온칩 콕크로프트-월튼 전하 펌프의 분할 단계 제어를 통한 소프트 충전 작동 향상 및 1-mA 부하 조건 하 전압 이득 9.4 전력 효율 60.83% 달성(An) on-chip Cockcroft-Walton switched-capacitor converter using split-phase control for improved soft-charging with 9.4 conversion gain and 60.83% efficiency at 1-mA load

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전하 펌프는 초음파 이미징 회로, 심박 동기 등을 위한 신경 자극 회로 등 칩 내부에서 작은 입력 전압으로부터 큰 출력 전압을 만들어 내기 위해 주로 사용된다. 높은 전압 이득을 얻어야 하는 환경에서 기존의 부스트 컨버터에 비해 전하 펌프가 칩 내 구현 측면에서 유리하다. 그러나, 전하 펌프는 낮은 스위칭 주파수 대역에서는 캐패시터 사이의 전하 이동으로 인한 전력 손실, 중간 스위칭 주파수 대역에서는 스위치의 저항으로 인한 도통 손실, 그리고 높은 스위칭 주파수 대역에서는 스위치의 게이트 커패시턴스로 인한 스위칭 손실이 일어나 효율이 전체적으로 떨어지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 입력 단 혹은 출력 단에 인덕터 또는 벅/부스트 컨버터를 달아 소프트 충전 작동을 구현한 하이브리드 전하 펌프가 제안되었다. 한편, 콕크로프트-월튼 전하 펌프의 구조는 스위치와 캐패시터 양 단에 최대 입력 전압의 2배까지만 전압이 걸린다는 점에서 칩 내 구현에 유리하다. 그러나, 인덕터를 달아 소프트 충전을 하는 방식으로 전력 손실 개선을 충분히 할 수 없다는 단점을 가진다. 이 논문에서는 분할 단계 제어 기법을 적용하여 콕크로프트-월튼 구조의 소프트 충전 작동을 개선시키는 기술을 제안하였다. 제안한 분할 단계 제어를 통해 1-mA 전류 부하에서 9.4의 전압 이득을 얻는 동시에, 60.83%의 전력 효율을 달성하였다.
Advisors
제민규researcherJe, Minkyuresearcher
Description
한국과학기술원 :전기및전자공학부,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2020
Identifier
325007
Language
kor
Description

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학부, 2020.2,[37 p. :]

Keywords

하이브리드 전하 펌프▼a소프트 충전▼a콕크로프트-월튼 구조▼a분할 단계 제어; Resonant switched-capacitor converter▼aSoft-charging▼aCockcroft-Walton topology▼aSplit-phase control

URI
http://hdl.handle.net/10203/283803
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=901535&flag=dissertation
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EE-Theses_Master(석사논문)
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