연속적인 출력 전류를 전달하는 switched-capacitor 구조 기반 벅-부스트 컨버터

Abstract

본 논문은 전기자동차, 스마트폰 등 최근 급증하는 전자기기의 수요 에 따라 각 전자 장치에 전력을 효율적으로 배분하기 위해 필요한 Power Management Integrated Circuit (PMIC) 회로를 기술하였다. 많 은 기업의 Environment, Social and Government (ESG) 경영에 따라 환경친화적인 반도체가 요구되고 여기에 저전력, 고효율을 구현하는 PMIC의 중요성이 커지고 있으며 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문은 크게 두 가지 연구를 진행하였다. 첫 번째 연구는 저전력 Internet of Things (IoT)용 기반의 빠른 과도 응답을 갖는 Flipped Voltage Follower (FVF)-based Low Drop-out regulator (LDO) 연구 이며, 두 번째 연구는 차량용 헤드램프를 구동하기 위한 Switched capacitor-based Buck-Boost converter 연구이다. 첫 번째 연구는 IoT용 기반의 저전력 전자장치에 깨끗한 전압원을 제공하는 FVF LDO 설계에 관하여 기술하였다. FVF 구조를 통해 빠른 response time을 구현하였고, heavy load 상태에서 adaptive biasing 기 법을 통해 저전력 회로를 구현하였다. 해당 연구는 Dongbu 180 nm complimentary metal oxide semiconductor (CMOS) 공정을 사용하여 제작되었으며 입력 전압 1.8 V, 출력 전압 1.6 V, 최대부하전류 50 mA 를 갖는다. 칩의 면적은 0.018 mm2 이다. 두 번째 연구는 자동차 배터리를 전압원으로 갖는 Gallium Nitride (GaN) switch 기반의 buck-boost converter 설계에 관한 내용을 기술 하였다. 이때 차량용 배터리 전압은 일반적으로 8 ~ 12 V를 입력 전압 으로 받아 사용하지만 car starter와 load dump condition 등의 이유로 약 7 ~ 60 V의 넓은 전압 범위를 입력으로 갖는다. 또한, 5 MHz 고속 동작 주파수를 달성하기 위해 사용한 GaN switch에 대해 기술하였다. 해당 연구는 TSMC 180 nm High Voltage Bipolar CMOS DMOS (HV-BCD) 공정에서 제작되었고 설계된 회로는 7 ~ 60 V 입력으로 동 작하며 0.3 A의 연속적인 전류 전달이 가능하게 하였다.