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0.18 um CMOS 공정을 이용한 승압형 DC-DC 컨버터 설계
Design of a step-up DC-DC Converter using a 0.18 um CMOS Process 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.6, 2016년, pp.715 - 720  

이자경 (인제대학교 나노융합공학과) ,  송한정 (인제대학교 나노융합공학과)

초록
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본 논문에서는, 휴대기기를 위한 PWM(Pulse Width Modulation), 전압모드 DC-DC 승압형 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 현재 소형화 되어가고 있는 휴대기기 시장에 적합하도록 1 MHz의 스위칭 주파수를 사용하여 칩 면적을 줄였다. 제안하는 DC-DC 컨버터는 전력단과 제어단으로 이루어지며 전력단은 인덕터, 출력 커패시터, MOS 트랜지스터 등으로 구성되며 제어단은 연산증폭기, 밴드갭 회로, 소프트 스타트 블록, 히스테리시스 비교기와 비겹침 드라이버로 구성된다. 설계된 회로는 히스테리시스 비교기와 논오버랩 드라이버를 사용하여 낮은 전압에서 구동되는 휴대기기의 잡음의 영향을 줄이고 출력전압 리플을 감소시켰다. 제안하는 회로는 1-poly 6-metal CMOS 매그나칩/하이닉스 $0.18{\mu}m$ 공정을 사용하여 레이아웃을 진행하였다. 설계된 컨버터는 입력 전압 3.3 V, 출력전압 5 V, 출력전류 100 mA 출력전압 대비 1%의 출력 전압 리플과 1 MHz의 스위칭 주파수의 특성을 갖는다. 본 논문에서 제안하는 승압형 DC-DC 컨버터는 PDA, 휴대폰, 노트북 등 휴대용 전자기기 시장에 맞는 고효율, 소형화 컨버터로서 유용하게 사용 될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a PWM (Pulse Width Modulation) voltage mode DC-DC step-up converter for portable devices. The converter, which is operated with a 1 MHz switching frequency, is capable of reducing the mounting area of passive devices, such as inductor and capacitor, and is suitable for compact mo...

주제어

#CMOS DC-DC step-up converter   #PMIC   #Portable devices   #PWM   #On chip   #Voltage mode  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 비교기는 잡음의 영향을 덜 받는 히스테리시스 비교기를 사용하여 안정성을 추구하고, 잡음을 개선하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
개인 휴대용 전자기기에 요구되고 있는 사항은? 최근 정보통신 기술과, IT기술의 비약적인 발전에 따라 개인 휴대용 전자기기들은 다기능화, 고집적화, 소형화, 경량화를 점점 요구되고 있다. 그리고 다양한 애플리케이션을 충족시키기 위해, 적은 전력을 소모하며, 일정한 전압을 출력하는 전원 관리 회로(DC-DC변환기)가 필요하게 되었으며, 이에 대한 연구 개발이 이루어지고 있다 [1-2].
승압형 DC-DC 컨버터는 어떻게 구성되어 있는가? 그림 2는 승압형 DC-DC 컨버터의 단순화 된 회로이다. 이 회로는 인덕터, 커패시터, 다이오드를 포함한다. 인덕터(L) 및 커패시터(C)는 출력 필터를 구성한다. 트랜지스터가 ON이 되면 입력으로부터 전류가 L과 Power MOS를 흐르면서 L에는 에너지가 축적되게 된다. 환류 다이오드 D에는 역바이어스가 되어 OFF가 되고 C는 부하저항 R을 통하여 방전하게 된다.
기존의 저 전압 DC-DC 컨버터의 단점은? 기존의 저 전압 DC-DC 컨버터에서는 대체적으로 면적이 크고, 리플과 잡음으로 인해 출력 전압이 떨어지는 형태였다면 이 논문에서는 휴대기기를 위한 Pulse Width Modulation(PWM), 전압모드 DC-DC 승압형 컨버터를 제안한다. 이 컨버터는 휴대기기에 적합하게 인덕터, 커패시터 크기를 줄여 칩 면적을 감소하기 위해, 1㎒의 스위칭 주파수를 가진다.
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참고문헌 (9)

  1. L. M. Piao, "A study on Design of PMIC of SEPIC/BOOST Topology with Integrated current sensing circuit", Inha University Master degree , 2011. 

  2. Said Oucheriah, Liping Guo, "PWM-Based Adaptive Sliding-Mode Control for Boost DC-DC Converters," IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 60, no. 8, pp. 3291-3294, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2012.2203769 

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  3. Hee-Jun Kim(2012), Basic analysis of switching power supply, Seoul, P&A school. 

  4. J. K. Kim, "Design of high-efficiency Buck DC-DC converter for reduction of control circuit loss," Hanyang University Master degree, 2011. 

  5. R. Jacob Baker, H. W. Li, D. E. Boyce, CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, IEEE Press. 

  6. Gray, Hurst, Lewis, "Meyer Analysis and Design of Analog Integrated Circuits," John Wiley& sons, Ltd 

  7. TEXAS INSTRUMENTS, Comparator with Hysteresis Reference Design, 2013. 

  8. Eric Magne Solie, "Soft Start Precharge Circuit for DC Power Supply," U.S. Patent 6 998 829, 2006. 

  9. F. F. Ma, W. Z. Chen and J. C. Wu, "A Monolithic Current-Mode Buck Converter With Advanced Control and Protection Circuits," IEEE Trans. On Power Electronics, vol. 22, pp. 1836-1846, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TPEL.2007.904237 

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