회로 설계 : 기초부터 실무까지!

전원 설계에 있어 효율은 가장 중요하게 고려해야 할 요소 중 하나 입니다. 소모 전력 또는 대기 전력과 밀접한 관련이 있는 팩터이다보니 실무를 하다보면 굉장히 흔하게 나오는 대화 소재이기도 하죠. 상당히 자주 사용하는 용어인데도 의외로 생각보다 많은 실무자들이 잘 모르는 개념이기도 합니다. 익숙해서 잘 안다고 생각하지만 실상은 그렇지 못한(?) 느낌이죠. 그래서 이번 포스팅에서는 전력 효율에 대해 좀 더 알기쉽게 예를들어 설명을 해보려고 합니다. 먼저, 전력 효율(Power efficiency)은 아래 수식 1)과 같이 표현 합니다. 수식 1) 굉장히 심플합니다. 100의 전력을 투입했는데 80만큼의 전력이 나왔다면 80% 효율인거죠. 나머지 20%는 열로 인한 손실이 발생했다고 볼 수 있습니다. 이 수..

Boost converter는 DC 전압을 또 다른 DC 전압 레벨로 바꿔주기 때문에 DC-DC converter 라고도 하고, 낮은 전압을 높은 전압으로 올려주기 때문에 Step up converter (승압 컨버터) 라고도 합니다. (반대로 높은 전압에서 낮은 전압으로 내려주는 소자는 Buck converter 라고 합니다) 아래 그림 1에서 Boost converter가 어떻게 생겨먹었는지 확인해 봅시다.  Boost converter는 Buck converter와 마찬가지로 스위칭용 MOSFET, 다이오드, 인덕터, 커패시터, PWM Controller로 구성됩니다. PWM Controller는 MOSFET을 ON/OFF 하기 위해 펄스 신호를 생성하고, duty를 조절하는 회로부로 이해하면 됩니..

TVS 다이오드란? Transient Voltage Suppression diode의 약어로 한국말로 과도 전압 억제 다이오드라고 합니다. 다이오드의 한 종류로 서지나 정전기 방전(ESD)과 같이 순간적으로 과도한 전압이 인가될 경우 이를 억제해주는 다이오드라고 이해할 수 있습니다. 제너 다이오드와 같이 일정 전압 이상이 인가될 경우 클램핑 역할을 하지만 차이점이라면 응답속도가 빨라서 서지와 같은 순간적인 피크 전압이 인가됐을 때 더욱 특화된 보호회로 역할을 수행할 수 있다는 점입니다. TVS 다이오드의 심볼은 아래 그림 1과 같이 표현 합니다. 단방향(uni-direction) TVS 다이오드의 경우 그림 1. (a)와 같이, 양방향(bi-direction) TVS 다이오드의 경우 그림 1. (b)와 ..

돌입전류란 전원 인가 시 발생하는 급격한 전류를 의미합니다. 일반적으로 전원 회로를 구성할 때 전원의 안정적인 공급을 위해 용량이 큰 커패시터를 사용합니다. 커패시터 용량이 크면 노이즈에 강하고, 과도한 전압 강하 시 완충제로써의 역할을 더 잘 수행할 수 있다고 생각해서 일단 큰 커패시터를 사용하고 보는 습관이 있습니다. 하지만 이렇게 설계하면 처음 전원을 인가할 때 문제가 발생합니다. 전원을 인가 하기 전 커패시터는 방전되어 있는 상태이기 때문에 전원이 인가되면 충전하기 위해 수식 1과 같이 급격한 전류가 발생합니다.  수식 1) 인가된 전압의 미분값에 커패시터 용량이 곱해지는만큼 전류가 흐르기 때문에 커패시터 용량이 클수록 인가되는 전압이 높을수록 전류의 크기는 더욱 커지고, 커패시터를 비롯한 여러 ..

SMPS나 LDO의 입출력 또는 MCU의 전원 핀에 커패시터를 여러 개 연결하는 경우를 많이들 보셨을 거에요. 이렇게 여러 개의 멀티 커패시터를 연결하는 것을 사람들은 Capacitor bank 또는 줄여서 Cap bank라고 부르기도 합니다.  그림 1과 같이 10uF, 1uF, 10nF, 1nF 이런식으로 커패시터 여러 개를 연결하여 사용하는 경우가 많은데 잡음(Noise) 필터링 측면에서 따져봤을 때 그냥 20uF 커패시터 하나만 연결하면 더 효과가 좋은거 아닌가? 라고 많이들 생각하실 거에요. 10uF 보다 한참 작은 1uF, 10nF, 1nF을 달아봐야 별로 차이가 없을테니까요.  하지만 그림 2와 같이 실제 커패시터의 모델링을 보면 커패시턴스 성분(C) 외에 저항성분(RL, RESR)과 인덕터..

PSRR이란 Power Supply Rejection Ratio의 약자로 전원(Power Supply)에 잡음(noise)이 인가될 경우 출력으로 얼마나 감쇠되어 나오는지를 나타내는 지표입니다. 다시 말해 전원 전압 VCC로 어떤 주파수를 가진 AC 신호(잡음)가 인가될 경우 출력 전압 VOUT으로 나오는 비율을 의미합니다. 단위는 dB 스케일로 표시합니다. 이를 수식으로 표현하면 수식 1)과 같습니다. 수식 1) PSRR은 전원에 인가된 잡음이 출력으로 나오는 비율을 나타내기 때문에 굉장히 중요합니다. 특히, 수신기 같은 SNR이 중요한 회로에서는 더더욱 중요한 팩터이기 때문에 주로 LDO(Low Drop-Out Regulator)나 OPAMP에서 많이 사용되는 용어입니다. PSRR 값은 주파수에 따라..

이번 포스팅에서는 LDO 소자를 선택하는 방법에 대해 알아보려고 합니다. 혹시 LDO의 동작 원리가 궁금하신 분은 아래 포스팅을 참고해 주세요. 2023.11.26 - [아날로그 회로] - #20. LDO(Low Drop-Out) 쉽게 이해하기 #20. LDO(Low Drop-Out) 쉽게 이해하기 회로설계에 있어 전원부 회로는 가장 기본이자 필수입니다. 외부 전원을 입력받아 원하는 전압 레벨을 만들기 위해 스위칭 Regulator를 사용하거나 때에 따라 LDO를 사용하기도 합니다. 효율이 중 analog-circuit-design.tistory.com LDO는 전자회로에서 정말 정말 많이 사용하는 소자입니다. 어떤 회로를 설계하든 전원은 공급해야하기에 사용할 수 밖에 없는 소자이죠. 특히나 잡음의 영향..

저항은 전자회로에서 가장 기본적인 수동소자 3가지 R(Resistor), L(Inductor), C(Capacitor) 중 하나 입니다. 저항이라는 말 그대로 전류의 흐름을 방해한다는 뜻이므로 전류가 흐를 때 열이 나고, 신호의 감쇠가 발생합니다. 물론, 저항은 아래 수식 1)과 같이 도선 재질의 비저항, 굵기, 길이에 의해 값이 결정되지만 이런 흔한 얘기보다는 좀 더 실무적인 측면에서 다뤄보도록 하겠습니다. 수식1) 1. 주파수 특성 저항은 아래 그림 1. (a)와 같은 심볼로 표현되지만 실제 도선은 인덕턴스와 캐패시턴스 성분을 모두 포함하고 있습니다. 따라서, 실제의 저항은 그림 1. (b)와 같이 모델링 할 수 있습니다. 물론 제조사에 따라 모델링이 조금씩 다르기 때문에 사용하는 소자의 정확한 모델..

Buck converter는 Boost converter와 마찬가지로 DC전압을 또 다른 DC 전압으로 바꿔주기 때문에 DC-DC converter 라고도 하고, 높은 전압을 낮은 전압으로 내려주기 때문에 Step down converter (강압 컨버터) 라고도 합니다. (Boost converter의 경우 전압을 올려주기 때문에 Step up converter(승압 컨버터)라고 하죠) 아래 그림 1을 봅시다. Buck converter를 설명할 때 가장 많이 사용하는 그림입니다.  Buck converter는 스위칭용 MOSFET, 다이오드, 인덕터, 커패시터 그리고 PWM Controller로 굉장히 심플하게 구성됩니다. PWM Controller는 MOSFET을 ON/OFF 하기 위한 펄스 신호를..

레벨 시프터(Level Shifter) 는 실무 회로에서 굉장히 많이 사용하는 소자 중 하나 입니다. 말 그대로 전압 레벨을 변경해주는 소자 입니다. 예를들어, MCU와 통신 모듈 IC 간 통신이 필요한 경우 각 IC가 사용하는 로직 전압 레벨이 다른 경우가 많습니다. MCU는 5V 전압을 사용하는데 통신 모듈 IC는 3.3V를 사용하는 경우 두 IC 사이의 전압 레벨을 맞추기 위한 무언가가 필요하죠. 그 역할을 하는 소자가 바로 레벨 시프터(Level Shifter) 입니다. Level Transceiver, Level Translator 등과 같은 이름으로 불리기도 합니다. 그림1과 같이 전압 레벨이 5V인 MCU와 3.3V인 통신 모듈 IC 간 SPI 통신을 한다고 가정하고, 만약 두 IC를 레벨 ..