디바이스마다 다른 동작전압에 맞춰
안정적인 전원 공급하는 DC/DC 컨버터
전기적 특성을 평가할 줄 알아야 설계 완성


DC/DC 컨버터는 DC(직류)를 DC로 변환하는 디바이스로, 변환 방식에 따라 리니어 레귤레이터나 스위칭 레귤레이터라고도 부른다.

PCB 위의 디바이스 대부분은 DC로만 동작한다. 각 디바이스는 고유의 동작전압 범위를 가지고 있으며, 전압 정밀도 요구도 다르다.

전압이 불안정한 전원을 공급하면, 디바이스의 오동작이나 특성 열화 등의 문제가 발생하기 때문에 DC/DC 컨버터가 필요하다.

DC/DC 컨버터는 전원설계뿐만 아니라 전체 제품설계에도 영향을 미친다. 따라서 전원설계 엔지니어는 △로드 레귤레이션, △인덕터 전류, △출력 전압, △전원 효율 등의 전기적 특성을 평가할 줄 알아야 한다.

로옴 코리아 테크니컬 센터의 나희원 책임연구원에게 DC/DC 컨버터의 전기적 특성을 평가하기 위해 엔지니어가 갖춰야 할 역량에 관해 물었다.


Q. DC/DC 컨버터의 전기적 특성을 평가할 때 유의할 점들은?
A. 평가 시의 평가 환경 및 방법에 따라 측정 결과가 달라지면 안 됩니다. 각 특성 평가 항목에 대해 정확한 평가 방법을 숙지하여 동일한 결과가 나오도록 평가하는 것이 가장 중요합니다.


Q. DC/DC 컨버터의 전원 효율 저하 이유로는 어떤 것들이 있습니까?
A. △스위치 소자의 온저항에서 발생하는 도통 손실, △스위칭 동작에서 발생하는 스위칭 손실, △스위치 게이트의 충전 손실, △데드 타임에 발생하는 기생 다이오드 손실, △IC 소비 전력 손실, △인덕터 권선 저항에 따른 손실 등이 있습니다.


Q. 로드 레귤레이션을 측정해야 하는 이유는 무엇입니까?
A. 로드 레귤레이션이란, 부하 전류에 따라서 출력 전압이 어느 정도 변동하는지 확인하는 항목입니다. DC/DC 컨버터의 가장 중요한 역할은 안정적인 전압을 출력하는 것입니다. 출력 전압이 변동할 경우, DC/DC 컨버터의 출력을 입력으로 사용하는 디바이스가 오동작할 가능성이 있어 꼭 체크해야 합니다.


Q. DC/DC 컨버터에 있어서 인덕터의 중요성은 얼마나 큽니까?
A. 인덕터의 중요성을 이해하기 위해서는 DC/DC 컨버터의 동작 특성을 알아야 합니다. DC/DC 컨버터는 안정적인 출력 전압을 유지하기 위해서 출력 전압이 떨어질 때 입력 전압 쪽의 스위치를 켜서 전력을 공급합니다. 이때 인덕터에 자기 에너지가 축적됩니다.

반대로 출력 전압이 높아질 때는 그라운드 쪽의 스위치를 켭니다. 이때 인덕터에 축적되어 있던 자기 에너지가 전류가 되어 부하에 공급됩니다. DC/DC 컨버터는 안정적인 출력 전압을 만들기 위해서 이 두 동작을 반복합니다. 이것이 인덕터가 DC/DC 컨버터에 필요한 이유입니다.


Q. DC/DC 컨버터의 출력 전압 측정이 필요한 이유는 무엇입니까?
A. DC/DC 컨버터가 스위칭 동작을 반복하면 출력 전압에 리플 전압과 스파이크 노이즈가 발생합니다. SoC, FPGA 등의 디바이스는 ±2% 이하 같은 높은 출력 전압 정밀도를 요구하므로, 점검자는 오실로스코프로 디바이스의 출력 전압 정밀도를 확인해야 합니다.


Q. 평가에 사용하는 계측 장비로는 어떤 것들이 필요합니까?
A. 기본적으로 DC/DC 컨버터에 △입력 전원을 공급하는 파워 서플라이와 △출력 부하를 조정하는 전자 로드가 필요합니다. △스위칭 파형, 인덕터 전류, 출력 전압 안정도를 측정하는 오실로스코프와 △전압, 전류 프로브도 필요하며, 정확한 효율을 측정하는 멀티 미터도 필요합니다.


Q. 엔지니어에게 로옴이 제공하는 DC/DC 컨버터 설계 지원책이 있다면?
A. 로옴은 현재 입력 전압 범위와 출력 전류 범위에 따라 다양한 DC/DC 컨버터 라인업을 구축하고 있습니다. 또한, 테크 웹(Tech Web)을 통해 회로 설계 정보와 사례를 공유하고 있습니다.

아울러 전력 디바이스와 구동 IC를 한꺼번에 검증하는 시뮬레이션 툴을 무료로 제공하고 있으며, 시뮬레이션 가능한 IC 라인업을 지속해서 추가하고 있습니다.