Abstract
We suggest a low area and high efficiency switched-mode power supply (SMPS) with a pulse width modulation (PWM) generator based on a pseudo relaxation-oscillating technique. In the proposed circuit, the PWM duty ratio is determined by the voltage slope control of an internal capacitor according to amount of charging current in a PWM generator. Compared to conventional SMPSs, the proposed control method consists of a simple structure without the filter circuits needed for an analog-controlled SMPS or the digital compensator used by a digitally-controlled SMPS. The proposed circuit is able to operate at switching frequency of 1MHz~10MHz, as this frequency can be controlled from the selection of one of the internal capacitors in a PWM generator. The maximum current of the core circuit is 2.7 mA, and the total current of the entire circuit including output buffer driver is 15 mA at 10 MHz switching frequency. The proposed SMPS has a simulated maximum ripple voltage of 7mV. In this paper, to verify the operation of the proposed circuit, we performed simulation using Dongbu Hitek BCD $0.35{\mu}m$ technology and measured the proposed circuit.
본 논문에서는 새로운 기법의 PWM 발생기를 이용한 저면적, 고효율 SMPS를 제안한다. 제안된 회로에서 PWM의 duty ratio는 pseudo relaxation-oscillation technique를 이용한 PWM 발생기의 내부 커패시터 전압 기울기를 제어하는 방식으로 결정된다. 기존의 SMPS들에 비해, 제안된 제어 방식은 loop bandwidth 보상을 위해 기존의 아날로그 제어방식의 SMPS에서 요구되는 필터회로나 디지털 제어방식의 SMPS에서 요구되는 디지털 compensator가 필요 없기 때문에 단순한 구조로 구성된다. 또한, 제안된 회로는 PWM 발생기의 내부 캐패시터 용량 변화를 통해 1MHz~10MHz까지 스위칭 주파수를 사용자가 선택할 수 있다. 시뮬레이션 수행결과 제안된 SMPS는 10MHz 스위칭 주파수를 선택했을 때 내부회로에서 소모되는 전류는 최대 2.7mA, 파워 Trail을 제외한 전체 시스템의 전류 소모는 15mA였다. 또한, 제안된 SMPS는 시뮬레이션으로 3.3V출력에서 9mV의 최대 리플 전압이 발생하였다. 본 논문에서는 동부하이텍 BCD $0.35{\mu}m$ 공정 파라미터를 이용한 시뮬레이션 및 칩 테스트를 통해 제안된 회로를 검증하였다.
