대한전자공학회논문지SD (Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD)

대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
권호 표지

전류 감지 Feedback 기법을 사용한 고효율 CMOS DC-DC Boost 변환기의 설계

Design of a High-Efficiency CMOS DC-DC Boost Converter Using a Current-Sensing Feedback Method

  • 정경수 (인티그란트) ;
  • 양희관 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) ;
  • 차상현 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) ;
  • 임진업 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) ;
  • 최중호 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부)
  • Jung Kyung-Soo (Integrant) ;
  • Yang Hui-Kwan (University of Seoul, Department of Electrical and Computer Engineering) ;
  • Cha Sang-Hyun (University of Seoul, Department of Electrical and Computer Engineering) ;
  • Lim Jin-Up (University of Seoul, Department of Electrical and Computer Engineering) ;
  • Choi Joong-Ho (University of Seoul, Department of Electrical and Computer Engineering)
  • 발행 : 2006.09.01
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초록

본 논문은 전류 감지 feedback 기법을 사용한 고효율 CMOS DC-DC boost 변환기의 설계에 관한 것이다. 펄스-폭 변조 방식의 스위칭 동작을 위해 인덕터를 통해 흐르는 전류의 양을 감지하는 고해상도 전류 감지 회로를 설계하였다. 이를 통하여 외부 소자나 큰 면적을 차지하는 주파수 보상 회로 없이 안정적으로 동작하는 변환기 성능을 얻을 수 있다. 또한 외부 저항 열을 사용하여 다양한 입력/출력 전압 특성을 얻을 수 있다. 설계한 DC-DC 변환기는 thick gate oxide 옵션이 포함된 0.18-um CMOS 표준 공정으로 제작하였다. 부하 전류 200mA 이상에 대하여 3.3V의 출력을 얻는 변환기에서 최대 효율은 90% 이상, load regulation은 100mA의 변화에 대하여 1.15%의 특성을 나타낸다.

This paper presents a design of a high-efficiency CMOS DC-DC boost converter using a current-sensing feedback method. High-precision current-sensing circuity is incorporated in order to sense the current flowing in the inductor, which determines the switching scheme of the pulse-width modulation. The external components or large chip area for the frequency compensation can be avoided while maintaining the stable operations of the converter. Various input/output voltage levels can be available through the external resistor strings. The designed DC-DC converter is fabricated in a 0.18-um CMOS technology with a thick-gate oxide option. The converter shows the maximum efficiency over 90% for the output voltage of 3.3V and load current larger than 200mA. The load regulation is 1.15% for the load current change of 100mA.

키워드

참고문헌

  1. 이균렬, 김대준, 유창식, 'System-On-Glass를 위한 Poly-Si TFT 소 면적 DC-DC 변환회로,' 대한전자공학회지, 제42권, SD편, 제2호, pp. 1-8, 2005
  2. A. P. Dancy and A. P. Chadrakasan, 'Ultra low power control circuits for PWM converters,' IEEE Power Electronics Specialists Conf., vol. 1, pp. 21-27, Jun. 1997 https://doi.org/10.1109/PESC.1997.616620
  3. 이신우, 임신일 '3-상 클럭을 이용한 UP/DOWN DC/DC 변환기의 설계' 대한전자공학회 하계종합학술대회 논문집 pp.891-894 June 2003
  4. B. Arbetter, R. Erickson and D. Maksimovic, 'DC-DC converter design for battery-operated systems,' IEEE Power Electronics Specialists Conf., vol. 1, pp. 103-109, Jun. 1995 https://doi.org/10.1109/PESC.1995.474799
  5. D. Ma, W. H. Ki and C. Y. Tsui, 'An integrated one-cycle control buck converter with adaptive output and dual loops for output error correction,' IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, pp. 140-149, Jan. 2004 https://doi.org/10.1109/JSSC.2003.820844
  6. B. Sahu and G. A. Rincon-Mora, 'A low voltage, dynamic, noninverting, synchronous buck-boost converter for portable applications,' IEEE Trans. Power Electron., vol. 19, pp. 443-452, Mar. 2004 https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.823196
  7. 김윤서, 양오, 'DSP를 이용한 강압형 DC-DC 컨버터의 원격제어,' 대한전자공학회 논문지, 제40권, SC편, 제3호, pp. 116-122, 2003
  8. 홍완기, 김기태, 김인석, 노정진, 'DC-DC 컨버터를 위한 디지털 방식의 컨트롤러 회로,' 대한전자 공학회 논문지, 제42권, SD편, 제10호, pp. 39-46, 2005
  9. C. F. Lee and P. K. T. Mok, 'A monolithic current-mode CMOS DC - DC converter with on-chip current-sensing technique,' IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, pp. 3-14, Jan. 2004 https://doi.org/10.1109/JSSC.2003.820870
  10. P. Li and B. Lehman, 'A design method for paralleling current mode controlled DC-DC converters,' IEEE Trans. Power Electron., vol. 19, pp. 748-756, May 2004 https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.826497
  11. R. W. Erickson and D. Maksimovic, Fundamentals of power electronics, 2nd ed., Kluwer Academic, 2002