Basic Switching Regulators

Ch. 17

Voltage Regulators

Yun SeopYu

Basic Switching Regulators

전압 반전형 (Voltage-Inverter): 벅-부스트 컨버터(buck- boost converter)

출력전압이 입력전압의 극성과 반대로 출력

Yun SeopYu

Basic Switching Regulators

반전형 스위칭 전압조정기 동작 #1

Q₁ ON Æ 초기에 인덕터 양단에 V_L =V_IN – V_INCE(sat) 전압 유도 Æ 자장에 에너지 축적 Æ 다이오드 OFF Æ 캐패시터 C는 충전되지 않음 (단, Q₁ OFF될 때까지 인덕터 전압은 초기 최대값에서 감소)

Yun SeopYu

Basic Switching Regulators

반전형 스위칭 전압조정기 동작 #2

Q₁ OFF Æ 인덕터 자계 감소하며 인덕터 양단 전압 극성 반전 Æ 다이오드 ON Æ 캐패시터 C는 충전 (극성 -)

Yun SeopYu

Basic Switching Regulators

반전형 스위칭 전압조정기 동작 #3

-V_OUT 감소하려고 하면 Æ V_FB 감소하려고 함 Æ 연산증폭기 입력

V₊(=V_FB) - V_-(=V_Z) 감소 Æ V_PWM 펄스 폭 감소 Æ V_L 감소량 감소 : C 충전량 증가 Æ -V_OUT 감소에 대한 보상으로 증가

Yun SeopYu

Basic Switching Regulators

반전형 스위칭 전압조정기 동작 #4

-V_OUT 증가하려고 하면 Æ ÆV_FB 증가하려고 함 Æ 연산증폭기 입력

V₊(=V_FB) - V_-(=V_Z) 증가 Æ V_PWM 펄스 폭 증가 Æ V_L 감소량 증가 : C 충전량 감소 Æ -V_OUT 증가에 대한 보상으로 감소

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

집적회로 전압조정기 (Integrated Circuit voltage Regulator)

선형 및 스위칭 전압조정기는 집적회로(integrated-circuit: IC) 형태로 이용

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

고정된 양(+)의 선형 전압조정기 (Fixed positive linear voltage regulator)

78XX 계열: 고정된 양(+)의 출력을 제공하는 3단자 IC

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

고정된 음(-)의 선형 전압조정기 (Fixed negative linear voltage regulator)

79XX 계열: 고정된 음(-)의 출력을 제공하는 3단자 IC

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

조정 가능한 양(+)의 선형 전압조정기 (Adjustable positive linear voltage regulator)

LM317: 조정 가능한 양(+)의 출력전압을 제공하는 3단자 전압조정기 예 R₁과 R₂: 출력전압 조정

V_OUT: 1.2 ~ 37 V 변화 가능 부하전류: 1.5A 이상 가능

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

조정 가능한 양(+)의 선형 전압조정기 동작

V_REF: 일정한 기준 전압 1.25V 유지

I_ADJ : 조정 단자에 흐르는 일정한 전류 50 μA I_REF: R₂ 값에 관계없이 R₁에 흐르는 일정한 전류

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

예제 17-6: I_ADJ=50 μA 가정할 때, 전압조정기의 최소 및 죄대 출력전압?

I_ADJ

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

조정 가능한 음(-)의 선형 전압조정기 (Adjustable negative linear voltage regulator)

LM337: 조정 가능한 음(-)의 출력전압을 제공하는 3단자 전압조정기 예 R₁과 R₂: 출력전압 조정

V_OUT: -1.2 ~ -37 V 변화 가능

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

스위칭 전압조정기

승압용 ADP1612/ADP1613

z PWM으로 동작(주파수: 650 kHz 혹은 1.3 MHZ)

z 94%이상의 고효율

<효율 대 전류 특성 그래프>

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator

스위칭 전압조정기

강압용 ADP2300/ADP2301

z ADP2300: 스위칭 동작주파수 700 kHz

z ADP2301: 스위칭동작주파수 1.4 MHZ)

z 88~91%의 일정 효율(전류 0.2 A이상에서)

z 입력전압: 3 ~ 20V Æ 출력전압: 입력전압의 0.8 ~ 0.85배

<효율 대 전류 특성 그래프>

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

외부 통과 트랜지스터(External pass transistor)

외부 통과 트랜지스터: 소비전력 증가 예) 78XX 계열

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

예제 17-7: 최대 전류 700mA Æ R_ext?

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

예제 17-8: 7824 전압조정기에 외부트랜지스터의 최소 정격전력?

입력전압 = 30V, 부하저항: 10Ω, 최대전류 700mA

Æ 안정성 여유분을 고려하면 15W 이상 선택

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

전류제한(Current limiting)

전류제한: 과잉전류로부터 보호 예) 78XX 계열

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

전류제한(Current limiting)

전류제한: 과잉전류로부터 보호 예) 78XX 계열

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

전류조정기(Current regulator)

전류조정기: 가변하는 부하에 일정한 전류를 공급할 필요가 있는 응용분야의 경우에 전류원

z R₁: 전류 조절 저항

z V_OUT : 일정한 전압 제공

z I_G: 접지 단자 전류(출력전류에 비해 무시가능)

Yun SeopYu

Integrated Circuit Voltage Regulator Configuration

예제 17-9: 1 ~ 10Ω 조정 가능한 가변 부하에 I_L = 0.5 A의 일정 전류 공급하는 7805 전장조정기의 R₁?

I_G: 무시

Yun SeopYu

Application activity: Variable DC Power Supply

Variable output power supply

출력전압 V_out : +9 ~ +30 V (variable) 최대 부하 전류 I_L(max) : 250mA

Yun SeopYu

Application activity: Variable DC Power Supply

Variable output power supply LM7809

Yun SeopYu

Application activity: Variable DC Power Supply

시뮬레이션

Yun SeopYu

58

Homework

All Examples

Selected Problems(P.886- 889):

7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,

18,19,21,22,25,26

Yun SeopYu

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