개요 및 용어
작성일 : 2023년 09월 03일 (Sunday)
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토폴로지는 크게 절연형과 비절연형으로 구분된다. 절연형은 토폴로지에 변압기가 사용되는 형태로 1차측이나 2차측에 고장이 발생한 경우 더 이상 전력이 전달되지 않으므로 고장전파를 방지하기에 효과적이고, 비절연형은 고장시에도 계속해서 전력이 공급될 수 있지만 효율이 높다는 장점이 존재한다. 설계가 100% 완전할 수는 없고 모든 회로는 한계가 존재하기 때문에, 일반적으로 회로 내에서 단순히 정해진 동작만 하도록 설계된 컨버터들은 비절연형이 많이 쓰이고, 파워 서플라이처럼 안정적인 전원공급이 필요한 경우에는 변압기가 적용된 절연형이 많이 사용된다.
절연형, 비절연형 이후로는 전압을 강압할 것인지, 승압할 것인지 목적에 따른 용도로 분류된다. 토폴로지에 따라서는 전압과 승압을 동시에 할 수 있는 경우도 존재한다.
모든 컨버터의 기본 컨셉은 인덕터에 에너지를 저장하여 일정한 전압을 제공하고, 커패시터로 전압리플을 줄인다는 것이다.
절연구분/목적에 따라 정리하면 아래와 같이 분류된다.
| 절연구분 | 목적 | |
|---|---|---|
| Buck | ✖ | ↓ |
| Boost | ✖ | ↑ |
| Buck-Boost | ✖ | ↓/↑ |
| Cuk | ✖ | ↓/↑ |
| Forward | ✔ | ↓ |
| HB (Half-Bridge) | ✔ | ↓ |
| FB (Full-Bridge) | ✔ | ↓ |
| Flyback | ✔ | ↓/↑ |
| Push-Pull | ✔ | ↓/↑ |
추가적으로,컨버터를 양방향으로 사용할 것인지 아니면 단방향으로 사용할 것인지, 출력을 여러 곳으로부터 사용할 지 등도 세부적으로 결정할 필요도 있다.
ESR (Equivalent Series Resistor) 의 영향
ESR은 의도하지 않은 직렬의 저항성분으로 커패시터나 인덕터에 모두 존재한다. 다음 포스트부터 ESR이 없는 이상적인 커패시터, ESR이 없는 이상적인 인덕터를 사용하여 설명한다. 파워서플라이를 설계할 때는 일반적으로 ESR이 적은 커패시터, 인덕터를 사용하므로 이상적인 소자를 가정하여 설명해도 큰 지장은 없다.
ESR이 존재하면 커패시터와 인덕터의 에너지를 소모하므로 ESR이 클수록 리플이 커지고 결과적으로 출력이 감소한다.
DC Link Capacitor
다음의 포스트에서는 간단하게 전압원으로 표기했지만, 실제로 회로에서 사용할 때에는 전압원과 컨버터 입력단 사이에 적당한 크기의 X CAP을 넣는데, 이는 과도현상에 의한 이상작동을 방지하고, 노이즈를 감쇠시키기 위함이다.
동기정류
다음의 포스트에서는 대부분 다이오드를 사용한 다이오드 정류로 설명하고 있지만, 효율을 높이기 위해서 동기정류가 종종 적용되기도 한다. 동기정류를 사용하면 ON/OFF를 원하는 타이밍으로 조절할 수 있기 때문에 ZVS (Zero Voltage Switching), ZCS (Zero Current Switching) 등 여러가지 기법을 적용할 수 있다. 다만, 환류용 스위치가 정확한 타이밍에 ON/OFF 되지 않으면 회로에 문제가 생길 수 있어서 고도의 설계가 필요하다.
