KR100417006B1 - Multi-output DC-DC converter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티 레벨의 전압 출력이 가능한 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 소정 간격으로 다수의 출력탭이 형성된 인덕터를 통해 소정의 전압이 공급되고, 다수의 제어신호에 따라 동작되는 스위칭 수단에 의해 각 출력탭으로부터 서로 다른 레벨을 갖는 전압이 선택적으로 출력되도록 구성되는 멀티-출력 직류-직류 컨버터를 제시한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter capable of multi-level voltage output, wherein a predetermined voltage is supplied through an inductor in which a plurality of output taps are formed at predetermined intervals, and is provided by switching means operated according to a plurality of control signals. A multi-output DC-DC converter configured to selectively output voltages having different levels from an output tap is provided.
Description
본 발명은 스위칭 모드 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 특히, 입력되는 DC전압을 스텝 업(Step up) 혹은 스텝 다운(Step down) 시켜서 멀티 레벨의 전압을 선택적으로 출력할 수 있도록 한 멀티-출력 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching mode DC-DC converter, and more particularly, to a multi-output direct current capable of selectively outputting multilevel voltages by stepping up or down the input DC voltage. It relates to a direct current converter.
최근 들어 응용 산업분야에서, 소정의 직류(Direct current; 이하 "DC"라 함) 전압원을 가변 DC 전압원으로 변환할 필요성이 대두됨에 따라 DC 전압원을 DC 전압원으로 직접 변환시키는 DC 초퍼(DC Chopper)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, in the application industry, there is a need to convert a predetermined direct current (“DC”) voltage source into a variable DC voltage source, which is applied to a DC chopper for directly converting a DC voltage source to a DC voltage source. Research is actively being conducted.
DC 초퍼는 일반적으로 직류-직류 컨버터(이하 "DC-DC 컨버터"라 함)로 불리어지고 있는데, 초퍼는 연속적으로 권수비를 가변할 수 있는 교류(Alternating current; 이하 "AC"라 함) 변압기와 등가인 DC 전압원으로 생각할 수 있다. 초퍼는 DC 전압원을 승압(Step-up) 또는 강압(Step-down)시키는 데 널리 이용된다. 특히 전동차, 트롤리카(trolly car), 선박용 호이스터, 포크리프트 트럭, 광산용 견인전차의 전동기 제어 등에 광범위하게 이용된다. 또한, 초퍼는 원활한 가속제어, 고효율, 빠른 동특성 응답(Dynamic response)의 특성을 가지고 있어 에너지를 전원으로 복귀시키기 위한 DC 전동기의 회생제동에 이용되고, 빈번한 정지를 하는 교통시스템 등에 이용되어 에너지 절약의 효과를 가져오고 있다.DC choppers are commonly referred to as DC-DC converters (hereinafter referred to as "DC-DC converters"), which are equivalent to alternating current ("AC") transformers that can continuously change the turn ratio. Can be thought of as a DC voltage source. Choppers are widely used to step up or step down DC voltage sources. In particular, it is widely used for electric motor control of electric cars, trolley cars, marine hoists, forklift trucks, and mine towing tanks. In addition, the chopper has characteristics of smooth acceleration control, high efficiency, and fast dynamic response, which is used for regenerative braking of a DC motor to return energy to a power source. It is bringing effect.
DC 초퍼는 조정되지 않은 DC 전압을 조정된 DC출력전압으로 변환하기 위한 스위칭모드 레귤레이터(Regulator)로서 이용되는데, 출력전압 조정은 고정주파수를 갖는 펄스폭변조에 의해 이루어지며, 일반적으로 스위칭소자로는 통상 전력용 BJT 또는 MOSFET을 사용한다. 스위칭모드 DC-DC 컨버터의 기본적인 회로 형식은 크게 입력 DC 전압원을 승압하기 위한 부스트형(Boost type) DC-DC 컨버터와 입력 DC 전압원을 강압하기 위한 벅형(Buck type) DC-DC 컨버터로 구분된다.The DC chopper is used as a switching mode regulator for converting an unregulated DC voltage into a regulated DC output voltage. The output voltage adjustment is performed by a pulse width modulation having a fixed frequency. Typically, a power BJT or MOSFET is used. The basic circuit type of the switching mode DC-DC converter is divided into a boost type DC-DC converter for boosting an input DC voltage source and a buck type DC-DC converter for stepping down an input DC voltage source.
부스트형 DC-DC 컨버터는 변압기 없이 출력전압을 승압시킬 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 인덕터(L1), 스위칭소자(S1), 정류기(D1), 캐패시터(C1) 및 부하저항(도시되지 않음)으로 구성된다.The boost type DC-DC converter can boost the output voltage without a transformer, and as shown in FIG. 1, an inductor L1, a switching element S1, a rectifier D1, a capacitor C1, and a load resistor (not shown). Not configured).
상기 인덕터(L1)는 입력단과 노드(N1) 사이에 접속되어 스위칭소자(S1)에 따라 에너지를 축적하거나 에너지를 출력단으로 전달한다. 상기 스위칭소자(S1)는 노드(N1)와 접지(Vss) 사이에 접속되며, 인덕터 전류(IL1)의 흐름을 제어한다. 상기 정류기(D1)는 노드(N1)와 출력단 사이에 접속되어 스위칭소자(S1)에 따라 인덕터 전류(IL1)가 출력단으로 전달되는 것을 제어한다. 상기 캐패시터(C1)는 출력단과 병렬로 접속되며 상기 부하저항과 함께 부하(Load)로 동작한다.The inductor L1 is connected between the input terminal and the node N1 to accumulate energy or transfer energy to the output terminal according to the switching element S1. The switching element S1 is connected between the node N1 and the ground Vss, and controls the flow of the inductor current I L1 . The rectifier D1 is connected between the node N1 and the output terminal to control the transfer of the inductor current I L1 to the output terminal according to the switching element S1. The capacitor C1 is connected in parallel with the output terminal and operates as a load together with the load resistor.
상기와 같이 구성된 부스트형 DC-DC 컨버터의 구동 특성을 도 2a 및 도 2b와 도 3을 통해 설명하면 다음과 같다.Driving characteristics of the boost-type DC-DC converter configured as described above will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 부스트형 DC-DC 컨버터는 스위칭소자(S1)의 상태에 따라 제 1 모드(MODE 1) 및 제 2 모드(MODE 2)로 동작된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 모드(MODE 1)는 상기 스위칭소자(S1)가 't=0'에서 턴-온(Turn-ON)될 때 시작되는 모드로서, 이때 입력전류는 증가하고 입력단으로부터 인덕터(L1)와 스위칭소자(S1)를 통해 흐르게 된다. 제 2 모드(MODE 2)는 상기 스위칭소자(S1)가 't=kT'에서 턴-오프(Turn-OFF)될 때 시작되는 모드로서, 제 1 모드(MODE 1)에서 스위칭소자(S1)를 통해 흐르던 입력전류는 인덕터(L1), 정류기(D1) 및 캐패시터(C1)를 통해 흐른다.2A and 2B, the boost-type DC-DC converter is operated in the first mode MODE 1 and the second mode MODE 2 according to the state of the switching device S1. As shown in FIG. 3, the first mode MODE 1 is a mode that starts when the switching element S1 is turned on at 't = 0', and the input current increases. It flows through the inductor L1 and the switching element S1 from the input terminal. The second mode MODE 2 is a mode that is started when the switching device S1 is turned off at 't = kT', and the switching device S1 is turned on in the first mode MODE 1. The input current flowing through the inductor L1, the rectifier D1 and the capacitor C1 flows.
상기 인덕터 전류(IL1)는 그 특성상 순간적으로 변화할 수 없으므로 입력전류가 증가할 때는 인덕터(L1)의 양단전압이 양(+)의 상태가 되고, 입력전류가 감소할 때는 음(-)의 상태가 된다. 즉, 제 1 모드(MODE 1)시 입력전압(Vin)에 의해 인덕터(L1)의 전류는 'I1'에서 'I2'로 증가하게 되어 인덕터(L1)에는 에너지가 축적된다. 따라서, 상기 인덕터(L1)는 입력단을 기준으로 하여 그 양단전압이 양(+)의상태로 유지된다.Since the inductor current I L1 cannot change instantaneously due to its characteristics, the voltage between both ends of the inductor L1 becomes positive when the input current increases, and negative when the input current decreases. It becomes a state. That is, in the first mode MODE 1, the current of the inductor L1 increases from 'I 1 ' to 'I 2 ' due to the input voltage Vin, and energy is accumulated in the inductor L1. Accordingly, the inductor L1 maintains a positive voltage at both ends thereof based on the input terminal.
한편, 제 2 모드(MODE 2)시 인덕터(L1)에 축적된 에너지는 정류기(D1)를 통해 출력단으로 전달되며, 인덕터 전류(IL1)는 'I2'에서 'I1'으로 감소하기 시작한다. 이로 인해, 인덕터(L1)의 양단전압은 음(-)의 상태로 유지되어 출력단을 기준으로 할 때, 출력전압(Vout)은 입력전압(Vin)과 인덕터(L1)의 양단전압의 합성전압이 되므로 인덕터(L1)의 양단전압 만큼 입력전압(Vin)보다 증가하게 된다. 따라서, '평균 출력전압(Va) = 입력전압(Vin)/(1-k)'으로 나타낼 수 있다. 여기서, k는 시비율이다.Meanwhile, the energy accumulated in the inductor L1 in the second mode MODE 2 is transferred to the output terminal through the rectifier D1, and the inductor current I L1 starts to decrease from 'I 2 ' to 'I 1 '. do. For this reason, when the voltage between both ends of the inductor L1 is maintained in the negative (−) state and the output terminal Vout is a reference value, the combined voltage of the input voltage Vin and the voltage between both ends of the inductor L1 is reduced. Therefore, the input voltage Vin is increased by the voltage between both ends of the inductor L1. Therefore, it can be expressed as 'average output voltage Va = input voltage Vin / (1-k)'. Where k is the application rate.
또한, 출력전압(Vout)을 결정하는 요인이 되는 상기 인덕터 전류(IL1)는 상기 스위칭소자(S1)에 의해 제어되는데, 상기 스위칭소자(S1)는 인덕터 전류(IL1)의 흐름을 제어한다. 예를 들어, 출력전압(Vout)이 소정 레벨보다 높으면 스위칭소자(S1)를 턴-오프시켜 인덕터 전류(IL1)를 줄이고, 소정 레벨보다 낮으면 스위칭소자(S1)를 턴-온시켜 인덕터 전류(IL1)를 증가시킨다. 따라서, 스위칭소자(S1)의 스위칭시간에 따라 인덕터(L1)의 양단전압은 증가 또는 감소를 반복하므로써 스위칭소자(S1)의 온/오프(ON/OFF) 시간과 인덕터(L1)의 인덕턴스값을 조절하면 원하는 전압만큼 쉽게 입력전압(Vin)을 부스트(Boost)할 수 있다.In addition, the inductor current I L1 , which is a factor for determining the output voltage Vout, is controlled by the switching element S1, and the switching element S1 controls the flow of the inductor current I L1 . . For example, when the output voltage Vout is higher than the predetermined level, the switching element S1 is turned off to reduce the inductor current I L1 , and when the output voltage Vout is higher than the predetermined level, the switching element S1 is turned on and the inductor current is turned on. Increase (I L1 ). Accordingly, the voltage between both ends of the inductor L1 increases or decreases according to the switching time of the switching element S1, thereby reducing the ON / OFF time of the switching element S1 and the inductance value of the inductor L1. By adjusting it, you can boost the input voltage (Vin) as easily as you want.
벅형 DC-DC 컨버터는 출력전압이 입력전압보다 낮아지는 형태로, 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭소자(S11), 정류기(D11), 인덕터(L11), 캐패시터(C11) 및부하저항(도시되지 않음)으로 구성된다.In the buck type DC-DC converter, the output voltage is lower than the input voltage, and as shown in FIG. 4, the switching element S11, the rectifier D11, the inductor L11, the capacitor C11, and the load resistor (shown in FIG. 4). Not used).
상기 스위칭수단(S11)은 입력단과 노드(N11) 사이에 접속되어 입력단으로부터 노드(N11)로 입력되는 전류의 흐름을 제어한다. 정류기(D11)는 노드(N11)와 접지(Vss) 사이에 접속되어 스위치수단(S11)이 턴-온될 때 입력전류가 접지로 흐르는 것을 방지한다. 인덕터(L11)는 노드(N11)와 출력단 사이에 접속되어 스위칭소자(S11)에 따라 에너지를 축적하거나 에너지를 출력단으로 전달한다. 상기 캐패시터(C11)는 출력단과 병렬로 접속되며 상기 부하저항과 함께 부하(Load)로 동작한다.The switching means S11 is connected between the input terminal and the node N11 to control the flow of current input from the input terminal to the node N11. The rectifier D11 is connected between the node N11 and the ground Vss to prevent the input current from flowing to the ground when the switch means S11 is turned on. The inductor L11 is connected between the node N11 and the output terminal to accumulate energy or transfer energy to the output terminal according to the switching element S11. The capacitor C11 is connected in parallel with the output terminal and operates as a load with the load resistor.
상기와 같이 구성된 벅형 DC-DC 컨버터의 구동특성을 도 5a 및 도 5b와 도 6을 통해 설명하면 다음과 같다.Driving characteristics of the buck-type DC-DC converter configured as described above will be described with reference to FIGS. 5A, 5B, and 6.
도 5a 및 도 5b을 참조하면, 벅형 DC-DC 컨버터는 스위칭소자(S11)의 상태에 따라 제 1 모드(MODE 1) 및 제 2 모드(MODE 2)로 동작된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 모드(MODE 1)는 상기 스위칭소자(S11)가 't=0'에서 턴-온될 때 시작되는 모드로서, 이때, 입력전류는 증가하고 입력단으로부터 인덕터(L11), 캐패시터(C11) 및 부하저항으로 흐르게 된다. 제 2 모드(MODE 2)는 스위칭소자(S11)가 't=kT'에서 턴-오프될 때 시작되는 모드로서, 정류기(D11), 인덕터(L11) 및 캐패시터(C11)를 통해 폐회로가 형성된다.5A and 5B, the buck-type DC-DC converter is operated in the first mode MODE 1 and the second mode MODE 2 according to the state of the switching device S11. As shown in FIG. 6, the first mode MODE 1 is a mode that starts when the switching element S11 is turned on at 't = 0', wherein the input current is increased and the inductor L11 from the input terminal is increased. ), The capacitor C11 and the load resistance. The second mode MODE 2 is a mode started when the switching element S11 is turned off at 't = kT', and a closed circuit is formed through the rectifier D11, the inductor L11, and the capacitor C11. .
제 1 모드(MODE 1)시 정류기(D11)는 차단되고, 입력전압(Vin)은 인덕터(L11)로 인가되므로써 인덕터 전류(IL11)는 'I1'에서 'I2'로 증가하게 된다. 이로 인해,인덕터(L11)에는 에너지가 축적됨과 아울러 상기 에너지는 출력단으로 전달되어 출력전압(Vout)이 증가한다. 한편, 제 2 모드(MODE 2) 시 정류기(D11)는 인덕터(L11)에 축적된 에너지에 의해서 도통되고, 인덕터 전류(IL11)는 인덕터(L11), 캐패시터(C11) 및 정류기(D11)를 통하여 계속 흐르게 된다. 이때, 인덕터 전류(IL11)는 스위칭소자(S11)가 다음 주기에서 턴-온될 때까지 계속해서 감소되므로써 출력전압(Vout)은 감소하게 된다. 따라서, 평균 출력전압(Va)은 시비율(k)과 입력전압(Vin)의 곱으로 나타낼 수 있다.In the first mode MODE 1, the rectifier D11 is cut off and the input voltage Vin is applied to the inductor L11 , thereby increasing the inductor current I L11 from 'I 1 ' to 'I 2 '. As a result, energy is accumulated in the inductor L11 and the energy is transferred to the output terminal, thereby increasing the output voltage Vout. In the second mode MODE 2, the rectifier D11 is conducted by the energy accumulated in the inductor L11, and the inductor current I L11 connects the inductor L11, the capacitor C11, and the rectifier D11. It continues to flow through. At this time, the inductor current I L11 is continuously reduced until the switching element S11 is turned on in the next period, thereby reducing the output voltage Vout. Therefore, the average output voltage Va may be expressed as the product of the ratio k and the input voltage Vin.
도 7은 도 1에 도시된 부스트형 DC-DC 컨버터를 이용한 일반적인 멀티-출력(Multi-output) 부스트형 DC-DC 컨버터의 블록도로서, 메인 제어부(10), 스위칭부(20) 및 인덕터부(30)로 구성된다.FIG. 7 is a block diagram of a general multi-output boost type DC-DC converter using the boost type DC-DC converter shown in FIG. 1, and includes a main control unit 10, a switching unit 20, and an inductor unit. It consists of 30.
상기 메인 제어부(10)는 상기 스위칭부(20)를 제어하기 위한 다수의 제어신호를 생성한다. 상기 스위칭부(20)는 동기정류(Sychronous-rectified) 스위치 및 부스트 스위치(boost switch)로 구성되며, 상기 메인 제어부(10)의 제어신호에 따라 상기 인덕터부(30)로부터 출력되는 부스팅 전압중 소정 부스팅 전압을 선택하여 출력단으로 전달한다. 상기 인덕터부(30)는 인덕턴스(inductance)가 서로 다른 다수의 인덕터(L1 내지 LN)로 구성되어 입력전압(Vin)을 소정 전위로 부스팅한다.The main controller 10 generates a plurality of control signals for controlling the switching unit 20. The switching unit 20 is composed of a synchronous rectified switch and a boost switch, and predetermined among boosting voltages output from the inductor unit 30 according to a control signal of the main controller 10. Select the boosting voltage and deliver it to the output. The inductor unit 30 includes a plurality of inductors L1 to LN having different inductances to boost the input voltage Vin to a predetermined potential.
상기와 같이 구성된 일반적인 멀티-출력 부스트형 DC-DC 컨버터는 단지 도 1에 도시된 부스팅 DC-DC 컨버터를 다수 접속한 형태로 볼 수 있으며, 그 구동특성 또한 단일 부스트 DC-DC 컨버터의 구동특성과 유사하다. 즉, 종래의 멀티-출력 부스트형 DC-DC 컨버터는 하나의 입력전압(Vin)을 입력받아 멀티 레벨의 멀티 전압(Vout)을 출력하기 위해 입력단에 인덕턴스가 서로 다른 다수의 인덕터가 병렬로 접속되고, 상기 다수의 인덕터를 통해 출력된 멀티 레벨의 부스팅 전압을 출력단으로 전달하기 위해 다수의 스위치들이 각각 접속되며, 상기 스위치들을 제어하기 위해 다수의 제어신호를 생성하기 위한 메인 제어부가 접속된다.The general multi-output boost type DC-DC converter configured as described above can be seen as a form of a plurality of boosting DC-DC converters shown in FIG. 1, and the driving characteristics thereof are similar to those of a single boost DC-DC converter. similar. That is, in the conventional multi-output boost type DC-DC converter, a plurality of inductors having different inductances are connected in parallel to the input terminal in order to receive one input voltage Vin and output the multi-level multi-voltage Vout. A plurality of switches are connected to each other to transfer the multi-level boosting voltages output through the plurality of inductors to an output terminal, and a main controller for generating a plurality of control signals to control the switches.
그러나, 종래의 멀티-출력 부스트형 DC-DC 컨버터는 하나의 입력전압을 입력받아 멀티 레벨전압을 출력하기 위해 인덕턴스가 다른 다수의 인덕터가 구성되어야 하고, 상기 다수의 인덕터로부터 출력되는 다수의 부스팅 전압을 출력단으로 전달하기 위해 다수의 스위치들이 필요하다. 따라서, 출력전압의 갯수만큼 필요한 다수의 인덕터로 인해 불필요한 전력소비가 증가할 뿐만 아니라 멀티-출력 부스트형 DC-DC 컨버터의 크기가 증가하는 원인이 된다. 또한, 한 개의 큰 사이즈 스위칭부는 재사용(Re-use) 측면이나 가요성(flexibility) 측면에서 많은 단점을 갖고 있다.However, in the conventional multi-output boost type DC-DC converter, a plurality of inductors having different inductances must be configured to receive one input voltage and output a multi-level voltage, and a plurality of boosting voltages output from the plurality of inductors. Multiple switches are needed to deliver the output to the output stage. Therefore, the number of inductors required by the number of output voltages increases not only unnecessary power consumption but also increases the size of the multi-output boost type DC-DC converter. In addition, one large size switching unit has many disadvantages in terms of re-use and flexibility.
따라서, 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 다수의 출력탭(output tap)을 갖는 하나의 내장된 인덕터를 이용하여 멀티 레벨전압 출력이 가능한 멀티-출력 직류-직류 컨버터를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and provides a multi-output DC-DC converter capable of multi-level voltage output by using one built-in inductor having a plurality of output taps. Its purpose is to.
도 1은 일반적인 부스트형 DC-DC 컨버터의 상세 회로도.1 is a detailed circuit diagram of a general boost type DC-DC converter.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 부스트형 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 회로도.2A and 2B are circuit diagrams for explaining the operation of the boost-type DC-DC converter shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 부스트형 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 파형도.3 is a waveform diagram for explaining the operation of the boost-type DC-DC converter shown in FIG.
도 4는 일반적인 벅형 DC-DC 컨버터의 상세 회로도.4 is a detailed circuit diagram of a typical buck DC-DC converter.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 벅형 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 회로도.5A and 5B are circuit diagrams for explaining the operation of the buck DC-DC converter shown in FIG.
도 6은 도 4에 도시된 벅형 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 파형도.FIG. 6 is a waveform diagram for describing an operation of a buck DC-DC converter shown in FIG. 4. FIG.
도 7은 종래의 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 블록도.7 is a block diagram of a conventional boosted multi-output DC-DC converter.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 블록도.8 is a block diagram of a boost type multi-output DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention.
도 9는 도 8에 도시된 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 상세 회로도.9 is a detailed circuit diagram of the boosted multi-output DC-DC converter shown in FIG.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 벅형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 블록도.10 is a block diagram of a buck type multi-output DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention.
도 11는 도 10에 도시된 벅형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 상세 회로도.FIG. 11 is a detailed circuit diagram of the buck multi-output DC-DC converter shown in FIG. 10.
도 12는 도 9 및 도 11에 도시된 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 파형도.12 is a waveform diagram for explaining the operation of the multi-output DC-DC converter shown in FIGS. 9 and 11;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 100, 400 : 메인 제어부 20, 200, 500 : 스위칭부10, 100, 400: main control unit 20, 200, 500: switching unit
30, 300, 600 : 인덕터부 210, 510 : 동기정류 스위칭부30, 300, 600: inductor 210, 510: synchronous rectification switching unit
220, 520 : 부스트 스위칭부 230, 530 : 인덕터 제어스위칭부220, 520: boost switching unit 230, 530: inductor control switching unit
본 발명은 소정 간격으로 다수의 출력탭이 형성되며 입력전압이 공급되는 인덕터부; 및 다수의 제어신호에 따라 상기 각 출력탭을 선택적으로 출력단자에 연결시켜 상기 출력단자를 통해 서로 다른 레벨의 전압이 출력되도록 하는 스위칭부를 포함하여 이루어진다.The present invention provides a plurality of output tabs are formed at predetermined intervals, the inductor unit to which the input voltage is supplied; And a switching unit configured to selectively connect the respective output taps to output terminals according to a plurality of control signals to output voltages of different levels through the output terminals.
또한, 본 발명은 소정 간격으로 다수의 출력탭이 형성되며 출력단자에 연결된 인덕터부; 및 다수의 제어신호에 따라 상기 각 출력탭을 선택적으로 입력단자에 연결시켜 상기 출력단자를 통해 서로 다른 레벨의 전압이 출력되도록 하는 스위칭부를 포함하여 이루어진다.In addition, the present invention includes a plurality of output tabs are formed at predetermined intervals inductor unit connected to the output terminal; And a switching unit for selectively connecting the respective output taps to input terminals according to a plurality of control signals to output voltages of different levels through the output terminals.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 블록도이다. 도 9는 도 8에 도시된 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 상세 회로도로서, 4단계-출력 부스트형 DC-DC 컨버터를 도시한다.8 is a block diagram of a boost type multi-output DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention. FIG. 9 is a detailed circuit diagram of the boost type multi-output DC-DC converter shown in FIG. 8 and shows a four-step boost type DC-DC converter.
도 8 및 도 9를 참조하면, 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터는 메인 제어부(100), 스위칭부(200) 및 인덕터부(300)로 구성된다. 상기 메인 제어부(100)는 상기 스위칭부(200)를 제어하기 위한 제어신호들을 생성한다. 상기 스위칭부(200)는 동기정류 스위칭부(210), 부스트 스위칭부(220) 및 인덕터 제어 스위칭부(230)로 구성되어 상기 메인 제어부(100)로부터 출력되는 제어신호에 의해 제어된다. 상기 인덕터부(300)는 제 1 출력탭 내지 제 4 출력탭(Lt1 내지 Lt4)을갖는 하나의 인덕터로 구성되고, 상기 인덕터 제어 스위칭부(230)에 따라 입력전압(Vin)을 부스팅하여 출력단으로 출력한다.8 and 9, the boost type multi-output DC-DC converter includes a main controller 100, a switching unit 200, and an inductor unit 300. The main controller 100 generates control signals for controlling the switching unit 200. The switching unit 200 is composed of a synchronous rectification switching unit 210, the boost switching unit 220 and the inductor control switching unit 230 is controlled by a control signal output from the main control unit 100. The inductor 300 includes one inductor having first to fourth output taps Lt1 to Lt4, and boosts an input voltage Vin according to the inductor control switching unit 230 to an output terminal. Output
상기 메인 제어부(100)는 상기 동기정류 스위칭부(210)를 제어하기 위한 동기정류 제어신호(SRSC)와, 상기 부스트 스위칭부(220)를 제어하기 위한 제 1 부스팅 제어신호 내지 제 4 부스팅 제어신호(MBSC1 내지 MBSC4)와, 상기 인덕터 제어스위칭부(230)를 제어하기 위한 제 1 인덕터 제어신호 내지 제 4 인덕터 제어신호(ICSC1 내지 ICSC4)를 생성한다.The main controller 100 controls the synchronous rectification control signal SRSC for controlling the synchronous rectification switching unit 210 and the first to fourth boosting control signals for controlling the boost switching unit 220. (MBSC1 to MBSC4) and the first inductor control signal to the fourth inductor control signal (ICSC1 to ICSC4) for controlling the inductor control switching unit 230 is generated.
상기 스위칭부(200)는 동기정류 스위칭부(210), 부스트 스위칭부(220) 및 인덕터 제어 스위칭부(230)로 구성된다.The switching unit 200 includes a synchronous rectification switching unit 210, a boost switching unit 220 and an inductor control switching unit 230.
상기 동기정류 스위칭부(210)는 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)로 이루어지되, 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)는 출력단과 노드(B) 사이에 접속되어 상기 동기정류 제어신호(SRSC)에 따라 구동된다.The synchronous rectification switching unit 210 includes a first PMOS transistor P1, which is connected between an output terminal and a node B to be driven according to the synchronous rectification control signal SRSC. do.
상기 부스트 스위칭부(220)는 노드(B)와 접지(Vss) 사이에 접속되어 제 1 부스팅 제어신호(MBSC1)에 따라 구동되는 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)와, 상기 노드(B)와 접지(Vss) 사이에 접속되어 제 2 부스팅 제어신호(MBSC2)에 따라 구동되는 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)와, 상기 노드(B)와 접지(Vss) 사이에 접속되어 제 3 부스팅 제어신호(MBSC3)에 따라 구동되는 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)와, 상기 노드(B)와 접지(Vss) 사이에 접속되어 상기 제 4 부스팅 제어신호(MBSC4)에 따라 구동되는 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)로 이루어진다. 즉, 제 1 NMOS 트랜지스터(N1) 내지 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)는 노드(B)와 접지(Vss) 사이에서 서로 병렬로 접속된다.The boost switching unit 220 is connected between the node B and the ground Vss and driven according to the first boosting control signal MBSC1, and the node B and the ground ( A second NMOS transistor N2 connected between Vss and driven according to a second boosting control signal MBSC2, and connected between the node B and ground Vss to a third boosting control signal MBSC3. The third NMOS transistor N3 is driven along with the fourth NMOS transistor N4 connected between the node B and the ground Vss and driven according to the fourth boosting control signal MBSC4. That is, the first to fourth NMOS transistors N1 to N4 are connected in parallel with each other between the node B and the ground Vss.
상기 인덕터 제어스위칭부(230)는 노드(B)와 제 1 출력탭(Lt1) 사이에 접속되어 상기 제 1 인덕터 제어신호(ICSC1)에 따라 구동되는 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)와, 상기 노드(B)와 제 2 출력탭(Lt2) 사이에 접속되어 상기 제 2 인덕터 제어신호(ICSC2)에 따라 구동되는 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)와, 상기 노드(B)와 제 3 출력탭(Lt3) 사이에 접속되어 상기 제 3 인덕터 제어신호(ICSC3)에 따라 구동되는 제 7 NMOS 트랜지스터(N7)와, 상기 노드(B)와 제 4 출력탭(Lt4) 사이에 접속되어 상기 제 4 인덕터 제어신호(ICSC4)에 따라 구동되는 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)로 이루어진다.The inductor control switching unit 230 is connected between the node B and the first output tap Lt1 to be driven according to the first inductor control signal ISC1 and the fifth NMOS transistor N5 and the node ( A sixth NMOS transistor N6 connected between B) and a second output tap Lt2 and driven according to the second inductor control signal ISC2 and between the node B and the third output tap Lt3. A seventh NMOS transistor N7 connected to the third inductor control signal ISC3 and driven between the node B and a fourth output tap Lt4 and connected to the fourth inductor control signal ISC4. The eighth NMOS transistor (N8) is driven according to.
상기와 같이 구성된 부스트형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 동작특성을 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.An operation characteristic of the boost type multi-output DC-DC converter configured as described above will be described with reference to FIG. 12.
도 12를 참조하면, 시간 'T0' 에서 'T1' 구간동안, 메인 제어부(100)로부터 하이(HIGH) 상태의 동기정류 제어신호(SRSC) 및 제 1 부스팅 제어신호(MBSC1)가 각각 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)와 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)로 입력됨에 따라 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)는 턴-오프(turn-OFF)되고, 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)는 턴-온(turn-ON)된다.Referring to FIG. 12, during the period 'T0' to 'T1', the synchronous rectification control signal SRSC and the first boosting control signal MBSC1 in the HIGH state from the main controller 100 are respectively the first PMOS. As the transistor P1 and the first NMOS transistor N1 are inputted, the first PMOS transistor P1 is turned off and the first NMOS transistor N1 is turned on. )do.
이런 상태에서, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 1 인덕터 제어신호(ICSC1)가 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)로 입력되므로써 상기 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)는 턴-온(turn-ON)된다. 이로 인해, 제 1 출력탭(Lt1), 제 5 NMOS 트랜지스터(N5) 및 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)를 경유한 제 1 폐회로가 형성되므로써 제 1 출력탭(Lt1)에는 입력단으로 입력되는 입력전압(Vin)에 의해 제 1 에너지(W1)가축적된다.In this state, the fifth NMOS transistor N5 is turned on by inputting the first inductor control signal ISCC1 of the high state to the fifth NMOS transistor N5 from the main controller 100. . As a result, the first closed circuit via the first output tap Lt1, the fifth NMOS transistor N5, and the first NMOS transistor N1 is formed so that the input voltage inputted to the input terminal of the first output tap Lt1 ( The first energy W1 is accumulated by Vin).
이후, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 2 부스팅 제어신호(MBSC2) 및 제 2 인덕터 제어신호(ICSC2)가 각각 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)와 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)로 입력되고, 제 1 인덕터 제어신호(ICSC1)가 하이에서 로우(LOW)로 천이하므로써, 상기 제 2 및 제 6 NMOS 트랜지스터(N2 및 N6)는 턴-온되는 반면 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)는 턴-오프된다. 이로 인해, 상기 제 1 폐회로가 차단되는 대신 제 2 출력탭(Lt2), 제 6 NMOS 트랜지스터(N6) 및 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)를 경유하는 동시에, 제 2 출력탭(Lt2), 제 6 NMOS 트랜지스터(N6) 및 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)를 경유하는 제 2 폐회로가 형성되므로써 제 2 출력탭(Lt2)에는 입력단으로 입력되는 입력전압(Vin)에 의해 제 2 에너지(W2)가 축적된다.Thereafter, the second boosting control signal MBSC2 and the second inductor control signal ISCC of the high state are input to the second NMOS transistor N2 and the sixth NMOS transistor N6, respectively, from the main controller 100. As the first inductor control signal ICSC1 transitions from high to low, the second and sixth NMOS transistors N2 and N6 are turned on while the fifth NMOS transistor N5 is turned off. As a result, the first closed circuit is not interrupted, but passes through the second output tap Lt2, the sixth NMOS transistor N6, and the first NMOS transistor N1, and at the same time, the second output tap Lt2 and the sixth NMOS. Since the second closed circuit via the transistor N6 and the second NMOS transistor N2 is formed, the second energy W2 is accumulated in the second output tap Lt2 by the input voltage Vin input to the input terminal.
이후, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 3 부스팅 제어신호(MBSC3) 및 제 3 인덕터 제어신호(ICSC3)가 각각 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)와 제 7 NMOS 트랜지스터(N7)로 입력되고, 제 2 인덕터 제어신호(ICSC2)가 하이에서 로우(LOW)로 천이하므로써, 상기 제 3 및 제 7 NMOS 트랜지스터(N3 및 N7)는 턴-온되는 반면 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)는 턴-오프된다. 이로 인해, 상기 제 2 폐회로가 차단되는 대신 제 3 출력탭(Lt3), 제 7 NMOS 트랜지스터(N7) 및 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)를 경유하고, 제 3 출력탭(Lt3), 제 7 NMOS 트랜지스터(N7) 및 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)를 경유하며, 제 3 출력탭(Lt3), 제 7 NMOS 트랜지스터(N7) 및 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)를 경유하는 제 3 폐회로가 형성되므로써 제 3 출력탭(Lt3)에는 입력단으로 입력되는 입력전압(Vin)에 의해 제 3 에너지(W3)가 축적된다.Thereafter, the third boosting control signal MBSC3 and the third inductor control signal ISCC of the high state are input to the third NMOS transistor N3 and the seventh NMOS transistor N7, respectively, from the main controller 100. As the second inductor control signal ISC2 transitions from high to low, the third and seventh NMOS transistors N3 and N7 are turned on while the sixth NMOS transistor N6 is turned off. As a result, the second closed circuit is not blocked, but instead of the third output tap Lt3, the seventh NMOS transistor N7, and the first NMOS transistor N1, the third output tap Lt3 and the seventh NMOS transistor. The third output is formed through the N7 and the second NMOS transistor N2, and the third closed circuit is formed through the third output tap Lt3, the seventh NMOS transistor N7, and the third NMOS transistor N3. The third energy W3 is accumulated in the tap Lt3 by the input voltage Vin input to the input terminal.
이후, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 4 부스팅 제어신호(MBSC4) 및 제 4 인덕터 제어신호(ICSC4)가 각각 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)와 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)로 입력되고, 제 3 인덕터 제어신호(ICSC3)가 하이에서 로우(LOW) 상태로 천이하므로써, 상기 제 4 및 제 8 NMOS 트랜지스터(N4 및 N8)는 턴-온되는 반면 제 7 NMOS 트랜지스터(N7)는 턴-오프된다. 이로 인해, 상기 제 3 폐회로가 차단되는 대신 제 4 출력탭(Lt4), 제 8 NMOS 트랜지스터(N8) 및 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)를 경유하고, 제 4 출력탭(Lt4), 제 8 NMOS 트랜지스터(N8) 및 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)를 경유하며, 제 4 출력탭(Lt4), 제 8 NMOS 트랜지스터(N8) 및 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)를 경유하고, 제 4 출력탭(Lt4), 제 8 NMOS 트랜지스터(N8) 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)를 경유하는 제 4 폐회로가 형성되므로써 제 4 출력탭(Lt4)에는 입력단으로 입력되는 입력전압(Vin)에 의해 제 4 에너지(W4)가 축적된다.Thereafter, the fourth boosting control signal MBSC4 and the fourth inductor control signal ISCC of the high state are input to the fourth NMOS transistor N4 and the eighth NMOS transistor N8, respectively, from the main controller 100. As the third inductor control signal ISC3 transitions from high to low, the fourth and eighth NMOS transistors N4 and N8 are turned on while the seventh NMOS transistor N7 is turned off. . As a result, the third closed circuit is not blocked, but instead of the fourth output tap Lt4, the eighth NMOS transistor N8, and the first NMOS transistor N1, the fourth output tap Lt4 and the eighth NMOS transistor. The fourth output tap Lt4, via the N8 and the second NMOS transistor N2, and via the fourth output tap Lt4, the eighth NMOS transistor N8, and the third NMOS transistor N3. As the fourth closed circuit via the eighth NMOS transistor N8 and the fourth NMOS transistor N4 is formed, the fourth energy W4 is applied to the fourth output tab Lt4 by the input voltage Vin input to the input terminal. Accumulate.
시간 'T1' 에서 'T2' 구간동안, 동기정류 제어신호(SRSC)와 제 1 내지 제 4 부스팅 제어신호(MBSC1 내지 MBSC4)가 하이에서 로우 상태로 천이함에 따라 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)는 턴-온되고 제 1 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N1 내지 N4)는 턴-오프된다.During the period 'T1' to 'T2', as the synchronous rectification control signal SRSC and the first to fourth boosting control signals MBSC1 to MBSC4 transition from a high state to a low state, the first PMOS transistor P1 It is turned on and the first and fourth NMOS transistors N1 to N4 are turned off.
이런 상태에서, 제 1 인덕터 제어신호(ICSC1)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)가 턴-온된다. 이로 인해, 제 1 출력탭(Lt1), 제 5 NMOS 트랜지스터(N5) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유한 제 5 폐회로가 형성되므로써 상기 제 1 출력탭(Lt1)에 축적된 제 1 에너지(W1)는 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유하여 출력단으로 출력된다.In this state, the fifth NMOS transistor N5 is turned on as the first inductor control signal ISC1 transitions from low to high. As a result, a first closed circuit via the first output tap Lt1, the fifth NMOS transistor N5, and the first PMOS transistor P1 is formed, thereby storing the first energy accumulated in the first output tap Lt1 ( W1 is output to the output terminal via the fifth NMOS transistor N5 and the first PMOS transistor P1.
이후, 제 1 인덕터 제어신호(ICSC1)가 하이에서 로우 상태로 천이하고, 제 2 인덕터 제어신호(ICSC2)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)는 턴-오프되고, 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)는 턴-온된다. 이로 인해, 제 5 폐회로는 차단되는 대신 제 2 출력탭(Lt2), 제 6 NMOS 트랜지스터(N6) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유하는 제 6 폐회로가 형성되므로써 상기 제 2 출력탭(Lt2)에 축적된 제 2 에너지(W2)는 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유하여 출력단으로 출력된다.Thereafter, the fifth NMOS transistor N5 is turned off because the first inductor control signal ISC1 transitions from a high state to a low state, and the second inductor control signal ISC2 transitions from a low state to a high state. NMOS transistor N6 is turned on. As a result, the fifth closed circuit is not interrupted, but a sixth closed circuit via the second output tap Lt2, the sixth NMOS transistor N6, and the first PMOS transistor P1 is formed, thereby forming the second output tap Lt2. The second energy W2 accumulated in the is output to the output terminal via the sixth NMOS transistor N6 and the first PMOS transistor P1.
이후, 제 2 인덕터 제어신호(ICSC2)가 하이에서 로우 상태로 천이하고, 제 3 인덕터 제어신호(ICSC3)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)는 턴-오프되고, 제 7 NMOS 트랜지스터(N7)는 턴-온된다. 이로 인해, 제 6 폐회로는 차단되는 대신 제 3 출력탭(Lt3), 제 7 NMOS 트랜지스터(N7) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유한 제 7 폐회로가 형성되므로써 상기 제 3 출력탭(Lt3)에 축적된 제 3 에너지(W3)는 제 7 NMOS 트랜지스터(N7)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유하여 출력단으로 출력된다.Thereafter, the sixth NMOS transistor N6 is turned off because the second inductor control signal ISC2 transitions from a high state to a low state and the third inductor control signal ISC3 transitions from a low state to a high state. NMOS transistor N7 is turned on. As a result, the sixth closed circuit is not interrupted, but instead, the seventh closed circuit is formed through the third output tap Lt3, the seventh NMOS transistor N7, and the first PMOS transistor P1, thereby forming the third output tap Lt3. The third energy W3 accumulated in the output is output to the output terminal via the seventh NMOS transistor N7 and the first PMOS transistor P1.
이후, 제 3 인덕터 제어신호(ICSC3)가 하이에서 로우 상태로 천이하고, 제 4 인덕터 제어신호(ICSC4)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 7 NMOS 트랜지스터(N7)는 턴-오프되고, 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)는 턴-온된다. 이로 인해, 제 7 폐회로는 차단되는 대신 제 4 출력탭(Lt4), 제 8 NMOS 트랜지스터(N8) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유한 제 8 폐회로가 형성되므로써 상기 제 4 출력탭(Lt4)에 축적된 제 4 에너지(W4)는 제 8 NMOS 트랜지스터(N8)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)를 경유하여 출력단으로 출력된다.Thereafter, the seventh NMOS transistor N7 is turned off by the third inductor control signal ISC3 transitioning from the high state to the low state and the fourth inductor control signal ISC4 transitioning from the low state to the high state. NMOS transistor N8 is turned on. As a result, instead of the seventh closed circuit being cut off, the fourth output tap Lt4 is formed by forming an eighth closed circuit via the fourth output tap Lt4, the eighth NMOS transistor N8, and the first PMOS transistor P1. The fourth energy W4 stored therein is output to the output terminal via the eighth NMOS transistor N8 and the first PMOS transistor P1.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 벅형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 블록도이다. 도 11는 도 10에 도시된 벅형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 상세 회로도로서, 4단계-출력 벅형 DC-DC 컨버터를 도시한다.10 is a block diagram of a buck multi-output DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a detailed circuit diagram of the buck multi-output DC-DC converter shown in FIG. 10, showing a four-step buck DC-DC converter.
도 10 및 도 11을 참조하면, 벅형 멀티-출력 DC-DC 컨버터는 메인 제어부(400), 스위칭부(500) 및 인덕터부(600)로 구성된다. 상기 메인 제어부(400)는 상기 스위칭부(500)를 제어하기 위한 제어신호들을 생성한다. 상기 스위칭부(500)는 동기정류 스위칭부(510), 부스트 스위칭부(520) 및 인덕터 제어 스위칭부(530)로 구성되어 상기 메인 제어부(400)로부터 출력되는 제어신호에 의해 제어된다. 상기 인덕터부(600)는 제 1 출력탭 내지 제 4 출력탭(Lt11 내지 Lt14)을 갖는 하나의 내장된 인덕터로 구성되고, 상기 인덕터 제어 스위칭부(530)에 따라 입력전압(Vin)을 부스팅하여 출력단으로 출력한다.10 and 11, the buck-type multi-output DC-DC converter includes a main controller 400, a switching unit 500, and an inductor unit 600. The main controller 400 generates control signals for controlling the switching unit 500. The switching unit 500 includes a synchronous rectification switching unit 510, a boost switching unit 520, and an inductor control switching unit 530 and is controlled by a control signal output from the main control unit 400. The inductor 600 includes one embedded inductor having first to fourth output taps Lt11 to Lt14, and boosts an input voltage Vin according to the inductor control switching unit 530. Output to the output.
상기 메인 제어부(400)는 상기 동기정류 스위칭부(510)를 제어하기 위한 동기정류 제어신호(SRSC11)와, 상기 부스트 스위칭부(520)를 제어하기 위한 제 1 부스팅 제어신호 내지 제 4 부스팅 제어신호(MBSC11 내지 MBSC14)와, 상기 인덕터 제어스위칭부(530)를 제어하기 위한 제 1 인덕터 제어신호 내지 제 4 인덕터 제어신호(ICSC11 내지 ICSC14)를 생성한다.The main controller 400 controls the synchronous rectification control signal SRSC11 for controlling the synchronous rectification switching unit 510 and the first to fourth boosting control signals for controlling the boost switching unit 520. MBSC11 to MBSC14 and first to fourth inductor control signals ISC11 to ICSC14 for controlling the inductor control switching unit 530 are generated.
상기 스위칭부(500)는 동기정류 스위칭부(510), 부스트 스위칭부(520) 및 인덕터 제어 스위칭부(530)로 구성된다.The switching unit 500 includes a synchronous rectification switching unit 510, a boost switching unit 520, and an inductor control switching unit 530.
상기 동기정류 스위칭부(510)는 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)로 이루어지되, 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)는 노드(B1)와 접지(Vss) 사이에 접속되어 상기 동기정류 제어신호(SRSC11)에 따라 구동된다.The synchronous rectification switching unit 510 is composed of a first PMOS transistor P11, and the first PMOS transistor P11 is connected between the node B1 and the ground Vss to connect the synchronous rectification control signal SRSC11. Is driven accordingly.
상기 부스트 스위칭부(220)는 노드(B1)와 입력단 사이에 접속되어 제 1 부스팅 제어신호(MBSC11)에 따라 구동되는 제 1 NMOS 트랜지스터(N11)와, 상기 노드(B1)와 입력단 사이에 접속되어 제 2 부스팅 제어신호(MBSC12)에 따라 구동되는 제 2 NMOS 트랜지스터(N12)와, 상기 노드(B1)와 입력단 사이에 접속되어 제 3 부스팅 제어신호(MBSC13)에 따라 구동되는 제 3 NMOS 트랜지스터(N13)와, 상기 노드(B1)와 입력단 사이에 접속되어 상기 제 4 부스팅 제어신호(MBSC14)에 따라 구동되는 제 4 NMOS 트랜지스터(N14)로 이루어진다. 즉, 제 1 NMOS 트랜지스터(N11) 내지 제 4 NMOS 트랜지스터(N14)는 노드(B1)와 입력단 사이에 병렬로 접속된다.The boost switching unit 220 is connected between a node B1 and an input terminal and is connected between a first NMOS transistor N11 driven according to a first boosting control signal MBSC11 and between the node B1 and an input terminal. A second NMOS transistor N12 driven according to a second boosting control signal MBSC12 and a third NMOS transistor N13 connected between the node B1 and an input terminal and driven according to a third boosting control signal MBSC13. And a fourth NMOS transistor N14 connected between the node B1 and the input terminal and driven according to the fourth boosting control signal MBSC14. That is, the first NMOS transistors N11 to fourth NMOS transistors N14 are connected in parallel between the node B1 and the input terminal.
상기 인덕터 제어스위칭부(530)는 노드(B1)와 제 1 출력탭(Lt11) 사이에 접속되어 상기 제 1 인덕터 제어신호(ICSC11)에 따라 구동되는 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)와, 상기 노드(B1)와 제 2 출력탭(Lt12) 사이에 접속되어 상기 제 2 인덕터 제어신호(ICSC12)에 따라 구동되는 제 6 NMOS 트랜지스터(N16)와, 상기 노드(B1)와 제 3 출력탭(Lt13) 사이에 접속되어 상기 제 3 인덕터 제어신호(ICSC13)에 따라 구동되는 제 7 NMOS 트랜지스터(N17)와, 상기 노드(B1)와 제 4 출력탭(Lt14) 사이에 접속되어 상기 제 4 인덕터 제어신호(ICSC14)에 따라 구동되는 제 8 NMOS 트랜지스터(N18)로 이루어진다.The inductor control switching unit 530 is connected between the node B1 and the first output tap Lt11 and is driven in accordance with the first inductor control signal ISC11 and the node N15. A sixth NMOS transistor N16 connected between B1 and the second output tap Lt12 and driven according to the second inductor control signal ISC12 and between the node B1 and the third output tap Lt13. A seventh NMOS transistor N17 connected to a third inductor control signal ISC13 and driven between the node B1 and a fourth output tap Lt14 to be connected to the fourth inductor control signal ISC14. The eighth NMOS transistor N18 is driven according to
상기와 같이 구성된 벅형 멀티-출력 DC-DC 컨버터의 구동특성을 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Driving characteristics of the buck-type multi-output DC-DC converter configured as described above will be described with reference to FIG.
도 12를 참조하면, 'T0' 에서 'T1' 구간동안, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 동기정류 제어신호(SRSC11) 및 제 1 부스팅 제어신호(MBSC11)가 각각 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)와 제 1 NMOS 트랜지스터(N11)로 입력됨에 따라 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)는 턴-오프(turn-OFF)되고, 제 1 NMOS 트랜지스터(N11)는 턴-온(turn-ON)된다.Referring to FIG. 12, during the period 'T0' to 'T1', the synchronous rectification control signal SRSC11 and the first boosting control signal MBSC11 in the high state from the main controller 100 are respectively the first PMOS transistor P11. As the first NMOS transistor N11 is input to the first PMOS transistor P11, the first PMOS transistor P11 is turned off and the first NMOS transistor N11 is turned on.
이런 상태에서, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 1 인덕터 제어신호(ICSC11)가 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)로 입력되므로써 상기 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)는 턴-온(turn-ON)된다. 이로 인해, 제 1 NMOS 트랜지스터(N11), 제 5 NMOS 트랜지스터(N15) 및 제 1 출력탭(Lt11)을 경유한 제 1 폐회로가 형성되므로써, 입력전압(Vin)은 상기 제 1 폐회로를 통해 출력단(Vout)으로 출력된다.In this state, the fifth NMOS transistor N15 is turned on by inputting the high inductor control signal ISC11 of the high state from the main controller 100 to the fifth NMOS transistor N15. . As a result, a first closed circuit is formed via the first NMOS transistor N11, the fifth NMOS transistor N15, and the first output tap Lt11, so that the input voltage Vin is output through the first closed circuit. Vout).
이후, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 2 부스팅 제어신호(MBSC12) 및 제 2 인덕터 제어신호(ICSC12)가 각각 제 2 NMOS 트랜지스터(N12)와 제 6 NMOS 트랜지스터(N16)로 입력되고, 제 1 인덕터 제어신호(ICSC11)가 하이에서 로우(LOW) 상태로 천이하므로써, 상기 제 2 및 제 6 NMOS 트랜지스터(N12 및 N16)는 턴-온되는 반면 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)는 턴-오프된다. 이로 인해, 상기 제 1 폐회로가 차단되는 대신 제 1 NMOS 트랜지스터(N11), 제 6 NMOS 트랜지스터(N16) 및 제 2 출력탭(Lt12)을 경유하는 동시에, 제 2 NMOS 트랜지스터(N12), 제 6 NMOS 트랜지스터(N16) 및 제 2 출력탭(Lt12)을 경유하는 제 2 폐회로가 형성되므로써, 입력전압(Vin)은 상기 제 2 폐회로를 통해 출력단(Vout)으로 출력된다.Thereafter, the second boosting control signal MBSC12 and the second inductor control signal ISC12 of the high state are input to the second NMOS transistor N12 and the sixth NMOS transistor N16, respectively, from the main controller 100. As the first inductor control signal ISC11 transitions from high to low, the second and sixth NMOS transistors N12 and N16 are turned on while the fifth NMOS transistor N15 is turned off. . As a result, the first closed circuit is not interrupted, but instead of the first NMOS transistor N11, the sixth NMOS transistor N16, and the second output tap Lt12, the second NMOS transistor N12 and the sixth NMOS. By forming a second closed circuit via the transistor N16 and the second output tap Lt12, the input voltage Vin is output to the output terminal Vout through the second closed circuit.
이후, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 3 부스팅 제어신호(MBSC13) 및 제 3 인덕터 제어신호(ICSC13)가 각각 제 3 NMOS 트랜지스터(N13)와 제 7 NMOS 트랜지스터(N17)로 입력되고, 제 2 인덕터 제어신호(ICSC2)가 하이에서 로우 상태로 천이하므로써, 상기 제 3 및 제 7 NMOS 트랜지스터(N13 및 N17)는 턴-온되는 반면 제 6 NMOS 트랜지스터(N16)는 턴-오프된다. 이로 인해, 상기 제 2 폐회로가 차단되는 대신 제 1 NMOS 트랜지스터(N11), 제 7 NMOS 트랜지스터(N17) 및 제 3 출력탭(Lt13)을 경유하고, 제 2 NMOS 트랜지스터(N12), 제 7 NMOS 트랜지스터(N17) 및 제 3 출력탭(Lt13)을 경유하며, 제 3 NMOS 트랜지스터(N13), 제 7 NMOS 트랜지스터(N17) 및 제 3 출력탭(Lt13)을 경유하는 제 3 폐회로가 형성되므로써, 입력전압(Vin)은 상기 제 3 폐회로를 통해 출력단(Vout)으로 출력된다.Thereafter, the third boosting control signal MBSC13 and the third inductor control signal ISC13 of the high state are input to the third NMOS transistor N13 and the seventh NMOS transistor N17, respectively, from the main controller 100. As the second inductor control signal ISC2 transitions from high to low, the third and seventh NMOS transistors N13 and N17 are turned on while the sixth NMOS transistor N16 is turned off. As a result, the second closed circuit is not blocked, but instead of the second NMOS transistor N11, the seventh NMOS transistor N17, and the third output tap Lt13, the second NMOS transistor N12 and the seventh NMOS transistor. By forming the third closed circuit via the N17 and the third output tap Lt13 and via the third NMOS transistor N13, the seventh NMOS transistor N17, and the third output tap Lt13, the input voltage Vin is output to the output terminal Vout through the third closed circuit.
이후, 메인 제어부(100)로부터 하이 상태의 제 4 부스팅 제어신호(MBSC14) 및 제 4 인덕터 제어신호(ICSC14)가 각각 제 4 NMOS 트랜지스터(N14)와 제 8 NMOS 트랜지스터(N18)로 입력되고, 제 3 인덕터 제어신호(ICSC13)가 하이에서 로우 상태로 천이하므로써, 상기 제 4 및 제 8 NMOS 트랜지스터(N14 및 N18)는 턴-온되는 반면 제 7 NMOS 트랜지스터(N17)는 턴-오프된다. 이로 인해, 상기 제 3 폐회로가 차단되는 대신 제 1 NMOS 트랜지스터(N11), 제 8 NMOS 트랜지스터(N18) 및 제 4 출력탭(Lt14)을 경유하고, 제 2 NMOS 트랜지스터(N12), 제 8 NMOS 트랜지스터(N18) 및 제 4 출력탭(Lt14)을 경유하며, 제 3 NMOS 트랜지스터(N13), 제 8 NMOS 트랜지스터(N18) 및 제 4 출력탭(Lt14)을 경유하고, 제 4 NMOS 트랜지스터(N14),제 8 NMOS 트랜지스터(N18) 및 제 4 출력탭(Lt14)을 경유하는 제 4 폐회로가 형성되므로써, 입력전압(Vin)은 상기 제 4 폐회로를 통해 출력단(Vout)으로 출력된다.Thereafter, the fourth boosting control signal MBSC14 and the fourth inductor control signal ISC14 of the high state are input to the fourth NMOS transistor N14 and the eighth NMOS transistor N18 from the main controller 100, respectively. As the third inductor control signal ISC13 transitions from high to low, the fourth and eighth NMOS transistors N14 and N18 are turned on while the seventh NMOS transistor N17 is turned off. As a result, the third closed circuit is not blocked, but instead of the first NMOS transistor N11, the eighth NMOS transistor N18, and the fourth output tap Lt14, the second NMOS transistor N12 and the eighth NMOS transistor. The fourth NMOS transistor N14, via N18 and the fourth output tap Lt14, and via the third NMOS transistor N13, the eighth NMOS transistor N18, and the fourth output tap Lt14. Since the fourth closed circuit is formed via the eighth NMOS transistor N18 and the fourth output tap Lt14, the input voltage Vin is output to the output terminal Vout through the fourth closed circuit.
'T1' 에서 'T2' 구간동안, 동기정류 제어신호(SRSC11)와 제 1 내지 제 4 부스팅 제어신호(MBSC11 내지 MBSC14)가 하이에서 로우 상태로 천이함에 따라 상기 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)는 턴-온되고 제 1 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N11 내지 N14)는 턴-오프된다.During the period 'T1' to 'T2', the first PMOS transistor P11 is turned on as the synchronous rectification control signal SRSC11 and the first to fourth boosting control signals MBSC11 to MBSC14 transition from a high state to a low state. -On and the first and fourth NMOS transistors N11 to N14 are turned off.
이런 상태에서, 제 1 인덕터 제어신호(ICSC11)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)가 턴-온된다. 이로 인해, 제 1 출력탭(Lt11), 제 5 NMOS 트랜지스터(N15) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유한 제 5 폐회로가 형성되므로써 상기 제 1 출력탭(Lt11)에 축적된 제 1 에너지(W1)는 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유하여 접지(Vss)로 방전된다.In this state, the fifth NMOS transistor N15 is turned on by the first inductor control signal ISC11 transitioning from the low to the high state. As a result, a fifth closed circuit via the first output tap Lt11, the fifth NMOS transistor N15, and the first PMOS transistor P11 is formed, thereby forming the first energy accumulated in the first output tap Lt11 ( W1 is discharged to ground Vss via the fifth NMOS transistor N15 and the first PMOS transistor P11.
이후, 제 1 인덕터 제어신호(ICSC11)가 하이에서 로우 상태로 천이하고, 제 2 인덕터 제어신호(ICSC12)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 5 NMOS 트랜지스터(N15)는 턴-오프되고, 제 6 NMOS 트랜지스터(N16)는 턴-온된다. 이로 인해, 제 5 폐회로는 차단되는 대신 제 2 출력탭(Lt12), 제 6 NMOS 트랜지스터(N16) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유한 제 6 폐회로가 형성되므로써 상기 제 2 출력탭(Lt12)에 축적된 제 2 에너지(W2)는 제 6 NMOS 트랜지스터(N16)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유하여 접지(Vss)로 방전된다.Subsequently, the fifth NMOS transistor N15 is turned off because the first inductor control signal ISC11 transitions from a high state to a low state, and the second inductor control signal ISC12 transitions from a low state to a high state. NMOS transistor N16 is turned on. As a result, the fifth closed circuit is not interrupted, but instead, the sixth closed circuit via the second output tap Lt12, the sixth NMOS transistor N16, and the first PMOS transistor P11 is formed, thereby forming the second output tap Lt12. The second energy W2 stored in the discharge is discharged to the ground Vss via the sixth NMOS transistor N16 and the first PMOS transistor P11.
이후, 제 2 인덕터 제어신호(ICSC12)가 하이에서 로우 상태로 천이하고, 제 3 인덕터 제어신호(ICSC13)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 6 NMOS 트랜지스터(N16)는 턴-오프되고, 제 7 NMOS 트랜지스터(N17)는 턴-온된다. 이로 인해, 제 6 폐회로는 차단되는 대신 제 3 출력탭(Lt13), 제 7 NMOS 트랜지스터(N17) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유한 제 7 폐회로가 형성되므로써 상기 제 3 출력탭(Lt13)에 축적된 제 3 에너지(W3)는 제 7 NMOS 트랜지스터(N17)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유하여 접지(Vss)로 방전된다.Thereafter, the sixth NMOS transistor N16 is turned off because the second inductor control signal ISC12 transitions from a high state to a low state and the third inductor control signal ISC13 transitions from a low state to a high state. NMOS transistor N17 is turned on. As a result, the sixth closed circuit is not interrupted, but instead, the seventh closed circuit via the third output tap Lt13, the seventh NMOS transistor N17, and the first PMOS transistor P11 is formed, thereby forming the third output tap Lt13. The third energy W3 accumulated in the discharge is discharged to the ground Vss via the seventh NMOS transistor N17 and the first PMOS transistor P11.
이후, 제 3 인덕터 제어신호(ICSC13)가 하이에서 로우 상태로 천이하고, 제 4 인덕터 제어신호(ICSC14)가 로우에서 하이 상태로 천이하므로써 제 7 NMOS 트랜지스터(N17)는 턴-오프되고, 제 8 NMOS 트랜지스터(N18)는 턴-온된다. 이로 인해, 제 7 폐회로는 차단되는 대신 제 4 출력탭(Lt14), 제 8 NMOS 트랜지스터(N18) 및 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유한 제 8 폐회로가 형성되므로써 상기 제 4 출력탭(Lt14)에 축적된 제 4 에너지(W4)는 제 8 NMOS 트랜지스터(N18)와 제 1 PMOS 트랜지스터(P11)를 경유하여 접지(Vss)로 방전된다.Thereafter, the seventh NMOS transistor N17 is turned off by the third inductor control signal ISC13 transitioning from the high state to the low state and the fourth inductor control signal ISC14 transitioning from the low state to the high state. NMOS transistor N18 is turned on. As a result, the seventh closed circuit is not interrupted, but instead, the eighth closed circuit is formed through the fourth output tap Lt14, the eighth NMOS transistor N18, and the first PMOS transistor P11, thereby forming the fourth output tap Lt14. The fourth energy W4 accumulated in the discharge is discharged to the ground Vss via the eighth NMOS transistor N18 and the first PMOS transistor P11.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예의 멀티-출력 DC-DC 컨버터는 다수의 출력탭을 갖는 하나의 인덕터로 이루어진 인덕터부, 상기 인턱터부를 제어하기 위한 스위칭부 및 상기 스위칭부를 제어하기 위한 메인 제어부로 이루어져 멀티 레벨전압의 출력이 가능하다.As described above, the multi-output DC-DC converter of the first and second embodiments of the present invention includes an inductor part consisting of one inductor having a plurality of output taps, a switching part for controlling the inductor part, and the switching part. It is composed of a main controller for controlling the output of multi-level voltage.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다수의 출력탭을 갖는 하나의 인덕터로 이루어진 인덕터부, 상기 인턱터부를 제어하기 위한 스위칭부 및 상기 스위칭부를 제어하기 위한 메인 제어부로 멀티-출력 DC-DC 컨버터를 구성하므로써, 스위칭부를 구성하는 다수의 인덕터 제어스위치들과 부스팅 제어스위치들의 사이즈를 줄일 수 있어 상기 스위치들의 재사용(Re-use) 또는 가요성(flexibility) 측면에서 많은 장점이 있다.As described above, the present invention is constructed by constructing a multi-output DC-DC converter as an inductor part consisting of one inductor having a plurality of output taps, a switching part for controlling the inductor part, and a main control part for controlling the switching part. In addition, the size of the plurality of inductor control switches and the boosting control switches constituting the switching unit can be reduced, and thus there are many advantages in terms of re-use or flexibility of the switches.
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