모바일 AP 전원공급을 위한 고효율 멀티페이스 벅 변환기

Abstract

시스템 반도체는 첨단 IT(Information technology) 수요에 연동된 고기술, 고성장, 고부가가치의 미래 유망산업으로 특히 휴대폰의 경우를 예로 들면 시스템 반도체는 제조원가의 약 40%를 차지 한다. 그 중 전원관리 칩(Power Management Integrated Circuit)은 휴대전화, 디지털 카메라, 노트북 PC 등 다양한 응용분야에서 기기 내부에 안정된 전원을 공급해주는 핵심 역할을 하고 있다. 본 논문에서는 휴대기기를 위한 고성능 DC-DC 벅 변환기를 설계하였으며 특히 출력에서의 리플 전압을 최소화 하고 수A급의 대용량 출력전류의 안정적인 구동이 가능하도록 2-페이스 구조를 사용하여 칩을 설계 하였다. 설계된 전류모드 2-페이스 벅 변환기는 모바일 배터리 수준의 입력전압 2.7V ~ 5V 범위에서 동작 가능하도록 설계 하였고 높은 효율과 면적의 최소화를 위해 파워스위치와 보상회로를 내부에 구성함으로써 외부소자의 사용을 최소화 하였다. 또한 1A급 이상의 대용량 전류에서의 안정적인 동작을 위해 DNW(Deep n-well) 소자를 사용하여 레이아웃을 진행 하여 latch-up 현상을 방지하고, 전류 경로를 따라 디커플링 커패시터를 추가하여 IC(Intergrated circuit) 신뢰성을 높였다. 사용된 공정은 동부 0.35um CMOS공정을 통하여 칩으로 제작되었고 전체 칩의 크기는 2.35×2.35mm , 동작 주파수는 4MHz, 최대 4A의 부하전류를 구동할 수 있으며 최대 변환 효율은 91%이다