기술기고문
스위칭 잡음 없는 패스쓰루 기능 제공하는 4스위치 벅-부스트 컨트롤러
글/ 데이비드 메고우(David Megaw), 수석 디자인 엔지니어(Senior Design Engineer)
브루스 호그(Bruce Haug), 제품 마케팅 엔지니어(Product Marketing Manager)
아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
머리말
일반적인 dc-dc 컨버터 문제는 입력 전압이 출력보다 높거나 낮거나 또는 같을 때 조절된 전압을 발생시켜야 한다는 것이다. 다시 말하면, 컨버터는 스텝업과 스텝다운 기능을 모두 수행해야 한다. 이러한 상황은 공칭 12V 배터리에서 자동차 전자장치에 전력을 공급할 때 일반적이며, 이 경우 3V까지 내려갈 수 있는 엔진 콜드 크랭크나 100V에 이르는 로드 덤프 또는 조작자 실수로 인한 역 배터리 전압까지 다양하다. SEPIC에서 4스위치 토폴로지까지 스텝업과 스텝다운 동작을 모두 수행할 수 있는 여러 가지 dc-dc 컨버터 토폴로지들이 있지만, 현재까지 이들 솔루션 중 어느 것도 능동적인 스위칭 없이 입력을 출력으로 직접 전달하지는 못한다.
LT8210은 EMI와 스위칭 손실을 없애고 효율을 극대화(최대 99.9%)하는 패스쓰루(Pass-Thru™) 모드로 동작할 수 있는 동기식 벅-부스트 컨트롤러이다. 패스쓰루 동작은 입력 전압이 사용자가 프로그래밍할 수 있는 범위 내에 있을 때 입력을 출력으로 직접 전달한다. LT8210은 2.8V ~ 100V의 입력 전압 범위에서 동작하므로 콜드 크랭크 시의 최소 입력 전압에서부터 억제되지 않은 로드 덤프의 피크 진폭에 이르기까지 조절할 수 있다. LT8210은 기존 벅-부스트 컨트롤러로서 핀 선택 가능한 연속 전도 모드(CCM), 펄스 스키핑 또는 버스트 모드(Burst Mode®) 동작으로, 또는 출력 전압이 프로그래밍된 범위로 조절되는 새로운 패스쓰루 모드로 동작할 수 있다. 입력 전압이 이러한 범위에 있을 때 FET를 능동적으로 스위칭 하지 않아도 입력 전압이 출력으로 직접 전달되므로 매우 낮은 IQ 동작이 가능하고 스위칭 잡음이 없다.
패스쓰루 동작 모드
그림 1은 출력이 8V ~ 16V 사이로 조절되는 패스쓰루 동작을 위해 구성된 LT8210의 간략화 한 회로도를 보여준다. 패스쓰루 범위의 가장 높은 전압과 낮은 전압은 각각 FB2 및 FB1 저항 분배기에 의해 설정된다.
그림 2는 이 회로의 입/출력 전달 특성을 보여준다. 입력 전압이 패스쓰루 범위보다 높으면, LT8210은 입력 전압을 조절된 16V 출력으로 스텝다운 한다. 입력 전압이 범위 아래로 떨어지면 LT8210은 부스트 하여 8V로 출력을 유지한다. 입력 전압이 패스쓰루 범위 내에 있을 때 상단 스위치 A와 D가 연속적으로 켜져 출력이 입력을 추적하고 부품은 저전력 상태에 들어간다. 저전력 상태에서 VIN 및 VINP 핀의 일반적인 무부하 전류는 각각 4µA 및 18µA이다. 이와 같이 스위칭이 없는 상태에서는 EMI나 스위칭 손실이 없기 때문에 99.9% 이상 효율을 달성할 수 있다.
그림 1. LT8210 8V ~ 16V 패스쓰루 레귤레이터 회로
그림 2. 패스쓰루 동작은 패스쓰루 입력 전압 범위에서 99.9% 효율을 달성할 수 있다.
그림 3. 패스쓰루 모드의 LT8210은 80V의 억제되지 않은 로드 덤프 펄스에 빠르게 반응하여 출력을 프로그래밍된 최대 16V로 제한한다.
그림 4. 패스쓰루 모드의 LT8210은 콜드 크랭크 펄스(<4 V)에 프로그래밍된 8V 최소 출력 전압으로 부스트하여 반응한다.
그림 5. 패스쓰루 영역에서 효율은 연속 전도 모드 효율에 비해 거의 100%에 도달한다.
그림 6. LT8210은 패스쓰루 영역에서 매우 낮은 무부하 전류를 갖는다.
결론
자동차 배터리 및 유사한 넓은 전압 범위의 전원 소스는 보호 기능과 함께 높은 효율의 벅과 부스트 변환을 필요로 하므로 dc-dc 컨버터 설계자에게 복잡한 문제이다. LT8210 동기식 벅-부스트 컨트롤러는 보호 기능과 넓은 입력 범위의 벅-부스트 컨버터 및 고유의 패스쓰루 옵션을 결합함으로써 복잡성을 제거했다. LT8210은 2.8V ~ 100V 동작 범위에서 동작하며 역 전압 보호 기능을 내장한다. 디바이스의 패스쓰루 모드는 스위칭 손실과 잡음을 제거하면서 매우 낮은 무부하 전류를 달성한다. 패스쓰루 모드에서 출력 전압은 전통적인 의미에서 조절되는 대신 프로그래밍 가능한 전압 범위에 있도록 조절된다.
글쓴이
데이비드 메고우(David Megaw)는 ADI의 수석 디자인 엔지니어이다. 연락처: david.megaw@analog.com.
브루스 호그(Bruce Haug)는 1980년 산호세 주립대학에서 전기공학 학사학위를 받았다. 2006년 4월에 제품 마케팅 엔지니어로 리니어테크놀로지(현 ADI)에 입사했다. ADI 입사 전 체로키인터내셔널, 디지털파워, 포드우주항공사에서 근무했다. 스포츠 애호가이다. 연락처: bruce.haug@analog.com.
브루스 호그(Bruce Haug), 제품 마케팅 엔지니어(Product Marketing Manager)
아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
머리말
일반적인 dc-dc 컨버터 문제는 입력 전압이 출력보다 높거나 낮거나 또는 같을 때 조절된 전압을 발생시켜야 한다는 것이다. 다시 말하면, 컨버터는 스텝업과 스텝다운 기능을 모두 수행해야 한다. 이러한 상황은 공칭 12V 배터리에서 자동차 전자장치에 전력을 공급할 때 일반적이며, 이 경우 3V까지 내려갈 수 있는 엔진 콜드 크랭크나 100V에 이르는 로드 덤프 또는 조작자 실수로 인한 역 배터리 전압까지 다양하다. SEPIC에서 4스위치 토폴로지까지 스텝업과 스텝다운 동작을 모두 수행할 수 있는 여러 가지 dc-dc 컨버터 토폴로지들이 있지만, 현재까지 이들 솔루션 중 어느 것도 능동적인 스위칭 없이 입력을 출력으로 직접 전달하지는 못한다.
LT8210은 EMI와 스위칭 손실을 없애고 효율을 극대화(최대 99.9%)하는 패스쓰루(Pass-Thru™) 모드로 동작할 수 있는 동기식 벅-부스트 컨트롤러이다. 패스쓰루 동작은 입력 전압이 사용자가 프로그래밍할 수 있는 범위 내에 있을 때 입력을 출력으로 직접 전달한다. LT8210은 2.8V ~ 100V의 입력 전압 범위에서 동작하므로 콜드 크랭크 시의 최소 입력 전압에서부터 억제되지 않은 로드 덤프의 피크 진폭에 이르기까지 조절할 수 있다. LT8210은 기존 벅-부스트 컨트롤러로서 핀 선택 가능한 연속 전도 모드(CCM), 펄스 스키핑 또는 버스트 모드(Burst Mode®) 동작으로, 또는 출력 전압이 프로그래밍된 범위로 조절되는 새로운 패스쓰루 모드로 동작할 수 있다. 입력 전압이 이러한 범위에 있을 때 FET를 능동적으로 스위칭 하지 않아도 입력 전압이 출력으로 직접 전달되므로 매우 낮은 IQ 동작이 가능하고 스위칭 잡음이 없다.
패스쓰루 동작 모드
그림 1은 출력이 8V ~ 16V 사이로 조절되는 패스쓰루 동작을 위해 구성된 LT8210의 간략화 한 회로도를 보여준다. 패스쓰루 범위의 가장 높은 전압과 낮은 전압은 각각 FB2 및 FB1 저항 분배기에 의해 설정된다.
그림 2는 이 회로의 입/출력 전달 특성을 보여준다. 입력 전압이 패스쓰루 범위보다 높으면, LT8210은 입력 전압을 조절된 16V 출력으로 스텝다운 한다. 입력 전압이 범위 아래로 떨어지면 LT8210은 부스트 하여 8V로 출력을 유지한다. 입력 전압이 패스쓰루 범위 내에 있을 때 상단 스위치 A와 D가 연속적으로 켜져 출력이 입력을 추적하고 부품은 저전력 상태에 들어간다. 저전력 상태에서 VIN 및 VINP 핀의 일반적인 무부하 전류는 각각 4µA 및 18µA이다. 이와 같이 스위칭이 없는 상태에서는 EMI나 스위칭 손실이 없기 때문에 99.9% 이상 효율을 달성할 수 있다.
그림 1. LT8210 8V ~ 16V 패스쓰루 레귤레이터 회로
그림 2. 패스쓰루 동작은 패스쓰루 입력 전압 범위에서 99.9% 효율을 달성할 수 있다.
그림 3. 패스쓰루 모드의 LT8210은 80V의 억제되지 않은 로드 덤프 펄스에 빠르게 반응하여 출력을 프로그래밍된 최대 16V로 제한한다.
그림 4. 패스쓰루 모드의 LT8210은 콜드 크랭크 펄스(<4 V)에 프로그래밍된 8V 최소 출력 전압으로 부스트하여 반응한다.
그림 5. 패스쓰루 영역에서 효율은 연속 전도 모드 효율에 비해 거의 100%에 도달한다.
그림 6. LT8210은 패스쓰루 영역에서 매우 낮은 무부하 전류를 갖는다.
결론
자동차 배터리 및 유사한 넓은 전압 범위의 전원 소스는 보호 기능과 함께 높은 효율의 벅과 부스트 변환을 필요로 하므로 dc-dc 컨버터 설계자에게 복잡한 문제이다. LT8210 동기식 벅-부스트 컨트롤러는 보호 기능과 넓은 입력 범위의 벅-부스트 컨버터 및 고유의 패스쓰루 옵션을 결합함으로써 복잡성을 제거했다. LT8210은 2.8V ~ 100V 동작 범위에서 동작하며 역 전압 보호 기능을 내장한다. 디바이스의 패스쓰루 모드는 스위칭 손실과 잡음을 제거하면서 매우 낮은 무부하 전류를 달성한다. 패스쓰루 모드에서 출력 전압은 전통적인 의미에서 조절되는 대신 프로그래밍 가능한 전압 범위에 있도록 조절된다.
글쓴이
데이비드 메고우(David Megaw)는 ADI의 수석 디자인 엔지니어이다. 연락처: david.megaw@analog.com.
브루스 호그(Bruce Haug)는 1980년 산호세 주립대학에서 전기공학 학사학위를 받았다. 2006년 4월에 제품 마케팅 엔지니어로 리니어테크놀로지(현 ADI)에 입사했다. ADI 입사 전 체로키인터내셔널, 디지털파워, 포드우주항공사에서 근무했다. 스포츠 애호가이다. 연락처: bruce.haug@analog.com.
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