차량용 헤드램프 LED 컨트롤러를 포함하는 60 V 벅-부스트 변환기 설계

Abstract

최근 차량용 전기장치부품의 시장이 빠른 속도로 성장하고 있다. 이에 따라 차량용 배터리로부터 다양한 전기장치부품에 효율적으로 전력을 공급하기 위해 차량용 PMIC (Power management integrated circuit)의 중요성 또한 증가하고 있다. 차량용 배터리의 일반적인 출력은 12 V 의 고전압이며, 차량의 여러 특수한 상황들에 따라 순간적으로 입력전압이 크게 변동할 수 있다. 또한, 다양한 전자장치부품들의 기능을 수행하기 위해서는 넓은 범위의 출력전압이 필요하다. 이러한 추세에 맞춰 넓은 입출력 전압 범위를 가진 벅-부스트 방식의 DC-DC 변환기에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

본 논문에서는 차량용 헤드램프 LED (Light-emitting diode) 컨트롤러를 포함하는 4-스위치 벅-부스트 변환기 설계를 다룬다. 이 변환기는 컨트롤러 칩과 인덕터, 4개의 트랜지스터 스위치, LED 등으로 구성된다. 기존에 헤드램프 LED를 제어하기 위해서는 부스트 변환기와 벅 변환기, 그리고 LED 컨트롤러 칩을 따로 사용하는 방식을 사용하였다. 하지만 본 논문의 벅-부스트 변환기는 LED 컨트롤러를 포함한 하나의 통합 IC를 통해 면적을 줄이고, 전력 효율을 높이면서도 개별적인 LED의 밝기 조절을 가능하도록 하였다. 설계된 회로는 DB HiTek 0.18 μm 100 V BCD 공정으로 제작되었으며 전체 칩의 면적은 5000 μm x 2500 μm 이다. 설계된 회로는 8 – 60 V 의 입력전압 범위에서 동작한다. 출력전압의 범위는 1.2 – 60 V 이며, 점등된 LED 개수의 순바이어스 (Forward-bias) 전압에 맞춰 유동적으로 변화할 수 있다. 변환기의 스위칭 주파수의 범위는 0.6 - 2 MHz 이며 최대 출력전류는 1.5 A이다.| This paper presents the design of a 4-switch buck-boost converter with an automotive headlamp LED controller. The converter includes a controller chip and an inductor, four transistor switches, and six LEDs. The buck-boost converter in this paper uses a single integrated IC with an LED controller to decrease the area and enhance power efficiency while controlling individual LED brightness. The designed circuit was fabricated using DB HiTek 0.18 μm 100 V BCD process and the total chip area is 5000 μm x 2500 μm. The input voltage was designed from 8 to 60 V. The output voltage range is from 1.2 to 60 V and can vary flexibly with the number of LEDs that are turned on. The frequency range of the converter is from 0.6 to 2 MHz and the maximum output current is 1.5 A.; This paper presents the design of a 4-switch buck-boost converter with an automotive headlamp LED controller. The converter includes a controller chip and an inductor, four transistor switches, and six LEDs. The buck-boost converter in this paper uses a single integrated IC with an LED controller to decrease the area and enhance power efficiency while controlling individual LED brightness. The designed circuit was fabricated using DB HiTek 0.18 μm 100 V BCD process and the total chip area is 5000 μm x 2500 μm. The input voltage was designed from 8 to 60 V. The output voltage range is from 1.2 to 60 V and can vary flexibly with the number of LEDs that are turned on. The frequency range of the converter is from 0.6 to 2 MHz and the maximum output current is 1.5 A.