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2019.10.09 DC/DC

입력 콘덴서의 선정

DC/DC 컨버터의 인덕터와 콘덴서 선정

앞에서 출력 콘덴서의 역할과 선택 포인트에 대해 설명했습니다. 이어서, 입력 콘덴서에 대해 설명하겠습니다.

입력 콘덴서와 출력 콘덴서의 역할

하기는 출력 콘덴서 편에서도 사용한 그림으로, DC/DC 컨버터의 전류 흐름을 이미지로 나타낸 것입니다. 이를 바탕으로 입력 및 출력 콘덴서에 어떤 성질의 전류가 흐르는지 복습하겠습니다.

주황색으로 표시한 파형에서 위쪽의 ICO가 출력 콘덴서, 아래쪽의 ICIN이 입력 콘덴서의 전류 파형입니다. 입력 콘덴서는 VIN에서 충전되고, 트랜지스터 Q1이 ON되면 스위치 전류 IDD가 되는 전류를 방전합니다. 비교적 큰 전류가 급격하게 반복하여 흐릅니다. 반면에 출력 콘덴서는 출력전압을 중심으로 출력 리플 전압과 연동하여 충방전을 반복한다는 것이 차이점입니다.

입력 콘덴서의 선정

입력 콘덴서의 선정에서는 하기의 3가지 요소가 중요합니다.

1) 정격전압

2) 리플 정격전류 및 리플 발열 특성

3) 세라믹 콘덴서를 사용하는 경우 : 온도 특성과 DC 바이어스 특성

또한, 선택의 전제로서 하기의 사항에 유의하여 주십시오.

・정격전압은 최대 입력전압보다 높아야 한다.

・정격 리플 전류는 IC의 입력에 발생하는 최대 입력 리플 전류보다 커야 한다.

・강압 컨버터에서, 순간적인 입력전류의 최대치는 출력전류와 동일해진다.

입력 콘덴서에 흐르는 리플 전류의 실효치 ICIN은 하기의 식으로 나타낼 수 있습니다.

이 결과를 바탕으로 콘덴서 리플 전류의 절대 최대 정격과 리플 발열 특성의 그래프에서, 대응 가능한 콘덴서를 선택합니다.

입력 리플 전압 ΔVIN은 다음 식으로 산출할 수 있습니다.

이 식에서, 입력 리플 전압은 입력 콘덴서의 용량이 커질수록 작아진다는 것을 알 수 있습니다.

세라믹 콘덴서를 입력 콘덴서로서 선택할 수 있습니다. 세라믹 콘덴서를 사용하는 경우에는 일반적으로 온도 변화와 DC 바이어스로 인한 용량의 변화에 주의해야 합니다.

온도 특성에 관해서는 CLASS2 (고유전율) 타입의 EAI 기호 X5R (-55~+85℃, 정전용량 변화율 ±15%) 및 X7R (-55~+125℃, 정전용량 변화율 ±15%)이면, 충분히 안정적인 온도 특성을 얻을 수 있습니다.

DC 바이어스에 관해서는 물론 영향이 적은 것을 선택하지만, 동일한 용량 및 내압이어도 패키지 사이즈에 따라 변동 특성이 달라집니다. 하기 그래프는 그 일례로, 사이즈가 큰 것이 변동이 적다는 것을 나타냅니다. 실제로는, 콘덴서 메이커로부터 충분한 정보를 입수하는 것이 바람직합니다.

기본적으로는 이러한 정보를 바탕으로 입력 콘덴서를 선택하게 됩니다. 프로토타입 평가 시에는 리플을 포함한 입력전압이 내압을 초과하지 않는지, 리플 전류로 인해 허용할 수 없는 발열이 발생하지 않았는지 등을 확인할 필요가 있습니다.

키 포인트

・입력 콘덴서 선정 시에는, 정격전압, 리플 정격전류 및 리플 발열 특성, 세라믹 콘덴서를 사용하는 경우 특히 온도 특성과 DC 바이어스 특성이 중요한 요소가 된다.

・출력 콘덴서보다 높은 전압과 큰 리플 전류를 허용할 필요가 있다.

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