스위칭 주파수 설정

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안녕하세요. 제어쟁이입니다.

결론부터 말씀드리면, 강의에서는 스위칭 주파수 선정 과정을 단순화해서 RT 저항을 이용해 약 544kHz로 설정하는 과정까지만 설명했고, 최대 허용 주파수에 대한 검증 과정은 별도로 다루지 않았습니다. 강의 설계 사양은 최대 입력 50V, 출력 12V, 최대 출력전류 2A이고 , RT=178kΩ을 적용했을 때 약 544kHz로 설정했습니다.

질문에 올려주신 두 식은 각각 역할이 조금 다릅니다. fSW(max skip)은 IC의 최소 On-time 때문에 발생하는 최대 주파수 제한입니다. 입력전압이 높고 출력전압이 낮으면 필요한 Duty가 매우 작아지는데, 주파수가 너무 높으면 IC가 요구되는 만큼 짧은 On-time을 만들 수 없어 Pulse Skipping이 발생할 수 있습니다. 반면 fSW(shift)는 단락이나 과전류 상황에서 Frequency Foldback이 정상적으로 전류를 제한할 수 있는지를 확인하기 위한 값입니다. TI에서도 두 식으로 최대 주파수를 계산한 뒤 더 낮은 값을 실제 스위칭 주파수의 상한으로 사용하도록 안내하고 있습니다.

강의의 조건을 기준으로 계산해보면 fSW(max skip)은 대략 1.8MHz 이상이고, 단락 조건의 fSW(shift)도 약 1.3MHz 수준이 나옵니다. 따라서 실제 선정한 약 544kHz는 두 제한값보다 충분히 낮아서 현재 설계에서는 문제가 없습니다.

즉, 해당 수식을 고려하지 않아도 된다는 의미는 아니고, 실무 설계에서는 스위칭 주파수를 선정한 다음 반드시 이 두 최대 주파수 조건을 만족하는지 검증하는 것이 맞습니다. 강의에서는 이 검증 부분이 생략되었다고 보시면 됩니다.

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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. esjuun님.

데이터시트에 제시된 fSW(max skip) 및 fSW(shift) 식은 컨버터의 동작 조건에 따라 스위칭 주파수의 최대 한계나 동작 모드 전환 조건을 검토하기 위한 식입니다. 따라서 스위칭 주파수를 선정할 때 무조건 무시하는 값은 아니며, 입력 전압·출력 전압·부하 전류·전류 제한값·MOSFET의 RDS(on)·인덕터의 직류 저항 등을 실제 설계 조건에 대입해 확인하는 것이 좋습니다.

다만 강의에서 설정한 약 540kHz의 주파수는 해당 식 하나만으로 결정한 값이라기보다, 인덕터 크기와 커패시터 용량, 전류 및 전압 리플, 효율, 발열, EMI 등을 종합적으로 고려한 절충값으로 이해할 수 있습니다. 데이터시트 식으로 계산한 최대 주파수보다 충분히 낮은 범위에서 동작하는지 확인한 뒤, PCB 제작 후 실제 파형과 발열·EMI를 측정하여 최종 튜닝하는 방식이 일반적입니다. 주파수를 변경하면 인덕터·커패시터뿐 아니라 보상 회로도 함께 재검토해야 합니다.

관련 답변은 아래 게시글을 참고해 주세요.

• 벅컨버터 설계시 스위칭 주파수 설정
  스위칭 주파수 540kHz를 선정한 이유와 PCB 제작 후 주파수 튜닝 시 고려할 사항을 설명하고 있습니다.
  
• 벌크 커패시터 스위칭 주파수 문의
  벅 컨버터의 스위칭 주파수와 벌크 커패시터 설계에서 사용하는 주파수의 차이를 설명하고 있습니다.
  

참고 이미지: 데이터시트의 스위칭 주파수 계산식

원본 질문 URL: 스위칭 주파수 설정

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