부스트 컨버터의 기본 원리

보통 승압은 AC로 입력된 전류를

트랜스로 받아서 AC로 보내주는 AC-AC승압을 많이 씁니다.

그러나 회로의 소형화가 필요한 경우, 전지를 사용해야 하는 경우에는
DC로 입력된 전류를 바로 DC로 승압해서 출력해주는 DC-DC승압을 씁니다.

그중 가장 보편적으로 사용되는 부스트 컨버터 회로나, 플라이백 등을 쓰게 되는데
여기서는 부스트 컨버터 회로에 대해 다뤄볼 것입니다.

먼저 기본적으로 역기전력이라는것에 대해 알아봅시다.

역기전력은 도선에 전류가 흐르다가 갑자기 전류가 차단되면
직류전류가 흐르는 방향과 반대로 전류가 흐르는 현상을 말합니다.

즉. 이때는 직류가 순간적으로 교류의 성질을 나타내게 되는겁니다.

이때 순간적으로 전압이 올라가게 되는데, 전압이 올라가는 타이밍만을 취해서
계속 바깥 쪽으로 내보내 주면 승압회로라 할 수 있겠네요.
 

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▲ 초크코일

그런데 역기전력은 코일에서 상당히 긴 시간동안 지속되게 됩니다.
코일에서 일어나는 자체유도 때문인데요.

코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하고
그에따라 그 자기장이 패러데이 법칙에 의해 전류를 만들어 냅니다.

즉 일종의 딜레이 현상이라고 할 수 있겠습니다.
따라서 역기전력도 한번 발생하면 길게 지속되게 됩니다.

이것을 여러번 잡아줘야 겠죠?
그러므로 계속 전류를 흘렸다 끊었다 하면 역기전력이 계속 발생하게 될 것입니다.

이 원리를 이용한 회로가 바로 부스트 컨버터 회로입니다.

아래처럼 직접 회로도를 한번 그려봤습니다.
 

 boost_converter_sunrise2575.jpg

L1(인덕터), C2(콘덴서), MOSFET으로 구성되어 있는 아주 간단한 회로입니다.
원리를 설명하면 MOSFET은 스위치 역할을 합니다.

회로도에있는 N-채널 증가형 MOSFET의 경우
+전위의 전류가 게이트에 들어오면 드레인에서 소스로 전류가 흐르게 됩니다.
IN-L1-MOSFET-GND(I) 로 전류가 흐르게 되는 것입니다.

이때 코일에는 전압의 변화가 없으므로 자속의 변화도 없어서 역기전력이 생기지 않습니다.

그러나 만약 MOSFET의 게이트에 들어오는 전압을 0으로 만든다면?
당연히 MOSFET은 닫히고 코일에는 역기전력이 발생합니다.
그리고 다시 MOSFET이 열릴때까지 일정 시간동안 승압된 전류를 보내주겠지요.

이렇게 MOSFET에 전류가 흘렀다 끊어졌다 하면서
역기전력이 발생되었다 되지 않았다 하고 그에따라
승압된 전류가 나가는겁니다.
 

350px-boost_chronogram_svg_sunrise2575.png

▲ 게이트 전압(Switch State)에 따른 코일에 가해지는 전압과 출력 전압 그래프

사실 MOSFET말고도 스위치 역할을 하는건 뭐든지 다 써도 됩니다.
JFET이나 BJT나 일반 스위치도 됩니다.(단, SCR종류는 안됩니다)

하지만 승압회로로써 쓰기 위해서는 일정 간격으로 계속 전류를 보내줘야 합니다.
이걸 사람이 직접 스위칭하기는 힘들테고, 전자부품으로 해야 하는데
이때 스위칭 반응속도가 가장 빠른 MOSFET으로 제어를 하는게 가장 좋습니다.

그리고 MOSFET의 게이트 부분에는
일정 간격으로 전류를 넣어주어야 일정하게 전류가 나오므로
IC를 써야겠죠. NE555같은 타이머 등등을 이용해 회로를 적절하게 꾸며주시면 됩니다.

아참 그리고 위 회로도에 콘덴서는 역기전력은 순간적으로 전압을 높여주므로
전압이 시간에 따라 고르지 못합니다.
이것을 되도록 일정하게 나오도록 만들어주는 정류 역할을 합니다.

 

 

http://blog.naver.com/sunrise2575/150081391780

 

10 replies on “부스트 컨버터의 기본 원리”

  1. 잘 배웠습니다. 정말 유용하네요~ 계속적으로 자료실를 이용하여 학습해야겠습니다. 좋은 자료 감사합니다.

  2. 잘 표현해 주셔서 이해하는데 도움이 되었습니다.
    정말 감사합니다. ^^

  3. 음근데 저 파형그래프 나와있는거 잘이해가안되는데.. 부연설명부탁드려도될까요,,

  4. 역기전력은 도선에 전류가 흐르다가 갑자기 전류가 차단되면
    직류전류가 흐르는 방향과 반대로 전류가 흐르는 현상을 말합니다.

    가아니라

    역기전력은 도선에 갑자기 전류가 흐르면
    직류전류가 흐르는 방향과 반대로 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 인거아닌가요?

    도선에 전류가 흐르다 갑자기 전류가차단되면 렌쯔법칙으로 전류방향을 그대로 유지시킬려는 방향으로 기전력이 생성될꺼라고 생각합니다.

    1. 잘못 이해하신것 같은데요.

      전류가 차단되면 렌츠의 법칙에 의해 전류의 방향을 유지시키려고 하지만 전류가 흘러가던 방향이 끊어지면 튕겨서 역으로 흐린다고 보면됩니다.

       

  5. 질문 있습니다. 이론적으로 5v정도의 입력전압을 부스트 컨버터 회로를 이용하면 220v 이상의 전압도 낼 수 있는건가요?

     

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