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선형 레귤레이터는 스위칭 레귤레이터에 의해 생성된 전압을 필터링하는데 탁월하다. 스위칭 레귤레이터는 항상 일정한 양의 출력 전압 리플을 갖는다. 매우 작은 신호를 처리하는 많은 애플리케이션에서 이러한 리플은 간섭을 일으킬 수 있다. 보통 수동 부품을 사용하여 스위칭 레귤레이터의 출력 전압을 필터링하지만, LC 필터(그림 1 참조)와 같은 수동 필터에는 몇 가지 단점이 있다.

LC 필터는 필요한 컷오프 주파수에 따라 때때로 공간 요구사항이 상당히 클 수 있고 인덕터는 비용이 많이 든다. 그러나 무엇보다 수동 필터의 가장 큰 단점은 필터가 일정한 손실과 함께 동작 전류에 따라 달라지는 출력 전압(그림 1의 V_OUT)을 추가한다는 점이다. 따라서 생성된 전압의 dc 레귤레이션 정확도가 매우 낮다.

그림 1. 스위칭 레귤레이터 출력의 수동 필터

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종종 스위칭 레귤레이터에 의해 생성된 전압을 깨끗하게 하기 위해 수동 LC 필터 대신 선형 레귤레이터가 사용된다. 선형 레귤레이터는 대체로 매우 높은 전원전압 변동 제거비(PSRR)를 갖는다. 이는 선형 레귤레이터의 입력 리플이 – 대부분의 경우 – 차단되어 선형 레귤레이터의 출력 리플이 매우 낮다는 것을 의미한다. 또한 선형 레귤레이터의 출력 전압은 자체적인 폐쇄 루프를 가지며, 따라서 레귤레이션이 우수하고 정확도가 매우 높다.

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또한 선형 레귤레이터는 매우 중요한 사양인 내부 레퍼런스 전압과 내부 오차 증폭기를 통해 자체적으로 발생하는 잡음이 각기 다르다. 낮은 간섭(낮은 잡음)을 필요로 하는 애플리케이션에서 선형 레귤레이터에 의해 발생되는 간섭은 중요한 역할을 한다. 이러한 경우 초저잡음 선형 레귤레이터를 사용할 수 있다.

그림 2. 스위칭 레귤레이터의 출력에 능동 필터로 사용된 선형 레귤레이터

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스위칭 레귤레이터에 의해 생성된 전압을 선형 레귤레이터를 사용하여 필터링하는 개념은 그림 2에서 볼 수 있다. 이러한 방식은 양의 전압뿐 아니라 음의 전압에도 작동한다. 일반적인 사용 사례는 –5V ~ +5V 사이의 바이폴라 신호를 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 매우 정확하게 측정하고 디지털화 해야 하는 회로이다. 신호 경로의 입력 단은 양의 전압과 음의 전압을 갖는 저잡음 바이폴라 전원을 필요로 한다. 양전압의 경우 높은 PSRR과 매우 낮은 간섭을 제공하는 선형 레귤레이터들이 시중에 많이 나와 있다. 특히 매우 중요한 애플리케이션을 위해 아나로그디바이스는 다수의 솔루션을 제공한다.

그러나 음의 전압의 경우 이러한 애플리케이션을 위해 사용할 수 있는 선형 레귤레이터는 매우 적다. 예를 들어 새로운 LT3094는 매우 높은 PSRR로 음의 전압을 필터링하는 데 사용할 수 있으며, 전원에서 발생하는 간섭에 민감하게 반응하는 애플리케이션에 중요한 극히 낮은 잡음 수준을 특징으로 한다.

그림 3은 다양한 주파수에서 LT3094의 PSRR을 보여준다. 스위칭 주파수가 1MHz인 스위칭 레귤레이터의 경우 LT3094 선형 레귤레이터는 약 75dB의 PSRR을 제공한다. LT3094의 잡음 수준은 10Hz ~ 100kHz 사이에서 단 0.8μVrms이다.

그림 3. 음의 전압을 위한 LT3094 선형 레귤레이터의 전원전압 변동 제거비(PSRR)

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선형 레귤레이터는 양의 출력 전압과 음의 출력 전압에 대한 전원 리플을 모두 제거할 수 있다. 또한 이러한 유형의 필터링은 음의 전압 범위에 매우 유용하다. 음의 전압을 위한 특수한 저잡음 유형은 제품이 제한되어 있기 때문에 적합한 부품을 찾기 어렵다. 아나로그디바이스의 Power by Linear™ LT3094가 새롭게 출시됨으로써 이제 극히 높은 PSRR을 갖는 초저잡음 옵션을 사용할 수 있게 됐다.

글/ 프레데릭 도스탈(Frederik Dostal)
필드 애플리케이션 엔지니어(Field Applications Engineer), 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)