정말 오랜만에 다시 글을 쓰는군요 ^^
요즘 너무 바쁘게 돌아가다 보니 글을 못썼네요
요즘 au1250 칩으로 개발하는게 몇개 있는데 사용되는 파워칩의 잡음 때문에 고민이 많습니다.
음성 녹음을 해야 하는데 잡음이 자꾸 말썽이네요. 디지탈 잡음이 생각보다 많이 생기네요

예전에 레귤레이터 특히 BUCK 이나 BOOST 타입의 레귤레이터는 설계하기기 좀 까다로왔습니다.
이런 칩들은 외부에 코일과 콘덴서, FET 들이 필요한데 이런 부품 구하기가 쉽지는 않거든요
게다가 어떤 경우는 mOhm (미리옴)을 요구하는 칩도 있습니다. ㅜ.ㅜ
개인적으로 가장 어려운 부품들은 콘덴서,코일,FET 입니다.
이 부품들은 어떤것을 선택해야 하는지 그리고 어떤 특성을 보고 판단해야 하는지 정말 어렵거든요

레귤레이터는 크게 2가지로 나눕니다. DropDown 방식과 Switching 방식이죠
그리고 Switching 방식은 또 2개로 나눌수 있습니다. Buck 과 Boost 입니다.
Buck 은 입력전압보다 낮은 전압을 만드는 것이구요
Boost 는 입력전압보다 높은 전압을 만드는 것입니다.

1. DropDown 레귤레이터

회로에서 OP1 은 OPAmp 입니다. OPAmp 는 대게 전압증폭, 전류증폭용으로 많이 사용되지만
회로보호나 비교기로도 사용됩니다. 위의 회로에서는 비교기로 쓰였습니다.
R2,R3에 의해서 만들어진 'A' 의 전압이 제너다이오드 Z1 으로 만들어진 'B' 전압보다 높으면
TR Q1 을 OFF 합니다. 'A' 의 전압이 'B' 전압보다 낮게 되면 다시 Q1 이 켜지면서 전압이
다시 공급되는 원리입니다. 여가서 R1 은 제너다이오드 Z1 에 전원을 인가하여 Z1 이
전압을 갖도록 하고 있습니다. 제너다이오는 정격전압이상이 걸릴경우 그이상의 전압을 을 모두 깍아내리는
동작을 하고 있는건 알고 계시는 거구요.

?????
Q1 에 의해 전원 공급이 없어지면 출력전압은 C2 콘덴서에서 전류를 공급받게 됩니다.
그리고 내부의 저항 R2,R3와 기타의 소자들이 전류를 소비하게 됩니다. 이런것들이

전원이 ON/OFF 를 반복하고 있기 때문에 완충 작용을 위해 콘덴서를 출력쪽에 연결하셔야 합니다.
TR 에 의해 공급전원이 끊어 졌을때 콘덴서가 이를 보충해 주어야 하니까요
그리고 입력측도 콘덴서를 달아줘야 하는데 이는 출력측이 갑자기 전류를 소모했을 경우 이를 빨리 보충해 주기
위한 것입니다. 보통 로우패스필터 라고 하죠 (LPF)
스코프로 시간축을 200uS 에서 1msec로 보시면 전원이 출렁이는 현상을 보실 수 있습니다. 이런것을 줄이기 위해서는
약간 용량이 큰 콘덴서가 필요하죠
TR 의 스위칭 반응 시간과 OP-Amp의 반응 시간이 빠르다면 C1,C2 의 콘덴서값이 작아도 됩니다.
작은 제품을 위해서는 이런 레귤레이터들이 좋겠죠. 이런 방식의 레귤레이터들의 브로셔(팜플렛)에는 바로 C2 의 용량이
작아도 된다는 것을 내세우고 있습니다. 콘덴서가 비싸면서 공간도 많이 차지하니 까요

모든 레귤레이터들은 출력전압 외에 최대 출력전류가 있습니다. DropDown 방식들은 최대 출력전류의 50%이상만 사용하여도
열이 나기 시작합니다. (너무많은 열이 나면 좋지는 안겠죠)
또한 전류를 많이 소모할 때 C2의 용량이 작으면 전원도 흔들리게 되니 설계하신 보드가 전류가 최대로 흐를때의 전원을
반드시 스코프로 확인하시기 바랍니다.

많이 사용하는 1117 레귤레이터가 있습니다. 보통 LDO 라고 하죠. 이칩은 1A 의 전류까지 공급할 수 있습니다.
하지만 입력 전압이 높고 출력 전압이 상대적으로 낮다면 적은 전류를 쓴다고 해도 열이 많이 납니다.
비단 1117 뿐만 아니라 LDO 들 모두 동일합니다. 전류를 많이 소모하는 곳에는 LDO 선택에 고민하셔야 합니다.
설계는 간편하지만 열 감당이 안되니까요. 하지만 적은 전류를 소모하는 곳에는 이보다 좋은 것이 없죠
크기도 정말 작은 SOT223 패케지도 나오니까요. 그리고 입력 전압이 커도 사용할 수 있는 LDO(?)들도 있습니다.

아래는 제가 자주 사용하는 DropDown 레귤레이터 입니다.

• SE1117 : 아주 많이 사용되는 LDO 1A. 입력과 출력전압 차가 3V 이내라면 사용
• LM1085 : 1.5A 출력 전류. 패케지가 크지만 전류가 필요하다면..
• LM2931 : 입력전압이 높다면

이외에도 DropDown 레귤레이터들은 너무 많이 있습니다. 사용하는 것들이 있다면 댓글로 등록해 주세요
하드웨어 엔지니어도 뭉쳐보자구요 ^^

2. Switching-BUCK 레귤레이터

buck 이라는 단어는 숫사슴 또는 날뛰다라는 뜻이라네요
말뜻대로 정말 날뛰는 파형을 볼수 있습니다. 큰 잡음의 근원이죠 ㅜ.ㅜ

'A' 는 클럭 발생기입니다. 시작은 이곳에서 부터 합니다.
클럭발생기가 우선 FET Q1 을 켜게 됩니다. 그럼 입력전류가 코일 L1 을 만나게 되죠
코일에 대해 잠시 고찰해 보도록 하겠습니다. 학교에서 배운 기본적인 지식. 무조건 외워야 했던것이 있습니다.
"코일은 주파수가 높은 신호는 저항으로 작용한다" 기억나시죠
최초 전류가 코일에 도착하면 일단 코일이 자화(충전)되기 전까지는 전류가 흐르지 않습니다. 그 후 코일에
전류가 일정정도 모이고 나면 도선과 같이 변하게 되죠. 도선이 되고 나면 입력전압과 츨력 전압이 동일하게
되겠죠. 이렇게 되지 않게 'A' 에서는 Q1 을 끊어 줍니다.
Q1 이 끊어지면 출력전원에서는 어떤 일이 일어날까요. C2 콘덴서의 전류가 소모되겠죠.
그리고 또 하나 코일이 있었습니다.코일이 자화(충전)되어 있으니 이 부품도 먼가 일을 해야 겠죠.
전원공급책이 되어야 한다는 것이죠
파워공급원이 되려면 (+) 와 (-) 가 있어야 겠죠. 코일의 오른쪽은 (+) 가 되겠고 왼쪽은 (-) 가 되겠구요
그렇다면 D1 은 이런 루프를 만들어 주고 있는 것이겠죠 . 여기서 D1 의 역할을 확인 할 수 있습니다.
즉 아래의 <그림 3>처럼 L1 전류의 회귀 루프를 만들어 주고 있는 것입니다.

<그림 2>의 'B' 지점은 혹시나 출력전압이 정격보다 높거나 낮을 수 있는데 이를 감시하기 위해 존재합니다.
feedback 이라는 핀이름을 가지고 있죠
이런 레귤레이터들은 효율이 아주 좋습니다. 효율이 좋다는 것은 열이 안난다는 말고 거의 동일합니다.
효율이 70% 이상이며 클럭 주파수가 높을 수록 효율은 더욱 올라갑니다. 250KHz 이상이면 90%는 우습게 넘깁니다.
하*지*만 좋은점만 있지는 않겠죠. 첫번째는 잡음입니다. 'C' 지점을 스코프로 찍어보시면 엄청난 파형이
널뛰는 것을 확인 할 수 있습니다. 그리고 다시 출력 전압을 찍어 보시면 평활한 전압이 나와야 하지만
잡읍이 섞여있는 것을 확인 할 수 있습니다. 클럭주파수가 높을 수록 잡아내기 힘든 잡음이 많이 발생합니다.
L1 코일과 C2 콘덴서의 매칭이 관건이 됩니다. 잡음 주파수가 넘어오지 못하도록 L1 의 값을 조절할 수 있지만
이값이 커지면 전류 통과가 어려워져 충분한 전류 공급이 어렵게 됩니다. 주파수에 따른 적정한 값이 필요하겠죠
C2 콘덴서는 용량이 크다고 좋은것은 아닙니다. LM2576 레귤레이터의 경우 경우에 따라 2000uF 을 요구하기도 합니다.
무식한 값입니다. 소형 회로 구성하는 곳에 이렇게나 큰값이라니...
C2 는 클럭발생기에 의해 공급이 널뛰는 것을 평활화 해주는 정류작용을 합니다.
그리고 앞서 설명한 LPF 역할도 수행하게됩니다.
코일은 주파수가 높으면 전류가 통과하지 못하기 때문에 갑자기 큰전류를 공급해 주지 못합니다.
이를 C2 콘덴서가하고 있는 것이지요

클럭주파수가 높을 수록 코일의 값은 낮아집니다. 100uH 에서 10uH 이하로 떨어지죠. 다시 한번 코일의 특성을
생각해보면 알수 있겠죠. 충전이 그만 큼 빨리 되야 하니까 코일의 값이 떨어지는 것이죠. 코일의 크기도
당연히 작아지겠죠. 소형화가 가능한것이죠. 전원의 출렁임도 점점 주파수가 올라가니 콘덴서도 점점 작아
져도 됩니다. 물론 콘덴서를 크게 하면 좋겠지만 콘덴서가 크다고 좋은점은 크게 없습니다. 필요한 출렁임을
매꿔 줄수 있는 정도면 충분합니다.

글의 서두에 제가 콘덴서를 어려워 한다고 말씀드렸습니다.
콘덴서에는 ESR 이라는 값이 존재합니다. Electronic Serializ Registence (전기적 직렬저항)
콘덴서에도 주파수에 따라 저항값이 존재합니다. 콘덴서의 충방전시 아이들하게 곧바로 충방전이 일어나는
것이 아니고 요 ESR 저항값에 영향을 받습니다. 저항값이 작을수록 충방전이 빠르죠. 주파수에 영항을 받는
값이라는 것은 알아두시고요. 자 이제 콘덴서를 선택해야 합니다. 적당한 값 예를 들면 20uF 정도의
세라믹이 필요하다면 좋은 ESR 값의 콘덴서를 찾아 설계하셔야 잡음이 줄어듭니다.
보통 고속의 buck 레귤레이터의 데이타쉬트에는 몇개사의 코일과 콘덴서를 제시하고 있습니다.
왠만하면 여기서 제시하는 부품을 섭외하시는게 좋습니다.
딴 얘기이지만 요즘 데이타쉬트에는 칩의 회로와 관련된 부품들을 제시합니다. 관련된 부품사들은 이곳에
자사의 부품들을 넣을려고 영업을 벌이기도 합니다.

현재까지는 출력쪽의 코일과 콘덴서를 말했습니다. 입력측의 콘덴서도 중요합니다.
입력측에도 출력측의 잡음이 전달됩니다. 이를 막기 위해 콘덴서가 필요합니다. 이 부분도 데이타쉬트의
도움을 받으세요

코일과 콘덴서를 buck 레귤레이터가 제시한 부품을 구했다고 해서 마음을 놓으시면 안됩니다.
가장 중요한 것은 아트웍입니다. 패턴을 어떻게 가느냐가 중요하죠. 다행히도 이런 부분도 데이타쉬트에
잘 설명되어 있습니다. 만일 이런 것이 없다면(고속의 buck일경우, 200KHz 이상) 다시한번 칩을 검토해 보시는게 좋습니다.

다시한번 정리해 보죠.
buck 레귤레이터에서 가장 중요한 것은 아트웍>콘덴서>코일 입니다.

그림 2에서는 회귀루프에 다이오드, 정확히 schottky diode 입니다. 일반다이오드 보다 순방향 전압이 작기 때문입니다.
이 쇼트키 다이오드 대신에 FET 를 사용하기도 합니다. 쇼트키 다이오드는 0.3V 의 전압이 있다는걸 알고 계시죠
이것을 없애기 위해 FET 를 사용합니다. 전압차를 제거하는 것입니다. 효율이 좀더 좋아지겠죠
이 다이오드에서 때로 열이 나기도 합니다. 전류를 많이 소모하게 될 경우입니다.
FET 를 그냥 사용할 수는 없고 FET 제어 신호가 별도로 나와야 합니다. 그건 buck 레귤레이터가 지원해야 하는 것입니다.

buck 레귤레이터들은 단일 전원일 경우 보통 3A 정도의 전류를 공급합니다.
멀티 채널일 경우는 1A 정도를 공급하기도 합니다.
buck 레귤레이터들 크게 <그림 4> 에서 보시는 색블럭 영역을 차지 합니다.

왼쪽의 적색 부분의 칩들은 FET 를 포함하고 있는 것들이며 오른쪽은 FET 를 포함하지 않는 칩군입니다.
FET 를 포함한 군들은 최대 3A 정도의 전류를 지원하지만 FET 를 포함하지 않는 칩들은 5A 이상의 전류를
공급할 수 있습니다. 8A 공급되는 것도 쉽게 볼수 있죠. 대신에 FET 는 설계자가 달아야 하는거죠
하지만 이것도 데이타쉬트에 언급되어 있습니다. FET 라고 하면 보통 TO-263 패케지 정도의 크기(10x10mm)
를 생각하시는데 SO8 정도의 패케지로 많이 나오고 있습니다. PC 마더보드에 보시면 이런 파워블럭들을
많이 보실 수 있습니다.
FET 가 포함되지 않는 칩들과 또는 FET가 포함되어 있는 칩들이라고 큰전류를 요하는 곳에서는
다이오드 대신 FET 로 연결해야 합니다. 당연한 말이죠.. 다이오드에 큰전류가 흐르면 0.3V 만큼 열이 발생하니까요.

간혹가다 이런 buck 레굴레이터들 중에 미리옴 저항을 요구하는 칩들도 있습니다.
그 이유는 아직 잘 모르겠네요

• LM2576 : 3A 공급전류로 너무나 대중적인 Switch 레귤레이터. buck 이라는 말은 붙이지는 않습니다.
  잡지 못하는 잡음이 별로 없어요. 대신에 이 칩과 코일, 콘덴서가 크고 효율은 크게 좋지는 않습니다.
  특허가 풀려서 많은 곳에서 생산하고 있죠
• MP1583 : 이것도 많이 사용하는 buck 레귤레이터 입니다. 3A 를 공급하며 잡음이 적어 추천하는 칩중에 하나입니다. 크기도 작게 설계가되고, 핀번호까지 동일한 칩도 있습니다. 콘덴서를 조금 좋은걸 사용하세요
• TPS65021 : 저희회사 falinux 에서 전원의 종류가 많이 필요할때 사용하는 멀티출력 전원 칩입니다.
  크기도 작고 필요한 전류 용량만큼 내주어 좋습니다만 잡음이 조금 많아서 아날로그하고 붙일때는 주의를 요합니다.

그외에도 현재 제가 사용해본 칩은 많이 있습니다만 몇개는 개인적으로 좋아하지 않습니다. 잡음때문에 미워요
제 실력이 미진해서 잡음 잡기가 너무 어려워요 ㅜ.ㅜ
파워칩 하면 다 buck 군에 속하죠. 사용하시는 전원칩들이 있다면 댓글로 특성들과 함께 올려주세요.

3. Switching-BOOST 레귤레이터

boost 라는 말로 표현하는 이것은 입력된 전압보다 출력전압이 높은 것을 말합니다.
역시나 고속의 스위칭이 있기 때문에 잡음의 근원입니다만 이런 류 들은 전류를 크게 소모하지는 않습니다.
전류 소모가 적다는 것은 그만큼 잡음이 적게 나온다라고 이해하셔도 됩니다. 파워가 작으니 잡음 규모도 작다고 생각하시면 편하죠

boost 레귤레이터의 일반적인 회로입니다. buck 과 별반 차이가 없는것 처럼 보입니다.
잘보시면 L1 과 Q1, D1 의 위치가 서로 자리바꿈을 했습니다.

자 이제 해석해 보죠
최초 FET Q1 이 켜집니다. 그러면 전류는 아래 <그림 6> 의 우측처럼 FET 를 통해 흐르죠.
엄밀히 말하면 L1 코일에 충전이 되는 것이구요
다음 Q1 이 꺼지게 되면 이때부터 아주 멋진 작업이 이루어 집니다.
공급되는 전원이 5V 이고 충전된 코일의 전압이 또 5V 라면 두개의 전압이 합쳐져 10V 가 만들어지는 것입니다.
<그림 6>의 우측이지요
정말 기발하지 않습니까. 제가 이 회로의 원리를 다른곳에서 문서로 읽었는데 넘 멋져서 감탄을 금하지 못했습니다.

여기서도 역시 다이오드, 엄밀하게 쇼트키 다이오드가 쓰입니다. FET Q1 이 연결되었을때 C2 의 전류가 FET 쪽으로
흐르지 못하게 막는 일을 하고 있습니다. 역시 전류가 많이 필요한 곳이면 FET 로 바꿔야 겠죠.
전류를 많이 공급하는 칩은 당연히 전류를 막아주는 FET 제어 신호를 지원합니다.

그리고 또한 잡음을 위해 콘덴서값은 중요합니다. 전류가 많이 필요하다면 데이타 쉬트에서 제안하는 부품을 수배하세요
이런 boost 레굴레이터들은 여러분들도 많이 접하시고 있습니다. 바로 TFT-LCD 중에 LED 백라이트를 사용한다면
모두 이런 boost 레귤레이터를 사용합니다 .여러분의 회로와 <그림 5>의 회로를 비교해 보시면 동일할 것이라
생각됩니다. Feedback 연결정도만 다르겠네요..

TFT-LCD 에 사용되는 백색 LED 들은 각각은 3.4V 정도의 전압을 필요로 합니다.
이런 LED 가 5개가 직렬로 있다면 17V 이상의 전압이 필요한거죠. boost 레굴레이터가 필요하겟쬬 ^^

LT3591 : 저의회사 LED 백라이트 용으로 사용하는 boost 레귤레이터 입니다. 아주 작죠
전류소모가 크지 않아 코일,콘덴서,다이오드도 아주 작습니다.

기타 부스트용 칩들도 역시 많이 있습니다만 크게 사용하지 않아 소개할 칩이 많지 않습니다.
PMP, NAVI 들이 사용할 법도 하지만 요즘 밧데리들이 모두 리튬이온,리튬폴리머 등 3.7V 의 전압을 갖기때문에
3.3V 칩들을 구동시키는데는 boost 들은 사용하지 않아도 됩니다.
어케 보면 다행이죠.. 잡음원이 줄어든거니까 ^^

이글에 오류가 있다면 댓글로 오류를 수정해 주세요. 참고로 저는 디지탈쟁이라 디스크릿트 부품들은 어렵습니다.

2일에 걸쳐 이글을 썼습니다. 정말 글쓰는거 힘드네요. 포럼지기님은 어케 매일 글을 올리시는 건가요
새삼 포럼지기님이 글 쓰신걸보면 존경스러울때가 많습니다.

연말이라 더움 힘드시죠, 저도 여러분도 화이팅하세요 ^^