DC-DC｜설계편

정리

2019.11.20

키 포인트

・DC-DC 컨버터 설계에 있어서 인덕터와 입출력 콘덴서의 선정은 특히 중요하다.

・회로 동작, 전류 경로, 각 부품의 역할에 대해 잘 이해해야 한다.

・설계 매뉴얼을 바탕으로 계산하고, 실측을 통해 최적화를 실시한다.

DC-DC 컨버터 : 설계편, 「DC-DC 컨버터의 인덕터와 콘덴서의 선정」에 대해 정리하겠습니다.

인덕터와 콘덴서는 강압 DC-DC 컨버터의 중요 부품으로, 그 선택에 따라 성능 및 특성에 큰 영향을 미치게 됩니다. 대부분의 경우, 이용하는 전원 IC의 데이터시트나 어플리케이션 노트, 설계 매뉴얼 등과 같은 보충 자료에 선정에 대한 설명이 기재되어 있습니다. 우선 이러한 자료의 설명 및 식을 이용하여 설계를 진행합니다.

그러나, 아쉽게도 매뉴얼대로 설계했다고 해서, 최적의 동작을 한다고는 할 수 없습니다. 그러한 경우, 평가 후에 정수를 변경하게 되는데, 이때 무턱대고 변경하면 겉잡을 수 없게 됩니다. 또한, 문제는 해결되었지만 그 이유를 알지 못하는 등, 양산 단계로 진행해도 되는지에 대한 확신이 서지 않는 경우도 있습니다.

이러한 상황이 발생하지 않도록 하기 위해서는 강압 DC-DC 컨버터의 기본 동작과 그에 따른 전류의 흐름을 이해하는 것이 중요합니다. 또한, 인덕턴스 및 정전용량이 변화하면, 무엇이 어떤 식으로 변화하는지에 대해 산출식과 실측을 바탕으로 한 경험치를 통해 알아둘 필요가 있습니다.

하기와 같이 각 항목을 정리하였으니, 참고하여 주십시오.

DC-DC 컨버터의 인덕터와 콘덴서 선정

① 강압 DC-DC 컨버터의 기본 회로 · 전류의 흐름 · 동작 원리
  • DC-DC 컨버터 설계 시, 인덕터와 입출력 콘덴서의 선정은 특히 중요하다.
  • 회로 동작, 전류 경로, 각 부품이 어떤 역할을 하는지 이해해야 한다.
②인덕터의 선정
  • 필요한 인덕턴스 L을 계산한다.
  • 인덕터에 흐르는 최대 전류를 계산한다. (출력전류 ＋ 1/2 리플 전류)
  • 계산한 L값 (또는 근사치)으로, 인덕터 포화 전류가 계산한 최대 전류 이상인 인덕터를 선택한다.
  • 단락 및 과도 상태에서는 계산의 최대치 이상의 전류가 흐르는 경우가 있으므로, 최대 스위치 전류를 바탕으로 선택한다는 개념도 있다.
  • 기본적으로는 계산을 바탕으로 마진을 고려한다.
  • 마진은 회사의 설계 룰이나 경험치를 바탕으로 설정한다.
③출력 콘덴서의 선정
  • 출력 콘덴서 선정 시 중요한 요소

    1) 정격전압

    2) 리플 정격전류

    3) ESR (등가 직렬 저항)

  • 콘덴서에 인가되는 전압 및 리플 전류는 콘덴서의 최대 정격 이하여야 한다.
  • ESR은 인덕터 전류에 관련하여 출력 리플 전압을 결정하는 중요한 요소이다.
④입력 콘덴서의 선정
  • 입력 콘덴서 선정 시 중요한 요소

    1) 정격전압

    2) 리플 정격전류 및 리플 발열 특성

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

  • 정격전압은 최대 입력전압보다 커야 한다.
  • 정격 리플 전류는 IC의 입력에 발생하는 최대 리플 전류보다 커야 한다.
  • 강압 컨버터에서 순간적인 입력전류의 최대치는 출력전류와 같아진다.

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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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