본 논문에서는 휴대기기용 DC-DC 부스트 컨버터를 설계하였다. 제안하는 DC-DC 부스트 컨버터는 1MHz의 스위칭 주파수로 구동되며, 인덕터, 출력 커패시터, MOS 트랜지스터 등으로 이루어지는 파워단 부분과 보호회로단, 컨트롤블럭단으로 구성하였다. CMOS magnachip $0.18{\mu}m$ 공정을 이용하여 SPICE 모의실험을 통하여 동작을 확인하였고, 칩을 제작하여 모의실험결과와 비교 분석하였다. 설계된 컨버터는 3.3 V 입력 전압 조건에서 출력전압 4.8 V 가 나타났고, 출력전류 95 mA 로 기존의 25~50 mA보다 큰 출력을 얻었다.
본 논문에서는 휴대기기용 DC-DC 부스트 컨버터를 설계하였다. 제안하는 DC-DC 부스트 컨버터는 1MHz의 스위칭 주파수로 구동되며, 인덕터, 출력 커패시터, MOS 트랜지스터 등으로 이루어지는 파워단 부분과 보호회로단, 컨트롤블럭단으로 구성하였다. CMOS magnachip $0.18{\mu}m$ 공정을 이용하여 SPICE 모의실험을 통하여 동작을 확인하였고, 칩을 제작하여 모의실험결과와 비교 분석하였다. 설계된 컨버터는 3.3 V 입력 전압 조건에서 출력전압 4.8 V 가 나타났고, 출력전류 95 mA 로 기존의 25~50 mA보다 큰 출력을 얻었다.
In This Paper, A DC-DC Boost Converter for Portable Device has been Proposed. The Converter Which is Operated with 1 MHz High Switching Frequency is Capable of Reducing Mounting Area of Passive Devices Such as Inductor and Capacitor, Consequently is Suitable for Portable Device. This Boost Converter...
In This Paper, A DC-DC Boost Converter for Portable Device has been Proposed. The Converter Which is Operated with 1 MHz High Switching Frequency is Capable of Reducing Mounting Area of Passive Devices Such as Inductor and Capacitor, Consequently is Suitable for Portable Device. This Boost Converter Consists of a Power Stage and a Control Block and a Protect Block. Proposed DC-DC Boost Converter has been Designed a 0.18 um Magnachip CMOS Process Technology, we Examined Performances of the Fabricated Chip and Compared its Measured Results with SPICE Simulation Data. Simulation Results Show that the Output Voltage is 4.8 V in 3.3 V Input Voltage, Output Current 95 mA Which is Larger than 20~50 mA.
In This Paper, A DC-DC Boost Converter for Portable Device has been Proposed. The Converter Which is Operated with 1 MHz High Switching Frequency is Capable of Reducing Mounting Area of Passive Devices Such as Inductor and Capacitor, Consequently is Suitable for Portable Device. This Boost Converter Consists of a Power Stage and a Control Block and a Protect Block. Proposed DC-DC Boost Converter has been Designed a 0.18 um Magnachip CMOS Process Technology, we Examined Performances of the Fabricated Chip and Compared its Measured Results with SPICE Simulation Data. Simulation Results Show that the Output Voltage is 4.8 V in 3.3 V Input Voltage, Output Current 95 mA Which is Larger than 20~50 mA.
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제안 방법
그림7은 제안하는 OVP의 회로도이다. 5V이상의 출력을 받을 경우 오작동을 막기 위해 설계하였으며 비교기와 기준전압을 이용하였고, 출력 5V를 받아 비교하는 방식을 사용하였다.
이 컨버터는 휴대기기에 적합하게, 인덕터, 커패시터 크기를 줄여 칩 면적을 감소하기 위해, 1㎒의 스위칭 주파수를 가진다. 그리고 히스테리시스 비교기와 비-오버랩 드라이버단을 사용해서 낮은 전압에서 구동되는 휴대기기의 잡음의 영향을 줄이고 출력전압 리플을 감소시켰다. 제안하는 승압형 컨버터는 1-poly 6-metal CMOS 공정의 매그나 칩/하이닉스 0.
그림 15는 매그나칩/하이닉스 0.18㎛ CMOS 공정 으로 1-poly 6-metal을 사용하였으며, 컨트롤 블록, 보호회로 블록, 파워모스로 3부분으로 설계하였다. 총 크기는 1.
기존의 소형 휴대기기에 사용되는 일반적인 형태의 DC-DC 컨버터에서는 대체적으로 면적이 크고, 리플과 잡음으로 인해 출력 전압이 떨어지는 형태였다면 이 논문에서는 휴대기기를 위한 Pulse Width Modulation(PWM), 전압모드 DC-DC 부스트 컨버터를 제안한다. 이 컨버터는 휴대기기에 적합하게, 인덕터, 커패시터 크기를 줄여 칩 면적을 감소하기 위해, 1㎒의 스위칭 주파수를 가진다.
본 논문에서는 Magnachip의 0.18 um CMOS 공정을 이용하여 DC-DC 부스트 컨버터를 설계, 레이아웃을 진행하였다. 설계된 칩은 측정결과 3.
그림 4는 제안하는 승압형 컨버터의 블록도를 나타내었다. 제안하는 회로는 인덕터, power MOS로 구성되는 입력단과, 커패시터, 저항으로 구성되는 출력단, PWM 신호를 생성하는 컨트롤러 부분으로 이루어진다.
제작된 칩은 80 pin LQFP 형태로 패키징을하였고, 패키징 된 프로토 타입 칩은 PCB 보드를 구성하여 별 컨트롤 블록과 전체회로를 측정하였다.
대상 데이터
그리고 히스테리시스 비교기와 비-오버랩 드라이버단을 사용해서 낮은 전압에서 구동되는 휴대기기의 잡음의 영향을 줄이고 출력전압 리플을 감소시켰다. 제안하는 승압형 컨버터는 1-poly 6-metal CMOS 공정의 매그나 칩/하이닉스 0.18 ㎛ 공정을 사용하여, 설계 하였다. 입력 전압 3.
데이터처리
10(b)에 나타난 것과 같이 지연시간은 약 15 ns인 것을 나타낸다. 제안하는 DC-DC 부스트 컨버터 회로에 대하여 케이던스 프로그램을 이용하여 0.18 ㎛ CMOS공정 파라미터로 SPICE 회로해석을 실시하였다.
성능/효과
그림 14(a)는 제안하는 PWM DC-DC 컨버터의 출력 전압을 나타내고 있다. 그림에서 보이듯이 약 2.5㎳ 후, 제안하는 승압형 DC-DC 컨버터는 정상모드로 전환하고, 입력전압 3.3V일 때 출력전압 5V가 출력되는 것을 확인 할 수 있었다.
그림 13는 램프 발생기의 시뮬레이션 결과로 파형에서 볼 수 있듯 커패시터의 용량과 커패시터에 흐르는 전류에 따라 램프신호가 천천히증가하면서 램프신호가 일정 전압 이상이 되면클럭 신호가 켜지면서 램프신호가 0으로 돌아가는 것을 볼 수 있다. 또한 램프 발생기의 파라미터를 최적화하여 주파수 변화가 적음을 확인 할수 있다.
하지만 제안하는 비 오버랩 드라이버단은 일정한 전류를 출력하는 것을 볼 수 있다. 또한 제안하는 비 오버랩 드라이버단의 출력 전압 리플은 40mV로 기존의 드라이버단의 출력 전압 리플이 80mV보다 반 이상 감소하였다.
18 um CMOS 공정을 이용하여 DC-DC 부스트 컨버터를 설계, 레이아웃을 진행하였다. 설계된 칩은 측정결과 3.3 V 입력 전압에 출력 전압 4.8 V가 나타났고, 출력 전압 리플은 50 ㎷가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따른 입출력 전력의 변환효율은 95 %로 나타난다.
이에 따른 입출력 전력의 변환효율은 95 %로 나타난다. 제안하는 DC-DC 부스트 컨버터는 다양한 보호회로 (UVLO, OVP, TSD)들을 사용하여 회로들을 보호하고, 소프트-스타터와 비-오버랩 드라이버를 인버터 체인수를 늘려 시스템의 안정성을 향상시켰으며, 히스 테리시스 비교기를 사용하여 노이즈의 영향을 덜받게 하였다. 또한 제안 된 드라이버는 피크 전류 및 출력 전압 리플을 감소시키며 설계된 파워 MOS는 칩의 면적 또한 감소시킨다.
후속연구
설계된 칩은 소형화 되어가고있는 휴대기기에 적용하기 위해 낮은 입력 전압에서 구동가능하고, 고효율을 가진 다. 본 논문에서 제안하는 DC-DC 부스트 컨버터 휴대기기 에 널리 사용될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
승압형 DC-DC 컨버터의 회로는 무엇을 포함하는가?
그림 2는 승압형 DC-DC 컨버터의 단순화 된 회로이다. 이 회로는 인덕터, 커패시터, 다이오드를 포함한다. 인덕터(L) 및 커패시터(C)는 출력 필터를 구성한다.
본 논문에서 설계한 휴대기기용 DC-DC 부스트 컨버터의 성능은?
18{\mu}m$ 공정을 이용하여 SPICE 모의실험을 통하여 동작을 확인하였고, 칩을 제작하여 모의실험결과와 비교 분석하였다. 설계된 컨버터는 3.3 V 입력 전압 조건에서 출력전압 4.8 V 가 나타났고, 출력전류 95 mA 로 기존의 25~50 mA보다 큰 출력을 얻었다.
기존의 소형 휴대기기에 사용되는 일반적인 형태의 DC-DC 컨버터은 대체적으로 어떠한가?
기존의 소형 휴대기기에 사용되는 일반적인 형태의 DC-DC 컨버터에서는 대체적으로 면적이 크고, 리플과 잡음으로 인해 출력 전압이 떨어지는 형태였다면 이 논문에서는 휴대기기를 위한 Pulse Width Modulation(PWM), 전압모드 DC-DC 부스트 컨버터를 제안한다. 이 컨버터는 휴대기기에 적합하게, 인덕터, 커패시터 크기를 줄여 칩 면적을 감소하기 위해, 1㎒의 스위칭 주파수를 가진다.
참고문헌 (13)
leung Chi Yat philip Mok K. T., leung Ka Nang "A 1-V Integrated Current-Mode Boost Converter in Standard 3.3/5-V CMOS Technoloties" IEEE journal of Solid- State Circuits. Vol. 40, No. 11, November 2005.
Lee S. H. and Kim S. Y. Design and Implementation of an Intelligent System for Personalized Contents Recommendation on Smart TVs Journal of the Korea Industrial Information Systems Research / v.18, no.4, pp.73-79, 2013
Roh Jeonjin "High-performance Error Amplifier For Fast Transient DC-DC Converters". IEEE Tran. Circuits and Systems, Vol. 52, No. 9, Sep 2005.
Yi K. H. and Lee D. S., Cost Effective Plasma Display Panel TV Driving System with an Address Misfiring Compensation Circuit, Journal of the Korea Industrial Information Systems Research / v.18, no.3, pp.1-8, 2013
Stephane Bidian, Hua Jin, "High Performance Predictive Dead-Beat Digital Controller for DC Power Supplies", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 17, No. 3, May 2002.
Lim K. J,. Park J., Yang H,. "A High Efficiency CMOS DC-DC Boost Converter with Current Sensing Feedback", IEEE Tran. Circuits and systems 2005.
Bryant B., Kazimierczuk M. K., "Voltage Loop of Boost PWM DC-DC converter with Peak Current-Mode Control", IEEE Trans. On Circuits and Systems, Vol. 53, No. 1, Jan 2006.
Duan Xiaoming, Deng Haifei, Sun Nick X., Huang Alex Q., Chen Dan Y., " A High Performance Intergrated Boost DC-DC converter For Portable Power Supply" IEEE 2004.
Kim J. K., "Design of High-efficiency Buck DC-DC Converter for Reduction of Control Circuit Loss," Hanyang University Master Degree, 2011.
Jacob Baker R., Li H. W, Boyce D. E., CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, IEEE Press
Gray, Hurst, Lewis, "Meyer Analysis and Design of Analog Integrated Circuits," John Wiley& sons, Ltd
TEXAS INSTRUMENTS, Comparator with Hysteresis Reference Design, 2013.
Hong Wook Hun, Kim Kyung Ki, "Design of Ultra Low-Voltage NCL Circuits in Nanoscale MOSFET Technology," Journal of the Korea Industrial Information System Society , Vol 17, No.4, pp. 17-23, 2012.
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