Ti의 LM2776은 2가지 모드를 가지고 있어서 40mA보다 적게 소모할 때에는 낮은 주파수로 스위칭 하면서 적은 전력을 소모한다. 하지만 리때 리플전압이 급격하게 증가한다. 온도에 따라서도 급격하게 변화할 수 있고 사용전류량의 변화에 따라서도 급격하게 변화할 수 있다. 주의해야한다.
이렇게 리플이 많이 발생하는 경우 캐피시터를 크게 단다고 해도 해결되는 한계가 있다.
해결을 위해서 뒤에 레귤레이팅을 더 해주는 옵션을 생각해볼 수 있지만 .레귤레이터 입력과 출력전압의 차이가 적을수록 노이즈 성분은 거의 그대로 통과할 가능성이 높다. 따라서 설계에 주의해야함.
LM27761은 LDO를 내장해서 리플을 줄인 베품이다. 대신 가격이 좀 더 비싸다. 그래도 외부LDO로는 구현하기 어려운 수준의 리플전압을 구현했다.
LM27762는 음전압 외 양전압도 LDO를 거쳐서 제공한다. 양전압이 필요하다면 사용을 고려해 볼 수도.
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LM7705
-0.232V 를 발생시키는 칩. 외 이런 애매한 전압이 필요한가?
GND라고 해도 회로가 GND까지 안내려가는 경우가 발생한다. op-amp가 0을 출력하지 못한다거나.
어떤 물리량(物理量)이 현재의 물리 조건만으로는 결정되지 않고, 그 이전에 그 물질이 경과해 온 상태의 변화 과정에 의존하는 현상. 이것이 현저하게 나타나는 것에는 강자성체(强磁性體)의 자화(磁化), 탄성의 변형 등이 있음.
"그 물질이 경과해 온 상태의 변화 과정에 의존하는 현상"
이건 과거 수치를 피드백 받아서 현제 상태가 결정된다는 그런 의미로 들린다. 실제로 op-amp에 피드백 루프를 추가해서 설명하고있기도 하다. 하지만 electronic에서 hysteresis는 저런 정의만 가지고는 이해가 잘 안된다.
문제상황이 무엇인지 살펴보자.
비교기는 입력 값과 threshold 값을 비교해서 출력을 하게된다. 입력 값이 threshold를 한번에 지난다면 좋겠지만 입력 값이 느리게 변한다고 할 때 (혹은) 노이즈로 인해 입력값이 threshold 값 주위에서 왔다갔다 하게 된다. 그러면 의도치 않은 비교출력을 하게된다. 이러한 상황은 출력 값의 오실레이팅이나 출력기기의 chattering을 발생시킬 수 있다.
원인
threshold가 구간이 아닌 한 지점으로 되어있기 때문에 이러한 문제가 발생한다. 위의 문제상황에서 보통은 피드백 루프를 통한 지연을 통해 노이즈로 인한 출력을 억제할 수 있지만 입력신호의 값이 워낙 천천히 바뀌는 경우라면 일정 시간의 지연만으로는 문제를 해결할 수 없는 경우가 생긴다.
해결방법
threshold가 구간을 가지도록 한다. 예를들면 on-threshold는 높게, off-threshold는 낮게 설정해두면 on 되고나서 작은 값의 변화에 의해 off되거나 하는 경우가 없어지게 된다. 반대의 경우도 마찬가지.
자세한 내용은 생략하겠지만(영상에 잘 나옴) op-amp에 저항을 적절히 달아서 두 개의 threshold 구간을 만들어주는 것이 포인트.
회로나 소자 내에 hysteresis가 있다는건 슈미트트리거가 있다는 것과 동일한 표현이다. 지금까지 슈미트 트리거는 알면서 hysteresis는 모르고 있었다니...
느리게 변한다고 하는 예시가 꼭 초, 분단위의 시간을 의미하는 것은 아니다. 디지털 로직에 따라서는 수us내로 조절해주어야하는 경우도 있기 때문에 느리다는 것은 스팩보다 느린것을 의미하는 상대적 표현임을 유의하자.
결국 EEVBlog로 향하게 된다. 이렇게 깔끔하고 종합적으로 세세한 내용까지 다 다뤄주는 매체가 많지 않다. 있다면 몇몇 칩 회사의 문서 정도?
전원 제어용으로 FET 많이 사용(여기서는 고속제어용 FET 이야기는 아님. FET-RF 라고 분류되어있는 것을은 GHz대역까지도 사용 가능한 FET. FET은 일반적으로 C 성분이 있어서 on 타임이 필요한데 이를 어떻게 잘 해결한 부류)
고전류를 핸들링 할 수 있고 제어에 따른 전류량이 매우 작아도 되기 때문에 유리한 곳이 있다.
(확인은 안했지만 )일반적으로 BJT에 비해 전류량 대비 저항이 작아서 발열이 적은 장점도 있다.
문제는 GS(Gate-to-Source) 전압이다. 아주 잘 봐야한다.
데이터쉬트 Electrical Characteristic 에는 온도에 따른 Min, Typ, Max 값을 적어두지만 대부분 수백 uA의 작은 전류량을 기준으로 한다. 그렇기 때문에 실제로 사용해야하는 전류량에 따른 Gate 전압을 확인할 필요가 있다.
https://electronics.stackexchange.com/a/56846
(본문에는 풀업, 풀다운을 할 경우 필요한 저항 용량에 대한 고려도 적어주었다. 친절 ㅎㅎ)
데이터쉬트 Electrical Characteristic 아래쪽에 위치한 특성 그래프에서 해당 내용을 확인할 수 있다.
따라서 선택한 FET이 원하는 전류량과 제어전압을 맞출 수 있는지 확인해야한다.
1.8V나 3.3V 로직을 사용하는 경우는 특히 더 유의해야한다. 이런경우 보통은 FET을 바로 제어하지 않고 TR을 사용해서 FET을 제어하는 방식으로 많이 구현한다.
남은 문제는 발열 문제이다. 무조건 0.7V씩 걸리는 TR에 비하면 매우 낮은 저항값=>저발열이지만 발열량에 따른 패키지 타입과 PCB 패드 설계등에 대한 자료를 찾기가 쉽지않다. 어떤 패키지에서 어느정도 W 까지 별 문제가 없는지. 여기에 해당하는 자료는 좀 더 찾아봐야겠다.
Rds On 값은 전류가 흐를 때 FET가 가지는 DS간 내부저항이다. 보통 수 mOhm에서 수백 mOhm까지 있는데 발열을 신경써야하는 전류량이라면 낮을수록 좋다. (디지키에서 보면 0.n mOhm부터 수백Ohm까지 제품이 분포하기는 하는데 수백Ohm짜리를 일반적으로 사용하지는 않을테고... 특별한 경우가 아니면 수십mOhm정도. 신경써야한다면 수mOhm정도면 왠만한 케이스들은 다 커버 가능할 것)
V=IR로 FET에 걸리는 전압 구하고 거기에 전류를 곱하면 발열량이 나온다.
예를 들어 5V 3A를 제어한다고 치고 Rds가 0.030Ohm이면 0.27W의 발열량을 갖는다.
소자 온도가 125도를 넘기지 않도록 설계한다고 할 때 463°C/W 보다 낮은 값을 가지는 패키지를 선택해야한다는 걸 알 수 있다.
일단 http://www.rohm.co.kr/web/korea/tr_what7 여기 자료를 기준으로 판단한다면 상당수의 소형 패키지(SOT-23)들은 최대전류 근처로 동작시킬 수 없다는 결론이 나온다. (발열패드가 있는 TO-252같은 경우는 괜찮지만 별도의 방열대책이 불가능한 SOT-23의 경우에는 일정전압 일정전류 이상으로는 사용이 불가)
THERMAL RESISTANCE 라는 검색어로 검색하면 관련 데이터가 좀 나온다.
설명과 pcb 패드에 따른 온도 자료 https://www.infineon.com/dgdl/smdpack.pdf?fileId=db3a304330f6860601311905ea1d4599
가장 많은 소자에 대한 테이블이 있는 자료 https://www.njr.com/semicon/package/thermal.html
결과적으로 예시로 든 상황에서는 SOT-23의 경우 125°C 기준으로 0.38W, TO-252의 경우 0.98W까지 가능하다. 어느쪽을 택해도 되겠으나 부품이 높은 온도로 유지되는 것은 원하지 않기 때문에 TO-252패키지를 선택하는게 나아보인다.
(단순히 최대 용량대비로 °C를 구하는 건 아닌 것 같다. 대기온도를 어떻게 적용시키는 건지 모르겠다. 25°C 기준 100°C 상승분에 대해만 계산하면 되는 것인가)
