반전형 벅-부스트 컨버터 계산기

계산 입력

입력 전압 Vin (V)

듀티 사이클 D (%)

결과

출력 전압

-12

볼트 (반전 / 음수)

듀티 사이클 D	50 %
전압 이득 (Vout/Vin)	-1

개요

반전형 벅-부스트 컨버터는 입력과 극성이 반대인 출력 전압을 만들어 내는 스위칭 방식의 DC-DC 변환 회로입니다. 듀티 사이클에 따라 출력 전압의 크기를 높이거나(부스트) 낮출(벅) 수 있지만, 부호는 언제나 반전됩니다. 이 계산기는 이상적인 연속 전도 모드(CCM)의 전달 함수를 사용해 입력 전압과 스위칭 듀티 사이클로부터 출력 전압을 추정합니다.

반전 벅-부스트 컨버터의 기본 구조로, 출력 전압이 접지 대비 음의 값을 가진다.

사용 방법

입력 전압 Vin을 볼트(V) 단위로, 듀티 사이클 D를 백분율(0~99%)로 입력하세요. 계산기는 백분율을 소수로 변환한 뒤 전달 함수를 적용해 출력 전압과 전압 이득을 함께 보여 줍니다. 이 회로 구조는 극성을 반전시키므로 결과값은 음수(−)로 나타납니다.

공식 설명

이상적인 CCM 조건에서의 관계식은 $$V_{out} = -\,\text{Vin (V)} \cdot \frac{D}{1-D} \qquad \text{where}\quad D = \dfrac{\text{Duty (\%)}}{100}$$이며, 여기서 \(D\)는 한 스위칭 주기 중 메인 스위치가 켜져 있는 시간의 비율입니다. \(D = 50\%\)일 때 출력 크기는 Vin과 같고, 50% 미만이면 전압을 낮추며(벅, 크기가 작아짐), 50%를 넘으면 전압을 높입니다(부스트, 크기가 커짐). \(D\)가 1에 가까워질수록 이득이 급격히 커지기 때문에, 계산기는 \(D = 100\%\)인 경우를 방지하도록 설계되어 있습니다.

듀티비 \(D\)가 1에 가까워질수록 음의 출력 전압의 크기가 급격히 증가한다.

계산 예시

\(V_{in} = 12\ \text{V}\), \(D = 50\%\,(0.5)\)인 경우: $$V_{out} = -12 \times \frac{0.5}{0.5} = -12\ \text{V}$$ 즉 출력은 −12 V로, 크기는 같지만 부호가 반전됩니다. \(D = 75\%\)일 때는 이득 \(= \frac{0.75}{0.25} = 3\)이므로, $$V_{out} = -12 \times 3 = -36\ \text{V}$$가 됩니다.

자주 묻는 질문

출력이 왜 음수인가요? 반전형 벅-부스트는 인덕터와 스위치를 배치하는 방식상, 공통 접지를 기준으로 극성이 뒤집힌 상태로 부하에 에너지를 전달하기 때문입니다.

실제 회로에서도 정확한가요? 이 값은 손실이 없는 이상적인 CCM 결과입니다. 실제 컨버터에는 스위치, 다이오드, 인덕터 손실이 있으므로 실제 출력 크기는 이보다 약간 낮습니다.

Vout = −Vin이 되는 듀티 사이클은 얼마인가요? \(D = 50\%\)일 때이며, 이 지점에서 \(\frac{D}{1-D} = 1\)이 됩니다.