In response to the demands of modern society that pursues the convenience of using smartphones, continuous battery fast charging standards are being developed. Power management integrated circuits for battery chargers have come to operate at a wider input voltage to provide high power to the battery for fast charging. Accordingly, a 3-level DC-DC step-down converter that can use a switch with a lower withstand voltage than the existing 2-level DC-DC step-down converter has attracted attention as a good solution as a power management integrated circuit for battery chargers. However, the 3-level DC-DC step-down converter has no defined controller at VCR near 0.5, and because it uses a flying capacitor, most of the 3-level DC-DC step-down converters so far are used with a fixed frequency in a limited input voltage range did. In the case of a 3-level DC-DC step-down converter that can operate at any input voltage, an additional mode was defined at a VCR near 0.5, but mode transition was required and operated with a nearly constant frequency. In this paper, a 3-level DC-DC step-down converter with high efficiency under wide input voltage and load conditions without mode transition issues by using a single controller unified at all input voltages while using pulse-frequency modulation control and pulse width modulation.
스마트폰 사용의 편리함을 추구하는 현대 사회의 수요에 맞춰 지속적인 배터리 고속 충전 규격 개발이 이루어지고 있다. 배터리 충전기용 전력 관리 집적 회로는 고속 충전을 위해 배터리에 더 큰 전력을 공급할 수 있도록 더 넓은 입력 전압에서 동작하게 되었다. 이에 따라 기존의 2-레벨 직류-직류 강압 변환기보다 낮은 내압의 스위치를 사용할 수 있는 3-레벨 직류-직류 강압 변환기가 배터리 충전기용 전력 관리 집적 회로로서 좋은 솔루션으로 주목받았다. 그러나 3-레벨 직류-직류 강압 변환기는 0.5 근처의 변압비에서 컨트롤러가 정의되지 않으며, 플라잉 커패시터를 사용하기 때문에 지금까지 3-레벨 직류-직류 강압 변환기는 대부분 제한된 입력 전압 범위에서 고정 주파수로 사용하였다. 모든 입력 전압에서 동작할 수 있는 3-레벨 직류-직류 강압 변환기의 경우 0.5 근처 변압비에서 추가적인 모드를 정의하였다. 그러나 모드 전환이 필요하고 거의 일정한 주파수로 동작하였다. 본 논문은 펄스-주파수 변조 제어와 펄스 폭 변조를 사용하면서, 모든 입력 전압에서 통일된 하나의 컨트롤러를 사용하여 모드 전환 이슈 없이 넓은 입력 전압과 부하 조건에서 높은 효율을 가지는 3-레벨 직류-직류 강압 변환기를 제안한다.
