AC-DC｜설계편

절연형 플라이백 컨버터의 기본 : 스위칭 AC-DC 변환

2019.10.23

키 포인트

・스위칭 방식의 AC-DC 변환은 고전압 AC를 직접 고전압 DC로 변환하고, 그 고전압 DC를 다시 AC로 변환하여 저전압 DC로 변환한다.

먼저, 스위칭 방식의 AC-DC 변환에 대해 간단히 설명하겠습니다. 하기의 기본 회로와 파형을 참조하여 주십시오.

여기에서는 입력전압을 100VAC라고 가정하겠습니다. 이 100VAC를 먼저 다이오드 브릿지로 정류합니다. 이는 전파 정류입니다. 100VAC를 그대로 정류하는 것이므로, 다이오드 브릿지는 고전압을 견딜 수 있는 사양이 필요합니다. 100VAC는 피크치로 140V 정도가 됩니다.

다음으로 콘덴서를 사용하여 평활합니다. 이 역시 고전압 제품이 필요합니다.

원리적으로는 이 시점에서 AC-DC 변환을 실시하지만, 일반적인 DC 구동 회로에서 사용 가능한 DC 전압으로 하기 위해서는 이후에 몇 단계의 공정이 필요합니다.

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3A_basic_wave

정류기와 콘덴서를 통해 변환된 이 고압의 DC 전압은, 스위칭 소자의 ON / OFF를 통해 초핑되고, 고주파 트랜스를 통해 2차측으로 에너지가 전달됩니다. 스위칭 소자의 ON / OFF 주파수, 즉 스위칭 (초핑) 주파수는 예를 들면 원래의 50Hz / 60Hz에 비해 상당히 높은 50kHz라는 주파수를 사용합니다. 초핑된 DC 전압은 그림과 같은 방형파의 AC가 됩니다.

이러한 고주파의 AC 전압은 2차측의 정류 다이오드에서 정류되고, 콘덴서를 통해 평활되어, DC 출력전압 설정이 12V라면, 12VDC로 변환됩니다. 그림에서는 고주파 AC의 정류 파형이 생략되어 있지만, 1개의 다이오드를 통한 반파 정류가 됩니다.

AC에서 DC로의 변환 공정과 동작을 정리하면, 1차측에서는 100VAC를 그대로 정류 – 평활하여 고압의 DC 전압으로 변환합니다. 다음으로 스위칭 소자를 사용하여 그 고압 DC 전압을 고주파의 방형파로 변환하고, 트랜스를 통해 2차측으로 전달합니다. 2차측에서는 고주파 AC 전압이 발생하므로 다시 정류 – 평활하여 원하는 DC 전압으로 변환합니다.

이 방식에서는 100VAC를 원하는 DC 전압으로 변환하기 위해, 스위칭 소자의 ON / OFF 시간을 제어할 필요가 있으며, 이를 위해 제어 회로 (제어 IC와 귀환 회로)를 사용합니다. 이것이 기본적인 스위칭 방식의 AC-DC 변환입니다.

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