동기정류 회로부 : 주변 회로 부품 선정 － 드레인 단자의 D1, R1, R2

지난 편에서는 동기정류부 설계의 첫번째 단계로서 설계에 사용하는 전원 IC를 결정했습니다. 다음으로, 선택한 전원 IC, BM1R00147F의 주변 회로 부품을 선정해 보겠습니다. 이번 편에서는 드레인 단자의 D1, R1, R2에 대해 설명하겠습니다.

동기정류 회로부 : 주변 회로 부품 선정 － 드레인 단자의 D1, R1, R2

하기는 드레인 단자에 서지 대책에 없는 경우의 회로와 파형도의 예입니다.

V_DS2의 파형 (하늘색)에는 Rising-edge 부분에 서지 (또는 스파이크)가 발생했습니다. 이로 인해, 검출 오류를 일으켜, V_GS2 (보라색)가 본래 필요한 시간보다 짧은 시간 안에 OFF됩니다.

하기는 이러한 서지 대책으로서, 드레인 단자에 D1, R1, R2를 추가한 회로와 파형도의 예입니다.

D1, R1, R2에 의해 서지가 억제됨으로써, V_DS2는 정상적으로 검출되고 V_GS2도 정상적인 파형이 됩니다.

이로써 D1, R1, R2를 삽입하는 목적과 효과에 대해서는 이해되었을 것입니다. 그럼, 각각의 구체적인 정수 설정에 대해 설명하겠습니다.

■다이오드 D1

다이오드 D1은 MOSFET ON 시의 전류 경로입니다. 회로도에서는 단순히 다이오드 기호로 표기되어 있지만, 순방향 전압 V_f가 낮은 소신호 쇼트키 배리어 다이오드 (SBD)를 선정하는 것이 좋습니다. 또한, 드레인 단자는 임피던스가 높아, D1에는 V_DS2 이상의 내압은 필요가 없으므로 낮은 내압의 제품으로 선정할 수 있습니다. 본 설계 사례에서는 로옴의 RB751VM-40 (V_R＝30V, I_O＝30mA, V_{f MAX}＝0.37V)을 선정하였습니다.

■R1

R1은 V_DS2 검출 필터용 저항입니다. 300Ω~2kΩ 정도를 삽입하는 것이 좋습니다. V_DS2의 파형 및 V_GS2의 파형을 확인하면서 선정해야 합니다. 본 설계 사례에서는 1kΩ으로 선정하였습니다. R1의 정수 설정에 대해서는 별도로 설명할 예정입니다.

■R2

R2는 전류 제한 저항입니다. 2차측 MOSFET M2에 전류 I_FET2가 흐르기 시작하는 순간, 2차측 MOSFET M2는 OFF 상태이므로, I_FET2는 2차측 MOSFET M2의 바디 다이오드에 흐르게 되므로, V_DS2＝－V_{f_M2} (MOSFET M2의 바디 다이오드의 V_f)가 됩니다. IC의 드레인 단자는 부전압이 되므로, IC에서 전류 Id가 출력됩니다. (하기 그림 참조)

R2는 IC 보호를 위해, 이때 흐르는 전류 Id가 6mA 이하가 되도록 선택하는 것이 좋습니다. R2는 하기 식을 통해 산출할 수 있습니다.

MOSFET M2의 바디 다이오드의 V_f 최대치 V_{f_M2 MAX}를 1.2V, D1의 V_f 최소치 V_{f_D1_MIN}＝0.2V, IC 내부 ESD 다이오드의 V_f 최소치 V_{f_ESD_MIN}＝0.4V로 하는 경우, R2＞100Ω이 됩니다.

본 설계 사례에서는 마진을 고려하여, 150Ω을 선정하였습니다.