손실의 간이 계산 방법

지난 「전원 IC의 전력 손실 계산 예」 편에서는 각 부분의 손실을 산출하여 합산함으로써 전력 IC의 총손실을 계산하는 방법에 대해 소개했습니다. 이번에는 기존 데이터를 이용하여 전원 IC의 손실을 산출하는 방법에 대해 설명하겠습니다.

손실의 간이 계산 방법

전원 IC의 데이터시트는 대부분, 표준 응용 회로에서 측정한 효율 그래프 (효율 vs 출력전류)가 게재되어 있습니다. 이러한 효율 곡선의 조건이, 사용하는 회로 조건과 동일하거나 비슷하다면 본인이 설계한 회로에서도 기본적으로 거의 동일한 효율 곡선이 얻어진다고 생각할 수 있습니다. 이를 이용하여, 손실을 계산할 수 있습니다. 지난 편의 계산 예와 마찬가지로, MOSFET 내장의 동기정류 강압 컨버터를 예로 들어 설명하겠습니다.

먼저, 효율과 손실의 관계를 정리할 겸, 효율에서 손실을 산출하는 식을 살펴보겠습니다.

입력전력 [W] ＝ 출력전력 [W] ＋ 손실 [W]

효율 (×100으로 % 표시) ＝ 출력전력 [W] ÷ 입력전력 [W]

손실 [W] ＝ 출력전력 [W] × (1－효율) ÷ 효율

그럼, 하기의 조건으로 효율 곡선을 사용하여 계산해 보겠습니다.

사용 조건 : Vin＝24V, Vout＝5V, Iout＝1.5A

그래프에서 효율은 : 84% (청색 원 표시 부분)

손실 [W] ＝ 출력전력 [W] × (1 – 효율) ÷ 효율

= (5V×1.5A)×(1-0.84)÷0.84＝1.43W

여기에서 산출한 손실은 회로로서의 손실 (효율도 마찬가지임)이므로, 지난 편의 계산 예와 마찬가지로, 외장 출력 인덕터의 DCR로 인한 도통 손실 (PCOIL)을 제외해야 합니다. 인덕터의 손실에 대해서는 「인덕터의 DCR로 인한 도통 손실」 편을 참조하여 주십시오.

이와 같이, 효율 곡선에서 대략적인 손실을 산출할 수 있습니다. 앞서 외장 인덕터의 손실을 제외한다고 언급했지만, 조금 더 엄밀히 말하자면 대략적인 산출치에는 다른 외장 부품이나 PCB의 박막 배선 등의 손실이 포함되어 있습니다. 단, 전원 IC 자체의 손실은 이 값보다 작으므로, 대략적인 수치로서 사용하는 경우에는 특별히 문제가 되지 않습니다.

파워 트랜지스터가 외장인 경우에는, 동일한 개념으로 대략적인 수치를 산출할 수는 있지만, 어떤 방법을 사용하던지 파워 트랜지스터의 손실을 별도로 산출해야 하므로, 개별적으로 산출하는 것과 크게 달라지지 않습니다.

마지막으로, 산출치의 끝수는 기본적으로 반올림하여 주십시오. 자리수에 대해서는 전체의 전력을 고려하여 유효한 (영향이 있는) 자리수를 판단하여 사용하는 것이 좋습니다. 이는 오차로 인한 문제를 방지하기 위함이며, 손실 및 발열 등 마이너스 요인의 경우에는 주의가 필요한 사항입니다. 단, 판단 시에는 마진을 충분히 고려해야 합니다.