AC/DC 컨버터,정류회로 설계

소개글

AC/DC 컨버터,정류회로 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론(10)

2. 본론
2-1 다이오드 정류기 + 필터
1) 자료조사 (10)
2) 이론적 특성분석(10)
3) spice를 이용한 특성 분석 및 이론적 특성분석과 비교 검토 및 결론(10)
2-2 전압정류기
1) 자료조사(10)
2) 이론적 특성분석(10)
3) spice를 이용한 특성 분석 및 이론적 특성분석과 비교 검토 및 결론(10)
2-3. 두 회로를 결합한 회로의 spice를 이용한 특성 분석및 이론과의 비교 검토(10)

3. 결론 및 고찰

본문내용

공쌍을 만들어 내고, 이 전자는 인가된 바이어스에 의해 이동하면서 다른 격자와 부딪치면서 이것이 눈사태처럼 급격하게 늘어나서 결국 다이오드 접합의 항복을 일으키게 하는 현상이다. 이것을 애벌런치효과라고 하는데 이를 충분히 고려해야한다.
2) 이론적 특성분석
브릿지 회로는 두 개의 다이오드를 통과하기 때문에 다이오드의 전압강하를 0.7V씩 고려하여 총 1.4V의 전압강하가 발생한다고 보며 입력단의 신호 전압이 12Vsin60π이다.
브릿지 전파 정류기의 최대 출력 전압 : ( = 0.7[V] )
PIV(Peak Inverse Voltage) =
용량 설정에 앞서 조건에 주어진 리플(Peak to peak) 2%이내에 만족하기 위해
이다.
따라서
CR값이 0.417이 나와야 주어진 조건을 만족한다.
커패시터용량을 올리면 최적화된 정류를 찾을수 있지만 또한 올라가 커패시터와 저항사이의 적절한 값을 찾아보았다.
커패시터는 수용 전압이 크고 용량이 클수록 가격이 급격히 올라가서 적절한 가격대 성능비를 지닌 100uF(10X20) 커패시터를 사용하였다.
이에 저항은 2085Ω으로 설정하고 시뮬레이션을 해보았다.
3) spice를 이용한 특성 분석 및 이론적 특성분석과 비교 검토 및 결론
출력 Vout의 최고점은 브릿지 회로만 놓고 보았을 때의 출력 파형의 peak일 것이다. 따라서 브릿지 회로만의 출력 전압은 Vin - 2VD로 VD를 0.7로 보고 있으므로 출력은 입력 전압인 12V - 1.4V = 10.6V가 되는게 맞지만 PSpice에서는 11.101V를 가졌다. Ripple은 대략적으로 0.2V정도가 발생하였다.
PSpice로 시뮬레이션한 결과 위의 그림5과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
이 값은 값은 브릿지 정류회로의 이론상으론 10.6V가 나와야지만 PSpice에서는 11.101V를 가졌다. 나옴을 알 수 있었고 평활되어 있는 전압부분의 최소 전압은 10.883V로 측정되었다.
2-2 전압정류기
1) 자료조사
Breakdown이 일어나기 직전, 즉 Reverse와 Breakdown 사이의 얇은 공간을 제너 영역이라고 부르는데 이 특성은 그림에서 보여지듯 전류가 크게 흘러도 전압이 변하지 않는다.
마치 순방에서 0.7V의 전압강하가 일어나는것 처럼 역방향에서도 다이오드 양단의 역방향 전압이 변하지 않는 구간이 있다는 이야기다.
역방향으로 전압을 걸면 어느 순간 다이오드 양단에 전압 변화가 거의 없어지는 그 전압을 바로 제너 전압이라고 부른다. 이 원리를 이용하여 직류 5V를 출력할것이다. 그리고 두가지 제너 다이오드를 조사해왔는데 1N4733A와 1N751A로 두 제너다이오드가 적합하다고 나왔다. 이번에 주어진 조건이 부하의 전류가 10mA이기 때문에 1N751A도 적합하다고 볼수 있었지만 제너 임피던스 부분에서 1N751A는 20mA흐를때 17Ω이고 1N4733A는 47mA흐를때 7Ω이다. 그 만큼 후자 다이오드가 열이 적게 난다. 즉 효율이 더 좋다는 것이다. 세세한 부분까지는 패키지 타입이 달라 비교하기 어려웠다. 이러한 이유 때문에 제너 다이오드는 1N4733A으로 확정하였다.
2) 이론적 특성분석
제너 다이오드는 불순물 농도가 조절된 pn접합으로 순바이어스인 경우 일반 다이오드의 특성과 같으며 역바이어스인 경우 불순물의 농도에 따라 Breakdown을 일으키는 전압 Vz가 다르다. Breakdown이 일어나면 제너 다이오드 양단의 전압은 입력 전압에 관계없이 일정한 전압을 유지(정전압 기능)하므로 제너 다이오드의 이 특성을 이용한다.
먼저 부하의 정격 전압/전류는 5V/10mA이다. 전압을 맞춰주기위해 선정된 5.1V의 Zener는 Data Sheet에 의하면 49mA가 흐를 때 7.0Ω을 갖게 되며 이에 따른 Vzo는 5.09V가 된다. 부하저항 RL은 5V / 10mA 를 통해 509Ω정도로 측정되었으나 계산의 편리함을 위해 500Ω으로 정하게 되었다. 이때 필터를 거친 공급전압은 11V내지 10V가 되는데 5.1V의 Zener에 용량 이상의 전압이 걸리게 되면 Zener가 열을 견디지 못하고 short되는 경우가 생기게 된다. 이에 따라 Zener와 부하로 넘어오기 전에 거치게 되는 저항을 하나 연결해 주었다. 이 저항은 조금전에 말한바와 같이 Zener의 온도 상승을 막기 위한 전압분배기로 사용된다. 이 전압분배 저항의 경우 저항값에 따라 출력전압의 peak치와 ripple의 값이 변하게 되는 현상을 볼 수 있었는데 여러번의 시뮬레이션을 통해 적당한 값을 정해주었다.
3) spice를 이용한 특성 분석 및 이론적 특성분석과 비교 검토 및 결론
그림 11은 PSpice를 통해서 시뮬레이션을 한 출력 파형이다. 저항을 바꿨경우 리플 전압이 상당히 변하는 것을 알수 있다.
2-3. 두 회로를 결합한 회로의 spice를 이용한 특성 분석 및 이론과의 비교 검토
두 회로를 종합하여 설계조건에 맞는 커패시터와 저항의 알맞은 값을 찾았다.
2)변압기 이후와 부하단과의 효율
220V 교류전압의 입력전류를 1A로 놓고 계산하면 0.4%효율이 나온다.
3. 결론 및 고찰
전체적인 시뮬레이션 수행결과 정류기와 평활회로를 통과했을 때의 최대 전압은 11.101V, 최소 전압은 10.883V로 0.218V의 리플이 발생하였다. 마지막 로드에 걸리는 전압과 전류도 주어진 조건에 근사한 값이 나왔다.
이번 설계는 일상생활에서 늘 쓰고 있는 ACDC컨버터 즉, 어댑터를 만드는 것이었다.
AC전원을 일정한 크기의 DC전원으로 바꾸고 이것을 시뮬레이션 해보았다. 이 설계 하나로 2학기초부터 내내 배워왔던 전자회로 1~3장 내용을 다시 한번 생각해 보는 계기가 되었다.
4.참고 문헌
[1] Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", 한티미디어, p156~205, 2005[2]최평 외 3인, “PSpice 기초와 활용“, 복두출판사, p27~296, 2004
5. 참고 사이트
www.samwhatech.co.kr
www.fairchildsemi.com
www.google.co.kr
www.naver.com

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