Voltage Regulator 설계 - 직류전압 공급기

본 내용은 " 중앙대 전자회로설계실습 예비보고서3 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.23

문서 내 토픽

• 1. 전파정류회로 및 직류전압 공급기 설계

  전파정류회로를 사용하여 교류전원으로부터 직류전압을 얻는 기본적인 직류전압 공급기(DC power Supply)를 설계, 구현, 측정, 평가한다. 5kΩ 부하에 걸리는 직류전압의 최대치가 4.4V이고 ripple이 0.9V 이하가 되도록 교류입력전원의 크기를 결정하고 커패시터의 크기를 설계한다. 다이오드의 저항은 0.7kΩ으로 가정하며, 전류가 흐를 때 다이오드 2개를 지나간다.

• 2. Ripple 전압 및 필터 설계

  출력 전압의 ripple을 0.9V 이하로 제한하기 위해 커패시터 필터를 설계한다. 교류 성분의 크기를 구하기 위해 방전 시정수를 계산하고, 출력주파수가 입력주파수의 2배이므로 입력주파수를 결정한다. 커패시터는 0.1μF를 사용하며, 설계 계산에서 유효숫자 세 자리까지만 사용한다.

• 3. PSPICE 시뮬레이션 및 회로 분석

  설계된 값을 사용하여 PSPICE로 회로를 구성하고 분석한다. 부하에 걸리는 파형을 시뮬레이션하여 0V, 최대전압, 최소전압을 표시한다. 다이오드 모델(1N914 또는 KDS160)과 변압기, 커패시터, 저항 등의 소자를 포함하여 회로를 구성하고 결과를 검증한다.

• 4. 실험 장비 및 측정 도구

  Function Generator, Oscilloscope(2채널), DC Power Supply(2채널), 1:1 저용량 변압기, DMM, 저항(5kΩ, 20kΩ), 커패시터(0.1μF), 다이오드(1N914 또는 KDS160 4개), 점퍼선, Bread Board 등을 사용하여 실습을 수행한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 전파정류회로 및 직류전압 공급기 설계

  전파정류회로는 교류 전원을 직류로 변환하는 기본적이면서도 중요한 회로입니다. 다이오드 기반의 정류 방식은 구조가 간단하고 비용 효율적이어서 산업 전반에서 널리 사용됩니다. 특히 전파정류 방식은 반파정류 대비 높은 효율성을 제공하며, 직류전압 공급기 설계 시 안정적인 출력을 위해 필수적입니다. 다만 정류 후 발생하는 리플 전압을 최소화하기 위해 필터 회로와의 조합이 필수적이며, 부하 특성에 따른 동적 응답 특성도 고려해야 합니다. 현대의 전력전자 응용에서도 기본이 되는 중요한 기술이므로 정확한 이해와 설계 능력이 필수적입니다.

• 2. Ripple 전압 및 필터 설계

  리플 전압은 정류회로의 출력에서 불가피하게 발생하는 교류 성분으로, 이를 제거하는 것이 전원 공급기 설계의 핵심입니다. 커패시터 필터, LC 필터, 다단 필터 등 다양한 필터 설계 방식이 있으며, 각각의 장단점을 이해하고 응용에 맞게 선택해야 합니다. 리플 전압의 크기는 부하 전류, 필터 소자의 값, 주파수 등에 의존하므로 정확한 계산과 시뮬레이션이 필요합니다. 특히 민감한 전자기기에서는 리플 전압이 성능 저하나 오작동을 초래할 수 있으므로, 설계 단계에서 충분한 여유를 두고 필터를 설계하는 것이 중요합니다.

• 3. PSPICE 시뮬레이션 및 회로 분석

  PSPICE는 회로 설계 및 분석에 있어 매우 강력한 도구로, 실제 제작 전에 회로의 동작을 정확히 예측할 수 있게 해줍니다. 정류회로와 필터 설계에서 PSPICE를 활용하면 리플 전압, 과도 응답, 효율성 등을 정량적으로 분석할 수 있습니다. 시뮬레이션을 통해 설계 변수의 영향을 빠르게 파악하고 최적화할 수 있어 개발 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 다만 정확한 시뮬레이션을 위해서는 소자의 특성을 올바르게 모델링하고, 실제 회로의 기생 성분도 고려해야 합니다. 시뮬레이션 결과와 실험 결과의 차이를 이해하고 보정하는 능력도 필요합니다.

• 4. 실험 장비 및 측정 도구

  정류회로 및 전원 공급기 설계 실험에서는 오실로스코프, 멀티미터, 함수발생기, 전원공급기 등 다양한 측정 장비가 필요합니다. 특히 리플 전압 측정을 위해서는 고해상도 오실로스코프가 필수적이며, 정확한 측정을 위해 프로브의 특성과 접지 방식을 올바르게 이해해야 합니다. 각 장비의 사양과 사용 방법을 정확히 알고 있어야 신뢰할 수 있는 측정 결과를 얻을 수 있습니다. 또한 측정 오류를 최소화하기 위해 적절한 측정 기법과 데이터 처리 방법을 적용해야 하며, 정기적인 장비 검정도 중요합니다. 실험 결과의 신뢰성은 측정 도구의 정확성에 크게 의존하므로 장비 관리에 충분한 주의가 필요합니다.