전 부하 및 입력 전압 범위에서 효율을 최적화 시켜주는 스위칭 주파수 조절 방법

Joel Turchi, Senior Principal Applications Engineer
온세미컨덕터, 프랑스 툴루즈 지사
j.turchi@onsemi.com

서론
최근의 파워서플라이 설계에서는 환경에 대한 우려로 인해 효율에 관한 새로운 조건들이 만들어지고 있다. 한 예로, 80 PLUS initiative와 거기서 파생된 Bronze, Silver, Gold[1] 규격은 데스크탑 및 서버 제조업체들이 혁신적인 솔루션을 만들어 내도록 압박하는 요소이다. 중요한 포커스는 EMI 필터 다음단에 연결된 PFC(Power Factor Correction) 단인데 이 PFC 단은 낮은 입력 전압, 풀 부하에서 출력 전력의 5% 내지 8%를 소모한다.

그러나 관련된 소자들은 설계된 최대 전력에서 영구히 동작하는 것이 아니라 짧은 시간 동안만 그러한 전력에서 동작한다. 그러므로 전력을 효과적으로 절약하기 위해서 “친환경 요건”은 풀 부하 효율 만을 대상으로 하지 않는다. 대신, 이들은 평균 효율 또는 예를 들어 풀 부하의 20%, 50%, 100% 같은 서로 다른 부항 조건 상황에서의 효율 비율에 대해서 최소 레벨을 지정함으로써 실제 동작 환경에 대응하는 경향이 있다.

따라서 부하가 중간 또는 낮을 때의 효율이 해결해야 될 중요 포인트가 되었다. 이러한 조건에서는 스위칭 주파수를 낮춰서 손실을 줄이는 것이 많이 이용되는 방법이다. 이 솔루션은 전력 레벨이 매우 낮을 때에는 극히 효율적이지만 중간 레벨의 전력에서는 조심스럽게 구현되어야 한다. 이 글에서는 최적의 성능을 위해서 스위칭 주파수를 어떻게 관리해야 하는지를 분명히 하기 위한 것이다. 또한 CCFF(Current Controlled Frequency Fold-back) 기법의 원리에 대한 밑그림을 그려준다. 이 새로운 솔루션은 적정 레벨로 평균화된 저 부하 효율을 위해 스위칭 주파수를 조절하는데 큰 도움이 된다.