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포토 커플러가 필요없는 절연형 플라이백 DC/DC 컨버터 Part 4

독자적인 적응형 ON 타임 제어로,
절연 전원의 과도 응답을 대폭 향상

주목 키워드
  • 적응형 ON 타임 제어
  • 부하 과도 응답
  • PWM
  • PFM
  • ON 타임 제어
  • 출력 부하 보상 기능
  • 로드 레귤레이션
  • 평가 보드

-먼저, 「적응형 ON 타임 제어」부터 설명해 주십시오.

「적응형 ON 타임 제어」는, 로옴의 비절연 전원 제어 IC에 채용되어 있는 「ON 타임 제어」를 응용한 것입니다. BD7F 시리즈는, 적응형 ON 타임 제어를 최초로 채용한 절연형 전원 제어 IC입니다. 기존의 절연형 전원 제어 IC는, 순간적인 부하전류의 변동에 대한 출력전압 변동, 즉 부하 과도 응답에 대한 과제가 있었습니다. 이에 대해, BD7F 시리즈는 적응형 ON 타임 제어를 채용함으로써, 부하 과도 변동을 200mV로 억제하였습니다. 이는, 일반적인 제어 방법에 비해 최대 65% 저감된 것입니다. 우측의 비교 데이터를 참고하여 주십시오.

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-「적응형」이라는 것은 무엇입니까?

적응형 ON 타임 제어는, 부하의 상태에 따라 3종류의 동작으로 대응합니다.

부하가 일정하고 안정적일 때는 일반적인 PWM 제어를 실행하고, 스위칭 주파수는 400kHz (Typ) 고정으로 동작합니다.

부하 변동 시에는 ON 타임 제어로 전환되어, 부하 과도에 대응하는 ON 타임으로 동작합니다. 이 때, 스위칭 주파수는 변동합니다.

경부하 시에는 PFM 동작으로 전환되어, 스위칭 주파수를 저하함으로써 자기 소비전력을 억제하여 고효율을 유지합니다.

결과적으로 모든 부하 영역에서 고효율을 실현하여, 고속 부하 과도 응답을 실현합니다. 또한, 기존 방식에서 필요했던 외장 위상보상 부품도 필요하지 않습니다.

-그럼 이어서 「출력 부하 보상 기능」에 대해 설명해주십시오.

「출력 부하 보상 기능」은, 부하전류로 인해 2차측 출력 다이오드의 VF가 변동함으로써 발생되는 출력전압 변동, 즉 오차를 보상하는 기능입니다. 이러한 오차가 문제시되는 어플리케이션에서는, 이 기능을 이용하여 부하 변동에 따른 2차측 출력 다이오드의 VF 특성과 반대되는 전압 보정을 추가하여 로드 레귤레이션을 개선할 수 있습니다.

-조금 이해하기 어렵네요.

「1차측을 제어함으로써 2차측을 안정화하는 방법」에서 하기 식에 대해 설명하였습니다.

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이 식에서, VOUT의 오차 요인이 되는 것이 VF와 ESR임을 설명하였습니다. 부하전류인 2차측 트랜스 전류 IS의 변동에 따라, ESR (2차측의 총 임피던스 : 트랜스 권선 저항, 기판의 임피던스 등)로 인한 오차는 단순히 변동하고, VF는 다이오드의 VF-IF 특성에 의존하여 변동합니다.

이러한 오차를 보상하기 위해, COMP 단자에서 보상량을 결정하고, 출력전압을 정하는 피드백 전류를 보정하는 기능을 구비하고 있습니다. 간단히 말하자면, 부하전류에 따라 VF와 ESR로 인해 발생하는 오차를 상쇄시킨다는 이미지입니다.

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상기 그래프는, 출력 부하 보상 기능을 사용했을 때의 보상 이미지입니다. 이 기능을 사용하기 위해서는 보상량을 결정하는 COMP 단자에 접속하는 저항과 콘덴서의 정수를 정하기만 하면 됩니다. 정수 계산식 등의 상세 내용은 데이터시트에 기재되어 있습니다.

-상기 그래프를 바탕으로, 부하가 증가함에 따라 오차 요인이 그대로 오차가 된다는 의미와, 보상한 경우에 대한 이미지가 잡혔습니다. 그런데, BD7F 시리즈는 피드백 경로의 절연 회로가 필요없고, MOSFET도 내장하고 있으므로 부품수가 적고 설계도 간단해진다고 생각됩니다. 단지 트랜스가 필요하므로 까다롭다고들 하는 것 같습니다.

솔직히 말씀드리면, 트랜스는 다소 까다로운 부분입니다. 물론, 데이터시트에 트랜스의 선정 범위가 기재되어 있지만, 트랜스를 구성하기까지를 생각하면, 사양 검토, 프로토타입 제작, 사양서 교환 등 굉장히 번거롭습니다.

그러한 의미에서, 우선 평가를 위해 평가 보드를 구비하고 있습니다. 대표 제품으로서 BD7F100HFN-LB의 평가 보드인 「BD7F100HFN-EVK-001」이 있으며, 부품 유통 사이트를 통해 온라인 구입이 가능합니다. BD7F100HFN-LB를 사용하여, 입력전압 24V, 출력전압 5V, 출력전류 800mA의 절연 전원을 간단히 평가할 수 있습니다. 평가 보드는 우측을 참조하여 주십시오.

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또한, 트랜스를 포함한 다른 주요 부품은 데이터시트의 어플리케이션 예에 구체적인 형명을 게재하고 있습니다. 하기는 BD7F100HFN-LB의 데이터시트에서 발췌한 것입니다. 트랜스에 대해서는 스미다 (Sumida Corp.)사의 트랜스를 권장하며 일반적인 전압에 대해서는 이미 제품화되어 있습니다.

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하기 표도 데이터시트에서 발췌한 것입니다. 다른 어플리케이션의 예도 포함되어 있으며, 권장 트랜스의 대략적인 사양이 기재되어 있습니다.

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-이러한 서포트가 제공된다면 안심하고 검토할 수 있겠네요.

그 외에도 여러 질문 사항에 대응 가능한 서포트 체제를 구축하고 있으니, 많은 활용 부탁드립니다.

※본 기사는 2017년 6월 시점의 내용입니다.

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