KR101379047B1 - Multi-phase non-inverting buck boost voltage converter - Google Patents
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Abstract
다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터는 복수의 벅 부스트 전압 레귤레이터를 가진다. 각 레귤레이터는 입력 전압에 응답해서 조절된 출력 전압을 발생시키기 위한 분리 위상과 관련된다. 복수의 전류 센서는 관련된 벅 부스트 전압 레귤레이터에 대해 입력 전류를 모니터링하고 관련된 위상에 대해 전류 감지 신호를 발생시키기 위한 복수의 벅 부스트 전압 레귤레이터 중 하나와 각기 관련된다. 복수의 벅 부스트 모드 제어 회로는 공통 에러 전압 및 관련된 전류 감지 신호에 응답해서 동작의 벅 모드에서 피크 전류 모드 제어 및 동작의 부스트 모드에서 밸리 전류 모드 제어를 사용하여 관련된 벅 부스트 전압 레귤레이터를 제어하기 위한 상기 벅 부스트 레귤레이터 중 하나와 각기 관련된다. 복수의 벅 부스트 모드 제어 회로는 위상 사이에 전류 밸런싱을 제공한다. 전압 에러 회로는 상기 조절된 출력 전압에 응답해서 에러 전압을 발생시킨다.The multiphase, non-inverting buck boost voltage converter has a plurality of buck boost voltage regulators. Each regulator is associated with a separate phase to generate a regulated output voltage in response to the input voltage. The plurality of current sensors are each associated with one of the plurality of buck boost voltage regulators for monitoring the input current for the associated buck boost voltage regulator and for generating a current sense signal for the associated phase. A plurality of buck boost mode control circuits for controlling the associated buck boost voltage regulator using peak current mode control in buck mode of operation and valley current mode control in boost mode of operation in response to a common error voltage and associated current sense signal. Each associated with one of the buck boost regulators. Multiple buck boost mode control circuits provide current balancing between phases. The voltage error circuit generates an error voltage in response to the regulated output voltage.
Description
관련된 출원에 대한 상호 참조Cross reference to related application
본 출원은 다중 레벨 비반전 BB 전압 컨버터(MULTI-LEVEL NON-INVERTING BB VOLTAGE CONVERTER)(대리인 문헌 번호 제 INT-30,622호) 2011년 06월 14일에 출원된, 미국 특허 출원 제 13/160,162호에 대한 혜택을 청구하고, 그것은 비반전 벅 부스트 전압 컨버터(NON-INVERTING BUCK BOOST VOLTAGE CONVERTER)(대리인 문헌 번호 제 INT-29,982호)2010년 08월 02일에 출원된, 미국 특허 출원 제 12/848,579호의 일부계속출원이다.This application is directed to US Patent Application No. 13 / 160,162, filed June 14, 2011, MULTI-LEVEL NON-INVERTING BB VOLTAGE CONVERTER Claim for non-inverting buck boost voltage converter (Non-INVERTING BUCK BOOST VOLTAGE CONVERTER) (Rep. Some continue to file.
본 발명은 벅 부스트 전압 컨버터, 그리고 더 상세하게, 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이에 평활한 트랜지션을 제공하기 위해 비반전 벅 부스트 컨버터를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a buck boost voltage converter, and more particularly, to a system and method for controlling a non-inverting buck boost converter to provide a smooth transition between a buck mode and a boost mode of operation.
비반전 벅 부스트 컨버터는 동작의 모드에 따라 그것의 입력 전압보다 더 높거나 또는 더 낮은 출력 전압을 획득하는 것이 가능하다. 배터리 전원공급된 장치가 더욱 더 인기를 얻음에 따라, 컨버터의 이들 유형은 배터리의 방전 사이클을 이용할 수 있기 때문에 더 매력적이게 되고 있다. 배터리 입력 전압이 그것의 출력 전압보다 더 높을 때, 벅 부스트 컨버터는 동작의 벅 모드에서 동작한다. 동작의 벅 모드에서, 컨버터는 그것의 출력에서 사용을 위해 필요한 레벨로 입력 전압을 감소시킨다. 배터리 입력 전압이 출력 전압보다 더 낮을 때, 벅 부스트 컨버터는 동작의 부스트 모드에서 동작하고 여기서 입력 전압은 그것의 출력에서 요구되는 레벨로 증가된다. 동작의 순수 벅 모드와 순수 부스트 모드 내의 제어는 다양한 관련된 파워 스위치의 켜짐 또는 꺼짐에 의해 획득된다. 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 트랜지션은 출력 전압이 입력 전압에 가까울 때 다양한 제어 난점을 제공한다. 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 이 트랜지션 기간 동안 벅 부스트 컨버터를 제어하는 것으로부터의 두개의 난점은 동적인 응답인 라인 과도(line transient)의 발생 및 정상 상태 성능 문제인 출력 리플의 발생을 포함하고 발생된 입력 전압은 출력 전압에 가까워진다.The non-inverting buck boost converter is capable of obtaining an output voltage that is higher or lower than its input voltage, depending on the mode of operation. As battery powered devices become more and more popular, these types of converters are becoming more attractive because they can take advantage of the discharge cycle of the battery. When the battery input voltage is higher than its output voltage, the buck boost converter operates in buck mode of operation. In the buck mode of operation, the converter reduces the input voltage to the level required for use at its output. When the battery input voltage is lower than the output voltage, the buck boost converter operates in boost mode of operation where the input voltage is increased to the level required at its output. Control in pure buck mode and pure boost mode of operation is obtained by turning on or off various associated power switches. The transition between buck mode and boost mode of operation presents a variety of control difficulties when the output voltage is close to the input voltage. Two difficulties from controlling the buck-boost converter during this transition between buck and boost modes of operation include the occurrence of line transients, which are dynamic responses, and the occurrence of output ripple, which is a steady state performance issue. The generated input voltage approaches the output voltage.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 앞서 언급된 선행기술이 지닌 난점을 회피하는 다상 벅 부스트 컨버터를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a multi-phase buck boost converter to avoid the difficulties of the prior art mentioned above.
본 발명은 여기서 개시되고 설명된 바와 같이, 그것의 일측면에서, 비반전 벅 부스트 컨버터를 포함한다. 벅 부스트 컨버터는 입력 전압에 응답해서 조절된 출력 전압을 발생시키기 위한 벅 부스트 전압 조절 회로를 포함한다. 전류 센서는 벅 부스트 조절 회로에 대해 입력 전류를 모니터링한다. 벅 부스트 모드 제어 회로는 모니터링된 입력 전류에 응답해서 동작의 벅 모드에서 딥(deep) 전류 모드 제어 및 동작의 부스트 모드에서 유효 전류 모드 제어를 사용하여 벅 부스트 전압 조절 회로를 제어한다.The present invention includes, in one aspect thereof, a non-inverting buck boost converter, as disclosed and described herein. The buck boost converter includes a buck boost voltage regulation circuit for generating a regulated output voltage in response to the input voltage. The current sensor monitors the input current for the buck boost regulation circuit. The buck boost mode control circuit controls the buck boost voltage regulation circuit using deep current mode control in the buck mode of operation and active current mode control in the boost mode of operation in response to the monitored input current.
본 발명은 출력 전압이 입력 전압에 가까울 때 여전히 최저 리플 전압을 유지하는 동안, 비반전 벅 부스트 컨버터를 제어하고 모드와 라인 과도 사이에 평활 트랜지션을 획득하기 위한 방법을 제공한다.The present invention provides a method for controlling a non-inverting buck boost converter and obtaining a smooth transition between mode and line transients while still maintaining the lowest ripple voltage when the output voltage is close to the input voltage.
보다 완전한 이해를 위해, 참조는 이제 첨부된 도면에 관련된 다음의 설명에 대해 이루어지고, 여기서:
도 1은 벅 부스트 컨버터의 도식화된 다이어그램이고;
도 2는 본 개시의 비반전 벅 부스트 컨버터의 기능적인 블록도를 도시하며;
도 3은 본 개시의 비반전 벅 부스트 컨버터의 더 구체화된 블록도를 제공하고;
도 4는 도 3의 비반전 벅 부스트 컨버터의 동작을 도시하는 흐름도이며;
도 5a-5c는 동작의 벅 모드에서 동작의 부스트 모드로 변환할 때 벅 부스트 컨버터 동작의 파형을 도시하고;
도 6a-6c는 동작의 부스트 모드에서 동작의 벅 모드로 변환할 때 벅 부스트 컨버터 동작의 파형을 도시하며;
도 7은 다상 비반전 벅 부스트 컨버터의 기능적인 블록도이고;
도 8은 다상 벅 부스트 컨버터의 변조기 및 드라이버 회로의 블록도이며;
도 9는 고유 전류 셰어링(sharing)을 갖는 다상 비반전 벅 부스트 컨버터의 더 구체화된 블록도이고;
도 10은 변조기 및 드라이버 회로의 도식화된 블록도이며;
도 11은 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 회로의 도식화된 블록도이고;
도 12는 벅 모드 정상 상태에서 동작하는 2상(two phase) 비반전 벅 부스트 컨버터의 동작을 도시하며;
도 13은 벅 모드 정상 상태에서 동작하는 2상 비반전 벅 부스트 컨버터를 도시하고; 그리고
도 14는 부스트 모드 정상 상태에서 동작하는 2상 비반전 벅 부스트 컨버터를 도시한다.For a more complete understanding, reference is now made to the following description with reference to the accompanying drawings, in which:
1 is a schematic diagram of a buck boost converter;
2 shows a functional block diagram of a non-inverting buck boost converter of the present disclosure;
3 provides a more detailed block diagram of a non-inverting buck boost converter of the present disclosure;
4 is a flowchart illustrating operation of the non-inverting buck boost converter of FIG. 3;
5A-5C show waveforms of a buck boost converter operation when converting from a buck mode of operation to a boost mode of operation;
6A-6C show waveforms of a buck boost converter operation when converting from an boost mode of operation to a buck mode of operation;
7 is a functional block diagram of a multiphase non-inverting buck boost converter;
8 is a block diagram of a modulator and driver circuit of a multiphase buck boost converter;
9 is a more detailed block diagram of a multiphase non-inverting buck boost converter with inherent current sharing;
10 is a schematic block diagram of a modulator and driver circuit;
11 is a schematic block diagram of a maximum duty cycle detection and mode selection circuit;
12 illustrates the operation of a two phase non-inverting buck boost converter operating in a buck mode steady state;
13 shows a two phase non-inverting buck boost converter operating in a buck mode steady state; And
14 shows a two phase non-inverting buck boost converter operating in a boost mode steady state.
이제 도면에 관해 언급할 때, 해당 도면 부호는 여기서 전체에 걸쳐 해당하는 구성요소를 나타내도록 사용되고, 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 다양한 관점 및 실시예는 도시되고 설명되며, 그리고 다른 가능한 실시예가 설명된다. 도면은 반드시 축적에 따라 그려지지 않고, 일부 예에서 도면은 오직 도해의 목적을 위해 곳곳에서 확대되거나 그리고/또는 간소화된다. 해당기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 가능한 실시예의 다음의 예시에 기반한 많은 가능한 어플리케이션 및 변형을 인정할 것이다.Referring now to the drawings, corresponding reference numerals are used herein to indicate corresponding components throughout, various aspects and embodiments of the non-inverting buck boost voltage converter are shown and described, and other possible embodiments are described. . The drawings are not necessarily drawn to scale, and in some instances the drawings are enlarged and / or simplified in various places for purposes of illustration only. Those skilled in the art will recognize many possible applications and variations based on the following examples of possible embodiments.
비반전 벅 부스트 컨버터는 그것의 입력 전압보다 높거나 또는 낮은 양의 출력 전압을 획득하는 것이 가능하다. 배터리 전원공급된 장치가 더욱 더 인기를 얻음에 따라, 이 토폴로지는 배터리의 방전 사이클을 이용할 수 있기 때문에 더 매력적이게 되고 있다. 배터리 입력 전압이 그것의 출력 전압보다 더 높을 때, 벅 부스트 컨버터는 동작의 벅 모드에서 동작한다. 동작의 벅 모드에서, 컨버터는 그것의 출력에서 사용을 위해 필요한 레벨로 입력 전압을 감소시킨다. 배터리 입력 전압이 출력 전압보다 더 낮을 때, 벅 부스트 컨버터는 동작의 부스트 모드에서 동작하고, 여기서 입력 전압은 출력에서 요구되는 레벨로 증가된다. 일부 파워 스위치를 켜지거나 또는 꺼진 상태로 놓아두는 것에 의해 동작의 순수 벅 모드 또는 동작의 순수 부스트 모드 둘 중 어느 하나에서 제어를 실행하는 것이 상대적으로 쉽다. 출력 전압이 입력 전압에 가까워질 때, 난점이 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 트랜지션에 남겨진다. 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이의 이 트랜지션 동안 벅 부스트 컨버터를 제어하는 것에 관한 두개의 난점이 있다. 하나의 난점은 라인 과도를 포함하고, 그것은 동적 응답이다. 다른 난점은 정상 상태 성능 문제인 출력 리플이고 발생된 입력 전압은 출력 전압에 가까워진다.A non-inverting buck boost converter is capable of obtaining a positive output voltage that is higher or lower than its input voltage. As battery powered devices become more and more popular, this topology is becoming more attractive because it can take advantage of the discharge cycle of the battery. When the battery input voltage is higher than its output voltage, the buck boost converter operates in buck mode of operation. In the buck mode of operation, the converter reduces the input voltage to the level required for use at its output. When the battery input voltage is lower than the output voltage, the buck boost converter operates in boost mode of operation, where the input voltage is increased to the level required at the output. It is relatively easy to implement control in either the pure buck mode of operation or the pure boost mode of operation by leaving some power switches on or off. When the output voltage approaches the input voltage, the difficulty remains in the transition between the buck and boost modes of operation. There are two difficulties with controlling the buck boost converter during this transition between buck mode and boost mode of operation. One difficulty involves line transients, which is a dynamic response. Another difficulty is output ripple, which is a steady-state performance problem, and the generated input voltage approaches the output voltage.
이하에 설명된 실행은, 출력 전압이 입력 전압에 가까울 때 여전히 최저 리플 전압을 유지하는 동안, 비반전 벅 부스트 컨버터를 제어하고 모드와 라인 과도 사이에 평활 트랜지션을 획득하기 위한 방법을 제공하기 위한 스킴(scheme)을 포함한다. 오직 하나의 집적화된 전류 센서가 복잡성을 감소시키고 전체 설계를 단순화하기 위해 다중 센서 대신에 스킴에서 사용된다. 제어기는 사이클 대 사이클(cycle-by-cycle) 검출을 사용하여 동작의 벅 모드에서 피크 전류 모드 제어 및 동작의 부스트 모드에서 밸리 전류 제어 모드를 사용한다. 이 방법은 컨버터 내에 평활 트랜지션 및 라인 과도를 제공한다. 출력 전압이 입력 전압에 가까울 경우에, 벅 부스트 컨버터는 최대 듀티 사이클을 모니터링하는 것에 의해 자동적으로 동작의 벅 모드로부터 동작의 부스트 모드로 또는 동작의 부스트 모드로부터 동작의 벅 모드로 스위칭한다. 이것은 벅 부스트 컨버터의 제어를 단순화하고 출력 전압 리플을 감소시킨다. 벅 모드 동작 및 부스트 모드 동작 둘 모두는 시스템의 복잡성을 감소시키고 전체 신뢰성을 증가시키는 동일한 집적화된 전류 센서를 사용한다. The implementation described below is a scheme for controlling a non-inverting buck-boost converter and providing a smooth transition between mode and line transients while still maintaining the lowest ripple voltage when the output voltage is close to the input voltage. (scheme) is included. Only one integrated current sensor is used in the scheme instead of multiple sensors to reduce complexity and simplify the overall design. The controller uses peak current mode control in buck mode of operation and valley current control mode in boost mode of operation using cycle-by-cycle detection. This method provides smooth transitions and line transients in the converter. When the output voltage is close to the input voltage, the buck boost converter automatically switches from the buck mode of operation to the boost mode of operation or from the boolean mode of operation to the buck mode of operation by monitoring the maximum duty cycle. This simplifies the control of the buck-boost converter and reduces the output voltage ripple. Both buck mode operation and boost mode operation use the same integrated current sensor, which reduces system complexity and increases overall reliability.
비반전 벅 부스트 컨버터는 그것의 입력 전압보다 더 높거나 또는 더 낮은 양의 출력 전압을 획득하는 것이 가능하다. 많은 어플리케이션이 배터리의 방전 사이클을 이용하려고 하는 배터리 전원공급된 장치와 같은 비반전 벅 부스트 컨버터를 선호한다. 배터리 전원공급된 일렉트로닉스와 배터리 전원공급된 자동차는 로드 덤프(load dump) 또는 저온 시동(cold cranking)이 발생하는 곳에서의 상태 때문에 열위(inferior) 배터리 전압을 경험한다. 이들 경우에서, 비반전 벅 부스트 컨버터는 이상적인 후보이다. 만일 부하 전력이 높다면, 다상 벅 부스트 컨버터는 저비용과 낮은 열 손실이 요구된다.A non-inverting buck boost converter is capable of obtaining a positive output voltage that is higher or lower than its input voltage. Many applications prefer non-inverting buck-boost converters, such as battery-powered devices that want to take advantage of the battery's discharge cycle. Battery powered electronics and battery powered vehicles experience inferior battery voltage due to conditions where load dump or cold cranking occurs. In these cases, the non-inverting buck boost converter is an ideal candidate. If the load power is high, the multiphase buck-boost converter requires low cost and low heat dissipation.
이제 도면, 더 상세하게 도 1에 관해 언급할 때, 벅 부스트 컨버터의 도시된 도식화된 다이어그램이 있다. 벅 부스트 컨버터는 입력 전압 VIN이 인가되는 입력 전압 노드(102)를 포함한다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(104)는 노드(102)와 노드(106) 사이에 연결된 소스/드레인 경로를 갖는 P-채널 트랜지스터를 포함한다. 로우 사이드 벅 트랜지스터(108)는 노드(106)와 그라운드 사이에 연결된 드레인/소스 경로를 갖는 N-채널 트랜지스터를 포함한다. 인덕터(110)는 노드(106)와 노드(112) 사이에 연결된다. 하이 사이드 P-채널 부스트 트랜지스터(114)는 출력 전압 노드 VOUT(116)와 노드(112) 사이에 연결된 그것의 소스/드레인 경로를 가진다. 로우 사이드 부스트 트랜지스터(118)는 노드(112)와 그라운드 사이에 연결된 소스/드레인 경로를 갖는 N-채널 트랜지스터를 포함한다. 해당 기술분야의 당업자에 의해 잘 이해되는 바와 같이 하이 사이드 벅 트랜지스터와 하이 사이드 부스트 트랜지스터는 N-채널 트랜지스터에 의해서도 실행될 수 있다. 또한 모든 스위칭 트랜지스터는 양극성(bipolar) 트랜지스터 또는 임의 다른 적합한 제어된 스위칭 장치에 의해 실행될 수 있다. 출력 커패시턴스(120)는 출력 전압 노드(116)와 그라운드 사이에 연결된다. 출력 부하 저항(122)은 노드(116)와 그라운드 사이에 커패시턴스(120)와 병렬로 연결된다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(104), 로우 사이드 벅 트랜지스터(108), 하이 사이드 부스트 트랜지스터(114) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터(118)의 각각은 벅 부스트 제어 회로(124)에 연결되는 그들의 게이트를 가진다. 벅 부스트 제어 회로(124)는 노드(116)로부터 인가되는 적어도 출력 전압 VOUT에 대해 책임이 있는 내부 제어 로직을 사용하여 복수의 출력을 통해 게이트 제어 신호를 발생시킨다. 동작의 벅 모드에서 듀티 사이클은 D=ton(104)/T로서 정의되고, 여기서 ton은 스위칭 트랜지스터(104)의 온-타임이고 T는 컨버터의 스위칭 주기이다. T는 스위칭 주파수, fsw의 역(inverse), (T=1/fsw)이다. 부스트 동작 동안, 듀티 사이클은 D=ton(118)/T, 즉, 스위칭 주기로 나누어진 동기(synchronous) 하이 사이드 부스트 트랜지스터(114)의 온-타임이 되도록 정의된다.Referring now to the drawings, and more particularly to FIG. 1, there is a illustrated schematic diagram of a buck boost converter. The buck boost converter includes an
이제 도 2에 관해 언급할 때, 본 개시에 따라 동작하는 비반전된 벅 부스트 컨버터의 도시화된 기능적인 블록도가 있다. 벅 부스트 컨버터 회로(202)는 입력 노드(204)에서 입력 전압 VIN을 수신하고 노드(206)에서 출력 전압 VOUT를 제공한다. 벅 부스트 컨버터(202) 내의 스위칭 트랜지스터는 드라이브 로직(208)에서 제공되는 드라이브 제어 신호에 따라 구동된다. 드라이브 로직(208)은 PWM 제어 로직(210)에서 제공되는 PWM 제어 신호에 응답해서 스위칭 트랜지스터로 드라이브 제어 신호를 발생시킨다. 에러 증폭기와 PWM 제어 로직(210)은 노드(206)에서 모니터링된 출력 전압에 응답해서 그리고 또한 전류 슬로프 제어 보상 로직(212)에서 제공되는 전류 제어 전압 VSUM에 응답해서 PWM 제어 신호를 발생시킨다. 전류 슬로프 제어 보상 로직은 전류 센서(214)와 모드 제어 로직(216)에 의해 제공되는 벅 부스트 컨버터(202) 내에 모니터링된 전류에 응답해서 에러 증폭기와 PWM 제어 로직(210)에 대해 VSUM 전압을 발생시킨다. 전류 센서(214)는 벅 부스트 컨버터(202)의 입력 노드(204)에서 제공된 입력 전류를 측정한다. 모드 제어 로직(216)은 PWM 제어 로직(210)에서 제공되는 PWM 신호를 모니터링하는 것에 의해 벅 부스트 컨버터(202)가 동작의 벅 모드에서 동작하는지 또는 동작의 부스트 모드에서 동작하는지 여부를 판단한다. 모드 제어 로직(216)은 벅 부스트 컨버터(202) 내에 스위칭 트랜지스터의 동작을 제어하기 위해 드라이브 로직(208)으로 모드 제어 신호를 부가적으로 제공한다.Referring now to FIG. 2, there is a illustrated functional block diagram of a non-inverted buck boost converter operating in accordance with the present disclosure. Buck
이제 도 3에 관해 언급할 때, 본 개시의 비반전 벅 부스트 컨버터의 도시된 블록도가 있다. 벅 부스트 컨버터(302)는 입력 전압 VIN이 인가되는 입력 전압 노드(304)를 포함한다. 전류 센서(306)는 노드(304)를 통해 입력 전압 전류를 감지하고 감지된 입력 전류 ISNS을 제공한다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(308)는 전류 센서(306)와 노드(310) 사이에 연결된다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(308)는 P-채널 트랜지스터를 포함한다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(308)는 드라이브 신호 HD_BUCK을 수신하도록 연결된다. 로우 사이드 벅 트랜지스터(312)는 노드(310)와 그라운드 노드(314) 사이에 연결된 드레인/소스 경로를 갖는 N-채널 트랜지스터를 포함한다. 로우 사이드 벅 트랜지스터(312)는 드라이브 제어 신호 LD_BUCK을 수신하도록 연결된다. 인덕터(316)는 노드(310)과 노드(318) 사이에 연결된다.Referring now to FIG. 3, there is a shown block diagram of a non-inverting buck boost converter of the present disclosure.
하이 사이드 부스트 트랜지스터(320)는 출력 전압 노드 VOUT(322)와 노드(318) 사이에 연결된 소스/드레인 경로를 갖는 P-채널 트랜지스터를 포함한다. 로우 사이드 부스트 트랜지스터(321)는 노드(318)과 노드(314) 사이에 연결된 드레인/소스 경로를 갖는 N-채널 트랜지스터를 포함한다. 트랜지스터(324)의 게이트는 드라이브 제어 신호 LD_BOOST를 수신하도록 연결된다. 하이 사이드 부스트 트랜지스터(320)의 게이트는 드라이브 제어 신호 HD_BOOST를 수신하도록 연결된다. 출력 커패시터(326)는 출력 전압 노드(322)와 그라운드 노드(314) 사이의 출력 전압 노드(322)에 연결된다. 부가적으로, 부하(328)가 출력 전압 노드(322)와 그라운드 노드(314) 사이의 출력 커패시턴스(326)와 병렬로 연결된다. High
하이 사이드 벅 트랜지스터(308), 로우 사이드 벅 트랜지스터(312), 하이 사이드 부스트 트랜지스터(320) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터(324)의 각각에 대한 드라이브 제어 신호는 벅 모드 전류 로직 및 드라이버(330) 및 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(332)로부터 각각 제공된다. 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(330)는 SR 래치(334)에서 제공되는 PWM 신호(PWM_BUCK) 및 모드 제어 로직(336)에서 제공되는 모드 제어 신호에 응답해서 하이 사이드 벅 트랜지스터(308)에 대해 HD_BUCK 신호를 그리고 로우 사이드 벅 트랜지스터(312)에 대해 LD_BUCK 신호를 발생시킨다. 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(332)는 SR 래치(338)로부터 PWM 제어 신호(PWM_BOOST)에 응답하여 그리고 모드 제어 로직(336)으로부터 모드 제어 신호에 응답하여 트랜지스터(320)에 대해 HD_BOOST 드라이브 신호를 그리고 트랜지스터(324)에 대해 LD_BOOST 드라이브 신호를 발생시킨다. 트랜지스터(308) 및 트랜지스터(312)는 동작의 벅 모드에서 벅 부스트 컨버터(302)에 대한 파워 스위치이다. 동작의 벅 모드에서, 트랜지스터(320)는 항상 켜지고 트랜지스터(324)는 항상 꺼진다. 그와 유사하게, 동작의 부스트 모드에서, 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(330) 및 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(332)는 파워 FET 스위치를 포함하도록 부스트 트랜지스터(320)와 부스트 트랜지스터(324)를 제어한다. 동작의 부스트 모드에서 트랜지스터(312)가 꺼지는(turn off) 동안, 트랜지스터(308)는 항상 켜진다(turn on). Drive control signals for each of the high
SR 래치(334)는 SR 래치(334)의 S 입력에서 제공되는 클록 신호 및 SR 래치(334)의 R 입력에 인가된 로직 신호에 응답해서 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(330)에 대해 벅 PWM 신호를 발생시킨다. PWM 신호 PMW_부스트(PWM_Boost)는 SR 래치(338)의 R 입력에 제공되는 클록 입력과 SR 래치(338)의 S 입력에 제공되는 로직 입력에 응답해서 SR 래치(338)의 Q 출력으로부터 제공된다.
모드 제어 로직(336)은 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(330)와 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(332)의 각각에 모드(MODE) 신호를 제공한다. 모드 제어 로직(336)은 SR 래치(334)와 SR 래치(338)의 출력 각각으로부터 제공되는 PWM_벅(PWM_BUCK) 신호와 PWM_BOOST 신호에 응답해서 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(330)와 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(332)의 각각에 출력 제어 신호 MODE를 발생시킨다. 최대 듀티 사이클 검출 회로(340)는 최대 듀티 사이클 조건이 입력 전압 VIN에 접근하는 출력 전압 VOUT에 응답해서 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이에 존재하는 때를 판단한다. 최대 듀티 사이클 조건이 검출될 때, 최대 듀티 사이클 검출 회로(340)는 모드 선택 로직(342)에 제공되는 MAX_D 신호에 대해 논리적으로 "하이(high)" 값을 발생시킨다. The
모드 선택 로직(342)은 벅 부스트 컨버터(302)가 동작의 벅 모드 또는 동작의 부스트 모드 둘 중 어느 하나로 스위칭을 요구하는지 여부를 판단하고 이 변화를 나타내기 위해 모드 제어 신호 MODE를 발생시킨다. 벅 동작으로부터 부스트 동작으로 또는 부스트 동작으로부터 벅 동작으로 평활하게 스위칭하기 위해, 최대 듀티 사이클의 판단이 최대 듀티 사이클 검출 회로(340)에 의해 제어 스킴에 도입된다. 최대 듀티 사이클 조건이 검출되면 언제든지 MAX_D 신호는 논리적으로 "하이" 레벨로 간다. 입력 전압 VIN이 출력 전압 VOUT에 근접할 때 또는 부하 과도가 출력에서 발생할 때, 이것은 통상(normally) 일어난다. 모드 선택 로직(342)은 벅 부스트 컨버터(302)의 동작 모드가 벅 또는 부스트 둘 중 어느 것인지를 판단한다. 단순한 제어 방법이 MAX_D 논리적으로 "하이" 신호가 검출될 때마다, 동작 모드가 토글링되는 것과 같이 실행된다. 보다 정교한 제어 방법이 다중 MAX_D 신호를 사용하는 것에 의해 적용될 수 있다. 벅 또는 부스트 둘 어느 하나인 벅 부스트 컨버터 내에 동작하는 두개, 그리고 단지 두개의 모드가 있다. 모드 선택 로직의 출력 "MODE" 신호는 컨버터가 동작의 벅 모드에 있는지 또는 부스트 모드에 있는지 여부에 따라 동작 회로, 예를 들어, 전류 감지 및 스위치 드라이버 제어 로직을 선택하는 멀티플렉서 제어 신호처럼 거동한다. 따라서, MODE 제어 신호는 동작의 모드에 따라 벅 모드 제어 로직 드라이버(330) 또는 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(332) 둘 중 어느 하나를 선택하고 또한 멀티플렉서(334)의 출력으로부터 제공되는 전류 감지 보상 신호를 선택한다.The
멀티플렉서(344)는 VSUM_BUCK 신호 또는 VSUM_BOOST 신호 둘 중 어느 하나를 수신하도록 연결된다. VSUM_BUCK 신호는 가산기 회로(346)에서 함께 더해지는 전류 센서(306)로부터 감지된 전류, 벅 모드 오프셋 신호 및 벅 슬로프 보상 신호의 합계를 포함한다. VSUM_BOOST 신호가 전류 센서(306)로부터의 ISNS 입력 전류 측정, 부스트 모드 오프셋 신호 및 부스트 슬로프 보상 신호를 함께 더하는 것에 의해 가산기 회로(348)에서 발생된다. 전류 센서(306)로부터 감지된 전류 ISNS는 에러 증폭기(352)가 적합한 DC 바이어스와 함께 동작중임을 보장하기 위해 벅 모드 오프셋 또는 부스트 모드 오프셋과 함께 합계된다. 벅 또는 부스트 보상 슬로프가 큰 듀티 사이클 동작에서 저조파 발진(sub harmonic oscillation)을 회피하기 위해 감지된 전류에 더해진다. VSUM_BUCK 보상 신호 및 VSUM_BOOST 보상 신호의 각각은 멀티플렉서(344)의 일 입력에 제공된다. 벅 부스트 컨버터(302)가 동작의 벅 모드에서 동작중인지 또는 동작의 부스트 모드에서 동작중인지 여부에 따라 VSUM_BUCK(벅 모드) 또는 VSUM_BOOST(부스트 모드) 둘 중 어느 하나가 멀티플렉서(344)에서 MODE 신호에 대해 응답하여 선택되고 선택된 신호는 출력 전류 보상 신호 VSUM으로서 제공된다.
VSUM 신호는 멀티플렉서(344)로부터의 PWM 비교기(350)의 반전 입력에 대해 제공된다. PWM 비교기(350)의 비반전 입력이 에러 증폭기(352)로부터 전압 에러 신호 VCOMP를 수신하기 위해 연결된다. 에러 증폭기(352)의 출력이 레지스터(356)와 직렬로 커패시터(354)를 통해 접지하도록 연결된다. 에러 증폭기(352)의 반전 입력은 노드(322)와 노드(360) 사이에 연결되는 레지스터(358)와 노드(360)와 그라운드 사이에 연결되는 레지스터로 구성되는 레지스터 디바이더(divider)를 통해 노드(322)에서 출력 전압 VOUT를 모니터링한다. 에러 증폭기(352)의 반전 입력은 노드(360)에 연결된다. 에러 증폭기(352)는 에러 신호 VCOMP를 발생시키기 위해 벅 부스트 컨버터(302)로부터의 출력 피드백 전압과 그것의 비반전 입력에 인가되는 기준 전압 VREF를 비교한다. VCOMP 신호는 벅 부스트 컨버터가 동작의 벅 모드에서 동작할 때 피크 전류 모드와 벅 부스트 컨버터가 동작의 부스트 모드에서 동작할 때 밸리 전류 모드 둘 모두에서 인덕터(316)를 통해 인덕터 전류를 판단하기 위해 사용된다. 벅 동작과 부스트 동작은 동일한 전압 에러 신호를 공유한다. 전압 에러 신호 VCOMP와 멀티플렉서(344)의 출력으로부터의 VSUM의 비교는 전력 트랜지스터(308, 312, 320 및 324)의 온/오프(on/off) 상태를 판단한다.The V SUM signal is provided to the inverting input of the
PWM 비교기(350)의 출력(VCOMPOUT)은 인버터(362)에 대한 그리고 AND 게이트(364)의 제 1 입력에 대한 입력으로서 제공된다. 인버터(362)로부터 반전된 출력은 OR 게이트(366)의 제 1 입력에 제공된다. OR 게이트(366)의 다른 입력은 최대 듀티 사이클 검출 회로(340)의 출력으로부터 MAX_D 신호를 수신하도록 연결된다. OR 게이트(366)의 출력은 벅 PWM 신호의 발생이 가능하도록 래치(334)의 R 입력에 로직 신호를 제공한다. AND 게이트(364)의 다른 입력은 인버터(368)의 출력에 연결된다. 인버터(368)의 입력은 최대 듀티 사이클 보호 회로(340)로부터 MAX_D 신호를 수신하도록 연결된다. AND 게이트(364)의 출력은 또 다른 인버터(370)에 연결된다. 인터버(370)의 출력은 부스트 PWM 신호를 제공하기 위해 SR 래치(338)의 S 입력에 로직 신호를 제공한다. Output V COMPOUT of
이제 도 4에 관해 언급할 때, 도 3의 벅 부스트 컨버터의 동작을 설명하는 도식화된 흐름도가 있다. 컨버터 동작이 단계(402)에서 시작될 때, 컨버터는 단계(404)에서 동작의 벅 모드에서 최초로 동작하고 동작의 피크 전류 제어 모드에서 동작한다. 조회 단계(406)는 최대 듀티 사이클에 대해 모니터링하고 만일 최대 듀티 사이클이 현재 검출되지 않는다면 제어는 단계(404)로 되돌아간다. 최대 듀티 사이클이 검출될 때, 컨버터는 단계(408)에서 동작의 부스트 모드로 진입하고 밸리 전류 제어 모드를 사용하여 동작한다. 조회 단계(410)는 최대 듀티 사이클에 대해 모니터링하고 만일 최대 듀티 사이클이 검출되지 않으면, 제어는 단계(408)로 되돌아간다. 최대 듀티 사이클이 검출될 때, 컨버터는 단계(404)에서 동작의 벅 모드에서 동작하도록 다시 변환한다. Referring now to FIG. 4, there is a schematic flow diagram illustrating the operation of the buck boost converter of FIG. 3. When the converter operation begins in
이제 도 5에 관해 언급할 때, 벅 부스트 컨버터가 동작의 벅 모드에서 동작의 부스트 모드로 트랜지션할 때, 벅 부스트 컨버터(302)와 관련된 도시화된 다양한 파형이 있다. 트랜지스터(308)와 트랜지스터(312)는 동작의 벅 모드에서 메인 파워 스위치를 포함한다. 트랜지스터(320)는 동작의 벅 모드에서 항상 온 상태이고 트랜지스터(324)는 동작의 벅 모드에서 항상 오프 상태이다. 입력 전압 VIN(502)이 강하함에 따라, D~Vout/Vin이기 때문에 스위칭 듀티 사이클이 증가한다. 입력 전압 VIN(502)이 특정 값으로 강하함에 따라, 듀티 사이클이 최대 임계(최대 듀티 사이클)에 도달하고, 일 실시예에서 디지털 비교기를 포함하는 최대 듀티 사이클 검출 회로(340)가 이 조건에 대해 응답하고, 논리적으로 "하이" 레벨로 신호 MAX_D를 설정한다. 동시에, 하이 사이드 트랜지스터(308)가 꺼지고 트랜지스터(312)가 켜진다. 모드 선택 로직(342)은 다음 사이클을 알고 클록 신호가 SR 래치(334)의 입력에 나타날 때, 벅 부스트 컨버터(302)는 부스트 모드로 트랜지션할 것이다. 클록 펄스가 도달할 때, 제어 신호 MODE는 논리적으로 "하이" 레벨(부스트)로 설정되고 벅 부스트 컨버터는 이제 부스트 동작으로 구성된다. 그러나 이 조건에서 입력 전압 VIN(502)은 여전히 출력 전압 VOUT(504)보다 조금 더 높고, 그래서 동작의 부스트 모드가 너무 많은 에너지를 부하로 펌핑할 수 있고 또한 출력 전압 VOUT를 증가시킬 수 있다. 따라서, 벅 부스트 컨버터(302)는 부스트 사이클 이후 동작의 벅 모드로 돌아가고 출력 전압 VOUT(504)가 입력 전압 VIN 이하로 강하할 때까지 한(one) 사이클 이상 동안 동작의 벅 모드에 남겨진다. 이 방법으로 동작의 벅 모드에서 동작의 부스트 모드로의 평활 트랜지션이 제공된다. 도 5 역시 멀티플렉서(344)의 출력, VSUM(506), 에러 증폭기 VCOMP(508)의 출력 및 인덕터 전류(510)를 도시한다. Referring now to FIG. 5, when the buck boost converter transitions from the buck mode of operation to the boost mode of operation, there are various illustrated waveforms associated with the
이제 도 6에 관해 언급할 때, 동작의 부스트 모드에서 동작의 벅 모드로의 도시화된 벅 부스트 컨버터(302)의 변환이 있다. 입력 전압 VIN(602)이 출력 전압 VOUT(604)보다 훨씬 낮을 때, 벅 부스트 컨버터는 동작의 순수 부스트 모드에서 동작한다. 트랜지스터(308)가 항상 온 상태이고 트랜지스터(312)가 항상 오프인 동안 트랜지스터(320)와 트랜지스터(324)는 동작의 부스트 모드에서 메인 파워 스위치를 포함한다. 입력 전압 VIN(602)이 증가함에 따라, 벅 부스트 컨버터(302)가 동작의 밸리 제어 모드에 있기 때문에 스위칭 듀티 사이클이 증가한다. 입력 전압 VIN(602)이 듀티 사이클이 최대 임계 레벨(최대 듀티 사이클)에 도달하는 특정 레벨로 증가함에 따라, 디지털 비교기를 포함하는 최대 듀티 사이클 검출 회로(340)가 이 조건에 응답하고 논리적으로 "하이" 레벨로 신호 MAX_D를 설정한다. 동시에, 하이 사이드 트랜지스터(320)가 꺼지고 로우 사이드 트랜지스터(324)가 켜진다. 모드 선택 로직(342)은 다음 사이클을 알고, 클록 신호가 나타날 때, 컨버터는 벅 모드로 송신할 것이다. 클록 신호가 동작의 벅 모드에 도달할 때 신호 "MODE"는 논리적으로 "로우" 레벨(벅 모드)로 설정되고 전체 벅 부스트 컨버터가 동작의 벅 모드로 구성된다. 그러나 이 조건에서 입력 전압 VIN(602)은 출력 전압 VOUT(604)보다 여전히 더 낮다. 따라서, 동작의 벅 모드는 부하로 지나치게 많은 에너지를 끌어당길 수 있고 출력 전압 VOUT(604)은 감소한다. 따라서, 벅 부스트 컨버터(302)는 벅 사이클 이후에 동작의 부스트 모드로 돌아가고 출력 전압(604)이 증가할 때까지 한 사이클 이상 동안 동작의 부스트 모드에 남겨진다. 입력 전압 VIN(602)이 더 증가함에 따라, 더 많은 벅 사이클이 있을 수 있다. 이 방법으로 부스트에서 벅으로의 평활 트랜지션이 제공된다.Referring now to FIG. 6, there is a conversion of the illustrated
도 6의 도해는 또한 멀티플렉서(344)의 출력 VSUM(606), 에러 증폭기 출력 VCOMP(608) 및 인덕터 전류(610)를 도시한다.The illustration of FIG. 6 also shows the
출력 전압 VOUT가 입력 전압 VIN에 가까워질 때, 벅 부스트 컨버터(302)는 벅에서 부스트로 그리고 벅 모드에서 부스트로 스위칭한다. 독립적인 벅-부스트 모드 단지 벅 모드 및 부스트 모드는 없다. 제어 방법은 동작의 벅 모드에서 피크 전류 제어 모드 및 동작의 부스트 모드에서 밸리 전류 제어 모드를 사용하여 평활 트랜지션을 보장한다. 이 방법의 주요 이점은 에러 신호 VCOMP가 모드 트랜지션 동안 임의 갑작스러운 변경을 갖지 않는다는 것이다. VCOMP 신호가 출력 전압 VOUT의 직접 펑션(function)이기 때문에, 만일 에러 신호 VCOMP가 안정되면 출력 전압 VOUT이 안정된다. 앞서 언급된 바와 같이, 멀티플렉서 VSUM의 출력은 입력 전류 ISNS벅 또는 부스트 모드 오프셋 및 슬로프 보상 신호의 합계이다. 동작의 벅 및 부스트 모드에서 오프셋의 다른 값이 풀(full) 사이클에서 최대 슬로프 보상에 기반해서 선택된다. 일반적으로 오프셋의 다른 값은 최대 슬로프 보상 전압의 두배이다. 예를 들어, 만일 슬로프 보상이 1V/us이고 스위칭 주파수가 1MHz라면, 오프셋의 다른 값은 2V인, 1V/us*1us*2이다. 그래서 만일 벅 모드에서 오프셋이 Vos라면, 그때 부스트 모드에 대한 오프셋은 Vos+2V)이다. 이 방법으로의 시스템 동작은 경부하 조건 및 중부하(heavy loading) 조건 둘 모두에서 우위(superior)인 라인 과도를 제공한다. 출력 전압이 입력 전압에 가까울 때 전압 리플 역시 작다. 제어 방법은 단지 단일 집적 전류 센서 및 사이클 대 사이클 검출만을 단순히 요구한다.When the output voltage V OUT approaches the input voltage V IN , the
이제 도 7에 관해 언급할 때, 다상 비반전 벅 부스트 컨버터의 도시화된 블록도가 있다. 에러 증폭기(702)는 다상 비반전 벅 부스트 컨버터에 피드백 전압 디바이더와 루프 보상을 제공한다. 에러 증폭기(702)는 다상 비반전 벅 부스트 컨버터의 각 위상과 관련된 변조기 및 드라이버 회로(704)의 각각에 제공되는 보상 신호 VCOMP를 발생시킨다. 변조기 및 드라이버 회로(704)는 에러 증폭기(702)로부터의 VCOMP 신호와 관련된 전류 센서(708)로부터의 전류 신호 ISNS에 응답하여 관련된 벅 부스트 컨버터(706)에 대해 드라이브 신호를 발생시킨다. 전류 센서(708)는 관련된 변조기 및 드라이버(704)로 ISNS 전압 신호를 발생시키기 위해 관련된 벅 부스트 컨버터(706)에 대해 입력 전류를 모니터링한다. 벅 부스트 컨버터(706)는 보상 전압 VCOMP를 발생시키기 위해서 에러 증폭기(702)에 의해 모니터링되는 출력 전압 VOUT를 발생시킨다. Referring now to FIG. 7, there is a illustrated block diagram of a multiphase non-inverting buck boost converter.
이제 도 8에 대해 언급할 때, 다상 비반전 벅 부스트 컨버터의 각 위상과 관련된 도시화된 변조기와 드라이버 회로(704)의 블록도가 있다. PWM 로직(802)은 드라이브 로직(804)과 모드 제어 로직(806)으로 PWM 제어 신호를 발생시킨다. 드라이브 로직(804)은 PWM 로직(802)에 의해 제공된 PWM 제어 신호에 응답하여 관련된 벅 부스트 컨버터의 스위칭 트랜지스터로 드라이브 신호를 발생시킨다. 모드 제어 로직(806)은 PWM 로직(802)으로부터 PWM 신호를 모니터링하는 것에 의해 벅 부스트 컨버터가 동작의 벅 모드에서 동작하는지 또는 동작의 부스트 모드에서 동작하는지 여부를 판단한다. 모드 제어 로직(806)은 벅 부스트 컨버터 내에 스위칭 트랜지스터의 동작을 제어하기 위해 드라이브 로직(804)에 모드 제어 신호를 부가적으로 제공한다. 전류 슬로프 보상 회로(808)는 전류 센서(708)(도 7)에 의해 벅 부스트 컨버터로부터 모니터링된 전류 ISNS에 응답하여 PWM 로직(802)으로 VSUM 전압을 발생시킨다.Referring now to FIG. 8, there is a block diagram of the illustrated modulator and
이제 도 9에 대해 언급할 때, 벅 부스트 컨버터의 다른 위상 사이에 고유 전류 셰어링을 제공하는 다상 비반전 벅 부스트 컨버터에 관해 제공된 보다 상세한 블록도가 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 에러 증폭기부(702)는 노드(902)에서 벅 부스트 컨버터(706)의 다중 위상의 조합된 출력으로부터 출력 전압을 모니터링한다. 에러 증폭기 회로(702)는 노드(902)와 노드(906) 사이에 연결된 레지스터(904)와 노드(906)와 그라운드 사이에 연결된 레지스터(908)로 구성되는 전압 디바이더를 포함한다. 피드백 전압 VFB는 에러 증폭기(910)의 반전 입력에 의해 노드(906)에서 모니터링된다. 에러 증폭기(910)의 비반전 입력은 피드백 전압 VFB와의 비교를 위해 기준 전압 VREF를 수신한다. 에러 증폭기(910)의 출력은 다상 비반전 벅 부스트 컨버터의 각 위상과 관련된 변조기와 드라이버(704)의 각각에 VCOMP 입력을 제공하기 위해 노드(912)에 연결된다. 비교기(914)와 레지스터(916)의 직렬 연결은 노드(912)와 그라운드 사이에 연결된다. 비교기(914)는 노드(912)와 노드(918) 사이에 연결되고 레지스터(916)는 노드(918)과 그라운드 사이에 연결된다. 에러 증폭기(910)는 변조기와 드라이버 회로(704)의 각각에 공급되는 보상 신호 VCOMP를 발생시키는 트랜스 컨덕턴스 증폭기를 포함한다. 오직 단일 에러 증폭기(910)만이 시스템을 위해 요구된다. 그러나 다중 에러 증폭기(910)는 병렬로 놓여질 수 있고 에러 증폭기의 총 이득은 에러 증폭기의 각각의 합계를 포함할 수 있다. Referring now to FIG. 9, there is a more detailed block diagram provided for a multiphase non-inverting buck boost converter that provides inherent current sharing between different phases of the buck boost converter. As described above, the
도 9에서 도시된 시스템의 제 2 일부는 변조기와 드라이버(704)를 포함한다. 이들은 에러 증폭기(910)로부터 보상 신호 VCOMP와 다상 컨버터의 소정 위상과 관련된 벅 부스트 컨버터의 입력 전압 노드에서 감지된 입력 전류와 관련된 전류 감지 신호 ISNSN를 수신하기 위해 각각 연결된다. 인터리브된 인덕터 전류 및 단일 위상 컨버터보다 더 작은 출력과 입력 리플을 발생시키도록 각 위상에 대한 클록 신호가 다르기 때문에 컨버터의 각 위상은 분리 변조기를 요구한다. N-위상 컨버터는 이상적으로 인접 위상 사이에 360/n의 위상 시프트를 가질 수 있다. 각 위상 역시 ISNS1에서 ISNSn까지의 독립적인 전류 감지를 가진다. 이 구조는 고유 전류 밸런싱 메커니즘을 제공한다. 동작의 벅 모드에서의 피크 전류 모드 또는 동작의 부스트 모드에서의 밸리 전류 모드 제어 둘 중 어느 하나에서, 감지 전류 전압 ISNSn은 보상 신호 VCOMP와 비교된다. VCOMP는 각 변조기 사이에 공통 신호이기 때문에, 신호는 각 위상에 대해 전류를 밸런싱한다. 상위 성능을 획득하는 동안, 이것은 설계의 복잡성을 감소시키는 다상 컨버터 내에 커다란 혜택이다. 각 위상은 그것의 자체 최대 듀티 사이클 검출 회로 및 모드 선택 회로를 가진다. VIN이 VOUT에 가까울 때, 일부 위상이 부스트 모드에서 동작하는 동안, 다른 것들은 벅 모드에서 동작할 수 있다. 각 위상을 위한 변조기 및 드라이버 회로(704)는 관련된 위상을 위한 벅 부스트 컨버터와 관련된 스위칭 트랜지스터의 각각을 위해 HD_BUCKn, LD_BUCKn, HD_BOOSTn 및 LD_BOOSTn을 발생시킨다. The second part of the system shown in FIG. 9 includes a modulator and a
이들 드라이버 출력은 벅 부스트 컨버터(706)의 연관된 파워 스위칭 트랜지스터에 제공된다. 각 벅 부스트 컨버터(706)는 조절되는 입력 전압이 제공되는 입력 전압 노드(915)를 포함한다. 전류 센서(917)는 노드(915)를 통해 입력 전압 전류를 감지하고 감지된 입력 전류 전압 ISNSn을 제공한다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(919)는 전류 센서(917)와 노드(920) 사이에 연결된다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(919)는 P-채널 트랜지스터를 포함한다. 하이 사이드 벅 트랜지스터(919)는 드라이브 신호 HD_BUCKn을 수신하기 위해 연결된다. 로우 사이드 벅 트랜지스터(922)는 노드(920)와 그라운드 노드(924) 사이에 연결된 드레인/소스 경로를 갖는 N-채널 트랜지스터를 포함한다. 로우 사이드 벅 트랜지스터(922)는 드라이브 제어 신호 LD_BUCKn을 수신하도록 연결된다. 인덕터(926)는 노드(920)와 노드(928) 사이에 연결된다. These driver outputs are provided to the associated power switching transistors of the
하이 사이드 부스트 트랜지스터(930)는 출력 전압 노드 VOUT(932)와 노드(928) 사이에 연결된 소스/드레인 경로를 갖는 P-채널 트랜지스터를 포함한다. 로우 사이드 부스트 트랜지스터(934)는 노드(928)와 그라운드 노드(924) 사이에 연결된 드레인/소스 경로를 갖는 N-채널 트랜지스터를 포함한다. 트랜지스터(934)의 게이트는 드라이브 제어 신호 HD_BOOSTn을 수신하기 위해 연결된다. 하이 및 로우 사이드 벅 및 부스트 스위칭 트랜지스터 및 전류 센서는 다상 벅 부스트 컨버터의 각 위상과 관련된 벅 부스트 컨버터의 각각 내에서 동일하다. 각 벅 부스트 컨버터는 노드(932)에 연결된 그것의 출력을 가진다. 부가적으로, 레지스터(935)로 구성되는 부하는 노드(932)와 그라운드 사이에 연결된다. 커패시터(936)는 노드(932)와 그라운드 사이에 연결된 레지스터(935)와 병렬로 연결된다.High
하이 사이드 벅 트랜지스터(918), 로우 사이드 벅 트랜지스터(922), 하이 사이드 부스트 트랜지스터(930) 및 로우 사이드 부스트 트랜지스터(934)의 각각에 대한 드라이브 제어 신호가 변조기와 드라이버 회로(704)로부터 제공된다. 이제 도 10에 대해 언급할 때, 보다 상세하게 도시된 이들 게이트 드라이브 스위칭 신호를 발생시키기 위한 변조기와 드라이버 회로(704)의 도식화된 블록도가 있다. 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(1002)는 SR 래치(1004)로부터 제공된 PWM 신호(PWM_BUCK) 및 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)으로부터 제공된 모드 제어 신호에 응답하여 하이 사이드 벅 트랜지스터(918)에 대해 HD_BUCKn 신호를 그리고 로우 사이드 벅 트랜지스터(922)에 대해 LD_BUCKn 신호를 발생시킨다.Drive control signals for each of the high
부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(1008)는 SR 래치(1010)로부터의 PWM 제어 신호(PWM_BOOST) 및 최대 듀티 사이클 검출과 모드 선택 로직(1006)으로부터의 모드 제어 신호에 응답하여 트랜지스터(930)에 대해 HD_부스트n 드라이브 신호를, 그리고 트랜지스터(934)에 대해 LD_BOOSTn 드라이브 신호를 발생시킨다. 트랜지스터(918)와 트랜지스터(922)는 동작의 벅 모드에서 벅 부스트 컨버터를 위한 파워 스위치이다. 동작의 벅 모드에서, 트랜지스터(930)는 항상 켜지고 트랜지스터(934)는 항상 꺼진다. 유사하게, 동작의 부스트 모드에서, 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(1002) 및 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버는 파워 FET 스위치를 포함하는 부스트 트랜지스터(320)와 부스트 트랜지스터(324)를 제어한다. 동작의 부스트 모드에서, 트랜지스터(922)가 항상 꺼지는 동안, 트랜지스터(918)는 항상 켜진다. SR 래치(1004)는 SR 래치(1004)의 S 입력에 제공되는 클록 신호 및 SR 래치(1004)의 R 입력에 인가되는 로직 신호에 응답하여 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(1002)에 대해 PWM_BUCK 신호를 발생시킨다. PWM 신호 PWM_BOOST는 SR 래치(1010)의 R 입력에서 수신된 클록 입력 및 S 입력에 제공된 로직 입력에 응답하여 SR 래치(1010)의 Q 출력으로부터 제공된다.The boost mode control logic and
최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(1002)와 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(1008)의 각각에 모드 신호를 제공한다. 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 SR 래치(1004, 1010) 각각의 출력으로부터 제공되는 PWM_BUCK 및 PWM_BOOST 신호에 응답해서 벅 모드 제어 로직 및 드라이버(1002)와 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(1008)의 각각에 대해 출력 제어 신호 MODE를 발생시킨다. 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 최대 듀티 사이클 조건이 입력 전압 VIN에 접근하는 출력 전압 VOUT에 응답해서 동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이에 존재하는 때를 판단한다. 최대 듀티 사이클 조건이 검출될 때, 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 MAX_D 신호에 대해 논리적으로 "하이" 값을 발생시킨다.Maximum duty cycle detection and
최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 벅 부스트 컨버터가 동작의 벅 모드 또는 동작의 부스트 모드 둘 중 어느 하나로 스위칭하는 것을 요구하는지 그리고 이 변경을 나타내기 위해 모드 제어 신호 MODE를 발생시키는지 여부를 판단한다. 벅 동작에서 부스트 동작으로 또는 부스트 동작에서 벅 동작으로 평활하게 스위칭하기 위해, 최대 듀티 사이클의 판단이 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)에 의해 제어 스킴에 도입된다. 최대 듀티 사이클 조건이 검출될 때 언제든지, MAX_D 신호는 논리적으로 "하이" 상태로 간다. 이것은 입력 전압 VIN이 출력 전압 VOUT에 가까울 때 또는 부하 과도가 출력에서 발생할 때 통상 발생한다. 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 벅 부스트 컨버터의 동작 모드가 벅인지 또는 부스트인지를 판단한다. MAX_D 논리적으로 "하이" 신호가 검출될 때마다, 동작 모드가 토글링되는 것과 같은, 단순한 제어 방법이 실행된다. 더 정교화된 제어 방법이 다중 MAX_D 신호를 사용하는 것에 의해 적용될 수 있다. 벅 또는 부스트 둘 중 어느 하나인, 벅 부스트 컨버터 내에 동작하는 두개, 및 단지 두개의 모드가 있다. Maximum duty cycle detection and
최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)의 모드 출력 "MODE" 신호는 컨버터가 동작의 벅 모드에 있는지 또는 부스트 모드에 있는지 여부에 따라 동작 회로, 예를 들어, 전류 감지 및 스위치 드라이버 제어 로직을 선택하는 멀티플렉서 제어 신호처럼 거동한다. 따라서, 모드 제어 신호는 동작의 모드에 따라 벅 모드 제어 로직 드라이버(1002) 또는 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버(1008) 둘 중 어느 하나를 선택하고 또한 멀티플렉서(1012)의 출력으로부터 제공되는 전류 감지 보상 신호를 선택한다.The mode output "MODE" signal of the maximum duty cycle detection and
멀티플렉서(1012)는 VSUM_BUCK 신호 또는 VSUM_BOOST 신호 둘 중 어느 하나를 출력하도록 연결된다. VSUM_BUCK 신호는 가산기 회로(1014)에서 함께 더해지는, 전류 센서(916)로부터 감지된 전류, 벅 모드 오프셋 신호 및 벅 슬로프 보상 신호의 합계를 포함한다. VSUM_BOOST 신호는 전류 센서(916)로부터 ISNS 입력 전류 측정 신호, 부스트 모드 오프셋 신호 및 부스트 슬로프 보상 신호를 함께 더하는 것에 의해 가산기(1016)에서 발생된다. 전류 센서(916)로부터 감지된 전류 전압 ISNS은 에러 증폭기(910)가 적합한 DC 바이어스와 함께 동작하는 것을 보장하기 위해 벅 모드 오프셋 또는 부스트 모드 오프셋과 함께 합계된다. 벅 보상 슬로프 또는 부스트 보상 슬로프가 큰 듀티 사이클 동작에서 저조파 발진을 회피하기 위해 감지된 전류에 더해진다. VSUM_BUCK 보상 신호 및 VSUM_BOOST 보상 신호의 각각이 멀티플렉서(1012)의 입력에 제공된다. 벅-부스트 컨버터가 동작의 벅 모드에서 동작하는지 또는 동작의 부스트 모드에서 동작하는지 여부에 따라, VSUM _ BUCK(벅 모드) 또는 VSUM _BOOST(부스트 모드) 둘 중 어느 하나가 멀티플렉서(1012)의 모드 신호에 응답하여 선택되고, 선택된 신호는 출력 전류 보상 신호 VSUM으로서 제공된다.Multiplexer 1012 is connected to output either of the two V SUM _BUCK signal or a signal V SUM _BOOST. The V SUM _ BUCK signal includes the sum of the current sensed from the
VSUM 신호는 PWM 비교기(1015)의 반전 입력에 제공된다. PWM 비교기(1015)의 비반전 입력은 에러 증폭기(910)로부터 전압 에러 신호 VCOMP를 수신하기 위해 연결된다. VCOMP 신호는 동작의 다상 모드에서 동작의 단일 위상 모드와 관련해서 앞서 설명된 바와 같이 사용된다. PWM 비교기(1015)의 출력이 인버터(1017)에 대한 입력으로서 제공된다. 인버터(1017)로부터 반전된 출력이 OR 게이트(1018)의 제 1 입력 및 AND 게이트(1020)의 제 1 입력에 제공된다. OR 게이트(1018)의 다른 입력이 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)의 출력으로부터 MAX_D 신호를 수신하도록 연결된다. AND 게이트(1020)의 다른 입력이 인버터(1022)로부터 반전된 MAX_D 신호를 수신하기 위해 연결된다. OR 게이트(1018)의 출력이 벅 PWM 신호의 발생을 가능하게 하도록 SR 래치(1004)의 R 입력에 로직 신호를 제공한다. AND 게이트(1020)의 출력이 인버터(1024)에 제공된다. 인버터(1024)의 출력이 부스트 PWM 신호의 발생에서 어시스트(assist)하기 위해 SR 래치(1010)에 S 입력을 제공한다. 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)은 SR 래치(1004)의 출력으로부터의 PWM_BUCK 신호, SR 래치(1010)로부터의 PWM_BOOST 신호 및 클록 입력 신호에 응답해서 MAX_D 제어 신호 및 모드 제어 신호를 발생시킨다.The V SUM signal is provided to the inverting input of the
이제 도 11에 관해 언급할 때, 도시화된 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택 로직(1006)의 실행이 있다. MAX_D 신호가 SR 래치(1102)의 S 입력에 제공된다. 클록 입력 CLK는 SR 래치(1102)의 R 입력에 제공된다. SR 래치(1102)의 Q 출력이 한쌍의 AND 게이트(1104, 1106)의 일 입력에 제공된다. AND 게이트(1104)는 PWM_BUCK 신호, 인버터(1108)로부터의 반전 모드 신호 입력 및 SR 래치(1102)의 출력을 그것의 입력에서 수신한다. 유사하게, AND 게이트(1106)는 AND 게이트(1106)의 입력에서 SR 래치(1102)의 출력, 모드 신호 및 인버터(1110)로부터의 PWM_BOOST 신호의 반전된 버전을 수신한다. AND 게이트(1104)의 출력이 SR 래치(1112)의 S 입력에 제공된다. SR 래치의 R 입력은 AND 게이트(1106)의 출력을 수신한다. SR 래치(1112)의 Q 출력은 지연 래치(1114)의 D 입력에 제공되는 MODE_PRE 신호를 제공한다. 지연 래치(1114)의 클록 입력이 CLK 신호를 수신하기 위해 연결되고 지연 래치(1114)의 Q 출력은 MODE 신호를 제공한다.Referring now to FIG. 11, there is an implementation of the illustrated maximum duty cycle detection and
도 11의 회로의 기본 동작은 다음과 같다. VIN이 VOUT에 가까워질 때, 듀티 사이클은 100%에 접근한다. 각 사이클에 대한 스위칭을 유지하기 위해서, 최대 듀티 사이클 신호(MAX_D)가 미리 설정된다. PWM 신호(PWM_BUCK 및 PWM_BOOST)가 MAX_D 값에 도달하면 언제든지, 신호 MODE_PRE는 전류 동작 모드(벅 또는 부스트)에 따라 설정되거나 또는 재설정된다. 그러나 MODE_PRE는 최초로 변조기에 인가되지 않고 오직 다음 클록 신호 펄스의 수신 시에 유효하게 되며, 클록의 상승 에지는 모드 신호를 설정하고 변조기의 동작 모드를 조절한다. 각각의 변조기는 자체의 독립적인 의사 결정 회로를 가진다. The basic operation of the circuit of FIG. 11 is as follows. When V IN approaches V OUT , the duty cycle approaches 100%. In order to maintain switching for each cycle, the maximum duty cycle signal MAX_D is preset. Whenever the PWM signals PWM_BUCK and PWM_BOOST reach the MAX_D value, the signal MODE_PRE is set or reset according to the current operating mode (buck or boost). However, MODE_PRE is not first applied to the modulator but only valid upon receipt of the next clock signal pulse, and the rising edge of the clock sets the mode signal and adjusts the modulator's operating mode. Each modulator has its own independent decision circuit.
이제 도 12에 관해 언급할 때, 도시화된 벅 모드 정상 상태에서 동작하는 두개의 위상 비반전 벅 부스트 컨버터가 있고 여기서 VIN은 VOUT보다 더 크다. 이들 파형은 벅 모드에서 동작하는 벅 부스트 모드를 도시하고 여기서 VIN은 VOUT보다 더 크다. 인덕터 전류는 전류 셰어링 및 작은 출력 리플을 획득하기 위해 인터리브된다. 각 위상에서 전류가 밸런싱된다. Referring now to FIG. 12, there are two phase non-inverting buck boost converters operating in the illustrated buck mode steady state where V IN is greater than V OUT . These waveforms show the buck boost mode operating in buck mode, where V IN is greater than V OUT . Inductor currents are interleaved to obtain current sharing and small output ripple. The current is balanced in each phase.
이제 도 13에 관해 언급할 때, 도시화된 동작의 벅 모드에서의 두개의 위상 비반전 벅 부스트 컨버터가 있다. 인덕터 전류는 순수 벅 모드 및 순수 부스트 모드보다 더 복잡화된 방법으로 인터리브된다. 이 동작 영역에서, 컨버터는 출력 전압을 조절하기 위해 벅 모드와 부스트 모드 사이에서 왔다갔다한다. 이 방법으로, 또 다른 위상이 부스트 모드에서 동작하는 동안 하나의 위상은 벅 모드에서 동작할 수 있다. 이 방법으로, 출력 리플이 감소된다.Referring now to FIG. 13, there are two phase non-inverting buck boost converters in the buck mode of the illustrated operation. Inductor currents are interleaved in a more complicated way than pure buck mode and pure boost mode. In this operating region, the converter moves back and forth between buck and boost modes to regulate the output voltage. In this way, one phase can operate in buck mode while another phase operates in boost mode. In this way, output ripple is reduced.
이제 도 14에 관해 언급할 때, 도시화된 벅 모드에서 동작하는 두개의 위상 비반전 벅 부스트 컨버터가 있고 여기서 VIN은 VOUT보다 더 작다. 인덕터 전류는 전류 쉐어링 및 작은 출력 리플을 획득하기 위해 인터리브된다. 각 위상에서 전류는 밸런싱된다. Referring now to FIG. 14, there are two phase non-inverting buck boost converters operating in the illustrated buck mode, where V IN is smaller than V OUT . Inductor currents are interleaved to obtain current sharing and small output ripple. In each phase, the current is balanced.
따라서, 병렬로 다중 벅 부스트 전력 스테이지를 배치하는 것에 의해, 더 많은 전력이 획득된다. 설계는 전류 밸런싱 결과를 획득하기 위해 요구되는 추가 회로의 부가 없이 전류 밸런싱을 획득한다. 작은 출력 리플을 갖는 모두 사이에 평활 라인 트랜지션이 역시 제공된다.Thus, by placing multiple buck boost power stages in parallel, more power is obtained. The design obtains current balancing without the addition of additional circuitry required to obtain current balancing results. Smooth line transitions are also provided between all with small output ripple.
동작의 벅 모드와 부스트 모드 사이에서 트랜지션할 때 이 비반전 벅 부스트 전압 컨버터가 개선된 동작을 제공한다는 점이 본 개시의 혜택을 갖는 해당 기술분야의 당업자에 의해 인정될 것이다. 도면 및 구체화된 설명은 여기서 한정적이기보다는 설명적인 방법으로 간주되어야 하고, 개시된 소정 형태 및 예시에 대해 한정되는 것으로 의도되지 않는다는 점이 이해되어야만 한다. 반대로, 해당 기술분야의 당업자에게 명백한 임의 또 다른 변형, 변경, 재배열, 대체물, 대안, 설계 선택, 및 실시예가 다음의 청구항에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남 없이 포함된다. 따라서 다음의 청구항이 모든 그러한 또 다른 변형, 변경, 재배열, 대체물, 대안, 설계 선택, 및 실시예를 포함하는 것으로 해석된다는 점이 의도된다.It will be appreciated by those skilled in the art having the benefit of this disclosure that this non-inverting buck boost voltage converter provides improved operation when transitioning between buck and boost modes of operation. It is to be understood that the drawings and detailed description are to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense, and are not intended to be limited to the particular forms and examples disclosed. On the contrary, any further modifications, changes, rearrangements, alternatives, alternatives, design choices, and embodiments apparent to those skilled in the art are included without departing from the spirit and scope of the invention, as defined by the following claims. . Accordingly, it is intended that the following claims be interpreted to include all such alternative variations, modifications, rearrangements, substitutions, alternatives, design choices, and examples.
124: 벅 부스트 제어
202: 벅/부스트 컨버터
208: 드라이버 로직
210: 에러 증폭기 및 PWM 제어 로직
212: 전류 슬로프 보상 회로
214: 전류 센서
216: 모드 제어 로직
330: 벅 모드 제어 로직 및 드라이버
332: 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버
340: 최대 듀티 사이클 검출
342: 모드 선택 로직
344, 1012: 멀티플렉서
702: 에러 증폭기
704: 변조기 및 드라이버
706: 벅 부스트 컨버터
708: 전류 센서
802: PWM 로직
804: 드라이브 로직
806: 모드 제어 로직
808: 전류 슬로프 보상 회로
1002: 벅 모드 제어 로직 및 드라이버
1006: 최대 듀티 사이클 검출 및 모드 선택
1008: 부스트 모드 제어 로직 및 드라이버124: buck boost control
202: buck / boost converter
208: driver logic
210: error amplifier and PWM control logic
212 current slope compensation circuit
214: current sensor
216: mode control logic
330: Buck Mode Control Logic and Driver
332: Boost Mode Control Logic and Driver
340: Maximum duty cycle detection
342: mode selection logic
344, 1012: multiplexer
702: error amplifier
704 modulators and drivers
706: buck boost converter
708: current sensor
802: PWM logic
804: drive logic
806: mode control logic
808: current slope compensation circuit
1002: Buck Mode Control Logic and Driver
1006: Maximum Duty Cycle Detection and Mode Selection
1008: Boost Mode Control Logic and Driver
Claims (23)
복수의 전류 센서의 각각의 전류 센서가 상기 복수의 벅 부스트 컨버터 중 연관된 벅 부스트 컨버터에 결합되는, 연관된 벅 부스트 컨버터로의 입력 전류를 모니터링하고 연관된 위상에 대하여 전류 감지 신호를 발생시키기 위한 상기 복수의 전류 센서;
복수의 벅 부스트 모드 제어 회로의 각각의 벅 부스트 모드 제어 회로가 연관된 벅 부스트 컨버터에 결합되는, 에러 전압 및 상기 연관된 위상에 대한 전류 감지 신호에 응답하여 동작의 벅 모드에서는 피크 전류 모드 제어를 그리고 동작의 부스트 모드에서는 밸리 전류 모드 제어를 사용하여 상기 연관된 벅 부스트 컨버터를 제어하기 위한, 위상간 전류 밸런싱을 제공하는 상기 복수의 벅 부스트 모드 제어 회로; 및
상기 조절된 출력 전압에 응답하여 상기 에러 전압을 발생시키기 위한, 상기 복수의 모드 제어 회로 및 상기 복수의 벅 부스트 컨버터에 결합된 전압 에러 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.Each of the plurality of buck boost converters for generating a regulated output voltage in response to an input voltage associated with a separate phase of the multiphase non-inverting buck boost voltage converter;
Said plurality of current sensors of a plurality of current sensors coupled to an associated buck boost converter of said plurality of buck boost converters, said plurality of current sensors for monitoring input current to an associated buck boost converter and generating a current sense signal for an associated phase. Current sensor;
Draw and operate peak current mode control in the buck mode of operation in response to an error voltage and a current sense signal for the associated phase, each buck boost mode control circuit of the plurality of buck boost mode control circuits coupled to an associated buck boost converter. The plurality of buck boost mode control circuits to provide inter-phase current balancing for controlling the associated buck boost converter using valley current mode control in a boost mode of the control mode; And
And a voltage error circuit coupled to said plurality of mode control circuits and said plurality of buck boost converters for generating said error voltage in response to said regulated output voltage. .
상기 전압 에러 회로는 상기 조절된 출력 전압 및 기준 전압에 응답해서 상기 에러 전압을 발생시키기 위한 에러 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.The method according to claim 1,
And the voltage error circuit further comprises an error amplifier for generating the error voltage in response to the regulated output and reference voltages.
상기 복수의 벅 부스트 모드 제어 회로의 각각의 벅 부스트 모드 제어 회로는:
최대 듀티 사이클 검출 신호, 상기 에러 전압 및 상기 전류 감지 신호에 응답해서 벅 PWM 제어 신호 및 부스트 PWM 제어 신호를 발생시키기 위한 PWM 제어 로직;
상기 벅 PWM 제어 신호 및 모드 신호에 응답해서 하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호 및 로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호를 발생시키기 위한 PWM 제어 로직에 결합된 벅 모드 제어 및 드라이브 회로;
상기 부스트 PWM 제어 신호 및 상기 모드 신호에 응답해서 하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호 및 로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호를 발생시키기 위한, PWM 제어 로직에 결합된 부스트 모드 제어 및 드라이브 회로; 및
상기 벅 PWM 제어 신호 및 상기 부스트 PWM 제어 신호에 응답해서 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호 및 상기 모드 신호를 발생시키기 위한, 상기 벅 모드 제어 및 드라이브 회로 및 상기 부스트 모드 제어 및 드라이브 회로에 결합된 모드 제어 로직을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.The method according to claim 1,
Each buck boost mode control circuit of the plurality of buck boost mode control circuits is:
PWM control logic for generating a buck PWM control signal and a boost PWM control signal in response to a maximum duty cycle detection signal, the error voltage and the current sense signal;
A buck mode control and drive circuit coupled to the PWM control logic to generate a high side buck switching transistor control signal and a low side buck switching transistor control signal in response to the buck PWM control signal and mode signal;
A boost mode control and drive circuit coupled to the PWM control logic to generate a high side boost switching transistor control signal and a low side boost switching transistor control signal in response to the boost PWM control signal and the mode signal; And
Mode control logic coupled to the buck mode control and drive circuit and the boost mode control and drive circuit for generating the maximum duty cycle detection signal and the mode signal in response to the buck PWM control signal and the boost PWM control signal. The multi-phase non-inverting buck boost voltage converter further comprising.
보상 전압을 발생시키기 위한 전류 제어 보상 회로를 더 포함하고, 제 1 상태에서 상기 모드 신호에 응답해서, 상기 보상 전압이 모니터링된 입력 전류, 벅 모드 오프셋 신호 및 벅 모드 슬로프 보상 신호에 응답해서 발생되고 그리고 제 2 상태에서 상기 모드 신호에 응답해서, 상기 보상 전압이 상기 모니터링된 입력 전류, 부스트 모드 오프셋 신호 및 부스트 모드 슬로프 보상 신호에 응답해서 발생되는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.The method of claim 3,
A current control compensation circuit for generating a compensation voltage, wherein in response to the mode signal in a first state, the compensation voltage is generated in response to a monitored input current, a buck mode offset signal and a buck mode slope compensation signal; And in response to the mode signal in a second state, the compensation voltage is generated in response to the monitored input current, boost mode offset signal, and boost mode slope compensation signal.
상기 전류 제어 보상 회로는:
벅 전압 보상 신호를 발생시키기 위해 상기 모니터링된 입력 전류, 상기 벅 모드 오프셋 신호 및 상기 벅 모드 슬로프 보상 신호를 더하기 위한 제 1 가산기;
부스트 전압 보상 신호를 발생시키기 위해 상기 모니터링된 입력 전류, 상기 부스트 모드 오프셋 신호 및 상기 부스트 모드 슬로프 보상 신호를 더하기 위한 제 2 가산기; 및
상기 모드 신호에 응답해서 상기 전압 보상 신호로서 상기 벅 전압 보상 신호 또는 상기 부스트 전압 보상 신호를 선택하기 위한 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.5. The method of claim 4,
The current control compensation circuit is:
A first adder for adding the monitored input current, the buck mode offset signal and the buck mode slope compensation signal to generate a buck voltage compensation signal;
A second adder for adding the monitored input current, the boost mode offset signal and the boost mode slope compensation signal to generate a boost voltage compensation signal; And
And a multiplexer for selecting the buck voltage compensation signal or the boost voltage compensation signal as the voltage compensation signal in response to the mode signal.
상기 모드 제어 로직은:
상기 벅 PWM 제어 신호 및 상기 부스트 PWM 제어 신호에 응답해서 최대 듀티 사이클 조건을 검출하고 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호를 발생시키기 위한 최대 듀티 사이클 검출 회로; 및
상기 최대 듀티 사이클 검출 신호 및 클록 신호에 응답해서 상기 부스트 모드 또는 상기 벅 모드에서의 동작을 나타내는 상기 모드 신호를 발생시키기 위한 모드 선택 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.The method of claim 3,
The mode control logic is:
A maximum duty cycle detection circuit for detecting a maximum duty cycle condition and generating the maximum duty cycle detection signal in response to the buck PWM control signal and the boost PWM control signal; And
And a mode selection circuit for generating said mode signal indicative of operation in said boost mode or said buck mode in response to said maximum duty cycle detection signal and a clock signal.
상기 모드 제어 로직은:
최대 듀티 사이클 값에 도달하는 상기 벅 PWM 제어 신호 또는 상기 부스트 PWM 제어 신호에 응답해서 제 1 값을 설정하기 위한 제 1 제어 로직; 및
클록 신호에 응답해서 상기 모드 신호로서 상기 제 1 값을 출력하기 위한 제 2 제어 로직을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.The method of claim 3,
The mode control logic is:
First control logic to set a first value in response to the buck PWM control signal or the boost PWM control signal reaching a maximum duty cycle value; And
And a second control logic for outputting the first value as the mode signal in response to a clock signal.
상기 복수의 벅 부스트 컨버터의 각각의 벅 부스트 컨버터는:
하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터;
로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터;
하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터; 및
로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터를 더 포함하고,
동작의 상기 벅 모드에서 상기 하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호 및 상기 로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호에 응답해서 상기 하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터는 켜지고 상기 로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터는 꺼지며, 그리고 상기 하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터와 상기 로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터는 상기 하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호와 상기 로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호에 응답해서 선택적으로 스위칭되고, 그리고
동작의 상기 부스트 모드에서, 상기 하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호 및 상기 로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호에 응답해서 상기 하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터는 켜지고 상기 로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터는 꺼지며, 그리고 상기 하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터와 상기 로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터는 상기 하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호와 상기 로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호에 응답해서 선택적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 컨버터.The method of claim 3,
Each buck boost converter of the plurality of buck boost converters is:
High side buck switching transistors;
Low side buck switching transistor;
High side boost switching transistors; And
Further comprising a low side boost switching transistor,
In response to the high side boost switching transistor control signal and the low side boost switching transistor control signal in the buck mode of operation, the high side boost switching transistor turns on and the low side boost switching transistor turns off, and the high side buck switching A transistor and the low side buck switching transistor are selectively switched in response to the high side buck switching transistor control signal and the low side buck switching transistor control signal, and
In the boost mode of operation, in response to the high side buck switching transistor control signal and the low side buck switching transistor control signal, the high side buck switching transistor is turned on and the low side buck switching transistor is turned off, and the high side boost And the switching transistor and the low side boost switching transistor are selectively switched in response to the high side boost switching transistor control signal and the low side boost switching transistor control signal.
상기 PWM 제어 로직은:
상기 보상 전압과 상기 에러 전압을 비교하고 그에 응답해서 제 1 PWM 신호를 발생시키기 위한 PWM 비교기;
상기 제 1 PWM 신호 및 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호에 응답해서 제 2 PWM 신호 및 제 3 PWM 신호를 발생시키기 위한 PWM 제어 로직;
상기 제 2 PWM 신호와 클록 신호에 응답해서 상기 벅 PWM 제어 신호를 발생시키기 위한 제 1 래치; 및
상기 제 3 PWM 신호 및 상기 클록 신호에 응답해서 상기 부스트 PWM 제어 신호를 발생시키기 위한 제 2 래치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.5. The method of claim 4,
The PWM control logic is:
A PWM comparator for comparing said compensation voltage with said error voltage and generating a first PWM signal in response thereto;
PWM control logic for generating a second PWM signal and a third PWM signal in response to the first PWM signal and the maximum duty cycle detection signal;
A first latch for generating the buck PWM control signal in response to the second PWM signal and a clock signal; And
And a second latch for generating said boost PWM control signal in response to said third PWM signal and said clock signal.
상기 복수의 벅 부스트 모드 제어 회로의 각각의 벅 부스트 모드 제어 회로에 제공된 상기 에러 전압은 상기 위상 사이에 상기 전류 밸런싱을 제공하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터.The method according to claim 1,
And said error voltage provided to each buck boost mode control circuit of said plurality of buck boost mode control circuits provides said current balancing between said phases.
복수의 벅 부스트 컨버터의 각각의 벅 부스트 컨버터가 상기 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 분리 위상과 연관된, 복수의 벅 부스트 컨버터로의 입력 전압에 응답해서 조절된 출력 전압을 발생시키는 단계;
상기 각각의 벅 부스트 컨버터에 대한 입력 전류를 모니터링하는 단계;
상기 각각의 벅 부스트 컨버터의 각각에 대해 전류 감지 신호를 발생시키는 단계;
상기 벅 부스트 컨버터와 연관된 에러 전압 및 상기 전류 감지 신호에 응답해서 동작의 벅 모드에서 피크 전류 모드 제어 및 동작의 부스트 모드에서 밸리 전류 모드 제어를 사용하여 상기 각각의 상기 벅 부스트 컨버터를 제어하는 단계; 및
상기 각각의 벅 부스트 컨버터에 대한 상기 에러 전압 및 상기 전류 감지 신호에 응답해서 상기 복수의 벅 부스트 컨버터 사이에 복수의 위상 전류를 밸런싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.A method for controlling a multiphase non-inverting buck boost voltage converter,
Each buck boost converter of the plurality of buck boost converters generating a regulated output voltage in response to an input voltage to the plurality of buck boost converters associated with a separate phase of the multiphase non-inverting buck boost voltage converter;
Monitoring an input current for each buck boost converter;
Generating a current sense signal for each of the buck boost converters;
Controlling each of the buck boost converters using peak current mode control in a buck mode of operation and valley current mode control in a boost mode of operation in response to an error voltage and the current sense signal associated with the buck boost converter; And
Balancing a plurality of phase currents between the plurality of buck boost converters in response to the error voltage and the current sense signal for each of the buck boost converters. Control method.
상기 조절된 출력 전압 및 기준 전압에 응답해서 상기 에러 전압을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.12. The method of claim 11,
And generating the error voltage in response to the regulated output voltage and a reference voltage.
상기 제어하는 단계는:
최대 듀티 사이클 검출 신호, 상기 에러 전압 및 보상 전압에 응답해서 벅 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 벅 PWM 제어 신호 및 모드 신호에 응답해서 하이 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호 및 로우 사이드 벅 스위칭 트랜지스터 제어 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.12. The method of claim 11,
The controlling step is:
Generating a buck PWM control signal in response to a maximum duty cycle detection signal, the error voltage and a compensation voltage; And
Generating a high side buck switching transistor control signal and a low side buck switching transistor control signal in response to the buck PWM control signal and the mode signal.
동작의 부스트 모드에서 상기 제어하는 단계는:
최대 듀티 사이클 검출 신호, 에러 전압 및 보상 전압에 응답해서 벅 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계;
상기 최대 듀티 사이클 검출 신호, 상기 에러 전압 및 상기 보상 전압에 응답해서 부스트 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계;
상기 부스트 PWM 제어 신호 및 모드 신호에 응답해서 하이 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호 및 로우 사이드 부스트 스위칭 트랜지스터 제어 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 벅 PWM 제어 신호 및 상기 부스트 PWM 제어 신호에 응답해서 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호 및 상기 모드 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.12. The method of claim 11,
In the boost mode of operation the controlling step is:
Generating a buck PWM control signal in response to the maximum duty cycle detection signal, error voltage and compensation voltage;
Generating a boost PWM control signal in response to the maximum duty cycle detection signal, the error voltage, and the compensation voltage;
Generating a high side boost switching transistor control signal and a low side boost switching transistor control signal in response to the boost PWM control signal and a mode signal; And
And generating the maximum duty cycle detection signal and the mode signal in response to the buck PWM control signal and the boost PWM control signal.
상기 보상 전압을 발생시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 제 1 상태에서 상기 모드 신호에 응답해서, 상기 보상 전압은 모니터링된 입력 전류, 벅 모드 오프셋 신호 및 벅 모드 슬로프 보상 신호를 포함하고, 그리고 제 2 상태에서 상기 모드 신호에 응답해서, 상기 보상 전압은 상기 모니터링된 입력 전류, 부스트 모드 오프셋 신호 및 부스트 모드 슬로프 보상 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.15. The method of claim 14,
Generating the compensation voltage, wherein in response to the mode signal in a first state, the compensation voltage comprises a monitored input current, a buck mode offset signal and a buck mode slope compensation signal, and a second In response to the mode signal in a state, the compensation voltage comprises the monitored input current, a boost mode offset signal, and a boost mode slope compensation signal.
상기 보상 전압을 발생시키는 단계는:
벅 전압 보상 신호를 발생시키기 위해 상기 모니터링된 입력 전류, 상기 벅 모드 오프셋 신호 및 상기 벅 모드 슬로프 보상 신호를 더하는 단계;
부스트 전압 보상 신호를 발생시키기 위해 상기 모니터링된 입력 전류, 상기 부스트 모드 오프셋 신호 및 상기 부스트 모드 슬로프 보상 신호를 더하는 단계;
상기 제 1 상태 또는 상기 제 2 상태에 응답해서 상기 전압 보상 신호로서 상기 벅 전압 보상 신호 또는 상기 부스트 전압 보상 신호를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.16. The method of claim 15,
Generating the compensation voltage may include:
Adding the monitored input current, the buck mode offset signal and the buck mode slope compensation signal to generate a buck voltage compensation signal;
Adding the monitored input current, the boost mode offset signal and the boost mode slope compensation signal to generate a boost voltage compensation signal;
Selecting the buck voltage compensation signal or the boost voltage compensation signal as the voltage compensation signal in response to the first state or the second state. .
상기 최대 듀티 사이클 검출 신호 및 상기 모드 신호를 상기 발생시키는 단계는:
상기 벅 PWM 제어 신호 및 상기 부스트 PWM 제어 신호에 응답해서 최대 듀티 사이클 조건을 검출하는 단계;
상기 검출된 최대 듀티 사이클 조건에 응답해서 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 최대 듀티 사이클 검출 신호 및 클록 신호에 응답해서 상기 부스트 모드 또는 상기 벅 모드에서의 동작을 나타내는 상기 모드 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.15. The method of claim 14,
The generating of the maximum duty cycle detection signal and the mode signal includes:
Detecting a maximum duty cycle condition in response to the buck PWM control signal and the boost PWM control signal;
Generating the maximum duty cycle detection signal in response to the detected maximum duty cycle condition; And
Generating the mode signal indicative of operation in the boost mode or the buck mode in response to the maximum duty cycle detection signal and a clock signal.
상기 벅 PWM 제어 신호 및 상기 부스트 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계는:
상기 보상 전압과 상기 에러 전압을 비교하고 그에 응답해서 제 1 PWM 신호를 발생시키는 단계;
상기 제 1 PWM 신호 및 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호에 응답해서 제 2 PWM 신호 및 제 3 PWM 신호를 발생시키는 단계;
상기 제 2 PWM 신호와 클록 신호에 응답해서 상기 벅 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 제 3 PWM 신호와 상기 클록 신호에 응답해서 상기 부스트 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.15. The method of claim 14,
Generating the buck PWM control signal and the boost PWM control signal may include:
Comparing the compensation voltage with the error voltage and generating a first PWM signal in response thereto;
Generating a second PWM signal and a third PWM signal in response to the first PWM signal and the maximum duty cycle detection signal;
Generating the buck PWM control signal in response to the second PWM signal and a clock signal; And
And generating the boost PWM control signal in response to the third PWM signal and the clock signal.
상기 제어하는 단계는:
상기 보상 전압과 상기 에러 전압을 비교하고 그에 응답해서 제 1 PWM 신호를 발생시키는 단계;
상기 제 1 PWM 신호 및 상기 최대 듀티 사이클 검출 신호에 응답해서 제 2 PWM 신호와 제 3 PWM 신호를 발생시키는 단계;
상기 제 2 PWM 신호와 클록 신호에 응답해서 상기 벅 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 제 3 PWM 신호와 상기 클록 신호에 응답해서 상기 부스트 PWM 제어 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.14. The method of claim 13,
The controlling step is:
Comparing the compensation voltage with the error voltage and generating a first PWM signal in response thereto;
Generating a second PWM signal and a third PWM signal in response to the first PWM signal and the maximum duty cycle detection signal;
Generating the buck PWM control signal in response to the second PWM signal and a clock signal; And
And generating the boost PWM control signal in response to the third PWM signal and the clock signal.
상기 밸런싱하는 단계는 상기 각각의 벅 부스트 컨버터에 대한 상기 전류 감지 신호와 상기 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 상기 위상과 연관된 에러 전압을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터의 제어 방법.12. The method of claim 11,
The balancing step further includes comparing the current sense signal for each buck boost converter with the error voltage associated with the phase of the multiphase non-inverted buck boost voltage converter. Control method of the voltage converter.
상기 입력 전류에 응답해서 제 1 전류 감지 신호를 발생시키는 단계;
상기 벅 부스트 전압 컨버터의 출력 전압을 모니터링하는 단계;
상기 출력 전압에 응답해서 보상 전압 신호를 발생시키는 단계;
상기 보상 전압 신호 및 상기 제 1 전류 감지 신호에 응답해서 제 1 복수의 드라이브 신호를 발생시키는 단계;
제 1 복수의 드라이브 신호 및 제 1 전류 감지 신호에 응답해서 상기 출력 전압을 발생시키는 단계;
상기 벅 부스트 전압 컨버터의 제 2 벅 부스트 컨버터로의 상기 입력 전류를 모니터링하는 단계;
상기 입력 전류에 응답해서 제 2 전류 감지 신호를 발생시키는 단계;
상기 보상 전압 신호 및 상기 제 2 전류 감지 신호에 응답해서 제 2 복수의 드라이브 신호를 발생시키는 단계; 및
상기 제 2 복수의 드라이브 신호 및 상기 제 2 전류 감지 신호에 응답해서 상기 출력 전압을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅 부스트 전압 컨버터를 제어하기 위한 방법.Monitoring the input current of the buck boost voltage converter to the first buck boost converter;
Generating a first current sense signal in response to the input current;
Monitoring the output voltage of the buck boost voltage converter;
Generating a compensation voltage signal in response to the output voltage;
Generating a first plurality of drive signals in response to the compensation voltage signal and the first current sense signal;
Generating the output voltage in response to a first plurality of drive signals and a first current sense signal;
Monitoring the input current of the buck boost voltage converter to a second buck boost converter;
Generating a second current sense signal in response to the input current;
Generating a second plurality of drive signals in response to the compensation voltage signal and the second current sense signal; And
Generating the output voltage in response to the second plurality of drive signals and the second current sense signal.
제 1 최대 듀티 사이클 조건이 검출되는지 여부를 결정하는 단계;
상기 제 1 최대 듀티 사이클 조건이 검출된다면, 제 2 모드에서 상기 벅 부스트 컨버터를 동작시키는 단계;
제 2 최대 듀티 사이클 조건이 검출되는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 제 2 최대 듀티 사이클 조건이 검출된다면, 상기 제 1 모드에서 벅 부스트 컨버터를 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상 비반전 벅 부스트 컨버터에서 벅 부스트 컨버터를 동작시키기 위한 방법.Operating the buck boost converter in a first mode;
Determining whether a first maximum duty cycle condition is detected;
Operating the buck boost converter in a second mode if the first maximum duty cycle condition is detected;
Determining whether a second maximum duty cycle condition is detected; And
If the second maximum duty cycle condition is detected, operating a buck boost converter in the first mode.
상기 제 1 모드는 동작의 피크 전류 제어 모드이고, 상기 제 2 모드는 동작의 밸리 전류 제어 모드이며, 그리고 결정하는 동작은 모드 제어 로직 유니트에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. The method of claim 22,
The first mode is a peak current control mode of operation, the second mode is a valley current control mode of operation, and the determining operation is performed by a mode control logic unit.
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