Brian King
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 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 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 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 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.
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.
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