[설계보고서] 06 DC 파워서플라이(power supply) 설계 및 제작 (예비레포트) : DC Power Supply와 정전압 IC의 특성과 동작원리 이해, 설계 및 제작 능력 배양

소개글

[설계보고서] 06 DC 파워서플라이(power supply) 설계 및 제작 (예비레포트) : DC Power Supply와 정전압 IC의 특성과 동작원리 이해, 설계 및 제작 능력 배양에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 설계 목표
2. 설계 내용
3. 연구과제
4. 참고이론

본문내용

회로에서 얻은 전류의 맥동을 줄여서 크기가 일정한 직류로 만들어 주는 회로를 평활회로라고 한다.
5) 전파 정류회로 설계 시 고려해야 하는 사항을 나열하고, 이유를 설명하시오
- 리플을 고려해야 한다. 일반적으로 리플이라 함은 교류전원을 정류하여 직류로 만들때 완벽하게 직류가 되지 않고, 교류신호가 일부 남아 있는데 이 신호를 리플전압이라고 한다. 콘덴서의 용량이 부족하다든지, 소비전류가 많은 경우 리플전압이 높아지게 된다. 리플전압이 높은 경우 오디오 장치의 경우 \"부~웅\"하는 험노이즈가 발생하고, 영상의 경우 화면이 흔들리는 듯한 느낌을 준다. 따라서 전파 정류회로 설계시 리플을 고려하여 설계하여야 한다. 리플전압을 감소시키는 방법은 콘덴서 용량을 키우는 방법과 레귤레이터 IC등을 이용해 정전압으로 전압을 안정화시켜주는 장치를 이용하면 된다.
4. 참고이론
1) 회로구성
변압기의 구조는 오른쪽 그림과 같다. 이 회로는 두 개의 교류 회로를 직접 도선으로 연결하는 것이 아니라 자기적으로 연결하는 장치로, 두 회로 사이에 전압과 전류의 변환이 이루어 진다. 입력 측을 1차 코일이라 하고, 출력 측을 2차 코일이라 한다. 1차 코일에 n1번, 2차 코일이 n2번 코일이 감겨 있다고 하면 이 비를 권선비라 하고, 다음과 같이 정의한다.
이 회로는 직류회로에서는 단락회로로 작용하기 때문에 직류에서는 아무런 기능을 수행하지 못하고 교류 전류가 흐를 때만 작동한다. 교류 전류가 흐를 때 그 전류의 변화가 자기 에너지 형태로 코일 안의 공간에 저장되고 이 저장된 에너지가 2차 측의 전기 에너지로 변환되는 원리를 가지고 있으며 그 권선비와 전류,전압과의 관계는 다음과 같다.
위의 공식에서 알 수 있듯이 N이 1보다 크면 승압변압기가 되고 N이 1보다 작으면 강압변압기가 된다. 또한 N=1인 변압기를 절연 변압기라 하는데 두 회로를 서로 절연시키고자 할 때 유용하게 사용한다. 주목할 것은 1차 측이나 2차 측이나 그 전력은 어느 경우나 같다는 것이다.
transformer에는 입출력 전류를 분리하기 위하여 철심을 사용하게 되는데 이때 철심을 얇게 분리하여 적층으로 쌓아서 만든다. 그 이유는 하나의 철심으로 할 때보다 유도 전류에 의한 에너지 손실이 적기 때문이다.
다음으로 브리지 다이오드에 의한 전파 정류의 출력 단의 전압을 알아보자.이 브리지 다이오드는 그림 6-4의 (a), (b)처럼 양의 주기와 음의 주기에 켜지는 다이오드의 쌍이 달라져서 출력 단에 결국 그림 6-5과 같은 파형이 만들어지게 된다.
이 파형은 한 주기의 평균 전압이 양의 값을 가지게 됨을 알 수 있으며 이 0 이 아닌 평균전압이 앞으로 만들게 될 직류 전압을 생성시키는 기반이 된다.
2) 정전류 부하 회로분석
이상적인 다이오드를 가정하면 앞서 설명한 바와 같이 브리지 다이오드의 출력은 아래 그림으로 나타나며 이를 수식으로 기술하면 다음과 같다.
그리고 capacitor와 regulator를 통과한 후의 capacitor의 전압은 굵은선과 같이 나타나는데, rectifier가 forward-bias가 걸린 상태에서는 sin 파형을 보이며 회로에 transformer가 회로에 전류를 공급하게 된다. 반면에 rectifier가 reverse-bias가 걸리면서 capacitor가 전류를 공급하게 되면 굵은선 중 직선과 같은 파형을 보이게 된다. 즉, 정류기(브리지 다이오드)의 전압이 상승하는 구간에는 커패시터(capacitor)가 전류를 저장하고, 반대로 전압이 감소하는 구간에서는 레귤레이터에 일정한 전류를 공급하기 위해 커패시터(capacitor)가 전류를 선형적으로 방전한다.
직류전원 설계
(1) 만들어질 직류전원이 사용될 부하 시스템으로부터 직류 전압을 알아낸다.
(2) 필요한 직류전원의 전압 값 보다 20~30 % Vm 을 정한다.
(3) 부하 시스템이 어느 정도 안정된 전압을 요구하는지 알아내어 △V 의 값을 정한다.
(4) 부하의 특성으로부터 Idc 을 알아낸다.
(5) △V/Vm 값을 설계자가 정하였으므로 식 6-15에 의해서 θ2 의 값을 계산한다.
(6) 계산된 θ2 와 식 6-14을 이용해서 θ1의 값을 계산한다.
(7) θ1 의 값이 구해지면 식 6-9에 의해 필요한 capacitor의 값 C 가 구해진다.
(8) θ1 과 θ2 의 값과 Idc로부터 식 6-17에 의해 rms 전류 I 를 구해 transformer 및 rectifier의 용량을 결정한다.

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