스위칭의 원리: 손실 없이 전압 바꾸기

왜 스위칭인가

스위치의 손실은 전압 × 전류입니다.

상태	전압	전류	손실
완전히 켜짐	≈ 0	큼	≈ 0
완전히 꺼짐	큼	≈ 0	≈ 0
중간 (선형)	중간	중간	큼

선형 레귤레이터는 트랜지스터를 중간 상태로 써서 열이 납니다. 스위칭 컨버터는 켜짐과 꺼짐만 오가며 듀티비로 평균값을 조절하고, 인덕터와 커패시터로 평균을 매끄럽게 만듭니다.

실제 손실

현실의 스위치에는 두 가지 손실이 남습니다.

• 도통 손실: 켜져 있을 때 Rds(on) × I²
• 스위칭 손실: 켜지고 꺼지는 짧은 순간 전압과 전류가 겹치는 구간

스위칭 주파수를 높이면 인덕터와 커패시터가 작아지지만 스위칭 손실이 늘어납니다. 이 균형으로 주파수를 정합니다(보통 수십 kHz~수 MHz).

인덕터의 역할

인덕터는 전류를 갑자기 바꾸지 않으므로, 스위치가 꺼져도 다이오드나 반대쪽 스위치를 통해 전류가 계속 흐르게 합니다. 이 "에너지를 잠시 담아 두는 그릇" 덕분에 전압을 내리고(벅) 올릴(부스트) 수 있습니다.