M7 · 손실 예산과 측정 계획

목표

• 컨버터의 손실을 종류별로, 부하와 스위칭 주파수에 걸쳐 읽고, 어디서 어느 손실이 효율을 제한하는지 말합니다.
• 손실 하나를 손으로 계산해 도구와 비교합니다.
• 예산을 확인할 벤치 작업을 계획합니다: 손실마다 무엇을 어떤 계측기로 측정하고, 무엇이 그 측정을 제한하는지.

시작하기 전에

• 손실 예산과 벤치 페이지의 프로브와 측정 대역폭, 전류 센싱, 열 설계를 읽습니다.
• 벅 예제는 24 W, 100 kHz에서 24 V를 12 V로 변환합니다.

단계

1. 예산

벅 예제로 손실 예산을 엽니다.

▶ 손실 예산에서 열기: 벅 손실 예산 예제
초기값을 가져온 예제 loss-buck

도구는 각 부하에서 출력이 설정값이 될 때까지 듀티비를 조정하며 컨버터를 시뮬레이션하고, 시뮬레이션한 주기의 손실을 종류별로 나눕니다.

2. 손으로 계산하는 손실 하나

게이트 구동 손실은 부하와 무관합니다. 게이트 전하(gate charge) 10 nC를 10 V로 구동할 때의 손실을 계산하고(게이트 구동 전력) 도구의 항목과 비교합니다. 그 값을 아래에 입력합니다. 이 전력은 스위치가 아니라 드라이버와 게이트 저항에서 소산됩니다.

3. 전부하와 경부하

전부하와 부하의 10분의 1에서 가장 큰 손실을 각각 말하고, 왜 다른지 설명합니다. 어느 손실이 전류의 제곱을 따르고 (도통 손실), 어느 손실이 스위칭 주파수만으로 정해지는지 봅니다.

4. 스위칭 주파수

$f_s$를 두 배로 하고 각 항목과 효율을 봅니다. 어느 항목이 두 배가 되었는지, 그리고 높은 주파수가 대신 무엇을 주는지(같은 인덕턴스에서 더 작은 리플, 또는 같은 리플에서 더 작은 인덕턴스) 말합니다.

5. 도구가 빠뜨리는 것

시뮬레이션의 스위칭 전환은 순간적이므로, 하드 스위칭 트랜지스터의 겹침 손실(overlap loss)은 예산에 없습니다 [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 4]. 코어 손실은 정현파 여자로 측정한 계수로 낸 추정값입니다 [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 10]. 측정 계획에서 이 둘을 어떻게 확인할지 정합니다.

6. 벤치 계획

손실마다 측정할 양, 계측기, 그리고 중요한 한계를 적습니다: 스위칭 에지와 비교한 프로브의 상승 시간(프로브 상승 시간), 션트의 부담 전압과 패드 저항, 펄스 전류를 평균하는 계측기, 부품의 온도 상승. 마지막으로 효율 자체를 어떻게 측정할지 적습니다.

완료 기준

• 손으로 계산한 벅 예제의 게이트 구동 손실.
  내 값 (W)확인
  예제의 값 보기

  10 mW (출처 loss-buck: 벅 손실 예산 예제)

• 전부하에서 가장 큰 손실과, 그곳에서 가장 큰 이유.
• 부하의 10분의 1에서 가장 큰 손실과, 전부하와 다른 이유.
• $f_s$를 두 배로 했을 때 각 손실과 효율의 변화, 그리고 그 대신 얻는 것.
• 예산이 빠뜨리거나 추정만 하는 손실과, 측정 계획에서 이를 확인하는 방법.
• 손실마다 측정할 양, 계측기, 중요한 한계를 적고, 효율을 측정하는 방법을 담은 벤치 계획.

이 미션 초기화

체크 표시는 이 브라우저에만 저장됩니다. 계정이 필요 없고 아무것도 전송되지 않습니다.

주의할 점

• 전부하의 효율은 경부하의 모습을 가립니다. 부하와 함께 줄지 않는 손실이 경부하를 지배하므로 곡선 전체를 읽습니다.
• 펄스 전류의 피크에서 잘리는 센스 체인은 같은 션트 양단의 계측기보다 낮은 평균을 읽습니다(션트 양단의 멀티미터보다 낮게 읽히는 전류).
• 긴 접지 리드를 단 프로브는 자신의 커패시턴스와 공진하며, 측정하는 에지에 자신의 에지를 더합니다(프로브와 측정 대역폭).

더 알아보기

• 도서 챕터 Steady-State Equivalent Circuit Modeling, Losses, and Efficiency (Ch. 3) — R. W. Erickson, D. Maksimović · 확인일 2026-09-23
  직류 변압기 모델과, 권선·반도체 저항이 변환비와 효율을 제한하는 방식.
• 응용 노트 AN-1144: Measuring Output Ripple and Switching Transients in Switching Regulators — Analog Devices · 확인일 2026-09-24
  프로브 접지선이 스위칭 과도를 부풀리는 방식과, 출력 리플을 재는 팁-앤-배럴(tip-and-barrel) 방법.

퀴즈

1. 컨버터의 부하 전류가 절반이 됩니다. 고정된 저항의 도통 손실은 어떻게 됩니까?

   1. 절반이 됩니다
   2. 대략 4분의 1이 됩니다
   3. 그대로입니다
   4. 두 배가 됩니다
   정답과 해설

   정답: B 도통 손실은 rms 전류의 제곱에 저항을 곱한 값입니다. 전류가 절반이면 손실은 4분의 1입니다(리플은 부하와 함께 줄지 않으므로 조금 더 큽니다).

2. 부하가 10분의 1로 줄어도 그대로인 손실은 무엇입니까?

   1. 도통 손실
   2. 다이오드 순방향 강하 손실
   3. 게이트 구동 손실과, CCM에서의 턴온 용량성 손실
   4. 없습니다
   정답과 해설

   정답: C 게이트 구동 손실은 게이트 전하, 구동 전압, $f_s$로 정해지고, 용량성 손실은 노드 커패시턴스, 턴온 때의 전압, $f_s$로 정해집니다. 둘 다 부하 전류를 따르지 않으므로 경부하에서 지배적입니다.

3. 게이트 전하 20 nC를 12 V로 250 kHz에서 구동합니다. 게이트 구동 손실은 얼마입니까?

   1. 60 mW
   2. 6 mW
   3. 0.24 mW
   4. 600 mW
   정답과 해설

   정답: A 20 nC × 12 V = 주기당 240 nJ이고, 여기에 250 kHz를 곱하면 60 mW입니다. 이 전력은 드라이버와 게이트 저항에서 소산됩니다.

4. 스위칭 주파수가 두 배가 됩니다. 함께 두 배가 되는 손실은 무엇입니까?

   1. 도통 손실
   2. 게이트 구동 손실과 턴온 용량성 손실
   3. 코어 손실만
   4. 모든 손실
   정답과 해설

   정답: B 둘 다 주기마다 한 번 잃는 에너지에 초당 주기 수를 곱한 값입니다. 코어 손실은 주파수와, 리플과 함께 줄어드는 자속 스윙에 달려 있고, 도통 손실은 전류를 따릅니다.

5. 측정 시스템의 대역폭이 100 MHz입니다. 이상적인 계단에 대해 대략 어떤 상승 시간을 보여 줍니까?

   1. 35 ns
   2. 3.5 ns
   3. 0.35 ns
   4. 10 ns
   정답과 해설

   정답: B 단일 극점 응답에서 상승 시간은 대략 0.35를 대역폭으로 나눈 값, 곧 3.5 ns입니다. 이보다 훨씬 빠른 에지는 시스템 자신의 상승 시간으로 보입니다.

6. 전환이 이상적인 시뮬레이션으로 만든 손실 예산이 하드 스위칭 컨버터에 대해 지나치게 낙관적일 수 있는 이유는 무엇입니까?

   1. 각 전환 동안 전압과 전류가 겹치는 손실을 무시하기 때문입니다
   2. 도통 손실을 무시하기 때문입니다
   3. 게이트 구동을 두 번 세기 때문입니다
   4. 그렇지 않습니다: 시뮬레이션은 언제나 손실을 과대평가합니다
   정답과 해설

   정답: A 전환이 순간적이면 스위치 양단에 전압이 걸린 동안 전류가 흐르는 일이 없으므로 겹침 손실이 빠집니다. 이 손실은 따로 추정하거나 측정해야 합니다.