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2021.01.20 DC/DC

동기정류 강압 컨버터의 손실

손실의 검토

이제, 동기정류 강압 컨버터의 손실에 대해 검토하겠습니다. 먼저, 동기정류 강압 컨버터에서 손실이 발생하는 부분을 확인한 후, 각 포인트의 손실에 대해 설명하겠습니다.

동기정류 강압 컨버터의 손실 발생 부분

하기는, 동기정류 강압 컨버터의 개략적인 회로와 손실이 발생하는 부분을 표시한 그림입니다. 손실 발생 부분의 약칭을 적색으로 표기하였습니다.

20170711_graf_11

PONH는 High-side MOSFET ON 시의 ON 저항으로 인한 도통 손실입니다. 전도 손실이라고도 합니다.

PONL은 Low-side MOSFET ON 시의 ON 저항으로 인한 도통 손실입니다.

PSWH는 MOSFET의 스위칭 손실입니다.

Pdead_time은 데드 타임 손실입니다. High-side와 Low-side의 MOSFET가 동시에 ON되는 타이밍이 있으면, VIN과 GND가 단락에 가까운 상태가 되어 Shoot-Through 전류 등으로 불리우는 과전류가 흐르게 됩니다. 이를 회피하기 위해 대부분의 컨트롤러 IC는 High-side와 Low-side의 ON / OFF 전환 시 잠깐동안 양쪽 모두가 OFF되는 시간을 설정하고 있습니다. 이것이 바로 데드 타임입니다. 안전을 위해서는 필요하지만, 손실이 발생하게 됩니다.

PIC는 전원용 IC, 이 경우에는 파워 트랜지스터 외장 동기정류 강압 컨버터용 컨트롤러 IC의 전원전류입니다. 기본적으로는 IC 자체에서 소비하는 전류로 자기 소비전류입니다.

PGATE는 외장 MOSFET의 게이트 차지 손실입니다. MOSFET의 게이트에는 원칙적으로 전류는 흐르지 않지만, 게이트 용량을 구동하기 위한 전하가 필요하고, 이것이 손실이 됩니다. High-side와 Low-side를 모두 고려해야 합니다.

PCOIL은 출력 인덕터의 DCR, 직류 저항으로 인한 도통 손실입니다.

이러한 손실을 모두 더한 값이, 동기정류 강압 컨버터의 손실이 됩니다.

손실 합계 P=PONH+PONL+PSWH+Pdead_time+PIC+PGATE+PCOIL

 PONH : High-side MOSFET ON 시의 ON 저항으로 인한 도통 손실
 PONL : Low-side MOSFET ON 시의 ON 저항으로 인한 도통 손실
 PSWH : 스위칭 손실
 Pdead_time : 데드 타임 손실
 PIC : IC의 자기 소비전력 손실
 PGATE : 게이트 차지 손실
 PCOIL : 인덕터의 DCR로 인한 도통 손실

다음 편부터는 각각의 손실에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・동기정류 강압 컨버터의 손실은, 각 부분에서 발생하는 손실의 합계이다.

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