스위칭 레귤레이터는 입력 전압을 더 높거나 낮은 출력 전압으로 변환하며, 이를 위해 인덕터가 전기 에너지를 일시적으로 저장하는 데 사용됩니다. 인덕터의 크기는 스위칭 레귤레이터의 스위칭 주파수와 회로를 통해 흐르는 예상 전류에 따라 달라지는데, 올바른 인덕터 값을 선택하려면 어떻게 해야 합니까? 인덕터 값은 인덕터 전류 리플을 통합하는 일반적인 공식을 사용하여 결정할 수 있습니다.
스위칭 조정기에 대한 대부분의 데이터시트와 대부분의 애플리케이션 노트 및 기타 설명 텍스트에서 인덕터 전류 리플은 공칭 부하 작동의 30%로 권장됩니다. 이는 인덕터 전류 피크와 인덕터 전류 밸리가 공칭 부하 전류에서의 평균 전류보다 각각 15% 더 높고 15% 더 낮다는 것을 의미합니다. 30% 인덕터 전류 리플 또는 전류 리플 비율(CR)을 선택하는 것이 좋은 절충안으로 간주될 수 있는 이유는 무엇입니까?
그림 1에 표시된 것과 같은 벅 컨버터의 경우 방정식 1이 적용됩니다.
그림 1. 벅 컨버터 사용 시 해당 인덕터 전류 리플.
이 공식은 전류 리플 비율 CR, L을 기준으로 벅 컨버터에 필요한 인덕턴스를 계산합니다. 이 비율은 일반적으로 0.3 또는 30% 피크 대 피크 리플로 지정됩니다. 이 공식에서 D는 듀티 사이클을 나타내고 T는 각 스위칭 주파수에 따른 사이클 시간을 나타냅니다.
다른 인덕터 전류 리플을 사용하면 어떻게 되나요?
그림 2에서 빨간색 선은 회로의 인덕터 전류 리플(3A의 출력 전류에서 30%의 전류 리플 비율(CR))을 나타냅니다. 이는 스위칭 조정기 회로 설계에서 일반적으로 절충된 선택입니다. 파란색 파형은 인덕터에 해당합니다. 전류 리플은 133%이고 녹색 파형은 인덕터 전류 리플이 7%에 해당합니다.
그림 2. 공칭 부하에서 리플 전류 비율이 30%인 경우 인덕터 전류 리플(빨간색), 작은 인덕터 전류 리플(파란색) 및 큰 인덕터 전류 리플(녹색).
그림 3은 출력 전류(예: 1A)와 같은 부분 공칭 부하로 실행되는 동일한 회로를 보여줍니다. 그림 3의 파란색 파형에 표시된 것처럼 높은 인덕터 전류 리플에서 인덕터는 각 사이클에서 완전히 방전됩니다. 이 모드를 불연속 전도 모드(DCM)라고 합니다. 이 모드에서는 제어 루프의 안정성이 변경되고 더 높은 출력 전압 리플이 생성될 수 있습니다.
그림 3. 부분 부하에서 리플 전류 비율이 30%인 인덕터 전류 리플(빨간색), 작은 인덕터 전류 리플(파란색) 및 큰 인덕터 전류 리플(녹색).
따라서 DCM을 방지하려면 특정 리플 전류 비율을 사용해야 합니다. 리플 전류 비율이 30%일 때 적절한 절충안을 얻을 수 있습니다. 리플 전류 비율이 낮으면 시스템은 부분 부하에서도 대부분의 경우 연속 전류 전도 모드로 작동합니다. 따라서 회로를 최적화하면 이 모드에서 작동하는 것이 가능합니다.
너무 높은 리플 전류 비율을 선택하면 어떻게 됩니까?
리플 전류 비율이 30%를 초과하면 인덕터 크기가 작아지고 비용이 절감됩니다. 그러나 피크 전류가 상당히 높아서 일반 회로가 허용할 수 있는 것보다 훨씬 높은 양의 전자기 간섭(EMI)이 발생합니다. 또한 연속 전도 모드(CCM)를 사용하려면 부하 전류가 훨씬 더 높아야 합니다. 이는 아직 문제가 되지 않지만 이 모드에서는 작동 특성이 변경되므로 회로를 설계할 때 이를 고려해야 합니다.
또한, 더 낮은 인덕터 전류 리플에 비해 더 낮은 인덕터 전류 리플로 인해 더 높은 출력 전압이 발생합니다.
너무 낮은 리플 전류 비율을 선택하면 어떻게 됩니까?
리플 전류 비율이 30% 미만이면 인덕터 크기가 커지고 비용이 높아집니다. 에너지 저장 장치의 크기가 크기 때문에 부하 과도 응답은 다소 낮아집니다. 예를 들어, 높은 부하 전류를 빠르게 차단하려면 인덕터에 저장된 전력을 어딘가로 전달해야 합니다. 이로 인해 출력 커패시터(COUT) 양단의 전압이 상승합니다. 인덕터의 전기 에너지가 많을수록 출력 전압이 높아집니다. 과전압은 공급 회로를 손상시킬 수 있습니다.
다양한 인덕터 전류 리플 비율의 장점과 단점을 비교 분석한 결과, 대부분의 애플리케이션에서는 약 30% 정도의 전류 리플 비율이 더 적합하다는 사실을 발견했습니다. 그러나 어떤 경우에는 결과가 수용 가능하다면 이로부터 벗어날 수도 있습니다.
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