설계 아이디어:
USB를 통해 20V 전압을 입력받아 LM5175PWPR을 거쳐 5-30V 출력 전압을 생성합니다 (출력 조절은 R40 가변저항으로 피드백 네트워크를 조정하여 제어). 전류 및 전압 감지 회로에서 수집한 데이터는 STM32의 ADC 핀으로 전달되어 MCU에서 처리되며, 측정값은 OLED 화면에 표시됩니다. 또한 열민감 저항(서미스터)을 통해 온도를 측정하고, 이를 기반으로 PWM 신호를 조절하여 팬 속도를 제어합니다.
환영합니다! 위층의 zeruns 님도 말씀하셨듯이, 고정밀 타이머와 하이브리드 신호 처리에 특화된 ‘신기한 MCU’ STM32G474를 순전히 아날로그 피드백을 위한 보조 디스플레이 용도로 쓰는 것은 말 그대로 "고사포로 모기 잡기"죠 . 하지만 초보자가 실습용으로 삼기엔 오히려 하드웨어 자원이 넉넉한 편이 더 낫습니다. 게다가 이 보드 자체 기반이 좋아서 나중에 실력이 늘면 전면적인 디지털 전원 장치(디지털 제어 루프) 연구에도 바로 활용할 수 있고, 새로 회로판을 다시 설계할 필요도 없습니다.
질문하신 두 가지 문제에 대해 간단히 조언 드리겠습니다:
1. 전류 및 전압 검출 회로가 합리적인가요?
전압 검출: 매우 표준적입니다. 90K(R46)과 10K(R47) 저항을 사용하여 1:10 분압 비율을 구성했으며, 최대 출력 전압 30V를 분압하면 MCU 입력단에 들어가는 전압은 3V가 되므로 STM32의 3.3V ADC 안전 동작 범위 내에 들어가며 매우 적절합니다.
개선 제안: ADC 핀에 병렬로 연결된 필터 커패시터 C35가 100pF 정도인데, 저주파 샘플링에는 다소 작습니다. 1nF 또는 10nF로 변경하는 것을 추천합니다. 여기에 MCU 소프트웨어에서 슬라이딩 평균 필터를 추가하면 OLED에 표시되는 전압 값이 훨씬 안정적이 되어 요동치는 현상을 크게 줄일 수 있습니다.
전류 검출: INA280처럼 공통모드 전류 측정에 특화된 전류 감지 전용 앰프를 사용한 점이 매우 좋습니다. 일반 OPAMP로 구성하는 것보다 훨씬 안정적이고 신경 쓸 일이 적습니다.
주의 사항: 원리도상으로는 문제가 없지만, PCB Layout 시 반드시 주의해야 할 점이 있습니다. 샘플링 저항(R44)에서 INA280 입력단까지의 배선은 반드시 켈빈 접속(Kelvin connection) 방식을 엄격히 지켜야 합니다. 즉, 전류 감지 저항의 두 납 단자 내측에서 각각 독립적으로 차동 신호선을 칩으로 연결해야 하며, 절대로 파워 그라운드 면에 직접 연결해선 안 됩니다. 그렇지 않으면 대전류가 지면(Ground plane)을 흐르면서 발생하는 전압 강하로 인해 측정값이 크게 어긋납니다.
2. LM5175PWPR 설계가 합리적인가요?
전체 아키텍처는 이미 검증된 설계를 참조한 것으로 보이며, 외부 소자들의 파라미터나 MOSFET 선택도 일반적인 5~30V 출력 조건에서 큰 문제 없습니다.
가변저항을 통한 전압 조정 (중요 경고): R40 가변저항을 통해 피드백 네트워크를 조정한다고 하셨는데, 스위칭 전원 공급장치에서는 기계식 가변저항을 FB(피드백) 핀에 직접 연결하는 것이 위험성을 내포하고 있습니다. 기계식 가변저항은 시간이 지나거나 회전 중 순간적으로 접촉 불량(순간 개방)이 발생하기 쉽습니다.
그림에서 보이는 바와 같이, R40과 R38이 직렬로 연결되어 FB 하위 편향 저항을 형성하고 있으며, 운좋게도 이것은 안전한 구조입니다. R40이 순간적으로 접촉 불량이 생겨 개방 상태가 되더라도, FB 핀은 출력 전압 쪽으로 끌려 올라가게 되고, LM5175는 즉시 출력을 차단하여 전압이 0이 됩니다.
(참고 설명: 만약 가변저항이 상위 편향에 위치한다면, 접촉 불량 시 FB 전압이 0이 되고, 칩은 출력 전압이 없다고 판단하여 최대 듀티비로 동작하게 되며, 결과적으로 출력 전압이 극한까지 치솟아 부하 장치를 순식간에 태워버릴 수 있습니다).
배선이 진짜 관건입니다: LM5175처럼 4개의 MOSFET을 사용하는 동기식 Buck-Boost 컨트롤러는 PCB 배치에서 매우 까다롭습니다. 원리도를 올바르게 그리는 것은 성공의 30%에 불과합니다. 파워 루프의 면적은 가능한 작게 해야 하며, 입력/출력 필터 커패시터는 두 쌍의 MOSFET에 최대한 가까이 배치해야 하고, LM5175 자체의 전류 감지 저항용 배선도 반드시 차동 등장 배선(Differential matched-length routing)으로 구성되어야 합니다.
요약하자면, 입문용 실습 프로젝트로서 설계 아이디어가 명확하고 회로도도 깔끔하게 잘 그렸습니다. 자신감 있게 제작하시고 우선 아날로그 제어 루프부터 구동해 보세요. DCDC 하드웨어 디버깅 경험을 먼저 축적하신 후, 이후 단계에서 STM32G474의 성능을 천천히 모두 활용해 보시길 바랍니다. 화이팅! 조만간 실제 제품이 켜지는 모습을 기대하겠습니다!
. 하지만 초보자가 실습용으로 삼기엔 오히려 하드웨어 자원이 넉넉한 편이 더 낫습니다. 게다가 이 보드 자체 기반이 좋아서 나중에 실력이 늘면 전면적인 디지털 전원 장치(디지털 제어 루프) 연구에도 바로 활용할 수 있고, 새로 회로판을 다시 설계할 필요도 없습니다.
