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スイッチングレギュレータの基礎

長所と短所、リニアレギュレータとの比較

그림 29

그림 29

전원 설계 시, 대략적인 사양이 정해지면, 다음으로는 스위칭 레귤레이터나 리니어 레귤레이터를 선택하게 됩니다. 요구 사양을 만족시키기 위해 어느쪽을 사용해야 하는지가 명확한 경우에는 문제가 안되지만, 두가지 모두 가능할 것 같은 경우도 많이 있습니다. 그러한 경우에는 각각의 특징과 장단점을 바탕으로 검토하게 됩니다. 그림 29는 스위칭 레귤레이터의 장점과 단점, 그림 30은 리니어 레귤레이터와의 비교입니다.

가장 큰 장점은 변환이 자유롭다는 점입니다. 강압이 가장 자주 이용되지만, 배터리와 같이 저전압에서 승압하거나, 정전압에서 반전시켜 부전압을 만들거나, 또는 리튬 이온 2차 전지 (예 : 4.2V~2.8V)에서 3.3V 출력과 같이 입력이 출력전압에 걸쳐지는 경우에는 승강압도 가능합니다.

다음으로는, 효율이 높다는 점입니다. 종류에 따라 달라지지만, 최대 95% 정도의 효율이 가능합니다. 단, 스위칭 레귤레이터의 효율은 부하 전류의 대소에 따라 상당히 달라집니다. 기본적으로는 부하 전류가 작을수록 효율이 크게 저하됩니다. 이는 최근 요구가 까다로운 대기 시 전력의 삭감과도 관계가 있으므로, 스위칭 레귤레이터의 과제라고 할 수 있습니다.

그림 30 : 리니어 레귤레이터와의 비교

그림 30 : 리니어 레귤레이터와의 비교

단점은 콘덴서 및 저항과 같은 수동 부품, 다이오드 및 트랜지스터 등의 반도체 부품과 함께 자기 (磁気) 부품이 필요하여, 부품 수가 증가하고 설계가 복잡해진다는 점입니다. 오늘날, 스위칭 전원용 IC는 필요한 회로의 집적화를 높이고 조정도 간단히 할 수 있도록 개선됨에 따라, 이전에 비해서는 전원 설계가 간단해졌습니다. 그러나, 리니어 레귤레이터에 비하면 여전히 복잡합니다. 또한, 스위칭 동작하므로 이에 관련된 노이즈 및 리플이 발생합니다. 노이즈가 많으면 어플리케이션에 따라 사용이 어려운 것이 사실입니다. EMI (전자 방해) 규제에 대한 적합 여부 등 평가에도 시간이 많이 소요되며 번거롭습니다.

마지막으로 비용에 대해서는 단순히 IC 자체 및 구성 부품만으로 따지면, 리니어 레귤레이터에 비해 매우 높은 비용이 듭니다. 단, 리니어 레귤레이터도 방열판을 포함할 경우에는 면적 및 체적을 고려해야 하므로, 취급 전력이 커지면 스위칭 레귤레이터 쪽이 토탈 솔루션 비용면에서 저렴해지는 경우가 있습니다. 설계에 있어서는 각 장점과 단점을 충분히 검토하여, 목적에 적합한 방식을 선택하는 것이 중요합니다.


リニアレギュレータとスイッチングレギュレータの基礎