스위칭 레귤레이터의 기본동기 방식과 비동기 방식의 차이점

스위칭 레귤레이터의 종류와 동작 원리에 이어, DC-DC 컨버터의 변환 방식인 동기정류 방식과 비동기정류 방식의 차이점에 대해 설명하겠습니다. 각각 장단점이 있으므로, 전원 요구 사양에 따라 잘 구분하여 사용해야 합니다.

회로 구성의 차이점으로는, 하기 그림과 같이 스위치 2가 다이오드인지 트랜지스터인지가 다릅니다.

비동기정류는 다이오드 정류라고도 하며, 상측 트랜지스터의 ON / OFF에 따라 다이오드가 도통 / 차단, 즉 전류가 흐르거나 흐르지 않거나 합니다. 이는 동작 원리 부분에서 설명한 바와 같습니다. 비동기 방식은 심플하고 견고하므로 산업기기 등에서 높은 실적을 보유한 방식입니다.

반면에 동기정류는 기본적인 동작은 동일하지만, 하측 스위치의 ON / OFF도 제어 회로가 담당합니다. 양쪽이 동시에 ON되면 Vin에서 GND로 직접 전류가 흘러 트랜지스터가 파괴될 가능성이 있으므로, 반드시 양쪽이 OFF가 되는 데드 타임을 설정하는 등의 복잡한 제어가 필요합니다. 그러나, 동기정류 방식은 비동기정류 방식에 비해 높은 효율을 얻을 수 있으므로, 배터리 구동 기기의 동작 시간 연장에 크게 기여할 수 있습니다.

1. S1 = ON 시, S2를 OFF한다.
2. S1 = OFF 시, S2를 ON한다.
3. 전류 경로는 비동기 방식과 동일하지만,
   S2의 ON / OFF는 제어 회로가 담당한다.
4. 하단 회로에는 실제로 S1, S2 모두 트랜지스터가 사용된다.

• 고효율
• 비동기 방식보다 회로가 복잡하다.

1. S1 = ON 시, D1에 전류가 흐르지 않는다. (차단)
2. S1 = OFF 시, D1에 순방향 전류가 흐른다. (도통)
3. 하단의 회로는 실제로 S1에는 트랜지스터, D1에는 쇼트키 다이오드가 사용된다.

• 동기 방식보다 효율이 떨어진다.
• 회로는 비교적 심플하다.

동기정류 방식 쪽이 고효율인 이유는 비동기정류 방식의 다이오드를 트랜지스터로 대체함으로써, 출력단의 스위칭 손실을 낮게 억제할 수 있기 때문입니다. 다이오드의 VF는 전류에 따라 달라지기는 하지만, VF가 낮은 쇼트키 다이오드일 경우에도 0.3~0.5V 정도입니다. 반면에 트랜지스터의 경우, 예를 들어 Nch-MOSFET의 ON 저항은 50mΩ으로 매우 낮으며 이때의 전압 강하를 계산하면, 다이오드의 VF보다 훨씬 낮아집니다.

이번 테마인 「스위칭 레귤레이터의 특성과 평가 방법」에 관련해서는 DC-DC 변환 방식에 따른 동작의 차이점 및 특징에 대해 잘 이해하는 것이 매우 중요합니다.

제품 정보

• 스위칭 레귤레이터
• DC-DC 컨버터