5 실험적 평가

컨버터 성능 평가를 위한 작동 부하 범위는 48V 입력 및 12V 출력에서 설정했습니다. 그림 3에서는 출력 전류에 따른 측정 효율과 그에 상응하는 전력 손실을 보여줍니다. 두 지표를 함께 제시하면 컨버터의 성능을 더욱 종합적으로 파악할 수 있습니다. 효율은 전력 변환이 얼마나 효과적으로 이루어지는지를 나타내는 반면, 전력 손실 곡선은 컨버터가 방출해야 하는 열 부하를 나타냅니다. 양면 냉각 패키지의 효과를 극대화하기 위해 데이터를 측정하는 동안 히트 싱크를 부착했으며, 별도의 공기 흐름은 적용하지 않았습니다. 히트 싱크와 테스트 설정에 대한 자세한 내용은 이 문서의 뒷부분에서 설명합니다.

경부하 조건에서는 인덕터 코어 손실, 게이트 드라이버 손실 및 기타 제어 관련 손실과 같이 비교적 일정하게 발생하는 손실이 변환 전력에서 차지하는 비율이 더 커집니다. 출력 전류가 증가함에 따라 출력 전력 대비 이러한 고정 손실의 비중이 감소하면서 효율이 향상되어 약 40A 부근에서 최대에 도달합니다. 이 지점을 지나면 저항성 도통 손실이 전류의 제곱(I²R)에 대략 비례하여 증가하므로, 전류에 따라 달라지는 손실이 점차 지배적인 비중을 차지하게 됩니다. 따라서 전력 IC, 인덕터 및 PCB의 고전류 구리 배선에서 발생하는 도통 손실은 부하 전류가 증가함에 따라 급격히 커지며, 그 결과 컨버터가 전부하에 가까워질수록 효율이 점진적으로 감소합니다.

최대 효율에서 최대 부하까지 효율은 0.5%만 감소하지만, 이에 따른 전력 손실은 18.2W 증가합니다. 이러한 절대 전력 손실의 증가는 소형 컨버터의 제한된 면적 내에서 상당한 열 부하를 발생시키며, 전력계와 주변 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 경로를 확보하는 것이 중요함을 다시 한번 보여줍니다.

측정된 전력 손실 데이터는 그림 2의 열 시뮬레이션을 위한 배경 정보도 제공합니다. 시뮬레이션에서는 각 LMG708B0 IC의 손실을 6.29W로 설정했으며, 이는 80A의 전부하 작동 지점에서 4개 위상 전체에 걸쳐 25.16W에 해당합니다. 측정된 80A의 작동 지점에서 컨버터의 총 전력 손실은 31.2W입니다. 이 값들의 차이는 주로 인덕터, 전류 감지 션트 저항 및 PCB 전류 경로 등 컨버터의 다른 부품에 분포된 손실을 나타내며, 동시에 열 모델에 적용된 가정도 반영합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 비교 결과는 전체 열 부하의 상당 부분이 4개의 통합형 GaN 전력 IC와 관련됨을 보여주며, PCB를 통한 열 확산을 보완하기 위해 전용 양면 냉각 방식을 적용할 필요가 있음을 뒷받침합니다.