대부분의 전자 시스템에는 공급 전압과 공급될 회로 전압 간의 일종의 변환이 필요합니다. 배터리가 방전되면 전압이 떨어집니다. 일부 DC-DC 변환을 통해 배터리에 저장된 더 많은 에너지를 회로에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 110V AC 라인을 사용하면 마이크로 컨트롤러와 같은 반도체에 직접 전원을 공급할 수 없습니다. 거의 모든 전자 시스템은 전압 변환기(전원 공급 장치라고도 함)를 사용하므로 수년에 걸쳐 다양한 용도에 맞게 최적화되었습니다. 물론 최적화 목표는 일반적으로 솔루션 크기, 변환 효율성, EMI 및 비용입니다.

간단한 전원 공급 장치: LDO

전원 공급의 가장 간단한 형태 중 하나는 LDO(Low Dropout) 레귤레이터입니다. LDO는 스위칭 레귤레이터와 대조적으로 선형 레귤레이터입니다. 선형 레귤레이터는 입력 전압과 출력 전압 사이에 조정 가능한 저항을 배치합니다. 즉, 입력 전압이 어떻게 변하든, 어떤 부하 전류가 장비를 통과하든 출력 전압은 고정됩니다. 그림 1은 이 간단한 전압 변환기의 기본 원리를 보여줍니다.

그림 1. 선형 전압 조정기는 한 전압을 다른 전압으로 변환합니다.

수년 동안 일반적인 전력 변환기는 50Hz 또는 60Hz 변압기로 구성되어 있으며, 이는 전력망에 연결되어 특정 권선비로 불안정한 출력 전압을 생성합니다. 이는 필요한 전원 공급 전압보다 몇 볼트 더 높습니다. 시스템. 그런 다음 선형 레귤레이터를 사용하여 이 전압을 전자 제품에 필요한 안정적인 조정 전압으로 변환합니다. 그림 2는 이 개념의 블록 다이어그램을 보여줍니다.

2. 라인 변압기와 선형 전압 조정기가 뒤따릅니다.

그림 2의 기본 설정 문제는 50Hz/60Hz 변압기가 상대적으로 부피가 크고 비싸다는 것입니다. 또한, 선형 레귤레이터 역시 많은 열을 방출하므로 시스템 전체의 효율이 낮고, 시스템의 높은 전력으로 인해 발생된 열을 제거하기가 어렵다.

그림에 표시된 전원 공급 장치의 단점을 피하기 위해. 2, 스위칭 모드 전원 공급 장치가 발명되었습니다. 50Hz 또는 60Hz AC 전압에 의존하지 않지만 DC 전압을 사용하거나 때로는 AC 전압을 정류하거나 더 작은 변압기를 사용하기 위해 더 높은 주파수 AC 전압을 생성하거나 비절연 시스템에서 DC 출력 전압을 생성하기 위해 LC 필터를 사용하여 전압을 정류합니다. . 장점은 솔루션의 크기가 작고 비용이 상대적으로 저렴하다는 것입니다. 생성된 AC 전압은 정현파 전압 파형일 필요는 없습니다. 간단한 PWM 신호 파형은 잘 작동할 수 있으며 PWM 생성기와 스위치를 사용하여 쉽게 생성할 수 있습니다.

2000년까지는 바이폴라 트랜지스터가 스위치로 널리 사용됐다. 성능은 좋지만 스위칭 속도가 상대적으로 느립니다. 효율은 높지 않으며 스위칭 주파수는 50kHz 또는 100kHz로 제한됩니다. 요즘에는 바이폴라 트랜지스터 대신 스위칭 MOSFET을 사용하고 있으며, 스위칭 속도가 훨씬 빠릅니다. 반면에 스위칭 손실은 더 낮고 스위칭 주파수는 5MHz만큼 높습니다. 이러한 높은 스위칭 주파수 덕분에 전력 스테이지는 매우 작은 인덕턴스와 커패시턴스를 사용할 수 있습니다.

스위칭 레귤레이터는 많은 이점을 제공합니다. 일반적으로 고효율 전압 변환을 제공하고 승압 및 강압이 가능하며 비교적 컴팩트하고 저렴한 설계를 제공합니다. 단점은 설계 및 최적화 프로세스가 복잡하고 스위칭 변환 및 스위칭 주파수도 EMI를 생성한다는 것입니다. 스위칭 모드 전원 공급 조정기 및 LTpowerCAD® 그리고 LTspice® 전원 공급 장치 설계 도구의 가용성으로 인해 이 어려운 설계 프로세스가 크게 단순화되었습니다. 이러한 도구를 사용하면 스위칭 모드 전원 공급 장치의 회로 설계 프로세스를 반자동화할 수 있습니다.

전원 공급 장치의 절연

전원 공급 장치를 설계할 때 가장 먼저 대답해야 할 질문은 전기 절연이 필요한지 여부입니다. 전기 절연은 여러 가지 이유로 사용됩니다. 이는 회로의 안전성을 향상시키고 플로팅 시스템의 작동을 허용하며 잡음이 많은 접지 전류가 회로의 다른 전자 장치를 통해 확산되는 것을 방지할 수 있습니다. 두 가지 일반적인 절연 토폴로지는 플라이백 컨버터와 포워드 컨버터입니다. 그러나 더 높은 전력을 위해 푸시풀, 하프브리지, 풀브리지와 같은 다른 절연 토폴로지가 사용됩니다.

전기 절연이 필요하지 않은 경우 대부분의 경우 비절연 토폴로지가 사용됩니다. 토폴로지에는 항상 변압기가 필요하며 이러한 종류의 장비는 비싸고 부피가 큰 경우가 많으며 맞춤형 전원 공급 장치의 정확한 요구 사항을 충족하는 기성 장비는 일반적으로 구하기 어렵습니다.

격리가 필요하지 않은 경우 가장 일반적인 토폴로지

일반적인 비절연 스위칭 모드 전원 공급 장치 토폴로지는 양의 입력 전압을 수신하고 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 생성하는 벅 컨버터(벅 컨버터라고도 함)입니다. 이는 세 가지 기본 스위칭 모드 전원 공급 장치 토폴로지 중 하나이며 스위치 2개, 인덕터 1개, 커패시터 2개만 필요합니다. 그림 3은 이 토폴로지의 기본 원리를 보여줍니다. 고급 스위치는 입력 단자에서 펄스 전류를 전송하고 입력 전압과 접지 전압을 교대로 전환하는 스위칭 모드 전압을 생성합니다. LC 필터는 스위치 노드에서 펄스 전압을 얻고 DC 출력 전압을 생성합니다. 고급 스위치의 PWM 신호의 듀티비에 따라 다양한 수준의 DC 출력 전압이 생성됩니다. 이 DC-DC 벅 컨버터는 효율이 높고 구축이 상대적으로 쉬우며 구성 요소가 거의 필요하지 않습니다.

그림 3. 단순 벅 컨버터의 개념

벅 컨버터는 입력에서 펄스 전류를 방출하는 반면, 출력은 인덕터에서 연속 전류를 가집니다. 이것이 바로 벅 컨버터의 잡음이 입력에서는 매우 크지만 출력에서는 그다지 크지 않은 이유입니다. 저소음 시스템을 설계할 때 이를 아는 것이 중요합니다.

벅 토폴로지 외에 두 번째 기본 토폴로지는 부스트 토폴로지입니다. 부스트 토폴로지는 벅 토폴로지와 동일한 5가지 기본 전력 요소를 사용하지만 재배치 후 인덕터가 입력에 배치되고 하이 측 스위치가 출력에 배치됩니다. 부스트 토폴로지는 입력 전압을 입력 전압보다 높은 출력 전압으로 높이는 데 사용됩니다.

그림 4. 단순 부스트 컨버터의 개념

부스트 컨버터를 선택할 때 최대 정격 스위칭 전류는 항상 최대 출력 전류 대신 부스트 컨버터의 데이터 시트에 지정되어 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 벅 컨버터에서 최대 스위칭 전류는 달성 가능한 최대 출력 전류와 직접적인 관련이 있으며 입력 전압과 출력 전압 간의 전압 비율과는 아무런 관련이 없습니다. 부스트 레귤레이터에서 전압 비율은 고정된 최대 스위칭 전류를 기반으로 가능한 최대 출력 전류에 직접적인 영향을 미칩니다. 적절한 부스트 레귤레이터 IC를 선택할 때는 필요한 출력 전류뿐 아니라 개발 시 설계된 입력 및 출력 전압도 알아야 합니다.

입력 연결과 일치하는 인덕턴스가 전류의 급격한 변화를 방지할 수 있기 때문에 입력 시 부스트 컨버터의 잡음은 매우 낮습니다. 그러나 출력단에서는 이 토폴로지의 노이즈가 매우 큽니다. 외부 스위치를 통해 흐르는 펄스 전류만 볼 수 있으므로 벅 토폴로지보다 출력 리플에 더 주의를 기울입니다.

세 번째 기본 토폴로지는 5개의 기본 구성 요소로만 구성된 반전 벅-부스트 컨버터입니다. 이 변환기는 양의 입력 전압을 받아 음의 출력 전압으로 변환하므로 이름이 붙여졌습니다. 또한, 입력전압은 반전된 출력전압의 절대값보다 높을 수도 있고 낮을 수도 있다. 예를 들어, -12V 출력 전압은 입력의 5V 또는 24V에서 생성될 수 있습니다. 이는 특별한 회로 수정 없이도 발생할 수 있습니다. 그림 5는 반전 벅-부스트 컨버터의 회로 개념을 보여준다.

그림 5. 단순 반전 벅-부스트 컨버터의 개념

역 벅-부스트 토폴로지에서 인덕터는 스위칭 노드에서 접지됩니다. 컨버터의 입력과 출력에는 펄스 전류가 있으므로 이 토폴로지의 입력과 출력에서 ​​노이즈가 높습니다. 저잡음 애플리케이션에서 이 특성은 추가 입력 및 출력 필터링을 추가하여 보상됩니다.

역 벅-부스트 토폴로지의 장점은 모든 벅 스위칭 조정기 IC를 이 컨버터에 사용할 수 있다는 것입니다. 벅 회로의 출력 전압이 시스템 접지에 연결되어 있는 한. IC 강압 회로의 접지는 조정된 부전압이 됩니다. 이 기능을 통해 시장 전반에서 스위칭 조정기 IC를 선택할 수 있습니다.

특수 토폴로지

앞서 설명한 세 가지 기본 비절연 스위칭 모드 전원 공급 장치 토폴로지 외에도 다양한 토폴로지를 사용할 수 있습니다. 그러나 모두 추가 전원 구성 요소가 필요합니다. 이는 일반적으로 비용을 증가시키고 전력 변환 효율을 감소시킵니다. 몇 가지 예외가 있지만 일반적으로 전원 공급 장치 경로에 추가 구성 요소를 추가하면 손실이 증가합니다. 몇 가지 일반적인 토폴로지에는 SEPIC, Zeta, UK 및 4스위치 벅 부스트가 포함됩니다. 이들은 모두 세 가지 기본 토폴로지에 없는 기능을 가지고 있습니다. 다음은 각 토폴로지의 중요한 기능 목록입니다.

01

SEPIC:SEPIC은 출력 전압보다 높거나 낮은 양의 입력 전압에서 양의 출력 전압을 생성할 수 있습니다. 부스트 레귤레이터 IC는 SEPIC 전원 공급 장치를 설계하는 데 사용할 수 있습니다. 이 토폴로지의 단점은 두 번째 인덕터 또는 커플링 인덕터와 SEPIC 커패시터가 필요하다는 것입니다.

02

Zeta: 이 Zeta 변환기는 SEPIC과 유사하지만 포지티브 또는 네거티브 출력 전압을 생성할 수 있습니다. 또한 오른쪽 절반 평면 영점(RHPZ)이 없으므로 조정 루프가 단순화됩니다. 이 토폴로지에서는 벅 컨버터 IC를 사용할 수 있습니다.

03

영국: 영국 변환기는 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환할 수 있습니다. 입력과 출력에 하나씩 2개의 인덕터를 사용하므로 입력과 출력의 잡음이 매우 낮습니다. 단점은 조절 루프에 음전압 피드백 핀이 필요하기 때문에 이 토폴로지를 지원하는 스위칭 모드 전력 변환 IC가 많지 않다는 것입니다.

04

 4스위칭 벅-부스트: 이 유형의 컨버터는 최근 몇 년 동안 매우 인기를 얻었습니다. 이는 양의 입력 전압에서 양의 출력 전압을 제공합니다. 입력 전압은 조정된 출력 전압보다 높거나 낮을 수 있습니다. 이 컨버터는 전력 변환 효율이 더 높고 인덕터가 하나만 필요하므로 많은 SEPIC 설계를 대체합니다.공통 격리 토폴로지

비절연 토폴로지 외에도 일부 애플리케이션에는 전기적으로 절연된 전력 변환기가 필요합니다. 그 이유는 안전상의 이유로 서로 다른 회로가 연결된 대규모 시스템에서 부동 접지가 필요하거나 잡음에 민감한 응용 분야에서 접지 전류 루프를 방지해야 하기 때문일 수 있습니다. 일반적인 절연 컨버터 토폴로지는 플라이백 컨버터와 포워드 컨버터입니다.

플라이백 컨버터는 일반적으로 최대 60W의 전력 수준에 사용됩니다. 회로의 작동 모드는 전도 시간 동안 전기 에너지가 변압기에 저장된다는 것입니다. 연결이 끊어지면 전기 에너지는 컨버터의 2차측으로 방출되어 출력에 필요한 전원을 공급합니다. 이 변환기는 제작이 쉽지만 정상 작동에 필요한 모든 전기 에너지를 저장하려면 상대적으로 큰 변압기가 필요합니다. 한편으로 이 토폴로지는 더 낮은 전력 수준으로 제한됩니다. 그림 6은 상단의 플라이백 컨버터와 하단의 포워드 컨버터를 보여줍니다.

6. 플라이백 컨버터(상단) 및 포워드 컨버터(하단).

플라이백 컨버터 외에도 포워드 컨버터도 매우 인기가 있습니다. 플라이백 컨버터와는 다른 방식으로 변압기를 사용합니다. 전도 시간 동안 전류는 1차 권선을 통해 흐르지만 2차 권선을 통해서도 전류가 흐릅니다. 변압기 코일에 전기 에너지를 저장해서는 안 됩니다. 각 스위칭 사이클 후에는 코일의 모든 자화가 0으로 해제되어 여러 스위칭 사이클 후에 변압기가 포화되지 않도록 해야 합니다. 코일에서 전기 에너지를 방출하기 위해 여러 가지 기술을 사용할 수 있습니다. 일반적인 방법은 작은 추가 스위치와 커패시터가 있는 활성 클램프를 사용하는 것입니다.

그림 7은 ADP1074를 사용한 능동 클램프 포워드 설계를 갖춘 LTspice 시뮬레이션 환경의 개략도를 보여줍니다. 그림 6에 표시된 것처럼 순방향 컨버터에는 플라이백 컨버터에서 볼 수 없는 출력 경로의 추가 인덕턴스가 있습니다. 이 추가 구성 요소는 관련 공간 및 비용에 영향을 주지만 플라이백 컨버터에 비해 더 낮은 잡음 출력 전압을 생성하는 데 도움이 됩니다. 또한 플라이백 컨버터와 동일한 전력 수준에서 포워드 컨버터에 필요한 변압기 크기는 훨씬 작을 수 있습니다.

그림 7. LTspice의 시뮬레이션에 표시된 대로 ADP1074를 사용하여 절연 출력 전압을 생성하는 능동 클램프 순방향 회로.

고급 격리 토폴로지

플라이백 및 순방향 토폴로지 외에도 다양한 변압기를 기반으로 하는 전기 절연 변환기의 개념이 많이 있습니다. 다음 목록은 일반적인 변환기에 대한 몇 가지 기본 설명을 제공합니다.

• 푸시풀: 푸시풀 토폴로지는 순방향 변환기 토폴로지와 유사합니다. 그러나 이 토폴로지에는 하나의 로우 측 스위치 대신 두 개의 활성 로우 측 스위치가 필요합니다. 중앙 탭이 있는 1차 변압기도 필요합니다. 순방향 컨버터와 비교하여 푸시풀 컨버터는 소음이 적고 변압기가 더 작다는 장점이 있습니다. 변압기 BH 곡선의 히스테리시스는 하나가 아닌 두 개의 사분면에서 사용됩니다.
  

• 하프 브리지/풀 브리지: 이 두 토폴로지는 일반적으로 수백 와트에서 시작하여 수 킬로와트에 이르는 더 높은 전력 설계에 사용됩니다. 로우사이드 스위치 외에도 하이사이드 스위치도 필요하지만 상대적으로 작은 변압기를 통해 높은 전력 전송을 달성할 수 있습니다.
  

• ZVS: 이 용어는 일반적으로 고전력 절연 컨버터를 논의할 때 언급됩니다. 제로 전압 스위칭을 의미합니다. 이러한 유형의 변환기에 대한 또 다른 용어는 LLC(인덕턴스-인덕턴스-커패시턴스) 변환기입니다. 이러한 아키텍처의 목적은 효율적인 변환을 달성하는 것입니다. 공진 회로를 생성하고 스위치의 전압이나 전류가 0에 가까워지면 전원 스위치를 전환합니다. 이러한 방식으로 스위칭 손실이 최소화됩니다. 그러나 이러한 설계는 구현하기 어렵고 스위칭 주파수가 고정되어 있지 않아 EMI 문제가 발생하는 경우도 있습니다.

  
  

스위치드 커패시터 컨버터

선형 조정기 및 스위치 모드 전원 공급 장치 외에 세 번째 전력 변환기 그룹인 스위치 커패시터 변환기가 있습니다. 차지 펌프라고도 합니다. 스위치와 커패시터를 사용하여 전압을 늘리거나 반전시킵니다. 큰 장점은 인덕턴스가 필요하지 않다는 것입니다. 이 유형의 변환기는 일반적으로 5W 미만의 저전력 레벨에 사용됩니다. 그러나 최근 상당한 발전으로 더욱 강력한 스위치드 커패시터 컨버터가 가능해졌습니다. 그림 8은 7820V를 98.5V로 변환하는 120% 효율과 48W 설계를 갖춘 LTC24을 보여줍니다.

그림 8. LTC7820 고정비 고전력 충전 펌프 DC-DC 컨트롤러

디지털 전원

이 문서에서 설명하는 모든 전원 공급 장치는 아날로그 또는 디지털 전원 공급 장치로 구현될 수 있습니다. 디지털 전원 공급 장치란 정확히 무엇입니까? 전원 공급 장치는 항상 스위치, 인덕터, 변압기 및 커패시터의 아날로그 전력 레벨을 통과해야 합니다. 디지털 측면은 두 가지 디지털 구성 요소로 도입됩니다.

• 첫 번째는 전자 시스템이 전원 공급 장치와 통신할 수 있는 디지털 인터페이스입니다. 다양한 매개변수를 즉시 설정하여 다양한 작업 조건에 맞게 전원 공급 장치를 최적화할 수 있습니다. 또한 전원 공급 장치는 메인 프로세서와 통신하여 경고 또는 오류 신호를 유발할 수도 있습니다. 예를 들어, 시스템은 부하 전류를 쉽게 모니터링하고, 사전 설정된 임계값을 초과하거나 배터리 온도가 너무 높을 수 있습니다.
  

• 두 번째 디지털 빌딩 모듈은 아날로그 조절 루프 대신 디지털 루프를 사용합니다. 이는 잘 작동하지만 대부분의 애플리케이션에서는 오류 증폭기의 이득을 즉시 조정하거나 루프 보상 매개변수를 동적으로 설정하여 안정적이지만 빠른 피드백을 실현하는 등 일부 매개변수에 특정 디지털 영향을 미치는 표준 아날로그 피드백 루프를 채택하는 것이 가장 좋습니다. 피드백 루프.

순수 디지털 제어 루프를 갖춘 장치의 예로는 ADI의 ADP1046A가 있습니다. 디지털 영향과 아날로그 제어 루프를 통해 최적화된 디지털 인터페이스 벅 조정기의 예로는 LTC3883이 있습니다.

EMI 고려 사항

전자기 간섭(EMI)은 스위칭 모드 전원 공급 장치를 설계할 때 항상 주의해야 하는 문제였습니다. 그 이유는 스위칭 모드 전원 공급 장치가 짧은 시간에 고전류를 전환하기 때문입니다. 스위칭 속도가 빠를수록 시스템의 전반적인 효율성이 향상됩니다. 스위칭 속도가 빠르면 스위치를 부분적으로 켜는 시간을 줄일 수 있습니다. 온타임의 이 부분 동안 대부분의 스위칭 손실이 발생합니다. 그림 9는 스위칭 노드의 스위칭 모드 전원 공급 장치의 파형을 보여줍니다. 벅 레귤레이터를 예로 들어보겠습니다. 고전압은 하이사이드 스위치를 통과하는 전류로 정의되는 반면, 저전압은 하이사이드 스위치를 통해 흐르는 전류가 없는 것으로 정의됩니다.

그림 9. 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 속도 및 스위칭 주파수.

그림에서 볼 수 있듯이. 도 9를 참조하면, 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 발생하는 잡음은 조정된 스위칭 주파수뿐만 아니라 주파수보다 훨씬 높은 스위칭 속도에서도 발생합니다. 스위칭 주파수는 일반적으로 500kHz에서 3MHz 사이이지만 스위칭 시간은 수 나노초에 이를 수 있습니다. 1ns 스위칭 시간에 스펙트럼의 해당 주파수는 1GHz가 됩니다. 적어도 이 두 주파수는 전자기 복사 교란 및 전도 복사로 간주됩니다. 조절 루프의 진동이나 전원 공급 장치와 필터 간의 상호 작용으로 인해 다른 주파수가 발생할 수도 있습니다.

EMI를 줄이는 데는 두 가지 이유가 있습니다. 첫 번째 이유는 특정 전원 공급 장치로 구동되는 전자 시스템의 기능을 보호하기 위한 것입니다. 예를 들어, 시스템 신호 경로에 사용되는 16비트 ADC는 전원 공급 장치에서 스위칭 잡음을 포착해서는 안 됩니다. 두 번째 이유는 다양한 전자 시스템의 안정적인 기능을 동시에 보호하기 위해 전 세계 정부에서 제정한 일부 EMI 규정을 충족하기 위한 것입니다.

EMI에는 방사 EMI와 전도 EMI의 두 가지 형태가 있습니다. 방사 EMI를 줄이는 효과적인 방법은 PCB 레이아웃을 최적화하고 ADI의 Silent Switcher®와 같은 기술을 채택하는 것입니다. 그러한 기술. 물론 회로를 차폐된 금속 상자에 넣는 것도 효과적입니다. 그러나 이는 실용적이지 않을 수 있으며 대부분의 경우 비용이 많이 듭니다.

전도 EMI는 일반적으로 추가 필터링을 통해 감쇠됩니다. 다음으로 전도 방사선을 줄이기 위한 추가 필터링에 대해 설명합니다.

파도 필터링

RC 필터는 기본적인 저역 통과 필터입니다. 그러나 전원 공급 장치 설계에서는 각 필터가 LC 필터입니다. 일반적으로 일부 인덕터를 직렬로 추가하면 충분합니다. 왜냐하면 스위칭 모드 전원 공급 장치의 입력 또는 출력 커패시턴스와 함께 LC 또는 CLC 필터를 형성하기 때문입니다. 때로는 커패시터만 필터로 사용하지만 전력선이나 트레이스의 기생 인덕턴스를 고려하여 커패시터를 결합하여 LC 필터를 구성합니다. 인덕터(l)는 코일 또는 페라이트 비드를 갖는 인덕터일 수 있다. LC 필터의 목적은 실제로 저역 통과 효과로, DC 전력이 통과하도록 허용하고 고주파 간섭을 크게 감쇠시킵니다. LC 필터에는 이중 극이 있으므로 40dB/옥타브의 고주파 감쇠를 달성할 수 있습니다. 필터는 비교적 급격한 주파수 강하를 달성할 수 있습니다. 필터를 디자인하는 것은 쉽지 않습니다. 그러나 회로의 기생 성분(예: 트레이스 인덕턴스)이 효과를 생성하므로 필터를 모델링하려면 주요 기생 효과도 모델링해야 합니다. 이로 인해 아날로그 필터에는 시간이 많이 소요됩니다. 필터 설계 경험이 있는 많은 설계자는 어떤 필터가 잘 작동하는지 알고 있으며 필터를 반복적으로 최적화하여 새로운 설계를 얻을 수 있습니다.

모든 필터를 설계할 때 포터 다이어그램의 필터 전달 함수와 같은 소신호 동작뿐만 아니라 대신호 효과도 고려해야 합니다. 모든 LC 필터에서 전원 공급 장치는 인덕터를 통과합니다. 출력에서 전원 공급 장치가 더 이상 필요하지 않은 경우 갑작스러운 부하 과도 현상으로 인해 인덕터에 저장된 전기 에너지를 어딘가로 방출해야 합니다. 필터의 커패시터를 충전합니다. 이러한 최악의 경우에 대비하여 필터를 설계하지 않으면 저장된 전기 에너지로 인해 전압 오버슈트가 발생하여 회로가 손상될 수 있습니다.

마지막으로 필터에는 특정 임피던스가 있습니다. 이 임피던스는 필터에 연결된 전력 변환기의 임피던스와 상호 작용합니다. 이러한 상호 작용으로 인해 불안정성과 진동이 발생할 수 있습니다. LTspice 및 LTpowerCAD와 같은 아날로그 장치의 시뮬레이션 도구는 이러한 모든 질문에 답하고 우수한 필터를 설계하는 데 도움이 됩니다. 그림 10은 LTpowerCAD 설계 환경에서 필터 설계자의 그래픽 사용자 인터페이스를 보여줍니다. 이 도구를 사용하여 필터를 설계하는 것은 매우 간단합니다.

그림 10. LTpowerCAD를 사용한 벅 레귤레이터의 입력 필터 설계

사일런트 스위처

전자기 간섭은 막기 어렵습니다. 특정 금속 재질로 제작된 특수 쉴드가 필요합니다. 그렇게 하는 데 드는 비용은 매우 높습니다. 오랫동안 엔지니어들은 스위칭 모드 전원 공급 장치로 인해 발생하는 전자기 방사 방해를 줄이는 방법을 모색해 왔습니다. 몇 년 전 Silent Switcher 기술이 획기적인 발전을 이루었습니다. 스위칭 모드 전원 공급 장치의 열 회로에서 기생 인덕턴스를 줄이고 열 회로를 고도로 대칭적인 방식으로 배열된 두 개의 회로로 분할함으로써 전자기 복사 교란이 대부분 서로 상쇄됩니다. 오늘날 많은 Silent Switcher 장치는 기존 제품보다 훨씬 낮은 전자기 방사 방해를 제공합니다. 전자기 방사 교란을 줄이면 심각한 EMI 없이 스위칭 속도를 향상시킬 수 있습니다. 스위칭 속도를 높이면 스위칭 손실이 줄어들어 스위칭 주파수가 높아집니다. 이러한 혁신의 한 예로 LTC3310S가 있습니다. 이 제품은 스위칭 주파수가 5MHz이고 저렴한 외부 부품을 사용하여 매우 컴팩트한 설계를 구현합니다.

전원 관리는 필요하지만 재미있을 수도 있습니다.

본 문서에서는 다양한 전원 공급 장치 토폴로지와 그 장단점을 포함하여 전원 공급 장치 설계의 여러 측면에 대해 논의합니다. 전력엔지니어에게는 이 정보가 아주 기초적이지만, 전문가나 비전문가에게는 설계 과정에서 LTpowerCAD, LTspice 등의 소프트웨어 툴을 활용하면 도움이 된다. 이러한 도구를 사용하면 전력 변환기를 짧은 시간 내에 설계하고 최적화할 수 있습니다.

면책 조항: 이 기사는 "Power R&D Alliance"에서 복제되었습니다. 이 기사는 저자의 개인적인 견해일 뿐 Sacco Micro와 업계의 견해를 대변하지 않습니다. 지적 재산권 보호를 지원하기 위해 재인쇄 및 공유에만 사용됩니다. 재인쇄 시 원본 출처와 작성자를 명시해 주시기 바랍니다. 침해가 있는 경우 당사에 연락하여 삭제하시기 바랍니다.

회사전화: 86-0755
팩스/팩스:+86-0755-83975897
이메일: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 리 관리자
QQ: 332496225 Qiu 관리자
주소: 심천시 룽화 신구 민즈 애비뉴 809호 Zhantao Technology Building C 블록 1079호