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2019.04.25 DC/DC

스위칭 주파수의 고려 사항

스위칭 레귤레이터의 기초

스위칭 레귤레이터 IC가 사용하는 스위칭 주파수는 수십 kHz에서 수MHz이며, 최근에는 더욱 높은 주파수에서 동작하는 제품도 있습니다. 설계 시, 어떤 주파수를 선택할지는 몇가지 조건을 바탕으로 정하게 됩니다.

먼저, 효율과 사이즈에서 어느 쪽을 중시할지 결정합니다. 스위칭 주파수를 높이면, 외장 인덕터와 콘덴서는 작은 수치의 제품을 사용할 수 있으므로, 당연히 사이즈도 작아집니다. 이에 따라 실장 면적과 높이 등이 작아져, 스페이스 절약에 기여합니다. 그러나, 고속 스위칭으로 인해 스위칭 손실이 증가하므로, 효율이 수% 저하됩니다. 특히 소형 휴대기기의 경우, 두가지 항목 모두 무시할 수 없으므로 균형 있는 최적화가 중요합니다.

그림 62 : 스위칭 레귤레이터의 스위칭 주파수와 효율, 사이즈의 트레이드 오프

그림 63은 일반적인 검토 사항과 스위칭 주파수의 관계를 나타낸 표입니다. 부품 사이즈와 효율 이외의 항목에서는, 높은 스위칭 주파수일 때 유리하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나, 어플리케이션에 따라서는 「선호하지 않는 주파수」 대가 있을 것으로 생각됩니다. 알기 쉬운 예로, AM 라디오의 주파수대에서 400kHz~1.8MHz 정도의 범위입니다. 단순하게는 이 범위의 스위칭 주파수대 전원을 사용하면 감도와 S/N이 열화됩니다. 이러한 문제를 회피하기 위해서는 이 주파수대 이외의 스위칭 주파수를 선택하는 것이 유리합니다.

그림 63 : 스위칭 주파수와 각 특성과의 관계

이와 같이, 반드시 트레이드 오프가 필요하게 되므로, 어플리케이션 및 사용 환경을 충분히 고려한 후, 설계를 시작할 필요가 있습니다. 스위칭 주파수를 변경할 수 있는 타입의 IC도 다수 있지만, 변경을 위해서는 주파수뿐만 아니라, 인덕터 및 콘덴서 등 외장 부품의 정수도 재검토해야 하므로 주의가 필요합니다.

키 포인트

・효율, 사이즈, 노이즈는 대부분의 경우 트레이드 오프로 인해 최적화가 필요하다.

・스위칭 레귤레이터를 완벽하게 사용하기 위해서는 스위칭 노이즈 (방사 / 전도)를 어떻게 처리할지가 매우 중요하다.

・스위칭 주파수에 관련된 노이즈의 처리를 위해서는 스위칭 주파수를 조정할 수 있는 IC가 유용한 경우가 있다.

리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터의 기초