절연형 플라이백 컨버터 회로 설계 : 주요 부품 선정 – IC의 VCC 관련

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 전원전압으로서 사용하는 것은 불가능합니다. 따라서, 입력전압에서 전원 IC의 전원전압에 적합한 전압을 생성할 필요가 있습니다. 이 설계 예제에서는 트랜스의 보조 권선 (Nd)에서 전원 IC의 전원을 생성합니다.

이제부터는 본 편에서 사용하는 호칭으로 설명하겠습니다. 전원 IC의 전원을 VCC, VCC를 생성하는 보조 권선을 VCC 권선 Nd라고 하겠습니다. VCC 권선 Nd는 15VDC를 생성하도록 권선수를 설정하였습니다 (Nd의 사양은 「트랜스 설계 (수치 산출)」편을 참조). 한편, 전원 IC의 VCC는 최대 정격이 -0.3~30.0VDC, 동작 범위는 8.9~26.0VDC로 규정되어 있습니다. VCC 권선 Nd에서 생성되는 VCC는 15V를 타겟으로 동작 범위를 넘지 않도록 제어해야 합니다.

VCC는, VCC 권선 Nd, 정류용 다이오드 D5, 평활 및 안정화를 위한 콘덴서 C2, 서지 전압 제한용 저항 R9에 의해 생성됩니다. 회로는 출력이 되는 2차측과 동일한 다이오드 정류 회로임을 알 수 있을 것입니다.

VCC 생성용 정류 다이오드 D5 및 평활용 콘덴서 C2

앞서 설명한 바와 같이 다이오드 D5와 콘덴서 C2는 VCC 권선 Nd에서 스위칭 (chopping)된 전압을 DC로 변환합니다. 기본적으로는 이 2개의 부품으로 VCC용 DC 전압을 생성할 수 있습니다.

다이오드 D5는 고속 타입의 다이오드가 적합합니다. 다이오드의 내압은 D5에 인가되는 전압 Vdr에서 산출합니다.

마진을 128.2V/0.7＝183V로 두고, 내압 200V의 패스트 리커버리 다이오드를 선택합니다.

예제 회로에 게재된 다이오드 RF05VA2S는 200V 내압, 평균 정류 전류가 0.5A인 패스트 리커버리 다이오드입니다.

D5에서 정류된 DC 전압은, 비교적 큰 리플을 포함하고 있으므로, 콘덴서 C2를 접속하여 평활화합니다. 또한, C2는 전원 IC의 VCC가 필요로 하는 전류를 안정적으로 공급하는 역할도 합니다.

이러한 동작과는 별개로, 전원 IC의 VH pin에 접속하는 R1과 함께, 전원 투입 시 IC의 기동 시간 (소프트 스타트)을 결정하는 부품이기도 합니다 (VH pin에 대해서는 뒤에서 설명 예정). 이는 해당 IC 고유의 특징이며, VCC용 콘덴서와 기동 시간 설정용 콘덴서를 공유함으로써 부품수를 저감하였습니다. 따라서, C2의 용량은 평활 / 안정화와 기동 시간의 2가지 요구를 만족하는 수치여야 합니다. 선택을 위해 전원 IC의 데이터 시트에는 용량과 기동 시간에 관한 그래프가 게재되어 있습니다.

콘덴서 C2 : 2.2μF 이상, 50V 내압

이 설계 예제에서는 경험치를 바탕으로 2.2μF 이상이 필요하므로, 10μF을 선택하였습니다. 기동 시간을 더 늘리고자 하는 경우에는, 그래프를 바탕으로 산출합니다. 내압의 경우, VCC에는 30V 이상 인가되지 않는 것이 원칙이지만, 마진을 고려하여 50V 제품을 사용합니다.

VCC 권선용 서지 전압 제한 저항 R9

MOSFET가 ON에서 OFF되는 순간, 트랜스의 누설 인덕턴스 (Lleak)로 인해 큰 서지 전압 (스파이크 노이즈)이 발생합니다. 이러한 서지 전압이 VCC 권선에 유입되어 VCC 전압이 상승하게 되면, IC의 VCC 과전압 보호가 동작하게 되는 것을 예상할 수 있습니다. VCC 권선에 유입되는 서지 전압을 경감하기 위해, 제한 저항 R9를 직렬로 삽입합니다. R9는 5~22Ω 정도가 적절한 범위이므로, VCC 전압의 상승을 실제 기기에서 확인한 후, 조정하여 주십시오.

이로써, 전원 IC의 전원이 되는 VCC를 생성하는 회로를 구성할 수 있습니다. IC의 VCC 정격은 30V이므로, 서지 전압을 포함하여 정격을 넘지 않도록 하는 것이 중요합니다. DC/DC 컨버터와 달리 입력전압이 높으므로, 충분한 검증이 필요합니다.

 

키 포인트
・전원 IC에는, 전원 IC 내부의 제어 회로용 저전압 DC 전원 (호칭 예 : VCC 등)이 필요하며, 일반적으로는 
    트랜스의 보조 권선 (호칭 : VCC 권선, 3차 권선 등)을 이용한다.
・전원을 생성하기 위해서는, 심플한 다이오드 정류가 이용되는 경우가 많다.
・전압은 IC의 사양에 따르며, 특히 AC/DC의 경우에는 고전압에서 변환되는 것이므로, 정격을 넘지 않도록
    주의한다.