[레귤레이터] 레귤레이터란? 리니어와 스위칭 레귤레이터 비교

 

 

안녕하세요. 취업한 공대누나입니다.

오늘은 Regulator IC에 대해 알아보겠습니다.

조금 복잡한 설계를 하다보면 한 회로에서 여러 전원을 사용해야하는 경우가 있는데요.

그럴 때 입력 전원이 원하는 전원으로 모두 들어오지 않는 이상

꼭 사용해야 하는 IC가 바로 Regulator입니다.

그렇다면 레귤레이터에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

1. Regulator란?

 

 

우선 레귤레이터란 일정한 전압을 출력해주는 IC입니다.

 

회로에 내가 원하는 전원을 다 입력으로 넣을 수 있으면 좋겠지만 현실적으로 그러기는 쉽지 않습니다.

예를 들어 입력 전원이 12V인데

회로 내부에 있는 OPamp를 구동시키기 위해 15V 전원이 필요하고

래치 IC를 동작시키기 위해 5V 전원이 필요하고

MCU를 동작시키기 위해 3.3V 전원이 필요하다면 어떻게 해야할까요?

 

이럴 때 바로 Regulator IC를 사용하는 것입니다.

그림처럼 12V의 전원을 레귤레이터를 통해 강압 또는 승압을 하여 원하는 출력을 뽑아냅니다. 

 

강압 : 입력전압보다 낮은 전압을 생성

승압 : 입력전압보다 높은 전압을 생성

 

표의 왼쪽 사진은 제가 실무에서 사용하고 있는 레귤레이터입니다.

사진과 같은 패키지 말고도 여러 타입의 레귤레이터가 있습니다.

각자 원하는 타입을 사용하시면 됩니다.

 

참고로, 이건 일반적으로? 많이들 사용하시는 방법이기도 한데

레귤레이터의 출력을 위의 사진처럼 LED에 연결해줍니다.

그래서 원하는 전압이 잘 출력되고 있는지 눈으로 쉽게 볼 수 있도록 많이 사용하기도 합니다.

실제 디지털 멀티미터로 출력을 찍어도 쉽게 알 수 있으나

귀찮기도 하고 보기 편하기도 하니 저렇게 회로를 꾸미기도 합니다.

 

 

2. 리니어 Regulator란?

 

레귤레이터는 흔히 리니어(Linear) 방식의 레귤레이터와 스위칭(Switching) 방식의 레귤레이터로 분류합니다.

 

리니어 레귤레이터는 직접적으로 전압을 떨어뜨리는 방식이며 LDO라고도 많이 말합니다.

입력전원을 낮추는 방식만 가능합니다.

예를 들어서 5V를 3.3V로 만드는 것은 가능한데, 5V를 12V로 승압할 수는 없습니다.

 

변환 과정에서 열이 많이 발생하고 이러한 열은 전기 에너지가 열로 소모되는 것이라

전력 효율이 낮은 편입니다.

일반적으로 전류 요구량이 낮은 회로에 사용하며, 전류를 높이 이용하려면

방열판을 달아 열을 식혀주어야합니다.

 

아까 표의 왼쪽 사진이 리니어 레귤레이터의 회로를 구성한 것입니다.

엄청 간단한 것을 확인할 수가 있습니다.

 

 

 

3. 스위칭 Regulator란?

 

스위칭 레귤레이터는 스위치 소자의 On/Off 반복을 통해 원하는 출력 전압을 만들어내는 소자입니다.

 

리니어 레귤레이터와는 다르게 강압과 승압이 모두 가능하며 부전압을 생성할 수도 있습니다.

또한 비교적 큰 전력을 흘릴 수 있습니다.

 

출처 : GS256MF 데이터시트

 

 

위의 사진은 디바이스마트에서 아무 스위칭 레귤레이터를 검색하여 데이터 시트를 캡처한 것입니다.

일반적으로 레퍼런스 회로가 다 주어지며 데이터시트를 참고하여 설계하면 됩니다.

LDO와 다르게 다이오드와 인덕터가 추가로 들어가는 것을 확인할 수 있습니다.

부품이 많이 추가되면 뭐가 문제냐 라고 생각하실 수도 있지만

기판 자체를 소형화하기 힘들기도 하고 가격도 더 비싸다는 단점이 있습니다.

 

 

 

4. 리니어와 스위칭의 차이점 및 장단점 비교

	LDO	Switching
장점	- 회로가 비교적 단순함 - 노이즈가 적음	- 전력 효율 높음 - 승압, 강압, 부전안 변환 가능
단점	- 전력 효율 낮음 (전류를 높이면 발열이 심함) - 강압만 가능	- 회로가 비교적 복잡함 - 노이즈가 많음 (스위칭 노이즈)

 

 

위의 내용을 이해하셨다면 어렵지 않게 받아들이실 수 있는 내용입니다.

자신의 회로에 적합한 것을 찾아 데이터 시트를 보고 설계하면

어렵지 않게 원하는 전압을 출력할 수 있습니다.

어려운 점이 있으면 댓글로 알려주세요

감사합니다.