전자 회로에 꼭 들어가야 하는 전압 변환기, 레귤레이터 !


전자 회로에 빠지지 않고 단골로 등장하는 부품 중의 하나는 레귤레이터이다. Regulator는 어떤 것을 맞게 조정 하거나 통제 한다는 의미를 갖고 있다.


이때 조정이라 함은 전압이다. 레귤레이터의 대표적 예는 직류 12V(DC 12V)를 입력으로 받아 직류 5V로 변환하는 것이다. 실제로 현장에서 많이 사용되는 종류이다.


자동차에 있는 시가잭의 12V 전원에서 5V로 전압을 낮춰 스마트폰의 충전기 전원으로 사용하는 것이 이에 해당된다.


전자 제품에 많은 부품들이 들어가는데 동작되는 되는 전압이 다른 경우가 많다. 따라서 레귤레이터를 이용한 전압 변환 과정이 필요하다.


따라서 전자회로에 대한 이해를 위해서는 레귤레이터의 기능 및 종류에 대해 이해하는 것이 무척 중요하다.



리니어 레귤레이터 vs 스위칭 레귤레이터 !


레귤레이터 역시 종류로 대별된다. 큰 차이점은 리니어(Linear Regulator) 방식과 스위칭(Switching Regulator) 방식의 레귤레이터가 존재한다.


리니어 방식의 레귤레이터(Linear Regulator)는 직접적으로 전압을 떨어 뜨리는 방식으로 변환 과정에서 열이 많이 발생된다. 또한 이러한 열은 전기 에너지가 열로 소모되는 것이기에 리니어 레귤레이터의 전력 효율이 낮다.


리니어 레귤레이터는 통상 전류 요구량이 낮은 경우에 이용된다. 전류를 조금 높여 이용 하려면 레귤레이터에 방열판을 달아 표면의 열을 식혀 줘야 한다.


반면 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)는 출력단으로 흘려주는 펄스의 양을 조절하여 전압을 정밀하게 조정해 주는 전압 변환기이다. 따라서 SMPS(스위칭 레귤레이터, Switching Mode Power Supply)라고도 불리우며, PC나 TV 등 가전기기의 주 전원 용도로 이용되는 경우가 많다.


스위칭 레귤레이터는 발생되는 열도 적으며, 대 전류를 흘릴 수 있다. 그러나 회로가 복잡하고 부품이 많이 필요 해 가격이 높다는 단점이 있다.



5V 전압을 만들어 내는데 굳이 큼직한 전원 장치를 왜 써야 되나요 ?


전자 공학을 공부하면서 리니어 레귤레이터를 처음 접하는 사람들이 공통적으로 갖는 궁금증이 있다. 그들은 12V 입력 전압으로 5V를 만들어 내는 7805라는 조그만 레귤레이터를 처음 접한다.


조그만 크기에도 불구하고 전압을 5V로 떨어뜨려주니 신기하기만 하다. 그러면서 이렇게 편리하고 작은 전원장치가 있는데 왜 PC에는 그리도 큼직한 전원 장치가 필요한지 의아스러워 한다.


이는 위에서 설명한 발열, 전류량, 효율 등과 결합되어 답변 될 수 있다. 리니어 레률레이터는 효율이 낮고 발열량도 높으며, 흘릴 수 있는 전류량이 작아 PC가 요구하는 200W 이상의 전력을 제공할 수 없다.


따라서 리니어 레귤레이터는 적은 전류량이 필요한 경우로 그 용도가 한정될 수 밖에 없다.



리니어 레귤레이터의 종류 및 규격 읽기 !


리니어 레귤레이터의 대표적인 제품은 7805, 7809, 7905,7912등이다. 78t시리즈는 입력 전압을 + 변환하여 출력한다. 반면 79 시리즈는 출력 전압에 대한 - 전압으로 변환해 준다. 각 모델의 뒤 2자리 수는 출력 전압이다.




리니어 레귤레이터 모습, Source: wikipedia.org


리니어 레귤레이터는 아래와 같이 3개의 단자로 통상 구성된다. 정면으로 놓고 볼 때 가운데가 접지(-), 좌측이 입력전압, 우측이 출력 전압 핀이다.





레귤레이터의 모델별 전압 변환은 다음과 같다.

[Positive Linear Regulator]

7805: 입력 전압을 +5V로 변환 시켜 출력 함

7812: 입력 전압을 +12V로 변환 시켜 출력 함


[Negative Linear Regulator]

7905: 입력 전압을 -5V로 변환 시켜 출력 함

7912: 입력 전압을 -12V로 변환 시켜 출력 함


Fairchild사에서 만든 LM7805의 데이터 시트는 다음을 참조 하기 바란다.


LM7805.pdf

(File source: fairchildsemi.com)



단일 칩셋으로 만들어진 저전력 스위칭 레귤레이터 !


전류량이 적더라도 전력 소모를 줄여야 한다면 One chip으로 만들어진 스위칭 레귤레이터를 이용해야 된다.


이러한 목적으로 만들어진 스위칭 레귤레이터의 예는 LM2575이다. 리니어 레귤레이터에 비해 단가가 높으나 전력 특성이 우수하다. 따라서 저전력이 요구되는 스마트폰 등의 배터리 구동 기기에서는 필수적으로 이용 되어야만 한다.


참조할 수 있도록 Texas Instruments사에서 만든 LM2575 Switching Regulator에 대한 데이터 시트를 첨부한다. 여러 모델에 대해 데이터가 공통적으로 적용되기에 LM1575의 경우도 포함되어 있다).


LM2575.pdf

(Source: ti.com)


레귤레이터의 제조사별 부품명 및 호환 대치표는 다음 글 참조

  참조 글 링크: 레귤레이터(Regulator) IC 부품 호환 대치표 리스트



레귤레이터 ! 전자 회로에서 열심히 땀을 흘리며 일하는 억척스런 일꾼이다. 용량에 맞는 적절한 종류의 레귤레이터를 선택하여 정격 용량에 맞도록 설계 해 전자 기기의 수명이 늘어나기를 기대해 본다.



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  1. yfaney 2015.05.26 05:41  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    질문이 있습니다! 좀 바보같은 질문일 수도 있습니다만, 라즈베리파이를 사용중인데 레귤레이터에 히트싱크를 달아주면 전력소모를 약간이라도 줄일 수 있을까요? 리니어 레귤레이터일 것으로 예상합니다.

    • SenseChef 2015.06.02 05:46 신고  댓글주소  수정/삭제

      전력 소모율은 이미 레귤레이터와 회로 구성으로 결정 되었다고 생각됩니다. 이로 인해 열도 발생하구요. 따라서 결과로서 발생되는 열을 빨리 식혀주는 경우 레귤레이터의 적정 동작 온도로 유지 시켜주는 효과에 의한 일부 미미한 전력 절감 효과는 가능할 수 있으나 근본적인 개선은 기대하기 어려울 것이라 생각 됩니다. 좋은 의견 감사 드립니다.