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2020.08.19 AC/DC

정리

절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트

본 편에서는 AC/DC 컨버터의 「평가편 : 절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트」라는 테마로, 절연형 플라이백 방식 AC/DC 컨버터 회로의 성능 평가를 위한 측정 방법과 실측 데이터, 그리고 평가 시 성능뿐만 아니라, 정상 동작 여부를 확인하기 위한 중요 체크 포인트에 대해 설명했습니다.

성능 평가 시에는, 평가하고자 하는 회로를 구성하는 전원 IC의 특징 및 특성을 충분히 이해하는 것이 중요합니다. 여러 번 언급했지만, 최근의 전원 설계에서는 전원 IC를 사용하는 것이 일반적이므로, 전원 IC에 대한 이해가 없다면 설계는 불가능합니다. 또한, 기본적으로 사용하는 전원 IC의 데이터시트를 바탕으로 설계를 진행하고, 제시되어 있는 특성 및 성능이 발휘되고 있는지를 확인하는 것이므로, 해당 전원 IC를 이해하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있습니다. 평가의 기준으로서, 전원 IC 메이커가 제공하는 평가용 보드를 이용하는 것도 매우 유효한 방법입니다.

실제 평가 시에 설계한 회로가 정상적으로 동작하는지의 여부를 확인하기 위한 체크 포인트와 측정 방법에 대해 설명했습니다. 순서로서, 전원 IC의 데이터시트에 제시되어 있는 특성 그래프 및 평가 보드의 특성과 본인이 설계한 회로의 특성을 비교합니다. 마진이나 잠재적인 문제 등을 확인하지 않으면 양산과 출하는 불가능합니다. 이를 위한 체크 포인트 및 판단 기준이야말로 전원 설계의 노하우라고 할 수 있습니다. 회사 내부의 기술 정보 및 개인의 경험과 실적을 바탕으로, 단시간에 정확하게 잠재적 문제를 발견하여, 확실한 설계와 제조를 실시하는 것이 중요합니다.

이러한 노하우를 자신의 것으로 만들기 위해서는, 무엇보다 설계와 평가를 반복해야 합니다. 특히 AC/DC 컨버터는 고전압을 취급하므로, 측정 시 안전을 확보하기 위한 지식과 경험이 필요합니다.

하기에 본 테마에서 설명한 항목과 키 포인트를 정리하였으므로, 참조하여 주십시오.

<절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트>

  1. 성능 평가 사례에 사용한 전원 IC의 개요와 중요 특징

    키 포인트

    ・성능을 평가한다는 것은, 설계 목표가 달성되었는지의 여부를 확인하는 것이다.
    즉, 설계 목표가 명확하지 않으면 평가는 불가능하다.

    ・전원 IC의 데이터시트를 충분히 이해하지 않으면 평가는 불가능하다.

  2. 성능 평가 사례의 설계 목표와 회로

    키 포인트

    ・실제 설계 시에는, 완성된 회로 기판을 평가하고 설계 목표의 달성 여부를 확인한다.

  3. 평가 보드를 사용한 성능 평가 : 측정 방법과 결과

    키 포인트

    ・전원의 파라미터 측정은 기본적인 장치가 있으면 비교적 간단히 측정할 수 있다.

    ・고전압을 취급하므로, 취급 방법이나 안전을 위한 지식을 습득하고 반드시 엄수하여 작업한다.

  4. 중요 체크 포인트 : MOSFET의 드레인 전압과 전류, 출력 정류 다이오드의 내압

    키 포인트

    ・MOSFET의 VDS와 IDS가 정격 이내이며, 비정상적인 스파이크나 링잉 (ringing)이 발생하지 않았음을 확인한다.

    ・정류 다이오드는 인가되는 전압이 역내압 Vr의 정격 이내인지를 확인하고, 파형도 체크한다.

    ・현실적으로는, 메이커가 제공하는 평가 보드와 비교하는 것이 좋은 방법이다.

  5. 중요 체크 포인트 : 트랜스의 포화

    키 포인트

    ・트랜스는 포화되지 않도록 주의한다.

    ・1차측의 전류 파형을 오실로스코프와 전류 프로브 등을 이용하여 관찰한다.

    ・트랜스가 포화된 경우에는, 과대한 전류가 흘러 MOSFET 등의 파괴를 초래하는 경우가 있다.

  6. Vcc란? Vcc 전압, Vcc 회로, Vcc 요건

    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.

  7. 중요 체크 포인트 : 출력 과도 응답과 출력전압 rising 파형

    키 포인트

    ・출력의 부하 과도 응답은 귀환 회로의 위상보상 회로를 조정하여 최적화한다.

    ・출력 rising 파형의 최적화도 마찬가지이다.

    ・이러한 평가와 조정은 상호 관계가 있으므로 일련의 작업으로 함께 실시한다.

  8. 중요 체크 포인트 : 온도 측정과 손실 측정

    키 포인트

    ・소자 (chip)의 접합 온도 (Tj)가 정격 이내에 포함되어야 하는 것은, 신뢰성뿐만 아니라 안전성을 포함한 필수 확인 사항이다.

    ・온도는 실측과 열저항의 개념을 이용하여 구한다.

    ・손실은 스위칭 파형의 관측과 수식을 통해 구한다.

    ・허용 손실은 데이터시트의 그래프를 참조하고, 최종적으로는 Tj를 기준으로 한다.

  9. 알루미늄 전해 콘덴서 – 수명 계산과 열화 증상 「용량 손실」이란?

    키 포인트

    ・알루미늄 전해 콘덴서는 수명을 의식하고 사용하는 부품이다.

    ・알루미늄 전해 콘덴서의 수명은 온도에 따른 가속성이 크며, 일반적으로는 「10℃ 2배 법칙」이 적용된다.

    ・열화로 인한 용량 손실은 회로 동작에 악영향을 미칠 가능성이 높다.

이상으로, 「AC/DC 평가편 : 절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트」에 대한 설명을 마치도록 하겠습니다.

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