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2021.05.26 AC/DC

동기정류 회로부 : 동기정류용 MOSFET 선정

AC/DC 컨버터의 효율을 향상시키는 2차측 동기정류 회로의 설계

앞서 확인한 「전원 사양과 대체 회로 예」를 염두에 두고, 구체적인 회로 설계를 진행하겠습니다. 원래 회로의 2차측은 다이오드 정류 회로로, 이것을 동기정류화하기 위한 순서로서 1) 정류 다이오드 대체용 MOSFET를 선정하고, 2) 제반 조건을 확인하여 설정을 결정, 3) 설계에 사용하는 IC인 BM1R001xxF 시리즈 중에서 최적의 IC를 결정합니다. 이번 편에서는 먼저 다이오드를 대체하는 MOSFET를 선정하겠습니다.

동기정류 회로부 : 2차측 정류 다이오드를 대체하는 동기정류용 MOSFET 선정

2차측 정류 다이오드 DOUT을 대체하는 동기정류용 MOSFET M2를 선정합니다. 대체를 위해 기존 회로의 전류 및 전압, 파형 등을 확인하여, 대응 가능한 사양의 MOSFET를 선택합니다. 먼저, 정류 다이오드 DOUT에 발생하는 역방향 전압 VR과 순방향 전류 IF를 확인합니다. 오른쪽 그림을 참조하여 주십시오.

측정한 정류 다이오드 역방향 전압 VR과 순방향 전류 IF를 바탕으로, 대체할 MOSFET의 최대 드레인 – 소스 전압 VDS, 드레인 전류 ID를 결정합니다.

MOSFET 선정 시에는 Ron (ON 저항)으로 인한 손실, 패키지 최대 허용 손실 PD 등도 고려해야 합니다. MOSFET M2의 Ron이 너무 높을 경우, MOSFET가 비정상적인 발열을 일으킬 우려가 있습니다. 설계 시에 충분히 고려한 후, 제품에 탑재한 상태에서 확인하고 필요에 따라 히트싱크 등의 방열 대책을 실시해야 합니다.

상기 파형 관측 결과를 바탕으로 하기와 같이 MOSFET M2 선정 예를 결정하였습니다. VR, IF의 피크에 대해 충분한 마진을 지닌 사양입니다.

<MOSFET M2 선택 예>
VDS=60V (VR_PEAK=40V)
ID=50A (IF_PEAK=26A)
기타 특성 : Ron=4mΩ, PD=120W

주의 사항으로서 전원 IC, BM1R001xxF 시리즈의 드레인 단자 절대 최대 정격은 120V (Ta=25℃)입니다. IC의 드레인 단자에 인가되는 전압이 절대 최대 정격을 넘지 않는 것을 확인해야 합니다. 만약, 절대 최대 정격을 초과하는 전압이 드레인 단자에 인가되는 경우에는 「플라이백 어플리케이션에서의 트러블 슈팅」, 「서지의 영향을 받아 VDS2가 2차측 MOSFET의 VDS 내압 이상이 되는 경우」에 대한 대응책이 필요합니다.

키 포인트

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

・동기정류화 설계의 첫번째 단계로, 출력 정류 다이오드를 대체하는 MOSFET를 선정한다.

・대체 부품의 사양 결정을 위해, 기존 회로에서의 전류, 전압, 파형 등을 확인한다.

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