DC-DC Converter Calculator

벅(강압) 컨버터는 더 높은 입력 전압을 낮은 출력 전압으로 낮춥니다. 스마트폰 충전기, 노트북 전원 레일, 자동차 전자 장치에 이르기까지 가장 일반적인 DC-DC 토폴로지입니다. 예를 들어 마이크로컨트롤러를 위해 12 V 시스템 레일을 3.3 V로 변환하는 데 벅 토폴로지를 사용합니다. 듀티 사이클 D = Vout/Vin이 1보다 작아야 하므로 Vout은 반드시 Vin보다 작아야 합니다.

부스트(승압) 컨버터는 낮은 입력 전압을 높은 출력 전압으로 높입니다. LED 드라이버(단일 셀 배터리를 LED 순방향 전압으로 승압), 역률 보정 회로, 저전압 소스의 USB 충전 등에 일반적으로 사용됩니다. 듀티 사이클 D = 1 − Vin/Vout이므로 Vout은 항상 Vin보다 커야 하며, 그렇지 않으면 계산기가 결과를 반환하지 않습니다.

듀티 사이클(D)은 각 스위칭 주기에서 전력 스위치(MOSFET)가 ON 상태인 시간 비율입니다. 벅 컨버터에서 D = Vout/Vin입니다. D = 0.25이면 스위치는 각 주기의 25%는 ON, 75%는 OFF 상태입니다. 듀티 사이클은 전압 변환비를 직접 결정하며, 정상 상태에서는 피드백 제어 루프가 목표 출력 전압을 유지하도록 설정합니다.

높은 스위칭 주파수(예: 500 kHz~2 MHz)는 인덕터와 캐패시터를 작게 할 수 있어 보드 면적과 비용을 줄이지만 MOSFET와 다이오드의 스위칭 손실이 증가합니다. 낮은 주파수(예: 50~200 kHz)는 스위칭 손실을 줄이지만 더 큰 부품이 필요합니다. 대부분의 현대 통합 DC-DC 컨트롤러는 200 kHz~2 MHz에서 동작합니다. kHz 단위로 목표 주파수를 입력하면 계산기가 인덕터와 캐패시터 크기를 결정합니다.

전류 리플(ΔIL)은 각 스위칭 주기 동안의 인덕터 전류 피크-투-피크 변동입니다. 출력 전류의 백분율로 표현할 때 일반적인 설계 목표는 20%~40%입니다. 30% 리플(기본값)은 일반적인 출발점입니다. 낮은 리플은 더 큰 인덕터가 필요하지만 출력 전압 리플과 캐패시터 스트레스를 줄입니다. 높은 리플은 더 작은 인덕터를 허용하지만 경부하 시 컨버터가 불연속 도통 모드(DCM)로 전환될 수 있습니다.

ESR(등가 직렬 저항)은 캐패시터의 기생 저항입니다. DC-DC 컨버터에서 ESR은 출력 전압 리플에 직접 기여합니다: Vripple_ESR = ΔIL × ESR. 계산기는 리플을 지정된 전압 리플 비율 이내로 유지하는 최대 ESR을 출력합니다. 더 낮은 ESR의 캐패시터(예: 세라믹 MLCC vs. 전해 캐패시터)를 선택하면 리플이 사양보다 낮아지고, 더 높으면 리플 예산을 초과합니다.

피크 전류는 인덕터를 통해 흐르는 최대 순간 전류로, 포화 정격 선택에 중요합니다. 인덕터는 피크 전류 이하에서 절대 포화되지 않아야 합니다. 실효값 전류는 권선 저항의 I²R 발열 손실을 결정하며, 인덕터의 전류 정격은 실효값을 초과해야 합니다. 평균 전류는 벅의 경우 출력 전류, 부스트/벅-부스트의 경우 평균 입력 전류와 같습니다. 세 가지 모두 계산기 결과에 표시됩니다.

아닙니다. 이 계산기는 비절연 토폴로지인 벅, 부스트, 반전 벅-부스트만 지원합니다. 플라이백, 포워드, 푸시풀, 하프 브리지, 풀 브리지 같은 절연 컨버터는 변압기 설계(권수비, 자화 인덕턴스, 누설 인덕턴스)와 이 도구의 범위를 벗어나는 다른 듀티 사이클 관계가 필요합니다. 절연 설계에는 전용 플라이백 계산기나 PSIM, LTspice 같은 SMPS 설계 소프트웨어가 더 적합합니다.