[디지키 테크포럼] 다상 부스트 컨버터와 일반 부스트 컨버터의 차이는?

낮은 전압을 훨씬 높은 전압으로 변환할 때는 일반적으로 부스트 컨버터를 사용한다. 부스트 방식 스위칭 전원공급장치는 낮은 전압을 더 높은 전압으로 변환하는 기능을 한다.

기존의 주류는 단일 위상 부스트 컨버터(single-phase boost converter)다. 이 방식은 구조가 단순하고 효과적이라는 장점이 있다.

다만 단일 위상 부스트 컨버터는 특히 고전력 영역에서 한계를 보인다. 이에 대한 대안으로 위상 천이형 다상 부스트 컨버터(phase-shifted multiphase boost converter)가 제시된다.

위상 천이형 다상 부스트 컨버터는 고부하 조건에서 효율을 향상시키는 효과가 있다. 또한 입출력 커패시터 요구 사양을 저감하는 효과도 있다.

일반적 부스트 토폴로지는 인덕터에 펄스 전류를 인가하는 원리로 작동한다. 그 결과 출력 전압이 상승한다.

부하는 일정한 출력 전압을 필요로 한다.

이에 따라 출력 커패시터(C2)는 펄스를 평균화하고 일정한 DC 전압을 유지하는 역할을 한다.

부스트 컨버터에서 출력 커패시터가 이러한 역할을 안정적으로 수행하려면 상당히 큰 용량이 필요하다.

또한 출력 커패시터에는 높은 정전용량과 낮은 ESR, 낮은 ESL이 요구된다.

이 같은 출력 커패시터의 부담을 완화하는 방안으로는 위상 천이형 다상 부스트 컨버터 설계가 있다.

이 구조는 2개 이상 부스트 레귤레이터가 병렬로 동작하면서 하나의 출력 커패시터를 공유하는 특성을 가지며, 각 채널은 180°의 위상차로 동작한다. 일반적 토폴로지에서는 한 주기당 1회 에너지를 공급하지만, 위상 천이형 다상 구조의 출력 커패시터에는 한 주기 중 여러 차례 에너지가 공급된다.

그 결과 전력이 여러 경로로 분산되고, 이에 따라 각 부품의 피크 전류가 감소해 효율이 향상된다.

다상 부스트 컨버터는 전류를 여러 경로로 나눠 분산한다. 다상 부스트 컨버터의 전류 다중 경로 분산으로 각 부품에 걸리는 부담을 낮출 수 있다.

이 같은 구조를 통해 입력 리플 전류를 감소시킬 수 있다. 출력 리플 전류도 감소시킬 수 있다.

리플 전류 저감의 결과로 필요 커패시터 크기를 축소할 수 있다. 더 작은 수동 소자를 사용할 수 있다. 더 경제적인 수동 소자도 사용할 수 있다.

또한 열 분산을 개선할 수 있다. 이런 특성은 전원 설계의 소형화를 가능하게 한다.

아울러 효율 향상도 가능하다. 신뢰성 향상도 가능하다.

출처: 테크월드뉴스 · 이광재 기자
원문: https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=407344

참고자료

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