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PWM 방식 벅 컨버터의 빠른 과도응답 기술
Fast Transient Response Techniques for PWM Buck Converter 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.20 no.1, 2016년, pp.103 - 106  

석진민 (College of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  서정덕 (College of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  공배선 (College of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University)

초록
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PWM 벅 컨버터는 3형 오차 보상기를 주로 사용하고 있다. 이 오차 보상기는 낮은 슬루율을 갖게 하는 큰 커패시터로 인해, 부하 전류의 과도응답이 발생하였을 때 부하 전압에 의도하지 않은 큰 오버슈트와 언더슈트를 발생시킨다. 또한 기준전압을 변화시켰을 때의 변화에도 느리게 응답한다. 전원장치의 효율적인 사용을 위해 다양한 부하 전류와 전압이 요구되고 있고, PWM 벅 컨버터 역시 부하 전류 변화와 기준 전압 변화에 따른 부하 전압의 빠른 응답특성을 가져야 한다. 본 논문은 PWM 벅 컨버터의 응답시간을 늘이기 위한 여러 가지 빠른 과도응답 기술들의 동작 방식과 이들 방법이 갖고 있는 장점, 한계점들을 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

PWM buck converters usually use a type-III error amplifier. Since this amplifier has a big capacitor with slow slew rate, they can generate an unintended large overshoot/undershoot at the output when a large load current change occurs. They can also respond slowly by varying the reference voltage. I...

주제어

#Buck Converter   #Fast transient   #Reference tracking   #PWM   #compensation  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 특히 PWM 방식 벅 컨버터에서 주로 사용하는 오차 보상기의 큰 커패시터 때문에 슬루율이 낮아 과도응답이 발생하였을 때, 큰 오버슈트와 언더슈트가 발생하게 된다. 따라서 이 문제를 해결하기 위한 대표적인 기술들과 기술들의 장점과 한계점들을 본론에서 소개하도록 한다.
  • 본 논문은 PWM 벅 컨버터의 부하 전류와 기준 전압 변화의 빠른 과도응답에 대한 기술들을 소개하였다. 빠른 부하전류 과도응답 방식으로는 추가 스위치를 사용하여 의사 연속 전도 모드 방식을 구현함으로써 과도응답에서 대역폭을 넓히는 방법, 인덕터 전류를 모방하는 전압을 램프에 더해줘 보상하는 V2 컨트롤 방법, 부하전압의 크기 변화를 비교하여 과도상태와 정상상태를 구분하여 비선형적으로 최소/최대 듀티를 갖는 PWM 신호를 전달하는 이중 모드 컨트롤 방법을 소개하였다.
  • 이중 모드 컨트롤은 부하전류가 갑작스럽게 변할 때 일어나는 부하 전압의 변화 정도를 비교기를 이용하여 벅 컨버터의 과도응답상태 동작과 정상상태 동작을 구분한다 [6]. 이 과도응답 시간동안 0% 혹은 100% PWM 듀티를 제공하여 인덕터 전류를 빠르게 목표전류까지 도달할 수 있도록 도와주는 기술이다. 그러나 부하 전압을 이용하여 과도응답 상태를 구분하기 때문에 기준전압의 변화에는 대응할 수 없으며, 과도응답 상태를 구분하기 위해 큰 오버슈트와 언더슈트의 발생을 감수해야만 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PWM 방식 벅 컨버터의 문제점은? 이에 따라 부하 전류와 기준전압의 변화에 따른 빠른 과도응답의 중요성이 점점 강조되고 있다. 특히 PWM 방식 벅 컨버터에서 주로 사용하는 오차 보상기의 큰 커패시터 때문에 슬루율이 낮아 과도응답이 발생하였을 때, 큰 오버슈트와 언더슈트가 발생하게 된다. 따라서 이 문제를 해결하기 위한 대표적인 기술들과 기술들의 장점과 한계점들을 본론에서 소개하도록 한다.
V2 컨트롤 기술의 단점은? 이 모방된 전압은 3형 오차 보상기와 독립적으로 벅 컨버터의 램프에 더해지기 때문에 과도응답 시 빠르게 동작할 수 있다. 그러나 V2 컨트롤은 전류 모드와 유사하기 때문에 저주파 발진현상의 영향을 고려해야 하고, 불연속 전도 모드 동작에서 인덕터 전류를 제대로 모방하지 못하는 단점이 있다.
이중 모드 컨트롤 기술의 단점은? 이 과도응답 시간 동안 0% 혹은 100% PWM 듀티를 제공하여 인덕터 전류를 빠르게 목표전류까지 도달할 수 있도록 도와주는 기술이다. 그러나 부하 전압을 이용하여 과도응답 상태를 구분하기 때문에 기준전압의 변화에는 대응할 수 없으며, 과도응답 상태를 구분하기 위해 큰 오버슈트와 언더슈트의 발생을 감수해야만 한다.
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참고문헌 (11)

  1. H.-W. Huang, K. H. Chen, and S. Y. Kuo "Dithering skip modulation, width and dead time controllers in highly efficient dc-dc converters for system-on-chip applications", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 42, no. 11, pp. 2451-2465, Nov. 2007. 

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  2. D. Ma and W. H. Ki, "Fast-transient PCCM switching converter with freewheel switching control", IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, vol. 54, no. 9, pp. 825-829, Sep. 2007. 

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  3. Y.-H. Lee, S.-J. Wang, and K.-H. Chen, "Quadratic differential and integration technique in V2 control buck converter with small ESR capacitor," IEEE Trans. Power Electron., vol. 25, No. 4, pp. 829-838, Apr. 2010. 

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  4. C. H. Tsai, S. M. Lin and C. S. Huang, "A Fast-Transient Quasi-V2 Switching Buck Regulator Using AOT Control With a Load Current Correction (LCC) Technique", IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, No. 8, pp. 3949-3957, Aug. 2013. 

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  5. S. Tian, F. C. Lee, Q. Li and Y. Yan, "Unified Equivalent Circuit Model and Optimal Design of V2 Controlled Buck Converters", IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, No. 2, pp. 1734-1744, Feb. 2016. 

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  6. P.-J. Liu, W.-S. Ye, J.-N. Tai, H.-S. Chen, J.-H. Chen, and Y.-J. E. Chen, "A high-efficiency CMOS dc-dc converter with 9- $\mu$ s transient recovery time", IEEE Trans. Circuits and Syst. I, Regular Papers, vol. 59, no. 3, pp. 575-583, Mar. 2012. 

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  7. M. Siu, P. K. T. Mok, K. N. Leung, Y.-H. Lam, and W.-H. Ki, "A voltage mode PWM buck regulator with end-point prediction," IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, vol. 53, no. 4, pp. 294-298, Apr. 2006 

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  8. Y. Y. Mai and P. K. T. Mok, "A constant frequency output-ripple-voltage based buck converter without using large ESR capacitor", IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, vol. 55, no. 8, pp. 748-752, Aug. 2008 

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  9. L. Cheng, Y. Liu, and W. H. Ki, "A 10/30 MHz Fast Reference-Tracking Buck Converter With DDA-Based Type-III Compensator", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 49, no. 12, pp. 2788-2799, Dec. 2014. 

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  10. J.-S. Chang, H.-S. Oh, Y.-H. Jun, and B.-S. Kong, "Fast output voltage regulated PWM buck converter with an adaptive ramp amplitude control", IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 60, no. 10, pp. 712-716, Oct. 2013. 

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  11. Y.-S. Hwang, A. Liu, Y.-B. Chang, and J. J. Chen, "A High-Efficiency Fast-Transient-Re sponse Buck Converter with Analog-Voltage-Dynamic-Estimation Techniques", IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, No. 7, pp. 3720-3730, Jul. 2015. 

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