동기정류 강압 컨버터의 제어 IC 소비전력 손실

지난 「데드 타임 손실」 편에 이어, 제어 IC (Controller)의 자기 소비전력으로 인한 손실에 대해 설명하겠습니다.

제어 IC의 자기 소비전력 손실

이번 테마에서는, 전원용 IC로서 동기정류 방식의 제어 IC, 즉 파워 스위치를 내장하지 않는 컨트롤러 타입의 IC를 예로 들어 설명하고 있습니다. 전원 회로를 제어하는 IC 역시 동작을 위한 전원이 필요하며, 당연히 전력을 소비합니다. 그리고 이러한 소비전력이 손실의 일부가 됩니다. 상기 그림의 PIC로 표기한 부분입니다.

본 편에서는 전원 IC가 순수하게 제어 동작을 위해 소비하는 전력에 대해 설명하겠습니다. 제어 IC는 외장 MOSFET를 스위칭하는 게이트 드라이버를 포함하고 있으며, 통상적으로 파워 스위치가 연속적으로 스위칭하는 경우 게이트 드라이버의 소비전력이 커집니다. 따라서, 전원이 일정 부하 전류를 계속해서 공급하는 어플리케이션의 경우 제어 IC의 자기 소비전력은 그다지 문제가 되지 않는 경우가 많습니다. 그러나, 경부하 시의 간헐 동작이나 주기가 매우 긴 PFM 동작에서는 IC 자체의 소비전력이 크므로, 효율에 큰 영향을 미치게 됩니다. 따라서, 경부하 시의 효율에 대한 고려가 필요한 경우에는, IC의 자기 소비전력으로 인한 손실을 파악해 두어야 합니다.

계산식은 매우 간단합니다. IC에서 가장 단순한 소비전력의 계산이지만, 몇 가지 검토가 필요한 경우가 있습니다.

다른 부분과의 정합성을 유지하기 위해 상기와 같이 스위칭의 파형을 게재하였지만, 해당 IC의 데이터시트에 제시되어 있는 측정 조건에 따라서는 스위칭을 정지하는 조건이 되는 경우가 있습니다.

또한, IC 핀의 관계로, 제어 회로용 전원 핀과 게이트 드라이버용 전원 핀이 별개인 경우와 공용인 경우가 있습니다. GND 역시 마찬가지입니다. 자기 소비와 드라이버 소비의 구분이 간단하지 않은 경우가 있습니다. 모든 경우에 대해, 데이터시트에 제시된 자기 소비전류에 해당하는 항목의 조건을 참조하여 측정해야 합니다.

다음 편에서는 게이트 구동에 관한 손실에 대해 설명하겠습니다.