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Sep 02, 2023

스위칭 전압 조정기란 무엇입니까?

상당한 양의 전류를 구동할 수 있는 안정적인 전압을 생성하는 것은 전자 설계의 기본 작업 중 하나입니다. 저전압 전자 회로의 기본 모델은 다음과 같습니다.

상당한 양의 전류를 구동할 수 있는 안정적인 전압을 생성하는 것은 전자 설계의 기본 작업 중 하나입니다. 저전압 전자 회로의 기본 모델은 다음과 같습니다.

이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 처음 회로 설계를 시작했을 때 가능할 때마다 7805와 같은 선형 전압 조정기를 사용했습니다. 하지만 요즘에는 스위칭 조정기가 더 나은 방법인 경우가 많으며, 내 경험상 일반적으로 더 나은 방법이라는 사실을 부인할 수 없습니다.

이 기사에서는 명명법을 논의한 다음 스위칭 규제의 기본 원칙을 살펴보겠습니다.

"스위칭(전압) 조정기"는 아마도 이러한 종류의 회로를 나타내는 가장 일반적이고 인식 가능한 용어일 것입니다. 그러나 다음 용어의 다양한 조합도 볼 수 있습니다.

나는 실제로 "스위치 모드 조정기" 또는 "스위치 모드 전원 공급 장치"를 선호합니다. "스위치 모드"가 이러한 회로의 특성을 더 성공적으로 전달하기 때문입니다. 스위칭은 전압을 조절하거나 변환하는 작업을 수행하는 모드입니다.

이러한 모든 용어는 문제를 거의 일으키지 않지만 그럼에도 불구하고 주목할 가치가 있는 모호함으로 인해 어려움을 겪습니다. "스위칭 조정기" 또는 "스위치 모드 전원 공급 장치"는 이론적으로 스위치를 사용하여 전원 레일을 생성하는 회로를 의미할 수 있습니다. 인덕터 또는 커패시터.

그러나 실제로 위에서 언급한 용어는 인덕터 기반 스위처에만 적용됩니다. 그림 1은 인덕터 기반 스위칭 모드 조정기의 예입니다. 대부분의 스위치 모드 전원 공급 장치는 인덕터 기반입니다. 이것이 이 글의 주요 초점이 될 것입니다.

그림 2의 회로 예와 같은 커패시터 기반 스위처는 일반적으로 "충전 펌프" 전원 공급 장치 또는 "스위치 커패시터" 전원 공급 장치라고 합니다. 그림 1과 2는 모두 입력 전압보다 높은 출력 전압을 생성하는 회로의 예입니다.

이제 그림 3에 표시된 선형 레귤레이터에 대해 생각해 보겠습니다. 선형 레귤레이터는 전압을 낮추기만 할 수 있으므로 입력 전압이 출력 전압보다 높다는 것을 알 수 있습니다.

선형 레귤레이터는 작동을 위해 소량의 전류가 필요합니다. 이것을 접지 전류라고 합니다. 접지 전류는 무시할 수 있을 정도로 작은 경우가 많으므로 이를 무시하고 레귤레이터로 흐르는 전류가 레귤레이터에서 출력 부하 회로로 흐르는 전류와 동일하다고 가정하겠습니다.

이제 권력에 대해 생각해 봅시다. 우리는 전력을 전압 곱하기 전류로 계산하며, 출력은 전류는 동일하지만 입력에 비해 전압이 낮기 때문에 어딘가에서 전력이 손실되어야 합니다. 선형 레귤레이터가 전압 강하가 있는 단순한 저항성 요소라고 상상할 수도 있습니다.

$$V_{DROP} = V_{IN} - V_{OUT}$$

이 경우 선형 레귤레이터 PREG의 전력 손실은 다음과 같습니다.

$$P_{REG} = V_{DROP} \cdot I_{LOAD}$$

선형 조정기의 구성 요소 중 하나는 실제로 스위치입니다. 전기 기계 스위치가 아니라 순수한 전기 스위치로 작동할 수 있는 트랜지스터입니다. 그러나 스위치가 켜지거나 꺼지지 않기 때문에 선형 레귤레이터를 스위칭 레귤레이터라고 부르지 않습니다. 대신 스위치는 상당한 저항을 갖는 중간 상태에서 작동하며, 이 저항은 전력을 소모하고 전압 감소를 허용합니다.

선형 조정은 간단하고 효율성이 높지만 비효율적입니다. 스위치는 중간 저항 상태에서 작동하며 잠재적으로 많은 양의 전력을 열로 방출합니다. 레귤레이터가 레귤레이터와 전기 히터로 작동하도록 원하지 않는 한, 이 전력은 낭비되고 있습니다.

이는 스위치 모드 조정기의 개념으로 이어집니다. 스위치를 완전히 켜거나 완전히 꺼진 상태로 유지할 수 있다면, 즉 고전력 소모 중간 영역을 피할 수 있다면 훨씬 더 효율적인 조정기를 만들 수 있습니다. 그러나 선형 레귤레이터에 대한 논의에서는 전압을 낮추려면 낭비되는 전력이 필요하다는 점을 시사합니다. 무엇을 해야 할까요?