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2019.12.25 Si 파워 디바이스

전류 연속 모드 PFC : 다이오드에 의한 효율 향상의 예

특징을 활용한 어플리케이션 사례

임계 모드 PFC : 다이오드에 의한 효율 향상의 예」 편에 이어서, 이번에는 전류 연속 모드 PFC에서의 다이오드 특성 차이에 의한 효율의 차이에 대해 설명하겠습니다.

다이오드에 의한 전류 연속 모드 PFC 회로의 효율 개선 예

하기는, 이전에 PFC 설명에서 사용한, PFC의 회로를 간략화 한 예입니다. PFC 출력단의 기본이 되는 다이오드와 MOSFET의 조합 부분에 있어서, 다이오드의 특성이 효율에 어떤 영향을 미치는지 알아보겠습니다. 특성이 다른 3종류의 FRD (패스트 리커버리 다이오드)를 사용하여, 효율을 측정한 결과입니다.

우측의 그래프는, 각 FRD에 따른 회로 효율에 대해 FRD의 trr (역회복 시간)을 나타낸 것입니다. 그래프를 통해 알 수 있듯이 효율이 가장 높은 것은 trr이 가장 낮은 FRD를 사용한 경우입니다. 하기는 각 FRD의 주요 특성과 효율의 측정 값을 나타낸 표입니다.

FRD IF (A) VF (V)
Typ. @IF max
trr (ns)
Typ. @IF max, VR=400V
효율 (%)
RFNL10TJ6S 10 1.1 100 (dIF/dt=-100A) 89.10
RFV8TG6S 8 2.3 25 (dIF/dt=-200A) 93.59
RFVS8TG6S 8 2.5 20 (dIF/dt=-200A) 93.87

회로 조건 : 연속 모드, Po=300W, fsw=200kHz, Vin=115Vrms, Vo=390V

RFNL10TJ6S와 RFV08TJ6S는 이전 편의 임계 모드 PFC의 손실 시뮬레이션에 사용한 FRD로, RFNL10TJ6S는 VF가 낮아 임계 모드 PFC에서는 가장 높은 효율을 달성한 FRD입니다. 반면에 RFV08TJ6S는 VF가 RFNL10TJ6S 보다 높아, 임계 모드 PFC에서의 효율은 낮았습니다.

그러나, 전류 연속 모드 PFC의 효율에 있어서는 VF의 영향을 거의 받지않고 trr의 영향이 지배적입니다. 하기 파형도를 통해 trr이 느리면 효율이 저하되는 이유를 알 수 있습니다.

FRD의 파형은 FRD가 ON되어 5A 정도의 순전류 IF가 흐르고, 그 이후에 OFF되면 18A 정도의 역전류 IR이 흐릅니다. 이 IR은 trr 구간에 흐르는 것으로, 연속 모드 PFC에서는 이것이 MOSFET의 스위칭에 영향을 주게 됩니다. 파형을 통해 알 수 있듯이 MOSFET ON 시에는 스파이크 형태의 대전류가 흐르며 이것이 손실로 이어져 회로 전체의 효율을 저하시킵니다. FRD의 trr에 대한 자세한 내용은 「패스트 리커버리 다이오드의 특징」 편을 참조하여 주십시오.

결론적으로, 전류 연속 모드 PFC에서는 다이오드의 trr이 고속일수록 효율이 높아집니다. 기본적으로 VF의 영향을 받지 않습니다.

키 포인트

・전류 연속 모드 (CCM) PFC에서는 다이오드의 trr이 손실에 큰 영향을 주고, VF의 영향은 적다.

・전류 연속 모드 제어의 PFC에서는 trr이 작은 다이오드를 선택함으로써 회로 효율 개선이 가능하다.

실리콘 파워 디바이스의 특징을 활용한 어플리케이션 사례