[아날로그 및 디지털회로 설계실습] 예비 03.Switching Mode Power Supply (SMPS)

소개글

[아날로그 및 디지털회로 설계실습] 예비 03.Switching Mode Power Supply (SMPS)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 실습 준비물

3. 설계실습 계획서

4. 실험에 필요한 이론과 측정 예상 값

5. 결론

본문내용

uck 컨버터와 기본적인 소자들을 맞추었다. 즉, MOSFET의 Gate 부분에 Vpulse를 달아서 회로를 구성했고, 다이오드는 D1N4002, MOSFET은 IRF150으로 설계했다. 출력전압을 12~16V로 맞추기 위해 소자값을 맞추고, Vpulse에 7V를 인가해 준 결과 15V를 얻어낼 수 있었다.
4. 실험에 필요한 이론과 측정 예상값
(1) PWM 제어회로 모듈 UC3845
일단 동작입력은 7번이다. 주로 220V 정류다음 저항(56-100K)으로 동작 시키고, 동작 후 2차 전압으로 전압을 재차 주므로 34V 제너 사용 안정을 꽤한다. 8번은 Vref 5V 즉, 비교전압 출력이다. 1번은 Op-amp Output,2번은(-)입력이다. (+)입력의 기준전압출력 전압 입력을 비교 하는데 1-2 사이는 일반 Op-amp와 같이 연결한다. 3번의 Current sense는 동작회로의 이미터 저항의 값으로 shutdown 하기 위한 보호 회로이다. Comparater 동작으로 파괴방지용 또 돌입전류 발생 시 차단 보호이다.
4번은 RC osc이다. 이 주파수도 실상 설계에 많은 역할을 한다. 100KHz, 1Mhz로 할 것인지는 설계자의 필요에 따라 정하도록 한다. 주파수가 높을 때와 낮을 때, 각각의 장단점이 있다. 5, 6, 7 번은 PWR control output 단자인데 7번은 전원, 8번은 Vref 출력 단자 적어로 0.1uf 이상 붙여야 한다.
SMPS는 PWM 발진을 이용하여 전원을 제어 하므로 효율이 무척 좋다.

< PWM 제어회로 모듈 UC3845 >
(2) SMPS (Switching mode power supply)
일정한 직류 출력 전압 (DC Regulated Output voltage)을 부하에 공급해 주는 직류 안정화 전원이다. DC-DC 컨버터에 있어서 부품의 기생 요소들에 의하여 부하 변동에 따른 출력 전압의 저하가 발생하면 안정화 전원으로서의 응용은 곤란하게 되므로 출력 전압을 안정화(Regulation) 시켜줄 수 있는 부궤환 제어 회로가 필요하게 된다. 부궤환 제어회로의 대표적인 예로서는 펄스폭변조(PWM) 제어 회로를 들 수 있다.
(3) Buck 컨버터
Buck 컨버터의 회로도이다. Buck 컨버터는 Power MOSFET을 이용한 주스위치 Q, 환승다이오드 DF, 출력필터 L 및 C로 구성되어 있다. 동작원리로서는 우선 주수위치 Q가 ON되면 입력으로부터 전류가 L을 통하여 출력으로 흐름과 동시에 L에는 에너지가 축적하게 된다. 다음으로 Q가 OFF되면 L에 축적된 에너지가 환승다이오드 DF를 통하여 출력 측으로 우리가 원하는 출력전력으로 변환하게 된다. 스위칭 주시 Ts를 한 주기로 하여 이 동작이 반복되면서 입력 전력을 원하는 출력 전력으로 변환하게 된다. Buck 방식은 출력 전압이 입력 전압보다 낮은 범위에서 나타나며, 이러한 이유로“강압형 컨버터”라고도 한다.
(4) Boost 컨버터
스위치가 Q가 도통일때 inductor 전류에 의해서 L에 에너지가 축적되고, 다음에 Q가 차단되면 L에 축적된 에너지가 환류 다이오드 D를 통하여 출력 쪽으로 방출된다. Boost 방식은 출력 전압이 항상 입력 전압보다 높은 값으로 ‘승압형 컨버터’ 라고도 한다.
(5) 측정 예상 값
이번 실험은 주어진 성능을 최대한 발휘할 수 있는 회로를 구현해내는 것이 주된 목표이므로, 측정값에 특별히 착오가 있을 것으로 보이지는 않는다. 하지만 실험 시에 Pspice로 구현된 회로가 실제로는 제대로 구현되지 않는 경우가 종종 있었기 때문에 이론과 현실 사이의 갭이 어느 정도이냐가 이번 실험 성공의 관건이 될 것으로 보인다.

키워드

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