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2021.09.15 DC/DC

다이오드를 사용한 LDO의 병렬 접속

LDO 리니어 레귤레이터의 병렬 접속


지난 편
에서는 LDO의 병렬 접속에 2가지 방법이 있다고 설명했습니다. 먼저, 그 첫번째 방법으로서 다이오드를 사용한 병렬 접속에 대해 설명하겠습니다.

다이오드를 사용한 LDO의 병렬 접속

오른쪽 그림은, 다이오드를 사용한 병렬 접속의 회로도입니다. 이 접속 방법의 경우, 출력 경로에 다이오드가 있으므로, 출력전압은 다이오드의 순방향 전압 (이하 VF)만큼 낮아집니다. 따라서, 원하는 출력전압을 얻기 위해서는 LDO의 설정 출력전압에 VF만큼을 추가하는 등 대책이 필요합니다. 또한, 다이오드의 VF는 개체별 편차가 있고, 부하 전류나 온도에 따라 변화하므로, 높은 출력전압 정밀도를 기대할 수 없습니다.

다이오드를 사용하여
2개의 LDO 출력을 접속한 회로

이 회로 역시 앞서 설명한 바와 같이, 출력전압이 높은 쪽의 LDO에서 전류가 공급되며, 흐르는 전류에 따라 다이오드의 VF가 변화하므로, 2개의 LDO의 전압차를 어느 정도 흡수할 수 있습니다. 출력전압이 균형 있는 관계는 하기의 식으로 나타낼 수 있습니다.

VOUT1 − VF1 (IOUT1)=VOUT2 − VF2 (IOUT2)

VOUT1 : LDO1의 출력전압
VOUT2 : LDO2의 출력전압
VF1 (IOUT1) : IOUT1일 때 D1의 VF
VF2 (IOUT2) : IOUT2일 때 D2의 VF

예를 들어 3.3V, 1A 출력의 LDO에서, LDO2보다 LDO1의 출력전압이 1% 높은 경우, 각 LDO가 부하에 공급하는 출력전류가 어떻게 분담되는지, 오른쪽 그래프로 나타내었습니다.

부하 전류 1A에서는 LDO의 출력전압차가 1%이더라도, 전류 분담은 LDO1이 0.64A, LDO2가 0.36A로 크게 차이가 납니다.

출력전압에 1%의 편차가 있는 경우의
출력전류 분담

다음으로 오른쪽 그래프는, 2개의 LDO간 출력전압차가 출력전류에 미치는 영향에 대해 나타낸 것입니다.

본 그래프는 LDO1이 LDO2의 출력전압보다 높을 때, 각 LDO의 출력전류의 비율을 나타낸 것입니다. 양쪽 LDO의 출력전압이 동일한 경우, 출력전류의 비율은 50% (출력전류를 균등하게 분담)이지만, 출력전압차가 커지게 되면 전류 비율의 차도 커집니다. 예를 들어 LDO1의 출력전압 편차가 +1%, LDO2가 −1%일 경우, LDO1은 77%, LDO2는 23%의 전류 출력을 담당하게 됩니다.

출력전압차에 따른 출력전류 비율의 영향

다음 그래프는, 각 LDO의 권장 출력전류 최대치가 1A인 제품을 사용할 경우, LDO간 출력전압차가 LDO 병렬 회로의 출력전류에 미치는 영향을 나타낸 것입니다.

LDO간 전압차가 전혀 없는 경우, 양쪽 LDO의 출력전류는 균등해지므로 2A (1A+1A) 출력이 가능합니다. LDO의 출력전압차가 커짐에 따라, 출력 가능한 전류치는 작아집니다. LDO1의 출력전압 편차가 +1%, LDO2가 −1%인 경우, 권장 출력전류의 최대치가 1A인 LDO에서는 어느 한쪽이 1A에 도달한 시점에서 해당 LDO가 최대 출력 상태가 되므로, 총 2A의 출력전류 능력에 대해 1.37A까지밖에 공급할 수 없습니다.

출력전압차에 따른 최대 출력전류의 영향

마지막으로 오른쪽 그림은 로드 레귤레이션에 대한 그래프입니다.

출력전압은 LDO 출력보다 다이오드의 VF만큼 낮아집니다. 그리고, 부하 전류가 증가함에 따라 VF가 커지므로, 더 낮아지게 됩니다.

각 LDO가 본래 지닌 로드 레귤레이션뿐만 아니라, 다이오드의 VF에 의한 영향이 크므로, 출력전압의 변화가 커집니다. 따라서, 앞서 기술한 바와 같이 로드 레귤레이션이 좋지는 않습니다.

로드 레귤레이션

다음 편에서는, 밸러스트 저항 (ballast resistor)을 사용한 병렬 접속에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・다이오드를 사용한 병렬 접속은, 출력 경로에 다이오드가 있으므로, 출력전압은 다이오드의 VF만큼 낮아진다. 따라서, LDO의 설정 출력전압에 VF만큼을 추가하는 등, 대책이 필요하다.

・다이오드의 VF는 개체에 따라 편차가 있으며 부하 전류나 온도에 따라 변화하므로, 출력전압 정밀도 (로드 레귤레이션)는 좋지 않다.

・다이오드를 추가함으로써 완화할 수는 있지만, LDO간 출력전압차에 따라 각 LDO의 출력전류 분담률이 크게 달라진다.

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