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2021.07.14 AC/DC

트러블 슈팅 ① : 2차측 MOSFET가 갑자기 OFF되는 경우

AC/DC 컨버터의 효율을 향상시키는 2차측 동기정류 회로의 설계

지난 편까지는 필요한 부품 선정과 정수 계산에 대해 설명했습니다. 다음 단계로는 선정한 부품을 기판에 실장하고, 여러가지 특성을 확인하여 설계 사양에 적합한지 확인하는 작업을 진행하게 됩니다. 그럼, 여러가지 특성 확인 시 예상되는 몇 가지 트러블과 그 대책에 대해 설명하겠습니다.

「AC/DC 컨버터의 효율을 향상시키는 2차측 동기정류 회로의 설계」에서는 절연형 PWM 플라이백 AC/DC 컨버터 회로의 2차측을 동기정류화함으로써, 기존의 전원 사양을 그대로 유지하면서 효율을 향상시키는 것을 목적으로 합니다. 본 테마의 예는 신규 설계가 아니라, 1차측을 그대로 두고, 2차측을 BM1R00147F라는 컨트롤러 IC를 사용한 회로로 대체하는, 부분 변경에 대한 설계입니다. 따라서, AC/DC 컨버터로서 회로 전체가 바르게 동작하는 것을 검증하는 것은 매우 중요합니다.

트러블 ① : 2차측 MOSFET가 갑자기 OFF되는 경우

전원 IC의 드레인 단자 전압에 발생하는 노이즈로 인해, 2차측 MOSFET가 OFF되는 오동작이 발생하는 경우가 있습니다. 하기 그림의 VGS2는 노이즈로 인해 본래 ON 상태이어야 하는 시간 (점선 파형)보다 짧은 시간에 OFF되는 동작을 나타냅니다.

대책 ①-1 : 페라이트 비드 (ferrite bead) B1을 삽입하여, 드레인 단자 접속 저항 R1을 크게 한다.

트러블 ①에 대한 대책, 「대책 ①-1」*은 서지 흡수용 페라이트 비드 B1을 삽입하고, 필터용 저항 R1의 값을 크게 함으로써, 노이즈로 인한 오동작을 방지하는 방법입니다. 페라이트 비드 B1은 저주파 영역에서 높은 임피던스가 되는 타입, 예를 들면 TDK의 MPZ1608S102AT 등이 효과적입니다. 하기 왼쪽 그림에 페라이트 비드의 삽입 위치, 조정할 R1 및 참고 정수를 표시하였습니다. 오른쪽 그림은 대책 후의 동작 파형입니다. (*트러블 ①에 대한 대책이라는 의미로 「대책 ①-1」로 표기)

주의 사항

B1, R1의 임피던스를 너무 크게 하면, 경부하 시 2차측 MOSFET가 공진 동작으로 인해 ON되는 경우가 있습니다. 따라서, 경부하 시에서의 동작 확인이 필요합니다. 이러한 현상과 대책에 대해 다음 편에서 설명하겠습니다.

키 포인트

・기존 절연형 플라이백 컨버터의 2차측을 대체하는 것이므로, 실제 동작 확인이 매우 중요하다.

・노이즈로 인한 2차측 MOSFET의 오동작 발생에 대한 대책으로는, 드레인 단자 라인에 페라이트 비드 추가와 필터용 저항의 저항치를 크게 조정하는 방법이 있다.

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