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2021.07.28 시뮬레이션

PFC 회로 : 스위칭 주파수 조정

PFC 회로의 최적화

PFC 회로 : 스위칭 주파수 조정

지난 편에서는, 회로 조건 변경에 따른 인덕터 전류의 리플률 적정화 방법으로서, 인덕터의 인덕턴스 조정 방법에 대해 설명했습니다. 이번에는, 또 한가지 방법으로서 스위칭 주파수 fSW를 조정하는 방법에 대해 소개하겠습니다. 동작 모드는 CCM (전류 연속 모드)을 전제로 하겠습니다.

회로 예

회로는 Power Device Solution Circuit / AC-DC PFC 일람의 시뮬레이션 회로 「A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A」를 예로 들겠습니다 (그림 6 참조). 상세 회로도 확인은 여기를 클릭하여 주십시오.

본 예에서는 그림 6의 노란색 박스로 표시한 조건을 변경하는 경우, 인덕터 전류의 리플률을 최적화하기 위해 스위칭 주파수를 조정하고, 그 결과를 시뮬레이션을 이용하여 확인합니다.


그림 6 : PFC 시뮬레이션 회로 「A-6. PFC CCM Synchro Vin=200V Iin=2.5A」 및 변경 조건

스위칭 주파수 조정 전의 리플률

그림 7은 스위칭 주파수 fSW 조정 전 (디폴트 값 : 100kHz)의 인덕터 전류 IL을 시뮬레이션한 결과입니다. 이 상태에서의 피크치는 IL_peak≈7.8A입니다.


그림 7 : 스위칭 주파수 fSW 조정 전 (디폴트 값 : 100kHz)의 인덕터 전류 IL

입력전류의 피크치는 Iin_peak=√2×Iin≈7.07A이므로, 이를 바탕으로 리플률 M을 계산하면 다음과 같아집니다.

리플률은 일반적인 30% 미만에 대해 충분히 작은 값이므로, fSW를 낮추어 리플률을 적정화함으로써 효율 개선을 검토합니다. fSW 조정 전의 효율은 η=97.2%입니다.

스위칭 주파수 조정

스위칭 주파수 fSW는 일반적으로 하기 식을 통해 구할 수 있습니다.

η=0.972, 리플률 M이 일반적인 30% (0.3)일 경우, fSW를 계산하면 다음과 같아집니다.

계산 결과를 바탕으로, fSW=55kHz로 변경하여 다시 시뮬레이션을 실시하면, 그림 8과 같이 인덕터 전류의 피크는 IL_peak≈8.5A가 됩니다. 이 경우 리플률은 M=(8.5-7.07)/7.07≈20.2%가 됩니다. 또한, 효율은 η=97.3%가 되어, fSW 조정 전보다 0.1% 향상됩니다. 이러한 fSW 조정으로, 적정한 인덕터 전류의 리플률을 얻으면서 동시에 효율도 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있습니다.


그림 8 : 스위칭 주파수 fSW를 55kHz로 조정할 때의 인덕터 전류 IL

키 포인트

・PFC Synchronous CCM 회로에서 동작 조건을 변경할 때, 스위칭 주파수 조정을 통해 인덕터 전류의 리플률을 적정화하고 효율 향상을 검토하는 예.

・적정한 리플률이 되는 스위칭 주파수를 산출하고, 시뮬레이션을 실시하여 검증한다.

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