Design and Implementation of a Fast-Transient Capacitorless LDO for Wireless Power Transfer Systems
- 주제(키워드) Capacitorless , low dropout regulator (LDO) , dynamic current injection , hybrid gate drive , wireless power transfer
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082431
- UCI I804:11029-000000082431
- 본문언어 영어
- 저작권 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록(요약문)
This thesis presents the design and implementation of a capacitorless low dropout regulator (LDO), designed to achieve both fast transient response and stable voltage regulation required in wireless power transfer (WPT) environments. The proposed LDO is based on a hybrid gate-drive (HGD) structure that combines the gate driving capability of an adaptive buffer with an instantaneous feedforward compensation path enabled by a dynamic current injection circuit (DCIC). This structure achieves nanosecond-level fast transient response and the effective suppression of overshoot and undershoot without using an external output capacitor. The proposed LDO was fabricated in a 0.13 μm BCD process and integrates a bandgap voltage reference (BGR) for stable reference voltage generation and multi-rail power supply on a single chip. Measurement results show that the BGR demonstrates a line sensitivity of 2.891 mV/V and a temperature coefficient (TC) of 11.54 ppm/℃ across an input voltage (VIN) range of 3.2–5 V. The implemented multi-rail LDO provides four stable output voltages of 3.0 V, 1.1 V, 0.9 V, and 0.7 V. DC measurements show a line regulation of 4.94 mV/V and a load regulation of 155 μV/mA. In load transient response measurements, where the LDO supplied up to 100 mA at a dropout voltage of 200 mV, the maximum overshoot and undershoot were measured as 128 mV and 111 mV, respectively, with a maximum settling time of 590ns.
more초록(요약문)
본 연구에서는 무선전력전송(WPT) 환경에서 요구되는 빠른 과도 응답성과 안정적인 전압 조절 능력을 확보하기 위해, 외부 출력 캐패시터 없이 동작하는 캐패시터리스 LDO를 설계하고 구현하였다. 제안된 LDO는 적응형 버퍼(adaptive buffer)를 통한 안정적인 게이트 구동과 Dynamic Current Injection Circuit (DCIC)을 이용한 순간적 feedforward 보상 경로를 결합한 하이브리드 게이트 드라이브 구조를 기반으로 하며, 이를 통해 ns 수준의 빠른 transient 응답과 오버슈트와 언더슈트의 효과적인 억제를 달성한다. 제안한 LDO는 0.13 μm BCD 공정으로 제작되었으며, 기준전압 생성을 위한 밴드갭 레퍼런스(BGR) 및 멀티 레일 전원 공급 기능을 단일 칩 내에 통합하였다. 측정 결과, BGR은 입력 전압 3.2–5 V 범위에서 2.891 mV/V의 line sensitivity와 11.54 ppm/℃의 온도 계수를 보였고, 멀티 레일 LDO 출력은 3.0 V, 1.1 V, 0.9 V, 0.7 V의 네 가지 출력 전압을 안정적으로 제공하였다. DC 특성 측정 결과, 라인 레귤레이션은 4.94 mV/V, 부하 레귤레이션은 155 μV/mA로 나타났으며, 부하 과도 응답 측정에 서는 최대 100 mA의 전류를 공급하며, 드롭아웃 전압이 200 mV인 조건에서 오버슈트와 언더슈트가 최대 128 mV, 111 mV이며, 최대 정착 시간은 590 ns로 확인되었다.
more목차
Abstract
요 약
1. Introduction 1
2. Design and Analysis of the Proposed LDO 4
2.1 Capacitorless LDO Architecture and Circuit Implementation 4
2.2 Bandgap Voltage Reference 7
2.3 Hybrid Gate-Drive (HGD) Scheme and Transient Operation 9
2.4 Stability Analysis 12
3. Experimental Results 16
3.1 Chip Implementation and Measurement Setup 16
3.2 BGR and Multi-Rail LDO Performance 18
3.3 Transient Response and PSRR Performance 21
4. Conclusion 25
References
