DVS 기능을 갖는 50MHz Voltage Mode Synchronous Buck Converter에 대한 시뮬레이션 연구 :A Simulation Study on a 50MHz Voltage-Mode Synchronous Buck Converter with a DVS Function

오정은

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자료유형: 학위논문

저자정보: 오정은 (단국대학교, 단국대학교 대학원)

지도교수: 박시홍

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

DVS 기능을 갖는 50MHz Voltage Mode Synchronous Buck Converter에 대한 시뮬레이션 연구

오정은 전자전기공학과 2015.01 학위논문

2014

DVS 기능을 갖는 50MHz Voltage Mode Synchronous Buck Converter

오정은 , 박재현 , 박시홍 대한전자공학회 학술대회 2014.11 학술대회자료

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과거 PA(Power Amplifier)는 battery와 직접 연결되어 안테나를 구동하였다. 하지만 이와 같은 방식은 PA가 낮은 전력으로 구동될 때도 최대의 전력을 공급받기 때문에 효율이 낮으며, PA의 낮은 효율은 battery 수명을 감소시킨다. 이러한 단점으로 인해, 최근 RF(Radio Frequency) PA 전력 손실을 줄이기 위해 DVS(Dynamic Voltage Scaling) 기능을 갖는 voltage converter가 도입되었다. DVS 기법에는 PA의 출력 전압에 따라 PA에 공급 전압을 변화시키는 APT(Average Power Tracking) 방식과 ET(Envelope Tracking) 방식이 있으며, 일정 전압을 공급하는 Fixed Supply Power 방식 대비 각각 약 40%, 90% 정도 효율 개선 효과가 있다.
본 논문에서는 RF PA 전원 공급용 PMIC(Power Management IC)로서 DVS 기능을 갖는 50MHz voltage mode synchronous Buck converter를 설계하고 SK-Hynix 사의 0.13-um 공정을 사용하여 검증하였다. RF PA의 빠른 출력 전압 변화를 tracking 하기 위해 50MHz의 PWM frequency를 채택하였으며, feedback loop를 control 하기 위한 방식으로 voltage mode control(VMC) 방식을 적용하였다. 또한, 빠른 switching 주파수를 갖는 50MHz synchronous Buck converter를 설계하는 데 있어 필요한 high speed comparator와 current sensing 회로를 제시하였다. 최대 효율은 5.7Ω 부하에서 92.5%이며, 기존 linear regulator로 공급하는 것 대비 최대 2.3배 효율을 개선하였다. 본 논문에서 제안된 converter는 전력 소모가 큰 PA에 전원공급뿐만 아니라 다양한 mobile application에 응용될 수 있을 것으로 전망한다.

Ⅰ. 서 론
1.1 모바일 기기 전력 소비 현황
1.2 RF PA 전원 공급 방식
Ⅱ. 본 론
2.1 Linear Regulator & Switching Regulator
2.1.1 Linear Regulator
2.1.2 Switching Regulator
2.2 Buck Converter Topology
2.2.1 Buck Converter 이론
2.2.2 Buck Converter Control Mode
2.2.3 Buck Converter Power Loss
2.3 50MHz Synchronous Buck Converter IC 설계
2.3.1 설계 목표 Specifications
2.3.2 DC Biasing & LDO 블록
2.3.3 Protection 블록
2.3.4 Control 블록
2.4 50MHz Synchronous Buck Converter IC Simulation
2.4.1 Transient Response Simulation
2.4.2 APT Mode Simulation
2.4.3 ET Mode Simulation
2.4.4 THD Simulation
2.4.5 효율 Simulation
2.4.6 비교분석
Ⅲ. 결 론
참고 문헌
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