이제 본 설계 예제에서 사용한 스위칭 전원용 제어 IC, BM1P061FJ의 설정용 부품 선정에 대해 설명하겠습니다. AC/DC 컨버터 회로에는, 전원 회로로서의 기본 부품, 예를 들어 다이오드 브릿지나 트랜스와 같은 부품 이외에도 전원 IC의 보호 기능 동작 레벨이나 전류 제한치 등을 설정하기 위한 부품이 필요합니다. 이미 몇가지 부품에 대해 설명했으므로, 본 편에서는 기타 주요 부품에 대해 설명하겠습니다. VH 단자 저항 R1 VH 단자는 IC에 탑재된 기동 회로 (Starter)의 전원 단자이며, 650V의 내압을 지닌 단자입니다. AC 전원이 입력되면, 입력 필터로부터 다이오드 D1과 D2를 통해 정류된 전압이 R1을 통해 VH 단자에 인가되어, IC 내부의 기동 회로가 동작합니다. 이에 따라, ..

이번 편에서는 본 설계 예제에 채용된 스위칭 전원용 제어 IC BM1P061FJ의 전원전압 VCC를 생성하는 회로가 되는 다이오드 D5와 콘덴서 C2, 그리고 서지 제한용 저항 R9에 대해 설명하겠습니다. 먼저 이 회로의 목적과 동작에 대해 설명하겠습니다. 기본적으로 모든 IC는 자체적으로 동작하기 위한 전원이 필요합니다. 대부분의 전원 IC는 입력전압을 자체 전원으로서 이용합니다. 단, 대부분의 경우 IC의 전원 pin에 인가할 수 있는 전원은 DC 전압이며, 특별히 고내압 제품일 경우에도 60~80VDC 정도로, 40VDC 이하가 일반적입니다. 이 AC/DC 컨버터 설계에서, 입력은 85~264VAC를 허용하는 사양이므로, 1차측의 정류 전압은 400VDC 이상이며, 이것을 그대로 전원 IC의 전원전..

이번 편에서는 출력이 만들어지는 트랜스 T1의 2차측에 배치하는, 정류용 다이오드 D6과 출력 콘덴서 (Cout) C7 및 C8에 대해 설명하겠습니다. 먼저 이 부분의 동작을 간단히 설명하겠습니다. 트랜스 T1의 2차측에는, 1차측 MOSFET의 스위칭 (ON / OFF)으로 인해 생성된 에너지가 절연 배리어를 통해 전달됩니다. 이것은 ON / OFF를 반복하는 AC 전압이므로, 원하는 DC 전압으로 변환하기 위해, 여기에서는 1개의 다이오드 D6을 통해 다이오드 정류하여 DC화합니다. 정류된 전압에는 리플이 존재하므로, 리플을 평활하여 리플이 작은 DC 전압을 만들기 위해 출력 콘덴서 C7, C8을 사용합니다. 전체의 흐름으로서는, 「절연형 플라이백 컨버터의 기본 : 스위칭 AC/DC 변환」편에서 설명..

이번 편에서는 입력에 배치하는 입력 콘덴서 C1과 스너버 회로에 대해 설명하겠습니다. 여기에서 입력이란, AC 전압을 다이오드 브릿지에서 정류한 DC 고전압을 뜻합니다. 하기 회로도와 같이, 입력 콘덴서 C1과 스너버 회로 R4, C3, D3은 트랜스 T1의 1차 전압 라인, 즉 다이오드 브릿지의 정류 전압에 접속되어 있습니다. 회로 전체에 대해서는 「절연형 플라이백 컨버터 회로 설계」 편의 전체 회로도를 클릭하면 별도 창으로 확대 표시되므로, 참조하여 주십시오. 입력 콘덴서 C1 입력 콘덴서 CIN으로서 C1 450V / 100μF이 접속되어 있습니다. 이 콘덴서는 주로 2가지 역할을 하며, 기본적으로는 입력전압이 순간적으로 저하되거나 차단되는 것을 보완하기 위해 접속됩니다. 첫번째 역할은 AC 입력이..

「주요 부품 선정 – MOSFET 관련 제1장」에서 MOSFET Q1을 선정하였으므로, 이제 MOSFET 주변 회로를 구성해 보겠습니다. 먼저, 회로 동작을 복습하겠습니다. IC의 OUT (PWM 출력)으로부터의 신호는, MOSFET Q1이 바르게 동작하도록 D4, R5, R6을 통해 조정되어, MOSFET의 게이트를 구동합니다. MOSFET Q1은 트랜스 T1의 1차측에 입력된, 정류된 고전압을 ON / OFF하여, 그 에너지를 2차측으로 전달합니다. Q1은 ON 시에 Ids가 흐르지만 무제한으로 흘릴 수는 없으므로, R8을 사용하여 전류를 검출하고 제한을 실행합니다. 본 편에서는, MOSFET의 게이트 드라이브를 조정하는 회로, 다이오드 D4, 저항 R5, R6을 먼저 결정한 후, 다음으로 전류 제한..

트랜스 설계가 끝나면, 다음으로는 스위칭 소자를 선정합니다. 여기에서는 MOSFET Q1을 선정하고 관련 회로를 구성해 보겠습니다. 먼저 스위칭 전압 및 전류 등을 고려하여 MOSFET Q1을 선정합니다. 이 부분은 본 편에서 설명하겠습니다. 다음으로 MOSFET의 게이트 드라이브를 조정하는 회로, 다이오드 D4, 저항 R5, R6을 결정합니다. 그리고, 전류 제한과 슬로프 보상에 필요한 전류 검출 저항 R8도 결정합니다. 이 부분에 대해서는 다음 편 「주요 부품 선정 – MOSFET 관련 제2장」에서 설명하겠습니다. 그럼, 먼저 회로 동작에 대해 설명하겠습니다. IC의 OUT (PWM 출력)으로부터의 신호는, MOSFET Q1이 바르게 동작하도록 D4, R5, R6을 통해 조정되어, MOSFET의 게이..

트랜스 T1의 구조 설계 「제2장」입니다. 제1장에서는 하기 순서의 ①~④까지 설명하였습니다. 이번에는 ⑤~⑦에 대해 설명하겠습니다. 제1장 ①보빈 선정 ②유효 권선틀 확인 ③권선 구성 결정 ④연면 거리와 배리어 테이프 제2장 ⑤선재의 선정 ⑥결선도, 층 구성, 권선 사양 ⑦트랜스 사양 결정 ⑤ 선재의 선정 권선의 재료는 UEW (polyurethane enameled copper wires / 폴리우레탄 피막 동선), PEW (polyester enameled copper wires / 폴리에스터 피막 동선) 등이 일반적이지만, 소형 트랜스 등 연면 거리의 확보가 어려운 경우에는 3층 절연선을 활용합니다. 권선폭 전체에 감으면 결합도가 높아지므로, 권선폭 전체에 감을 수 있는 선 직경을 선정합니다. 선..

앞서 설명한 수치 산출에 이어, 트랜스 T1의 구조 설계에 대해 설명하겠습니다. 보통 전자부품만을 사용하여 설계하는 경우가 많은 분들에게는 코어 및 보빈, 권선을 조합하고, 경험치와 같은 요소도 필요로 하는 트랜스 설계는 생소하게 느껴질 수도 있습니다. 그러나, 전원 설계 특히 AC/DC 컨버터, 절연 컨버터에는 중요한 부품이므로, 적어도 본 내용을 통해 순서와 필요한 검토 사항에 대해 이해해두면 좋을 것입니다. 트랜스 T1의 구조 설계는 하기와 같은 순서로 진행합니다. ①보빈 선정 ②유효 권선틀 확인 ③권선 구성 결정 ④연면 거리와 배리어 테이프 ⑤선재의 선정 ⑥결선도, 층 구성, 권선 사양 ⑦트랜스 사양 결정 본 편에서는 「제1장」으로서 ①~④까지, 다음 「제2장」에서는 ⑤~⑦까지 설명하겠습니다. ①..

플라이백 컨버터에 필수인 트랜스 설계 시에는, 전원 사양을 바탕으로 트랜스 설계에 필요한 수치 산출부터 시작합니다. 기본적으로는 각각 제시된 식을 통해 계산합니다. 관련된 트랜스의 설계 정보는, 설계에 사용하는 IC1 의 어플리케이션 노트 등에 게재되어 있으므로, 참조하여 주십시오. 여기에서는 알기 쉽도록 설명할 부분의 회로도를 확대하여 게재하였습니다. 회로 전체에 대해서는 전편의 「예제 회로」를 참조하여 주십시오. 이 회로도는, 예제 회로의 트랜스 T1 부분을 발췌한 것입니다. 트랜스 T1은 입력인 1차측 권선 Np와 출력인 2차측 권선 Ns 이외에도 IC1의 VCC 전압을 생성하는 권선 Nd를 포함하고 있습니다. 트랜스 T1의 설계 순서 트랜스 T1 설계 시의 순서입니다. 하기의 순서에 따라 수치를 ..

그럼, 실제로 절연형 플라이백 컨버터 설계에 들어가겠습니다. 먼저, 예제용으로 선택한 제어 IC AC/DC용 PWM 컨트롤러 IC」를 사용한 회로도를 하기에 게재하였습니다. 이제부터는, 이 회로에 필요한 부품 선정 및 각 부분의 정수 계산 방법에 대해 설명하겠습니다. 이 회로는 앞서 결정한 「예제로서의 전원 사양」을 만족하도록 설계되어 있습니다. 예제로서의 전원 사양 입력전압 : 85~264VAC 출력 : 12VDC±5% / 3A 36W 출력 리플 전압 : 200mVp-p 절연 내압 : 1차 – 2차간 3kVAC 동작온도 범위 : 0~50℃ 효율 : 80% 이상 무부하 시 입력전력 : 0.1W 이하 입력전압은 필터를 통해, 전파 정류기 DA1과 C1에 의해 정류 및 평활화됩니다. 이렇게 정류된 DC 고전..

전원으로서의 사양이 결정되면, 설계의 두번째 순서로서 「제어용 전원 IC를 선택」합니다. 오늘날 전원 회로 설계에는 전원용 IC를 이용하는 것이 일반적입니다. 전원용 IC는, 제어 성능이 매우 우수할 뿐만 아니라, 다양한 보호 기능이 탑재되어 있어 설계가 용이하고 실장 면적 등의 면에서도 유리하기 때문에 두번째 순서로 정하게 됩니다. 본 편에서는 PWM 방식 플라이백 AC/DC 컨버터를 설계하기 위해, 예제로서 구체적인 전원 사양을 설정하고, 그에 대응하는 전원 IC를 결정해 보겠습니다. 전원의 사양은 「설계 시작을 위해 최소한으로 결정해 두어야 하는 사양」을 바탕으로, 일반적인 조건을 하기와 같이 설정하였습니다. 또한, 그 조건을 바탕으로 IC를 선택하기 위한 포인트에 대해서도 정리하였습니다. ・입력전..

절연형 플라이백 컨버터의 기본 내용을 확인했으니, 이제 설계의 순서에 대해 설명하겠습니다. AC/DC 컨버터뿐만 아니라, 대부분의 설계는 이와 같은 순서로 진행합니다. 먼저, 요구 사양을 확인하고 그 사양을 실현하기 위한 부품을 선택합니다. 여기에서 「제어용 전원 IC 선택」이라고 게재한 이유는, 최근 전원 설계에서 대부분의 경우 전원용 IC를 이용하기 때문이며, 실질적으로 전원 IC를 선택하고 그 IC를 중심으로 설계를 진행하게 됩니다. 다음으로 IC가 필요로 하는 부품을 선정하고, 정수 등을 계산합니다. 도면이 완성되면 프로토타입을 제작하여 성능을 평가한 후, 양산, 출하의 순서를 거치게 됩니다. 1. 요구 사양 결정 먼저 요구 사양을 명확히 확인합니다. 원래 이 항목이 가장 먼저 해야 하는 가장 중..

「설계 순서」 편에서 설명한 바와 같이, 설계를 시작하기 위해서는 전원으로서 어떤 성능과 특성을 구비해야 하는지, 전원의 사양이 결정되어야 합니다. 실제로 전원의 사양은 전원 설계자가 마음대로 정할 수 있는 것이 아닙니다. 사용하는 입력 전원 및 공급되는 부하가 요구하는 전압 정밀도 및 전류 등을 비롯하여, 효율 및 동작온도 범위 등 많은 확인 사항이 있으며, 이러한 확인 사항은 시스템 전체의 사양 및 급전하는 기판의 사양에 따라 결정됩니다. 그러나, 현실적으로 이러한 사양은 설계 시작 시점에서 명확히 결정되지 않습니다. 이는 전력을 공급받는 측도 어느 정도 설계를 진행하지 않으면 알 수 없는 부분이 많기 때문입니다. 그렇다고 해서, 모든 부분이 명확하게 결정될 때까지 기다린다면, 설계에 할당되는 기간은..

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 ..

플라이백 컨버터의 동작에 대해 조금 더 자세하게 설명하겠습니다. 오른쪽 회로는 PWM 제어의 플라이백 컨버터로, 연속 모드 동작입니다. 먼저 MOSFET가 ON되면, 트랜스의 극성이 반대이므로 트랜스의 1차측 권선에 전류가 흘러, 에너지가 축적됩니다. 이때, 다이오드는 OFF됩니다. 다음으로 MOSFET가 OFF되면, 축적된 에너지가 트랜스의 2차측 권선에서 다이오드를 통해 출력되고, 정류 및 평활을 통해 DC 전압을 생성합니다. 이러한 동작과 각 부분의 전압, 전류 파형을 하기와 같이 정리하였습니다. MOSFET가 ON되면, 트랜스의 1차측 권선에 전류가 흘러, 에너지가 축적된다. 이때, 다이오드는 OFF. MOSFET가 OFF되면, 축적된 에너지가 트랜스의 2차측 권선에서 다이오드를 통해 출력된다. ..

여기에서는 플라이백 변환 방식을 사용한 설계 사례를 통해, 플라이백 방식의 기본 회로와 특징에 대해 설명하겠습니다. 플라이백 컨버터에는 일반적인 PWM 제어 이외에 자려 (Self-excitation) 타입 RCC (Ringing Choke Converter)와 RCC에 공진 기술을 이용한 의사공진 타입의 3종류가 있으며, 100W 정도까지의 스위칭 전원에 자주 사용됩니다. 기본 회로는 그림과 같이 심플하며, 적은 부품수로 구성할 수 있습니다. 입력전압 (DC)을 스위칭 트랜지스터로 초핑하고, 스위칭 트랜스를 통해 2차측으로 에너지를 전달합니다. 2차측에서는 이를 정류하여 평활화함으로써 필요한 DC 전압으로 변환합니다. 실제의 회로에서는, 출력을 모니터링하여 스위칭 트랜지스터를 제어하는 귀환 및 제어 회..