OTA-R Schmitt Trigger를 이용한 Sawtooth Burst 제어 방법

Abstract

전력변환효율은 스위칭 전원(Switched-Mode Power Supply, SMPS)의 성능을 결정하는 중요한 요인 중에 하나이며 경부하(대기모드)를 포함한 전 부하영역에서 높은 전력변환효율을 얻는 스위칭 제어기술이 필요하다. 최근 스마트폰, 태블릿 PC와 같이 정보가전기기의 소형화 추세에 따라 스위칭 전원과 스위칭 제어부를 One-Chip화하는 초소형 스마트 파워 IC가 대두 되면서 스위칭 제어부의 고효율화뿐만 아니라 소형화·경량화·저전력화에 대한 이슈가 떠오르고 있다. 이에 따라 전 부하범위에서 높은 전력변환효율을 가질 수 있는 PFM-PWM(pulse frequency modulation–pulse width modulation) 제어 방법을, 저전력 및 소형·경량화·직접화에 유리한 OTA-R(operational transconductance amplifier-resistor) schmitt trigger로 구현한 연구 사례가 있다. 하지만 스위칭 주파수 가변 영역이 협소하고 경부하에서 비교적 전력변환효율이 낮아지는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 기존 OTA-R schmitt trigger PFM-PWM 제어 방법의 좁은 스위칭 주파수 영역과 경부하에서의 전력변환효율을 개선하고자 Sawtooth burst 제어방법을 제안하였고, 경부하에서 스위칭 주파수를 수 Hz까지 감소시킴으로써 스위칭 주파수 가변 영역을 확장할 수 있도록 하였다. 본 논문에서 제안한 방법을 5W PSR(primary-side regulated) flyback 컨버터에 적용하여 PSIM 시뮬레이션을 통해 입력전압 220VAC, 출력전압 12V, 부하 2~100% 조건에서 2% 경부하에서 스위칭 주파수 2.3Hz, 전력변환효율 70% 이상을 달성하면서, 제안한 제어방식의 동작 특성을 증명하였고, 기존 회로의 단점을 개선할 수 있었다.