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2020.11.25 AC/DC

설계 사례 회로

SiC-MOSFET를 사용한 절연형 의사 공진 (Quasi-Resonant) 컨버터의 설계 사례

지난 편에서는 설계에 사용하는 전원 IC에 대해 설명했습니다. 이번에는 설계 사례의 회로에 대해 설명하겠습니다.

의사 공진 (Quasi-Resonant) 방식

앞서 설명한 바와 같이 전원 IC는 SiC-MOSFET 구동용 AC/DC 컨버터 제어 IC인 BD7682FJ-LB를 사용합니다. 변환 회로는 의사 공진 (Quasi-Resonant) 방식으로, 트랜스 1차 권선의 인덕터와 공진 콘덴서의 전압 공진을 이용한 자려식 (自励式 / self-exited)의 플라이백 컨버터입니다. 일반적으로 PWM 플라이백 컨버터보다 손실과 노이즈를 저감할 수 있습니다.

기본은 플라이백 컨버터이므로 MOSFET ON 구간일 때 트랜스에 축적한 에너지를, OFF 구간에 2차측으로 전송합니다. 이 동작은 PWM 플라이백 컨버터에서도 동일하지만, 의사 공진 방식에서는 트랜스가 에너지를 방출한 후에, 트랜스의 1차 권선 인덕턴스와 공진 콘덴서의 용량에 따라 공진으로 인한 전압 진동이 발생합니다. 그리고, 이러한 전압 진동을 이용함으로써, IC에서 Vds의 bottom 전압을 검출하여 다음 ON을 실행합니다. 이 타이밍에서의 ON은 트랜스에 흐르는 전류가 zero이며 드레인 전압도 낮으므로, 스위칭 손실 및 노이즈를 저감할 수 있습니다. 이것이 바로 의사 공진 방식의 메리트입니다.

참고로, 이러한 동작으로 인해서 의사 공진 컨버터의 스위칭 손실은, 기본적으로 ON 시 보다는 OFF 시의 손실이 지배적입니다.

또 한가지 동작의 특징으로서, 경부하 시에는 불연속 동작이 되어, 부하의 상승에 따라 스위칭 주파수가 상승합니다. 이후, 일정 부하 전류를 경계 (임계점)로 하여 임계 동작으로 전환되며, 이 상태에서는 부하의 상승에 따라 스위칭 주파수가 감소합니다. 부하에 따라 스위칭 주파수가 변동하므로, 일종의 PFM 컨버터라고 할 수 있습니다.

24V / 1A 절연형 의사 공진 컨버터의 설계 사례 회로

하기는 설계 사례의 입출력 조건과 회로도입니다. 이러한 조건을 바탕으로, 회로 부품의 정수를 계산합니다.

출력 : 24V, 1A (24W)
입력 : 300~900VDC (400~690VAC)

입력에 관해서는 DC 전압 입력과 AC 전압 입력에 모두 대응하지만, AC 입력전압을 정류한 이후는 DC 전압이므로, DC 입력 전압치를 바탕으로 정수를 설정합니다.

회로도는 클릭하면 확대됩니다.

키 포인트

・의사 공진 방식은, 트랜스 1차 권선의 인덕터와 공진 콘덴서의 전압 공진을 이용한 자려식의 플라이백 컨버터이다.

・의사 공진 방식을 통해 스위칭 손실 및 노이즈를 저감시킬 수 있다.

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