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2019.09.25 DC/DC

인덕터의 선정

DC/DC 컨버터의 인덕터와 콘덴서 선정

강압 DC/DC 컨버터 설계에 있어서 인덕터의 선택은 매우 중요합니다. 그 선택에 따라 성능 및 특성에 큰 영향을 미치게 됩니다. 인덕터의 선정 순서 및 인덕턴스 등의 산출 방법은, 기본적으로 사용하는 전원 IC의 데이터 시트에 명시되어 있습니다.

인덕터의 선정 순서

먼저, 인덕터의 선정 순서에 대해 설명하겠습니다.

1) 필요한 인덕턴스 L을 계산한다.

2) 인덕터에 흐르는 최대 전류를 계산한다. (출력전류 + 1/2 리플 전류)

3) 계산한 L값 (또는 근사치)으로, 인덕터 포화 전류가 계산한 최대 전류 이상인 인덕터를 선택한다.
※단락 및 과도 상태에서는 계산한 최대치 이상의 전류가 흐르는 경우가 있으므로,
최대 스위치 전류를 기준으로 선택하는 방법도 있다.

기본적으로는 계산을 바탕으로 마진을 고려하여 결정하며, 마진은 회사의 설계 룰이나 경험을 바탕으로 합니다.

1) 인덕턴스의 계산
먼저 하기 식에 따라 인덕턴스를 계산합니다.

2) 인덕터의 최대 전류 계산
다음으로 하기 식에 따라 인덕터의 최대 전류를 계산합니다.

식과 전류 파형에서 알 수 있듯이, ILPEAK는 ΔIL의 1/2을 IOUT에 더한 값입니다.

계산한 인덕턴스와 인덕터의 최대 전류를 바탕으로, 근사치의 인덕턴스로 포화 전류가 최대 전류 이상인 인덕터를 선택합니다. 하기는 선정 예입니다.

인덕터의 선정 예

    조건 : VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 2A, r = 0.3, fSW = 380kHz

상기 결과를 바탕으로, 포화 전류가 2.3A 이상인 10μH의 인덕터가 출발점이 됩니다. 출발점이란, 이 계산이 절대적이지 않고, 단락 및 과도 상태를 고려하여 변경해야 할 가능성이 있기 때문입니다.

인덕턴스를 변화시킬 때의 인덕터 전류

여기에서 인덕터의 동작에 대한 이해도를 높이기 위해, 인덕턴스의 변화에 따라 인덕터 전류가 어떻게 변화하는지에 대해 설명하겠습니다. 하기 그림은 동일한 동작 조건에서 인덕턴스를 0.4μH, 1μH, 2.2μH로 변화시킬 경우의 ILPEAK를 나타냅니다.

상기 식에서 알 수 있듯이, 인덕턴스 L이 작아지면 ILPEAK가 증가하고, 직류 중첩 전류를 많이 취할 수 있습니다. 그러나, ILPEAK의 증가로 인해, 더 많은 직류 중첩 전류를 허용해야 합니다. 인덕턴스가 커지면 그 반대가 되지만, 위상보상에 대해 검토해야 합니다.

키 포인트

・DC/DC 컨버터의 설계에 있어서, 인덕터의 선정은 매우 중요하다.

・회로 동작, 전류 경로, 인덕터와 출력전류의 관계를 이해해야 한다.

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