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2021.01.13 DC/DC

서론

손실의 검토

DC/DC 컨버터 평가편 「스위칭 레귤레이터의 특성과 평가 방법」의 새로운 테마로서, 「손실의 검토」에 대한 내용을 다루겠습니다.

본 테마에서의 「손실」은 당연히 전원에 관한 전력 손실입니다. 전력 손실은 직접적으로 「열」로 변환되므로 매우 중요한 검토 항목입니다. 발열은 부품 및 기기의 신뢰성을 저하시키는 주요 원인 중 하나이며, 최악의 경우에는 발연 및 발화와 같은 사고로 이어질 가능성이 있으므로, 매우 중요합니다.

발열로 인한 부품 및 기기의 문제 대부분은, 잘못된 설계나 부품 불량, 기기의 조립 불량을 제외하면 기본적으로 충분한 열 계산과 열 설계를 실시하지 않았기 때문에 발생합니다. 흔한 예로서, 모델 변경을 위한 부품 변경이나 기기의 소형화를 위한 기판 레이아웃 변경과 같이, 약간의 변경이라는 이유로 변경 전의 검증을 소홀히 하는 것이 원인이 되기도 합니다.

이유를 불문하고, 발열 문제가 발생하면, 대책을 실시해야 합니다. 대책은 기본적으로 「발열을 낮추거나」 「방열을 높이는」 방법이 있습니다. 발열을 저감하기 위해서는, 주로 전원 회로에서 각 부품의 손실을 저감해야 합니다. 방열을 높이기 위해서는, 방열기의 추가, PCB 동박 면적 및 층수를 증가시켜 방열 효과를 높이는 방법, 즉 열 저항을 낮추는 방법을 사용합니다.

전원 회로 부품의 전력 손실 저감

・DC/DC 컨버터 IC의 손실 (패키지 열 저항 포함)
・외장 FET의 손실
・외장 정류 다이오드의 손실 (비동기정류)
・코일의 손실

방열량 증가

・방열기 추가
・PCB 동박 면적 증가
・PCB 층수 증가

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PCB 동박 면적과 층수의 증가에 따른 허용 손실 향상의 예

「손실의 검토」 편에서는 이러한 대책이 가능하도록, 회로의 어느 부분에서 어떤 손실이 발생하는지와 그 원인에 대해 하기의 항목에 따라 설명할 예정입니다.

  • 서론
  • 손실에 대하여
  • 동기정류 강압 컨버터의 손실
  • MOSFET의 ON 저항으로 인한 전도 손실
  • 스위칭 손실
  • 데드 타임 손실
  • IC의 제어 회로로 인한 소비전력 손실
  • 게이트 차지 손실
  • 코일의 DCR로 인한 도통 손실
  • 계산 예 : IC의 전력 손실 (FET 내장 동기정류 타입의 경우)
  • 패키지 선정 – 1
  • 패키지 선정 – 2
  • 손실의 간이 계산 방법에 대하여
  • 손실 요인 : 출력전류, 스위칭 주파수 등
  • 주의점 1 : 주파수를 높여 어플리케이션의 소형화를 검토할 때
  • 주의점 2 : 고내압의 어플리케이션을 검토할 때
  • 주의점 3 : 대전류의 어플리케이션을 검토할 때 #1
  • 주의점 4 : 대전류의 어플리케이션을 검토할 때 #2

키 포인트

・손실은 그 자체가 발열로 변환되므로, 부품 및 기기의 신뢰성을 저하시킨다.

・기기의 안전성과 신뢰성을 높이기 위해서는 열 설계가 매우 중요하다.

・전원 회로의 손실 발생 부분, 원인, 대응 방법에 대해 검토한다.

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