전기전자공학과

KANGWON NATIONAL UNIVERSITY

IT대학 전기전자공학과 황인철 교수 연구실(지능회로및시스템연구실)의 이여진 학생(박사과정)이 제1저자로 쓴 연구 논문이 IEEE 「Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs」(TCAS-II)에 게재 승인됐다.

TCAS-II는 IEEE Circuits and Systems Society가 발행하는 회로 및 시스템 설계 분야의 대표적인 SCIE 국제학술지다. 최신 JCR(2026년 발표) 기준 영향력 지수(Impact Factor)는 4.6이다.

논문 제목은 ‘A Duty-Cycle-Based Adaptive Mode-Transition Buck-Boost Converter Without Explicit VIN Sensing’이다. 제1저자인 이여진 학생이 연구를 주도했고, 황인철 교수가 교신저자로 연구를 지도했다.

배터리로 구동하는 RGB LED 드라이버는 배터리 전압이 계속 떨어지고, LED 색상마다 필요한 전압도 달라 강압(buck)과 승압(boost)을 모두 지원해야 한다. 기존 방식은 고속 비교기 여러 개로 입력 전압(VIN)과 출력 전압(VOUT)을 직접 비교해 동작 모드를 정했다. 이 때문에 회로가 복잡해지고, 칩 면적이 커지며, 대기 전력이 늘어나 경부하 효율이 떨어졌다.

연구팀은 출력 전압이 일정하게 제어되는 상태에서는 입력 전압의 변화가 duty cycle에 그대로 반영된다는 점에 주목했다. 그래서 입력 전압을 직접 측정하지 않고 duty cycle만 보고 동작 모드를 자동으로 바꾸는 buck-boost DC-DC converter를 개발했다. 내장된 charge pump가 duty cycle 차이를 시간에 걸쳐 누적해 모드를 판단한다. 덕분에 고속 아날로그 비교기 대신 간단한 semi-digital 회로로 구현하면서도 공정, 전압, 온도(PVT) 변화에 안정적으로 동작한다. 모드 판단 회로의 소모 전류는 64µA 수준이다.

제안한 칩은 0.18µm BCDMOS 공정으로 제작됐고 면적은 1.57mm²다. 측정 결과 입력 전압 2.8~4.8V 범위에서 buck, buck-boost, boost 모드 사이를 매끄럽게 전환하면서 3.3V 출력을 안정적으로 유지했다. 최대 부하전류 100mA 조건에서 최고 전력변환효율 94%를 달성해, 비교 대상 최신 연구들(90.7~92.0%)보다 높은 효율을 보였다. LED 순방향 전압이 2.0~3.4V로 바뀌어도 LED 구동 전류 변동은 0.8% 미만으로, LED 색상과 관계없이 일정한 구동 성능을 확인했다.

이번 연구는 웨어러블 기기, 휴대용 전자기기 등 배터리로 구동하는 시스템의 소형·고효율 전원관리 IC에 활용될 것으로 기대된다.

공동저자로는 지능회로및시스템연구실의 권순주, 최주원 학생, 삼성전자 박용인 연구원, 핀란드 Tampere University의 Muhammad Abrar Akram 교수(공동 교신저자)가 참여했다. 이번 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원(KIAT)의 지원, 그리고 RISE 사업의 지원을 받아 수행됐다.

논문명: A Duty-Cycle-Based Adaptive Mode-Transition Buck-Boost Converter Without Explicit VIN Sensing 학술지: IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs DOI: 10.1109/TCSII.2026.3743931