역전류 방지 기능은 이러한 역전류 고장을 방지하고, 정상 공급장치가 DC 버스를 유지하거나 과전류 시 적절하게 정지하도록 합니다. 전원 ORing은 병렬 DC 공급장치를 보호하기 위해 가장 널리 사용되는 역전류 방지 방법입니다. 전원 ORing은 역전류를 방지하면서 여러 공급장치의 전류를 결합합니다.
수십 년 동안 엔지니어들은 역전류 보호를 위해 쇼트키 또는 p-n 다이오드에 의존해 왔습니다. 그러나 전류 수요가 증가하고 통신, 데이터 센터, 산업용 DC 분배에서 효율성 목표가 엄격해짐에 따라, 설계자들은 MOSFET 및 이상적인 다이오드 컨트롤러를 기반으로 한, 좀 더 효과적인 액티브 ORing 솔루션으로 점차 관심이 쏠리고 있습니다.
다이오드 ORing: 전도 손실이 더 높은 단순 설계
다이오드 ORing 회로는 각 전원에 다이오드를 직렬로 배치하고 음극을 공통 출력에 연결합니다. 각 다이오드는 그 전원 전압이 버스와 동일하거나 초과하면 전도하고, 전압이 버스 전압 이하로 떨어지면 역전류를 차단합니다. 이 간단한 설계는 저전력 또는 비용에 민감한 시스템에서 효과적입니다.
단점은 전력 손실입니다. 쇼트키 다이오드는 일반적으로 정격 전류에서 0.35V~0.6V의 순방향 전압 강하를 나타냅니다. P-N 다이오드는 1V 이상 강하할 수 있습니다. 이 전압 강하는 직접적인 전력 손실로 이어집니다. 예를 들어, 10A에서 0.45V 쇼트키 다이오드는 5V 레일에서 4.5W를 소모합니다. 이는 보호 회로만으로 9%의 효율 손실이 발생하는 것입니다. 전류가 증가함에 따라 손실이 선형으로 증가하여 열 부담이 커집니다.
접합 온도를 제어하기 위해 더 큰 패키지, 구리 주입 또는 강제 통풍이 필요하게 됩니다. 각각의 열 완화 단계는 비용을 증가시키고 보드 공간을 차지하며 잠재적인 고장 요인을 추가합니다. 또한 이중화 전원 공급 경로가 필요할 때까지 성능이 저하되거나 단락된 장치가 보통 감지되지 않기 때문에, 다이오드 ORing 솔루션은 진단 가시성이 제한적이거나 거의 없습니다.
액티브 ORing: MOSFET 기반 역전류 보호
액티브 ORing은 각 다이오드를 이상적인 다이오드 컨트롤러로 구동되는 N채널 MOSFET으로 대체합니다. 컨트롤러가 드레인-전원 전압(VDS)을 모니터링하고 그 전원이 전력을 공급하는 동안 MOSFET을 완전히 ON 상태로 유지합니다. 역전류 고장이 발생하면 빠르게 OFF 상태로 전환합니다.
MOSFET의 전력 손실은 다이오드 전체의 특정 전압 강하가 아닌, RDS(on) 매개변수에 따라 발생합니다. 그러므로 전도 손실이 극적으로 저하됩니다. 예를 들어, 쇼트키와 동일하게 10A를 전달하는 3mΩ RDS(on)의 전력 MOSFET은 0.3W만 소모하며 약 30mV의 순방향 강하를 생성합니다. 이것은 한 자릿수 이상의 개선을 의미합니다. 낮은 전도 손실은 열 여유를 직접적으로 개선하여 열 싱크와 기류 요구 사항을 줄이고 보드 공간을 확보하며 레일 조정을 개선하고 더 높은 전류 처리가 가능합니다. 또한 액티브 ORing은 자동 고장 감지 및 경고 기능을 지원합니다.
액티브 ORing의 주요 장점:
- 현저히 낮은 전압 강하
- 자동 고장 감지 및 경고
- 우수한 열 성능
효과적인 전력 경로 제어를 위한 이상적인 다이오드 컨트롤러
이상적인 다이오드 컨트롤러는 모든 액티브 ORing 솔루션에서 중요합니다. 이는 MOSFET 게이트를 조정하여 최소한의 순방향 전압 강하(경부하 시 일반적으로 15mV~30mV)를 제공함으로써 완벽에 가까운 다이오드 동작을 구현합니다. RECOM
RACPRO1-RD 시리즈를 포함한 대부분의 액티브 ORing 컨트롤러의 특징은 다음과 같습니다.
- 빠른 역전류 감지 및 차단(일반적으로 100~200ns)
- 낮은 순방향 전압 강하(일반적으로 15mV~140mV)
- 저전압 및 과전압 보호
- 상태 출력 및 역전류 고장 플래그
- 주기적인 MOSFET 상태 점검(선택 사항)
빠른 반응 시간 덕분에 갑작스러운 전원 손실, 핫 플러그 이벤트, 다운스트림 고장 발생 시에도 안정적인 성능을 제공합니다. 액티브 ORing은 다이오드 ORing보다 낮은 손실 및 진단 기능과 함께, 빠르고 효과적인 보호 기능을 제공합니다.
액티브 ORing과 다이오드 ORing의 비교
| 순방향 전압 강하 |
정격 전류에서 0.35V~0.6V |
정격 확장 시 15mV~140mV |
| 10A에서의 전력 소모 |
~4.5W |
~0.3W |
| 열 관리 |
일반적으로 열 싱크 및 기류 필요 |
대부분 수동 냉각으로 충분 |
| 역전류 차단 |
수십~수백 나노초 |
100ns~200ns + FET 지연 |
| 고장 진단 |
기본 지원 기능 아님 |
상태 핀, 플래그, 선택적 자가 검사 |
| 부품 수 |
전원당 다이오드 한 개 |
채널당 컨트롤러 + MOSFET 또는 두 전원당 독립형 모듈(RD40) |
| 최적합 |
저전력, 비용 민감, 저전류 레일 |
고전류, 고효율 이중화 시스템 |
표 1. 다이오드 ORing과 액티브 ORing 비교
최신 데이터센터, 통신 설비, 산업용 복합 건물은 전원 공급장치 장비에서 가능한 최대 효율성을 요구합니다. 수백 또는 수천 대 단위의 배포에서는 효율에 따른 전력 절감 효과가 더 커집니다. MOSFET 기반의 액티브 ORing은 이러한 환경에 적합한 선택입니다. 몇백 mW의 손실이 크게 문제되지 않고 보드 공간이 충분한 저전류 소비자 또는 계측 레일의 경우, 쇼트키 다이오드가 여전히 적절한 해답인 경우가 많습니다.
RACPRO1-RD40 모듈은 고효율 게이팅 다이오드로 구성된 제어 회로에 한 쌍의 MOSFET을 통합합니다. 동일 수준의 쇼트키 ORing 회로가 약 18W의 손실을 생성하는 것에 비해, RACPRO1-RD40은 40A에서 5W의 전도 손실을 초래합니다.
주요 사양:
- 광범위한 입력 전압 범위: 9~56V(공칭 12/24/48V)
- N+1 이중화 운전 시 채널당 20A(하나의 이중화 공급장치를 N 공급장치에 추가, 모든 전원이 전체 부하에 맞게 설계)
- 병렬 전류 공유 모드 시 40A 지속(5초 동안 60A 피크)
- 최대 순방향 전압 강하: 전체 부하에서 140mV
- 40A에서 ~99.5% 효율 유지
- -40°C~+70°C에서 대류 냉각
- 무부하 소비 전력 ~200~400mW
또한 RACPRO1-RD40 모듈은 DIN 레일 폭이43mm이며 공구 없이 장착이 가능하고 25° 푸시인 커넥터를 갖추고 있습니다. 결과적으로 전용 구리 부품, 맞춤형 고정 장치 또는 별도의 열 솔루션 없이 이중화 단계가 기존 패널에 통합될 수 있습니다. 이 모듈은 IEC/EN/UL/CSA 62368-1, EN 61000-6-4 Class B 방출 및 EN 61000-6-2 내성 인증을 받았습니다.
