DC-DC｜설계편

강압 DC-DC 컨버터의 기본 회로 · 전류의 흐름 · 동작 원리

2019.08.21

키 포인트

・DC-DC 컨버터 설계 시, 인덕터와 입출력 콘덴서의 선정은 특히 중요하다.

・회로 동작, 전류 경로, 각 부품의 역할에 대해 이해해야 한다.

본 편에서는 특히 강압 DC-DC 컨버터의 중요 부품이며, 그 선택에 따라 성능 및 특성에 큰 영향을 미치는 인덕터와 콘덴서의 선정 방법에 대해 설명하겠습니다. 이러한 내용을 이해하기 위해서는 강압 DC-DC 컨버터의 기본 동작과 동작 시 전류의 흐름을 이해할 필요가 있으므로, 먼저 기본 동작과 전류 경로에 대해 설명하겠습니다.

강압 컨버터의 기본 동작

하기는 강압 컨버터의 기본 회로와 동작, 전류의 흐름을 나타낸 그림입니다.

18D_graf01

  • Fig.1은 스위칭 소자 Q1이 ON되어 있는 상태를 나타낸다.
  • Q1=ON일 때, 전류가 입력 VIN에서 코일 L을 지나, 출력 평활 콘덴서 CO에 충전되어, 출력전류 IO가 공급된다.
  • 이 때, 코일 L에 흐르는 전류가 자계를 생성하고, 전기 에너지가 자기 에너지로 변환되어 축적된다.
  • Fig.2는 스위칭 소자 Q1이 OFF되어 있는 상태를 나타낸다.
  • Q1=OFF일 때, 다이오드 D1이 ON되어, L에 축적된 에너지가 출력측으로 방출된다.

이 기본 회로도는 다이오드 정류 (비동기 정류) 타입의 강압 회로를 나타낸 것입니다. 동기정류의 경우는 D1을 스위칭 소자 (트랜지스터)로 대체하여, Q1과 반대로 ON / OFF하는 동작이지만, 기본적으로는 동일합니다.

다음 그림은 상기 Fig.1과 Fig.2를 정리한 것과 주요 노드에서의 전압 또는 전류 파형을 나타낸 것입니다.

18D_graf02

상기 그림을 통해 Q1의 ON / OFF에 따라 드레인 전류 ID, 인덕터 전류 IL, 그리고 출력 콘덴서 전류 ICO, 입력 콘덴서 전류 ICIN이 어떻게 흐르는지 알 수 있습니다.

이러한 내용을 잘 이해하면, 어떤 부품이 어떤 역할을 하는지 이해할 수 있으며, 그 부품이 어떤 특성을 지녀야 하는지도 알 수 있습니다.

다음 편에서는 이러한 동작과 전류의 흐름을 염두에 두고, 인덕터의 선택에 대해 설명하겠습니다.

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【자료 다운로드】 스위칭 레귤레이터의 기초

강압 스위칭 레귤레이터를 주제로, 동작 및 기능 등 기초 지식에 대해 게재한 자료입니다. 리니어 레귤레이터와의 비교, 동기정류와 다이오드 정류, 제어 방식, 보조 기능 등에 대한 설명도 게재되어 있습니다.

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