본 논문에서는 사물인터넷(Internet of Things) 응용을 위한, 매우 높은 경부하(라이트-로드) 효율을 가지며 리플 전압이 낮은 펄스-주파수 변조(Pulse-Frequency Modulation, PFM) 벅(buck) 컨버터를 제시한다. PFM 벅 컨버터는 경부하에서의 효율이 더 높기 때문에 널리 사용된다. 그러나 이는 펄스폭 변조(Pulse-Width Modulation) 방식의 대응 구조보다 리플 전압이 더 크다. PFM 벅 컨버터의 리플 전압은 출력 커패시턴스를 증가시킴으로써 감소시킬 수 있지만, 이 경우 컨트롤러 손실이 증가하여 경부하 효율이 저하되는 것을 본 연구에서 확인하였다. 본 문제는 본 논문에서 IC 측정으로 분석하고 검증하였다. 제안하는 PFM 벅 컨버터는 정적 비교기를 동적 비교기로 대체함으로써, 낮은 리플 전압에서도 컨트롤러 손실을 현저히 감소시킨다. 동적 비교기는 높은 전압 이득, 빠른 평가 속도, 그리고 낮은 전력 소비를 제공한다. 또한 컨트롤러 손실을 추가로 줄이기 위해, off 제어 회로를 선택적으로 차단하는 동적 셧다운 제어(dynamic shutdown control) 방법을 사용한다. 제안된 PFM 벅 컨버터는 0.35-μm CMOS 기술로 제작되었다. 출력 리플 전압의 크기와 변동폭은 각각 3 mV와 2 mV이며, 경부하 효율과 피크 효율은 각각 81.1% 및 94.8%이다.

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