플라이백 컨버터 계산기

계산 입력

입력 전압 Vin (V)

듀티 사이클 D (0~1)

1차 권선 수 Np

2차 권선 수 Ns

결과

출력 전압

4

볼트 (V)

권선비 (Ns/Np)	0.5
듀티 항 D/(1−D)	0.6667

플라이백 컨버터 계산기란?

플라이백 컨버터는 절연형 DC–DC 스위칭 토폴로지로, 스위치가 켜진 시간(온 타임) 동안 결합 인덕터(변압기)에 에너지를 저장했다가 스위치가 꺼진 시간(오프 타임)에 출력으로 전달합니다. 이 계산기는 연속 전도 모드(CCM)에서의 정상상태 출력 전압을 입력 전압, 변압기 권선비, 스위칭 듀티 사이클이라는 세 가지 값으로 추정해 줍니다.

결합 인덕터, 스위치, 출력단을 보여주는 기본 플라이백 컨버터 구성.

사용 방법

입력 전압 Vin, 듀티 사이클 D(0과 1 사이의 값으로, 0.4는 한 주기 중 40% 동안 스위치가 켜져 있다는 뜻), 그리고 변압기의 1차·2차 권선 수(Np와 Ns)를 입력하세요. 계산기는 이상적인 출력 전압과 함께 권선비, 듀티 항을 함께 보여 주어 결과를 한눈에 이해할 수 있도록 합니다.

공식 설명

핵심 수식은 다음과 같습니다.

$$V_{out} = \text{Vin} \cdot \frac{\text{Ns}}{\text{Np}} \cdot \frac{\text{D}}{1 - \text{D}}$$

여기서 \(\frac{\text{Ns}}{\text{Np}}\) 항은 변압기 권선 비율에 따라 반영 전압의 크기를 조정하고, \(\frac{\text{D}}{1-\text{D}}\) 항은 CCM에서 자화 인덕턴스에 걸리는 전압-시간(볼트-초) 균형을 나타냅니다. D가 1에 가까워질수록 출력 전압이 급격히 치솟기 때문에, 실제 설계에서는 D를 최대치보다 충분히 낮게 유지합니다.

D 구간에서 스위치가 에너지를 저장하고, 1−D 구간에서 그 에너지가 출력으로 전달됩니다.

계산 예시

Vin = 12 V, D = 0.4, Np = 10, Ns = 5라고 가정해 봅시다. 권선비는 \(5/10 = 0.5\)입니다. 듀티 항은 \(0.4/(1-0.4) = 0.4/0.6 = 0.6667\)입니다. 따라서 $$V_{out} = 12 \times 0.5 \times 0.6667 = 4\ \text{V}$$가 됩니다.

자주 묻는 질문

손실도 반영되나요? 아니요 — 이 값은 이상적인 CCM 관계식에 따른 결과입니다. 실제 컨버터는 다이오드 전압 강하, 권선 저항, 누설 인덕턴스 등으로 전압이 손실되므로, 실측 출력은 계산값보다 약간 낮습니다.

듀티 사이클은 얼마로 잡아야 하나요? 대부분의 플라이백 설계는 정격 입력에서 0.3~0.5 사이로 동작시켜 여유(헤드룸)를 확보하고 변압기 리셋 스트레스를 제한합니다.

DCM에서도 적용되나요? \(\frac{\text{D}}{1-\text{D}}\) 형태는 연속 전도 모드(CCM)에 적용됩니다. 불연속 전도 모드(DCM)는 부하에 따라 전달 함수가 달라지므로 다른 수식이 필요합니다.