Buck converter (step-down)

 

Buck converter등 DC/DC Converter의 가장 큰 특징은 스위칭 주파수를 이용해 출력을 내보낸다는 것입니다.

스위칭 주파수는 PWM이라고도 하는데, 이것은 Pulse Width Modulation의 약자로서..

 

쉽게 말하면 DC/DC Converter의 출력이 주파수 성분으로 출력되고,

그것이 Power Inductor를 지나면 정전압 형태로 바꾸어 주는겁니다.

그리고 정전압은 PWM 즉 Pulse의 폭을 조절(다른말로 하면 duty비 조절)해서 전압을 높이고 낮추고 하는겁니다.

이것을 흔히 스위칭 주파수(switching frequency)라고도 합니다.

Pulse폭이 넓으면 전압이 높아지는건 당연하겠죠.

Buck Converter 중 TI사의 TPS62650 칩을 살펴보도록 합시다.

TPS62650은 800mA 출력의 6MHz PWM을 가진 벅컨버터입니다.

간단히 칩스펙을 살펴보도록 합시다.

 

 

 

1) 우선 이 칩은 86%의 효율을 가진 칩입니다.

왜 14%의 loss가 발생하느냐? 하면 DC/DC의 PWM 특성때문입니다.

 

위에서 언급했다시피 PWM은 Pulse의 duty로 전압을 조절하기 때문에, duty비가 낮을때는 효율이 급격히 안좋아집니다.

Duty비가 낮다는 것은, 스위칭시 High부분이 적고, Low인 부분이 많다는 말입니다.

Low인 시간이 긴 만큼 전류는 쓰이지 못하고 소모되고 발열에너지로 바뀌어 버립니다.

즉, 효율이 안좋아집니다.

 

 

2) 38uA Quiescent current라는 말은, 말 그대로 휴면시 전류소모입니다.

포터블 단말에서는 배터리를 사용하기 때문에, Quiescent current가 당연히 적을수록 좋겠죠.

 

 

3) 그 다음은 2.3~5.5V의 입력을 받을수 있다는 얘기구요.

 

 

4) 6MHz 주파수로 스위칭 한다는 의미입니다.

이 스위칭 주파수라는 것은 하모닉 주파수를 발생시켜서, RF블럭-예를들면, GPS, WIFI, DMB, FM 등에

간섭요인으로 작용할 수 있기 때문에 스위칭 주파수도 선정을 잘 해야합니다.

 

 

5) Automatic PFM/PWM Mode Switching 이라는 말은 말그대로 자동으로 PFM과 PWM을 전환한다는 얘기입니다.

PWM은 앞서 설명했고, PFM이란 Pulse Frequency Modulation의 약자로서,

PWM이 펄스폭을 조절(시간당 on되는 시간을 조절)하여 전압을 조절한다면,

PFM은 주파수를 조절(시간당 on되는 횟수를 조절)하여 전압을 조절합니다.

PFM은 PWM에 비해 효율이 좋아 저전력에서 많이 사용합니다.

따라서, 고전력에서는 PWM을, 저전력에서는 PFM Mode를 사용함으로서 운용효율을 높여주게 되는 것이죠.

 

6) I2C도 사용할 수 있다고 되어있네요. I2C는 통신방식의 하나로서, DC/DC에서 I2C는 출력전압을 조절하는 역할을 합니다.

보통은 출력쪽의 저항의 비율로 출력전압을 조절하지만, 이렇게 통신으로 전압을 조절하는 칩도 있습니다.

 

 

7) Current overload와 Thermal Shutdown 기능이 있어서 과전류나 급작스런 고온에서 출력을 닫아서 내부 회로를 보호하는 기능도 있습니다.

 

 

8) 외부에 MLCC 인덕터 1개와 세라믹캡 2개만 있으면 회로구성을 할 수 있다는 말이네요.

외부 회로를 최소화할 수 있는 칩을 선정하는 것도 중요한 요소중에 하나입니다. -> 공간 확보, 재료비 절감

 

 

9) 총 사이즈는 13x13mm이고 패키지는 9-pin BGA네요.(YFF-9)

 

이정도면 칩에 대한 전반적인 검토가 끝났습니다.

입력전압, 출력전압/전류, 효율, 스위칭주파수, 사이즈, 단가정도만 파악하면 회로를 구성할 준비가 된것입니다.

 

 

블럭도입니다. 앞서 설명했던 것을 상기하시면 쉽습니다.

Vin으로 입력전압이 들어오구요..범위는 2.3~5.5V까지 가능합니다.

입력쪽에 4.7uF 바이캡을 달아서 리플노이즈를 줄여주도록 되어있구요,

출력쪽에는 470nH 파워인덕터를 달아서 PWM 신호를 정전압으로 변환시키는 역할을 합니다.

 

출력된 정전압에는 4.7uF 캡을 달아서 리플노이즈를 줄여주도록 하고 있구요,

출력을 Feedback으로 다시 입력시켜서 불안정한 출력을 잡아줄 수 있도록 하고 있습니다.

EN은 출력을 on/OFF할 수 있는 기능도 있구요, VSEL은 High/Low로 조절하여 PWM과 PFM Mode를 상호 조절해줄 수 있도록 하는 역할을 합니다.

I2C는 AP와 통신하여 출력전압을 조절하는 역할을 합니다.

 

출처 : http://blog.naver.com/k7397812?Redirect=Log&logNo=110101067021