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2021.05.12 AC/DC

전원 사양과 대체 회로

AC/DC 컨버터의 효율을 향상시키는 2차측 동기정류 회로의 설계

지난 편에서는 설계에 사용하는 IC인 BM1R001xxF 시리즈의 개요를 확인했습니다. 이제, 구체적인 설계에 대해 설명하겠습니다.

본 설계의 목적은 2차측 동기정류 컨트롤러 IC, BM1R001xxF 시리즈를 사용하여 다이오드 정류 타입의 AC/DC 컨버터를 동기정류화하는 것입니다. 따라서, 먼저 다이오드 정류 AC/DC 컨버터의 회로와 사양을 계승하여 동기정류화하는 것을 전제로 설명하겠습니다.

전원 사양과 대체 회로 예

이번 설계 예에서는 AC/DC 컨버터의 2차측 다이오드 정류 회로를 구성하고 있는 정류 다이오드와 션트 레귤레이터부를 BM1R001xxF 시리즈로 대체합니다.

<AC/DC 컨버터 전원 사양>

  • ・입력전압 (VIN) : 400Vdc
  • ・출력전압 (VOUT) : 5V
  • ・출력전류 (IOUT) : 10A
  • ・전원 방식 : 절연형 PWM 방식 플라이백 컨버터
  • ・스위칭 주파수 : 130kHz

이 AC/DC 컨버터의 회로도는 하기를 참고하여 주십시오.

주황색으로 표시한 부분에서 DOUT이 정류 다이오드, U1 및 저항이 션트 레귤레이터부이며, 이번에 대체 대상이 되는 부분입니다. 참고로, PC1은 옵토 커플러 (포토 커플러)로, 출력전압을 절연하여 1차측으로 피드백하기 위한 절연 소자이므로, BM1R001xxF 시리즈로 대체한 회로에도 필요합니다.

하기는 대체 회로도이며, 각각 색으로 표시한 부분이 해당됩니다.

대체 방법은 2종류가 있습니다. 왼쪽은 트랜스의 Low-side (GND 라인)에 스위치 (MOSFET)를 배치하는 Low-side 타입이며, 오른쪽은 트랜스의 High-side (VOUT 라인)에 스위치 (MOSFET)를 배치하는 High-side 타입입니다. 본 테마에서는 2종류 모두에 대해 설명하고, 최종적으로는 양쪽 회로의 설계를 완료하여 평가를 진행하겠습니다.

상기 회로에서는 정류 다이오드가 MOSFET로 대체되고, 션트 레귤레이터가 IC 내장의 션트 레귤레이터로 대체되며, 이때 외장 부품이 약간 증가합니다. 따라서 일반 2차측 동기정류 IC에서는 IC의 회로전류만큼 대기전력이 악화됩니다. 그러나, 본 IC는 IC의 증가분을 저소비전류화한 션트 레귤레이터를 내장함으로써 대기 전력을 악화시키지 않고 효율을 크게 개선할 수 있으며, 션트 레귤레이터에 해당하는 부품의 삭감도 가능합니다.

키 포인트

・본 설계 예에서는 다이오드 정류 타입의 AC/DC 컨버터를 동기정류로 대체한다.

・동기정류화 방법에는 Low-side 타입과 High-side 타입이 있다.

・외장 부품은 조금 늘어나지만, 효율 개선, 특히 대기 시의 고효율화는 AC/DC 컨버터의 과제이므로, 동기정류화는 유용하다.

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