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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤광섭
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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본 논문에서는 배터리로 구동하는 모바일 기기의 디스플레이 구동에 적합한 PFM 부스트 변환기를 제안한다. 디스플레이 구동을 위해서 PMIC는 부하 단에 입력 대 출력 전압 변환 비율이 높으면서 비교적 적은 부하 전류 범위에서 출력 전압 리플이 작아야 한다. 이에 적합한 PFM 부스트 변환기는 다른 제어 방식에 비해 부하 전류가 적을 때 효율 면에서 유리하며 동작 방식이 간단하나 출력 전압 리플이 크고, 공급 가능한 부하 전류 폭이 좁은 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 해결하기 위해 기존의 PFM 부스트 변환기를 보완하여 적은 출력 전압 리플과 넓은 부하 전류 폭을 지닌 PFM 제어 구조의 변환기를 설계하였다.
제안하는 PFM 부스트 변환기는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로와 이를 이용해 여러 가지의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 발생 회로, 소프트 시동회로, 에러 증폭기, 고속 전압 비교기, 인덕터 전류 센싱 회로, 펄스 폭 발생 회로로 구성되어있다. 변환기의 초기 동작에서 갑작스러운 입력 전류로 인한 소자의 손상을 방지하기 위해 전류 센싱 회로를 이용하여 인덕터 입력 전류를 일정 값 이하로 제한하였으며 기존의 부하 폭이 좁고 출력 전압 리플이 큰 PFM 변환기의 단점을 개선하기 위해 이중 펄스 폭 발생회로를 이용했다.
제안한 PFM 부스트 변환기는 동부 하이텍 사의 BCDMOS 공정을 사용하여 제작했으며 이 공정에서는 2 Poly 4 Metal을 제공한다. 전체 회로의 사이즈는 2350㎛ 2350㎛이며, 설계한 PFM 부스트 변환기는 입력 전압으로 3.7V를 받고, 18V의 출력 전압을 생성한다. 변환기가 공급 가능한 부하 전류는 0.1∼300mA이다. 모의실험 결과 저 부하 전류 동작 구간에서 0.43%, 고 부하 전류 동작 구간에서는 0.79%의 출력 전압 리플을 보였다. 변환기는 저 부하 구간에서 85%의 효율을 나타내며 20mA에서 86.4%로 최대의 효율을 나타낸다.
제안하는 PFM 부스트 변환기는 밴드 갭 기준 전압 발생 회로와 이를 이용해 여러 가지의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 발생 회로, 소프트 시동회로, 에러 증폭기, 고속 전압 비교기, 인덕터 전류 센싱 회로, 펄스 폭 발생 회로로 구성되어있다. 변환기의 초기 동작에서 갑작스러운 입력 전류로 인한 소자의 손상을 방지하기 위해 전류 센싱 회로를 이용하여 인덕터 입력 전류를 일정 값 이하로 제한하였으며 기존의 부하 폭이 좁고 출력 전압 리플이 큰 PFM 변환기의 단점을 개선하기 위해 이중 펄스 폭 발생회로를 이용했다.
제안한 PFM 부스트 변환기는 동부 하이텍 사의 BCDMOS 공정을 사용하여 제작했으며 이 공정에서는 2 Poly 4 Metal을 제공한다. 전체 회로의 사이즈는 2350㎛ 2350㎛이며, 설계한 PFM 부스트 변환기는 입력 전압으로 3.7V를 받고, 18V의 출력 전압을 생성한다. 변환기가 공급 가능한 부하 전류는 0.1∼300mA이다. 모의실험 결과 저 부하 전류 동작 구간에서 0.43%, 고 부하 전류 동작 구간에서는 0.79%의 출력 전압 리플을 보였다. 변환기는 저 부하 구간에서 85%의 효율을 나타내며 20mA에서 86.4%로 최대의 효율을 나타낸다.
목차
제 1 장 서 론 1제 2 장 DC-DC 부스트 변환기 설계 42.1 DC-DC 부스트 변환기의 개요 42.2 불연속 전도모드에서의 부스트 변환기의 동작 102.3 저 부하에서 동작하기 적합한 부스트 변환기의 구동방식 192.4 PFM 부스트 변환기의 개요 212.5 펄스 폭 발생 회로의 개요 24제 3 장 제안하는 PFM 부스트 변환기 설계 263.1 기존 논문들의 방법과 문제점 263.2 제안하는 PFM 부스트 변환기의 구조 313.3 제안하는 PFM 부스트 변환기의 구성 블록 회로 설계 383.3.1 밴드 갭 기준 전압 발생 회로 설계 383.3.2 기준 전압 발생 회로 설계 393.3.3 소프트 시동회로(Soft Start) 설계 413.3.4 고속 전압 비교기 설계 423.3.5 인덕터 전류 센싱 회로 설계 433.3.6 펄스 폭 발생 회로 설계 45제 4 장 실험 결과 및 고찰 474.1 제안한 PFM 부스트 변환기의 모의실험 결과 494.2 제작된 칩의 측정결과 및 성능 분석 504.2.1 측정 환경 504.2.2 평가용 기판 측정결과 및 고찰 534.3 기존 논문과의 성능 비교 56제 5 장 결 론 58참고 문헌 59
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