효율적인 USB PD 충전을 위한 스마트 파워 컨버터 설계디자인 ②

지난 글에서 언급했듯, 광범위한 가변 출력 전압은 파워 어댑터 디자인 측면의 복잡성에 기여하는 요소다. 특히 눈 여겨 볼 부분은 PWM 컨트롤러 자체에 전력을 공급하기 위한 VCC 전압 제어다.

일반적인 AC-DC 플라이백 컨버터 설계에서 컨버터의 중심에 있는 PWM 컨트롤러에는 일반적으로 15V에서 30V 사이의 VCC 전압이 필요하다. 이때 고전압 AC 소스로부터 컨트롤러에 전력을 공급하는 것은 비효율적이므로 변압기 보조 권선이 사용된다. 

이 보조 권선은 출력 전압의 배수에 해당하는 전압을 유도한다. 가령 출력 전압이 5V인 경우 권선은 컨트롤러에 전력을 공급하기 위해 출력 전압인 5배인 25V가 되도록 설계할 수 있다. 

USB PD에 필요한 가변 출력 전압을 처리할 때의 어려움으로는 출력 전압 범위가 3.3V에서 21V 사이인 경우 보조 권선 전압이 15V에서 105V 사이에 달하며 과도 전압(transient voltages)까지 고려하면 수치는 더 높아진다. 

물론 105V를 30V로 줄이기 위한 추가 제어가 없다면 IC는 결국 고장을 일으켜 효율이 낮아진다. 필요에 따라 PWM 컨트롤러가 VCC 전압 소스를 낮은 전압으로 전환하도록 두 번째 보조 권선을 추가할 수 있지만, 이는 변압기와 컨트롤 회로를 더욱 복잡하게 만든다.

NCP12601 PWM 컨트롤러는 먼저 12V에서 37V 사이의 광범위한 VCC 작동전압 범위 및 고유의 저손실 VCC 바이어스 기능을 통해 VCC 전압을 제어한다. 

저손실 VCC 바이어스 기능은 VCC 캐퍼시터를 HV 소스로부터 충전해 VCC 전압을 최소 작동 전압보다 높게 유지하지만, 이는 AC 입력의 밸리에서만 적용된다. 

따라서 다른 PWM 컨트롤러에서 사용돼 온 기존의 동적 자가 공급 기능에 비해 높은 효율성을 제공한다. NCP12601는 추가적인 제어 없이 VCC 전압 공급을 위해 한 개의 보조 권선만을 필요로 하는 USB PD 설계를 가능하게 하고, 효율적인 제어와 더불어 50mW보다 낮은 대기 전력을 소모한다. 

NCP12601은 PD/PPS 컨트롤러인 FUSB3307과 2차측에서 페어링 될 수 있다. NCP12601은 PD 3.0 디바이스의 폴리시 매니저 및 폴리시 엔진의 역할을 하는 완전 통합형 컨트롤러이며, 프로토콜과 PHY 레이어를 처리할 수 있다.

 NCP12601을 FUSB3307과 페어링하면 옵토-커플러 CATH 핀 전류가 제어되면서 1차측 컨트롤러에 피드백 전압을 공급한다. FUSB3307은 최신 PD 및 PPS 사양을 준수하는 풀 CC/CV 기능을 갖췄다. 

글: 제프리 로튼(Jefferay Lawton) / 제품 마케팅 엔지니어 / 온세미컨덕터