본문내용
1. 서론
1.1. 벅 컨버터의 개요 및 특징
벅 컨버터는 입력전압에 대해 출력전압을 낮춰서 사용하기 위한 회로로써 강압형 컨버터, step-down converter라고도 불린다. 벅 컨버터는 스위칭 소자가 빠른 주파수로 스위칭하며, LC필터를 거쳐 출력된다. 다이오드는 스위치소자가 빠르게 on/off 되었을 때 인덕터에 의해 발생되는 관성전류가 빠져나갈 수 있게 해주는 역할을 한다. 빠른 주파수로 동작하기 때문에 쇼트키 다이오드(Schottky diode)나 Fast recovery diode를 사용한다. 벅 컨버터의 회로 동작은 두 개의 Mode로 나눌 수 있는데, 스위칭 소자가 ON일 때의 Mode1과 스위칭 소자가 OFF일 때의 Mode2로 나뉜다. 벅 컨버터의 동작 원리를 살펴보면 스위칭소자가 ON 상태일 때는 전류가 흐르게 되는데 LC회로에 의해 고주파 부분은 GND로 빠져 나가고 저주파 부분만 통과하게 된다. 스위칭소자가 OFF 상태가 될 때는 LC회로에 의해 전류가 더디게 감소한다. 결과적으로 약간의 전류 리플은 존재하겠지만 구형파를 DC전압이 나올 수 있게 해주는 동작을 한다.
1.2. 벅 컨버터의 회로 구성과 동작 원리
벅 컨버터는 입력전압에 대해 출력전압을 낮춰서 사용하기 위한 회로로써 강압형 컨버터, 스텝다운 컨버터라고도 부른다. 벅 컨버터는 스위칭 소자가 빠른 주파수로 스위칭하며, LC 필터를 거쳐 출력된다. 다이오드는 스위치 소자가 빠르게 on/off되었을 때 인덕터에 의해 발생되는 관성 전류가 빠져나갈 수 있게 해주는 역할을 한다. 빠른 주파수로 동작하기 때문에 쇼트키 다이오드(Schottky diode)나 Fast recovery diode를 사용한다.
벅 컨버터의 회로 동작은 두 개의 모드로 나눌 수 있는데, 스위칭 소자가 ON일 때의 Mode 1과 스위칭 소자가 OFF일 때의 Mode 2로 구분된다. Mode 1에서는 스위칭 소자가 ON 상태일 때 전류가 흐르게 되며, LC 회로에 의해 고주파 성분은 GND로 빠져나가고 저주파 성분만 통과하게 된다. Mode 2에서는 스위칭 소자가 OFF 상태가 되면 LC 회로에 의해 전류가 더디게 감소한다. 결과적으로 약간의 전류 리플은 존재하지만, 구형파를 DC 전압으로 변환할 수 있게 해주는 동작을 한다.
이러한 벅 컨버터의 동작 원리를 통해 입력전압에 비해 출력전압이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 벅 컨버터는 입력전압을 낮추는 강압형 컨버터의 역할을 하는 것이다.
2. 벅 컨버터의 회로 동작 분석
2.1. 모드 1: 스위칭 소자 온 상태
스위칭 소자가 온 상태일 때, 전류가 흐르게 된다. 일반적으로 인덕터 양단의 전압은 V_s = L (di_L/dt)이다. 이 식은 i_L(t) = I_1 + (V_s/L)t로 정리될 수 있다. t=t_1일 때, I_2 = I_1 + (V_s/L)t가 되고 t_1 = (ΔIL)/(V_s)가 된다. 이를 통해 인덕터 전류가 t_1의 시간 동안 I_1에서 I_2로 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 또한 스위칭 소자가 온 상태일 때는 전류가 흐르게 되고, LC 회로에 의해 고주파 부분은 GND로 빠져나가고 저주파 부분만 통과하게 된다. 이러한 동작을 통해 구형파를 DC 전압으로 변환할 수 있다.
2.2. 모드 2: 스위칭 소자 오프 상태
<모드 2: 스위칭 소자 오프 상태>
스위칭소자가 OFF 상태가 되면, 인덕터에 의해 전류가 더디게 감소한다. 초기치 값을 i_L(0)=I_2라고 할 때, 스위칭소자가 ON 상태일 때 해석한 I_2=I_1 + (V_s)/L * t를 대입할 수 있다. 부하전압 V_o는 V_s = L * ...
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