AC-DC|설계편
절연형 플라이백 컨버터의 기본 : 불연속 모드와 연속 모드
2019.11.20
키 포인트
・연속 모드와 불연속 모드의 차이점을 이해한다.
・AC-DC는 불연속 모드를 사용하는 경우가 많다.
스위칭 전원의 동작에는 불연속 모드와 연속 모드가 있습니다. 이번 설계 사례에서는 불연속 모드 동작을 사용합니다. 하기 표에 각 모드의 특징과 장단점에 대해 정리하였습니다. 「동작」 항목의 파형은 트랜스의 1차 권선과 2차 권선에 흐르는 전류를 나타낸 것입니다.
연속 모드 동작에서는, 스위치 ON 시의 정류 다이오드 역회복 시간 (trr)*에 역전류가 흐르고, 이 역전류로 인한 손실이 발생합니다. 저전압 스위칭 DC-DC 컨버터의 경우는 정류 다이오드의 역전압이 낮아 역전류도 작아지므로, 출력 리플 전압 등을 고려하여 연속 모드를 사용하는 것이 일반적입니다.
반면에 AC-DC 컨버터의 경우는, 다이오드의 역전압이 높아 큰 역전류가 흐르므로, 손실도 커지게 됩니다. 따라서 이러한 역전류의 흐름을 억제하기 위해 불연속 모드를 사용하는 경우가 많아집니다. 단, 피크 전류가 커지므로, 부하가 큰 경우에는 연속 모드로 동작시키는 경우도 있습니다.
각각 장단점이 있지만, 60W 정도까지라면, 일반적으로는 불연속 모드가 적합합니다. 그 이상인 경우에는 트랜스의 용량 사이즈 등을 고려하여 판단하게 됩니다. 이번 설계 사례는 36W이므로, 불연속 모드를 선택하였습니다.
비교 항목 | 불연속 모드 | 연속 모드 |
---|---|---|
동작 | OFF와 ON 사이에 전류가 zero인 구간이 있어, 전류가 연속하여 흐르지 않는다. |
전류가 연속적으로 흘러, 스위칭 주파수와 동일한 주파수에서 ON / OFF한다. |
트랜스 | 인덕턴스 ↓, 사이즈 ↓, 비용 ↓ | 인덕턴스 ↑, 사이즈 ↑, 비용 ↑ |
정류 다이오드 |
고속 리커버리 타입, 비용 ↓ | 한층 더 고속의 리커버리 타입 필요, 비용 ↑ |
스위칭 트랜지스터 |
허용 전력 ↑, 사이즈 ↑, 비용 ↑ | 허용 전력 ↓, 사이즈 ↓, 비용 ↓ |
출력 콘덴서 |
리플 전류 ↑, 사이즈 ↑ | 리플 전류 ↓, 사이즈 ↓ |
효율 | 스위칭 손실 ↓, 효율 ↑ | 스위칭 손실 ↑, 효율 ↓ |
*다이오드의 역회복 시간
PN 접합 다이오드에 순방향 전압을 인가하면 순방향 전류가 흐른다. 이 상태에서 급격하게 역방향 전압을 인가하면, 역방향 전류가 일정 시간 흐른다. 이 상태가 회복될 때까지의 시간을 역회복 시간이라고 한다.
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AC-DC 변환의 기초
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