DC/DC 컨버터 설계의 일반적인 실수와 해결법(IV)

DC/DC 컨버터 설계의 일반적인 실수와 해결법

 

Pradeep Shenoy and Anthony Fagnani

 

TEXAS INSTRUMENTS

 

*** 이 글은 구글 번역기를 돌린 것으로 원본은 정상이지만 번역상엔 오류가 가득할 수 있음 ***

 

 

 

 

IV. POOR INDUCTOR SELECTION

 

인덕터 선택은 컨버터 설계의 중요한 부분이다. 인덕터는 효율, 과도 응답 및 제어 루프 안정성에 영향을 미칩니다. 그림 7의 이미지는 부적절한 인덕터가 선택되었을 때 발생할 수있는 상황을 보여줍니다. 인덕터 전류 파형의 문제점을 확인할 수 있습니까?

 

 

 

인덕터 전류 파형은 그림 8과 비슷해야 합니다. 인덕터 전류는 스위치 간격 동안 일정한 기울기를 가져야 합니다. 그림 7의 인덕터 전류 파형은 피킹 파형을 나타냅니다. 이는 인덕터의 자기 코어가 포화 상태임을 나타냅니다. 코어가 포화되면, 그 투자율은 상당히 감소합니다. 인덕터의 유효 인덕턴스가 감소하기 때문에 스위치 간격 내에서 인덕터 전류의 기울기가 증가합니다.

 

 

일반적으로 인덕터 포화는 피해야 합니다. 변환기가 손상되어 조기 과전류 보호가 이루어지며 변환기의 출력 전류가 제한 될 수 있습니다. 그림 7에서 볼 수있는 정점은 페라이트와 같이 단단한 포화 자성 재료로 만들어지고 포화 전류 한도 이상에서 작동하는 인덕터에서 볼 수 있습니다. 부드러운 포화 프로필을 제공하는 다른 자심 재료는 이러한 상황에서 더욱 용인 할 수 있습니다. 또한 최악의 경우 인덕터 포화 프로필이 온도 및 설계에 따라 어떻게 변하는 지 확인하는 것이 좋습니다.

발생할 수있는 또 다른 바람직하지 않은 상황이 그림 9에 나와 있습니다. 이 경우 컨버터는 최대 정격 부하 전류의 10%에서만 동작하지만 인덕터는 매우 높은 온도 상승 (주위 온도보다 약 30 °C 상승)을 나타냅니다. 인덕터가 왜 뜨거워 지나요?

 

 

 

그림 9의 인덕터는 많은 양의 코어 손실이 있기 때문에 뜨겁습니다. 이것은 선택된 인덕턴스 값이 너무 낮기 때문에 발생합니다. 낮은 인덕턴스 값을 선택하면 매우 큰 peak-topeak 인덕터 전류 리플 (ΔIL)이 발생합니다. 커다란 전류 리플은 과도한 코어 손실을 초래할 수 있습니다. 코어 손실을 추정하기위한 단순화 된 방정식 (3)은 k0가 재료 상수이고 BPK가 피크 플럭 스윙인 경우입니다. 코어 손실은 인덕터 전류 리플이 증가함에 따라 대략 2차적으로 증가합니다. 좋은 설계가 그림 10에 나와 있습니다. 이 경우, 리플이 전체 부하 전류의 100 %를 초과하는 이전 사례와 달리 전류 리플은 전체 부하 전류의 30 %입니다.

 

 

 

 

일반적으로 인덕턴스 값은 전류 리플을 전체 부하 전류 레벨의 15 % ~ 40 %로 유지하도록 선택됩니다. MOSFET이 내장 된 컨버터의 경우 인덕턴스는 컨버터의 정격 IOUT을 사용하여 선택해야 합니다. 인덕터 선택을위한 좋은 출발점은 30 %입니다. 하기의 수학식 (4)에서, K의 값은 이 경우에 0.3이 될 것입니다.

 

 

 

인덕턴스 선택에는 유연성이 있습니다. 컨버터의 효율 그래프는 그림 11과 같이 선택된 인덕턴스를 기반으로 형상화 될 수 있습니다. 동일한 물리적 크기의 인덕터를 가정 할 때, 인덕턴스가 높으면 피크 효율이 증가하는 경향이 있습니다. 이는 전류 리플, 코어 손실 및 RMS 전류가 적기 때문입니다. 단점은 인덕터 DC 저항(DCR)이 증가하고 과도 응답이 느려지는 경향이 있다는 것입니다. 인덕턴스 값이 낮으면 DCR이 낮아 전체 부하 효율이 높아지며 인덕터 전류 슬루율이 빨라집니다.