AC-DC コンバータ|設計編
AC-DCコンバータの効率を向上する二次側同期整流回路の設計
2019.01.15
この記事のポイント
・AC-DCコンバータの効率改善は、各国の規制などが厳しく、必須のアクションになっている。
・フライバックAC-DCコンバータの二次側同期整流化には、貫通状態の回避など課題がある。
・二次側同期整流化のためのコントローラICが開発されている。
近年、AC-DC電源に対する効率要求が厳しくなっています(参考記事)。AC-DCコンバータの効率を向上させるアプローチの1つとして、ダイオード整流方式を同期整流方式にする方法があります。DC-DCコンバータの例では、同期整流式の採用により大幅に効率が向上するのは既知の事実です。これは、AC-DCコンバータにおいても同様で、下図が示すように、二次側の整流ダイオードをMOSFETに変更することで、この部分の損失を大幅に低減し、効率を向上させることが可能なのは容易に想像できると思います。
それでは、なぜ現状の多くのAC-DCコンバータがダイオード整流のままなのでしょうか?
例えば、中電力までのAC-DCコンバータの多くはPWMフライバック方式を採用しており、入出力条件やトランス仕様によって連続モード動作になります。これを、同期整流方式と単純に組み合わせると、連続モード動作になると正常な制御ができなくなり、一次側のスイッチ素子(MOSFET)と二次側の整流素子(MOSFET)が同時にオンしてしまい、貫通電流によって素子の破壊を引き起こす可能性がありました。このため、同時オン防止回路を追加する、連続モード動作にならない擬似共振方式を採用する、または不連続モード動作のみで使用するなどの制限が生じ、簡単には同期整流化ができないという課題があるからです。
しかしながら、AC-DCコンバータの効率の改善は必須であり、すでにダイオードなどの部品技術では限界があるため、二次側同期整流コントローラが開発されています。ここでは、二次側同期整流コントローラICの、BM1R001xxFシリーズを使って、ダイオード整流のAC-DCコンバータを同期整流化する設計例を示します。
以下の内容を予定しています。
- 設計手順
- 設計条件
- コントローラICの選択
- 部品選定
- 回路動作調整
- PCBレイアウト
- 特性評価
AC-DC コンバータ
- 基礎編
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設計編
-
AC-DC PWM方式フライバックコンバータの設計手法概要
- 絶縁型フライバックコンバータの基本とは
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:スイッチングAC-DC変換とは
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:フライバックコンバータの特徴とは
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:フライバックコンバータの動作とスナバ
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:不連続モードと連続モードとは
- 設計手順
- 電源仕様の決定
- 設計に使うICの選択
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:トランス設計(構造設計)-その1
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:トランス設計(数値算出)
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:トランス設計(構造設計)-その2
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-MOSFET関連 その1
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-MOSFET関連 その2
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-CINとスナバ
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-出力整流器とCout
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-ICのVCC関連
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-ICの設定、その他
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:EMI対策および出力ノイズ対策
- 基板レイアウト例
- AC-DC PWM方式フライバックコンバータ設計手法 ーまとめー
- AC-DC 非絶縁型バックコンバータの設計事例概要
-
AC-DCコンバータの効率を向上する二次側同期整流回路の設計
- 設計手順
- 設計に使うIC
- 電源仕様と置き換え回路
- 同期整流回路部:同期整流用MOSFETの選定
- 同期整流回路部:電源ICの選択
- 同期整流回路部:周辺回路部品の選定-MAX_TON端子のC1とR3、およびVCC端子
- 同期整流回路部:周辺回路部品の選定-DRAIN端子のD1、R1、R2
- シャントレギュレータ回路部:周辺回路部品の選定
- トラブルシューティング①:二次側MOSFETがすぐにOFFしてしまう場合
- トラブルシューティング ②:軽負荷時に二次側MOSFETが共振動作によりONしてしまう場合
- トラブルシューティング ③:サージの影響を受けVDS2が二次側MOSFETのVDS耐圧以上になる場合
- ダイオード整流と同期整流の効率比較
- 実装基板レイアウトに関する注意点
- AC-DCコンバータの効率を向上する二次側同期整流回路の設計 ーまとめー
-
SiC-MOSFETを使った絶縁型擬似共振コンバータの設計事例
- 設計に使う電源IC:SiC-MOSFET用に最適化
- 設計事例回路
- トランスT1の設計 その1
- トランスT1の設計 その2
- 主要部品選定:MOSFET Q1
- 主要部品選定:入力コンデンサおよびバランス抵抗
- 主要部品選定:過負荷保護ポイントの切り替え設定抵抗
- 主要部品選定:電源ICのVCC関連部品
- 主要部品選定:電源ICのBO(ブラウンアウト)ピン関連部品
- 主要部品選定:スナバ回路関連部品
- 主要部品選定:MOSFETゲートドライブ調整回路
- 主要部品選定:出力整流ダイオード
- 主要部品選定:出力コンデンサ、出力設定および制御部品
- 主要部品選定:電流検出抵抗および各検出用端子関連部品
- 主要部品選定:EMIおよび出力ノイズ対策部品
- 基板レイアウト例
- 事例回路と部品リスト
- 評価結果:効率とスイッチング波形
- SiC-MOSFETを使った絶縁型擬似共振コンバータの設計事例 ーまとめー
-
AC-DC PWM方式フライバックコンバータの設計手法概要
- 評価編
- 製品紹介
- 動画
- FAQ