DC-DC 변환기의 종류

다양한 유형의 DC to DC 컨버터를 비교하여 리니어 대 스위치 모드, 버크, 부스트, 버크-부스트 및 변압기 기반의 절연형을 포함하여 적합한 것을 선택할 수 있도록 돕습니다.

DC 컨버터란 무엇인가? 선형 대 스위치 모드 컨버터

DC/DC 컨버터는 한 전압 수준의 직류(DC) 전원을 다른 전압 수준으로 변환하는 전원 공급 장치의 범주에 속합니다. DC/DC 컨버터는 선형과 스위치 두 가지 유형이 있습니다. 선형 DC/DC 컨버터는 저항성 전압 강하를 사용하여 주어진 출력 전압을 생성하고 조절하며, 스위치 모드 DC/DC 컨버터는 입력 에너지를 주기적으로 저장한 후 다른 전압으로 출력에 에너지를 방출합니다. 저장은 인덕터나 변압기와 같은 자기장 성분이나, 커패시터와 같은 전기장 성분에 있을 수 있습니다. 변압기를 기반으로 한 컨버터는 입력과 출력 사이에 격리를 제공합니다.   스위치 모드 DC/DC 컨버터는 세 가지 주요 이점을 제공합니다:

• 전력 변환 효율이 훨씬 높습니다.
• 스위칭 주파수가 높기 때문에 수동 부품이 작고 낮은 손실로 인해 열 관리가 용이합니다.
• 스위칭 레귤레이터의 인덕터에 저장된 에너지는 입력보다 작을 수 있는 출력 전압(스텝 다운 또는 벅), 입력보다 큰 출력 전압(부스트), 또는 역전 극성의 벅-부스트(인버터)로 변환할 수 있습니다.

스위칭 컨버터와 달리, 선형 컨버터는 입력 전압보다 낮은 전압만 생성할 수 있습니다. 많은 장점이 있지만, 스위칭 DC/DC 컨버터에는 몇 가지 단점도 있습니다. 선형 회로에 비해 소음이 더 크고 제어 루프 형태의 에너지 관리가 필요합니다. 다행히도, 현대의 스위칭 모드 컨트롤러 칩은 제어 작업을 쉽게 만듭니다.

비절연 DC/DC 컨버터

본질적으로, 스위칭 DC/DC 컨버터 또는 레귤레이터는 입력에서 출력으로 에너지를 전달하기 위해 전원 스위치, 인덕터, 다이오드 및 커패시터를 사용하는 회로입니다. 이러한 구성 요소들은 이전에 언급된 벅, 부스트 또는 벅-부스트(인버터) 형식을 실현하기 위해 다양한 방식으로 배열될 수 있습니다.

스텝다운/벅 컨버터

일반적인 비절연형 강압 또는 벅 컨버터에서 출력 전압 V_OUT은 입력 전압 V_IN과 전력 스위치의 스위칭 듀티 사이클 D에 따라 결정됩니다.

승압/부스트 컨버터

기본적인 부스트 DC/DC 컨버터는 같은 수의 수동 부품을 사용하지만 입력 전압을 승압하여 출력이 입력보다 높아지도록 구성됩니다.

Buck-Boost Converter

전형적인 버크-부스트 DC/DC 회로는 입력 DC 전압을 듀티 사이클에 따라 상승시키거나 하강시킬 수 있습니다. 출력 전압은 다음과 같이 주어집니다:   V_OUT = -V_IN *D/(1-D)   위의 식에서 볼 수 있듯이, 출력 전압은 항상 입력에 대해 극성이 반대입니다. 따라서, 버크-부스트 컨버터는 전압 인버터라고도 불립니다.

절연 DC/DC 컨버터

트랜스포머 기반 절연 DC/DC 변환기는 주로 두 가지 유형이 있습니다: 플라이백과 포워드. 이 두 유형 모두에서 트랜스포머는 입력과 출력 사이의 절연을 제공합니다.   플라이백 유형은 벅-부스트 방식과 유사하게 작동하지만 에너지를 저장하기 위해 트랜스포머를 사용합니다:

정방향 토폴로지에서는 스위치가 닫힐 때 1차에서 2차로 에너지를 전달하기 위해 변압기가 전통적인 방식으로 사용됩니다.
 
이 예제에서 스위칭 MOSFET 은 이상적인 스위치로 표현되며 제어 회로는 생략됩니다. 이들은 비동기식 유형의 컨버터입니다. 그러나 전통적인 다이오드 정류기가 정류를 위해 MOSFET로 교체되면 동기식 정류라고 하며 컨버터는 동기식 DC/DC 컨버터라고 합니다.
 
더 많은 전원 공급 장치 지식이 필요하십니까? 스위칭 전원 공급 장치가 설계를 최적화하는 방법에 대해 더 알고 싶다면 스위치 모드 전원 공급 장치의 작동 방식에 대한 분석을 참조하십시오. 또한 프로젝트에 무정전 전원 공급 장치가 필요한지 알아낼 수도 있습니다. AC/DC 솔루션이 필요하십니까? 이 기사가 적합한 것을 선택하는 데 도움을 줄 수 있습니다.