アクティブクランプ・フライバック・ トポロジを使用する

アクティブクランプ・フライバック・

トポロジをするAC/DC

TND6279JP/D

Rev. 5, OCTOBER − 2021

アクティブクランプ・フラ イバック・トポロジを

する AC/DC

Prepared by: Ajay Hari

Applications Manager Bryan McCoy

Applications Engineer

：

では、アクティブクランプ・フライバック・

トポロジの と、そのおよびを します。また、さまざまなにするよう に、のや を!"する#

$についても%&します。さらに、アクティブクラ ンプ・フライバック・トポロジの

AC/DC

'を() するステップ*+の,$も-.します。/0に、

65 W

の1234アクティブクランプ・フライバック

・ボードの67を89します。

はじめに

のはしいものではありません｡

これはとの

DC/DC におけるた

るトレンドです。、

AC/DC のはこのト

レンドのをけません。これにはに

3

つの

があります。150 kHzの、EMIは

にではありません。したがって、EMIの が150 kHzになるようにはスイッ チングをします。トランスのコアに

!される"#は、$%&でけられる

ペースに)できていませんでした。その!

"、*#(650 V

+)スイッチはごく$%ま で、,&-(Figure of Merit、FoM)が./0でし た。$1の2は、しいゼロスイッチング

(ZVS)

により5'できます。この6は

EMI を

78に92します。および(:のワイドバンド キャップ$%&デバイスをAめ、

FET

の)*

により、しい*#トポロジが+DなEFを,じる ようになりました。このようなトポロジの

1

つが、

アクティブクランプ・フライバック

(ACF)

です。

ACF

は

1990

L!$ば

[1]

-、./に0するよう になりました。ただし、8MくN1されてきたわけ ではなく、OPをQめてきたのは234のRない5

6のみでした。この ACF

トポロジはS27Tに89 されているエネルギーをスナバZ:で;<する!わ りに､そのエネルギーを>1してZVSを[?します。

アクティブクランプの"\によって2じる]は、

S27Tに@^するスパイクがないので、`の)A abBよりCcな

EMI

をDOする!"になります。

RCD

スナバをd1するefEなフライバック・トポ ロジは、g

F

と

h

の

G

でに

D

しまし た。ACFはgFにHするIJをKLするとiMに、

EMIをNします。

OはのセクションでPOされます。

•

アクティブクランプ・フライバック"\のQm

• ^ACF

におけるRSTMのgFとnUM;<hの

•

oJ

^NCP1568

のQmと、このV#がRSTMのgFに

HするoJをKLするB

• ACFのトランスWにHpする56Mの6

• ¹ Xqと 2 Xqの#WにHするYZr[ ^。

• \アクティブクランプ・フライバック・ボ

ードの,&データ

Figure 1. Simplified Active Clamp Flyback

!"#$

u]vでのACFトポロジの"\は、2#^のモー ドに0^できます。エネルギー89モードとxy hz_モードです。

A.

エネルギー:;モード

エネルギー89モードでの"\は、`aEなフラ イバック"\に{ています。メインFETがオンにな ったMGで、エネルギーがトランス~に89されま す。2Xqのダイオードにbバイアスが€される ため、hは‚cされません。

ACF

のƒdは に、ef%モード

(CCM)

で"\します。„h と…hのHpは、X6で?できます。

V

_out

+ V

_in

@ N

_S

N

_P

@ D

1 * D (eq. 1)

ここで、

D

はデューティサイクル、

N _S /N _P

はˆghで す。

(A) (B)

(C) (D)

Figure 2. Operating States of Active-Clamp Flyback (A) Energy Storage Mode.

(B) Transition from Energy Storage Mode to Resonant Power Delivery Mode.

(C) Resonant Power Delivery Mode.

(D) Transition from Resonant Power Delivery Mode to Energy Storage Mode.

Figure 2にiすフライバック・トランスは、jれイ

ンダクタンス

L leak

とƒインダクタンス

L mag

をAむ ようにモデルƒされており、‰トランスはklの ボックス~にiされています。このモデルをd1 して、アクティブクランプ・フライバックにd„す るさまざまなdをŠ

iします。 1 Xqxy d ( m )

、ƒd

( nl )

、

2 Xqd ( o )

です。メイン

FET

にd„するdはƒdの+り‹pであり、

り‹pはqrƒのEでŒiしています。

B.

エネルギー:;モードから<= >?モードへ の@Aエネルギー89モードのsMに、メイン

FET

が オフになります。トランスの

1 Xqにd„している dはŽきfきdれ、メイン FET

の…h4を

します。スイッチノードのが+tしてクランプ コンデンサのを+ZったMGで、スイッチノー ドのはアクティブクランプ

FET

のボディダイオ ードにu’バイアスを€します。このMGでア クティブクランプ

FET

はアクティブになり､

ZVS

がオ ンになります。このvwの“fMxはyいので、ラ ンプコンデンサのはg]でモデルƒできます。

X6で?できます。

T

_charge

+ C

_lump

@ ǒ V

_in

) V

_clamp

Ǔ

I

_m(peak)

(eq. 2)

アクティブクランプ・コンデンサのは、X6 で?できます。

V

_clamp

+ V

_in

@ D

1 * D (eq. 3)

C.

<= >?モード

T charge

のsMにアクティブクランプ

FET

がアクテ

ィブになると､xyhz_モードがz”されます｡

xyhz_モードのx、

2 Xqダイオード /FET

が

%し、STにhをz_します。このモードの

x、jれインダクタンスはクランプコンデンサとの {みわせでxyをz”します。

xyはX6で?できます。

F

_res

+ 1

2p Ǹ L

_leak

C

_clamp

^{(eq. 4)}

d„するxydはX6で?できます。

I

res

+ I

m

cos(wt) (eq. 5)

1 Xqxydとƒdの•0が 2 Xqにd„し

ます。ƒdは、

1 Xqdから 2 Xqdとˆg hの9を•しŽくと|–にqrƒできます。

ƒdはX6で?できます。

I

_clamp

+ V

_clamp

@ T

_off

L

mag

(eq. 6)

ACFトポロジ~

のƒdはにCCMの]vで

す。

2 Xqdが 0

になっても、つまり

2 Xqdが

.efになり、i}~d—がシャットオフされた でも、ƒdは˜ず

1 X

qでパスを

つけま

す。そのは、クランプ

FET

をしたことにあ ります。

ACF

~のƒdは、t-トポロジの のインダクタdに{た"\をします。r[、ア クティブクランプ・フライバックの

1 Xqは、…h

コンデンサとして"\するクランプコンデンサをN

1したi}6t-に{ています。

D.

<= >?モードからエネルギー:;モードへ の@Aスイッチング}xの$™に、アクティブクランプ はオフになります。この!"、

2 Xqへのhz_

のsプロセスがz”されます。ƒインダクタン スがŽきfき…hにクランプされているx、jれイ ンダクタンスはスイッチノードにšfされているラ ンプコンデンサとでxyタンクを]Oし、このxy タンクがリンギングによるNRをz”します。スイ ッチノードにšfされている4がœにžでき るように、jれインダクタに89されているエネル ギーは、スイッチノードのランプコンデンサに89 されているエネルギーを+Zる˜があります。

L

_leak

I

²_pri

u C

_lump

V

²_SW

(eq. 7)

スイッチノードのは„hにŸじて+t し、その!"、ランプ

(lump)

4~に89されてい るエネルギーもž€g]]で します。したがっ て、

ZVS

の[?に˜なjれインダクタンスがかな りくなる¡&,があります。jれが7きく、43

Mのばらつきをに2¢できるトランスを56す

るには、コストが 7しより‚になります。

1

つ の!ƒ„はxyインダクタをすることです。

ただし、このは&9が するほか、gFEな xyインダクタの56は、コストに£¤なアプリケ ーションでは[?が¦…になりがちです。

Figure 3. Leakage Inductance Needed to Achieve ZVS for a Universal Input

Figure 4にiすように、jれインダクタンスとラン

プ4の{みわせによるxyがバレー(の

G)にDするのは、xy}xの1/4§Gです。したが

って、X6のようになります。

T

_dis1

+ p

2 Ǹ L

_leak

C

_lump

(eq. 8) V

_valley

+ I

_mag(peak)

L

_leak

C

_lump

Ǹ ^{(eq. 9)}

クランプFETをオフにすると、2Xqdが0に’

かってN†するプロセスがz”され、このN†レー トはjれインダクタンスによってLまります。2X qdが

0

にDしたMGで、ƒインダクタンスが …hへのクランプをK‡されます。ƒdのバレ ーがSになるようにƒインダクタンスをW¨する

、

T dis1

がˆ‰した™に

1 Xqでƒdのd„が

”まり、

T dis2

のMGでスイッチノードにšfされて いるランプコンデンサのTをグランドにžしま す。

T

_dis2

+ C

_lump

V

_SW

* V

_valley

I

_valley

(eq. 10)

このŠxに

1 Xqのメインスイッチがオンになる

と、メインスイッチが

ZVS

を[?します。jれイン ダクタンスとSのƒdを{みわせてd1する この6を、

Figure 4

に‹Œにiします。

Figure 4. Zoomed Waveforms Illustrating ZVS of Main FET I

mag

I

sec

0 A V

sw

T

dis 1

T

dis 2

I

_valley

V

valley

Figure 5. ACF Magnetizing Current Fixed Frequency vs. Frequency Modulation E.

BCDEF

©したように、

ACF

~のƒdはに

CCM

で

"\するので、RSTやnU]vであってもƒ

dはŽfEに+tと-をりし、のhª

«が‘2する!"になります。さらに、$+なシス テム,&をDOするEで、%ª«をNするた めに、スイッチノードにšfされているランプコン デンサのžに˜なSのバレーƒdを$­®

に’“する˜があります。したがって、STがN Rし、„hが+tすると、Sのƒdを$­

®に’“するEで、"\をくする˜が

2じます。 ZVS

を[?するのに˜なSのdは

、

600 V

のスーパージャンクション

FET

の

−0.3 A

©™の®です。

GaN

などバンドギャップがM いデバイスの、

“に C _oss

がよりくなるた め、このdを­さくすることができます。

NCP1568

は、

ZVS

を[?しながらSのバレーd を$+ƒするために、”の¯•6を[–

しています。

%&の()と+,&-.の

CoC Tier IIおよびDoEのエネルギーgFにHする*

はであり、 10% STやnU]vのでも

°れたgFをします。±えば、

65 W USB Pd

ア ダプタがな

CoC Tier II をたすには、nU ]vで;<hを 75 mW にする

˜がありま す。—のST]vのときに°れたgFを[?す る¯•は、RSTやnU]vのときに}を

yくすることになります。

nU]vつまり˜ST]vのとき、ƒdは

}Eに 7とNRをりし²³dは0になりま

す。ZVS"\ではあっても、DCMで"\している`

aEなフライバックにhべ、この?™によって%

ª«とコアª«が します。さらに、ZVSがオン になっていても、ハードスイッチング

DCM

"\の よりスイッチングª«が7きくなります。ƒ

dが CCM ]vにあるは、フォールドバッ

クを[–できないからです。

し た が っ て 、オ ン セ ミの

$ PWM Ic

で あ る

NCP1568

は、š9

AC/DC

アクティブクランプ・フ ライバック・コントローラとして、アクティブクラ ンプ・フライバック・モードから

DCM

フライバック へのvwオプションを[–しています。

A. DCM

アクティブクランプ

FET

をオフにDりƒえるB で、

ACF

トポロジを`aEなフライバック・トポロ ジに¯›できます。アクティブクランプFETのボデ ィダイオードは、RCDクランプの｢D｣(ダイオード)と して"\します。`aEなフライバックにhべて、

“にクランプコンデンサがかなり7きいこと、ま たクランプFETのボディダイオードのž,が、`a

Eなフライバックで“Eにd1する\Ÿ~d—

のž,と なることに¡¶してください。このMG で、は¢£な

ZVS

"\が«われ、RSTMの

ƒdは

DCM

"\に„ります。STが­さくなる と、さらにフォールドバックを%„できるた め、˜STまたはnU]vのときにコンバータは·

々にバーストモードにw¤します。

Figure 6

に

DCM

フライバック]をiします。

*サイクルで、ƒdが

0

に¸っていることがわ かります。さらに、トランスが;されたMGで

SW

ノードはリンギングをz”します。

Figure 6. DCM Operation Waveforms Main Gate

I

mag

V

_sw

DCM"\の、°れたRSTgFを[?するた

めに、フォールドバック6を[–できます。この フォールドバックは、の¥gEフォールドバ ック、¦¥gEフォールドバック、または¹§の{

みわせで[?できます。"\をNするた めに、はピークdを$­®に2します。

"\では、スイッチングª«をい®に’“

し、hz_が˜なときにメイン

FET

をオンにし ます。ただし、¡¨©»での"\をª«する ために、25 kHzのクランプを[–する˜が あります。

Figure 7. Turning ACF Topology into DCM Flyback

B.

2G;アクティブクランプ・フライバック・コン トローラ、

NCP1568

の

Figure 8. NCP1568 Pinout 1

2

4 5 6 7 8

16 15 14

12 11 10 9 HV

FLT RT

CS DTH

ADRV SW

VCC LDRV GND FB

NC

ATH 3 NC

13 NC NC NCP1568

NCP1568[2]

はアクティブクランプ・フライバック

・トポロジを[–するEで56された、š9

AC/DC PWM

コントローラです。

NCP1568

は

700 V

の スタートアップZ

:、 1

¼の

2A

ローサイドドライ バ、アクティブクランプ

FET

を¬"する

1

¼の

5 V

ロ ジックレベルドライバを¾­しています｡また､この

IC

は

700 V

の

JFET ˆで ZVS

を¥šセンスするU&

にえ、eの¿®U&もÀえています｡NCP1568 は､AC/DCアダプタ、31、テレコム、¯°、

hが±なÁとなる`のアプリケーション

など、²な1³に+しています。

NCP1568

は、パルス8¯•

(PWM)

’けにピーク

dモード2¢アーキテクチャを[–しています。ピ

ークdモード2¢によりループ´Ãが|µƒさ れ、シンプルな

Type II ´ÃZ :を[?できま

す。h¶Eシンプルな´Ã6により､`aEな モード2¢にhべて､よりMいÄÅ8を[?でき ます｡さらに、·Eな,·としてd2をDO するとiMに、ラインフィードフォワードもŠz し、°れたライン‰¸Ÿ¹がÆられます。ただし、

ピークdモード2¢は、デューティhが

50%

を+

Zるに•‘yのをけやすくなりま す。•‘yのžÇは、ºいパルス8とMいパル ス8がÈÉに0することです。•‘yをª«

するために、

NCP1568

はのスロープ´ÃU&も

¾­しています。

NCP1568

はさまざまなライン»ÁやST»Áでも

gFを$+ƒできるよう、マルチモード"\をN1 しています。 に"\モードをiします。

•

¡¯でのアクティブクランプ"\

• ^ACF

モードから

DCM

モードへのw¤、およびその

bへのw¤

•

フォールドバックU&をN1した.ef%

• モード

スキップモード

｢¯•｣セクションで¼°したように¢£な ACF

モードでは、

NCP1568

はSのバレーdを$+

ƒしながら

ZVS

を[?するために、¡¯"\

を[–しています。

ATH(ACF

スレッショルド

)

およ びDTH(DCMスレッショルド)のとフィードバッ クをh¶するBで、マルチモード"\を[?して います。FBがDTHよりい、このパー ツはFigure 9にiすように、¦¥gEにDCM"\に

w¤します。さらに、STがすると、ピーク dを’“したまま、¥gEなフォールドバック6

がN1されます。i²に、STが しFBが

ATHを+ZるとACFモードにw¤します。

2ÌÍやÎ&が½ÏÐけているnUM;<h

やRSTgFの`をさまざまなSTポイントで{

みわせると、このICがDCMモードのときに"\

を¯›する˜が2じます。 DCM

モードMの"

\は、

FB がプログラム¡&な V _DTH

スレッ ショルドにÑDしたMGで$7になります。STが

NRするにしたがって、はしfけ、$s

Eに 25 kHz

の$­クランプで¯ƒが«まりま

す。

Figure 9

に、

NCP1568

のST»Á&にわたる

の¯ƒをiします。

Figure 9. Frequency Movement across Load in NCP1568

Active Clamp Mode

Transition Mode

DCM Mode Frequency Foldback F

F/2

25 kHz Clamp Frequency

FB a I

load

V

DTH

Fmax=4.2*F

Skip

V

ATH

jれインダクタンス~のエネルギーはDCM"\M

はリサイクルされないので、DCM"\Mのクランプ コンデンサのは、

Equation 3

にiした

ACF

"\M のクランプコンデンサのを+Zります。さら に、

DCM

モードから

ACF

"\へのw¤、またはその

bへのw¤は、ループがuするためのMxを¾

できるように、·々に[¿する˜があります。し たがって、

NCP1568

でアクティブクランプ・モード にw¤しているx、アクティブクランプ

FET

をソフ トスタートすることによって、クランプコンデンサ

~のエネルギーをÀやかにžすることになりま す。

Figure 10

にiすように､リーディングエッジ¯•

(LEM)

がN1されています。

LEM

をd1すると、

w¤にメイン FET

の

ZVS

"\が¡&になります。

これはアクティブクランプ

FET

をyMxオンにする とクランプコンデンサからdがžされ、アクテ ィブクランプ

FET

をシャットオフしたときに、この

dがランプコンデンサをžするからです。アク

ティブクランプ

FET

のソフトスタートMに、このパ ルス8はÁ

250 ns

の$­®から

(1−D) T _sw

に¥gEに

·々に7きくなります。

Figure 10. Leading Edge Modulation of ADRV during DCM to ACF Figure 10

に

2 Xqdの]]をiします。この]]

は

LEM }xのxydの]]に{ており、$sE

にソフトスタートœMに

1−D

サイクル&でxy

dをÂÃできるようになります。

C. DCM

のHIJK

DCM"\にhべて、アクティブクランプ"\でg Fが°れたスイートスポットは、システムごとに 

なる¡&,があります。このスイートスポットは、

1 Xqの%ª«とスイッチングª«のÓhによっ

てLまります。

NCP1568

は、¢£な

ACF

"\または

¢£な DCM

"\、あるいはそれらの{みわせで"

\するようにPOできます。vwポイントをLす る$ÔのBは、$1に¢£な

DCM

モードと¢£な

ACF

モードのそれぞれで"\するようにPOし、R

STMおよびSTMのgFをQšすることです。

Xの±では、3 A、20 Vの…hにÓして50%のS TをšfしたのgFをQšしました。

Figure 11. ACF vs DCM Efficiency at Light Load

gFをQšした™、vwポイントをLすること ができます。NCP1568で、FB(…hのĕÕÖ をd1して´ÃÅみ

)

をd1し、

ATH

ピンと

DTH

ピン

をじて

ACF

から

DCM

へのvw、またはそのbのv

wをLすることができます。+Æの±で‰Eな vwポイントはSTdが 0.7 A

の§Gであり、これ はSTdのÁ

25%

にÇ×します。

トランスの

アクティブクランプ・フライバックを

>1する AC/ACでd1するトランス56をiすために、

USB PD 2.0にaØし、gFにHするDoEとCoC Tier II

のなaをたすのÙ²を‰していま す。すでに¼°したで、

ACF

はのhを

めることができるので、この56では 400 kHz

とい う$7を‰しています。これは`aEな

65W AC/DC

アダプタの$7"\にhべてÁ

3.25

〜

4

Úの®です。

400 kHz

は、いhと、

`aの 600V

スーパージャンクション

MOSFET

で [?¡&な"\の+DなÛÜGです。

Table 1. SPECIFICATIONS OF THE DESIGN INPUTS

Description Min Typ Max Unit

Input Voltage 85 265 Vrms

Line Frequency 47 63 Hz

Min Output Voltage 4.75 5 5.25 V

Max Output Voltage 19 20 21 V

Output Current 0 3.0 A

Target Efficiency 93 %

Frequency ACF 100 400 kHz

Max Power 60 W

A.

LMN

トランスのˆghは、„hが$­でデューテ ィサイクル$7®が50%のときに$7hをz_す るものと‰して6Èすることができます｡NCP1568 のデューティhは~で

80%

に2されています。

これにより、$7hをz_しながら‰¸»Áや`

の¦‰»ÁにÓÝするためのÞÉを¿する ことができます。

N

_PS

+ D

max

@ V

_in(min)

(1 * D

max

) @ V

_out(max)

(eq. 11)

Table 1

でŠiしたの»Áにӟして、

eq. 11

か らˆgh

6

をめることができます。

1 Xqと 2 Xq

のˆghを6Èするときに、56§は$7オンMx をチェックし、その®が

IC

の$­オンMxをZっ ていないことをÂする˜があります。$­オン

Mxは、$7、$7„hMの®をÂす

る˜があります。また、¡¯…h56のは、

$­"\、$7„h、$­…hMの

®もÂする˜があります。

T

_min1

+ N

ps

@ V

_out(max)

(N

_PS

@ V

_out(min)

) V

_in(max)

) @ F

max

(eq. 12)

T

_min2

+ N

ps

@ V

_out(min)

(N

_PS

@ V

_out(min)

) V

_in(max)

) @ F

_min

(eq. 13)

NCP1568

の$­オンMxはÁ

200ns

です。

eq. 12

と

13

から6Èできる$­オンMxはそれぞれ

600 ns

と

700 ns

で、どちらも

IC

の$­®を/0+Zっていま す。àに、6Èでめた$­オンMxが

IC

の$­オ ンMxをZっているは、ˆghまたは を¯›して6Èをりす˜があります。

ƒインダクタンスを6Èするには､ƒd(DI)

のÊましいy8をËる˜があります。ただし､ZVS を[?するために、ここではSのƒdをd1し ています。したがって、

600 V

のスーパージャンクシ ョン

FET

をžするのに˜なSdを6Èする˜

があります。

B. ZVS

をOPするのにQJなバレーR

ZVS

を[?するのに˜なエネルギーは、ノード をžするxにスイッチノードにšfされている

4のÌÈ®をめて6Èすることができます。この

4は、C

lump

で?される1つの[に|µƒするこ とができます。C

lump

は、1Xqˆで

¥šEに、

またはトランスのˆgをじてxšEにスイッチノ ードにšfされているすべての4のÍáを¶â します。トランスを56する、なSã4 がローサイド

MOSFET(

のS

24 )

、ハイサイド

MOSFET

、および

2 Xqの MOSFET

であるとみなし、

‰を|µƒすることができます。これらのデバ イスのワーストケース

4

、つまり„h

が

$7のときの4のみをd1します。7$の MOSFETのデータシートにはこのような4がä­

されており、…h4にHeするエネルギー、すな

わち

C o(er)

の]でÆされています。6Èが|–にな

るように、これらの®をのように‰しま す。ハイサイドとローサイドそれぞれの

MOSFET

の

C _o(er)

は

98 pF

であり、

2 Xqは 800 pF

のの

C _o(er)

が

150 pF

であると‰します。これら

3

つのコンデンサ

を{みわせ、X6でバレーdをåします。

C

_lump

+ C

_o(er)Q1

) C

_o(er)Q2

) C

_o(er)Q3

N

²_PS

(eq. 14)

+6をd1すると、

SW

ノードのランプ4

C _lump

は

220 pF

となります。

I

_valley

+ C

_lump

@ N

_PS

@ V

_Out

) V

_in

T

reg

(eq. 15)

+6はワーストケースMのSdであり、56§

は4をžするのに˜なSdの7きさは、ラ インと…hの¯ƒにŸじて¯"することに

¡¶が˜です。バレーdをd1して、1Xqイ

ンダクタンスを6Èできます。4が.°なに

“Eなuになるのは、SJ MOSFETのSdとし て300 mAをd1し、eGaN HEMTのはÁ150 mA をd1することです。

C.

インダクタンスの)S

$­„h、$­…hMのインダクタンス

を6Èする˜があります。

NCP1568

は

ZVS

ベース の¯•U&を¾­しています。この、$

­„h、$­…h、かつ$7STdMに

"\が$­になります。このÙ²にÓして、

100 kHz

を‰します。56にある—ÞÉをもたせ

たい、

eq. 16

にiす$7…hdをこれより7き

くすることができます。

L

mag

+ V

_in(min)

@ D

_min

2 @ F

_SW(min)

ǒ (1*D ^I

^out(max)_min

) N

_PS

* I

_valley

Ǔ ^{(eq. 16)}

ここで、$­デューティサイクル

D _min

はX6で?

できます。

D

_min

+ V

_out(min)

@ N

_PS

V

_out(min)

@ N

_PS

) V

_in(min)

(eq. 17)

eq. 16

から、ƒインダクタンス

129 m H

という!"

がÆられます。この56の、120

mHのインダク

タンスをWします。Figure 12に、Sのバレーd

ÁにÓするインダクタンスの¯ƒをiします。

dが7きいほどインダクタンスは­さくなり、それ

によってÎy8が7きくなります。

Figure 12. Negative Valley Current Requirement

D. 1

TUと

2

TUのLMD

トランスの

1 XqˆgをWするときに、gFと hを$+ƒするために、ÏÐのÐ9と·を Ñæする˜があります。このプロセスは、ç

èして[¤します。この56の`は¡&な$7 hをŠiすることです。したがって、h¶E­

さなRM8LP]6のコアをWしました。このトラン スのÏÐ9

A e

は、

64.9 mm ²

です。

I

PKは、

eq. 22

で しているピークドレインdであり、D

B

はÎ y8です。

100 kHz

〜

400 kHz

の©»で"\するア クティブクランプ・フライバックにÓして、

0.2T

の

ÎをWすることになります。

N

_P

+

L

mag

@ ǒ (1 * ^I D

^out(max)_min

) @ N

_PS

* I

_valley

Ǔ

D BA

e

(eq. 18)

+6の!"、1Xqˆgは23.1になります。|–

にするために、この56ではéの24というˆg をWしました。また、この56では

Hitachi ML29D

コアをWしました。Mのコアª«が­

さいことがです。コアª«は、コアのデー タシートからåできます。この、–ê&9あ

たりのhª«は

200 kHz

で

されています。

ML29D

はÒ©»&にわたって²ëなª«Ógを

iします。、`のでもコアª«とÒのH

pをÑæする˜があります。

RM8LP

_Loss

+ P

_LossV

Volume

_RM8LP

(eq. 19)

eq. 19

から

1.8 W

ª«という!"がÆられます。

これはgFのGでは

3.0%

にÇ×します。

ˆghはÔいÕÖで×Åみなので、2Xqのˆg をXのとおり6Èできます。

N

_S

+ N

_P

N

_PS

(eq. 20)

[Øの®を!„すると2Xqのˆgは4になりま す。

1

01と

2

01の2な4の5

A.

クランプコンデンサ

クランプ4は、$­"\、$­デューテ ィサイクル、

L _leak

と

C _clamp

でPOされるxy}xが xy}xの

1/2

である]Ùを‰して6Èします。

C

_Clamp

+ ƪ ^D _F

^min_min

ƫ

²

_{0.5 L} ¹

leak

p

²

(eq. 21)

この!"、C

clamp

は300 nFになります。この56で

は

3

¼の

220 nF

セラミックコンデンサをWしまし

た。セラミックコンデンサは、

DC

バイアスが€さ れた]vで4®の$7

50%

を«うことがあるから です。クランプコンデンサをこれより­さくするこ ともできますが、そのは

2 Xqの%ª«が7

きくなり、gFがÂRする¡&,がありますの で¡¶してください。

B. 1

TURセンスVW

…hhを2し、dモード2¢を[?するた めに、ローサイド

MOSFET

と¥íにdセンスîï をpÚすることができます。$7…hdを… hdの

120%

に5できます。Xの

eq. 22

は、$7 …hおよびdMにおけるd2ポイン トのピークdを6Èします。

I

_PK

+ I

_LIM

(1 * D

max

) N

_PS

2 * I

_valley

(eq. 22)

NCP1568

のd2スレッショルドは、

800 mV

に

5されています。d2を 120%

に5する`

をたすために、

eq. 23

にiす®のîïをd1する˜

があります。

R

_S

+ V

_LIM

I

_PK

(eq. 23)

デバイスの;<hは、$7STšfMにおける ライン、$7…hで、デバイスの$7ª

«を6Èする˜があります。

I

_RMS

+ I

_PK

@ D

Ǹ 3 (eq. 24)

P

_RS

+ R

_S

@ I

²_RMS

(eq. 25)

C.

メイン

FET

とアクティブクランプ

FET

のXI

1 Xqにおけるメイン FET

の

RMS dは、+Æの eq. 24

にÛしくなります。クランプ

FET [3]

の

RMS dは、X6で?できます。

I

_AC(RMS)

+ I

_PK

@ 1 * D

_min

Ǹ 6 ^{(eq. 26)}

D.

YZ[R\

2 Xqのストレスは､Xのとおり6Èできます｡

V

_SR

+ V

_in(max)

N

_PS

) V

_spike

(eq. 27)

jれスパイクが 30 V

であることを‰すると、i

}~d—はRなくとも 92.5 V

にӟするにする

˜があります。

のÜ}Eな"\ðñを¿Ýするために、すべ

てのスイッチのストレスのディレーティングが

˜Þです。

V

_SR(max)

+ V

_SR

Derate (eq. 28)

ディレーティングpを

20%

と‰し、i}~d

—で

120 V

の

FET

をWしました。

2 Xqの RMS dは、Xのとおり6Èできます。

I

_sec(RMS)

+ 2P

_out

V

_out

@ Ǹ 2 (1 * D

_min

) ^{(eq. 29)}

その!"、2XqのRMSdは3.8 Aになります。

E.

]

LC

フィルタ

`のフライバック・トポロジに{た`aEな…h

LC

フィルタを

ACF

でd1できます。ただし、…hフ ィルタをチューニングして

[6]

、±xy

ACF

を\O することもできます。

1

つのBとしては、i}~

d—Õの¥©にあるコンデンサ4を78にNら

し、STに¥ššfされるコンデンサバンクの4 を7きくすることです。この6では、アクティブ クランプ

FET

が%しているxにxyZ:を]Oで き、

1 Xqで RMS dをNしながら、 2 Xqでゼロ dスイッチングを[?できます。

60-W

の

ACF

ボードの9:

NCP1568

および+Æの56aをd1して、

USB

PD 2.0

および

EU

の

CoC Tier II

とßóの

DoE

がす

るgFにœaØする

60 W \ AC/Dc

ア ダプタを

56しました。このボード

のôBは

1.66

インチ

× 1.78

インチ

× 0.70

インチ

(4.2 cm × 4.5 cm × 1.7 cm)

で、その!"、hは

31 W/in ³

、àいõ えると1.7 W/cm

³

になります。"\は、90 V

rms、5 Vout…h、3 ASTdMの100 kHzから、

265 V rms、20 Vout、1.5 ASTdMの420 kHzの©

»で¯ƒします。ハイサイドゲートドライバとし て､

3 A

のハーフブリッジドライバ

NCP51530

をd1 し、ローサイドは

NCP1568

から

¥š¬"していま

す。インテリジェント

SR

コントローラ

NCP4305

をd

1して、i}~d FET

を¬"しています。

1 Xqと 2 Xqのxに¥šのÕbÕはなく、 NCP4305

がボデ ィダイオードの%を•べて

SR FET

をオンにし、

2Xqdが0にDしたMGでオフにします。

|µZ:ŒをFigure 14にiします。`aEなフラ

イバックとi²、÷áZ:でTL431/NCP431をĕア ンプとしてd1することができます。Z:Œに¡

すると、`aEなDCM/QRフライバックとhべて、

の#がされていることがわかります。

•

アクティブクランプ

FET

•

ハーフブリッジドライバ

• クランプコンデンサ

したがって、コスト ^を9えながら、(:

のソリューションにhべて

2

〜

3

Úのhを[?

しています。

Xに$7STに…hするのgFグラフをiし

ます。

Figure 13. Efficiency vs. Load Current for 20-V Output

$7STの、このボードはラインがい

ときといときの¹で

93.3%

のgFを[?してい ます。NCP1568は、STがÁ27.5%の§GでDCMに

vwするようにPOされています。したがって、S Tがそれぞれ25%と10%のときのgF®は、DCM"

\]vでøÆすることになります。また、このボー ドは115 V rmsおよび230 V rmsで、35 mWという

°れたnUM;<hを[?します。

Figure 14に、NCP1568をd1したアクティブクラ

ンプ・フライバックのÌZ:Œをiします。‹Œ

なZ:Œと、レイアウトファイルや#(BOM)

は、

ONSEMI

の

Web

サイトにä­されています。さ らに、ùÑにボードのâúもiしています。

Figure 16 (A)

に、

2

¼の

1 Xq FET

と、

NCP1568

コント

ローラ、および

NCP51530

ドライバをiします。

Figure 16 (B)

に、

RM8LP

トランス、

EMI

チョーク、

…hコンデンサをiします。

Figure 14. Typical Schematic of Active-Clamp Flyback with NCP1568 ACF

と

DCM

の¹で、さまざまな…hにÓす

る!Eなスイッチング]を

Figure 16

にiします｡

ACF

モードでは、[?するSdを$­ƒするため に、„hと…hの¹がさまざまな®に¯

ƒしても、

DCM

"\のときよりスイッチング がくなります。

さらに、DCM"\のときには、„hおよび… h&で、がh¶E²ëな²Tをãûで きます。そのü^は、Figure 9にiした¦¥gEフォ ールドバックにあります。NCP1568はF

min /2のÐ%

で

DCM

"\にw¤します。この56±では

50 kHz

で す。

Figure 15. Thermal Scan of ACF UHD Board at 115 V rms, 60 W

Figure 16. Pictures of Active-Clamp Flyback Board

(A) (B)

Figure 17. Typical SW Node Waveforms in ACF & DCM Operation

(A) (B)

(C) (D)

(A) & (B) show ACF operation at 90 V rms and 265 V rms.

(C) & (D) show DCM operation at 90 V rms and 265 V rms.

The waveforms are arranged in descending order of output voltage for all the 4 waveforms.

Top to Bottom: 20 V, 15 V, 12 V, 9 V and 5 V.

;

Oでは、ア

クティブクランプ・フライバック

(ACF)

コンバータについて¼°し、56にd1する

な6をQmしました。

また、DCM"\Z:の°ê,も¼°し、CCMと

DCM

のxでのýäなvwのþGに¡しました。

しいアクティブクランプ・フライバック・コントロ

ーラ

NCP1568

は、これらのモードxでシームレスな

Dりƒえを¤い、堅åでコストに£¤なコンバータ をPæするのに˜なU&をすべて¾­していま す。

60 W

の[Ý1Z:をV\し、YÝとçデータの 抽…を¤いました。その!"、フライバック コンバータがアクティブクランプ・モードでuE に"\することがÂできました。

<=>?

[1] D. Dalal, Design Considerations for Active Clamp and Reset Technique, Power Supply Design Seminar

SEM-1100, Topic 3, Texas Instruments Literature No. SLUP112.

[2] NCP1568/D http://www.onsemi.com/pub/Collateral/

NCP1568−D.PDF.

[3] R. Watson, F.C Lee, G.C Hua, Utilization of Active-Clamp Circuit to Achieve Soft-Switching in Flyback Converters, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 11, NO. 1, JANUARY 1996.

[4] Christophe Basso, Switch Mode Power Supplies:

SPICE Simulations and Practical Design, New York: McGraw-Hill, 2008.

[5] P. Jailyn, A. Dheeraj and V. Rajini, “Analysis of Active-Clamp Flyback Converter”, Modern Applied Science, Vol. 9, No. 1, 2015.

[6] David A Smith, US patent 5430633, Multiresonant

clamped Flyback Converter, Astec International,

1995.

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