DCDC 컨버터의 종류 – Buck, Boost, Buck-Boost 비교 정리

전원 설계에서 DCDC 컨버터는 필수적인 요소입니다. 단순히 전압을 낮추거나 올리는 역할뿐 아니라, 시스템의 안정성과 효율성까지 좌우하는 핵심 부품이기도 합니다. 특히 반도체 회로나 MCU, 센서 등을 다루는 전자 시스템에서는 정해진 동작 전압을 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하기 때문에, 전원 변환기의 선택과 설계는 제품의 성능에 직결됩니다.
DCDC 컨버터는 여러 종류가 있지만, 그중에서도 가장 기본이 되는 세 가지는 Buck(강하형), Boost(승압형), Buck-Boost(승·강압형)입니다.
이 글에서는 이 세 가지 타입의 구조와 동작 원리, 특징, 실제 사용 사례를 비교 분석하여 DCDC 컨버터를 설계하거나 선택해야 하는 상황에서 어떤 기준으로 접근해야 하는지에 대해 정리하겠습니다.

 

 

DCDC 컨버터란 무엇인가요?

DCDC 컨버터는 직류(DC) 전압을 다른 직류 전압으로 변환해주는 전원 회로입니다.
입력 전압이 일정하지 않거나, 부하에 따라 출력 전압을 유지해야 하는 상황에서 사용되며, 대부분 스위칭 방식을 사용하여 효율적으로 전압을 제어합니다.
선형 방식인 LDO보다 효율이 높고, 고전류 구동 시 발열을 줄일 수 있기 때문에 모바일 기기, 산업 장비, 서버 등에서 널리 활용됩니다.
대표적인 형태로는 Buck(내리는 형태), Boost(올리는 형태), 그리고 두 가지를 혼합한 Buck-Boost 방식이 있습니다.

 

 

Buck 컨버터 – 전압을 낮추는 가장 흔한 방식

Buck 컨버터는 입력 전압보다 낮은 전압이 필요한 회로에서 가장 널리 사용됩니다.
구조는 간단히 말해 스위칭 소자(FET), 인덕터, 다이오드(또는 동기 정류 FET), 출력 커패시터로 구성됩니다.
스위칭이 ON일 때 인덕터에 전류가 흐르고 에너지가 저장되며, OFF일 때는 그 에너지를 출력으로 전달해 전압을 안정화시킵니다.
효율이 90% 이상까지 나오기도 하며, 리니어 레귤레이터(LDO)에 비해 발열이 적고, 전류 효율이 높습니다.
대표적인 사용처는 마이크로컨트롤러 전원(3.3V, 1.8V), SSD, FPGA 코어 전압 공급 등입니다.

 

 

Boost 컨버터 – 전압을 높여야 할 때 사용

Boost 컨버터는 입력 전압보다 더 높은 전압이 필요한 상황에서 사용됩니다.
예를 들어, 리튬이온 배터리(3.7V)에서 5V를 만들어야 하는 USB 출력 회로나, 12V로 모터를 돌려야 하는 경우 등이 해당됩니다.
Boost 컨버터는 스위칭이 ON일 때 인덕터에 전류를 저장하고, OFF일 때는 인덕터의 자기장이 붕괴되면서 고전압을 생성하여 출력 커패시터로 전달됩니다.
설계 시 중요한 것은 출력 전압 안정화와 과도 응답 제어이며, 특히 출력 전류가 클 경우 스위칭 소자의 발열과 노이즈 설계가 중요해집니다.

 

 

Buck-Boost 컨버터 – 전압이 오르락내리락할 때

Buck-Boost 컨버터는 입력 전압이 출력 전압보다 높을 수도, 낮을 수도 있는 불안정한 상황에서 사용됩니다.
대표적인 예로는 배터리 구동 장치가 있습니다. 배터리 전압은 충전 상태에 따라 4.2V에서 3.0V까지 떨어지는데, MCU가 3.3V로 동작해야 한다면 Buck만으로는 해결이 안 됩니다.
이럴 때 Buck-Boost 방식으로 입력이 높든 낮든 일정한 출력 전압을 유지하도록 설계합니다.
이 구조는 복잡하고 소자가 많아질 수 있지만, 전압 안정성이 중요할 경우 필수적인 선택입니다.

 

 

각 방식의 회로 구성 비교

항목	Buck	Boost	Buck-Boost
동작	전압 강하	전압 승압	승압 + 강하 모두 가능
효율	높음 (90% 이상)	보통 (80~90%)	다소 낮음 (~80%)
회로 복잡도	낮음	중간	높음
대표 사용처	MCU 전원, 디지털 회로	USB 출력, LED 백라이트	배터리 구동 장치, IoT 디바이스

회로 설계 시 고려할 요소는 효율뿐만 아니라 입출력 전압 범위, 부하 특성, 응답 속도, 패키지 크기 등입니다.

 

 

실무에서의 설계 팁

• 스위칭 주파수는 노이즈와 발열을 동시에 조절하는 변수입니다. 높으면 소형화되지만 발열이 심해질 수 있고, 낮으면 부품이 커집니다.
• 인덕터 선택은 전류 허용 범위, 포화 특성, 크기, 손실 등을 고려해 선정해야 합니다.
• 출력 커패시터는 리플 제거와 과도 응답에 핵심이며, ESR이 낮은 MLCC가 일반적으로 사용됩니다.
• PCB 레이아웃은 전류 루프 최소화, GND 플레인 확보, 입력·출력 경로 분리 등이 매우 중요합니다.

 

 

왜 LDO 대신 DCDC를 사용할까요?

LDO는 구조가 간단하고 노이즈가 적지만, 입력 전압과 출력 전압의 차이가 클수록 발열이 심해지고 에너지 효율이 떨어집니다.
예를 들어, 12V 입력에 3.3V 출력이 필요할 경우, LDO는 전체 전력의 70% 이상을 열로 버리게 됩니다.
반면 DCDC 컨버터는 스위칭 방식으로 에너지를 저장/변환하기 때문에 효율이 높고, 고전류 부하에서도 안정적입니다.
따라서 발열 제약이 있거나 배터리 기반 시스템에서는 DCDC 컨버터가 필수적입니다.

컨버터 선택 시 꼭 확인해야 할 파라미터

실제 DCDC 컨버터를 선택할 때는 단순히 출력 전압과 전류만 보는 것이 아니라, 입력 전압 범위, 스위칭 주파수, 최대 효율, 정지 전류(Iq) 등 다양한 파라미터를 함께 고려해야 합니다.
예를 들어, 배터리로 동작하는 IoT 기기라면 컨버터의 정지 전류가 수십 µA 이하로 낮아야 대기 전력 소모를 최소화할 수 있습니다.
또한 입력 전압이 넓게 변하는 환경(예: 4V~16V)을 고려할 경우, 그 범위 내에서 안정적인 출력이 가능한지를 데이터시트에서 반드시 확인해야 합니다.

 

 

DCDC 컨버터 설계 시 자주 하는 실수들

많은 초보 설계자들이 범하는 실수 중 하나는 인덕터 또는 커패시터의 스펙을 정격 전류만 보고 선택하는 것입니다.
그러나 실제로는 인덕턴스 변화율, ESR, 온도 특성, 패키지 크기 등 다양한 요소가 회로 동작에 영향을 미칩니다.
또한 출력 전압 설정 시, 피드백 저항 값 계산 오류로 인해 예상보다 높은 전압이 출력되거나 발진하는 경우도 흔합니다.
설계 후에는 반드시 시뮬레이션이나 실측을 통해 피드백 동작과 리플(Ripple) 수준을 검증하는 것이 중요합니다.

 

 

디버깅 시 체크할 우선순위

DCDC 회로가 동작하지 않거나 출력이 불안정할 경우, 가장 먼저 확인할 항목은 세 가지입니다.
첫째, 입력 전압이 정상적으로 들어오고 있는지, 둘째, 스위칭 소자의 게이트 드라이브가 제대로 되고 있는지, 셋째, 출력 커패시터 양단 전압이 급변하지는 않는지입니다.
특히 출력 전압이 부하 변화에 따라 급격히 출렁이는 경우는 커패시터 용량 부족, 피드백 회로 문제, 또는 레이아웃 문제일 수 있습니다.
이러한 점검 항목을 디버깅 체크리스트처럼 미리 준비해두면 개발 시간을 대폭 줄일 수 있습니다.

 

 

전원 설계의 첫걸음은 DCDC 이해부터

전원 회로는 단순한 보조 설계가 아니라, 전체 시스템의 성능과 안정성을 좌우하는 핵심 설계 포인트입니다.
Buck, Boost, Buck-Boost는 각각의 상황에서 강점을 가지며, 사용자의 전원 조건과 부하 특성에 따라 정확히 매칭하는 것이 중요합니다.
이 글을 통해 각 컨버터의 차이와 실무 적용 포인트를 이해했다면, 전원 회로의 진입 장벽은 훨씬 낮아졌을 것입니다.