산업용 애플리케이션의 보조 플라이백 전원 공급 장치

태양광 스트링 인버터는 광발전 패널에서 발생하는 DC 전압을 AC 그리드 전력으로 변환합니다. 이를 위해 인버터 시스템은 여러 전력 변환 단계를 사용합니다. 이 중 첫 번째는 광발전 스트링 DC 입력으로부터 안정적인 DC 버스 전압을 생성하는 DC/DC 단계입니다. 그러면 인버터 스테이지는 이 DC 버스 전압을 AC 전압으로 변환하여 그리드로 공급합니다. 그림 1 간소화된 태양광 스트링 인버터 다이어그램을 보여줍니다.

이러한 변환을 수행할 수 있도록 전력계는 몇 가지 중요한 영역으로 분류된 여러 장치를 사용합니다. DC/DC 및 DC/AC 전력계는 모두 게이트 드라이버를 사용하여 효율적인 작동을 위해 FET(전계 효과 트랜지스터)를 구동합니다. 일반적으로 증폭기 형태의 감지 장치는 적절한 제어 및 안전을 위한 감각 데이터를 수집합니다. 신호 체인 통합 회로는 외부 인터페이스와 통신합니다. 마이크로컨트롤러로 구성된 제어 도메인은 위의 모든 정보에서 정보를 수집하여 효율적이고 안정적인 전력 변환을 지원합니다.

이러한 의존도가 매우 다양한 장치에 대해, 보조 전원 공급 장치가 적절한 태양광 인버터 작동에 꼭 필요한 것만아니라 합리적입니다. 제어, 신호 체인, 감지 및 게이트 드라이버 장치에 전력을 제공하도록 설계된 보조 전원 공급 장치는 일반적으로 DC 버스 또는 AC 그리드(또는 둘 다)의 전압을 내부 장치 작동을 보장하기 위해 적합한 형태로 변환하는 절연 플라이백 컨트롤러 형태로 제공됩니다. 이 장비가 없으면 시스템 전자 장치가 작동을 유지하기 위해 공급되지 않아 전체 시스템이 위험에 처하게 됩니다.

따라서 플라이백 컨트롤러에는 몇 가지 핵심 요구 사항이 있습니다. 이 장치는 수명 안정성이 높아야 하며 혹독한 조건에서 작동할 수 있어야 합니다(예: 태양광 인버터의 경우, 여러 해 동안 다양한 고도에 걸쳐 높은 주변 온도에 노출되는 경우가 많음). 따라서 플라이백 컨트롤러는 작동 온도 범위가 넓어야 하며 컨트롤러나 외부 회로가 안전한 작동 온도를 초과할 경우 작동을 종료할 수 있어야 합니다. 물론 단락 감지와 같은 오류 보호 기능도 제공합니다.

또 다른 고려 사항은 플라이백 컨트롤러의 설계 요구 사항에 따라 효율적인 전부하 및 저부하 작동을 구현할 수 있다는 것입니다. 태양광 패널이 햇빛에 노출되고 전력 변환이 최고점에 있을 때 보조 전원 공급 장치는 내부 전자 하위 시스템에 더 높은 출력을 효율적으로 공급할 수 있어야 합니다. 반대로, 광선이 없는 경부하 조건에서 보조 전원 공급 장치는 대기 전력을 최소화하여 유휴 상태에서 과도한 전력을 소비하지 않도록 해야 합니다.

마지막으로 보조 전원은 다양한 작동 조건 전체에서 내부 하위 시스템에 적절한 바이어스 조건을 지속적으로 적용할 수 있어야 합니다. 예를 들어, 게이트 드라이버와 같은 장치는 FET를 올바르게 구동하고 전도 손실을 줄이기 위해 올바른 바이어스 전압에 의존합니다. 동시에 보조 전원 공급 장치는 제어 및 감지 장치를 위한 안정적인 저전압 레일을 제공할 수 있어야 합니다. 보조 전원 공급 장치는 시스템 작동 전반에 걸쳐 이러한 전압을 유지하는 역할을 직접 수행할 수 있습니다.

효과적인 보조 전원 공급 장치 설계 구현

그림 2에서 볼 수 있듯이 TI의 UCC28750 플라이백 컨트롤러는 옵토커플러 피드백을 통해 2차측 레귤레이션을 제공하는 6핀 패키지로 제공되어 저전압 리플이 필요한 애플리케이션을 위한 빠른 과도 응답과 정확한 출력 조정을 지원합니다. 여러 전자 서브시스템에 전원을 공급하기 위한 보조 전원 공급 장치에 의존하는 태양광 인버터의 경우, 2차측 레귤레이션을 통해 다양한 작동 조건 전체에서 적절한 바이어스 전력을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.

UCC28750에 눈에 띄는 포함은 프로그래머블 FLT 핀입니다. 장치 모델에 따라 이 핀을 통해 브라운아웃 감지 또는 몇 개의 외부 부품으로 동시 출력 과전압 및 외부 과열 보호(OTP)를 구현할 수 있습니다.

브라운아웃 감지를 통해 장치는 라인 전압을 감지하고, 전압이 설정된 시간 동안 사용자 지정 임계값 아래로 떨어지면 스위칭 작동을 중지할 수 있습니다. 한편, 외부 OTP와 같은 기능을 사용하면 부 온도 계수 저항을 가진 장치가 보드의 영역이나 부품이 특정 온도를 초과하는지 감지할 수 있습니다. 이러한 기능은 과전압, 단락 및 내부 열 셧다운 보호와 함께 태양광 인버터의 혹독한 작동 조건을 견딜 수 있는 안정적인 보조 전원 공급 장치 설계를 구현할 수 있습니다.

또한 UCC28750에는 가변 부하 조건에 최적화된 컨트롤 법칙이 있습니다. 저부하 상태 시 효율성과 대기 전력을 개선하기 위해 컨트롤러는 스위칭 주파수를 줄이고 버스트 모드로 들어가며, 이 모드에서 스위칭 작동 사이클을 켜거나 끕니다. 반대로 높은 부하 조건에서 컨트롤러는 1차측 전류 제한과 스위칭 주파수를 높입니다. 내부 프로그래머블 기울기 보상은 연속 전도 모드 작동을 가능하게 하여(불연속 전도 모드 추가) 태양광 패널이 햇빛에 완전히 노출되는 경우와 같이 높은 출력 전력에서 전도 손실을 줄여 효율성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 제어 규칙은 환경 조건에 관계없이 효율적인 작동을 유지하는 태양광 인버터 보조 전원 공급 장치를 구현할 수 있습니다.

마무리

적절한 플라이백 컨트롤러를 사용하여 효과적인 보조 전원 공급 장치를 설계하는 문제를 완화할 수 있습니다. TI의 플라이백 컨트롤러 포트폴리오를 사용하면 태양광 인버터와 같은 산업용 애플리케이션을 위한 설계 단순성과 비용 최적화를 유지하면서 높은 성능과 안정성을 달성할 수 있습니다.

추가 리소스

• UCC28750 데이터 시트 다운로드
• TI의 플라이백 컨트롤러 포트폴리오 페이지를 확인해보세요.
• 350V~1500V 입력, 150W 절연 보조 전력 레퍼런스 설계를 참조하세요.