통상적으로 전원장치는 부하에 에너지를 공급하기 위해 고정된 출력 전압으로 설정된다. 하지만 애플리케이션에 따라 가변 전압이 필요할 때도 있다. 예를 들어서 마이크로컨트롤러 코어 전압을 동작 상태에 따라서 조절함으로써 마이크로컨트롤러를 좀더 효율적으로 작동시킬 수 있다. 이 글에서는 바로 이러한 용도로 개발된 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 사용해서 동작 중에 전원장치 출력 전압을 조절하는 방법에 대해 알아본다.


통상적으로 전압 컨버터의 출력 전압은 저항 전압 분할을 사용해서 설정할 수 있다. 이 방법은 고정 전압일 때는 그대로 잘 작동한다. 하지만 출력 전압이 가변적이어야 할 때는 이 전압 분할 저항 값의 하나를 조절해야 하는데, 포텐셔미터(potentiometer)를 사용해서 이 조절을 동적으로 할 수 있다. 그림1은 그러한 회로의 예로서 벅(buck), 다시 말해 스텝다운 토폴로지의 스위칭 레귤레이터 IC를 사용하는 간단한 회로를 보여준다.

 
그런데 많은 애플리케이션의 경우, 회로에 포텐셔미터를 사용하는 것이 실용적이지 않다. 많은 경우에 전압을 디지털 신호를 사용해서 설정해야 한다. 한 가지 해결책은 FB 노드에 낮은 수준의 포지티브 또는 네거티브 전류를 제공하는 것이다. 이를 위해 출력 전압을 동적으로 조절할 수 있도록 설계된 소형 DAC를 사용할 수 있다.

그림2는 피드백 경로에 DC-DC 컨버터와 LTC7106 DAC를 추가한 회로 예를 보여준다. 원리상으로는 외부의, 접근 가능한 피드백 핀을 갖춘 모든 전압 컨버터가 이런 방식으로 작동할 수 있다.

LTC7106은 저항 전압 분배 회로에 전류를 공급하는 전류 출력을 가지고 있어, 다양한 출력 전압에 대해 이 스위칭 레귤레이터 IC의 기준 전압이 스위칭 레귤레이터의 FB 핀에 나타난다. 따라서 출력 전압이 설정되고 FB 핀은 필요한 레귤레이션 전압을 받는다.

전류 출력을 갖는 다른 많은 DAC와 달리, LTC7106은 유효한 디지털 명령이 없는 한 IDAC 핀으로 전류가 흐르지 않도록 설계되었다. 그 결과, 회로 기동 중에는 어떠한 원치 않는 전압도 형성되지 않는다.
 
LTC7106은 7비트 DAC로서, 애플리케이션에 따라 LSB당 1 A 또는 LSB당 4 A로 동작할 수 있다. LSB당 1 A로 동작할 때 최고의 분해능을 달성할 수 있다. 따라서 스위칭 레귤레이터의 저항 전압 분배를 LTC7106의 LSB당 1 A로 설정할 것을 권장한다.

이 전류 DAC의 출력은 전체 허용 가능 온도 범위에 걸쳐서 포지티브 범위에서는 ±0.8%, 네거티브 범위에서는 ±1.5%의 정확도를 갖는다.
 
그림3은 LTpowerPlay 그래픽 사용자 인터페이스를 사용해서 LTC7106을 손쉽게 프로그램 할 수 있다는 것을 보여준다.

물론, LTC7106을 사용하는 회로라고 하더라도 출력 전압을 조절하는 데에는 한계가 있다. 스위칭 레귤레이터나 선형 레귤레이터는 의도하는 전압만을 발생할 수 있다. 선형 레귤레이터나 스텝다운 스위칭 레귤레이터는 입력 전압보다 낮은 출력 전압만을 발생할 수 있다. 전압 변환 회로를 테스트해서 제어 루프 안정성과 출력 전압 리플이 원하는 출력 전압에 대해 적정한 범위 이내에 있는지 확인하는 것도 필요하다.

LTC7106 같은 소형 전류 DAC를 사용하면 출력 전압을 손쉽게 동적으로 조절할 수 있다. LTC7106은 최소한의 배선을 통해 안정적으로 동작하도록 설계되었다.

※ 저자 소개

프레데릭 도스탈(Frederik Dostal)은 전원 관리 전문가로서 이 분야에서 20년 넘게 종사해 왔다. 독일의 에를랑겐 대학에서 마이크로일렉트로닉스를 전공하고, 2001년에 내셔널 세미컨덕터(National Semiconductor)에 입사해 FAE로서 고객 프로젝트로 전원 관리 솔루션 구현에 있어서 풍부한 경험을 쌓았으며, 애리조나주 피닉스에서 4년 간 근무하면서 애플리케이션 엔지니어로서 스위치 모드 전원장치를 담당했다. 2009년에 아나로그디바이스에 입사했으며, 이후로 제품 라인 및 유럽 고객 기술 지원과 관련한 다양한 직책을 거쳤다. 현재는 풍부한 설계 및 애플리케이션 지식을 바탕으로 전원 관리 전문가로서 ADI 뮌헨 지사에서 근무하고 있다.