안녕하세요.
이번에는 번외로 내 마음대로 설계해보는 DCDC Converter 편을 만들어보았습니다!
시작하기에 앞서, 한 가지의 상황을 가정해보죠!
어느 날 갑자기! 그냥 무작정 제품 개발 섭외가 들어온다면?!
전원 설계부터 해야 하는데, 어떤 걸로 만들어야 할지 모르겠다면!?
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자, 지금부터 시작합니다.
먼저, DCDC Conveter가 무엇인지부터 알아봐야겠죠??
DCDC 컨버터란?! (DC-DC Converter)
DCDC 컨버터란 "DC(직류) 전압을 DC(직류) 전압으로 변환하는 장치"입니다.
여러 종류의 IC들은 각각의 동작 가능한 전압 범위가 다르기 때문에, IC들에 맞는 전압을 만들 필요가 있습니다.
그래서 입력 받은 전압보다 낮은 전압을 만들어 내는 것을 "Buck 컨버터", "Step-down 컨버터",
입력받은 전압보다 높은 전압을 만들어 내는 것을 "Boost 컨버터", "Step-up 컨버터"라고 합니다.
이런 DCDC Converter는 위 이미지처럼 IC를 직접 수급해서 제품을 제작하는 방법이 있고,
아래 이미지처럼 모듈 형태를 구매해서 사용하는 방법도 있습니다.
아래 표를 보시면 컨버터의 종류를 확인할 수 있어요. (표 출처 로옴)
| 컨버터 종류 | 컨버터 기능 |
| 강압 컨버터, Buck 컨버터, Step‒down 컨버터 | 전압을 낮추는 전원 장치 |
| 승압 컨버터, Boost 컨버터, Step-up 컨버터 | 전압을 높이는 전원 장치 |
| 승강압 컨버터, Buck-Boost 컨버터 | 전압을 높이고 낮추는 전원 장치 |
| 부전압 컨버터, 반전 컨버터, Inverting 컨버터 | 마이너스 (부) 전압을 생성하는 전원 장치 |
보통 산업기기에 전원을 인가할 때는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 기성품을 많이 사용하는데,
대부분 12V ~ 36V의 전원을 갖습니다.
그래서 "Buck 컨버터" 다른 말로 "Step-down"컨버터를 사용해서 DCDC Converter 구성해볼 거예요!!
잠깐! 시작전에! :) DCDC Converter를 왜 사용할까요???
일반 가정집에서 사용하는 콘센트는 AC 220V인 거 아시죠??
그리고 산업기기나 디지털기기에 사용되는 전원은 DC 3.3V ~ DC 36V까지 다양하게 사용됩니다.
그래서 산업기기, 디지털 기기를 제어하기 위해서는 아래 이미지처럼 AC(교류) -> DC(직류)로 변환해야 합니다.
AC 220V를 SMPS(AC/DC 컨버터)를 이용해서 DC 12V ~ 36V로 변환하고,
중간에 DC-DC 컨버터를 이용해서 1.8V ~ 5V를 만듭니다.
왜 중간에 DC-DC 컨버터를 이용하냐면, 여러가지 문제가 있는데요.
대표적으로 "노이즈" 때문입니다.
AC220V도 교류 신호인데, 이를 스위칭으로 변환하여 12V로 변환하게 되면 스위칭 노이즈가 어마어마합니다.
만약 AC 220V를 바로 DC 3.3V로 변환할 순 있겠지만, 우리가 제어하는 전자기기에는 깨끗한 전원이 필요하기 때문에,
2단계에 거쳐서 전원을 깨끗하게 만드는 작업을 합니다. (사실 필자는 3단계로 만듭니다. LDO도 사용해서요)
그러면 지금부터 본격적으로 제품 콘셉트를 잡기 위해서 의뢰 요청서를 한 번 보죠!
- 의뢰 요청서
1. 전원 모듈을 설계해주세요.
2. 입력: DC 12 ~ 36V
3. 출력: DC 3.3V
4. 원가는 내 맘대로~
의뢰 요청서를 보시면 입력 12V ~ 36V, 출력 3.3V네요.
저는 직접 IC를 수급해서 DCDC Converter를 제작할 거예요.
제품은 MPS사의 "MP4462DN"제품을 사용할 거예요.
데이터 시트는 Google에 검색하면 나오니 다들 찾아보세요!!
잠깐 MP4462DN의 Block Diagram에 대해서 설명해볼게요.
- VIN을 12V에서 최대 36V까지 공급 받을 수 있습니다
- VIN신호를 공급받아서 내부 레귤레이터로 연결되구요. EN 신호가 들어와야만 내부 레귤레이터가 동작합니다.
- GND는 전위차가 나와야하기 때문에 당연히 연결해줘야 합니다.
- DCDC 컨버터의 원리 동작은 오실레이션(주기적으로 직각 파형을 만듦)입니다. 이런 오실레이션을 원하는 주파수 대역으로 맞추기 위해서 FREQ핀을 사용합니다. 즉, FREQ핀은 오실레이션 주파수를 맞춰주는 역할을 합니다.
- BST와 SW는 출력 단자에요. BST와 SW 사이에 세라믹 콘덴서가 부착되어야 해요.
- 그리고 IC 외부에는 다이오드와 파워 인덕터, 완충용 전해 콘덴서를 부착하라고 명기되어 있습니다.
- 그리고 가장 중요한 부분인 Vout신호를 FB신호로 가져와야 합니다.
- 마지막으로 COMP는 FB으로 받은 신호의 OPAMP Gain을 조정해주네요.
이상 컨셉 및 MP4462DN에 대한 설명이었습니다.
아마도 대부분의 DCDC Converter는 다 동일한 동작을 할 거예요.
한 가지의 DCDC Converter의 동작만 이해하면 다른 IC들은 동일하기 때문에 이해하기 쉽습니다 ^^
다음 시간에는 선정한 제품을 이용해서 회로설계를 해보겠습니다 ^^!!
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