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2020.09.09 AC/DC

전원 IC의 선택과 설계 사례

비절연형 벅 컨버터의 설계 사례

비절연형 AC/DC 컨버터 설계와 관련하여, 기본 동작에 대한 확인이 끝났으므로, 이제 실제 설계 단계에 대해 설명하겠습니다. 먼저, 이 설계에 사용하는 전원 IC를 선택합니다. 앞서 여러번 설명했지만, 전원 메이커를 제외하고, 전원 회로 설계에는 전원 IC를 이용하게 됩니다. 따라서, 전원에 대한 요구 사양을 만족시키기 위해, 어떤 전원 IC를 사용하는지가 매우 중요합니다.

설계에 이용하는 전원 IC

전원 IC를 선택하기 위해서는 전제 조건으로서 전원의 입출력전압 및 부하전류 등이 정해져 있어야 합니다. 이는 이번 테마인 비절연형에서도, AC/DC 설계편에서 먼저 다루었던 절연형 플라이백 컨버터에서도 동일합니다. 이번 테마에서는 앞서 설명한 절연형 플라이백 컨버터의 설계와 비절연형 벅 컨버터 설계의 차이를 이해하는 것이 목적입니다. 절연형 플라이백 컨버터의 상세 내용에 대해서는 「AC/DC 설계편 : AC/DC PWM 방식 플라이백 컨버터 설계 방법」의 「설계 순서」 「전원 사양 결정」 「IC의 선택」 편을 참조하여 주십시오.

하기는 이번 설계 예에 관한 입력 조건과 출력 조건입니다.

・입력전압 : 90VAC~264VAC
・출력 : 20V / 0.2A (4W)

이러한 정보를 바탕으로, 필요시되는 효율 및 관련된 다양한 기능, 보호 기능 등을 고려했다는 전제 하에, 하기의 전원 IC를 이용한 벅 컨버터를 설계하도록 하겠습니다.

<BM2P094F : 650V MOSFET 내장 AC/DC 컨버터용 IC>

■ 특징

  • ・650V 스위칭 MOSFET 내장
  • ・650V 기동 회로 내장
  • ・PWM 주파수 65kHz
  • ・주파수 호핑 기능
  • ・전류 모드 방식
  • ・경부하 시 burst 동작 / 주파수 저감 기능
  • ・VCC 단자 저전압 보호 / 과전압 보호
  • ・SOURCE 단자 오픈 보호 / 쇼트 보호
  • ・SOURCE 단자 Leading-Edge-Blanking 기능
  • ・사이클 별 과전류 제한 기능
  • ・과전류 제한 AC 보정 기능
  • ・소프트 스타트 기능
  • ・절연, 비절연 모두 대응
  • ・2차측 과전류 보호 (절연 구성의 경우)
  • ・동작 전원전압 범위
    VCC : 8.9V~26.0V
    DRAIN : ~650V

  • ・동작 전류
    통상 시 : 0.50mA (Typ.)
    Burst 시 : 0.40mA (Typ.)

  • ・동작온도 범위
    -40℃~+105℃

  • ・패키지 : SOP8 4.90mm×3.90mm
  • ・MOSFET ON 저항 : 8.5Ω (Typ.)
  • ・최대 출력 전력 : 5W

■ 어플리케이션
AC 어댑터, TV, 각종 가전 (청소기, 가습기, 공기 청정기, 에어컨, 냉장고, IH 쿠킹 히터, 전기밥솥 등)

하기는 이 IC를 선택한 포인트입니다. 즉, IC 선택 시의 요점이라고도 할 수 있습니다.

  • ①비절연 회로에 대응한다.
  • ②스위칭 MOSFET를 내장하여, 선택의 번거로움이 없고, 부품수도 줄어든다.
  • ③입출력 사양이 전원 사양을 커버한다.
  • ④제어의 안정화가 용이한 전류 모드 타입이다.
  • ⑤기동 회로 내장으로 저소비전력 타입이다.
  • ⑥경부하 시에도 고효율을 유지하기 위한 기능 탑재
  • ⑦다양한 보호 기능을 탑재하고 있다.
  • ⑧소형 패키지로, 5W 가능 (요구 사양은 4W)

오른쪽 그림은 이 IC의 내부 회로 블록도이므로 참조하여 주십시오. 단, 외부 회로 예는 절연형 플라이백 컨버터입니다. 하기의 비절연형 벅 컨버터 회로와 비교하여 주십시오.

BM2P094F의 내부 회로 블록도 (클릭하면 확대됩니다.)

비절연형 벅 컨버터 (불연속 모드) 설계 사례

하기가 이번 비절연형 벅 컨버터의 회로 사례에 관한 회로도입니다.

앞서 기재한 바와 같이, 입력전압은 90VAC~264VAC, 출력은 20V / 0.2A (4W)입니다. AC 입력은 다이오드 브릿지를 통해 정류되어, IC에 내장되어 있는 MOSFET를 통해 직접 스위칭됩니다. 그리고, D4를 통해 다시 정류되고, L1과 C5를 통해 평활화되어 DC 출력됩니다. 안정화를 위한 출력전압의 귀환은 옵토커플러를 통해 이루어지며, 보시는 바와 같이 입력과 출력은 절연되어 있지 않습니다.

또한, 동작으로는 불연속 모드입니다. 이는 「강압 컨버터의 기본 동작 및 불연속 모드와 연속 모드」 편에서 설명한 바와 같이, 비교적 출력전력이 작은 AC/DC 벅 컨버터에서는 일반적입니다.

다음 편에서는 이 회로를 구성하는 주요 부품의 선택과 정수 계산에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・전원 사양을 만족하는 전원 IC를 선택하는 것이 설계의 시작이다.

・절연형 회로와의 차이점을 이해해야 한다.

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