리니어 레귤레이터 방식이란?

리니어 레귤레이터란 3단자 레귤레이터라고도 불리우며, 간단히 DC의 강압이 가능한 디바이스입니다. 

 

기본적으로는 입력, 출력, GND의 3단자로 구성되며, 출력전압은 업계 표준 전압이 프리셋되어 있습니다. 

 

그 외에도 외장 저항으로 출력을 가변할 수 있는 타입이나, ON / OFF 기능 (셧다운)이 내장되어 있는 제품도 있으며, 기능에 따라 단자 수는 달라집니다.

구조는 Op Amp를 사용한 귀환 (피드백) 루프 제어이며, 에러 앰프가 출력에서 귀환된 전압을 모니터링하여, 입력 및 출력 부하의 변동에 따라 출력전압을 일정하게 유지하도록 조정합니다. 스위칭 동작하지 않으므로, 스위칭으로 인한 노이즈 및 리플이 발생하지 않습니다.

 

표준 레귤레이터

 

그림15 : 리니어 레귤레이터의 손실

사용법은 간단하지만, 사용 시 가장 고려해야 할 점은 손실＝열입니다. 그림 15와 같이 리니어 레귤레이터는 입력과 출력간 전압차와 입력에 흐르는 전류의 곱으로 손실 전력이 되고, 열로 변환됩니다. 방열판 없이 대응 가능한 수치는 최대 2W 정도이며, 손실이 크다는 것은 효율이 나쁘다는 것입니다.

AC/DC 컨버터 사용을 고려할 경우, 리니어 레귤레이터 IC의 입력은 100VAC를 직접 정류한 약 140V의 전압을 허용할 수 없으므로 스위칭 방식 AC/DC 변환에서 스위칭 DC/DC 부분을 리니어 레귤레이터 IC로 대체하여 사용할 수 없습니다. 

 

고내압 트랜지스터 등을 사용하여 디스크리트 구성으로 리니어 레귤레이터를 만들 수 있지만, 약 140V의 DC 전압에서 예를 들어 12V로 강압한 경우의 열 처리를 고려하면, 현실적인 선택지는 아닙니다. 또한, 그 회로 설계 및 방열기를 포함한 스페이스 등을 고려하면 더욱 적합하지 않습니다.

 

그림 16

이와 같은 이유에서 리니어 레귤레이터를 통한 DC/DC 변환 (강압 안정화)은 트랜스 방식을 이용하는 것이 일반적입니다.

 

트랜스를 통한 변압 (강압)을 최적화하여, 리니어 레귤레이터의 입출력차가 그다지 커지지 않는 조건에서 이용한다면, 그다지 나쁘지 않은 효율과 허용 가능한 발열 상태에서 사용이 가능합니다.

또한, 리니어 레귤레이터는 리플 제거 기능이 있으므로, 평활 후 DC에 남아있는 리플을 제거할 수 있습니다. 노이즈에 민감한 어플리케이션에서는 이러한 조합의 메리트를 활용할 수 있습니다.

 

키 포인트
・트랜스 방식에서의 이용이 일반적이지만, 허용 손실은 2W 정도가 한계이며, 효율도 과제이다.

・스위칭 노이즈가 없어, 노이즈에 민감한 어플리케이션에는 유용한 경우가 있다.