Boost 컨버터 동작 원리 / DC-DC 컨버터

본문에서는 Boost 컨버터에 대해서 살펴보겠습니다.

 

Boost 컨버터는 비절연형 구조의 DC-DC 컨버터 중 기본적인 Topology로서 승압형 컨버터 입니다.

 

승압형 컨버터란, 입력전압이 출력전압보다 항상 작은(Vin < Vout) 컨버터이며,

하기 [그림 1]과 같이 구성되어 있습니다.

[그림 1] Boost 컨버터 토폴로지

기본적인 Boost 컨버터는 스위칭소자 S의 On / Off 상태에 따라 동작 모드가 [그림 2], [그림 3]과 같이 분류됩니다.

[그림 2] Boost 컨버터 - 충전 모드

[그림 3] Boost 컨버터 - 방전 모드

Boost 컨버터는 인덕터에 전원을 저장했다가, 입력전원과 함께 출력 측에 공급하기 때문에 입력 측 보다 출력 측의 전압이 더 크다고 생각하면 쉽습니다.

 

Boost 컨버터의 전압전달비를 수식적으로 살펴보기 위해서 먼저 인덕터에 대해서 이야기 해보자면, 인덕터는 정상상태에서 Short 로 보여지기 때문에 정상상태의 인덕터 전압은 [식 1]과 같이 0으로 표시할 수 있습니다.

[식 1] Boost 컨버터의 인덕터 평균 전압

위 [식 1]을 정리하면 [식 2]와 같이 전압전달비를 정리할 수 있으며, D는 스위칭 소자 S의 Turn-on 비율인 Duty 비 이므로 1보자 작기 때문에 Boost 컨버터의 입/출력 전압비는 항상 1보다 클 수 밖에 없습니다.

[식 2] Boost 컨버터 전압전달비

마지막으로 Boost 컨버터의 동작파형은 [그림 4]와 같습니다.

(그림 4의 인덕터 전압 극성 기준은 그림 1의 인덕터 좌측(입력측)이 +, 우측(출력측)이 - 입니다.)

[그림 4] Boost 컨버터 모드별 동작 파형