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2020.07.22 AC/DC

Vcc란? Vcc 전압, Vcc 회로, Vcc 요건

절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트

절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가 시, 사양 이외에 확인해야 할 「중요 체크 포인트」로서, 「Vcc 전압」에 대해 설명하겠습니다.

Vcc 전압
Vcc 전압은 전원 IC가 동작하기 위한 전원입니다. 오른쪽 회로에서는 트랜스를 통해 입력전압을 강압하여 전원 IC의 Vcc 전압을 생성합니다.

먼저, 이 회로에 대해 복습하겠습니다. 기본적으로 모든 IC는 동작하기 위해 전원이 필요합니다. 물론 다른 디바이스를 위한 전원이 되는 전원 IC도 마찬가지입니다. DC/DC 컨버터의 경우 입력전압은 DC 전압이며, 일반적으로는 입력원이 고전압이라고 하더라도 100VDC 이하입니다. 그러나, AC/DC 컨버터의 경우 입력은 AC 전압이며, 일본의 경우 100VAC, 유니버셜 입력으로는 허용차를 포함하여 85~264VAC입니다. 이 설계에서는 유니버셜 입력을 적용하고 있습니다. 어쨌든 통상적인 AC/DC 컨버터용 전원 IC는 이러한 AC 전압을 직접 Vcc로 이용할 수는 없습니다.

이 회로에서는 Vcc에 적합한 DC 전압을 생성하기 위해, 트랜스의 1차 권선과 2차 권선에 추가로 제3의 권선 (보조 권선)을 구비하여, 입력 AC 전압을 강압하고 정류하여 낮은 DC 전압으로 변환하는 방법을 사용하고 있습니다.

제3 권선에 발생하는 전압은 다이오드 D4를 통해 정류하지만, 큰 리플이 포함되어 있으므로 콘덴서 C5를 통해 평활화합니다. R5는 서지로 인한 Vcc 전압의 상승을 제한하는 저항입니다. 자세한 사항은 설계편의 「주요 부품 선정 – IC의 VCC 관련」 편을 참조하여 주십시오.

그럼, 본론으로 들어가겠습니다. 이 전원 IC의 Vcc 전압은 8.9V~26V가 권장 동작 범위이며, 물론 DC 전압입니다. 여기에서 체크 포인트는, 이 Vcc 전압이 적정한지의 여부입니다. 전압 상승을 제한하는 R5가 적정하고 충분히 기능하고 있는지에 대해 주목해야 합니다.

통상적인 동작에 있어서, MOSFET가 ON에서 OFF되는 순간에 트랜스의 누설 인덕턴스로 인해 서지 전압이 발생합니다. 이러한 서지 전압은 제3 권선에 의해 발생되고, 결과적으로 Vcc 전압을 상승시킵니다. 누설 인덕턴스는 트랜스 사양에 따라 달라지므로, 실측을 통해 R5가 실제로 발생하는 전압 상승을 허용 범위 내로 억제시키고 있는지를 반드시 확인해야 합니다. 전압 상승으로 인해 허용 범위를 초과하는 경우에는 R5의 값을 조금 증가시킵니다. 이때, 너무 크게 하면 손실이 증가하므로 통상적으로는 5~22Ω 정도가 적절한 범위입니다.

<체크 포인트와 조건>

  • 입력전압 : 최소치 및 최대치, 부하 : 최소 (무부하)일 때 Vcc 전압이 9.7V 이상일 것
  • 입력전압 : 최소치 및 최대치, 부하 : 최대일 때 Vcc 전압이 26V 미만일 것

Vcc 전압은 오실로스코프를 사용하여, 전압 파형을 확인해야 합니다. 이때, 제3 권선에서의 AC 파형 및 서지의 크기 등을 확인하고, 서지가 너무 큰 경우에는 그 원인이 무엇인지 파악하는 것이 좋습니다.

조건에서, 권장 동작 범위는 8.9V~26V이지만, 최소 전압은 9.7V로 기재하였습니다. Vcc가 9.7V까지 낮아지면 Vcc 재충전 기능이 동작하게 됩니다. 그리고 VH 단자로부터 기동 회로를 통해 Vcc를 충전하여 상승시키는 현상이 발생됩니다. 동작 중에 불필요하게 Vcc 재충전 기능이 동작하는 것을 방지하기 위해 최소 전압은 9.7V 이상으로 설정이 필요합니다. 이러한 기능은 이 전원 IC가 지닌 기동을 확실하게 하기 위한 기능으로, 동작 자체에는 문제가 없습니다. 그러나, 기동 후에 안정 상태가 되면 기동 회로를 OFF하여 불필요한 전력 소비를 억제하도록 되어 있으므로, 본래의 장해 발생 시 이외에는 이 회로를 동작시킬 필요가 없습니다. 이러한 의미에서 Vcc 충전 기능이 동작하는 9.7V가 되지 않도록 R5를 설정합니다. 이 전원 IC의 Vcc 충전 기능에 대해서는 데이터 시트의 9페이지를 참조하여 주십시오. 참고로, 권장 동작 범위의 최소 전압 8.9V는 Vcc 강하 시 UVLO가 작동하는 전압의 최대치입니다.

키 포인트

・VCC 전압이 입력 및 부하의 변동에 대해 적절한 범위인지 체크한다.

・VCC 충전 기능이 동작하지 않는 레벨을 VCC 전압의 최저치로 한다.

・제3 권선, 다이오드, 콘덴서에 의한 VCC 생성 회로의 동작을 이해한다.

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