Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers (전자공학회논문지)

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High Efficiency Triple Mode Boost DC-DC Converter Using Pulse-Width Modulation

펄스폭 변조를 이용한 고효율 삼중 모드 부스트 변환기

  • Lee, Seunghyeong (School of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University) ;
  • Han, Sangwoo (School of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University) ;
  • Kim, Jongsun (School of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University)
  • 이승형 (홍익대학교 대학원 전자정보통신공학과) ;
  • 한상우 (홍익대학교 대학원 전자정보통신공학과) ;
  • 김종선 (홍익대학교 전자전기공학부)
  • Received : 2014.07.14
  • Accepted : 2015.01.26
  • Published : 2015.02.25
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Abstract

This paper presents a high efficiency, PSM/DCM/CCM triple mode boost DC-DC converter for mobile application. This device operates at Pulse-Skipping Mode(PSM) when it enters light load, and otherwise operate the operating frequency of 1.4MHz with Pulse-Width Modulation(PWM) mode. Especially in order to improve the efficiency during the Discontinuous-Conduction Mode(DCM) operation period, the reverse current prevention circuit and oscillations caused by the inductor and the parasitic capacitor to prevent the Ringing killer circuit is added. The input voltage of the boost converter ranges from 2.5V ~ 4.2V and it generates the output of 4.8V. The measurement results show that the boost converter provides a peak efficiency of 92% on CCM and 87% on DCM. And an efficiency-improving PWM operation raises the efficiency drop because of transition from PWM to PFM. The converter has been fabricated with a 0.18um Dongbu BCDMOS technology.

본 논문에서는 휴대용 기기를 위한 고효율 삼중 모드 부스트 변환기를 나타낸다. 제안하는 부스트 변환기는 펄스폭변조 방식를 사용하며 부하 전류에 따라 펄스 스키핑 모드 (Pulse Skipping Mode, PSM), 불연속 전류 모드(Discontinuous Conduction Mode, DCM) 및 연속 전류 모드 (Continuous Conduction Mode, CCM)의 세 가지 동작 모드를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 전류 불연속 모드에서 역 전류 흐름 및 인덕터의 공진에 의한 발진 현상을 효과적으로 방지하기 위해 발진 억제기 (Ringing suppressor)를 적용하여 효율을 극대화 시켰다. 제안하는 부스트 변환기는 동부 $0.18{\mu}m$ BCD 공정을 사용하여 구현되었다. 단일 셀 리튬-이온 배터리로부터 2.5V-4.2V의 가변 입력전압을 받아서 4.8V의 고정 전압을 출력하며 최대 300mA의 부하전류를 공급할 수 있다. 이 때 최대 리플 전압은 3.1mV이며, 연속 전류 모드에서 92%, 불연속 전류 모드에서 87% 이상의 높은 효율을 나타낸다. 또한, 펄스 스키핑 모드를 통해 적은 부하전류 조건하에서도 60% 이상의 효율을 가지며 모드 변경 구간에서의 효율 감소가 최소화되는 것을 특징으로 한다.

Keywords

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