스위칭 주파수와 관련하여 고려해야 할 사항

스위치 모드 전원 공급 장치는 고정, 조정 가능 또는 외부 클록에 동기화된 주파수로 전환합니다. 스위칭 주파수 값은 물리적 크기를 결정하고 그에 따라 공급 장치의 커패시터 및 인덕터 비용을 결정합니다. 소형 및 저비용 회로의 설계를 가능하게 하기 위해 더 높은 스위칭 주파수를 향한 경향이 있습니다. 스위칭 레귤레이터 IC의 내장 발진기는 일반적으로 데이터 시트에서 매우 넓은 주파수 범위에 대해 지정됩니다. 예를 들어, 모놀리식 ADP2386 벅 컨버터 IC는 설정된 스위칭 주파수의 ±10%를 보장합니다. 다른 일반적인 스위칭 조정기 IC는 ±20% 이상으로 지정됩니다. RT를 2386kHz의 스위칭 주파수로 설정한 ADP600은 ADP540의 스위칭 주파수에서 ±660% 구성 요소 변동을 감안할 때 극단적인 경우 10kHz 및 2386kHz에서 스위칭할 수 있습니다. 그림 1. 스위칭 주파수가 저항 RT로 설정된 ADP2386 벅 컨버터. 인덕터 양단의 피크 전류는 실제 스위칭 주파수에 따라 다르기 때문에 회로를 설계할 때 총 20%의 가능한 스위칭 주파수 변동을 고려해야 합니다. 결과적으로 인덕터 전류 리플은 출력 전압 리플에 직접적인 영향을 미칩니다. 그림 2는 인덕터 전류 리플에 대한 스위칭 주파수의 영향을 보여줍니다. 600kHz의 공칭 스위칭 주파수는 파란색으로 표시됩니다. 최소(540kHz) 스위칭 주파수는 보라색으로 표시되고 최대(660kHz)는 녹색으로 표시됩니다. 600kHz의 공칭 설정에서 레귤레이터가 1.27kHz에서 전환될 때 540A의 피크 대 피크 전류 리플이 표시됩니다. 그러나 600kHz의 동일한 주파수 설정으로 스위칭 레귤레이터는 660kHz에서도 스위칭할 수 있으며, 이는 1.05A의 전류 리플에 해당합니다. 이 예에서 코일 전류 리플 차이는 220mA의 변동으로 인해 발생할 수 있습니다. 회로의 구성 요소에서 구성 요소로 주파수를 전환합니다. 이것은 전체 허용 온도 범위에 있습니다. 그림 2. 스위칭 주파수 변동에 의해 영향을 받는 코일 전류 리플 피크 대 피크. 스위칭 레귤레이터의 전류 제한 설정은 이 효과와 함께 조정되어야 합니다. 피크 전류는 정상 작동 중에 기존 과전류 보호가 활성화되지 않도록 충분히 낮아야 합니다. 인덕터 및 커패시터 값의 변동과 같이 발생할 수 있는 다른 모든 변동은 이 예에서 고려되지 않았습니다. 출력 전압 리플의 경우 전류 리플의 해당 변화는 그림 3과 같은 값을 산출합니다. 회로는 4.41kHz의 스위칭 주파수에서 600mV의 전압 리플이 발생하도록 설계되었습니다. 540kHz의 스위칭 주파수에서 전압 리플은 5.45mV입니다. 660kHz에서 3.66mV의 전압 리플을 볼 수 있습니다. 그림 3. 스위치 모드 레귤레이터 IC에서 스위칭 주파수 변화로 인한 출력 전압 리플의 변화. 이 예의 목적을 위해 고려된 유일한 구성 요소 변동은 허용 온도 범위에 대한 스위칭 주파수의 변동입니다. 실제로는 인덕터 및 커패시터의 실제 값 변동과 같은 다른 많은 변수가 있습니다. 또한 작동 온도의 영향을 받습니다. 그러나 대부분의 경우 스위칭 주파수의 실제 변동이 ±10%의 한계값에 도달하지 않을 것이라고 가정할 수도 있습니다. 일반적으로 동작은 지정된 범위의 중간에 있는 일반적인 값 주위에 나타납니다. 전원 공급 장치의 모든 동적 변수를 체계적으로 고려하기 위해 Monte Carlo 분석이 답을 제공합니다. 여기에서 서로 다른 구성 요소 및 변수 매개변수의 변동은 발생 확률에 따라 가중치가 부여되고 서로 연결됩니다. Monte Carlo 분석은 Analog Devices에서 무료로 제공되는 LTspice® 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 수행할 수 있습니다. LTspice 시뮬레이션에서 매개변수를 변경하는 방법에 대한 자세한 내용은 Gabino Alonso 및 Joseph Spencer의 "최소 시뮬레이션 실행을 사용한 최악의 회로 분석" 기사를 참조하십시오.

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