승압 DC-DC 컨버터의 전류 경로

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. C_IBYPASS는 고주파 디커플링용 콘덴서로, 대부분의 경우 소용량 세라믹 콘덴서가 사용됩니다. C_IN은 주로 안정화를 목적으로 하는 콘덴서로, 비교적 큰 용량의 제품이 사용됩니다. 스위칭 트랜지스터 Q₂가 ON된 순간에 급격하게 흐르는 전류의 대부분은 C_IBYPASS에서 공급되고, 다음으로 C_IN에서 공급됩니다. 입력전류가 그다지 크지 않은 경우, C_IN은 C_IBYPASS에 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 V_IN의 전압으로 고정되어, V_OUT에 전압을 보충하도록 전류를 계속 공급하기 때문에, V_OUT은 V_IN보다 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 C_BYPASS는, 출력전류가 작은 회로일 경우 C_OUT에 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.