[Buck컨버터] Buck 컨버터의 간단한 이해

 전기를 사용하다 보면 하나의 전원을 이용해서 다양한 전원을 사용해야 하는 경우가 대부분이다. 많은 경우는 큰 전압을 그보다 작은 전압으로 Step Down을 해서 사용하게 되며 당연히 Step Up을 해서 높은 전압으로도 사용하게 된다. 

 이럴 때 사용되는 부품의 대표적인 것이 DC-DC Converter이다. 물론 Step Down시에는 Regulator를 사용하기도 하지만 소전력용으로 사용해야 하고 대전력에 사용하면 효율이 나빠 열이 나기 때문에 효율을 위해서는 DC-DC 컨버터를 사용해야 한다.

 여튼 DC-DC 컨버터 중에 Step Down의 대표적인 구조가 Buck 컨버터 이다.

 Buck Converter는 입력에 스위치를 달아서 그 스위치를 껐다 켰다 하는 시간을 조절하여 출력 전압의 평균 값을 조절하고 그 출력되는 펄스성 전원을 평활해서 사용한다. 

 뭐 구조상 당연히 간단하게 몇개의 소자만으로 구현이 가능하다. 그러나 모든 스위칭 컨버터에 있는 고조파 성분 크게 생기고 이를 위한 필터의 값이 커지게 된다. 

 여기서는 일반적인 이해를 돕기 위해서기 때문에 수식이나 계산 같은 것은 하지 않을 것이다. 

 위 기본 회로를 보면 Vs는 Vo보다 당연히 크다.

스위치를 하는 S는 FET로 빠른 스위칭 특성을 가져야 한다.

다이오드는 인덕터로 인해 생기는 역기전력을 제어해주는 역할을 한다. Vo의 전압과 흐르는 전류에 따라 선택해야한다. 빠른 스위칭 특성을 가져야 하므로 주로 쇼트키 다이오드를 사용한다.

L과 C는 필터로 스위칭하는 주파수와 부하, 즉 출력하는 전력에 따라 용량 및 값을 설정해야 한다.

 Buck 컨버터는 위와 같이 간단한 구조로 쉽게 만들 수 있다. 여기서 중요한 점은 스위칭 속도이다. 스위칭을 빠르게 하면 L과 C의 값을 작게 가져갈 수 있기 때문에 물리적인 크기에 스위칭 속도는 매우 중요한 부분이 된다. 그러나 스위칭을 빠르게 하려면 스위칭 FET가 빠른 스위칭 특성을 가져야 하고 다이오드 또한 빠른 동작 특성을 가져야 한다. 또한 높은 스위칭 주파수로 인한 출력에 고주파의 리플이 문제가 될 수 있다. 높은 주파수의 리플은 공기 중으로나 매질을 통해 유기가 낮은 주파수에 비해 잘 되기 때문에 주의해야 한다.