부하를 뗀 개루프 플라이백

태그: 플라이백 보호

증상

피드백 없이 고정 듀티비로 동작하는 플라이백이, 시험 중이나 헐거워진 커넥터 때문에 부하가 떨어지면 출력을 평소보다 훨씬 높이 끌어올립니다. 출력 쪽 부품이 고장 나거나 1차 측 클램프가 과열됩니다.

원인

스위칭 주기마다 자화 인덕턴스에 에너지가 저장되고 출력으로 전달됩니다. 부하가 없으면 그 에너지가 출력 커패시터에 쌓이므로, 출력 전압은 주기마다 올라갑니다. 1차 측으로 반사된 출력 전압이 클램프 전압에 이르러서야 상승이 멈추고, 그때부터는 클램프가 대신 에너지를 받습니다 (무부하 출력 전압) [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 6 (Converter Circuits)]. 그러면 클램프가 입력 전력을 모두 소산합니다. TVS의 클램핑 전압(clamping voltage)은 1차 측 피크 전류와, 그 전력으로 올라간 온도에서의 값으로 잡으십시오. 항복 전압(breakdown voltage)이 온도에 따라 올라가므로 상한도 함께 올라갑니다 [STMicroelectronics 2022]. RCD 클램프에는 고정된 상한이 없습니다. 클램프 전압은 클램프가 받는 전력을 저항이 소산하는 값에서 자리 잡습니다. 이것이 RCD 클램프 전압의 바탕인 전력 평형이며 [Kollman 2024], 정상 동작에서 그 전력은 누설 에너지뿐입니다. 부하가 없으면 그 전력이 입력 전력 전부이므로, 클램프, 출력, 스위치의 전압이 모두 부하가 있을 때보다 훨씬 높이 올라갑니다.

클램프 도구의 예제에서 12 V인 출력은 부하가 없으면 TVS가 데워지기 전에 16 V까지 올라갑니다.

확인 방법

클램프 전압, 권선비, 다이오드 강하로 상한을 계산하고 (무부하 출력 전압), 출력 쪽 모든 부품의 정격과 비교하십시오. 벤치에서 부하를 떼는 시험은 그 부품들의 정격이 모두 상한보다 높고, 스위치의 정격이 입력 전압에 TVS 온도에서의 클램프 전압을 더한 값보다 높으며 (클램프가 도통하는 동안의 스위치 전압), 1차 측 클램프가 입력 전력 전부를 감당하는 정격의 TVS나 제너 다이오드(Zener diode)일 때만 하십시오. 그런 다음 출력이 상한을 향해 올라가는 것을 지켜보십시오. 입력 전압을 낮추면 클램프가 받는 전력은 줄지만, 상한은 피크 전류와 TVS 온도가 바뀌는 만큼만 조금 줄어듭니다.

해결

출력이 무부하 상태로 남지 않게 하십시오. 피드백으로 출력을 레귤레이션하거나, 컨버터에서 떨어질 수 없는 최소 부하를 두거나, 출력이 공급하는 부품의 정격보다 낮게 출력을 클램프하십시오. 1차 측 클램프가 무부하를 견뎌야 한다면 입력 전력 전부에 맞춰 정격을 정하십시오. RCD 클램프라면 클램프 점검 도구가 경고하듯이, 옆에 고정 전압 클램프를 더하거나 무부하에서 입력 전력을 제한해야 합니다.

참고 자료

• [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 6 (Converter Circuits)]: 플라이백과 그 변압기 모델(상한은 이 모델에서 나옵니다).
• [STMicroelectronics 2022]: 실제 전류에서의 TVS 클램핑 전압과, 온도와 함께 올라가는 항복 전압.
• [Kollman 2024]: 1차 측 클램프와, RCD 클램프의 전압과 손실의 관계.
• 스너버와 클램프와 상한을 계산하는 클램프 점검 도구.