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2021.09.15 DC/DC

승압 DC/DC 컨버터의 전류 경로

승압 DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

승압 DC/DC 컨버터의 전류 경로

승압 DC/DC 컨버터에 국한된 내용은 아니지만, 기판 레이아웃 설계 시 회로의 전류 경로와 흐르는 전류의 성질을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 구체적인 레이아웃 설명에 앞서, 승압 DC/DC 컨버터의 전류 경로를 확인하도록 하겠습니다.

스위칭 트랜지스터 Q2=ON 시의 전류 경로

하기 회로도는 승압 DC/DC 컨버터를 모식적으로 나타낸 것입니다. 적색 선은 스위칭 트랜지스터 Q2=ON 시에 흐르는 주요 전류를 나타낸 것입니다. CIBYPASS는 고주파 디커플링용 콘덴서로, 대부분의 경우 소용량 세라믹 콘덴서가 사용됩니다. CIN은 주로 안정화를 목적으로 하는 콘덴서로, 비교적 큰 용량의 제품이 사용됩니다. 스위칭 트랜지스터 Q2가 ON된 순간에 급격하게 흐르는 전류의 대부분은 CIBYPASS에서 공급되고, 다음으로 CIN에서 공급됩니다. 입력전류가 그다지 크지 않은 경우, CIN은 CIBYPASS에 병합하여 1개의 콘덴서를 겸용으로 사용할 수 있습니다. 완만하게 변화하는 전류는 입력전원에서 공급됩니다. 이때, 인덕터 L에 전류 에너지를 축적합니다.

스위칭 트랜지스터 Q2=OFF 시의 전류 경로

다음으로 스위칭 트랜지스터 Q2=OFF 시의 전류 상태에 대해 설명하겠습니다 (하기 그림 적색 선). 인덕터 L은 스위칭 트랜지스터 Q2가 OFF되어도 직전의 전류치를 유지하도록 동작합니다. 인덕터 L의 왼쪽 끝은 VIN의 전압으로 고정되어, VOUT에 전압을 보충하도록 전류를 계속 공급하기 때문에, VOUT은 VIN보다 높은 전압이 됩니다 (승압 동작). 따라서 스위칭 트랜지스터 Q2의 ON 시간이 길고, 인덕터 L에 축적된 전류의 에너지가 클수록 대전력을 출력할 수 있습니다. 그러나, 스위칭 트랜지스터 Q2의 ON 시간을 너무 길게 하면, 출력측에 전력을 공급하는 시간이 짧아져, 효율이 악화됩니다. 따라서, ON / OFF 시간비 (duty cycle)의 최대치에 제한을 설정하고 있습니다. 고주파 디커플링용 콘덴서 CBYPASS는, 출력전류가 작은 회로일 경우 COUT에 주파수 특성이 좋은 세라믹 콘덴서를 사용함으로써 겸용으로 사용할 수 있습니다.

스위칭 트랜지스터 Q2의 ON 시와 OFF 시 전류의 차분

마지막으로, 스위칭 트랜지스터 Q2의 ON 시와 OFF 시 전류의 차분에 대해 설명하겠습니다 (하기 그림 적색 선). 스위칭 트랜지스터 Q2가 OFF에서 ON으로, ON에서 OFF로 변화할 때, 적색 선으로 표시한 경로의 전류는 급격하게 변화합니다. 이러한 시스템은 변화가 급격하므로 고조파를 많이 포함한 파형이 나타납니다. 이러한 차분의 시스템 레이아웃은 기판 레이아웃의 키 포인트이며, 최대한 주의를 기울여야 합니다.

키 포인트

・기판 레이아웃 설계 시, 회로의 전류 경로와 흐르는 전류의 성질을 이해하는 것은 매우 중요하다. (승압 DC/DC 컨버터에만 국한되지 않음)

・스위칭 MOSFET의 ON 시와 OFF 시 전류의 차분은, 기판 레이아웃에 있어서 매우 중요하므로, 최대한 주의를 기울여야 한다.

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