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2020.12.23 AC/DC

주요 부품 선정 : 입력 콘덴서 및 밸런스 저항

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

MOSFET 선정에 이어, 이번에는 입력 콘덴서와 밸런스 저항의 정수를 결정하겠습니다.

주요 부품 선정 : 입력 콘덴서 C2, C3, C4

오른쪽 회로도는 해당 입력 부분만 발췌한 것입니다. 입력 부분에는 입력 콘덴서로서 C2, C3, C4의 3개가 필요합니다. 회로 전체를 확인하고자 하는 경우에는 전체 회로도 (링크 클릭)를 참조하여 주십시오.

입력 콘덴서의 정전용량은 하기 표를 바탕으로 결정합니다.

입력은 설계 사례 회로 편에서 설명한 바와 같이, AC 입력전압을 정류한 이후는 DC 전압이 되므로, DC 입력전압치를 바탕으로 정수를 설정합니다.

입력전압 사양 : 300~900VDC (400~690VAC)
Pout=24V×1.1A=25W

상기에서 Cin은 1×25=25µF이므로, 33µF의 콘덴서를 선택합니다.

입력 콘덴서는 입력이 중단되었을 때의 입력전압을 유지하는 시간 등에도 관계가 있으므로, 정전용량은 이러한 사양도 고려하여 선정할 수 있습니다.

다음으로, 입력 콘덴서의 내압을 검토하여 결정합니다. 이 회로는 상기와 같이 상당히 높은 전압을 취급하므로, 입력 콘덴서에는 고내압이 요구됩니다. 입력 콘덴서의 내압은 최대 입력전압 이상이 필요합니다. 최대 입력전압을 80%로 하여 디레이팅합니다.

최대 입력전압 / 디레이팅=900V/0.8=1125V

1125V에 대응하기 위해서는 450V 내압의 콘덴서를 직렬로 3개 사용함으로써, 450V×3=1350V의 내압을 얻을 수 있습니다. 전체로서 33µF의 정전용량을 얻기 위해서는, 각 콘덴서의 정전용량은 3배 필요하므로, 100µF / 450V의 콘덴서를 선택합니다.

주요 부품 선정 : 밸런스 저항 R1, R2, R3, R4, R5, R6

필요한 내압을 얻기 위해, 콘덴서를 직렬로 접속하는 방법을 사용했습니다. 이러한 경우, 모든 콘덴서에 걸리는 전압을 일정하게 해야 하므로, 밸런스 저항을 각 콘덴서에 병렬로 삽입합니다. 회로도와 같이, 밸런스 저항은 입력과 GND 사이에 직렬로 배치되어, 밸런스 저항에 흐르는 전류는 단순하게 손실이 되므로 저항치는 470kΩ 이상을 권장합니다. 밸런스 저항 R1, R2, R3, R4, R5, R6의 손실은 하기와 같습니다.

밸런스 저항 손실 (W)=최대 입력전압 × 최대 입력전압 / 밸런스 저항의 합계
=900V×900V/(470k×6=2.82MΩ)=0.287W

하기와 같이 정리할 수 있습니다.

입력 콘덴서 C2, C3, C4 : 100µF / 450V
밸런스 저항 R1, R2, R3, R4, R5, R6 : 470kΩ

키 포인트

・입력 콘덴서는 필요한 내압을 얻기 위해 직렬 접속으로 사용한다.

・콘덴서를 직렬로 접속하는 경우에 걸리는 전압을 균일하게 하기 위해 밸런스 저항을 삽입한다.

・밸런스 저항은 단순히 IR 손실이 되므로, 저항치에 주의한다.

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