스위칭 방식을 이용한 저전력 고효율 power management 회로 설계

Abstract

일반적인 current programmed mode buck converter는 적은 출력전류에서 동작 시에는 효율이 급격히 낮아진다. 적은 출력전류에서 효율을 높이기 위해서는 converter 컨트롤러의 quiescent current를 줄이고, power switch의 switching 동작을 줄여야 한다. 이와 같은 동작을 하기 위해 출력전류가 적게 흐를 때 converter가 자동으로 출력전류를 감지하여 일정한 duty를 갖는 PWM mode에서 burst mode로 동작을 하게 된다. Burst mode 동작 시 사용하지 않는 컨트롤러의 세부 블록들의 동작을 off 시켜서 최소한의 quiescent current로 converter를 동작 시키고 power switch의 switching 동작을 최소화 하도록 설계하였다. 그로 인해 시뮬레이션 결과 적은 출력전류에서도 90% 이상의 효율을 갖는 것을 확인하였다. Negative 전압을 발생시키는 기존의 inverting charge pump는 시스템의 공급전압의 음의 정수 배 외의 출력전압을 발생시키기가 쉽지 않다. 그러나 본 논문에서 설계한 voltage regulator를 사용한 inverting charge pump는 시스템의 공급전압과는 관계없이 사용자가 요구하는 다양한 negative 전압을 공급하게 하였다. 시뮬레이션 결과 시스템의 공급전압 10V 일 때 출력전압은 -6V 와 -12V로 공급전압의 음의 정수 배 외의 전압을 발생 시킴을 확인하였다.; As power supply managements become more important than before, supplying a stable system voltage is becoming more and more critical. Analog Current-Programmed Mode(CPM) buck-converters are proved as the most stable system for a long time, but that has a low efficiency in light load operations. In this study, in order to solve these problems, we propose to use the advantage of Pulse Frequency Modulation(PFM) mode in light load operations. CPM buck-converter, which uses PFM mode, could reduce power consumption and work in high efficiency environment. The proposed CPM buck-converter has been verified by simulation with MATLAB and HSPICE. The silicon result will be measured after Oki 0.5μm chip is fabricated. Inverting charge pump have disadvantage of a difficult control output voltage. In order to solve these problems, we propose to use the voltage regulator circuit. Inverting charge pump using voltage regulator could easy control output voltage. The proposed inverting charge pump has been verified by simulation with HSPICE. The silicon result will be measured after Magna 0.18μm chip is fabricated.