부스트 컨버터

프로젝트를 진행하다 보면 순간적으로 높은 전류 소비, 다이오드, 레귤레이터 혹은 장치간 연결에 사용된 케이블 저항으로 인해  전원 공급이 불안정해 지는 상황이 발생한다.

이런 현상을 감안하여 실제 필요한 것보다 더 높은 출력을 갖고 있는 제품들이 있다.

이는 컴퓨터 주변기기에서도 불 수 있으며 USB 또 어댑터의 DC 출력이 정직하게 5.0V 가 아닌 5.1~5.2V 인 제품을 본 적 있을 것이다. 반대로 모자란 녀석들도 있다.

이렇게 타겟 장치가 요구하는 전압보다 어느 정도 높게 출력하면 선형 동작을 위한 헤드룸을 확보할 수 있다. (여유가 생긴다는 말이다.)

이번에 만들 회로는 TPS61090을 사용하여 리튬 이온/폴리머 전지의 3.7V 전압을 5.5V 로 만드는 회로이다.

TPS61090 제품은 1.8V ~ 5.5V 의 입력 전압, 최대 5.5V 까지 조절 가능한 고정 출력, 저전압 감지, 절전 모드 등 96% 효율을 가진 부스트 컨버터 이며, 단가는 1릴 기준 $1.2 정도 된다. 

무엇보다 출력 전압을 프로그래밍 할 수 있는 점이 나에게 챠밍 포인트로 다가왔다.

다음은 TPS61090 제품의 데이터 시트에 나와있는 회로도이다.

R1, R2, R3, R4 의 저항으로 LBI/LBO 임계 전압과 출력 전압을 프로그래밍 할 수 있다. 

방정식은 다음과 같다.

출력 전압 방정식 1 :

R3 =  R4 * ( Vo / 500mV - 1 )

R4 에는 200KΩ 이하의 값을 권장하고 있는데, 만약 200KΩ 보다 너무 낮은 저항을 사용하게 되면 R3 에 추가적인 병렬 MLCC 사용을 권장하고 있다.

이때 MLCC 의 용량은 계산 방정식은 다음과 같다.

R3 병렬 접속 MLCC 용량 방정식 2 : 

Cr3 = 10pF * ( 200KΩ / R4 - 1 )

임계 전압 방정식 3 : 

R1 = R2 * ( Vbat / 500mV -1 )

R2 저항은 500KΩ이하의 값이 권장된다 .

Vbat 에는 LBI/LBO 동작에 사용할 임계 전압을 넣으면 된다.

TPS61090 제품으로 5.2V를 얻기 위해 Adafruit PowerBoost 제품에서는 R3 에 1.87MΩ R4에 200KΩ 을 사용하였다.

이 회로에서는 5.5V 출력을 원하기 때문에 방정식 1에 의하면 R3에 2MΩ을 사용하면 된다.

임계 전압이 3.5V 일 때 R1 은 1.8MΩ R2는 300KΩ

임계 전압이 3.44V 일 때 R1 은 2MΩ R2는 340KΩ

임계 전압이 3.41V 일 때 R1 은 2.1MΩ R2는 360KΩ

임계 전압이 3.32V 일 때 R1 은 2.2MΩ R2는 390KΩ

임계 전압이 3.27V 일 때 R1 은 2MΩ R2는 360KΩ

임계 전압이 3.25V 일 때 R1 은 1.87MΩ R2는 340KΩ

임계 전압이 3.22V 일 때 R1 은 1.8MΩ R2는 330KΩ

가능한 보편적인 저항 값을 사용하는 것이 좋을 것이다. 

다음에는 EN에 전원 스위치를 구성하여 전원을 켜고 끌 수 있는 기능을 추가해 보겠다.