Abstract
This paper presents an AC-DC power module design and evaluates its efficiency and reliability when used for electronics appliances. This power module consists of a PWM control IC, power MOSFETs, a transformer and several passive devices. The module was tested at an input voltage of 220V (RMS) (frequency 60 Hz). A test was conducted in order to evaluate the operation and power efficiency of the module, as well as the reliability of its protection functions, such as its over-current protection (OVP), overvoltage protection (OVP) and electromagnetic interference (EMI) properties. Especially, we evaluated the thermal shut-down protection (TSP) function in order to assure the operation of the module under high temperature conditions. The efficiency and reliability measurement results showed that at an output voltage of 5 V, the module had a ripple voltage of 200 mV, power efficiency of 73 % and maximum temperature of $80^{\circ}C$ and it had the ability to withstand a stimulus of high input voltage of 4.2 kV during 60 seconds.
본 논문은 소형 가전기기를 위한 AC DC 파워모듈 설계를 제시하고 효율과 신뢰성 및 안정성 특성을 나타낸다. 제안하는 파워모듈은 PCB 테스트보드에서 PWM 제어 IC 칩, 파워모스 소자, 트랜스포머, 각종 수동소자 (저항, 커패시터, 인덕터)를 사용하여 제작하였다. 본 논문에서 제시한 AC DC 파워모듈 회로 시뮬레이션 결과를 토대로 측정한 실험에서 입력전압은 상용전원 전압 220 V (RMS), 주파수 60 HZ의 교류전압(VAC : Voltage alternating current)을 사용 하였으며, 출력전압, OCP (over current protection), EMI(electromagnetic interference), PWM 신호 펄스, 효율 측정, 패키징 여부에 따른 발열측정 등을 실시하였다. 또한 파워모듈의 온도에 따른 특성변화와 트랜스포머 기준으로 1차측의 회로와 2차측 회로의 절연상태 확인을 하기 위한 내전압 테스트 등의 신뢰성테스트를 실시하였다. 효율 및 신뢰성 측정결과, AC DC 파워 모듈이 5 V의 출력전압, 200 mV의 리플, 약 73 %의 효율, 온도 약 $80^{\circ}C$ 까지 안정적으로 동작함을 확인하였으며, 4.2 kV의 크기로 60초 동안 견디는 내압 성능을 보였다.
