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전자 공학/회로

벅 컨버터 (Buck-Converter)

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안녕하세요. 취업한 공대누나입니다.

오늘은 Buck-Converter에 대해 알아보도록 하겠습니다.

어떻게 동작하는지 회로와 공식을 통해 확인해보도록 하겠습니다.

 

벅 컨버터는 DC-DC 컨버터의 일종으로 전압을 강압시켜줍니다.

입력 전압보다 낮은 전압을 필요할 때 사용하는 것입니다.

이런 강압을 하기 위해서는 제너 다이오드를 사용해도 되지만

이들은 줄어든 전압을 열로 소비하기 때문에 효율적이지 않습니다.

따라서 전압 변환 손실이 적어야 하는 경우 사용하기에 적절한 회로입니다.

 

 

1. Buck-Converter의 ON

 

우선 벅컨버터의 회로도는 위와 같습니다.

보시면 아시다시피 회로 구성이 간단하다는 장점이 있습니다.

위와 같이 ON상태일 경우 인덕터를 통해 부하에 전류가 흐르며 인덕터에도 에너지가 저장됩니다.

이 때 다이오드는 OFF가 되고, 다이오드 쪽에는 전류가 흐르지 않습니다.

인덕터에 저장된 에너지는 Vin-Vout인 걸 알 수 있습니다.

 

이후에 다른 방식의 컨버터도 보겠지만 트랜스를 사용하지 않아 비 절연상태인 것을 인지해주셔야 합니다.

 

 

2. Buck-Converter의 OFF

 

스위치가 OFF가 될 경우에는 인덕터에 축적된 에너지가 다이오드를 통해 부하에 공급이됩니다.

다이오드에는 순방향 전류가 흐르는 거 그림을 통해 확인할 수 있습니다.

이 때 인덕터의 전압은 다이오드의 전압 강하를 무시 했을 때 -Vout이 됩니다.

 

 

3. 해석(?)

위의 그래프가 잘 이해가 되시나요?

Swtich가 ON이 되었을 때 인덕터에 걸리는 전압은 Vin-Vout,

스위치가 OFF 되었을 때 인덕터에 걸리는 전압은 -Vout이었습니다.

즉 ON일 경우 인덕터에 에너지를 저장하게 되고, OFF일 경우 인덕터에 저장된 에너지를

부하로 방전하는 것입니다.

 

인덕터에 걸리는 전압 공식은 위 그림에서의 첫번째 식과 같습니다.

이를 전류 관련된 공식으로 바꿔서 ON과 OFF 상태일 때의 전류에 대한 식을 구할 수 있습니다.

t=0과 t=T 순간에서의 전류 I가 같아야 하므로 첫 번재 식과 같은 공식이 나오게 됩니다.

이 때 On시간은 DT (Duty * 주기)로 바꿀 수 있고 Off시간은 1-DT로 바꿀 수 있습니다.

그리고 이 공식을 정리하게 되면 컨버터의 출력 전압이 듀티비(D)와 입력 전압에 관하여

선형적으로 변한 다는 것을 볼 수 있습니다.

즉 입력 전압이 24V이고 이를 12V로 감압하기 위해서는

듀티율을 50%로 하면 되는 것입니다.

 

 

벅 컨버터의 장점이라고 하면 입력 전력 대부분을 그대로 출력할 수 있다는 점입니다.

하지만 스위칭 노이즈가 발생할 수 있다는 단점이 있습니다.

따라서 노이즈를 저감시킬 수 있도록 아트웍과 회로를 신경써서 해야한다는 점을 기억해주세요.

 

 

 DC-DC 컨버터는 여러 종류가 있습니다.

하나씩 포스팅하며 천천히 정리하는 시간을 가져보도록 할 예정입니다.

다 비슷비슷하게 생긴 느낌이어서 항상 헷갈렸는데 이번 기회에 깔끔하게 정리해보도록 하겠습니다.

감사합니다.

 

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