설명
집적 회로(IC)에서 벅 DC-DC 컨버터와 부스트 DC-DC 컨버터는 전압을 효율적으로 조절하는 데 사용되는 두 가지 일반적인 스위칭 전원 공급 장치 토폴로지입니다.
1. 벅 DC-DC 컨버터 정의
전압 레귤레이터 컨버터는 입력 전압((V_{in}))을 더 낮은 출력 전압((V_{out}), 여기서 (V_{out} < V_{in}))으로 낮추는 스위칭 전원 공급 장치 회로입니다. 그 코어는 고주파 스위칭(MOSFET)을 통해 전압 변환을 달성하고 인덕터와 커패시터에 의한 에너지 저장 및 방출을 달성합니다.
작동 원리
●스위칭 단계: 스위치가 도통되면 입력 전압이 인덕터와 커패시터를 통과하여 부하에 전원을 공급하고 인덕터는 에너지를 저장합니다.
●오프 스테이지: 스위치가 꺼지면 인덕터가 에너지를 방출하고 정류 다이오드(또는 동기 정류관)를 통해 부하 전류를 유지하여 출력 전압이 감소합니다.
●조정 방법: 스위치의 듀티 사이클(D)은 펄스 폭 변조(PWM)에 의해 제어됩니다.
주요 기능
●고효율(일반적으로 > 90%);
●작은 출력 전류 리플;
●출력 필터 회로(LC 필터)가 필요합니다.
일반적인 애플리케이션
●프로세서/FPGA 전원 공급 장치: 12V/5V를 1.2V, 3.3V 등의 저전압 전원 공급 장치로 변환합니다.
●배터리 구동 장치: 예를 들어 휴대폰, 태블릿의 리튬 배터리(3.7V)는 칩 사용을 위해 전압을 1.8V로 낮춥니다.
●산업 시스템: 센서, MCU 등의 경우 24V를 5V 또는 3.3V로 변환합니다.
2. 부스트 컨버터(고전압 DC-DC 컨버터) 정의
부스트 컨버터는 입력 전압((V_{in}))을 더 높은 출력 전압((V_{out}), 여기서 (V_{out} > V_{in}))으로 상승시켜 인덕터에서 에너지의 저장 및 방출을 통해 전압 상승을 달성합니다.
작동 원리
●스위칭 단계: 스위치가 켜지면 인덕터가 충전되고 전류가 선형적으로 증가합니다. 부하는 출력 커패시터에 의해 전력이 공급됩니다.
●오프 스테이지(Off stage): 스위치가 오프(Off)되면 인덕터 전압과 입력 전압이 중첩되어 다이오드를 통해 부하와 커패시터에 전원을 공급하여 출력 전압이 상승하게 된다.
● 규제 방법:.
주요 기능
● 출력 전압은 입력 전압보다 높습니다.
●입력 전류는 연속적이지만 출력 리플이 큽니다.
●스위칭 트랜지스터의 내압에 주의하십시오(출력 전압이 높기 때문에).
일반적인 애플리케이션
●배터리 구동 장치: USB 장치의 경우 단일 리튬 셀(3.7V)을 5V로 승압하는 것과 같은 장치입니다.
●LED 구동: LED 스트링을 구동하기 위해 수십 볼트까지 승압합니다.
●자동차 전자 장치: 하이브리드 전력 시스템을 위해 12V를 48V로 승압합니다.
●에너지 하베스팅: 태양광 패널이나 열전대의 저전압 출력을 사용 가능한 전압으로 승압합니다.
3. 전압 감소형 컨버터와 전압 부스트 컨버터의 비교
특성 전압 감소(Buck) 전압 부스트(Boost)
전압 관계(V_out < V_in) (V_out > V_in)
효율성 일반적으로 더 높음(>90%) 약간 낮음(85% - 95%)
토폴로지 복잡성 단순함 더 높은 내전압 구성 요소 필요
일반적인 애플리케이션 저전압 전원 공급 장치, 디지털 IC 배터리 부스트, LED 구동, 고전압 수요
4. 기타 파생 토폴로지
● 벅-부스트: 조정 가능한 전압 변환(예: TPS630xx 시리즈)으로 입력 전압 변동이 큰 시나리오(예: 배터리 방전 프로세스)에 적합합니다.
● SEPIC/Cuk: 보다 유연한 입출력 관계를 지원하지만 더 복잡합니다.
5. 선택 고려사항
● 입력/출력 전압 범위;
● 부하 전류 요구 사항;
● 효율성 및 열 방출 요구 사항;
● 크기 및 비용(예: 통합 인덕터가 필요한지 여부).
적절한 토폴로지를 선택함으로써 DC-DC 컨버터 IC는 전원 공급 시스템의 효율성과 적응성을 크게 향상시켜 전력 소비 및 크기에 대한 최신 전자 장치의 엄격한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
