실험 3 예비(초퍼)

소개글

실험 3 예비(초퍼)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

※ 실험 이론
● PMW 방식
● DC 초퍼
● AC 초퍼
● MOS-FET
● MOS-FET의 작동
● 참고자료

본문내용

(t(on)/T)
Push-pull 방식 초퍼
- Push-pull 방식은 스위치 Q₁.Q₂가 교대로 ON,OFF하는 방시으로 1KW이하의 대용량에 적용 가능하며 구동 회로가 간단하나 트랜스포머의 편자현상이 발생할 가능성 있다.
- Vo = 2 x VIN x (N2/N1) x (t(on)/T)
Half-bridge 방식 초퍼
- Half-bridge방식은 500W-수KW의 대용량에 많이 응용되고 구동 회로가 복잡하다.
- 스위치 Q₁이 도통하면 입력 전류는 Q₁과 트랜스포머 1차 권선을 통하여 흐름과 동시에 2차측으로 전달되고, 다이오드 D₁을 도통시켜 출력 필터 인덕터 L을 통하여 출력측으로 흐르게 된다.
- L에는 에너지가 축적되며 다음 스위치 Q₁,Q₂ 모두가 차단되면 L에 축전된 에너지는 다이오드 D₁,D₂를 환류 패스로 하여 출력측으로 방출되며 트랜스포머의 전압은 "0"이 된다.
- 스위치 Q2가 도통하면 D₂를 도통시켜 L을 통하여 출력측으로 흐르게 된다.
- 이때 L에는 다시 에너지가 축척되며 다음 스위치 Q₁,Q₂모두가 차단되면 L에 축척된 에너지는 D₁,D₂를 환류 패스로 하여 출력측으로 방출되며, 트래스포머의 전압은 "0"이 된다.
- 이 과정을 한 주기로 하여 반복하면서 동작한다.
- Vo = VIN x (N2/N1) x (t(on)/T)
4상한 초퍼
- 2상한 초퍼를 두 대 병렬로 연결하여 만들면 4상한 동작.
- Full-Bridge 방식 초퍼 같은 회로.
- 2상한 초퍼 : 강압초퍼와 승압초퍼를 결합하면 2상한 초퍼를 구성.
: 제 2상한 동작으로 바뀌는 과정에서 역기전력에 의한 직류전동기의 전기자 전류 방향이 바뀌었으므로 전동기의 발생 토크는 역방향이 되어 전동기를 감속
- 직류전압을 낮은 전압으로 바꾸게 해 주고 전류도 어느 방향으로든지 흐름.
- 4상한 4상한 초퍼는 전류의 흐르는 방향에 관계없이 정 또는 부의 극성을 제공한다. (변환된 직류전압의 극성은 본래의 전압극성의 방향과 반대로 할 수 있기 때문에)
- 임의 한 도트로부터 수직선 또는 수평선 축(각각 전류와 전압축)은 4상한 쵸퍼의 출력전압과 전류를 결정지어 준다. 전압은 동일극성으로 남아 있는 동안 전류의 흐름은 방향이 바뀜을 나타낸다.
- 입력전압은 MOS-FET 두쌍중 어느 한 쌍을 통하여 4상한 쵸퍼의 출력으로 교번적으로 공급.
- 출력전압의 순시극성은 TR1, TR4가 on이면 +극성.
- MOS-FET TR2, TR3이 on이면 -의 극성.
-
● MOS-FET
- Metal oxide semiconductor field effect transistor.
- 일반적으로는 전기적인 신호를 증폭하거나 스위칭을 하는 목적
- 온도의 영향을 적게 받는 반도체소자.
- 전력용 트랜지스터에 비해 스위칭 속도가 매우 빨라 스위칭 주파수 한계가 높으며 전압제어 소자로서 전력변환 면에서 효율향상
- 단일 방향성 소자
- 트랜지스터나 후술하는 다이리스터나 IGBT에 배해 용량 면에서 정격 범위가 적기때문에 제한된 용도에 사용
- 게이트와 드레인 사이 및 게이트와 소스 사이의 고유의 정전용량은 일반적으로 고주파 응답인 JFET에 비하여 좋다.
- 게이트와 채널 사이에 절연체 사용.
: 게이트 전압에 의해 생성된 전계가, 저항성분이 큰 절연체에 강하게 형성되기 때문에, 입력 임피던스가 대단히 커져서, 게이트 전류가 흐르지 않기 때문에
- 채널을 통한 전도는 게이트와 소스사이에 인가된 전압에 의하여 제어.
- 공핍형 : 채널은 정상적인 도체이며 전류의 흐림이 감소될 수 있고 충분한 게이트 전압이 인가됨에 의하여 차단도 가능. 증가형에서도 동작이 가능.
- 증가형 : 채널이 정상적으로 차단된 상태이며 게이트 전압을 인가함에 따라 줄이거나 증가할 수 있으며 제어가 가능.
● MOS-FET의 작동
1. Accumulation mode(축적모드)
- 기판전압이 금속의 게이트 전압보다 놓을 경우이다.
- 금속 쪽이 -고, 기판 쪽이 +가 되어서, 절연층 근처 P형 반도체의 전자들이 밀려나고, 그 자리에 정공이 비교적 뭉쳐서 존재하게 된다.
- 그렇게 되면 전계는 정공 축적층에서 금속 쪽으로 걸리게 된다.
- P형 반도체의 표면부에서 전자들이 밀려나고, 이들이 줄줄이 아래쪽의 전자들을 밀어서, 도선을 따라서, 금속 쪽에 전자를 공급하게 된다.
- 결국 반도체의 페르미레벨은 전위차만큼 올라가게 된다.
2. Depletion mode(공핍모드)
- 공핍모드는 게이트 전압이 기판전압보다 커졌을 경우이다.
- 이 때는 축적모드의 반대의 모습을 보이기 시작한다. 금속 쪽이 이번에는 높은 전압의 +가 되어서, 반도체 표면의 정공을 밀어낸다.
- 정공이 밀려나면 그 자리에 공간전하, 억셉터 이온이 형성된다. 즉 공핍층이 형성되는 것이다.
- 밴드선도에서는 기판전압에 비해서 커진 게이트 전압만큼 금속의 페르미 레벨이 떨어지게 되는데 이것은 금속의 전자들이 도선을 따라서 밀려나 P형으로 공급되기 때문이다.
3. Inversion mode(반전모드)
- 반전모드는 공핍모드 상태에서 게이트 전압을 더욱 더 키웠을 경우 일어난다.
- 전자들이 도선을 따라서 쭉쭉 공급되어서 반도체의 전자들을 계속 밀어준다.
- 이 전자들이 밀리고 밀려서, 결국에 반도체 표면부에 전자들이 쌓이기 시작한다.
- 이렇게 해서 전자들이 하나의 층을 이루게 되는데, 이것을 바로 반전층(Inversion layer)라고 하고, 이 때의 게이트 전압을 문턱전압 또는 threshold voltage라고 한다.
- 표면에서의 페르미 에너지가 진성페르미보다 높은데 이것은 전계에 의해서, 표면부 쪽에만 전자들이 국부적으로 몰려 N형 반도체처럼 되었다고 할 수 있다.
● 참고자료
http://www.national.com/an/AN/AN-556.pdf
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/applicationnotes/APPCHP2.pdf
http://www.unionelecom.co.kr/
http://www.cyworld.com/shuichiakai/3217671

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