보상부(303)를 채택함으로써, 직류-직류 변환기(300)의 전달함수에 폴과 제로를 원하는 위치에 용이하게 삽입할 수 있다.As can be seen with reference to Equation 1, by adopting the compensation unit 303 according to the present invention, it is possible to easily insert the pole and zero in the transfer function of the DC-DC converter 300 at a desired position.

다음으로, 도 5d를 참조하면, 도 5c의 회로에 비해, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)(502)가 추가되었으며, 보상 캐패시터 및 저항부(505)에서 보상 저항(Rc)이 제거되었다.Next, referring to FIG. 5D, compared to the circuit of FIG. 5C, a second transconductance amplifier (OTA) 502 is added, and the compensation resistor R c is removed from the compensation capacitor and the resistor unit 505.

도 5d의 회로에 대하여, 보상부(303)의 전달함수는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 이 경우도 마찬가지로 LC 공진에 관한 항은 제외하였다.For the circuit of FIG. 5D, the transfer function of the compensator 303 may be expressed as Equation 2 below. In this case as well, terms relating to LC resonance are omitted.

Figure 112008090346420-pat00002
Figure 112008090346420-pat00002

위 수학식 2에서 알 수 있듯이, 여러 캐패시터와 저항의 값을 조절하면 설계자가 폴과 제로의 위치를 용이하게 변경할 수 있다. 도 5d를 참조하면, 501, 502는 적분(Integral) 제어기, 504는 비례(proportional) 제어기이다. 또한, L, Rl, Cl, 503, 504는 미분(differential) 제어기이다. 종래의 기술에서 전압모드인 경우 PI 제어를 주로 사용하는데, 그 경우 대역폭이 좁아 과도 응답 특성이 나쁘다. 만약 미분기를 써서 PID 제어를 하면 출력단 노이즈를 필터링하지 못하고 미분기가 노이즈를 유입한다. 본 발명에서는 미분기 대신 인덕터 교류 전류를 감지하는 방법을 이용하여 D-제어기 즉, 미분 제어기를 구현한 것으로 볼 수 있다.As can be seen in Equation 2 above, by adjusting the values of several capacitors and resistors, the designer can easily change the position of the pole and zero. Referring to FIG. 5D, 501 and 502 are integral controllers and 504 are proportional controllers. In addition, L, Rl, Cl, 503, 504 are differential controllers. In the conventional technology, the PI control is mainly used in the voltage mode, in which case the bandwidth is narrow, resulting in poor transient response. If the PID control is performed using the differentiator, the output noise cannot be filtered and the differentiator introduces the noise. In the present invention, it can be seen that a D-controller, that is, a differential controller is implemented using a method of detecting an inductor alternating current instead of a differential.

제2 실시예에 따른 전압모드 승압형 직류-직류 변환기(600)Voltage-mode step-up DC-DC converter 600 according to the second embodiment

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압모드 승압형 직류-직류 변환기(600)를 나타낸 도면이다. 승압형 직류-직류 변환기(600)는 인덕터 교류 전류 성분을 오차증폭기의 출력신호와 합하여 제어한다.6 is a diagram illustrating a voltage mode step-up DC-DC converter 600 according to a second embodiment of the present invention. The boost type DC-DC converter 600 controls the inductor AC current component by adding the output signal of the error amplifier.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 승압형 직류-직류 변환기(600)는 인덕터(601), 전류감지부(602), 스위치부(603), 오차증폭기(604), 보상기부(605), 비교기(606), 제어부(607), 전압분배부(608)를 포함한다. 인덕터(601)의 제1단은 입력단(Vin)에 접속되어 있고, 제2단은 스위치부(603)에 접속되어 있다. 스위치부(603)는 인덕터의 제2단과 출력단(Vout) 사이에 접속된 제1 스위치와 인덕터의 제2단과 접지 사이에 접속된 제2 스위치를 포함한다.As shown in FIG. 6, the boost type DC-DC converter 600 according to the second embodiment of the present invention includes an inductor 601, a current sensing unit 602, a switch unit 603, and an error amplifier 604. And a compensator 605, a comparator 606, a controller 607, and a voltage divider 608. The first end of the inductor 601 is connected to the input terminal Vin, and the second end is connected to the switch portion 603. The switch unit 603 includes a first switch connected between the second end of the inductor and the output terminal Vout and a second switch connected between the second end of the inductor and ground.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압모드 승압형 직류-직류 변환기(600)의 구체적인 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed operation of the voltage mode boost type DC-DC converter 600 according to the second embodiment of the present invention will be described.

입력단(Vin)으로 입력전압이 인가되면, 인덕터(601)의 일단으로 입력전압이 인가되고, 스위치부(603)에 의하여 인덕터(601)의 타단은 접지전압에 연결되어, 인 덕터(601)에 에너지가 충전된다. 그 후, 제어부(607)에 의해 인덕터(601)와 접지전압 사이의 스위치가 오프되고, 인덕터(601)와 출력단(Vout) 사이의 스위치가 온되어, 인덕터(601)에 충전된 에너지가 방전되어 출력단(Vout)에 전달된다. 출력단(Vout)에 접속된 전압분배부(608)에 의하여 출력전압에 비례하는 전압값이 출력되고, 이 출력전압에 비례하는 전압값이 오차증폭기(604)로 입력된다. 오차증폭기(604)는 출력전압을 비례화한 값과 기준전압(Vref)의 차이를 증폭하여 출력한다. 전류감지부(602)는 인덕터(601)의 전류성분을 감지한다. 합산부(605)는 오차증폭기(604)의 출력과 전류감지부(602)에 의하여 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 더한다. 전류감지부(602), 오차증폭기(604) 및 합산부(605)에 의하여 직류-직류 변환기(600)의 전달함수에 폴과 제로가 추가됨으로써, 출력전압이 보상된다. 비교기(606)는 합산부(605)의 출력과 삼각파(혹은 톱니파)를 비교하여 그 비교 결과를 제어부(607)로 출력하고, 제어부(607)는 비교기(606)의 출력에 따라, 스위치부(603)의 온-오프(on-off)를 제어하여 출력전압을 목표된 직류전압으로 승압하여 제공한다.When an input voltage is applied to the input terminal Vin, an input voltage is applied to one end of the inductor 601, and the other end of the inductor 601 is connected to the ground voltage by the switch unit 603, thereby providing an inductor 601. Energy is charged. Thereafter, the switch between the inductor 601 and the ground voltage is turned off by the controller 607, the switch between the inductor 601 and the output terminal Vout is turned on, and the energy charged in the inductor 601 is discharged. It is delivered to the output terminal (Vout). A voltage value proportional to the output voltage is output by the voltage divider 608 connected to the output terminal Vout, and a voltage value proportional to this output voltage is input to the error amplifier 604. The error amplifier 604 amplifies the difference between the value of the output voltage and the reference voltage Vref. The current detector 602 detects a current component of the inductor 601. The adder 605 adds the output of the error amplifier 604 and the inductor alternating current component sensed by the current detector 602. By adding a pole and zero to the transfer function of the DC-DC converter 600 by the current sensing unit 602, the error amplifier 604, and the summation unit 605, the output voltage is compensated for. The comparator 606 compares the output of the adder 605 and the triangular wave (or sawtooth wave) and outputs the comparison result to the control unit 607, and the control unit 607 according to the output of the comparator 606, the switch unit ( On-off of the 603 is controlled to boost and provide an output voltage to a target DC voltage.

제3 실시예에 따른 승/강압형 직류-직류 변환기(700)Step-up / step-down DC-DC converter 700 according to the third embodiment

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승/강압형 직류-직류 변환기(700)를 나타낸 도면이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 승/강압형 직류-직류 변환기(700)는 인덕터 교류 전류 성분을 오차증폭기의 출력신호와 합하여 제어한다.7 is a diagram illustrating a boost / step-down DC-DC converter 700 according to a third embodiment of the present invention. The boost / step-down DC-DC converter 700 according to the third embodiment of the present invention controls the inductor AC current component by adding the output signal of the error amplifier.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 승/강압형 직류-직 류 변환기(700)는 제1 스위치(701), 전류감지부(702), 제2 스위치(703), 인덕터(704), 오차증폭기(705), 보상부(706), 비교기(707), 제어부(708), 전압분배부(709)를 포함한다.As shown in FIG. 7, the boost / step-down DC-DC converter 700 according to the third embodiment of the present invention includes a first switch 701, a current sensing unit 702, and a second switch 703. , An inductor 704, an error amplifier 705, a compensator 706, a comparator 707, a controller 708, and a voltage divider 709.

이러한 본 발명의 제3 실시예에 따른 승/강압형 직류-직류 변환기(700)의 구체적인 동작을 설명하면, 제1 스위치(701)는 인덕터(704)의 제1단과 입력단(Vin)사이에 전기적으로 연결되고, 인덕터(704)의 제2단은 접지되어 있다. 제1 스위치(701)가 온되면 인덕터(704)에 에너지가 충전된다. 그 후, 인덕터(704)와 입력단(Vin)과 연결된 제1 스위치(701)가 오프되고 인덕터의 제1단과 출력단(Vout) 사이에 접속된 제2 스위치(703)가 온되면 인덕터(704)에 저장된 에너지가 출력단(Vout)으로 전달된다. 제1 스위치(701) 및 제2 스위치(703)의 온/오프는 제어부(708)에 의하여 제어된다. 출력단(Vout)에 접속된 전압분배부(709)에 의하여 출력전압에 비례하는 전압값이 출력되고, 이 출력전압에 비례하는 전압값이 오차증폭기(705)로 입력된다. 오차증폭기(705)는 출력전압을 비례화한 값과 기준전압(Vref)의 차이를 증폭하여 출력한다. 전류감지부(702)는 인덕터(704)의 전류성분을 감지한다. 합산부(706)는 오차증폭기(705)의 출력과 전류감지부(702)에 의하여 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 합함으로써, 직류-직류 변환기(700)의 전달함수를 보상한다. 비교기(707)는 보상부(706)의 출력과 삼각파(혹은 톱니파)를 비교하여 제1 스위치(701) 및 제2 스위치(703)의 온오프를 제어하여 출력전압을 목표된 직류전압으로 강압 또는 승압하여 제공한다.Referring to a specific operation of the step-down / DC-type DC-DC converter 700 according to the third embodiment of the present invention, the first switch 701 is electrically connected between the first end of the inductor 704 and the input terminal Vin. And the second end of the inductor 704 is grounded. When the first switch 701 is turned on, energy is charged in the inductor 704. Thereafter, when the first switch 701 connected to the inductor 704 and the input terminal Vin is turned off and the second switch 703 connected between the first terminal and the output terminal Vout of the inductor is turned on, the inductor 704 is turned on. The stored energy is transferred to the output Vout. The on / off of the first switch 701 and the second switch 703 is controlled by the controller 708. A voltage value proportional to the output voltage is output by the voltage divider 709 connected to the output terminal Vout, and a voltage value proportional to this output voltage is input to the error amplifier 705. The error amplifier 705 amplifies the difference between the value of the output voltage and the reference voltage Vref. The current sensing unit 702 senses a current component of the inductor 704. The adder 706 compensates the transfer function of the DC-DC converter 700 by adding the output of the error amplifier 705 and the inductor AC current component sensed by the current detector 702. The comparator 707 compares the output of the compensator 706 with a triangular wave (or sawtooth wave) and controls the on / off of the first switch 701 and the second switch 703 to step down the output voltage to a target DC voltage. Provide by boosting.

제4 실시예에 따른 승압형 단일 인덕터 다출력 직류-직류 변환기(800)Step-up single inductor multi-output DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment

도 8a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 승압형 단일 인덕터 다출력 직류-직류 변환기(800)의 회로도이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 승압형 단일 인덕터 다출력 직류-직류 변환기(800)는 인덕터(802)의 교류 전류 성분을 오차증폭기(808)의 출력신호와 합하여 제어한다.8A is a circuit diagram of a step-up single inductor multi-output DC-DC converter 800 according to a fourth embodiment of the present invention. The boost type single inductor multi-output DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment of the present invention controls the AC current component of the inductor 802 by adding the output signal of the error amplifier 808.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 승압형 단일 인덕터 다출력 직류-직류 변환기(800)는 스위치부(801), 인덕터(802), 전류감지부(803), 제1 출력스위치(804-1), 제1 전압분배부(805), 제1 비교기(806), 제2 출력스위치(804-2), 제2 전압분배부(807), 오차증폭기(808), 합산부(809), 제2 비교기(810) 및 제어부(811)를 포함한다. 스위치부(801)는 입력단(Vin)과 인덕터(802)의 제1단 사이에 접속된 입력스위치와 인덕터의 제1단과 접지 사이에 접속된 방전스위치를 포함한다. 인덕터의 제2단은 제2 출력스위치(804-2)를 경유하여 출력단(Vout)에 접속된다.As shown in FIG. 8, the boost type single inductor multi-output DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment of the present invention may include a switch unit 801, an inductor 802, a current sensing unit 803, and a second unit. 1 output switch 804-1, first voltage divider 805, first comparator 806, second output switch 804-2, second voltage divider 807, error amplifier 808, An adder 809, a second comparator 810, and a controller 811 are included. The switch unit 801 includes an input switch connected between the input terminal Vin and the first end of the inductor 802 and a discharge switch connected between the first end of the inductor and ground. The second end of the inductor is connected to the output terminal Vout via the second output switch 804-2.

이하, 본 발명의 제4 실시예에 따른 승압형 단일 인덕터 다출력 직류-직류 변환기(800)의 연결관계 및 동작에 관하여 설명한다.Hereinafter, the connection relationship and operation of the boost type single inductor multi-output DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

스위치부(801)에 의해 입력단(Vin)과 인덕터(802)의 제1단이 연결된다. 스위치(801)의 동작에 따라 인덕터(802)에 에너지가 충전된다. 제1 비교기(811)가 제1 기준전압(Vref1)과 제1 전압분배부(805)에 의하여 분배된 출력전압의 분배전압을 비교하고, 제1 비교기(806)의 출력에 따라 제어부(811)가 스위치부(801)의 온-오프를 조정하여 목표전압이 제공된다. 오차증폭기(808)는 제2 전압분배부(807)에 의하 여 제2 출력부(Vout2)의 출력전압이 분배된 분배전압과 제2 기준전압(Vref2)의 차이를 증폭하여 출력한다. 합산부(809)는 오차증폭기(808)의 출력성분과 전류감지부(803)에 의하여 감지된 인덕터(802)의 교류 전류 성분을 합산한다. 제2 비교기(810)는 합산부(809)의 출력을 삼각파(혹은 톱니파)와 비교하여 스위치부(801)의 온-오프를 제어하여 제2 출력부(Vout2)의 전압을 목표된 전압으로 제공한다. The input terminal Vin and the first end of the inductor 802 are connected by the switch 801. Energy is charged in the inductor 802 according to the operation of the switch 801. The first comparator 811 compares the divided voltage of the output voltage distributed by the first reference voltage Vref1 and the first voltage divider 805, and controls the controller 811 according to the output of the first comparator 806. The target voltage is provided by adjusting the on-off of the switch unit 801. The error amplifier 808 amplifies and outputs a difference between the divided voltage obtained by distributing the output voltage of the second output unit Vout2 and the second reference voltage Vref2 by the second voltage divider 807. The adder 809 sums the output component of the error amplifier 808 and the AC current component of the inductor 802 sensed by the current detector 803. The second comparator 810 compares the output of the adder 809 with a triangular wave (or sawtooth wave) and controls the on-off of the switch 801 to provide the voltage of the second output unit Vout2 as a target voltage. do.

여기서, 인덕터(802) 양단에 자유환류스위치부(미도시)가 접속될 수도 있다.Here, a free reflux switch unit (not shown) may be connected to both ends of the inductor 802.

제4 실시예의 변형예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(800)Voltage mode step-down DC-DC converter 800 according to a modification of the fourth embodiment

도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(800)의 변형예이다. 앞서 도 8a를 참조하여 설명한 제4 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(800)와 다른 점은, 제1 출력스위치(804-1), 제2 출력스위치(804-2) 외에, 제1 출력스위치(804-1), 제2 출력스위치(804-2) 및 전류감지부(803)의 접속 노드에 일단이 접속되고, 타단이 접지된 제3 출력 스위치(804-3)를 추가로 포함하고, 제어부(811)가 스위치부(801)뿐만 아니라 제1 내지 제3 출력스위치(804-1, 804-2, 804-3)도 제어한다는 점이다.8B is a variation of the voltage mode step-down DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the voltage mode step-down DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment described above with reference to FIG. 8A is that, in addition to the first output switch 804-1 and the second output switch 804-2, A third output switch 804-3 having one end connected to the connection node of the first output switch 804-1, the second output switch 804-2, and the current sensing unit 803 and the other end of which is grounded is added. The controller 811 controls not only the switch unit 801 but also the first to third output switches 804-1, 804-2, and 804-3.

제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)Forward DC-DC converter 900 according to the fifth embodiment

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)를 나타낸 도면이다. 본 발명의 제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)는 인덕터 교류 전류 성분을 오차증폭기의 출력신호와 합하여 제어한다.9 shows a forward DC-DC converter 900 according to a fifth embodiment of the present invention. The forward DC-DC converter 900 according to the fifth embodiment of the present invention controls the inductor AC current component by adding the output signal of the error amplifier.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)는 변압기(901), 제1 다이오드(902), 제2 다이오드(903), 인덕터(904), 전류감지부(905), 전압분배부(906), 오차증폭기(907), 합산부(908), 비교기(909), 제어부(910), 스위치부(911)를 포함한다.As shown in FIG. 9, the forward DC-DC converter 900 according to the fifth embodiment of the present invention includes a transformer 901, a first diode 902, a second diode 903, an inductor 904, The current detector 905, the voltage divider 906, the error amplifier 907, the adder 908, the comparator 909, the controller 910, and the switch 911 are included.

이하, 본 발명의 제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)의 연결관계 및 동작에 관하여 설명한다.Hereinafter, the connection relationship and operation of the forward DC-DC converter 900 according to the fifth embodiment of the present invention will be described.

입력단(Vin)으로 입력전압이 인가되면, 스위치(911)의 온-오프를 통해 변압기(901)의 1차측 권선에 충전된 에너지가 자기 결합된 2차측 권선에 의해 다이오드(902)를 통해서 인덕터(904)에 에너지가 충전되면서 출력단(Vout)으로 에너지가 전달되는 파워링(powering) 과정이 수행된다. 스위치(911)가 오프되면 제1 다이오드(902)에는 역방향 전압이 인가되고, 제2 다이오드(903)에는 순방향 전압이 인가되면서, 인덕터(904)와 출력부(Vout)를 통해 자유환류 과정이 수행된다. 출력단(Vout)의 출력전압은 전압분배부(906)에 의해 분배되고, 분배된 전압이 오차증폭기(907)로 입력된다. 오차증폭기(907)는 분배된 출력전압과 기준전압(Vref)의 차이를 증폭하여 출력한다. 합산부(908)는 오차증폭기(907)의 출력과 전류감지부(905)에 의하여 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 합하면서 보상한다. 비교기(909)는 합산부(908)의 출력과 삼각파(혹은 톱니파)를 비교하여 스위치부(911)의 온-오프(on-off)를 제어하여 출력전압을 목표된 전압으로 강압하여 제공한다. 여기서, 다이오드(902, 903)를 대신하여 스위치를 사용하여도 무방하다.When an input voltage is applied to the input terminal Vin, energy charged to the primary winding of the transformer 901 through on-off of the switch 911 is coupled to the inductor through the diode 902 by the secondary winding of the magnetic coupling. A powering process is performed in which energy is transferred to the output terminal Vout while energy is charged to the 904. When the switch 911 is turned off, a reverse voltage is applied to the first diode 902 and a forward voltage is applied to the second diode 903, and a free-reflux process is performed through the inductor 904 and the output unit Vout. do. The output voltage of the output terminal Vout is distributed by the voltage divider 906, and the divided voltage is input to the error amplifier 907. The error amplifier 907 amplifies and outputs the difference between the divided output voltage and the reference voltage Vref. The adder 908 compensates by adding the output of the error amplifier 907 and the inductor AC current component sensed by the current detector 905. The comparator 909 compares the output of the adder 908 with the triangular wave (or sawtooth wave), controls the on-off of the switch 911, and provides the output voltage by stepping down to a target voltage. Here, a switch may be used in place of the diodes 902 and 903.

본 발명의 제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)는 입출력간의 절연특성과 변압기(901)의 권선비를 조정하여 출력전압 값을 제공한다는 장점이 있다. 출력전압을 직접 미분하지 않고 인덕터(904)의 전류 성분을 이용하여 보상함으로써 출력단(Vout)의 노이즈에 민감하지 않고, 설계가 간단하여 입력전압 혹은 부하의 변동에 대해 빠르게 응답하며 안정적인 출력전압을 제공할 수 있다.The forward DC-DC converter 900 according to the fifth embodiment of the present invention has an advantage of providing an output voltage value by adjusting an insulation characteristic between input and output and a winding ratio of a transformer 901. By compensating using the current component of the inductor 904 without directly deriving the output voltage, it is not sensitive to the noise of the output terminal (Vout), and the design is simple, responds quickly to input voltage or load variation, and provides a stable output voltage. can do.

제6 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(1000)Forward DC-DC converter 1000 according to the sixth embodiment

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(1000)를 나타낸 도면이다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(1000)는 도 9에 나타낸 제5 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(900)와 달리 출력부를 복수개 포함한다.10 illustrates a forward DC-DC converter 1000 according to a sixth embodiment of the present invention. The forward DC-DC converter 1000 according to the sixth embodiment of the present invention includes a plurality of output units unlike the voltage mode step-down DC-DC converter 900 according to the fifth embodiment of FIG. 9.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(1000)는 변압기(1001), 제1 다이오드(1002), 제2 다이오드(1003), 인덕터(1004), 전류감지부(1005), 제1 출력스위치(1006), 제1 전압분배부(1007), 제1 비교기(1008), 제2 출력스위치(1009), 제2 전압분배부(1010), 오차증폭기(1011), 합산부(1012), 비교기(1013), 제어부(1014), 스위치부(1015)를 포함한다.As shown in FIG. 10, the forward DC-DC converter 1000 according to the sixth embodiment of the present invention may include a transformer 1001, a first diode 1002, a second diode 1003, an inductor 1004, Current sensing unit 1005, first output switch 1006, first voltage divider 1007, first comparator 1008, second output switch 1009, second voltage divider 1010, error amplifier 1011, a adding unit 1012, a comparator 1013, a control unit 1014, and a switch unit 1015.

이하, 본 발명의 제6 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(1000)의 연결관계 및 동작에 관하여 설명한다.Hereinafter, the connection relationship and operation of the forward DC-DC converter 1000 according to the sixth embodiment of the present invention will be described.

입력단(Vin)으로 입력전압이 인가되면, 스위치(1015)의 온-오프를 통해 변압기(1001)의 1차측 권선에 충전된 에너지가 자기 결합된 2차측 권선에 의해 다이오드(1002)를 통해서 인덕터(1004)에 에너지가 충전되면서 출력단(Vout)으로 에너지 가 전달되는 파워링(powering) 과정이 수행된다. 스위치(1015)가 오프되면 제1 다이오드(1002)에는 역방향 전압이 인가되고, 제2 다이오드(1003)에는 순방향 전압이 인가되면서, 인덕터(1004)와 출력부(Vout)를 통해 자유환류 과정이 수행된다. 제1 출력단(Vout1)의 출력전압은 제1 전압분배부(1007)에 의해 분배되고, 분배된 전압이 제1 비교기(1008)로 입력된다. 제1 비교기(1008)는 입력된 분배 전압을 제1 기준접압(Vref1)과 비교하여 그 결과를 제어부(1014)로 출력한다. 또한, 제2 출력단(Vout2)의 출력전압은 제2 전압분배부(1008)에 의해 분배되고, 분배된 전압이 오차증폭기(1011)로 입력된다. 오차증폭기(1011)는 입력된 분배전압과 제2 기준전압(Vref2) 사이의 오차를 증폭하고 그 결과를 합산부(1012)로 출력한다. 합산부(1012)는 오차증폭기(1011)의 출력과 전류감지부(1005)에 의하여 감지된 인덕터 교류 전류 성분을 가산하여 비교기(1013)로 출력한다. 비교기(1013)는 합산부(1012)의 출력과 삼각파(혹은 톱니파)와 비교하여 그 결과를 제어부(1014)로 출력한다. 제어부(1014)는 제1 비교기(1008)와 제2 비교기(1013)의 출력에 따라 스위치부(1015)의 온-오프(on-off)를 제어하여 출력전압을 목표된 전압으로 강압하여 제공한다. 여기서, 다이오드(1002, 1003)를 대신하여 스위치를 사용하여도 무방하다.When an input voltage is applied to the input terminal Vin, energy charged in the primary winding of the transformer 1001 through on-off of the switch 1015 is coupled to the inductor through the diode 1002 by a secondary winding on which the magnetic side is magnetically coupled. As the energy is charged to 1004, a powering process is performed in which energy is transferred to the output terminal Vout. When the switch 1015 is turned off, a reverse voltage is applied to the first diode 1002 and a forward voltage is applied to the second diode 1003, and a free-reflux process is performed through the inductor 1004 and the output unit Vout. do. The output voltage of the first output terminal Vout1 is distributed by the first voltage divider 1007, and the divided voltage is input to the first comparator 1008. The first comparator 1008 compares the input divided voltage with the first reference voltage Vref1 and outputs the result to the controller 1014. In addition, the output voltage of the second output terminal Vout2 is distributed by the second voltage divider 1008, and the divided voltage is input to the error amplifier 1011. The error amplifier 1011 amplifies the error between the input divided voltage and the second reference voltage Vref2 and outputs the result to the adder 1012. The adder 1012 adds the output of the error amplifier 1011 and the inductor alternating current component sensed by the current detector 1005 and outputs the comparator 1013. The comparator 1013 compares the output of the adder 1012 and the triangle wave (or sawtooth wave) and outputs the result to the controller 1014. The controller 1014 controls the on-off of the switch unit 1015 according to the outputs of the first comparator 1008 and the second comparator 1013 to step down and provide an output voltage to a target voltage. . Here, a switch may be used in place of the diodes 1002 and 1003.

이상 본 발명의 다양한 실시예들을 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 전술한 실시예들은 예시적인 것이지 한정적인 것이 아니며, 이하의 특허청구범위에 의하여 본 발명의 권리범위가 특정되어야 할 것이다. 또한, 전술한 실시예뿐만 아니라 본 발명의 사상의 범위 내에 속하는 다양한 변형예, 등가예 등도 본 발명의 권 리범위에 속하는 것으로 의도된다.While the present invention has been described with reference to various embodiments of the present invention, the above-described embodiments are illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention should be specified by the following claims. In addition, various modifications, equivalents, and the like falling within the scope of the present invention as well as the above-described embodiments are intended to fall within the scope of the present invention.

도 1은 종래의 출력전압을 부귀환 제어하는 전압 모드 강압형 직류-직류 변환기(100)를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a voltage mode step-down DC-DC converter 100 for negative feedback control of a conventional output voltage.

도 2는 종래의 출력전압을 부귀환 제어하는 전류 모드 강압형 직류-직류 변환기(200)를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a current mode step-down DC-DC converter 200 for negative feedback control of a conventional output voltage.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(300)를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a voltage mode step-down DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)의 전류 감지부(304)를 구체화한 회로도이다.4 is a circuit diagram of an embodiment of the current sensing unit 304 of the DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention.

도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 변환기(300)의 보상부(303)의 세부 구성을 나타낸 회로도이다.5A and 5B are circuit diagrams showing the detailed configuration of the compensator 303 of the DC-DC converter 300 according to an embodiment of the present invention.

도 5c 및 5d는 도 5a에 나타낸 보상부(303)의 보상 캐패시터 및 저항들(505)을 더욱 상세히 나타내고, 출력단에 접속된 출력 필터 캐패시터(310) 및 부하(311)를 함께 나타낸 회로도이다.5C and 5D show the compensation capacitor and the resistors 505 of the compensator 303 shown in FIG. 5A in more detail, and a circuit diagram showing the output filter capacitor 310 and the load 311 connected to the output terminal together.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압모드 승압형 직류-직류 변환기(600)를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a voltage mode step-up DC-DC converter 600 according to a second embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 승/강압형 직류-직류 변환기(700)를 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a boost / step-down DC-DC converter 700 according to a third embodiment of the present invention.

도 8a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 승압형 단일 인덕터 다출력 직류-직류 변환기(800)의 회로도이다.8A is a circuit diagram of a step-up single inductor multi-output DC-DC converter 800 according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전압모드 강압형 직류-직류 변환기(800)의 변형예를 나타낸 회로도이다.8B is a circuit diagram illustrating a modification of the voltage mode step-down DC-DC converter 800 according to the fourth embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(900)를 나타낸 도면이다.9 shows a forward DC-DC converter 900 according to a fifth embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 포워드 직류-직류 변환기(1000)를 나타낸 도면이다.10 illustrates a forward DC-DC converter 1000 according to a sixth embodiment of the present invention.

Claims (12)

입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기에 있어서,In the DC-DC converter for boosting or stepping down the DC voltage input to the input terminal (Vin) to output to the output terminal (Vout), 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터;An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부;A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부;A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부;A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기;An error amplifier for comparing the voltage divided by the voltage dividing unit with a predetermined reference voltage and amplifying the difference; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부;An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기;A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되, And a control unit controlling an operation of the switch unit according to the output of the comparator. 상기 전류감지부는,The current sensing unit, 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터; 및A capacitor connected in parallel with the inductor; And 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류센서를 포함하는,직류-직류 변환기.And a current sensor for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스위치부는 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 위치하는, 직류-직 류 변환기.The switch unit is located between the input terminal (Vin) and the inductor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스위치부는 상기 인덕터와 상기 출력단(Vout) 사이에 위치하는, 직류-직류 변환기.The switch unit is located between the inductor and the output terminal (Vout). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스위치부는 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 위치하는 제1 스위치 및 상기 인덕터와 상기 출력단(Vout) 사이에 위치하는 제2 스위치를 포함하는, 직류-직류 변환기.The switch unit includes a first switch located between the input terminal (Vin) and the inductor and a second switch located between the inductor and the output terminal (Vout). 삭제delete 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기에 있어서,In the DC-DC converter for boosting or stepping down the DC voltage input to the input terminal (Vin) to output to the output terminal (Vout), 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕 터;An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부;A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터 및 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)를 포함하는 전류감지부;A current sensing unit including a capacitor connected in parallel with the inductor and a second transconductance amplifier (OTA) for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부;A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압의 차이를 증폭하여 출력하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA);A first transconductance amplifier (OTA) for amplifying and outputting a difference between the voltage divided by the voltage divider and a predetermined reference voltage; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압의 차이를 증폭하여 출력하는 제2 프랜스컨덕턴스 증폭기(OTA);A second transconductance amplifier (OTA) for amplifying and outputting a difference between the voltage divided by the voltage divider and a predetermined reference voltage; 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력, 상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력 및 상기 전류감지부의 출력을 입력으로 하고, 출력단이 상기 전류감지부의 출력과 접속된 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA);A fourth transconductance amplifier having an output of the first transconductance amplifier OTA, an output of the second transconductance amplifier OTA, and an output of the current sensing unit and having an output terminal connected to an output of the current sensing unit OTA); 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력에 접속된 수동소자부;A passive element unit connected to an output of the first transconductance amplifier OTA; 상기 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기;A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the fourth transconductance amplifier (OTA) with a predetermined sawtooth wave; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부;A control unit controlling an operation of the switch unit according to the output of the comparator; 를 포함하는, 직류-직류 변환기.Including, a DC-DC converter. 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으 로 출력하는 직류-직류 변환기에 있어서,In the DC-DC converter for boosting or stepping down the DC voltage input to the input terminal (Vin) to output to the output terminal (Vout), 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터;An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부;A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터 및 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)를 포함하는 전류감지부;A current sensing unit including a capacitor connected in parallel with the inductor and a second transconductance amplifier (OTA) for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부;A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압의 차이를 증폭하여 출력하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA);A first transconductance amplifier (OTA) for amplifying and outputting a difference between the voltage divided by the voltage divider and a predetermined reference voltage; 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력 및 상기 전류감지부의 출력을 입력으로 하고, 출력단이 상기 전류감지부의 출력과 접속된 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA);A fourth transconductance amplifier (OTA) having an output of the first transconductance amplifier (OTA) and an output of the current sensing unit as inputs, and an output terminal of which is connected to the output of the current sensing unit; 상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력에 접속된 수동소자부;A passive element unit connected to an output of the first transconductance amplifier OTA; 상기 제4 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기;A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the fourth transconductance amplifier (OTA) with a predetermined sawtooth wave; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부;A control unit controlling an operation of the switch unit according to the output of the comparator; 를 포함하는, 직류-직류 변환기.Including, a DC-DC converter. 제6항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 수동소자부는 하나 이상의 저항 및 하나 이상의 캐패시터로 이루어진 임의의 조합을 포함하는, 직류-직류 변환기.The passive element portion includes any combination of one or more resistors and one or more capacitors. 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 제1 및 제2 출력단(Vout1, Vout2)으로 출력하는 직류-직류 변환기에 있어서,In the DC-DC converter for boosting or stepping down the DC voltage input to the input terminal (Vin) to output to the first and second output terminals (Vout1, Vout2), 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터;An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; 상기 인덕터의 에너지 충전 및 방전을 제어하는 스위치부;A switch unit controlling energy charge and discharge of the inductor; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부;A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; 상기 출력단(Vout1, Vout2)의 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 전압분배부;First and second voltage distribution units for distributing output voltages of the output terminals Vout1 and Vout2; 상기 제1 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 톱니파를 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제1 비교기; A first comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing a voltage distributed by the first voltage divider with a predetermined sawtooth wave; 상기 제2 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기;An error amplifier configured to compare the voltage divided by the second voltage divider with a predetermined reference voltage, amplify the difference, and output the amplified difference; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부;An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제2 비교기;A second comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; 상기 제1 및 제2 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부;A control unit controlling an operation of the switch unit according to outputs of the first and second comparators; 를 포함하는, 직류-직류 변환기.Including, a DC-DC converter. 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 직류-직류 변환기에 있어서,In the DC-DC converter for boosting or stepping down the DC voltage input to the input terminal (Vin) to output to the output terminal (Vout), 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터;An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 배치된 변압기;A transformer disposed between the input terminal Vin and the inductor; 상기 변압기의 온오프를 제어하는 스위치부;A switch unit controlling on / off of the transformer; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부;A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; 상기 출력단의 출력전압을 분배하는 전압분배부;A voltage divider dividing an output voltage of the output terminal; 상기 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기;An error amplifier for comparing the voltage divided by the voltage dividing unit with a predetermined reference voltage and amplifying the difference; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부;An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 비교기;A comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; 상기 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되, And a control unit controlling an operation of the switch unit according to the output of the comparator. 상기 전류감지부는,The current sensing unit, 상기 인덕터에 병렬접속된 캐패시터; 및A capacitor connected in parallel with the inductor; And 상기 캐패시터 양단의 전압을 측정함으로써 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류센서를 포함하는,직류-직류 변환기.And a current sensor for sensing a current flowing through the inductor by measuring a voltage across the capacitor. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 스위치부는 상기 변압기의 1차 권선측에 접속되고,The switch unit is connected to the primary winding side of the transformer, 상기 변압기의 2차 권선과 상기 인덕터 사이에 접속된 다이오드부를 더 포함하는, 직류-직류 변환기.And a diode portion connected between the secondary winding of the transformer and the inductor. 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압을 승압 또는 강압하여 제1 및 제2 출력단(Vout1, Vout2)으로 출력하는 직류-직류 변환기에 있어서,In the DC-DC converter for boosting or stepping down the DC voltage input to the input terminal (Vin) to output to the first and second output terminals (Vout1, Vout2), 상기 입력단(Vin)으로 입력되는 직류 전압에 의한 에너지를 저장하는 인덕터;An inductor for storing energy due to a DC voltage input to the input terminal Vin; 상기 입력단(Vin)과 상기 인덕터 사이에 배치된 변압기;A transformer disposed between the input terminal Vin and the inductor; 상기 변압기의 온오프를 제어하는 스위치부;A switch unit controlling on / off of the transformer; 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류감지부;A current sensing unit sensing a current flowing through the inductor; 상기 출력단(Vout1, Vout2)의 출력전압을 분배하는 제1 및 제2 전압분배부;First and second voltage distribution units for distributing output voltages of the output terminals Vout1 and Vout2; 상기 제1 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 톱니파를 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제1 비교기; A first comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing a voltage distributed by the first voltage divider with a predetermined sawtooth wave; 상기 제2 전압분배부에 의해 분배된 전압과 미리 정해진 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭하여 출력하는 오차증폭기;An error amplifier configured to compare the voltage divided by the second voltage divider with a predetermined reference voltage, amplify the difference, and output the amplified difference; 상기 전류감지부에 의해 측정된 전류값과 상기 오차증폭기의 출력을 합산하는 합산부;An adder configured to add the current value measured by the current detector and the output of the error amplifier; 상기 합산부의 출력을 미리 정해진 톱니파와 비교하여 펄스폭 변조신호를 생성하는 제2 비교기;A second comparator for generating a pulse width modulated signal by comparing the output of the adder with a predetermined sawtooth wave; 상기 제1 및 제2 비교기의 출력에 따라 상기 스위치부의 동작을 제어하는 제어부;A control unit controlling an operation of the switch unit according to outputs of the first and second comparators; 를 포함하는, 직류-직류 변환기.Including, a DC-DC converter.
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