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2021.04.07 AC/DC

평가 결과 : 효율과 스위칭 파형

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

지금까지 다룬 사례 회로의 평가로서, 효율과 스위칭 파형을 확인한 결과에 대해 설명하겠습니다. 회로 전체에 대해서는 지난 「사례 회로와 부품 리스트」 편을 참조하여 주십시오.

효율의 평가

효율의 평가 결과로서, 3종류의 입력전압에 따른 효율과 출력전력, 입력 단자 별 효율과 출력전류의 그래프를 하기와 같이 나타내었습니다.

DC 입력 단자에 300VDC, 600VDC, 900VDC를 입력한 경우의 효율입니다. 기본 사양으로서 24V / 1A 출력의 설계이므로, 24W에 가까운 영역에서 양호한 효율을 나타내며, 되도록 낮은 출력전력까지 고효율을 유지하는 특성이 이상적입니다. 300V 입력의 경우 15W (Iout 약 0.63A)까지는 약 90%의 고효율을 달성하였으며, 5W (Iout 약 0.21A)에서도 80% 이상의 효율을 유지합니다. 기타 입력전압 조건의 경우에도 넓은 출력전력 범위에서 고효율을 유지하고 있습니다.

오른쪽 그래프는 DCIN에 300VDC (적색), ACIN에 300VDC (녹색), ACIN에 300VAC를 입력한 경우의 효율을 나타낸 것입니다. 결과적으로, 정류 회로를 경유하지 않는 DCIN에 대한 DC 입력의 경우가 가장 높은 효율을 얻을 수 있었습니다.

스위칭 파형의 평가

효율은, 전력 또는 전압과 전류를 측정하면 별도로 스위칭 파형을 관찰하지 않고도 산출할 수 있습니다. 그러나, 스위칭 전원의 경우, 각 요소의 파형을 관찰하여 스파이크 및 발진 등 비정상적인 현상이 발생하지 않았는지 확인하는 것이 매우 중요합니다. 하기는 파워 스위치 SiC MOSFET의 드레인 전압과 드레인 전류의 스위칭 파형입니다. 드레인 전압 파형은 의사 공진 타입의 독특한 특징입니다. 위쪽에 비해 아래쪽의 Iout이 배가 되었음을 알 수 있습니다. ON과 OFF의 시간 및 드레인 전류의 차이를 비교할 수 있습니다.

이러한 파형은 이상적인 파형에 가깝습니다. 프로토타입의 회로가 정상 동작하는지에 대한 레퍼런스로도 이용 가능합니다.

그 이외에도 확인해야 하는 항목이 있습니다. 「절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트」 편에 AC/DC 컨버터의 평가에 관한 내용이 게재되어 있으므로, 참조하여 주십시오. 플라이백 컨버터에 대한 내용이지만, 기본적인 접근 방법은 동일합니다.

키 포인트

・사례 회로를 사용하여 효율을 측정하고 검토한다.

・회로 부품은 일례이며, 다른 선택지도 존재한다.

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