KOKT037 December 2018 UCC28742 , UCC28750
다중 출력 전압이 필요한 시스템에는 일반적으로 플라이백 컨버터를 사용합니다. 이러한 다중 출력 플라이백 컨버터에서는 모든 출력 전압에서 동시에 좋은 레귤레이션을 유지하는 것이 큰 과제입니다.
전원 팁 #78에서 동기 정류기를 사용하여 출력 전압 간 상호 조정을 개선하는 방법을 알아보십시오. 동기식 정류기는 출력 전압의 균형을 맞추지만, 권선의 평균제곱근(RMS) 전류가 높아지고 경부하에서 효율이 감소하는 단점이 있습니다. 이 전원 팁에서는 동일한 크기의 양/음 출력을 생성하는 특수한 사례를 살펴보면서 논의를 계속하겠습니다. 이 경우 단일 커패시터의 적절한 배치로 모든 부하 조건에 걸쳐 교차 조정을 개선할 수 있습니다.
그림 1은 정상 구성에서 48V~ ± 12V 전원의 간략한 회로도입니다. 여기에서 제안된 기술을 구현하려면 그림 1에서 보듯이 커패시터 C3을 추가하고 다이오드 D2를 2차 권선의 저압측에서 고압측으로 이동하면서 2차 연결을 약간 섞어야 합니다. 또한 두 변압기 2차 권선이 더 이상 공통 연결을 공유하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 추가된 커패시터 C3 외에도 그림 1는 전기적으로 그림 1에 해당합니다.
그림 1 이중 출력 플라이백 공급 장치의 일반적인 구성(a), 표시된 대로 커패시터를 다시 구성하고 추가하면 교차 조정(b)이 개선됩니다.그림 2A는 Q1이 꺼져 있고 D1과 D2가 모두 전도되고 있을 때 회로의 상태를 보여줍니다. 이 상태 동안 변압기는 2차 권선을 통해 두 출력에 에너지를 공급합니다. C3는 +12V 출력과 병렬로 연결되어 동일한 전압 수준으로 충전된다는 것을 알 수 있습니다.
그림 2B는 Q1이 켜져 있고 D1과 D2는 모두 역방향 바이어스이며 꺼짐 상태일 때 회로의 상태를 보여줍니다. 이 상태 동안 에너지는 입력 전압에서 1차 권선이 충전될 때 변압기에 자기적으로 저장됩니다. 이 상태에서 두 2차측 권선의 권선 수가 동일한 한, C3의 전압은 그림 2B에 표시된 방정식에 설명된 대로 -12V 출력의 크기와 동일합니다. 회로가 이 두 상태를 번갈아 가면서 커패시터 C3은 전하 펌프 역할을 하여 두 출력 전압의 크기를 균형 있게 유지합니다. 이 충전 펌프 효과는 회로의 기생 요소로 인한 전압 불균형을 보상합니다. 두 2차 권선의 회전 횟수가 다르면 이 기법은 작동하지 않습니다.
그림 2 회로의 두 가지 상태: Q1 꺼짐, D1 및 D2 켜짐(a); Q1 켜짐, D1 및 D2 꺼짐(b).그림 3은 1차 및 2차 권선의 누설 인덕턴스를 모델링하는 시뮬레이션 회로도입니다. 전원 팁 #78에 자세히 나와 있듯이 이러한 누설 인덕턴스는 조정에 큰 차이를 만듭니다. 1차측의 누설 인덕턴스로 인해 1차측에 짧은 지속 시간의 전압 페디스털이 나타나고, 이는 2차측 권선으로 연결됩니다. 2차측 권선의 누설 인덕턴스는 두 출력 전압 간의 커플링을 저하시킵니다.
그림 3 누설 인덕턴스가 출력 전압 조정에 미치는 영향을 조사하기 위한 시뮬레이션 모델의 회로도.그림 4는 1A에서 +12V 출력과 10mA를 지원하는 -12V 출력을 로드할 때 출력 다이오드의 전압 및 전류 파형을 보여줍니다. 1µF 커패시터 C3를 추가하면 2개의 출력이 잘 커플링될 뿐만 아니라 1차측 권선에 대한 누출로 인해 발생하는 전압 페디스털의 효과를 필터링합니다. 다이오드 전압에서 작은 진동이 보다 가볍게 로드된 -12V 출력을 볼 수 있습니다. 이 진동은 커패시터 C3에서 공진하는 누설 인덕턴스로 인해 발생하며, -12V 출력 다이오드의 전도에서 위상 변동을 초래합니다. 전류 파형 모양은 -12V 전류가 +12V 2차측 권선 전류에서 감산되는 삼각 모양을 유지한다는 점에서 흥미롭습니다.
그림 4 출력 다이오드의 전압 및 전류 파형, +12V 출력은 1A로 로드되고 -12V는 10mA로 로드됨.그림 5의 그래프는 커패시터를 추가할 때 레귤레이션 영향을 보여줍니다. 여기에서는 커패시터를 추가한 경우와 추가하지 않은 경우의 두 출력에 대해 서로 다른 부하 조건으로 시뮬레이션을 표시합니다.
커패시터가 없으면 -12V 부하가 0으로 감소함에 따라 -12V 출력 전압이 크게 증가합니다. 커패시터를 사용하면 두 출력이 전체 부하 범위에서 3% 내에서 서로 추적합니다. 이러한 결과는 전원 팁 #78에 자세히 나와 있듯이 동기 정류기를 사용하여 얻은 결과와 비슷하지만 RMS 권선 전류가 증가했을 때의 페널티가 없고, 추가 비용이나 복잡성이 매우 낮기 때문입니다.
그림 5 시뮬레이션 결과는 단일 커패시터를 추가하면 교차 조정을 크게 개선하는 방법을 보여줍니다.결론적으로 기생 누설 인덕턴스가 다중 출력 전원 공급 장치에서 조정을 저하시킵니다. 동일한 크기의 듀얼 양극 및 음극 출력을 지원하는 전원 공급 장치에서 단일 커패시터를 추가하면 조정을 크게 개선할 수 있습니다.
출력 전압 크기가 다른 다중 출력 공급 장치에서 동기 정류기를 사용하는 것은 교차 조정 개선을 위한 가장 좋은 접근법일 것입니다.
다음에 듀얼 출력 전원 공급 장치를 설계할 때는 이 간단한 기술을 구현하여 설계의 성능을 개선하는 것을 고려해 보십시오.
전원 팁에 대한 자세한 내용은 Power House의 전원 팁 블로그 시리즈를 확인해 보십시오.
추가 리소스
- 비디오 "토폴로지 지침: 플라이백이란?" 시청하기
- 사양에 따라 올바른 절연 DC/DC 토폴로지를 선택하는 데 도움이 되는 TI의 플라이벅 및 플라이백 선택 툴을 다운로드하십시오.