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2021.09.01 DC/DC

보충 – 동기정류 강압 컨버터 동작 시의 전류 경로

스위칭 레귤레이터의 기초

본 기사는 「스위칭 레귤레이터의 기초」 편의 「강압형 스위칭 레귤레이터의 동작 원리」에 관한 내용입니다. 「강압형 스위칭 레귤레이터의 동작 원리」에서는 「강압형 비동기 (다이오드) 정류 방식 스위칭 레귤레이터의 회로와 동작」에 대해 설명했습니다. 본 편에서는 이에 대한 보충으로서, 최근의 고효율 DC/DC 컨버터에서 표준이라고 할 수 있는 동기정류 방식 강압 컨버터 동작 시의 전류 경로에 대해 설명하겠습니다.

동기정류 강압 컨버터 동작 시의 전류 경로

먼저 확인해 두어야 할 것은, 동작 시의 전류 경로는 비동기정류나 동기정류나 기본적으로 동일하다는 점입니다. 동기정류는 비동기정류의 Low-side 스위치인 다이오드를 트랜지스터로 변경한 회로 방식이기 때문입니다. 이러한 사실을 전제로, 동기정류 강압 컨버터의 전류 경로와 주의점에 대해 설명하겠습니다.

■High-side 스위치 「ON」 시의 전류 경로

  • 상기 회로도의 적색 선은 High-side 스위치 (실제로는 MOSFET) Q1=ON 시, 컨버터에 흐르는 주요 전류를 나타낸 것이다.
  • CBYPASS는 고주파용 디커플링 콘덴서, CIN은 대용량 콘덴서.
  • High-side 스위치 Q1이 ON 되는 순간에 흐르는 급격한 전류의 대부분은 CBYPASS에서 공급되고, 다음으로 CIN에서 공급된다.
  • 완만하게 변화하는 전류는 입력전원에서 공급된다.

■Low-side 스위치 「ON」 시의 전류 경로

  • 동기정류 방식은 High-side와 Low-side의 스위치가 교대로 ON / OFF된다.
  • 상기 회로도의 적색 선은 High-side 스위치 Q1=OFF, Low-side 스위치 Q2=ON 시의 전류 흐름을 나타낸 것이다.
  • 인덕터와 출력 콘덴서 CO에 의해 출력전압 Vo가 평활화된다.
  • 강압 컨버터는 출력에 인덕터가 직렬로 삽입되어 있으므로, 출력 콘덴서의 전류는 완만하다.

■스위칭 전류 파형
하기는 스위칭 전류 파형과 인덕터 전류 파형을 나타낸 것입니다. IHG는 High-side 스위치, ILG는 Low-side 스위치의 전류입니다. 상기 설명과 함께 참조하여 주십시오.

인덕터 전류 IL은 IHG와 ILG의 합성 파형으로, 출력전류 IO는 IL의 평균치입니다.

■스위칭 전류와 PCB 레이아웃의 주의점
하기 회로도의 청색 선은 위에서 게재한 전류 경로에서 나타낸 스위치 ON / OFF 시에 흐르는 전류의 차분을 나타낸 것입니다.

이러한 전류에는 하기와 같은 특징이 있습니다.

  • High-side 스위치 Q1이 OFF에서 ON으로, ON에서 OFF로 변화할 때마다 청색 선 부분의 전류는 급격하게 변동된다.
  • 변화가 급격하므로, 고조파를 많이 포함한 파형이 나타난다.

따라서, PCB (기판) 레이아웃에 있어서는 이러한 차분의 시스템은 주의가 필요하며, 이론에 입각하여 레이아웃해야 합니다. 기판 레이아웃에 관해서는 설계편의 「DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃」을 참고하여 주십시오.

키 포인트

・동기정류 강압 컨버터 동작 시의 전류 경로는 기본적으로 비동기 (다이오드) 정류 컨버터와 동일하다.

・전류 경로와 급격한 전류 변화가 발생하는 라인을 이해한 후, PCB 레이아웃을 해야 한다.

리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터의 기초