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디지털 전력 공급 장치의 절연 이유 및 방법 ②


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글/제이슨 두안(Jason Duan), 아나로그디바이스


디지털 절연기

그림 3은 디지털 절연기 솔루션을 구현하는 디지털 전력 공급 장치의 블록 다이어그램을 나타낸다. 듀얼 채널 디지털 절연기인 ADuM3210은 2차 측 컨트롤러인 ADP1051에서 1차 측 반 브리지 드라이버로 PWM 신호를 전송하는 데 사용된다.
복잡한 게이트 드라이브 변압기 설계에 비해, 디지털 절연기 솔루션은 크기가 작고 더 안정적이며 사용법 역시 간편하다. 이 솔루션에는 사용률 제한이나 포화 문제 역시 없다. 이 방식을 사용하면 PCB 공간을 50% 절약할 수 있기 때문에 높은 출력 밀도의 설계를 구현할 수 있다.

절연 게이트 드라이버


설계를 더 간단히 하려면, 통합 전기 절연 및 강력한 게이트 드라이브 성능을 갖춘 ADuM7223, 4A 절연 반 브리지 게이트 드라이버를 사용하면 된다. 이 제품을 사용하면 절연된 하이 사이드 및 로우 사이드 출력을 별도로 공급할 수 있다. 절연 게이트 드라이버 솔루션은 그림 4와 같다.
아래 그림 5에서 ADuM7223 절연 게이트 드라이버는 부트스트랩 게이트 드라이버로 구성되어 반 브리지를 구동한다. DBST는 외부 부트스트랩 다이오드이며, CBST는 외부 부트스트랩 커패시터다. 각 사이클 동안 로우 사이드 MOSFET Q2가 켜지면 VDD가 부트스트랩 다이오드를 통해 부트스트랩 커패시터를 충전한다. 전력 손실을 최소화하기 위해서는 낮은 순방향 전압 강하, 짧은 역회복 시간, 초고속 다이오드를 필요로 한다.

1차 측 제어


1차 측 제어의 경우 보조 절연 전원 공급 장치를 필요로 하지 않으며, 간소화된 전력 아키텍처를 사용하기 때문에 상대적으로 저렴한 애플리케이션에서 더 많이 사용된다. 절연 제어 경로에 따라 선형 광커플러, 표준 증폭기를 사용하는 일반 광커플러, 절연 증폭기 세 가지의 접근법을 설명한다.

선형 광커플러


디지털 전력 공급 장치에서의 출력 전압 절연은 보통 빠르고 정확한 절연 피드백을 필요로 한다. 광커플러는 보통 2차 측에서 1차 측으로 아날로그 신호를 전송할 때 사용되지만, 광커플러의 CTR이 온도에 따라 상당히 변하며 시간에 따라 성능도 저하된다. 그림 6은 TCET1100의 정상 CTR와 주변 온도의 관계를 보여 준다. 이 그래프에서 온도가 -25℃에서 +75℃로 변할 때 CTR의 변화율은 30%를 넘는다.
출력 전압을 전달하는 피드백 루프에서 일반 광커플러가 직접 사용될 경우, 출력 전압의 정확성을 담보하기가 매우 어렵다. 일반 광커플러는 오차 증폭기와 함께 사용해서 출력 전압 대신 보정 신호를 전송한다. ADP1051에는 이미 디지털 루프 보정이 칩에 내장되어 있기 때문에 보정 신호를 더 이상 필요로 하지 않는다. 보정 신호 문제를 피해 가는 한 가지 방법은 그림 7과 같이 선형 광커플러 솔루션을 사용해 출력 전압을 선형으로 전송하는 것이다. 그러나 선형 광커플러는 가격이 비싸기 때문에 사용자의 지출이 늘어나게 된다...(중략)

leekh@semiconnet.co.kr
(끝)
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