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2020.10.07 AC/DC

주요 부품 선정 : 출력 정류 다이오드 D4

비절연형 벅 컨버터의 설계 사례

이번에는 출력 정류 다이오드의 선택에 대해 설명하겠습니다.

출력 정류 다이오드 D4

출력 정류 다이오드는 캐치 다이오드 (Catch diode) 또는 프리휠 다이오드 (Freewheel diode)라고도 합니다. 또한, 동기정류 타입에서는 출력 정류 다이오드를 트랜지스터로 대체하여 Low-side 스위치라고도 합니다.

오른쪽 회로도와 같이, 출력 다이오드 D4는 출력에서 GND로 접속됩니다. High-side MOSFET가 OFF되면, 인덕터에 축적된 에너지가 D4를 통해 출력됩니다.

A4_8_ckt

출력 다이오드의 정수 산출

출력 정류 다이오드는 스위칭 주파수로 ON / OFF하므로, 고속 스위칭이 가능한 패스트 리커버리 다이오드를 사용하며, 이때 검토할 사항은 내압과 손실입니다.

출력 다이오드에 인가되는 역전압은 마진을 고려하여 하기와 같이 설정합니다.

  Vdr = VIN (max)÷0.7 = 372V÷0.7 = 531V → 600V로 한다.

다이오드의 손실은 대략적인 계산으로 하기와 같습니다.

  Pd = VF×Iout = 1V×0.2A = 0.2W

본 설계 사례에서, 다이오드는 회로도에 지정되어 있는 RFN1L6S를 사용하겠습니다.

하기는 패스트 리커버리 다이오드 RFN1L6S의 규격치표와 VF-IF 특성입니다. 이번에는 회로 예가 있으므로, 실제로 다이오드를 검색하는 작업은 필요하지 않지만, 600V 내압으로 0.2A 이상 흘릴 수 있는 다이오드로 검색했을 때 RFN1L6S가 검색되었다는 가정 하에 검토해보겠습니다.

A4_8_rfn1l6s
A4_8_vf-if

내압으로서 VR, VRM 모두 600V가 최대 정격이므로, 산출한 값과 일치합니다. IO는 0.8A이므로, 능력 면에서는 실제로 Iout의 0.2A에 비해 상당한 여유가 있지만, 허용 전력을 고려하면 이정도의 여유가 있는 것이 좋습니다. 또한, 설계 사양에 딱 맞는 제품이 존재한다고는 할 수 없습니다. 어쨌든 근사치로 여유가 있는 제품으로 타협할 필요는 있습니다.

그리고, VFーIF 특성을 게재하고 있는 이유로는, 계산식에서는 VF를 1V로 하여 계산했지만, SPEC에서는 최대 1.45V, Typ 1.15V로 규정되어 있으므로, 「1V로 계산해도 무방한지」에 대해 설명하기 위하여 게재한 것입니다. VF의 조건으로서 IF=0.8A로 규정되어 있습니다. 실제 사용 시의 IF는 0.2A이므로 그래프에서 0.2A일 때의 VF를 보면 최악의 온도 조건에서도 1V 이하임을 알 수 있습니다. 즉, 이 산출은 실제의 조건에 가까운 수치를 사용한 계산인 것입니다.

마진을 얼마나 취할지는 경험을 바탕으로 결정하게 됩니다. 마진을 너무 많이 설정하게 되면 과잉 설계로 인해 비용 및 사이즈가 증가하게 되므로, 마진의 적정량을 판단하는 것은 어렵습니다. 따라서 경험을 많이 쌓는 것이 중요합니다.

단, 경험을 바탕으로 하더라도, 실제 사용하는 조건에서 손실과 Junction 온도를 확인하는 것은 필수입니다.

키 포인트

・통상적으로 출력 정류 다이오드는 고속 스위칭 타입을 사용한다. 이번 설계 사례에서는 패스트 리커버리 다이오드를 사용한다.

・출력 정류 다이오드는 기본적으로 내압과 손실의 검토를 통해 선택한다.

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