Zeta 컨버터 동작 원리 / DC-DC 컨버터

본문에서는 Zeta 컨버터에 대해서 이야기 해보겠습니다.

 

Zeta 컨버터는 SEPIC과 구성요소가 동일하지만 출력 전류가 연속적이라는 장점을 가지고 있습니다.

(Filter Capacitor인 Cout이 없을 경우 SEPIC은 Diode가 동작 모드에 따라 On/Off를 반복하기 때문에 불연속적이며, Zeta의 경우 인덕터가 전류 Path 구조 상 출력 바로 직전에 위치해 있기 때문에 전류가 연속적으로 도통됩니다.)

 

이제 Zeta 컨버터에 대해서 본격적으로 살펴보도록 하겠습니다.

 

[그림 1]은 Zeta 컨버터의 Topology를 보여줍니다.

[그림 1] Zeta 컨버터 Topology

Topology 상에서 제어할 수 있는 능동소자는 스위칭 소자 S 밖에 없기 때문에 S의 Turn-On 비율인 Duty비를 이용하여 입/출력 전압비를 제어하게 됩니다. 즉, S의 On / Off 에 따라 동작모드가 분류되며 [그림 2], [그림 3]을 통해 살펴보도록 하겠습니다.

[그림 2] Zeta 컨버터 On 모드

[그림 3] Zeta 컨버터 Off 모드

[그림 2]를 보도록 하겠습니다. On 모드로 동작을 할 때 입력 측 인덕터(L1)은 입력전원을 통해 충전동작을 수행합니다. 동시에 Cz는 방전하면서 출력 측 인덕터(L2)에 전원을 공급하고 L2는 출력(부하) 측에 전류를 공급하게 됩니다.

[그림 3]은 Off 모드입니다. 이 때 SEPIC과 동작 원리가 다르다는 걸 볼 수 있는데요. SEPIC은 회로 중간에 위치한 Capacitor를 통해 입력 측 인덕터를 충전시키는 반면에 Zeta는 L1을 이용하여 Cz를 충전시키게 됩니다. 이와 동시에 L2는 방전되면서 출력(부하) 측에 전류를 공급합니다.

 

이제 전압전달비를 확인하기 위해 수식을 살펴보도록 하겠습니다.

[식 1] 입력 측 인덕터(L1) 정상상태 평균 전압 및 커패시터(Cz) 전압

[식 1]에서는 어려운 점이 없는 것 같습니다. 인덕터의 정상상태 평균 전압은 0이 되어야 하기 때문에 위와 같이 수식이 정리가 됩니다. 

[식 2] 출력 측 인덕터(L2) 정상상태 평균 전압 및 커패시터(Cz) 전압

[식 2]는 출력 측 인덕터(L2)에 관해 정리한 식입니다. 이 두 개의 식에서 나온 커패시터(Cz)의 전압들을 정리하면 하기 [식 3]과 같은 Zeta 컨버터의 Duty에 따른 전압전달비를 확인할 수 있습니다.

[식 3] Zeta 컨버터의 전압전달비

 

동작 파형 등은 추후 SEPIC과 함께 비교하는 글로 포스팅 하도록 하겠습니다.

(비교하면서 해야지 더 이해하기 쉬울 것 같아서요 ㅎㅎㅎ)