DC/DC 컨버터 설계의 일반적인 실수와 해결법(II)

DC/DC 컨버터 설계의 일반적인 실수와 해결법

 

Pradeep Shenoy and Anthony Fagnani

 

TEXAS INSTRUMENTS

 

*** 이 글은 구글 번역기를 돌린 것으로 번역에 오류가 가득할 수 있음 ***

 

 

 

 

II. MINIMUM ON-TIME VIOLATION

 

벅 컨버터를 설계 할 때, 스위칭 주파수(fSW)를 선택하는 것은 일반적으로 첫 번째 설계 선택 사항 중 하나입니다. fSW는 입력 전압, 출력 전압 및 벅 컨버터 IC의 기타 사양에 따라 선택됩니다. 그림 3은 정상 동작 시 벅 컨버터의 VSW 및 VOUT 리플의 예를 보여줍니다. 컨버터는 VIN = 11V, VOUT = 1.2V, IOUT = 0A, fSW = 1.2MHz 및 강제 연속 도통 모드(FCCM)로 동작합니다. 그림 4에서 VIN은 12V로 증가하고 VOUT 리플이 증가합니다. 왜 VOUT 리플이 증가합니까?

 

 

 

 

 

 

이 파형에서 증가된 출력 전압 리플은 벅 컨버터 IC의 최소 온 타임을 위반한 결과입니다. 방정식(1)은 컨버터의 정시를 추정하는 간단한 방정식입니다. 이 방정식은 단순화를 위해 컨버터의 손실을 무시합니다. 하중이 없으면 손실이 적으므로 이 방정식은 무부하에 대한 정확한 추정치입니다. 출력이 로드되고 컨버터에서 더 많은 손실이 발생하면 온 타임이 증가합니다. VIN = 12V, VOUT = 1.2V 및 fSW = 1.2MHz에 대해 계산 된 온 타임은 83ns 입니다. 추정 된 온 타임은 컨버터에 대한 최소 90ns의 최소 온 타임보다 낮습니다 [3].

 

 

 

이 예에서 사용 된 변환기는 고정 주파수 변환기입니다. 요구되는 온 타임이 최소 온 타임보다 작으면 컨버터는 스위칭 펄스를 스킵하여 VOUT을 레귤 레이트합니다. 이 컨버터는 VOUT을 목표 안정화 전압 이상으로 충전하는 일련의 90ns 최소 온 타임 펄스를 출력합니다. 제어 루프는 과도하게 충전된 VOUT에 스킵된 펄스로 응답하여 VOUT을 올바른 DC 전압으로 레귤 레이트합니다. 다른 변환기는 최소 정시 시간을 위반할 때 다르게 응답 할 수 있습니다. 예를 들어, fSW가 감소하기 시작하거나 VOUT이 더 높은 전압으로 레귤 레이트 될 수 있습니다.
최소 온 타임과 관련된 잠재적 문제를 피하기 위해 데이터 시트에 나와있는 최대 입력 전압과 최대 최소 온 타임을 고려하여 스위칭 주파수를 선택해야 합니다. 최소 온 타임은 일반적으로 온도, 출력 전류 및 부품에 따라 다르므로 최대 최소 온 타임을 사용해야 합니다. 그림 5는 온도와 부하에 따라 최소 온 타임이 어떻게 변하는지 보여주는 예입니다 [3]. 일반적으로 데이터 시트의 전기적 사양에는 최대 최소 온 시간에 대한 수치가 나와 있습니다. 이 숫자를 사용하는 것이 가장 보수적인 방법입니다.
최대 최소 온 타임을 찾았으면 식 (2)를 사용하여 최대 fSW를 계산할 수 있습니다. 이 예제에서 사용되는 부분은 130ns의 최대 최소 온 타임 [3]으로 지정됩니다. 이 예에서 VIN 및 VOUT과 함께 이 값을 사용하면 fSW를 769kHz 미만으로 설정하여 항상 펄스 건너 뛰기를 방지해야합니다.

 

 

 

 

최소 온 타임 위반은 출력 전압 리플 증가의 유일한 원인은 아닙니다. 예를 들어, 불안정한 제어 루프 또는 열악한 PCB 레이아웃이 다른 가능한 원인입니다. 이러한 여러 가지 원인 중 일부는 이 백서의 뒷부분에서 논의 될 것입니다.