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2019.11.20 AC/DC

절연형 플라이백 컨버터의 기본 : 불연속 모드와 연속 모드

AC/DC PWM 방식 플라이백 컨버터 설계 방법

스위칭 전원의 동작에는 불연속 모드와 연속 모드가 있습니다. 이번 설계 사례에서는 불연속 모드 동작을 사용합니다. 하기 표에 각 모드의 특징과 장단점에 대해 정리하였습니다. 「동작」 항목의 파형은 트랜스의 1차 권선과 2차 권선에 흐르는 전류를 나타낸 것입니다.

연속 모드 동작에서는, 스위치 ON 시의 정류 다이오드 역회복 시간 (trr)*에 역전류가 흐르고, 이 역전류로 인한 손실이 발생합니다. 저전압 스위칭 DC/DC 컨버터의 경우는 정류 다이오드의 역전압이 낮아 역전류도 작아지므로, 출력 리플 전압 등을 고려하여 연속 모드를 사용하는 것이 일반적입니다.

반면에 AC/DC 컨버터의 경우는, 다이오드의 역전압이 높아 큰 역전류가 흐르므로, 손실도 커지게 됩니다. 따라서 이러한 역전류의 흐름을 억제하기 위해 불연속 모드를 사용하는 경우가 많아집니다. 단, 피크 전류가 커지므로, 부하가 큰 경우에는 연속 모드로 동작시키는 경우도 있습니다.

각각 장단점이 있지만, 60W 정도까지라면, 일반적으로는 불연속 모드가 적합합니다. 그 이상인 경우에는 트랜스의 용량 사이즈 등을 고려하여 판단하게 됩니다. 이번 설계 사례는 36W이므로, 불연속 모드를 선택하였습니다.

비교 항목 불연속 모드 연속 모드
동작 3A_flyback_cont
OFF와 ON 사이에 전류가 zero인 구간이 있어, 전류가 연속하여 흐르지 않는다.
3A_flyback_discint
전류가 연속적으로 흘러, 스위칭 주파수와 동일한 주파수에서 ON / OFF한다.
트랜스 인덕턴스 ↓, 사이즈 ↓, 비용 ↓ 인덕턴스 ↑, 사이즈 ↑, 비용 ↑
정류
다이오드
고속 리커버리 타입, 비용 ↓ 한층 더 고속의 리커버리 타입 필요,
비용 ↑
스위칭
트랜지스터
허용 전력 ↑, 사이즈 ↑, 비용 ↑ 허용 전력 ↓, 사이즈 ↓, 비용 ↓
출력
콘덴서
리플 전류 ↑, 사이즈 ↑ 리플 전류 ↓, 사이즈 ↓
효율 스위칭 손실 ↓, 효율 ↑ 스위칭 손실 ↑, 효율 ↓

*다이오드의 역회복 시간

PN 접합 다이오드에 순방향 전압을 인가하면 순방향 전류가 흐른다. 이 상태에서 급격하게 역방향 전압을 인가하면, 역방향 전류가 일정 시간 흐른다. 이 상태가 회복될 때까지의 시간을 역회복 시간이라고 한다.

키 포인트

・연속 모드와 불연속 모드의 차이점을 이해한다.

・AC/DC는 불연속 모드를 사용하는 경우가 많다.

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