Robert Kollman

10월에는 순방향 컨버터에서 턴온 시 출력 정류기 간 전압을 스너빙하는 방법을 설명했습니다. 이제 플라이백 컨버터의 FET 턴오프 전압을 스너빙하는 것을 살펴보겠습니다.

그림 1에는 플라이백 컨버터 전력계 및 1차 MOSFET 전압 파형이 나와 있습니다. 이 컨버터는 변압기의 1차 인덕턴스에 에너지를 저장하고, MOSFET이 꺼졌을 때 에너지를 2차로 방출하는 방식으로 작동합니다.

그림 1 누설 인덕턴스는 FET 턴오프에서 과도한 전압을 생성합니다.

변압기의 누설 인덕턴스로 드레인 전압이 반사 출력 전압(V_RESET) 이상으로 상승하기 때문에 MOSFET가 꺼질 때 스너버가 필요한 경우가 많습니다. 누설 인덕턴스에 저장된 에너지는 MOSFET를 애벌랜치할 수 있으므로 D1, R24 및 C6으로 구성된 전압 클램핑 회로가 추가됩니다. 이 회로의 클램프 전압은 누출 에너지의 양과 저항의 전력 손실에 따라 설정됩니다. 값이 낮은 저항은 클램프 전압을 낮추지만 전력 손실이 증가합니다.

그림 2에는 트랜스포머 1차 및 2차 전류 파형이 나와 있습니다.

그림 2 누설 인덕턴스는 출력 에너지를 빼앗아갑니다.

왼쪽에는 MOSFET이 켜져 있을 때의 간소화된 전력계가 있습니다. 입력 전류는 누설과 상호 인덕턴스의 직렬 조합을 통해 상승합니다. 오른쪽에는 오프 기간 동안 간소화된 회로가 나와 있습니다. 여기에서 전압은 출력 다이오드와 클램프 다이오드가 순방향 바이어스입니다. 변압기의 1차측에 반사된 출력 커패시터와 다이오드를 보여드리겠습니다.

두 인덕터는 직렬로 되어 있고 Q1이 꺼지면 처음에는 동일한 전류를 운반합니다. 즉, 턴오프 직후 출력 다이오드 D2에 전류 흐름이 없고 총 변압기 전류가 D1로 흐르게 됩니다. 누설 인덕턴스의 전압은 클램프와 리셋 전압의 차이이며 누출이 빠르게 방전되는 경향이 있습니다.

그림과 같이 스너버로 우회된 에너지를 확인하는 간단한 계산입니다. 누설 인덕턴스에서 에너지를 방전하는 데 걸리는 시간을 줄임으로써 전용되는 에너지를 줄일 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이를 위해 클램프 전압이 상승할 수 있습니다.

흥미로운 점은 클램프 전압과 스너버 전력 손실 간의 절충점을 계산할 수 있다는 것입니다. 그림 2에 나와 있듯이, 클램프 회로로 들어가는 전력은 평균 클램프 다이오드 전류에 클램프 전압을 곱한 값과 같습니다(고정 클램프 전압 가정). 일부 용어를 재배열하면 불연속 플라이백 컨버터의 출력 전력과 관련된 ½ × F × L × I ² 라는 용어를 찾을 수 있습니다. 이 경우 인덕턴스는 누설 인덕턴스입니다.

전력 손실이 단순히 누출로 저장된 에너지가 아니라는 점에서 이 표현은 조금 놀랍습니다. 항상 더 크지만 클램프 전압에 의존합니다. 그림 3에서 이 관계를 보여줍니다.

그림 3 클램프 전압을 높이면 스너버 손실이 감소합니다.

그래프는 클램프와 리셋 전압의 비율에 대한 누설 인덕턴스 에너지 손실로 정규화된 손실을 표시합니다. 클램프 전압 값이 높을 때 스너버 손실은 누설 인덕턴스의 에너지에 가까워집니다. 항을 줄여 클램프 전압이 감소하면 에너지가 주 출력에서 전환되고 스너버 손실이 급격하게 증가합니다. 1.5의 Vclamp/Vreset 비율에서는 저장된 누설 인덕턴스와 관련된 손실의 거의 3배에 달하는 것입니다.

당연히 누설 인덕턴스는 자화 인덕턴스의 1%에 달하는 경우가 많습니다. 이것은 그림 3이(가) 클램프 전압을 낮추는 효율성에 미치는 영향을 알려준다는 점에서 훨씬 더 흥미롭습니다. 그러면 수직 축이 효율성 손실이 됩니다. 따라서 클램프 비율을 2에서 1.5로 줄이면 1%의 효율에 영향을 미칩니다.

요약하자면 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스는 전원 스위치에 허용 불가능한 전압 스트레스를 줄 수 있습니다. RCD 스너버는 스트레스를 제어할 수 있습니다. 그러나 클램프 전압과 회로 손실 사이에는 절충이 있습니다.

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