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2020.09.23 AC/DC

주요 부품 선정 : 전류 검출 저항 R1

비절연형 벅 컨버터의 설계 사례

사례 회로에서는 스위칭 전류의 제한을 위한 전류 검출 저항이 필요합니다. 전류 검출 저항의 선정은 「인덕터 L1」 편과 관련이 있습니다.

전류 검출 저항 : R1

오른쪽 회로도는 사례의 회로도를 발췌한 것입니다. 내장 MOSFET의 소스에서 출력에 이르는 라인에 전류 검출 저항 R1이 직렬로 연결됩니다. R1은 스위칭 전류를 제한하여 출력을 과부하로부터 보호하는 역할과, 전류 모드 제어의 슬로프 보상의 역할에도 사용됩니다.

슬로프 보상은 전류 모드 강압 컨버터의 고조파 (서브 하모닉) 발진에 대한 대책으로서 잘 알려져 있는 방법입니다. 최근 대부분의 전류 모드 강압 컨버터는 슬로프 보상 회로를 탑재하고 있어, 저항 등 적은 외장 부품으로 보상이 성립됩니다. 본 사례 회로에 사용되는 전원 IC BM2P094F 역시 R1을 이용하고 있습니다.

A4_6_L1

고조파 발진은 발진 주파수의 정수배에 해당하는 주기로 발진하는 현상으로, 연속 모드 상태에서 듀티 사이클이 50% 이상이 되면 발진할 우려가 있습니다.

전류 검출 저항 R1의 산출

전류 검출 저항 R1은 하기 식을 통해 산출합니다. 이 계산에서는 「인덕터 L1」 편의 산출에 사용한 식과 수치가 필요합니다. 또한, 전원 IC BM2P094F 고유의 과전류 제한 특성에 대한 정보도 필요합니다. 하기 계산 식에 해당 수치를 대입하여, 결과를 산출하였습니다.

A4_6_f1
A4_6_vlim

각 항에 대해 설명하겠습니다. R1은 이 IC 내부의 과전류 제한 전압 Vcs_limit를 인덕터의 피크 전류 IL (Ip)로 나눈 값입니다. Vcs_limit를 전개하면, Vcs의 베이스는 0.4V이며, 과전류를 검출한 후 지연 시간에 비례한 전압 상승이 추가된 것입니다. 상기 오른쪽 그래프는 IC의 데이터시트에 기재되어 있으며, CS_limit 전압은 지연 시간 1µs에 따라 20mV 증가함을 나타냅니다. 따라서, 상기 산출식의 분자 「0.4V」는 베이스 전압, 「20mV/µs」는 증가율입니다. 그리고 과전류 검출로부터의 지연 시간은 스위치 ON 시간의 최대 ton (max)를 사용합니다.

ton (max)는 인덕턴스 산출 시 하기 식을 통해 계산되어 있습니다.

     

분모의 인덕터 피크 전류 IL도 마찬가지로 지난 편에서 산출한 최대 출력 전류 Iomax = 0.2A×1.2 = 0.24A, 그리고 피크 인덕터 전류 Ip = Iomax×2 = 0.48A를 사용합니다.

실제로 계산은 3.3×20mV = 66mV에 0.4V를 더한 0.466V를 0.48A로 나눕니다. 옴의 법칙에 입각하여 저항치는 0.97Ω, 반올림하여 1Ω을 선택합니다.

키 포인트

・사례 회로에서 필요로 하는 스위치 전류 제한 저항 R1을 산출한다.

・R1 산출 시에는, 인덕터 L1 산출 시의 수치가 필요하다.

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