고전압 제품을 찾을 때, 최상의 제품을 정하려면 여러 가지 옵션을 살펴보아야 한다. 간단한 외부 회로를 추가하면 표준 12V 제품의 입력 전압을 올려서 더 높은 입력 전압을 제공할 수 있으므로, 저렴한 비용과 열적으로 효율적인 고전력 밀도 전원장치가 가능하다.

다음 회로 레벨 전압으로 변환하는 고전력 밀도 레귤레이터

글│Bryan McCoy, Tim Kaske, 온 세미컨덕터

 요즘 5~10A POL 변환에 사용하는 새로운 고전류 통합 레귤레이터 제품 중에서 많은 것이 5V 또는 12V 입력 버스에 최적화되어 있다. 이러한 제품의 장점으로 인해, 18V 어댑터와 같은 저비용 전원을 사용하는 경우도 여전히 존재한다. 간단한 외부 회로를 추가하면 이러한 고전력 밀도 제품은 더 높은 입력 전압과 호환된다.

 많은 통합 레귤레이터는 메인 컨트롤 로직과 출력 전원 디바이스에 다른 입력 전압을 제공한다. 이 레귤레이터들은 센서티브한 컨트롤 로직을 고전류 전원 디바이스로부터 분리한다. 또한 이 레귤레이터들을 사용하여 더 높은 효율이 가능하면 더 높은 전압으로 출력 전원 장치를 작동할 수 있다.

 이전에 설명한 대로 단일 입력 전압만 여러 번 사용할 수 있고, 이로부터 컨트롤 로직과 전원 장치 모두에 전원을 공급하는 것이 바람직하다. 간단한 외부 회로를 사용하면 이러한 기능을 실현할 수 있다. 아래에서는 고전압 입력 버스에서 12V 레귤레이터를 실현할 수 있는 설계 방식에 대해 설명한다.

 그림 1은 추가 스너버와 레귤레이션 회로에 대한 예다. 그림 1에 보이는 회로는 레귤레이터, 스타트업 딜레이, 스너버/EMI 서프레서로 작동한다. 스타트업 딜레이는 RS 저항을 통하는 입력 전압으로 발생한다. 간단하게 하기위해 입력 전압(IN 핀)은 19V로 가정하고, 레귤레이션되지 않은 노드(UR 노드)에서 초기 전압은 0V로 가정되므로, 공급되는 전류는 초기에 19V/680Ω = 27.9mA이고 컨버터가 스위칭을 시작하면(19V~5V)/680Ω = 20.6 mA가 된다.

그림 1. 17V-19V 입력용 기준 회로

 NCP3102는 보통 4V의 임계 전압을 사용하지만, 이전의 계산에서는 패스 트랜지스터 Q1의 전압 강하 때문에 5V를 사용하였다. 소프트 스타트 타임은 세 개의 누설 경로(leakage path)로 연장되는데, 한 경로는 D2를 통과하고 최대 2μA의 역방향 누설 전류를 가진 BAT54T1이다. 제너 다이오드(MMSZ6V2T1)를 통과하여 접지로 연결되는 누설 경로는 4V에서 3μA의 최대 누설 전류를 가진다.

 마지막 누설 경로는 4V에서 켜지기 전에 보통 1.8mA의 전류가 흐르는 NCP-3102의 부하이다. Z1은 최소 전류가 흐르므로, Q1은 NCP3102가 켜질 때까지 전압 플로워로 작용한다. 이전의 분석에서 NCP3102를 제외하면 모든 누설 경로의 전류는 적고, 불과 몇 나노초만 딜레이되기 때문에 계산에서 무시되었다. 신속한 분석을 위해 UR 노드에 연결된 모든 커패시터는 충전해야 하고, 그림 1과 그림 2에서 보이는대로 C1, C3, C12, C11를 포함하여 병렬로 볼 수 있다.

그림 2. 확장 전압 범위의 수정

 RS에 24.3mA의 평균 충전 전류가 흐르고 전체 병렬 커패시턴스가 506nF이면 분석은 더 간단해질 수 있다. 약 4.0V의 평균 전압에서 전체 회로가 입력에 도달하려면 전체 딜레이는 506nF