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이번 포스팅은 DC DC 컨버터(DC-DC Converter)에 관한 내용입니다.
모든 종류의 DC DC 컨버터에 알아보겠습니다.
어떤 종류의 DC DC 컨버터가 있는지 알아보고 간단하게 개념만 설명드리겠습니다.
심화적인 DC DC 컨버터 회로 설계 내용은 아래 포스팅에 없습니다.
쉽고 간단하게 어떤 DC DC 컨버터가 있고, 어디에 사용되는지 설명하는 내용을 주로 다룹니다.
혹시나 회로 설계를 기대하고 들어오신 분들에게는 죄송합니다.
▶ DC DC 컨버터(DC-DC Converter)란 무엇일까요?
DC DC 컨버터는 전압 레귤레이터 or 전압 컨버터 or 스위칭 레귤레이터라고 합니다.
DC 전압 레벨을 다른 DC 전압 레벨로 변환하는 전자 회로 or 부품입니다.
다양한 많은 전자 제품 응용 분야에서 필수적입니다. 예를 들면 전자 제품, 배터리 구동 장치, 재생 에너지 시스템 및 전기 자동차를 위한 전원 공급 장치 등에 많이 사용되고 있습니다.
그러므로, 고유한 특성과 응용 분야를 가진 많은 종류의 DC DC 컨버터가 있습니다.
오늘 포스팅에서는 제가 알고 있는 모든 DC DC 컨버터를 설명하려고합니다.
제가 아래 설명하는 DC DC 컨버터 이외에도 다른 DC DC 컨버터가 있을 수 있으니 참고해 주시기 바랍니다.
1. Buck Converter (Step-Down Converter) - 벅 컨버터
Buck Converter(벅 컨버터)는 DC DC 컨버터의 가장 기본적인 유형 중 하나입니다.
동작 원리는 입력 DC 전압 레벨보다 낮게 출력 DC 전압 레벨을 변환합니다.
( 예: Input DC 전압: +10V ===> Ouput DC 전압: +5V )
즉, 필요한 출력을 달성하기 위해 주어진 입력의 전압을 낮추는 데 사용됩니다.
개인적으로 제품 설계를 할 때, 가장 많이 사용하는 DC DC 컨버터 중 하나입니다.
Q. 어디에 사용될까요?
전원 공급 장치와 배터리로 작동하는 장치의 전압을 낮추는 데 효율적인 특징을 가지고 있습니다.
그래서 벅 컨버터는 일반적으로 PC 및 노트북 용 컨버터, 배터리 충전기, 쿼드 헬리콥터, 태양광 충전기 및 전력 오디오 증폭기에 사용됩니다.
2. Boost Converter (Step-Up Converter) - 부스트 컨버터
Boost Converter(부스트 컨버터)는 입력 전압보다 출력 전압을 높입니다.
동작 원리는 입력 DC 전압 레벨보다 높게 출력 DC 전압 레벨을 변환합니다.
( 예: Input DC 전압: +5V ===> Ouput DC 전압: +20V )
즉, 저전압원에서 전압을 올려야 할 때 정말 유용합니다.
개인적으로 제품 설계를 할 경우에 두 번째로 많이 사용하는 DC DC 컨버터입니다.
Q. 어디에 사용될까요?
부스트 컨버터를 사용하는 전자 제품은 예를 들면 하이브리드 전기 회로, 태양광 발전 시스템, LED 드라이버, LED 백라이트 및 플래시 조명, 배터리로 구동되는 장치 등에 사용됩니다.
예를 몇 가지 들어서 설명드리지만, 실제로는 아주 많은 전자 제품에 사용됩니다.
3. Buck-Boost Converter - 벅 부스트 컨버터
Buck-Boost Converter(벅-부스트 컨버터)는 전압을 상승시키고 하강시킬 수 있습니다.
이름에서 알 수 있듯이 벅 컨버터(DC 전압 강압)와 부스트 컨버터(DC 전압 승압)의 기능을 결합한 컨버터입니다.
동작 원리는 출력 DC 전압 레벨을 입력 DC 전압 레벨보다 높거나 낮게 변환합니다.
( 예: Input DC 전압: +2 ~ 4V ===> Ouput DC 전압: +3V )
즉, 가변 DC 입력 전압에서 일정한 DC 출력 전압을 생성하는 데 사용됩니다.
Q. 어디에 사용될까요?
벅-부스트 컨버터를 사용하는 전자 제품은 배터리로 작동하는 장비, 무정전 전원 공급 장치(UPS), 휴대용 장치 등이 있습니다.
구체적으로 스마트폰에 어떻게 사용되는지 잠시 설명드리겠습니다.
스마트폰의 전원은 폰을 사용함에 따라 점차 방전되는 충전용 배터리입니다. 그러므로, 배터리 전압이 천천히 떨어집니다. 스마트폰을 사용함으로써 배터리 전압이 낮아짐에 따라 스마트폰 성능이 달라집니다. 이일을 방지하기 위해 벅-부스트 컨버터를 사용하여 배터리 전압에 관계없이 스마트폰의 전자 회로에 일정한 전압을 공급하도록 합니다.
4. Cuk Converter
Cuk 컨버터는 Buck-Boost Converter(벅-부스트 컨버터)의 변형된 유형 중 하나입니다.
Cuk 컨버터는 벅-부스트 컨버터에서 확인된 입력 전류와 커패시터의 충전 전류가 불연속적인 단점을 극복하기 위해 설계되었다고 알려져 있습니다.
동작 원리는 출력 DC 전압 레벨은 반전되고 입력 DC 전압 레벨보다 높거나 낮게 변환합니다.
( 예: Input DC 전압: +3 ~ 14V ===> Ouput DC 전압: -5V )
간단하게 장점, 단점을 말씀드리겠습니다.
Cuk 컨버터의 장점은 구조적으로 벅-부스트 컨버터보다 입력 및 출력 전압 리플이 작습니다.
단점은 구조적으로 부품 수가 증가합니다.
Q. 어디에 사용될까요?
Cuk 컨버터는 아래에 사용된다고 알려져 있습니다.
예를 들면, 재생 에너지 시스템과 전기 자동차가 있습니다. 입력 전압이 태양과 바람에 따라 달라지는 하이브리드 태양풍 기술의 전압 조정기로 재생 에너지 시스템에 사용됩니다. 그리고 전기 자동차의 배터리 관리 시스템에도 사용됩니다.
그러므로 일반적으로 입력 전압에 비해 더 작거나 더 큰 출력 전압이 필요할 때 사용합니다.
5. Flyback Converter (Isolated Buck-Boost Converter) - 플라이백 컨버터
Flyback converter(플라이백 컨버터)는 입력과 출력 사이의 갈바닉 분리(Galvanic Isolation)를 통해 AC-DC 및 DC-DC 컨버터에 모두 사용됩니다. 구조는 벅-부스트 컨버터에서 Isolated transformer가 추가됩니다.
주요한 특징만 말씀드리겠습니다.
특징으로는 100 [W] 이하의 낮은 출력에 사용합니다. 회로가 간단하여 부품 비용을 절약할 수 있습니다.
단점으로는 출력 캐패시터의 리플전류가 크고, 변환 효율이 다소 낮습니다.
Q. 어디에 사용될까요?
입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공하므로 특정한 안전에 중요한 곳에 사용하기 적합합니다.
전원 공급 장치(SMPS) 및 배터리 충전기, 특히 저전력 및 저비용 애플리케이션에 사용됩니다.
6. Forward Converter - 순방향 컨버터
Forward Converter(순방향 컨버터)는 절연형 DC DC 컨버터의 또 다른 유형 중 하나입니다.
벅 컨버터에서 파생된 단일 트랜지스터 순방향 변환기는 변압기를 사용합니다. 그래서 전압 승압 또는 강압뿐만 아니라 갈바닉 분리를 사용하므로 두 가지를 모두 필요로 하는 응용 분야에 사용가능합니다.
특징으로는 200 [W] 이하의 출력에 사용합니다. 출력 캐패시터의 리플 전류가 작습니다.
아래 내용은 위에서 설명한 컨버터들과 비슷하여 간단한 특징만 말씀드리겠습니다.
7. Push-Pull Converter
Push-Pull Converter(푸시-풀 컨버터)는 Forward Converter의 변형입니다.
특징으로는 1000 [W] 이하의 대용량 출력에 사용합니다. 그리고 구동회로가 간단합니다.
8. Half Bridge Converter
특징으로는 500 ~ 수 k [W] 이하의 대용량 출력에 사용합니다.
단점으로는 구동회로가 복잡합니다.
9. Full Bridge Converter
특징으로는 수k [W] 이하의 대용량 출력에 사용합니다.
단점으로는 Half Bridge Converter보다 구동회로가 더 복잡합니다.
추가적으로 SEPIC converter, Half-forward converter도 있습니다.
개인적인 생각을 조금 덧붙이면 전자 제품을 설계할 경우에는 다양한 DC DC 컨버터가 필요합니다. 특정 DC-DC 컨버터 유형의 선택은 입력 전압 범위, 요구하는 출력 전압, 효율성, 부하 전류, 비용 및 기타 요구사항과 같은 요소에 따라 달라집니다. 하드웨어 엔지니어는 원하는 성능 목표를 달성하기 위해 적절한 DC DC 컨버터 유형을 신중하게 선택해야 한다고 생각합니다.
이상으로 DC DC 컨버터의 모든 종류를 알아보았습니다.
제가 모르는 DC DC 컨버터도 있을 수 있습니다. 그러므로, 위에서 누락된 DC DC 컨버터가 있을 수 있으므로 이점 참고해 주시기 바랍니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다. ♥♥♥
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