벅컨버터(Buck converter) 시뮬레이션 자료입니다.

소개

ICAP/4를 이용한 BUCK Converter Simulation 자료입니다.
피스파이스를 이용하여도 무방합니다.
벅컨버터에 대해 알고싶은분들에게도 도움이 되리라 생각합니다.

목차

1. Open-Loop 회로
2. Close-Loop 회로

본문내용

1. Open-Loop 회로
위와 같이 회로를 설계 하였다.
Vin은 12V로 설정하였고, Vout을 5V로 맞춰주기로 하였다. duty 값을 계산해 보
니 Vin*D=Vout라는 공식에 의하여 약 42%로 지정해 주었다.
PULSE는 우리가 주기를 50usec 주파수 2kHz로 설정하였다.
시뮬레이션 한 결과 초기에 약간 불안정한 모습을 보인뒤 20msec이후 일정한 하게 대략 5V정도로 나오는 것을 확인 할 수 있었다.
① 부하를 바꿔가며 인덕터 전류와 부하전류 측정,비교
<부하가 5Ω일 때의 파형>
<부하가 1kΩ일 때의 파형>
위에 파형에서 평행한 직선은 부하전류를 나타 낸다. Vout에 대략 5V가 걸리므로 첫 번째 그림의 파형에서 5V/5Ω 하면 1A가 나와야 하는데 회로에서 회로 내부저항에 의한 손실로 인해 1A보다 살짝 적은 값이 나오는 것을 확인 할수 있었다. 그리고 두 번째 파형 역시 같은 방법으로 계산을 하면 대략 정확한 값이 나오는 것을 확인 할 수 있었다.
첫 번째 회로에서 삼각파는 인덕터에 흐르는 전류이다. 회로에 전압이 걸리면 인덕터에 전류가 서서히 증가하고 전압이 차단되면 전류가 서서히 감소하므로 위와 같이 삼각파 형태로 나오는 것을 볼 수 있었다.
부하가 바뀌더라도 삼각파의 폭과 주기는 바뀌지 않는 것을 시뮬레이션으로 확인 하였다. 하지만 밑에 파형과 같이 부하 전류가 너무 적어지면 감소하는 인덕터 전류가 0이하로 내려가려고 하는데 0이하로는 못 내려가 서 짤리는 현상을 보였다.
② 인덕터 값 변화에 따른 인덕터전류와 부하전류 측정,비교
<인덕터 1mH에서의 파형>
<인덕터 100mH에서의 파형>
<인덕터 0.1mH에서의 파형>
기존회로의 코일 1mH에서 측정한 코일전류와 부하전류를 측정해 보았다.
다음 인덕터를 100mH로 증가시켜서 파형을 찍어보고, 0.1mH로 낮추어서 찍어본 뒤 파형을 비교해 보았다. 100mH로 증가시켰을때는 초기파형이 더 매끄럽게 나오는 것을 확인 할 수 있었다. 0.1mH로 축소시켰을때는 리플이 심하게 나오는 것을 파형을 통해서 확인 할 수 있었다. 위와 같이 파형이 나오는 이유를 식으로 통해서 설명하자면 라는 식에 의해 L값을 늘리고 줄임으로 인해 저역 통과 필터의 주파수가 변하게 된다. 위의 파형에서 L을 줄어듬으로서 저역 통과주파수가 커지고 리플이 심해지는 것을 알 수 있었다.
③커패시터 값 변화에 따른 커패시터 전류와 부하전류 측정, 비교
<커패시터값 22mF에서의 파형>
<커패시터 220uF에서의 파형>
커패시터에서의 파형 역시 인덕터에서 보였던 것처럼 커패시터 값이 줄어듬에 따라 리플이 심해지는 것을 확인 할 수 있었다.

참고자료

· 없음