Modap's Lab

USB Tester 

3) 레귤레이터(Buck Converter)

 레귤레이터는 어떠한 입력 전원에 대하여 미리 설정한 전압으로 일정하게 유지시켜주는 소자이다.

레귤레이터는 두 가지 방식으로 분류되는데 리니어 방식(Linear Regulator)과 스위칭 방식(Switching Regulator : SMPS)으로 분류된다.

리니어 방식은 직접 전압을 떨어뜨리는 방식이기 때문에 변환 과정에서 발열이 발생한다. 이때 발생되는 열은 전기에너지가 열로 소모될 때에 나타나는 것이기 때문에 전력 효율이 비교적 낮다는 단점을 가지고 있다. 이러한 이유로 전류량이 낮은 회로에 사용되며, 방열판으로 열을 식혀줘야만 한다.

스위칭 방식은 일반적으로 컴퓨터나 TV 등의 가전제품에서 전원을 공급하는 용도로 많이 사용되는데, 이는 펄스의 양을 조절하여 출력단으로 보내 비교적 정밀하게 전압을 조정하여 일정 전압을 유지시킨다. 리니어 방식에 비해 발열이 적고 많은 전력을 사용할 수 있지만, 회로가 복잡하고 많은 양의 부품으로 만들어지기 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있다.

본 USB Tester에서 사용되는 레귤레이터는 스위칭방식의 레귤레이터로 출력이 3A인 Step-Down Regulator이다.

다음은 본 모듈의 레귤레이터 부분의 회로이다.

[그림 1] 레귤레이터 회로

회로의 각 소자들은 데이터시트를 참고하여 설정하였다.

[그림 2] 인덕터 설정

본 그림 2와 같이 데이터시트에는 각 소자들의 부품값이 나와있었다.

회로상으로 부하의 최대 전류를 2A로 잡고 INPUT 전압이 최대 20V이므로 인덕터는 68uH의 값을 갖는 L38사이즈의 인덕터로 결정하였다.

다음 출력단의 커패시터는 다음과 같은 표를 갖고 결정하였다.

[그림 3] 출력 커패시터 설정

본 레귤레이터 출력전압은 5V이고 부하 전류는 2A로 잡은 상태에서 출력 커패시터는 INPUT 전압의 값에 따라 달라질수 있었다. 그러나 본 회로에서는 INPUT 최대 전압을 20V로 잡았기 때문에 출력 커패시터를 100uF/10V의 값으로 결정하였다.

마지막으로 입력단의 커패시터를 결정했다.

[그림 3] 입력 커패시터 설정

본 그림에서 Y축을 보면 커패시터의 전류 범위가 나와있는데 단위가 RMS mA이다. 본 회로에 사용된 LM2596 데이터시트를 보면 AC 전류의 RMS는 DC 부하 전류의 1/2로 계산해서 설계하라고 되어있었다. 그러므로 본 레귤레이터 회로는 2A의 부하전류로 설계되었으므로 RMS를 1A로 결정하였다. 그리고 PCB를 아트웍할때 소자의 규격을 맞추기 위해 330uF/35V의 커패시터로 설계하였다.