DC-DC 컨버터의 병렬 연결 지침

소개

전력 시스템을 설계할 때 일반적으로 시동 및 정상 상태 조건에서 부하가 요구하는 출력 전력, 잡음 특성, 안정성 측면에서 다양한 하위 기능을 지정합니다. 전력 과도 상태 및 입력 전력 변동성과 그에 따라 적응하거나 대응하는 시스템의 능력을 관리하기 위한 명확한 규정과 요구 사항을 통해 전력 안정성을 보장해야 합니다. 크기, 무게, 비용, 신뢰성과 같은 추가 요소도 주요 고려 사항입니다.

이러한 사양을 충족하는 개념 설계를 개발할 때 엔지니어는 필요한 기능을 효율적으로 구현하기 위해 회사 또는 업계 내에서 재사용할 수 있는 기존 제품을 찾는 경우가 많습니다. 제품의 재사용을 추진하는 것은 주로 비용을 줄이고 개발 일정을 단축하며 위험을 최소화하려는 경영진의 목표에 따라 이루어집니다. 이 과정에서 설계자는 기존 DC-DC 컨버터가 필요한 전력 출력을 충족하지 못하는 상황에 직면할 수 있으며, 이는 여러 DC-DC 컨버터를 병렬로 연결하여 원하는 전력 레벨을 달성할 수 있는지에 대한 의문으로 이어집니다.

이 블로그에서는 DC-DC 컨버터를 병렬로 연결할 때 고려해야 할 사항과 제한 사항에 대해 설명합니다.

고려 사항

두 개 이상의 DC-DC 컨버터를 병렬로 연결하여 2배 또는 3배의 전력 감소를 달성할 수 있다는 것에 솔깃할 수 있습니다. 그러나 이후 설명에서 설명하겠지만 이 접근 방식은 간단하지 않으며 몇 가지 어려움이 따릅니다. 시스템 불안정성, 높은 리플, 인쇄 배선 기판(PWB)의 비효율적인 공간 사용과 같은 잠재적인 문제가 여러 컨버터를 병렬로 연결할 때 제공되는 이점보다 더 클 수 있습니다

가장 간단한 해결책은 부하를 분할할 수 있는지 여부를 평가하는 것입니다. 부하가 여러 장치로 구성된 경우 컨버터 출력을 병렬로 연결할 필요가 없을 수 있습니다. 대신 그림 1에 표시된 것처럼 부하의 특정 하위 세트에 전력을 공급하도록 각각의 컨버터를 할당할 수 있습니다.

그림 1: 여러 컨버터에서 여러 부하에 전력 구동 (이미지 출처: Ganmar Technologies)

부하 리턴이 일반적인 'Kelvin' 단일 점 스타 구성을 따르는지 확인합니다. 이를 통해 접지 루프의 위험을 최소화할 수 있지만 구체적인 권장 사항은 시스템 접지 설계 팀에 문의해야 합니다.

부하를 분할할 수 없는 경우, 더 복잡한 병렬 연결 전략을 사용해야 합니다. 대부분의 컨버터에서 피드백 신호는 부하에 연결된 출력에서 직접 샘플링됩니다. 이 피드백 노드는 루프 성능에 큰 영향을 미치고 불안정성을 초래할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 내부 피드백 루프의 작동과 이를 올바르게 통합하는 방법을 반드시 이해해야 합니다. 병렬 컨버터 간 동등한 전력 공유를 제어하고 보장하려면 추가 회로망이 필요합니다. 이를 설계하는 것은 복잡할 수 있지만, 많은 제조업체에서 이러한 계획을 구현하기 위한 문서와 지침을 제공합니다. 그러나 설계와 테스트는 여전히 어려울 수 있으므로 풍부한 지식과 경험을 갖춘 설계자가 있어야 합니다. 이러한 설계는 사용되는 특정 컨버터에 따라 달라지므로 이 블로그에서는 더 자세히 다루지 않겠습니다.

전류원 컨버터의 병렬 연결

그림 2는 2개의 컨버터를 병렬로 연결하기 위한 간소화된 모델을 보여줍니다. 컨버터가 전류원 역할을 수행할 경우 컨버터를 병렬로 연결하면 개별 전류의 합이 발생합니다.

그림 2: 병렬로 연결된 전류원 컨버터의 예시 모델 (이미지 출처: Ganmar Technologies)

GMR10DX 컨버터를 사용하는 병렬 연결

Ganmar Technologies의 GMR10Dx 계열 전력 컨버터는 출력이 전류원처럼 작동할 수 있는 토폴로지를 특징으로 합니다. 그림 3에서, 피드백 루프는 변압기의 1차측에 연결되어 출력 부하 회로망과 분리됩니다.

그림 3: GMR10Dx 토폴로지. (이미지 출처: Ganmar Technologies)

그림 4에 표시된 것처럼, 이러한 컨버터를 병렬로 연결하려면 최소한의 추가 회로망이 필요합니다(주로 드룹 저항기 포함). 드룹 저항기는 각 컨버터의 출력 전압 변동성을 수용하는 데 도움이 됩니다. 또한 GMR10DX 제품군을 사용할 때는 다른 출력에 최소한의 부하를 제공하여 올바르게 조절된 성능을 보장하는 것이 좋습니다. 또한 IC에 전력 공급 시, 표준 관행인 로컬 펄스 전류를 지원하기 위해 부하 지점에 22uF/25V MLCC 커패시터(X7R 또는 X5R)와 470uF/35V 탄탈룸 커패시터를 배치합니다. 과부하 시 부품 정격을 초과할 수 있으므로 열 관리에 유의하세요. 도움이 필요한 경우 Ganmar Technologies의 기술 지원팀을 통해 설계 문제를 해결할 수 있습니다.

그림 4: 더 많은 부하에 전력을 제공하기 위해 컨버터를 병렬로 연결 (이미지 출처: Ganmar Technologies)

기타 권장 사항

접지 관리는 시스템 엔지니어링 측면에서 매우 중요하지만 때에 따라 간과되기도 합니다. 정류된 AC 전류원(단상 또는 3상)에서 컨버터에 전력을 공급하는 경우, 1차측 리턴을 별도로 유지하는 것이 좋습니다.

결론

여러 DC-DC 컨버터를 사용하여 부하에 더 높은 시동 또는 바이어스 전력을 공급할 수 있습니다. 부하가 여러 개의 장치로 구성된 경우, 각 장치는 하나의 공통 리턴에 연결된 개별 컨버터로 전력을 공급받을 수 있습니다. 분할할 수 없는 부하의 경우 컨버터는 피드백 루프 안정성에 주의를 기울여 병렬로 연결해야 합니다. GMR10Dx 제품군은 최소한의 추가 부품으로 병렬 연결할 수 있으며, Ganmar Technologies는 응용 세부 사항에 대한 기술 지원을 제공합니다.