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벅 부스트 컨버터 회로 설계: ET80101 1A 동기 조정기를 사용하여 단일 셀 리튬 이온 배터리 런타임 극대화
2026/10/30 
컴팩트하고 효율적인 디자인 벅 부스트 컨버터 회로 3.3V 또는 3.5V와 같은 조정된 시스템 레일이 목표 출력 전압 위아래로 스윙하는 입력 전압 범위에서 지속적으로 작동해야 할 때마다 필수적입니다. 새로 충전된 단일 셀 리튬 이온(Li-ion) 또는 리튬 폴리머(LiPo) 배터리는 4.2V~4.45V(VIN > VOUT)에서 시작하고 중간 방전(VIN ≒ VOUT) 동안 3.3V~3.5V 조정 영역을 직접 통과하며 펄스 부하(VIN < VOUT)에서는 2.7V 또는 심지어 2.2V까지 사용 가능한 에너지를 계속 제공합니다.
공간이 제한된 하드웨어에서 전체 배터리 방전 곡선을 잠금 해제하려면, ETEK 마이크로일렉트로닉스 엔지니어링 ET80101, 1.28mm × 1.28mm WLCSP9 패키지에 1MHz I²C 인터페이스를 갖춘 초저 대기 전류(< 5μA), 1A 동기식 벅-부스트 DC-DC 컨버터입니다.
이 기사에서는 다음 내용을 학습합니다.
- 단일 셀 리튬 이온 시스템에 비반전 벅 부스트 컨버터 회로가 필요한 이유
- 단일 인덕터 벅-부스트 토폴로지의 세 가지 고전적인 설계 장애물
- ET80101이 원활한 3모드 전환, < 5μA IQ 및 1MHz I²C 전압 스케일링을 달성하는 방법
- WLCSP9 설계를 위한 실제 레이아웃 및 인덕터 선택 규칙
벅 부스트 컨버터 회로란 무엇입니까?
비반전 동기 벅 부스트 컨버터 회로 단일 전력 인덕터 주위에 배열된 4개의 내부 MOSFET 스위치를 사용하여 입력 전압을 낮추거나(벅 모드) 높이거나(부스트 모드) 입력 전압과 출력 전압이 거의 같을 때 원활하게 조절하는(벅-부스트 모드) DC-DC 스위칭 조정기입니다. 이를 통해 방전 배터리의 전체 전압 범위에 걸쳐 고정 3.3V 또는 3.5V 부하를 실행할 수 있습니다.
단일 인덕터 벅 부스트 설계의 세 가지 과제
1. VIN ≒ VOUT일 때 모드 전환 리플
제대로 제어되지 않은 벅-부스트 IC에서 입력 전압이 출력 전압과 동일한 교차점 근처에서 작동하면 컨트롤러가 강압 모드와 승압 모드 사이를 반복적으로 탐색하게 됩니다. 이 모드 토글은 출력 레일에 저주파 리플을 주입하여 민감한 ADC, 지문 센서 및 광학 모듈을 방해합니다.
2. 경부하 배터리 소모
휴대용 및 웨어러블 전자 장치는 대부분의 수명 주기를 마이크로암페어를 소비하는 유휴 또는 절전 상태로 보냅니다. 벅-부스트 컨트롤러가 수십 마이크로암페어의 대기 전류(IQ)를 소비하면 대기 배터리 런타임이 급격히 떨어집니다.
3. 셧다운 시 출력 누출
기존 부스트 스테이지에는 하이 측 동기 정류기 바디 다이오드를 통해 입력에서 출력까지의 고유 전도 경로가 포함되어 있습니다. 실제 부하 분리가 없으면 조정기를 비활성화해도 배터리에서 다운스트림 부하를 분리하지 못합니다.
ET80101이 벅 부스트 컨버터 회로를 최적화하는 방법
그만큼 ET80101 는 모든 전원 스위치, 루프 보상, 소프트 스타트 및 디지털 제어를 웨이퍼 수준 칩 규모 패키지에 통합하는 고주파수(> 1MHz) 동기식 아키텍처를 통해 이러한 제한 사항을 각각 해결합니다.
원활한 3가지 모드 전환(벅, 벅-부스트 및 부스트)
그 건너편에 입력 전압 범위: 2.2~5.0V, ET80101은 최대 연속 출력 전류 1A 세 가지 운영 체제 중에서 자동으로 선택하는 동안:
- 벅 모드(VIN > VOUT): 스위칭 손실을 최소화하면서 높은 배터리 전압을 낮춥니다.
- 새로운 벅-부스트 모드(VIN ≒ VOUT): 입력 전압이 출력 전압에 가까워지면 크로스오버 영역을 원활하게 브리지합니다.
- 부스트 모드(VIN < VOUT): 심하게 방전된 배터리 전압을 다음 단계로 높입니다. 2.2V, 피크 전류 버스트 중에 조기 시스템 재설정을 방지합니다.
모드 전환은 엄격하게 정의된 임계값에서 발생하므로 VIN ≒ VOUT 크로스오버 영역에서 원치 않는 모드 토글을 제거하고 출력 전압 리플을 낮게 유지합니다. 또한 이 컨버터는 전용 순방향 및 역방향 전류 제한을 통해 순방향 및 역방향 전류 작동을 지원합니다.
자동 PFM 및 강제 PWM 모드를 갖춘 < 5μA 대기 전류
배터리 런타임을 최대화하려면 웨어러블 기기 스마트 잠금 장치인 ET80101은 작동 대기 전류 5μA 미만 그리고 종료 시 1μA 미만. 엔지니어는 I²C를 통해 두 가지 스위칭 모드 중에서 선택할 수 있습니다.
- 자동 PFM(펄스 주파수 변조) 모드: 전체 부하 범위에서 높은 효율을 유지하기 위해 경부하에서 자동으로 펄스 스키핑을 입력합니다.
- 강제 PWM(FPWM) 모드: 결정론적 스펙트럼 성능과 최소 출력 리플을 위해 모든 부하 전류에 걸쳐 지속적인 고정 주파수 스위칭(> 1MHz)을 유지합니다.
하드웨어 VSEL 기본값 및 1MHz I²C 동적 전압 스케일링
전원을 켤 때(호스트 MCU가 I²C 버스를 초기화하기 전) VSEL 핀은 기본 하드웨어 출력 전압과 7비트 I²C 슬레이브 주소를 모두 설정하여 두 개의 ET80101 레귤레이터가 외부 멀티플렉서 없이 동일한 I²C 버스를 공유할 수 있도록 합니다.
| VSEL 핀 상태 | 기본 하드웨어 출력 전압(VOUT) | 7비트 I²C 슬레이브 주소(바이너리) | 7비트 I²C 슬레이브 주소(16진수) |
|---|---|---|---|
| VSEL = 높음(H) | 3.5V | 1110101 | 0x75 |
| VSEL = 낮음(L) | 3.3V | 1110110 | 0x76 |
일단 실행되면 호스트 프로세서는 다음을 통해 통신할 수 있습니다. 고속 플러스 모드 I²C 인터페이스(최대 1MHz) 에게:
- 2.025V에서 5.2V까지 VOUT 프로그래밍 괜찮아 25mV/단계 증분
- 제어 출력 전압 전환 슬루율 동적 전압 스케일링(DVS) 중
- 자동 PFM 또는 FPWM 모드 선택 즉석에서
- 소프트웨어 시작/종료, 상태 플래그 및 PG(Power Good) 신호 관리
실제 부하 차단, 500μs 소프트 스타트 및 전체 보호
표준 부스트 컨버터와 달리 ET80101은 다음을 구현합니다. 실제 부하 차단 종료 중에 입력 배터리에서 출력 레일을 분리합니다. 비활성화되면 통합 능동 방전 회로가 출력 커패시턴스를 접지로 블리딩합니다. 20ms.
켜는 동안 내부 고정 500μs 소프트 스타트 배터리 돌입 전류를 제한합니다. 오류 보호에는 사이클별 전류 제한, 히컵 단락 보호, 비래칭 UVP(저전압 보호) 및 TSD(열 차단)가 포함됩니다.
ET80101 주요 사양
| 매개변수 | ET80101 사양 | 시스템 설계 이점 |
|---|---|---|
| 입력 전압 범위(VIN) | 2.2~5.0V | 단일 셀 리튬 이온/LiPo 배터리에서 전체 가용 용량 추출 |
| 프로그래밍 가능 출력 전압(VOUT) | 2.025V~5.2V(I²C를 통해 25mV/단계) | 하나의 BOM 품목으로 2.5V, 3.0V, 3.3V, 3.5V 및 5.0V 레일을 포괄합니다. |
| 하드웨어 기본 VOUT | 3.5V(VSEL = H) / 3.3V(VSEL = L) | MCU I²C 초기화 전 자율 부팅 |
| 연속 출력 전류(IOUT) | 최대 1A | 고전류 펄스 부하 구동(광 모듈, RF PA, 센서) |
| 스위칭 주파수(fSW) | > 1MHz | 소형 로우 프로파일 인덕터 및 소형 MLCC 구현 |
| 작동 대기 전류(IQ) | < 5μA | 웨어러블 및 IoT 노드의 대기 배터리 수명 연장 |
| 차단 전류 | < 1 µA(실부하 차단 포함) | 전원이 꺼지면 부하를 완전히 격리합니다. |
| 소프트 스타트/능동 방전 | 500 µs 소프트 스타트 / 20 ms 방전 | 시동 전압 저하를 방지하고 깨끗한 레일 재설정을 보장합니다. |
| 디지털 인터페이스 | 1MHz I²C(VSEL을 통한 0x75/0x76) | 동적 전압 스케일링, 모드 제어, 상태 플래그 및 PG 출력 |
| 패키지 | WLCSP9(1.28mm × 1.28mm, 0.4mm 피치) | 공간이 제한된 PCB 레이아웃을 위한 초소형 설치 공간 |
일반적인 응용 분야
- 소형 웨어러블 장치: 펄스 LED 또는 무선 전송 부하 중에 단일 셀 LiPo 전압이 3.3V 미만으로 떨어지는 스마트워치, 피트니스 밴드, AR/VR 안경 및 의료용 패치.
- 전압 안정기: 데이터콤 장비, 광트랜시버 모듈 및 TEC(열전 냉각/가열) 단계.
- 시스템 사전 조정기: RF 버스트 중에 배터리 전압 저하가 발생하는 스마트폰, 태블릿, POS 단말기 및 텔레매틱스 장치.
- PoL(부하점) 규정: 케이블 IR 강하를 보상하는 유선 산업용 센서, 포트/케이블 어댑터 및 동글입니다.
- 지문 및 카메라 센서: 배터리 방전 상태 전반에 걸쳐 안정적인 3.3V 또는 3.5V 센서 전원이 필요한 전자식 스마트 도어록 및 IP 네트워크 카메라.
더 높은 전압 강압 요구 사항에 대해서는 관련 기사를 참조하십시오. SOT563의 ETEK ET81313 17V 3A 동기식 벅 컨버터.
WLCSP9 벅-부스트 회로에 대한 PCB 레이아웃 팁
- 입력 및 출력 스위칭 루프를 모두 최소화합니다. 벅 부스트 컨버터 회로는 벅 모드의 입력 측과 부스트 모드의 출력 측에서 불연속 전류를 전환하므로 낮은 ESR X5R/X7R 세라믹 디커플링 커패시터를 WLCSP9 패키지의 VIN, VOUT 및 GND 범프 바로 옆에 배치합니다.
- 스위칭 노드를 컴팩트하게 유지: 최상층의 짧고 넓은 구리 트레이스를 사용하여 전력 인덕터를 SW1 및 SW2 핀에 최대한 가깝게 배치합니다.
- 디지털 제어 라인 분리: 1MHz I²C 라인(SDA, SCL) 및 VSEL을 인덕터 스위칭 노드에서 멀리 라우팅하여 용량성 노이즈 커플링을 방지합니다.
- 낮은 VIN 부스트 작동을 위한 크기 인덕터 포화 전류: 인덕터의 포화 전류 정격이 최소 입력 전압(2.2V) 및 전체 1A 출력 부하에서 피크 인덕터 전류를 초과하는지 확인하십시오.
자주 묻는 질문
단일 셀 리튬 이온 배터리에 표준 벅 컨버터 대신 벅 부스트 컨버터 회로를 사용하는 이유는 무엇입니까?
단일 셀 리튬 이온 배터리는 4.2V~4.45V에서 2.7V~2.5V까지 방전되며, 높은 전류 펄스 또는 저온에서 일시적으로 2.2V로 떨어질 수 있습니다. 벅 컨버터는 VIN이 3.4V 근처로 떨어지자마자 레귤레이션을 상실하여 배터리 용량의 20~35%가 사용되지 않게 됩니다. 그만큼 ET80101 벅 부스트 컨버터 회로 까지 원활하게 조절합니다. 2.2V, 사용 가능한 전체 요금을 추출합니다.
ET80101은 I²C 소프트웨어 프로그래밍 없이 작동할 수 있습니까?
예. 1MHz I²C 인터페이스는 동적 전압 스케일링을 해제합니다. 2.025V ~ 5.2V (25mV 단계) 및 모드 선택을 통해 ET80101은 하드웨어 VSEL 핀을 사용하여 자율적으로 부팅됩니다. VSEL 낮은 출력 연결 3.3V (0x76), VSEL High 출력 연결 3.5V (0x75).
두 개의 ET80101 벅-부스트 레귤레이터가 동일한 I²C 버스를 공유할 수 있습니까?
예. VSEL 핀은 두 개의 서로 다른 7비트 I²C 슬레이브 주소를 구성하기 때문에—0x75 (1110101) VSEL = 높음 및 0x76(1110110) VSEL = Low일 때 - 두 개의 ET80101 장치는 동일한 SDA/SCL 버스에 직접 연결될 수 있으며 시작 후 독립적으로 프로그래밍될 수 있습니다.
ET80101이 종료되면 출력 레일은 어떻게 됩니까?
비활성화되면 ET80101이 활성화됩니다. 실제 부하 차단 입력 공급 장치에서 출력을 분리하고(< 1μA 차단 전류) 내부에서 출력 레일을 접지로 방전하는 내부 활성 방전 스위치를 연결합니다. 20ms.
결론: 1.28mm × 1.28mm 설치 공간에서 배터리 전체 활용
단일 셀 리튬 이온 웨어러블, 스마트 잠금 장치 및 광학 모듈의 경우 ET80101 완전한 1A 동기식 제공 벅 부스트 컨버터 회로 초소형 WLCSP9 패키지에 원활한 3모드 전환, < 5μA 대기 전류, 1MHz I²C 프로그래밍 기능이 포함되어 있습니다.
👉 방문 ET80101 제품 페이지 ETEK을 탐색해 보세요 DC-DC 컨버터 포트폴리오
✉️ 샘플 요청: https://www.etekmicro.com/sample
