전력 밀도를 제한하는 요소: 스위칭 손실

스위칭 주파수를 높이면 전력 밀도가 증가할 수 있지만 현재의 전력 컨버터가 일반적으로 메가헤르츠 범위 이상으로 스위칭하지 않는 이유가 있습니다. 스위칭 주파수를 높이면 스위칭 손실 증가 및 주변 온도 증가라는 원치 않는 부작용이 발생합니다. 이는 몇 가지 주요한 스위칭 손실에 의한 것입니다.

이러한 스위칭 손실을 파악하려면 먼저 일부 업계 명명법을 적용하는 것이 중요합니다. 반도체 장치에서 해당 장치와 연관된 전하의 양은 일반적으로 온 상태 저항과 관련이 있습니다. 저항이 낮아지면 게이트 전하와 기생 커패시턴스가 높아집니다. 이 저항과 전하 사이의 상충 관계는 RQ FoM으로 수량화되며, 작동 전압에서 장치를 스위칭하기 위해 단자에 공급되어야 하는 총 전하에 장치의 온 저항을 곱한 것으로 정의됩니다. 추가로 목표 저항을 달성하기 위해 장치가 차지하는 영역의 크기를 영역 저항(Rsp)이라 합니다. MOSFET(금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터)의 온 상태 저항(R_DS(on))을 줄여 전도 손실을 줄일 수 있습니다. 하지만 온 상태 저항을 줄이면 장치의 스위칭 관련 손실이 증가하고 전반적인 다이 영역과 비용이 증가합니다.

구현 및 적용 제품에 따라 전체 전력의 스위칭 손실 차이로 인한 영향은 다를 수 있습니다. 각 유형의 손실에 관한 자세한 내용은 애플리케이션 메모 동기 벅 컨버터에 대한 공통 소스 인덕턴스를 고려한 전원 손실 계산을 참조하세요. 본 문서의 목적에 따라 벅 컨버터 예시를 살펴보고 각 손실 부품과 연관된 주요 제한 요소를 자세히 살펴보겠습니다.