7-1. Buck Converter(DCDC 컨버터의 종류, 기본원리, 저역통과필터)

아래의 순서로 Buck Converter 내용을 작성하도록 하겠다.

 

<Table of Contexts>

1. Step-Down Dc-to-Dc Power Conversion

2. Start-up Transient
3. Buck Converter in Steady State
4. Buck Converter in Discontinuous Conduction Mode Operation
5. Closed-Loop Control of Buck Converter 

 

1.  Step-Down Dc-to-Dc Power Conversion

기본적인 컨버터는 크게 Buck, Boost, Buck - Boost 로 나눌 수 있다.

Buck Converter는 Step-down 컨버터를 의미한다.

Boost Converter는 Step-up 컨버터를 의미한다.

Buck-Boost는 up-down이 둘 다 가능한 컨버터를 의미한다.

 

이 중 Buck converter에 대해 먼저 알아보겠다. 

 

Ideal DCDC converter 회로도

 

 

해당 Buck converter의 기본 원리는

Switch의 ON-OFF 시간를 조절하여 출력값(평균값)의 크기를 변화시키는 것이다.

 

따라서 기본 공식은 아래와 같다. 

 

스위치를 껐다 켰다 하는 방식으로 DC값을 조정하면 리플이 생길 수 밖에 없다.

리플이 끼게 되면 온전한 DC값을 출력할 수 없으므로, LPF(low pass filter)를 달아주어 리플을 최소화한다. 

이를 위한 Frequency-domain 해석은 아래와 같다. 

 

 

 

 

●리플값 제어

 

 LC 2차 LPF필터를 달아 리플을 최소화하였다.

리플이 0이 되게 하면 좋겠지만, 리플 0을 만들기 위해서는 LC의 값을 크게 사용해야하므로 가격이 비싸진다.

따라서 적당한 부분에서 타협을 해야하며 약간의 리플이 존재하게 된다. (파란색 선 참고)

 

즉, 리플은 필터의 성능에 영향을 받는다. 

해당 리플값을 파악하기 위해, LC 필터와 관련된 전달함수와 보드플롯을 알아보고 리플값을 계산해보자.

 

 

위 필터에 따라서, 아래와 같은 리플 식이 도출된다. 

● 필터에 따른 리플값 변동

필터의 차수를 증가하거나, stage를 늘릴수록 filter의 성능은 좋아진다.

특히, stage를 증가시키는 것이 효과가 좋다. 이에 대한 설명은 아래 사진으로 대신하겠다.

 

 

다음 장에서는, 컨버터 Start-up 단계와 Steady-state에서의 컨버터 해석을 알아보도록 하겠다.