전원 설계 기술 정보 사이트

기술 자료 다운로드

엔지니어 인터뷰

역률 개선과 고효율을 동시에 실현한 AC/DC 컨버터 제어 기술

역률 개선과 고효율을 동시에 실현한
두가지 신 제어 방식

주목 키워드
  • 의사공진 (Quasi-resonant) 방식
  • 자려 (Self-excitation) 타입 플라이백 컨버터
  • PFC ON / OFF 기능을 통한 효율 향상
  • 새로운 제어 방식
  • Energy Star6.0
  • 고효율 Low Noise 의사공진 회로
  • 소프트 스위칭
  • 설계 자유도가 높다
  • 약 20%의 부품수 삭감
  • AC 어댑터의 한차원 높은 소형화
  • 설계를 서포트하는 전담 조직

-BM1C101F는 PFC 컨트롤러의 ON / OFF 기능과 PFC 출력전압을 전환하는 새로운 제어 기능을 통해 역률 개선과 고효율을 동시에 실현한다고 했는데, 먼저 「내장 PFC 컨트롤러를 설정한 전력으로 ON / OFF할 수 있는 기능」에 대해 설명하여 주십시오.

우선, 전원으로서의 회로를 이해할 수 있도록 하기 어플리케이션 회로 예를 참조하여 주십시오. 변환 회로는 의사공진 (Quasi-resonant) 방식으로, 트랜스 1차 권선의 인덕터와 공진 콘덴서의 전압 공진을 이용한 자려 (Self-excitation) 타입 플라이백 컨버터입니다. 포인트의 하나인 PFC를 ON / OFF시키는 전력의 설정은, QR_CS 단자의 전류 제한 레벨 검출을 이용하고 있으며, P_OFFSET 단자의 저항을 추가하여 간단히 설정할 수 있습니다.

PFC ON / OFF 기능을 통한 효율 향상의 원리는 비교적 단순합니다. 경부하 시 및 대기 시에 PFC 스위칭 동작을 정지시킴으로써 PFC 회로의 전력 소비를 삭감하여, 효율 저하에 대한 영향을 최소한으로 하는 것입니다. 특히 PFC가 필요없는 부하 범위, 예를 들어 유럽에서는 75W 이하에서 OFF하도록 설정하면 전원의 효율을 개선할 수 있습니다.

-어느 정도의 효율 개선을 기대할 수 있습니까?

회로에 따라 케이스 바이 케이스입니다. 하나의 예를 들어, 100W 클래스 전원의 평가를 통한 효율 그래프를 참조해 보면, 경부하 시에도 고효율이 유지되는 것을 명확하게 알 수 있습니다. 대기 전력의 평가 예에서는 AC100V 일 때 85mW 이하, AC230V일 때 190mW 이하로, Energy Star6.0의 요구치인 210mW 이하를 달성하였습니다.

-그럼, 「PFC 출력 전환이 가능한 새로운 제어 방식」은 어떤 제어 방식입니까?

AC 전원의 전압이 국가에 따라 다르다는 것은 모두 알고 계시리라 생각됩니다. 이에 대응하는 유니버셜 전원은 폭넓은 입력전압에 대응 가능하도록 되어 있지만, 기존의 PFC 컨트롤러의 출력전압은 고정되어 있습니다. 따라서 예를 들면, PFC 출력전압이 400V고, 입력 AC 전원이 230V와 100V인 경우에는, 100V 입력 시 승압비가 높아 스위칭 손실이 커짐에 따라 효율이 저하됩니다. BM1C101F의 새로운 제어 방식은 PFC의 출력전압을 AC 입력전압에 적합한 전압으로 자동 전환함으로써 효율 저하를 방지합니다. 오른쪽 그림은 입력전압에 따라 PFC 출력전압이 전환됨을 나타냅니다.

-이 기능을 통해, 효율은 어느 정도 향상됩니까?

100W 클래스 전원에 있어서 AC100V 입력 시의 효율은 PFC 출력을 고정한 경우에 비해 2% 전후의 개선이 가능하다고 생각합니다.

오른쪽 그림은 효율 비교의 일례입니다. 이 기능을 통해 기존에는 만족할 수 없었던 Energy Star6.0의 요구를 만족할 수 있습니다.

-그 이외에도 특징이 있습니까?

전원용 IC로서, BM1C101F는 고효율 및 Low Noise의 의사공진 회로를 채용하고 있습니다. 이 방식은 소프트 스위칭에 의한 Low EMI가 특징인 제어 방식입니다. 또한, PFM 동작 시 burst 기능을 내장하여, 경부하 시에도 고효율을 유지합니다. 그 밖에도 최근의 전원 컨트롤러 IC가 탑재하고 있는 대부분의 보호 기능을 구비하고 있습니다. MOSFET 외장의 컨트롤러 타입 IC이므로, 설계 자유도가 높다는 점도 특징입니다.

또 하나 중요한 점은, PFC 컨트롤러와 의사공진 컨트롤러를 집적함으로써 공통 설계 부분의 부품수를 삭감할 수 있으므로, 개별적으로 회로 설계를 하는 경우에 비해 약 20%의 부품수 삭감이 가능하여 소형화가 가능하다는 점입니다. 대형 LCD TV로 대표되는 100W 클래스의 기기에서는 설계 및 평가에 소요되는 시간과 공수를 경감하고, 수리의 편의성을 위해 전원의 어댑터화가 추진되고 있습니다. 기존과 같이 개별 전원 IC와 PFC 컨트롤러를 사용하는 회로 구성에 비해, 부품수를 삭감한 이 솔루션은 AC 어댑터의 한차원 높은 소형화를 가능하게 합니다.

-처음에 게재된 회로에는 트랜스 및 절연 부품이 필요할 것 같습니다. 이러한 부품 선정 및 회로 설계 등의 서포트는 제공이 됩니까?

최적의 전원 회로를 설계하기 위해서는, IC 선정과 더불어 최적의 주변 부품과 기판 레이아웃이 필요합니다. 로옴은 IC 개발에서 판매뿐만 아니라, 고객의 설계를 서포트하는 전담 조직을 구축하였습니다. 다양한 제안 및 서포트가 가능하므로, 별도 문의하여 주십시오.

-마지막으로 정리를 부탁드립니다.

PFC 컨트롤러와 의사공진 컨트롤러를 집적한 AC/DC 컨버터용 컨트롤러 IC의 일종인 BM1C101F를 예로 들어, 역률 개선 회로를 탑재함과 동시에 대기 시의 효율도 높게 유지할 수 있다는 것을 설명했습니다. BM1C101F는 PFC 컨트롤러를 설정한 전력으로 ON / OFF할 수 있는 기능과 PFC 출력전압을 AC 입력전압에 적합한 전압으로 자동 전환하는 새로운 제어 방식 채용을 통해 역률 개선과 경부하 시의 고효율을 동시에 실현합니다. 이에 따라, 전 세계적인 고주파 전류 규제에 대응함과 동시에 Energy Star6.0에도 대응할 수 있습니다. 또한, 부품수를 20%정도 줄일 수 있어, 100W 클래스 AC 어댑터의 소형화에도 기여합니다.

※본 기사는 2018년 6월 시점의 내용입니다.

역률 개선과 고효율을 동시에 실현한 AC/DC 컨버터 제어 기술

기술 자료 다운로드