DC-DC Converter (2) 비절연형 Capacitor 축적형

myblack·2025년 3월 7일

SMPS

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Cuk 컨버터(Cuk Converter)는 입력 전압보다 높거나 낮은 출력 전압을 생성할 수 있는 DC-DC 컨버터
출력 전압의 극성이 입력과 반대인 반전형 컨버터이며, 전류가 연속적으로 흐르는 구조

Cuk 컨버터는 커패시터 C₁을 통해 에너지를 주고받는 방식으로 동작하며, 출력 전압의 극성이 반전

스위치 ON:
인덕터 L₁에 입력 전류가 흐르며 에너지를 저장
스위치가 도통되면서, C₁의 음극이 GND로 연결됨
C₁은 L₁을 통해 충전됨
스위치 OFF:
스위치가 열리면, 다이오드가 도통됨
C₁에 저장된 에너지가 인덕터 L₂와 부하로 전달
L₂가 에너지를 받아 부하에 연속적으로 전류를 공급

Vout = -D / (1-D) x Vin

Switch ON

스위치가 ON 되면 인덕터 L2에 흐르는 전류에 의해 C1에 축적된 에너지가 출력 쪽으로 방출

Switch OFF

스위치가 OFF 되면 입력 전류가 다이오드를 통해 흐르며 C1에 에너지가 축적

Cuk converter는 buck-boost converter와 입출력 관계식은 동일

buck-boost converter는 입력 쪽에 인덕터가 없고 바로 스위칭을 하기 때문에 입력 전류가 불연속적(펄스 형태)
Cuk converter는 입력 전류가 인덕터에 의해 연속적.
buck-boost converter는 스위칭 소자가 ON인 경우만 에너지의 흐름이 존재하고, Cuk converter는 스위칭 소자가 ON/OFF인 경우 모두 에너지의 흐름이 존재
에너지 손실 측면에서 Cuk converter가 더 유리
Cuk converter는 소자가 많이 필요하고 커패시터의 충방전 현상에 의해 전류 리플이 더 많이 발생

SEPIC 컨버터는 입력 전압보다 출력 전압이 클 수도, 작을 수도 있는 DC-DC 컨버터.
Buck-Boost 동작이 가능하면서도, 출력 전압이 입력 전압과 전기적으로 절연되어 있는 구조
출력 전압이 양의 값

회로 구성 요소

입력단 (노란색 블록)
L1 : 입력 전류를 평활화하고 에너지를 저장.
Controller + 스위치 (MOSFET): 스위칭 동작을 통해 에너지 전환을 조절.
GND 공통 접지: 입력-출력 간 절연이 아님을 보여줌.
출력단 (갈색 블록)
C1 : 결합 커패시터. 전력 전달을 위한 핵심 구성요소.
L2 : 추가적인 에너지 저장 및 출력 필터 역할.
D : 쇼트 방지를 위한 다이오드. 정류 기능.
Cout : 출력 평활화 커패시터.