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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최중호
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수28
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 논문에서는 과도응답 향상기법을 적용한 DC-DC buck-boost 변환기를 제안한다. 부하전류가 급변하는 경우 DC-DC 변환기의 출력전압은 과도상태에 돌입하게 되며 일정한 정착시간(settling time) 후 기존에 설정한 출력전압 값으로 수렴하게 된다. 본 논문에서는 이러한 부하 과도 응답(load transient response) 의 정착시간을 줄이는 효율적인 기법에 관한 것이다.
제안하는 과도응답 향상기법은 주파수 보상회로를 구성하는 Gm amplifier 의 Gm 을 향상시킴으로써 과도응답의 정착시간을 줄인다. 제안하는 기법은 피드백 신호를 감지하여 출력전압 상태에 따라 Gm amplifier 의 출력전류를 증가하여 Gm 을 향상시킨다. 출력전류의 증가는 PWM 제어기가 부하전류 변화에 반응하는 것을 돕는다. 그 결과 DC-DC 변환기는 신속하게 듀티비를 조절하여 향상된 과도응답 특성을 달성한다.
본 논문에서 설계된 DC-DC buck-boost 변환기는 큰 부하전류 응용에 적합한 전류연속모드 및 PWM 제어방식을 사용한다. 또한 DC-DC 변환기의 negative feedback 동작을 위해 전류모드를 채택하였다. 폐루프 시스템의 DC 이득이 증가하고, 안정적 동작을 위한 충분한 위상 마진을 확보하기 위해 PI compensation 을 적용하였다. 뿐만 아니라 초기 스타트-업 구간 동안 돌입전류를 방지하기 위해 소프트 스타트-업 회로를 추가하였다. 해당 소프트 스타트-업 동작을 위해 외부 커패시터를 필요로 하지 않는 새로운 capacitor-sharing 방식을 제안한다. DC-DC 변환기 전력 스위치의 온-저항은 변환기의 효율을 저하시키는 주된 문제 중 하나인 전도손실(conduction loss) 를 최소화하기 위해 20[mohm] 이하로 설계되었다.
DC-DC buck-boost 변환기는 0.18um BCDMOS 공정으로 설계되었으며, 시뮬레이션 상 최고 효율은 VIN=3.3[V], VOUT=5.0[V], ILOAD=0.3[A] 조건에서 95.9[%] 이다.
제안하는 과도응답 향상기법은 주파수 보상회로를 구성하는 Gm amplifier 의 Gm 을 향상시킴으로써 과도응답의 정착시간을 줄인다. 제안하는 기법은 피드백 신호를 감지하여 출력전압 상태에 따라 Gm amplifier 의 출력전류를 증가하여 Gm 을 향상시킨다. 출력전류의 증가는 PWM 제어기가 부하전류 변화에 반응하는 것을 돕는다. 그 결과 DC-DC 변환기는 신속하게 듀티비를 조절하여 향상된 과도응답 특성을 달성한다.
본 논문에서 설계된 DC-DC buck-boost 변환기는 큰 부하전류 응용에 적합한 전류연속모드 및 PWM 제어방식을 사용한다. 또한 DC-DC 변환기의 negative feedback 동작을 위해 전류모드를 채택하였다. 폐루프 시스템의 DC 이득이 증가하고, 안정적 동작을 위한 충분한 위상 마진을 확보하기 위해 PI compensation 을 적용하였다. 뿐만 아니라 초기 스타트-업 구간 동안 돌입전류를 방지하기 위해 소프트 스타트-업 회로를 추가하였다. 해당 소프트 스타트-업 동작을 위해 외부 커패시터를 필요로 하지 않는 새로운 capacitor-sharing 방식을 제안한다. DC-DC 변환기 전력 스위치의 온-저항은 변환기의 효율을 저하시키는 주된 문제 중 하나인 전도손실(conduction loss) 를 최소화하기 위해 20[mohm] 이하로 설계되었다.
DC-DC buck-boost 변환기는 0.18um BCDMOS 공정으로 설계되었으며, 시뮬레이션 상 최고 효율은 VIN=3.3[V], VOUT=5.0[V], ILOAD=0.3[A] 조건에서 95.9[%] 이다.
목차
국 문 초 록목 차 i그 림 목 차 iv표 목 차 vii제 1 장 서 론 1제 2 장 DC-DC 변환기의 기본 이론 4제 1 절 DC-DC 변환기의 개념 및 종류 4제 2 절 Buck-Boost 변환기의 동작원리 61. 정상상태 분석 및 주요 관계식 6제 3 절 동기식 모드 및 비동기식 모드 9제 4 절 전류 연속 모드 및 전류 불연속 모드 12제 5 절 스위치 제어 방법 14제 6 절 전압모드 및 전류모드 16제 7 절 소프트 스타트-업 221. 소프트 스타트-업 회로의 필요성 222. 소프트 스타트-업 회로 23제 8 절 DC-DC 변환기의 과도응답 241. 기본 개념 및 과도응답 향상 필요성 242. 과도응답에 영향을 주는 요인 263. 기존 과도응답 향상기법 28제 3 장 과도응답 향상기법이 적용된 DC-DC 벅-부스트 변환기 33제 1 절 DC-DC 벅-부스트 변환기의 전체 구조 33제 2 절 제안하는 과도응답 향상회로 361. 개념 및 구조 362. 동작 원리 393. 시뮬레이션 48제 3 절 구성 블록 설계 521. 보상 회로 522. 커패시터 공유 방식의 소프트 스타트-업 회로 563. 전류 감지 회로 604. PWM 제어 회로 645. 기준 클락 및 램프 생성 회로 676. 밴드갭 기준전압 발생 회로 70제 4 절 DC-DC 벅-부스트 변환기의 시뮬레이션 결과 731. 선 전압 변동률(Line Regulation) 732. 부하 변동률(Load Regulation) 753. 효율 774. DC-DC 변환기 성능 요약 78제 4 장 IC 제작 및 측정결과 79제 1 절 Layout 결과 79제 2 절 측정 결과 811. DC-DC buck-boost 변환기의 기본 동작 81제 5 장 결론 85참 고 문 헌 86ABSTRACTS 92감사의 글 94
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