트랜지스터｜평가편
LLC 컨버터에서 1차측 스위칭 소자 리커버리 특성의 중요성 : 정리
2024.06.26
LLC 컨버터에서 1차측 스위칭 소자 리커버리 특성의 중요성 : 정리
LLC 컨버터는 통상적으로 Turn-on 시 ZVS 동작을 하므로, 스위칭 손실을 저감할 수 있습니다. 그러나, 공진 이탈 (Off-resonance)이 발생하는 경우 리커버리 전류로 인한 관통 전류가 흐르기 때문에 스위칭 손실이 증대하게 되어, 최악의 경우 MOSFET가 파괴에 이르게 될 가능성이 있습니다. 이러한 파괴 리스크를 저감하기 위해서는, 바디 다이오드의 리커버리 특성이 우수한 MOSFET를 1차측 스위칭 소자로 선정하여, 관통 전류를 작게 억제하는 것이 유효합니다.
하기에 지금까지 설명한 각 기사의 링크와 키 포인트를 정리하였습니다.
LLC 컨버터에서 1차측 스위칭 소자 리커버리 특성의 중요성
키 포인트
・LLC 컨버터는 비교적 적은 부품수로 소프트 스위칭 회로를 실현할 수 있어, 하드 스위칭 방식에 비해 스위칭 손실이나 전압의 링잉을 저감할 수 있다.
・단, 회로의 입출력 조건에 따라서는 스위칭 소자인 MOSFET가 파괴될 우려가 있다.
・본 테마에서는 먼저 LLC 컨버터의 회로 구성과 기본 동작에 대해 설명하고, LLC 특유의 문제인 공진 이탈 (Off-resonance)에 대한 1차측 MOSFET 리커버리 특성의 중요성에 대해 설명한다.
키 포인트
・LLC 컨버터에는 인덕터 L 2개와 콘덴서 C 1개로 직렬 회로가 구성되어 있다.
・2차측에 사용되는 다이오드는 ZCS 동작을 하므로 리커버리 손실은 발생하지 않는다.
・따라서, 순방향 전압 VF가 낮은 다이오드를 선정하면 손실을 저감할 수 있다.
키 포인트
・LLC 컨버터의 메리트는 스위칭 손실 저감이지만, 공진 이탈 (Off-resonance)로 인해 스위칭 손실이 증대하여 MOSFET가 파괴되는 경우가 있다.
・LLC 컨버터는 PFM 방식을 사용하여 출력전압을 제어한다. LLC의 게인 – 주파수 특성은 2개의 공진 주파수가 있기 때문에 fsw에 따라 3개의 동작 영역으로 분류된다.
키 포인트
・일반적으로 LLC 컨버터는 Gain이 1보다 크므로, MOSFET Turn-on 시 ZVS 동작을 하는 영역 (2)에서 동작한다.
・영역 (2)에서 LLC 컨버터의 회로 동작은 10종류의 Mode로 분류된다.
LLC 컨버터의 공진 이탈 (Off-resonance)에 대한 MOSFET 리커버리 특성의 중요성
키 포인트
・LLC 컨버터의 경우, 상정해 놓은 공진 조건에서 벗어나면 MOSFET 바디 다이오드의 리커버리 전류로 인한 관통 전류가 발생하여, 스위칭 손실이 증대하거나 최악의 경우 MOSFET의 파괴를 초래할 가능성이 있다.
・이러한 파괴 리스크를 저감하기 위해서는 바디 다이오드의 리커버리 특성이 우수한 MOSFET를 선정하여 관통 전류치를 작게 억제하는 것이 효과적이다.
참고 문헌
- ・Koichi Morita, LLC 공진 컨버터의 설계, 전원 회로 설계 2009, CQ 출판.
- ・W.S Choi, S.M Young, D.W Kim, “Analysis of MOSFET Failure Modes in LLC Resonant Converter,” INTELEC 2009, October 2009.
- ・W.S Choi, S.M Young, “Improving System Reliability Using FRFETR in LLC Resonant Converters,” PESC 2008, June 2008.