벅, 부스트 및 벅 부스트 컨버터에 대한 안내서

2023년12월21일
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전력 변환 기술은 현대 전자 장치의 필수 부분으로, 직류에 직류 (DC-DC) 컨버터가 핵심 역할을 수행합니다.Buck Converter, Boost Converter 및 Buck-Boost Converter를 포함한 이러한 변환기는 작업 원칙이 다르지만 모두 다양한 전압 레벨에 대한 회로의 요구를 충족하도록 설계되었습니다.이 기사는이 세 가지 유형의 컨버터의 기능과 작업 원칙을 탐구하여 현대 전자 기술에서 그들의 중요성을 강조합니다.

벅 컨버터 란 무엇입니까?

스텝 다운 컨버터라고도하는 벅 컨버터는 고도로 직류 (DC) 전압을 하위 직접 전류로 변환하도록 설계된 매우 효율적인 유형의 스위치 모드 전원 공급 장치입니다.주요 구성 요소에는 최소 2 개의 반도체 (일반적으로 트랜지스터 및 다이오드)와 인덕터 또는 커패시터와 같은 적어도 하나의 에너지 저장 요소가 포함됩니다.효율을 향상시키기위한 현대적인 설계에서, 트랜지스터-디오드 조합 대신 두 개의 트랜지스터가 종종 사용되는데, 예를 들어 커패시터 및 인덕터의 조합과 같은 동기 정류라고하는 방법이다.

커패시터 (일반적으로 인덕터와 쌍을 이루는)로 구성된 필터는 일반적으로 전압 잔물결을 줄이기 위해 이러한 컨버터의 출력 (하중 측면) 및 입력 (전원 측면)에 추가됩니다.

DC-DC 변환기의 유형으로, Buck 변환기와 같은 스위치 모드 변환기는 선형 조정기보다 효율적입니다.선형 조절기는 열 형태로 에너지를 소산하여 전압을 줄이는 복잡한 회로이지만 출력 전류를 증가시키지 않습니다.벅 컨버터는 매우 효율적이며 (일반적으로 90%이상) 컴퓨터의 메인 (고용량) 전원 공급 장치 전압 (약 12V)을 USB, DRAM 및 CPU (5V에 필요한 하위 전압으로 변환하는 데 매우 적합합니다., 3.3V 또는 1.8V는 PSU를 참조하십시오).

가장 일반적으로 사용되는 DC/DC 변환기 중 하나는 BUCK 변환기라고도하는 스텝 다운 DC/DC 변환기입니다.벅 컨버터는 예를 들어 24V ~ 12V 또는 5V로 더 큰 DC 전압을 더 낮은 DC 값으로 줄일 수 있습니다.그들은 광범위한 응용 분야, 낮은 손실 및 고효율을 제공합니다.

벅 컨버터는 어떻게 작동합니까?

PWM (Pulse-Width 변조) 신호의 제어에서, BUCK DC/DC 변환기의 트랜지스터 VT는 전도와 컷오프 사이 (OFF 상태라고도 함) 사이를 번갈아 가며.PWM은 빠르게 켜지고 끄는 기계적 스위치와 유사하게 작동합니다.그림 1은 작동 원리를 보여줍니다.그림 1-1 및 1-2는 각각 VT가 켜지고 꺼질 때의 현재 경로를 나타냅니다.회로 분석의 용이성을 위해, 수치는 스위치 S 닫기 및 개방을 사용하여 VT의 회전 및 끄기를 나타냅니다.VT가 활성화 될 때 (즉, S가 닫히면) 플라이 백 다이오드 VD가 차단되고 입력 전압 UI가 에너지 저장 인덕터 L의 왼쪽 끝에 적용되어 전압 (UI -UO)이 생성됩니다.L을 통해 흐르는 전류 IL이 증가함에 따라, 인덕터에 저장된 에너지는 선형으로 증가한다.인덕터의 유도 전자력은 왼쪽에서 양수이고 오른쪽에는 음수입니다.이 기간 동안, 입력 전류 (즉, 인덕터 전류 IL)는 부하에 전원을 공급할뿐만 아니라 필터 커패시터 C를 충전시킨다. 커패시터 충전 전류 I1 및 하중 전류 IO의 합은 인덕터 전류 IL과 동일하다.

벅 컨버터

VT가 꺼져있을 때 (즉, S 분리 된 경우), 인덕터 L은 그림 1-2와 같이 입력 전압 UI로부터 분리됩니다.인덕터의 전류는 갑자기 변할 수 없기 때문에, 왼쪽에 음수가 있고 오른쪽에 양수가있는 유도 전압이 L에서 생성되어 인덕터를 통해 일정한 전류 IL을 유지합니다.이때, 플라이 백 다이오드 VD는 L에 저장된 자기장 에너지를 전기 에너지로 변환하여 VD에 의해 형성된 회로를 통해 부하에 계속 전원을 공급하는 반면, 인덕터 전류 IL은 선형으로 감소합니다.동시에, 필터 커패시터 C의 방전 전류 I2는 인덕터 전류 IL에 중첩되어로드 RL에 전력을 공급합니다.인덕터 전류 IL 및 커패시터 방전 전류 I2의 합은 하중 전류 IO를 구성합니다.

벅 DC/DC 변환기의 특성 :

1. UO는 출력 전압입니다.
2. 출력 전압 UO의 극성은 입력 전압 UI와 동일합니다.
3. 전원 스위치 트랜지스터 VT가 견딜 수있는 최대 전압은 uce = ui입니다.
4. 전원 스위치 트랜지스터 VT의 수집기를 통한 최대 전류는 IC = IO입니다.
5. 플라이백 다이오드 VD의 평균 전류는 IF = (1-D) IO입니다.
6. ur = ui는 플라이 백 다이오드 VD에 의해 보낸 역전 전압입니다.
7. DC/DC 컨버터는 통합 회로 장치뿐만 아니라 스텝 다운 이산 구성 요소 및 PWM 컨트롤러를 활용할 수 있습니다.일반적인 통합 회로 제품의 예로는 LM2576, LM2596 및 L4960이 있습니다.LM2576의 주변 회로는 가장 간단한 중 하나입니다.

부스트 컨버터 란 무엇입니까?

DC-DC 스텝 업 헬리콥터라고도하는 부스트 컨버터는 동일한 극성을 유지하면서 직류 입력 전압을 더 높은 수준으로 높이도록 특별히 설계된 효율적인 유형의 DC-DC 변환기입니다.이 변환기는 전자 회로 설계에서 중요한 역할을 수행합니다. 특히 특정 부하 요구 사항을 충족하기 위해 전원 공급 장치 전압을 늘려야하는 상황에서.

핵심에서 부스트 컨버터는 적어도 2 개의 반도체 구성 요소 (일반적으로 MOSFET과 같은 다이오드 및 트랜지스터)와 적어도 하나의 에너지 저장 요소 (인덕터 또는 커패시터와 같은)로 구성됩니다.이러한 구성 요소의 협업 기능을 통해 변환기는 전압의 안정성과 순도를 유지하면서 전압을 효과적으로 증가시킬 수 있습니다.커패시터와 인덕터는 에너지 저장의 매체뿐만 아니라 필터로도 입력 및 출력 끝에 설치되어 전압 잔물결과 노이즈를 줄여보다 안정적인 전력 출력을 제공합니다.

부스트 컨버터의 중요한 장점 중 하나는 고효율입니다.세심한 설계를 통해 입력 에너지의 99%를 출력 에너지로 변환 할 수 있습니다.이 고효율은 부스트 컨버터가 특히 에너지 사용에 민감한 응용 분야에서 인기를 얻습니다.이 효율적인 변환의 핵심은 스위칭 구성 요소의 선택 및 구성에 있습니다.디자이너는 개방시 반도체의 고장 전압과 저항 사이에 정확한 트레이드 오프를 만들어야합니다.부스트 변환기는 전원 공급 전압의 합계와 인덕터에 의해 생성 된 전압의 합을 처리해야하므로 선택된 반도체 구성 요소는 전도 할 때 가능한 한 충분히 높은 고장 전압을 가져야합니다.

부스트 컨버터에는 다양한 산업 및 분야에서 광범위한 응용 프로그램이 있습니다.자동차 애플리케이션에서는 전자 제어 장치 및 센서에 필요한 전압을 제공하는 데 사용됩니다.전력 증폭기 및 적응 형 제어 시스템에서는 고성능 운영을 주도하는 데 필요한 전력을 공급합니다.또한 배터리 구동 시스템, 휴대용 소비자 전자 장치, 통신 장치, 배터리 충전 회로 등에 광범위하게 사용되므로 저전압 배터리 조건에서도 장치가 정상적으로 작동하도록합니다.또한 부스트 컨버터는 히터, 용접 기계, DC 모터 드라이브, 전력 계수 보정 회로 및 분산 전원 공급 장치 아키텍처 시스템에서 중요한 역할을합니다.

부스트 컨버터는 어떻게 작동합니까?

부스트 컨버터의 개략도는 다음과 같습니다.

컨버터 회로도를 높이십시오

부스트 컨버터를 사용하는 주요 장점은 고효율입니다.적절한 설계를 통해 입력 에너지의 최대 99%를 사용 가능한 출력 에너지로 변환하여 99%의 전체 효율을 달성 할 수 있습니다.부스트 컨버터의 설계는 본질적으로 스위치의 고장 전압 (보통 MOSFET)과 열린 시점의 저항 사이의 상충 관계를 포함한다는 점에 유의해야합니다.이는 전원 공급 장치의 결합 된 전압과 인덕터를 처리해야하므로 임계 전압 등급이 매우 높아야하기 때문입니다.

큰 전류를 처리 할 수 있고 자기 투과성이 높은 코어를 갖는 인덕터를 선택하는 것도 중요합니다.이것은 전체 구조의 작품을 손상시키지 않으면 서 높은 인덕턴스 값을 달성하는 데 도움이됩니다.인덕터는 항상 입력 측면에 연결되어 일정한 입력 전류의 공급원 역할을합니다.이로 인해 부스트 컨버터는 직류 입력 소스가되며 부하는 DC 전압 소스로 효과적으로 고려됩니다.

부스트 컨버터를 사용하면 직류 전압을 입력에서 출력으로 늘릴 수 있습니다.회로의 작동 상태는 스위치의 전도도 상태에 의해 결정됩니다.켜져있을 때, 스로틀을 통한 전류는 선형으로 증가하는 반면, 다이오드는 아래 다이어그램에 도시 된 바와 같이 비전 도성이 유지된다.

부스트 컨버터의 상태 전달

꺼짐에 따라 다이오드는 전류를 전도하고 전력은 인덕터에서 커패시터로 전달됩니다.스로틀을 통한 전류는 크게 변하지 않지만 스로틀 전류가 감소합니다.이것은 아래 다이어그램에 나와 있습니다.

변환기 종료 상태를 부스트하십시오

부스트 컨버터를 분석 할 때는 두 가지 주요 측면을 기억하는 것이 중요합니다. 인덕터 전류는 연속적이며, 이는 올바른 인덕터 값을 선택하면 가능합니다.또한, 임의의 듀티 사이클 동안, 인덕터 전류의 순 변화는 제로이며, 인덕터 전류가 스위치가 켜져있을 때 양의 경사에서 최대 값으로 상승한 다음 원래 음의 기울기 값으로 돌아갑니다.회로의 정상 상태 작동 중에, 인덕터 전류 값에 따라 두 개의 작동 모드를 정의 할 수 있습니다.인덕터 전류가 0에 도달하지 않으면 연속 전도 모드라고합니다.그러나 인덕터 전류가 0에 도달하면 불연속 모드에서 작동합니다.다음 공식은 입력 전압과 출력 전압 간의 관계를 나타냅니다.

u = u / (1-d)

여기서 D는 듀티 사이클입니다.

듀티 사이클은 스위치가 켜져있는 시간의 백분율로 정의됩니다.다시 말해, 인덕터와 커패시터의 병렬 조합은 2 차 저역 통과 필터를 형성하여, 전압 파방을 줄여 순수한 DC 전압을 생성함으로써 스위칭 효과를 부드럽게한다.부스트 컨버터의 입력 대 출력 전압의 비율에 따라 듀티 사이클이 0에 가까울 때 출력 전압은 입력 전압과 동일하다는 결론을 내릴 수 있습니다.마찬가지로, 듀티 사이클이 통일에 접근하면 출력 전압이 무기한으로 증가합니다.

다음은 부스트 DC/DC 변환기의 특성입니다.

1. 출력 전압 UO가 입력 전압 UI보다 크기 때문에 부스트 컨버터라고합니다.UO와 UI, UO = UI / (1-D)의 관계는 듀티 사이클 D를 조정하여 수정할 수 있습니다.
2. 출력 전압 UO의 극성은 입력 전압 UI와 동일합니다.
3. 전원 스위치 트랜지스터 VT가 견딜 수있는 최대 전압은 uce = uo입니다.
4. VT를 통한 최대 전류는 IC = IO / (1-D)입니다.
5. 부스트 다이오드 VD를 통한 평균 전류는 IF = IO입니다.
6. 부스트 다이오드 vd에 의해 보낸 역전 전압은 ur = uo입니다.
7. 부스트 DC/DC 변환기를위한 통합 회로에는 LM2577 및 MAX1599가 포함됩니다.

리프트 전압 변환기는 무엇입니까?

다각적 인 DC-DC 변압기 인 Buck-Boost Converter는 입력보다 높거나 낮거나 심지어는 전압을 출력하는 능력으로 눈에.니다.그것의 적응성은 특히 전력 관리 및 전자 장치가 변동하는 입력 전압에 직면하거나 다양한 출력 수준이 필요합니다.

기존의 플라이 백 컨버터와는 달리, 벅-부스트 변형은 주로 변압기의 필요성을 우회하여 독방 인덕터를 사용합니다.이 전략적 선택은 설계를 능률화 할뿐만 아니라 비용과 공간 요구를 모두 슬래시하면서 칭찬할만한 효율성과 적응성을 보존합니다.이 컨버터는 다양한 토폴로지를 수용하며 반전 및 비 반전 아키텍처가 우세합니다.

반전 아키텍처의 출력 전압은 입력으로 반대로 변형되어 음의 전압을 생성하는 것과 같은 작업에 매우 중요합니다.여기서는 전원 스위치 트랜지스터의 듀티 사이클이 수정 가능하여 광범위한 전압 조절 기능을 제공합니다.컨버터의 특징은이 듀티 사이클을 조작하여 광범위한 출력 전압을 생성하여 입력 전압의 절대 값을 능가하기 위해 거의 nil에서 스윙하는 능력에 있습니다.

반대로, 비 반전 변환기는 동일한 입력 출력 극성을 유지하여 입력 레벨 아래 및 위에 전압을 수용합니다.이 설정은 전압의 업 스케일링 및 다운 스케일링을 요구하는 응용 프로그램에 이상적으로 적합합니다.이 프레임 워크에서, 스테핑 세그먼트에 걸쳐 공유 인덕터와 결합 된 다이오드 대신 스위치 사용은 효율성을 최적화하고 구성 요소 의존을 다듬습니다.

주목할만한 변형 인 4 스위치 벅 부스트 컨버터는 4 중 스위치를 통합하여 유연성과 제어를 향상시킵니다.복잡한 전압 조정은 다중 인덕터를 요구할 수 있지만 Sepic 또는 ćuk 변환기와 같은 간소화 된 설계는 일반적으로 단일 스위치에 따라 다릅니다.이 단순성은 복잡하지 않은 회로 구조를 유지하면서 효율적인 전압 조절을 용이하게합니다.

결론적으로

벅 컨버터, 부스트 컨버터 및 하이브리드 인 벅 부스트는 현대 전자 제품 내에서 전력 관리 및 효율성 향상에 중추적입니다.그들은 에너지 활용을 촉진 할뿐만 아니라 장치 성능과 신뢰성을 강화합니다.

본질적으로,이 DC-DC 변환기는 전자 엔지니어링에서 대체 할 수 없습니다.그들은 최첨단 전력 전자 기술을 구현하고 에너지 효율과 성능에 대한 확대 된 요구를 충족시킵니다.기술 발전과 새로운 재료는 지속 가능한 전자 솔루션의 글로벌 혁신을 촉진하여 효율성과 응용을 발전시킬 것을 약속합니다.

자주하는 질문

사용 된 벅 컨버터는 무엇입니까?

벅 컨버터는 필요한 출력을 달성하기 위해 주어진 입력의 전압을 낮추는 데 사용됩니다.벅 컨버터는 주로 이동 중 USB, PC 및 랩톱 용 부하 변환기, 배터리 충전기, 쿼드 헬리콥터, 태양열 충전기 및 전원 오디오 증폭기에 주로 사용됩니다.

벅 컨버터의 단점은 무엇입니까?

효율성은 최대 게인 (즉, 매우 작은 듀티 사이클 또는 큰 듀티 사이클)에 효과가 없으므로이 유형의 컨버터를 사용하면 높은 게인을 달성 할 수 없습니다.입력 측에서 출력 측로 분리되지 않아 대부분의 운영 체제에 매우 중요합니다.

Buck-Boost Converter의 목적은 무엇입니까?

Buck-Boost Converter는 DC 입력 전압보다 크기가 크거나 작을 수있는 DC 출력 전압을 생성합니다.이름에서 알 수 있듯이 벅 컨버터 (DC 전압 스텝 다운에 사용)와 부스트 컨버터 (DC 전압 스텝 업에 사용)의 기능을 결합합니다.

벅 변환기가 앰프를 증가 시키나요?

3A에서 최대 15V의 전원 공급 장치가있는 경우 (예 : 45W) 벅 컨버터를 사용하여 더 낮은 전압에서 더 높은 암페어를 출력 할 수 있습니까?그렇습니다. 그것이 작동하는 방식입니다. 효율성을 통해 5-20%를 잃을 것입니다.예,하지만 변환기가 입력 측면에서 ~ 9A의 펄스를 당기는 것을 잊지 마십시오.