AC-DC｜설계편

절연형 플라이백 컨버터의 기본 : 불연속 모드와 연속 모드

2019.11.20

키 포인트

・연속 모드와 불연속 모드의 차이점을 이해한다.

・AC-DC는 불연속 모드를 사용하는 경우가 많다.

스위칭 전원의 동작에는 불연속 모드와 연속 모드가 있습니다. 이번 설계 사례에서는 불연속 모드 동작을 사용합니다. 하기 표에 각 모드의 특징과 장단점에 대해 정리하였습니다. 「동작」 항목의 파형은 트랜스의 1차 권선과 2차 권선에 흐르는 전류를 나타낸 것입니다.

연속 모드 동작에서는, 스위치 ON 시의 정류 다이오드 역회복 시간 (trr)*에 역전류가 흐르고, 이 역전류로 인한 손실이 발생합니다. 저전압 스위칭 DC-DC 컨버터의 경우는 정류 다이오드의 역전압이 낮아 역전류도 작아지므로, 출력 리플 전압 등을 고려하여 연속 모드를 사용하는 것이 일반적입니다.

반면에 AC-DC 컨버터의 경우는, 다이오드의 역전압이 높아 큰 역전류가 흐르므로, 손실도 커지게 됩니다. 따라서 이러한 역전류의 흐름을 억제하기 위해 불연속 모드를 사용하는 경우가 많아집니다. 단, 피크 전류가 커지므로, 부하가 큰 경우에는 연속 모드로 동작시키는 경우도 있습니다.

각각 장단점이 있지만, 60W 정도까지라면, 일반적으로는 불연속 모드가 적합합니다. 그 이상인 경우에는 트랜스의 용량 사이즈 등을 고려하여 판단하게 됩니다. 이번 설계 사례는 36W이므로, 불연속 모드를 선택하였습니다.

비교 항목 불연속 모드 연속 모드
동작 3A_flyback_cont
OFF와 ON 사이에 전류가 zero인 구간이 있어, 전류가 연속하여 흐르지 않는다.		 3A_flyback_discint
전류가 연속적으로 흘러, 스위칭 주파수와 동일한 주파수에서 ON / OFF한다.
트랜스 인덕턴스 ↓, 사이즈 ↓, 비용 ↓ 인덕턴스 ↑, 사이즈 ↑, 비용 ↑
정류
다이오드		 고속 리커버리 타입, 비용 ↓ 한층 더 고속의 리커버리 타입 필요,
비용 ↑
스위칭
트랜지스터		 허용 전력 ↑, 사이즈 ↑, 비용 ↑ 허용 전력 ↓, 사이즈 ↓, 비용 ↓
출력
콘덴서		 리플 전류 ↑, 사이즈 ↑ 리플 전류 ↓, 사이즈 ↓
효율 스위칭 손실 ↓, 효율 ↑ 스위칭 손실 ↑, 효율 ↓

*다이오드의 역회복 시간

PN 접합 다이오드에 순방향 전압을 인가하면 순방향 전류가 흐른다. 이 상태에서 급격하게 역방향 전압을 인가하면, 역방향 전류가 일정 시간 흐른다. 이 상태가 회복될 때까지의 시간을 역회복 시간이라고 한다.

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실제 전원용 IC를 예로 들어 설계 방법에 대해 정리한 자료입니다. 전원 사양의 결정에서 전원 IC의 선택, 레이아웃 설계에 관한 내용 이외에도, 일반적으로 자세한 설명이 제공되지 않는 트랜스의 수치 산출 방법과 구조 설계의 구체적인 예도 게재되어 있습니다.

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