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GN⁺: DC-DC 전압 변환의 마법 (2023)

 (lcamtuf.substack.com)
1P by neo 8일전 | favorite | 댓글 1개

DC-DC 전압 변환의 마법

저항 기반 분압기
  • 저항 기반 분압기는 안정된 공급 전압에서 중간 전압을 얻는 가장 간단한 방법임
  • R1과 R2의 저항 비율에 따라 중간 전압이 결정됨
  • 제한점: 부하 전류가 클 경우 전압이 불안정해짐
기본 선형 레귤레이터
  • 선형 레귤레이터는 가변 저항을 사용하여 부하 전압을 일정하게 유지함
  • 트랜지스터 기반 전압 팔로워: MOSFET을 사용하여 전압을 조절함
  • 개선된 레귤레이터: 내부 제너 다이오드를 사용하여 절대 전압 기준을 제공함
  • 오퍼 앰프 사용: 전압 비교기를 사용하여 피드백 메커니즘을 통해 전압을 안정화함
  • 단점: 에너지 낭비가 크고, 열 관리와 배터리 수명 문제가 발생함
스위치드 커패시터 컨버터 (차지 펌프)
  • 차지 펌프는 커패시터를 사용하여 전압을 증폭하거나 감소시킴
  • 작동 원리: 커패시터를 충전하고 방전하여 전압을 변환함
  • 장점: 높은 효율성 (85% 이상)
  • 단점: 전압 조절이 어렵고, 높은 전류를 처리하기 어려움
벅 컨버터
  • 벅 컨버터는 인덕터를 사용하여 공급 전압보다 낮은 전압을 생성함
  • 작동 원리: 인덕터와 다이오드를 사용하여 전압을 조절함
  • 장점: 높은 전류를 처리할 수 있고, 전압 조절이 용이함
  • 단점: 인덕터의 저항과 전자기 간섭으로 인한 손실 발생
부스트 컨버터
  • 부스트 컨버터는 인덕터를 사용하여 공급 전압보다 높은 전압을 생성함
  • 작동 원리: 인덕터의 자기장을 이용하여 전압을 증폭함
  • 장점: 높은 전압을 생성할 수 있음
  • 단점: 전압 조절이 필요하고, 전자기 간섭이 발생함

GN⁺의 정리

  • 이 글은 DC-DC 전압 변환의 다양한 방법을 설명하며, 각 방법의 장단점을 다룸
  • 전자 회로 설계에 필요한 기본 지식을 제공하여 초보자도 쉽게 이해할 수 있음
  • 전압 변환의 효율성과 안정성을 높이는 방법을 제시함
  • 유사한 기능을 가진 제품으로는 Texas Instruments의 LM7805, LM317, 그리고 Microchip의 MCP1642B/D 등이 있음
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neo 8일전  [-]
Hacker News 의견

  • DC-DC 컨버터는 어렵지만 재미있음

    • 인덕터에 전류를 넣고 끊으면 큰 전압 스파이크가 발생함
    • 이 스파이크를 다이오드를 통해 커패시터에 충전하여 DC를 얻을 수 있음
    • 스위칭 전원 공급 장치는 전력 경로에 저항이 거의 없어 효율이 좋음
    • 하지만 주기 중 일부는 입력에 단락되어 화재 위험이 있음
    • 부스트 컨버터, 벅 컨버터, 트랜스포머를 사용하는 컨버터가 있음
    • 트랜스포머는 입력과 출력을 분리하여 안전을 보장함
    • USB 5VDC를 120VDC로 변환하여 오래된 텔레타이프 기계를 작동시키는 예시를 제공함
    • LTspice 시뮬레이션을 통해 노이즈를 최소화함

  • 부스트 컨버터와 유압 램의 흥미로운 연결

    • 유압 램은 스트림의 운동 에너지를 이용해 물을 높은 위치로 펌핑함
    • 두 장치의 방정식은 본질적으로 동일하며 단위만 다름

  • MIT 6.622 Power Electronics 강좌 추천

    • Prof. David Perreault의 강의가 훌륭함
    • 고급 주제를 다루지만 기본을 잘 설명하여 이해를 돕는 강좌임

  • 선형 조절기의 장점

    • LDO는 저렴하고 사용하기 쉬움
    • 5V USB 충전기를 사용하는 취미 프로젝트에 적합함
    • 벅 컨버터는 더 많은 공학적 노력이 필요함

  • 회로 설계의 복잡성

    • 데이터시트에 좋은 참고 회로가 있으면 도움이 됨
    • 부품 선택과 연결에 많은 주의가 필요함
    • 설계 시 모든 것을 두 번 확인해야 함

  • 초보자에게 어려운 부스트 컨버터

    • 많은 튜토리얼이 중요한 부분을 설명하지 않음
    • 원하는 입력 전압에 맞는 IC를 찾거나 선형 조절기를 사용해야 함
    • AI 생성 답변을 그대로 사용하지 말아야 함

  • 자동차 EMC 테스트에서의 문제

    • 전압 변환이 테스트 실패의 주요 원인임
    • 벅-부스트 컨버터는 소음이 많고 디버깅이 어려움

  • 마이크로컨트롤러 세계에서의 대안

    • 몇 개의 다이오드를 쌓는 간단한 대안이 있음

  • 오디오 작업에서의 문제

    • 3.7V를 5V로 변환하는 장치가 노이즈를 유발함
    • 배터리 소스가 마이크 입력에 영향을 미침
    • DC-DC 컨버터 설계 시 노이즈를 최소화해야 함

  • 기계적 기어박스에 벅/부스트 컨버터 아이디어 적용

    • 전기 회로의 전압과 전류는 기계적 축의 토크와 속도에 대응됨
    • 스프링과 해머 메커니즘을 사용하여 토크/속도를 변환하는 기어박스 설계 가능성
    • 높은 주파수에서 작동하는 부품 설계의 어려움 있음
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