경부하 효율 개선을 위한 PWM/BM 이중 모드 DC-DC 부스트 변환기

Abstract

본 논문에서는 PWM/BM 이중 모드 DC-DC 부스트 변환기를 제안하였다. 일반적인 Pulse-Width-Modulation (PWM) 변환기의 경우 경부하 조건에서 switching loss로 인하여 효율이 크게 감소하는 문제가 있다. 본 논문에서는 이를 보완하고자 일반적인 경우 PWM으로 동작하고 경부하 상황에서는 Pulse-Frequency-Modulation (PFM) 의 일종인 Burst-Mode (BM) 으로 동작 하는 이중 모드 동작을 제안하였다. 이중 모드 동작을 통하여 10-mA의 출력 전류 조건에서, 약 13-%의 효율이 개선된 것을 확인하였다. 또한, 제안한 부 스트 변환기는 frequency compensation이 용이하고 자동적으로 OCP(Over-Current -Protection)이 가능한 전류 제어 방식을 이용하였다. 제안 한 부스트 변환기는 180-nm BCDMOS 공정으로 제작되었으며, 3-V의 입력 전압, 3.5-V에서 5-V의 출력 전압 범위를 가진다. 500-mA 이내의 출력 전류 범위를 가지며, PWM으로 동작 시, 1-MHz의 switching frequency를 가지고 30-mV이내의 출력 전압 ripple을 갖는다. 최대 효율은 96-%에 달한다.; In this paper, a PWM/BM dual mode DC-DC boost converter is proposed. In general Pulse-Width-Modulation (PWM) converters, there is a problem that the efficiency is greatly reduced due to switching loss in light load condition. The proposed dual mode boost converter generally operates in PWM mode and when the load current is reduced to light load condition, it operates in Burst-Mode (BM), a sort of Pulse-Frequency-Modulation (PFM). Through the dual mode operation, we achieve 13-% increase in converter efficiency at 10-mA load current condition compared with conventional PWM boost converter. In addition, the proposed boost converter uses the current-mode control method which provides several advantages over the voltage-mode control such as easier frequency compensation and automatic Over-Current-Protection (OCP). The proposed boost converter has been fabricated in a 180nm BCDMOS process and has a 3-V input voltage and an output voltage range of 3.5-V to 5-V. Also, it has an output current range of less than 500-mA. Proposed boost converter has a switching frequency of 1-MHz and an output voltage ripple of less than 30-mV when operated in PWM. The peak efficiency is 96%.