M5 · 플라이백 전압과 1차 측 클램프

목표

플라이백의 스위치와 출력 다이오드에 걸리는 전압을 계산하고, 스위치 전압을 시뮬레이터에서 확인합니다.
누설 인덕턴스(leakage inductance)를 더해 클램프(clamp)가 왜 필요한지 봅니다.
스위치 정격에 여유를 남기는 RCD 또는 TVS 클램프를 정하고, 그 대가를 손실과 무부하 때 허용하는 출력 전압으로 밝힙니다.

시작하기 전에

플라이백 컨버터, 누설 인덕턴스, 스너버와 클램프를 읽습니다.
권선비는 1: $n$ 이고 $n$ 은 2차 턴 수를 1차 턴 수로 나눈 값이므로, 1차 측에는 출력이 $n$ 으로 나뉘어 보입니다.

단계

1. 이상적인 플라이백의 전압

CCM 플라이백 예제는 $V_g$ = 48 V, $n$ = 0.25, $D$ = 0.4입니다. 출력 전압, 스위치가 꺼져 있는 동안 스위치에 걸리는 전압 (꺼져 있을 때의 스위치 전압), 그리고 스위치가 켜져 있는 동안 출력 다이오드의 역전압 (다이오드 역전압)을 계산합니다. 두 전압을 아래에 입력합니다.

2. 시뮬레이터로 확인

시뮬레이터에서 예제를 열고, 차트 아래 표의 스위치 전압을 계산한 값과 비교합니다.

▶ 시뮬레이터에서 열기: 플라이백
초기값을 가져온 예제 flyback-ccm

시뮬레이터의 변압기에는 누설 인덕턴스가 없으므로, 턴오프 때 스위치 전압에 스파이크가 없고 곧바로 입력 전압과 반사 전압(reflected voltage)의 합으로 올라갑니다.

3. 반사 전압

누설이 있으면 스위치가 꺼질 때 누설 인덕턴스가 여전히 피크 1차 전류를 흘리고, 클램프가 제한할 때까지 드레인을 입력 전압과 반사 전압의 합 위로 밀어 올립니다 [Kollman 2024]. 클램프 예제는 같은 종류의 플라이백을 더 높은 입력 전압에서 동작시킵니다. 그 반사 전압(반사 전압)을 계산합니다. 어떤 클램프든 이보다 높은 전압을 유지해야 합니다.

4. RCD 클램프

RCD 예제로 클램프 점검 도구를 엽니다.

▶ 클램프 점검에서 열기: RCD 1차 측 클램프를 쓰는 플라이백 예제
초기값을 가져온 예제 clamp-rcd

도구가 계산한 스위치 전압을 아래에 입력합니다. 스위치 정격 150 V에 대한 여유가 거의 없습니다. 여유가 정격의 10분의 1 이상이 될 때까지 저항을 바꾸고, 그 값에서의 클램프 손실을 적어 둡니다. 클램프는 전압과 손실을 맞바꿉니다 [Kollman 2024].

5. TVS 클램프와 무부하

같은 동작점의 TVS 예제를 엽니다.

▶ 클램프 점검에서 열기: TVS 1차 측 클램프를 쓰는 플라이백 예제
초기값을 가져온 예제 clamp-tvs

클램프 전압, 손실, 그리고 부하가 없을 때 허용하는 출력 전압 (클램프가 정하는 출력 전압 상한)을 적습니다. 그 상한을 아래에 입력하고, 도구가 경고하는 RCD 클램프의 무부하 동작과 비교합니다.

완료 기준

누설이 없을 때, CCM 플라이백 예제에서 꺼져 있는 스위치에 걸리는 전압.
내 값 (V)
예제의 값 보기
80 V (출처 flyback-ccm: CCM 플라이백 예제, 이상적 다이오드)
스위치가 켜져 있는 동안 출력 다이오드의 역전압.
내 값 (V)
예제의 값 보기
20 V (출처 flyback-ccm: CCM 플라이백 예제, 이상적 다이오드)
클램프 예제의 반사 전압 $V_\mathrm{OR}$ .
내 값 (V)
예제의 값 보기
50 V (출처 clamp-rcd: RCD 1차 측 클램프를 쓰는 플라이백 예제)
RCD 예제의 클램프로 제한된 스위치 전압.
내 값 (V)
예제의 값 보기
147 V (출처 clamp-rcd: RCD 1차 측 클램프를 쓰는 플라이백 예제)
정격의 10분의 1 이상을 여유로 남기는 RCD 저항과 그 클램프 손실.
TVS 클램프가 부하 없이 허용하는 출력 전압.
내 값 (V)
예제의 값 보기
16 V (출처 clamp-tvs: TVS 1차 측 클램프를 쓰는 플라이백 예제)

체크 표시는 이 브라우저에만 저장됩니다. 계정이 필요 없고 아무것도 전송되지 않습니다.

주의할 점

반사 전압에는 다이오드 전압 강하가 들어갑니다. 1차 측에는 출력 전압에 강하를 더한 값을 $n$ 으로 나눈 전압이 걸립니다.
반사 전압에 가까운 클램프 전압은 스위치에는 안전해 보이지만, 누설 전류의 리셋이 오래 걸리고 클램프가 누설 에너지보다 훨씬 많은 에너지를 흡수합니다 [Kollman 2024]. 리셋이 한 주기 전체를 차지하면 도구가 경고합니다.
가장 높은 입력 전압과 가장 큰 피크 전류가 동시에 일어나지 않더라도 둘을 함께 놓고 스위치를 확인합니다. 보수적인 방법입니다.
RCD 클램프는 출력이 전력을 가져가는 동안에만 그 전압을 유지합니다. 부하가 없으면 저항이 모든 에너지를 소산해야 하므로 전압이 모두 여기서 계산한 값보다 훨씬 높이 올라갑니다(클램프 점검의 부하가 없을 때의 출력 전압).

더 알아보기

기술 기사 Snubbing the flyback converter (SSZTCV6) — R. Kollman, Texas Instruments · 확인일 2026-09-24
플라이백의 누설 인덕턴스가 스위치 전압을 반사 전압보다 높이 밀어 올리는 과정, 그리고 클램프 전압과 클램프 손실 사이의 트레이드오프.
도서 챕터 Converter Circuits (Ch. 6) — R. W. Erickson, D. Maksimović · 확인일 2026-09-23
기본 토폴로지 사이의 관계와, 플라이백·포워드를 포함한 변압기 절연형 컨버터.

퀴즈

$n$ = 0.5(1:0.5)인 플라이백이 전압 강하 0.5 V인 다이오드를 거쳐 12 V를 냅니다. 반사 전압은 얼마입니까?
1. 6.25 V
2. 24 V
3. 25 V
4. 12.5 V
정답과 해설
정답: C 1차 측에는 출력 전압에 다이오드 강하를 더한 값을 $n$ 으로 나눈 전압이 걸립니다. 12.5 V를 0.5로 나누면 25 V입니다.
같은 플라이백이 100 V에서 동작합니다. 누설이 없을 때, 꺼져 있는 스위치에 걸리는 전압은 얼마입니까?
1. 100 V
2. 125 V
3. 75 V
4. 112 V
정답과 해설
정답: B 입력 전압에 반사 전압을 더한 값: 100 V + 25 V입니다.
스위치가 켜져 있는 동안 그 출력 다이오드에 걸리는 역전압은 얼마입니까?
1. 62 V
2. 50 V
3. 12 V
4. 112 V
정답과 해설
정답: A 2차 측에는 입력의 $n$ 배인 50 V가 걸리고, 이것이 12 V 출력과 직렬이므로 62 V입니다.
RCD 클램프의 저항을 크게 하면 어떻게 됩니까?
1. 클램프 전압이 오르고 클램프 손실이 줄어듭니다
2. 클램프 전압이 내리고 클램프 손실이 줄어듭니다
3. 클램프 전압이 오르고 클램프 손실이 늘어납니다
4. 아무 일도 없습니다: 커패시터가 클램프 전압을 정합니다
정답과 해설
정답: A 클램프 전압은 클램프가 흡수한 전력을 저항이 소산하는 값에서 자리 잡습니다. 저항이 크면 더 높은 전압이 필요하고, 반사 전압보다 더 높은 클램프 전압은 흡수하는 에너지가 적습니다.
클램프 전압이 반사 전압보다 높아야 하는 이유는 무엇입니까?
1. 그렇지 않으면 스위치가 꺼지지 않습니다
2. 그렇지 않으면 출력 다이오드가 도통할 때마다 클램프도 도통해 출력으로 갈 에너지를 가져갑니다
3. 그렇지 않으면 출력 다이오드가 항복합니다
4. 그럴 필요가 없습니다: 어떤 클램프 전압도 동작합니다
정답과 해설
정답: B 출력 다이오드가 도통하는 동안 1차 측 전압은 반사 전압과 같습니다. 그보다 낮은 클램프는 변압기의 출력 경로와 병렬로 도통합니다.
RCD 클램프를 쓰는 플라이백의 부하가 끊깁니다. 클램프 전압은 어떻게 됩니까?
1. 그대로입니다
2. 반사 전압으로 떨어집니다
3. 저항이 입력 전력 전부를 소산해야 하므로 설계값보다 훨씬 높이 올라갑니다
4. 0으로 떨어집니다
정답과 해설
정답: C 부하가 없으면 컨버터가 받아들인 에너지가 모두 클램프로 갑니다. RCD 클램프의 전압은 저항이 이를 소산할 때까지 오르고, 출력과 스위치 전압도 함께 오릅니다.

이 사이트의 예제, 프리셋, 연습 문제에 나오는 수치는 교육용으로 만든 어림수(합성 값)이며, 실제 설계의 데이터가 아닙니다.