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벅 부스트

※벅/부스트 쵸퍼벅 컨버터: 강압형 컨버터라고도 하며 입력단과 출력단이 같은 접지를 공유하는 회로에 쓰입니다. 일정한 주기로 스위칭하는(on/off를 반복하는) 스위칭 소자를 이용하여, 스위치가 on되어있는 동안 입력전원이 회로에 연결되고 off되어있는 동안은 끊어집니다. 이와같이 주기적으로 연결되었다 끊어졌다 하는 펄스모양의 전압을 LC 필터를 통해 평활(평균)하여 직류전압을 출력합니다.기본적으로 직류전압을 주기적으로 잘라내어(chopping) 만들어진 펄스전압을 평균하여 출력전압을 형성하는 원리인데, 이와같은 방식의 컨버터를 전압원(voltage-fed) 컨버터라고 하며, 출력전압은 입력전압보다 항상 작습니다. 한 주기 내에서 스위치가 on 되어있는 시간이 길 수록 펄스전압의 폭이 넓어지고, 스위치가 on 되어있는 시간이 짧을 수록 펄스전압의 폭이 좁아집니다. (스위치 on 시간/스위칭 주기)를 시비율 D라고 정의하면, 출력저압 Vo=D*Vi 가 됩니다.부스트 컨버터 :승압형 컨버터라고도 하며, 벅컨버터와 마찬가지로 입력단과 출력단의 접지가 같은 경우에 사용할 수 있는 회로입니다. 이 회로는 스위치가 on 되어있는 동안은 입력전원이 인덕터 양단에 연결되어 전류의 충전이 이루어지고, 스위치가 off되면 충전된 전류가 부하 측 필터로 전달됩니다. 벅컨버터와 달리 부스트 컨버터는 부하 측의 필터 입장에서 볼 때, 전류가 주기적으로 흘러 들어오다 끊어지다를 반복하기 때문에 전류원(current-fed) 방식이라고 불리며 출력단의 전류는 항상 입력단의 전류보다 작습니다. 회로 동작의 원리상 손실성분이 없기 때문에 입력전류*입력전압=출력전류*출력전압의 관계에서 출력전압이 입력전압보다 항상 높게 나타나며, Vo=Vi/(1-D)가 됩니다.벅 부스트 컨버터 : 벅-부스터의 기본적 형태의 회로로 직류전압을 벅 컨버터와 부스트 컨버터에 양쪽에 해당하는 step-up step down의 출력을 만들어낸다. 전원측에 스위치가 duty가 조절된 PWM입력받고 인덕터가 병렬로 스위치 작용을 하는 다이오드와 부하 전원에 해당하는 캐패시터가 달리 부하와 연결되어 있다.※ 10-6. 과제1 .IGBT 4상한 쵸퍼의 동작을 간략하게 기술하시오.한 쌍(1번과 5번)가 on 하면 나머지 쌍은 (2번과4번)은 off이다. 4상한 쵸퍼의 입력전압은 교번으로 출력에 공급되어 출력전압의 극성은 IGBT의 쌍의 on에 따라 극성이 바뀐다. IGBT 4상한 쵸퍼의 직류출력전압은 공급된 스위칭 제어신호의 듀티사이클이 0에서 1까지 변화함에 따라서 거의 -V1에서 +V11까지 변한다. 4상한 쵸퍼는 출력전압의 극성에 관계없이 전류를 내보내거나 받아들일 수 있다 .2. IGBT 4상한 쵸퍼에서 전류는 어느 방향으로나 흐를 수 있는가?듀티비에 따라서 전류의 방향이 바뀔수 있다.3. 간략하게 4상한 동작을 기술하시오.4상한 쵸퍼는 직류 전압을 낮은 전압으로 바꾸게 해 주고 전류도 어느 방향으로든지 흐 르게 할수 있다. 변환된 직류전압의 극성은 본래의 전압극성의 방향과 반대로 할수 있 다. 그러므로 4상한 쵸퍼는 전류의 흐르는 방향에 관계없이 정, 부의 극성을 제공한다.4. +200V 직류전원이 공급되는 4상한 쵸퍼에서 -24V 직류를 출력에 제공한다. 듀티사이 클(aQ1)이란 무엇인가?듀티사이클이란 한 주기내에서 얼마만큼 on 을 하는 지의 비율V0=V1*(2aQ1-1)-24=200*(2X-1)X=0.44 듀티사이클 -44%5. MOSFET 벅/부스트-쵸퍼와 MOSFET 4상한 쵸퍼와 주된 차이점은 무엇이나?벅-부스터의 기본적 형태의 회로로 직류전압을 벅 컨버터와 부스트 컨버터에 양쪽에 해 당하는 step-up step down의 출력을 만들어낸다. 전원측에 스위치가 duty가 조절된 PWM입력받고 인덕터가 병렬로 스위치 작용을 하는 다이오드와 부하 전원에 해당하는 캐 패시터가 달리 부하와 연결되어 있다.10. a) 쵸퍼/인버터제어장치에서 DC SOURCE 1 조절단자를 서서히 조절하여 IGBT Q1에 가해진 스위칭제어신호의 듀티사이클이 대략 70%가 되도록 한다.b) IGBT Q1과 Q2에 가해진 스위칭 제어신호의 파형을 스케치한다.1번과 2번의 파형c) 전력용 IGBT 모듈의 스위칭제어입력 1과 2에 연결도니 리드선을 분리한다. 그다음 그들을 동일한 모듈의 스위칭제어입력 4와 5에 각각 연결한다.d) IGBT Q4와 Q2에 가해진 스위칭 제어신호의 파형을 스케치하시오.위 그림의 3번과 4번 파형e) 스케치된 스위칭제어신호의 파형으로부터 4상한 쵸퍼에서 각 IGBT의 스위칭시퀜스 를 기술하시오.Q1과 Q5의 파형이 일치하며 Q2와 Q4의 파형이 일치한다. Q1과 Q2는 파형이 반 대인데 Q1과 Q5가 on 상태일 때 Q2와 Q4가 off상태이기 때문이다. 이 처럼 교번 하는 출력전압이 입력전압으로 들어간다.11. d) 4상한 쵸퍼의 출력전압, 전류의 파형을 스케치하시오.12. e) 쵸퍼/인버터 제어장치에서 DC SOURCE 1 조절단자는 IGBT Q1에 가해진 스위칭 제어신호의 듀티사이클이 대략 50%로 되도록 조절한다. 이때 4상한 쵸퍼의 출력에 전 압, 전류가 사실상 직류 전압계/전류계에 지시된 바와같이 0인 이유를 설명하시오.듀티비가 50이면 파형이 on 상태와 off상태의 비율이 같기에 서로 상쇄되어 0이된다.13.a) 쵸퍼/인버터제어장치에서 오실로스코프로 신호를 관측하고 직류전압계/전류계에 의해 지시된 직류전압, 전류를 관측하면서 DC SOURCE 1 조절단자를 서서히 MIN.과 MAX. 사이로 조절한다.b) DC SOURCE 1조절단자가 MIN.과 MAX.에 각각 설정되었을 때, 4상한 쵸퍼의 출력에서 전압, 전류를 측정하고 기록하시오.V0 (MIN.) = -101 V dc I0 (MIN.) = 0.99 A dcV0 (MAX.) = 101 V dc I0 (MAX.) = 1 A dcc) IGBT. Q1 의 스위칭제어신호의 듀티사이클이 변함에 따라서 4상한 쵸퍼의 출력에서 직류전안은 어떻게 변하는가 기술하시오.출력전압은 듀티비에 영향받는다.(듀티비가 50% 일 때 0V, MAX.일 때 101V, MIN.일 때 -101V )

공학/기술| 2010.03.28| 4페이지| 1,000원| 조회(583)

전기, 전기공학, 벅, 전기공학실험, 부스트

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초퍼 인버터 특성

? SCR(Silicon Controlled Rectifier)SCR의 동작원리SCR은 위의 그림과 같이 2개의 트랜지스터로 구성된 등가회로로 생각할 수 있습니다. 윗쪽 트랜지스터는 PNP트랜지스터의 역할을 하고 아랫쪽의 트랜지스터는 NPN트랜지스터의 역할을 합니다. 단, 두개의 트랜지스터가 맞붙는 중간층은 서로 공유됩니다.1) SCR의 턴 온(Turn-on)과정(1) 아래의 그림과 같이 게이트가 접지되면 Q1은 개방상태에 있게 됩니다. 이때 IB2는 너무 작아서 Q2를 턴 온 상태로 만들지 못합니다. 그러므로 모두가 개방상태에 있게 되고 SCR은 하나의 개방회로가 됩니다.(2) 이 때 아래의 그림과 같이 게이트에 충분히 큰 벌스 전압 VG를 인가하면 Q1이 온 상태가 되고 Q2의 베이스 전류의 증가는 IB2를 더욱 증가되게 합니다. 결과적으로 A-K간 저항은 대단히 작아져서 아래의 그림과 같이 SCR은 하나의 단락회로가 되게 됩니다. 일반적은 SCR은 0.1us ~ 1us의 턴 온 시간을 갖습니다.(3) 위와 같은 게이트에 의한 트리거 뿐만 아니라 온도를 현저하게 증가시키거나 Breakover 전압 이상으로 전압을 증가시킴으로 SCR을 온 상태로 만들수도 있습니다.(4) 일단 SCR이 온 상태가 되면 아래의 그림과 같이 게이트 신호를 제거하여도 오프 상태로 변화되지는 않습니다. 단지 위에서 소개한 GTO형의 SCR만이 게이트에 음의 펄스를 인가하여 오프상태로 만들 수 있습니다.2) SCR의 턴 오프(Turn-off)방법SCR을 오프 상태로 만들기 위한 방법은 양극전류 차단법과 강제전환법이 있습니다. 양극 전류 차단법은 아래의 그림(a)와 같이 직렬 스위치를 개방시키는 방법과 (b)의 그림과 같이 병렬 스위치를 단락시키는 방법이 있으며 두가지 모두 애노드 전류가 0이 되어 SCR이 오프상태로 됩니다.강제전환법은 강제로 SCR내의 순방향 전류의 반대방향으로 전류가 흐르도록 하는 방법입니다. 가장 기본적인 회로는 아래의 그림과 같습니다.위의 그림의 (a)에서와 같기 전까지는 계속 유지된다.? 교류제어(위상제어.ON/OFF제어)가 용이하다.? 펄스성 대전류를 흘릴 수 있다.예를 들면 3A짜리 SCR의 경우 펄스폭 20us, 200pps에서 150A의 펄스전류를 흘릴 수 있다.[단점]? GTO(Gate Turn Off 형 SCR)를 제외 하고는 게이트 신호에 의해 OFF할수 없다.? ON상태의 손실이 트랜지스터에 비해크다.? 트랜지스터에 비해 스위칭 속도가 낮다.(수십KHz이상 사용이 어렵다)[응용분야]? DC회로 : 1)자기유지회로 용도 ? AC회로 : 1)전원 ON/OFF2)세트의 보호회로 2)전기담요의 온도조절3)다단 타이머회로 3)모터의 속도조절4)불 밝기조절(조광기)? MOSFETMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)또는 MOS 트랜지스터는 금속막,산화막,반도체영역으로 구성된 트랜지스터의 일종이다.MOS 트랜지스터의 source와 drain은 실리콘 표면에 생성되며 gate의 양쪽에 배치 되게 된다.반도체 영역은 대부분 트랜지스터 역할을 하기 위해 표면이 단결정 실리콘으로 도핑 되어 있다. 산화막은 실리콘 산화막 형태로 구성 되는데 금속막과 절연을 하는 기능을 한다. 금속막은 MOS 트랜지스터에 전압을 인가하기 위한 지점으로 사용된다.MOS 트랜지스터는 gate,source,drain 3개의 터미널로 구성된다. 이것들은 각각 bipolar 트랜지스터의 base,emitter,collector와 같다. MOS 트랜지스터의 source와 drain이 실리콘 표면에 만들어지는 반면 gate는 금속막 층에 있게 된다.Bipolar 트랜지스터처럼 MOS 트랜지스터를 통한 전류의 흐름은 gate에 인가 되는 전류에 따라 제어가 된다.어쨋거나 Bipolar 틀랜지스터가 base에 인가되는 전류의 양에 따라 제어되는 것과는 다르게 MOS 트랜지스터는 gate의 전압 수위에 따라서 제어 된다.Gate 밑 부분을 채널 이라 하며 채널의 전도성은 gate에 인가되는 전 작동하는 MOS 트랜지스터를 enhancement-mode MOS 트랜지스터라 하는데 평상시에는 항상 열려 있다가 채널이 강화 되었을때만 전도성을 띠기 때문이다.[그림2(A)]는 gate의 전압 영향에 따른 drain-source간 전류를 보여 주고 있다. Gate-Source의 전압이 (+,-)가 될 수 있음에 주의해야 한다. JFET에서는이러한 현상이 없다. [그림2(B)]는 MOSFET가 포화 상태에 있을때 drain-source의 전압은 3V 이상에서는 gate에 어떠한 전압이 오더라도 별 영향을 받지 않음을 알 수 있다.[그림2]2. MOSFET 의 구조 및 특성MOSFET의 구조는 [그림3]에 나타나 있다. 실리콘 기판 위에 source,drain 단자를 만들고 이 단자에 전류를 흘려 준다. Gate 단자에는 전압을 걸 수 있도록 되어 있는데 맨 상층 부는 금속으로 주로 Al 이 쓰이고 금속층 밑에 산화막 보통 SiO2가 쓰여서 MOS 구조를 하고 있다.이 구조의 특징은 중간 층에 절연막이 있다는 것이다. 그래서 gate에 어떤 (+),(-)가 걸리 더라도 전류가 흐를 수 없다는 것이다. 따라서 입력 임피던스가 매우 크다. 약 1013Ω 이다. 이는 성능 면에서 더욱더 좋은 것이다. 또한 실리콘 기판 하부 쪽으로 substrate 단자가 하나 더 있는데 동작의 단순화를 위해 보통 source 단자 쪽과 연결하여 사용한다.[그림3]3. MOSFET 의 종류① Depletion형 MOSFET전도채널을 미리 제조하고, Gate 전압에 의해 전도채널 폭을 조절하는 동작을 한다. Depletion형 MOSFET는 집적회로 에서 능동 소자 보다 수동 소자로 많이 이용 되는데 source-drain을 고농도로 도핑하여 이 사이의 반송자가 많아 지므로 전류량이 많아 진다. 실 사용 시에는 source-drain의 구분이 없다.[그림4]② Enhancement형 MOSFET제조시 전도채널을 만들지 않는다. 따라서 gate 전압에 의해 채널을 유도 시키는 동작을 한있게끔 만든것이죠.***IGBT(Insulated Gate bipolar Transistor)는 전력용 반도체의 일종으로 정확하게 고전력 스위칭용 반도체를 뜻한다.전기의 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능은 다른 부품이나 회로로도 구현할 수 있지만 정밀한 동작을 필요로 하는 제품일수록 동작속도가 빠르고 전력의 손실이 적은 전용부품을 필요로 하게 된다.그러나 기존 스위칭반도체인 트랜지스터는 가격이 저렴한 대신 회로구성이 복잡하고 동작속도가 느린 단점이 있고, MOSFET는 저전력이고 속도가 빠른 대신 비싼 단점이 있다.IGBT는 바로 이 두 제품의 장점만을 결합한 제품으로 평가받고 있다.Insulated Gate Bipolar Transistor 의 약자로서 고속스위칭 소자입니다.턴오프시간이 1 ㎲로 초당 15000 번 이상 스위칭이 가능합니다. 최대정격은 1.2kV, 400A입니다. 평활된 DC 전압을 펄스로 스위칭해서 AC 전압으로 만드는 인버터부에 사용되며 구기종인 G 시리즈 에서는 Power Transistor 를 사용했습니다.Power Transistor 는 초당 1000 ? 3000 번으로 고속 스위칭이 불가능했지만 iGBT 를 사용하면은 전압파형이 안정되어 전류특성이 좋아지고 모터의 소음을 없앨수 있습니다.⑴ IGBT(Insulated Gate Bi-Polar Transistor)는 Junction Transistor와 MOSFET(Metal Oxide Film Field Effect Transistor)의 장점을 조합한 트랜지스터이다⑵ 게이트가 얇은 산화실리콘 막으로 격리(절연)되어 있어서 게이트에 전류를 흘려서 On-Off 하는 대신 전계(Field Effect)를 가해서 제어한다⑶ MOSFET에는 n채널형 p채널형이 있고 이들 각각에는 그림과 같이 Enhancement형과 Depression형이 있다. 그림은 n채널형을 보인 것이고 p채널형은 그림에서 N과 P를 바꾸어 놓은 것이다.⑷ Enhancement형은 게이트 전압이 0 일 때는 S 하든 관계는 없지만 MOSFET + BJT model이 비교적정확한 편입니다.(그렇다고 크게 차이가 나지는 않습니다. 좀더 정확한 값을 얻을 수 있다는 겁니다.)IGBT가 탄생된 이유는 실제로는 MOSFET를 대체하기 위해서라고 할 수 있습니다.MOSFET의 경우 one-type carrier (electron or hole) 소자이기 때문에 항복전압을높이거나 전류량을 높이는데 한계가 있었습니다. 때문에 IGBT는 MOSFET의 이러한 단점을 보완하고 높은 항복전압과 전류를 얻고자 하는 취지에서 개발되었습니다.하지만 이런 IGBT에도 단점은 있습니다. 바로 속도가 MOSFET에 비해 느리다는 것입니다.실제로 IGBT는 electron가 hole의 두가지 carrier를 모두 사용하게 되는데이로인해 turn-off시간이 MOSFET에 비해 길다는 단점이 있습니다.최근에는 고속 IGBT를 만들기 위해 많은 연구가 진행되고 있으나 아직까지 IGBT의 switching frequency는 100kHz 이하인 것이 대부분입니다.현재 생산 판매중인 IGBT의 용량은 대부분 600V, 1200V 정도의 항복전압에 전류용량은 10A내외의 것이 많습니다.주로 Inverter에 많이 사용되고 있으며 최근에는 자동차의 injection coil driver 나PDP 구동 driver에 적용되고 있기도 합니다.전세계적으로 IGBT를 생산하고 있는 회사는 많습니다만 대략 ABB, On-semiconductor? P.I.D 제어P.I.D 제어는 비례, 적분, 미분제어의 결합이다. 세가지의 계수 P게인, I게인, D게인을 조정하여 최고의 성능을 발휘할 수 있다. P-제어에 의해서 어떠한 헌팅도 없이 부드러운 운전을 달성할 수 있으며, I-제어에 의해서 정상상태 편차를 보정할 수 있으며, D-제어에 의해서 피드백값에 영향을 미치는 외란에 대한 빠른 응답을 가지도록 할 수 있다. 매우 큰 편차는 P-제어에 의해서 억제될 수 있다. 또한 작은 편차는 I-제어에 의해서 수정될 수 있다.- P:.

공학/기술| 2010.03.28| 9페이지| 1,000원| 조회(404)

전기공학, 초퍼, igbt, 인버터 특성, P.I.D 제어

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인버터 제어법

? SCR(Silicon Controlled Rectifier)실리콘 제어정류기라고 부르기도 하며 실리콘 제어정류기의 한 종류로 보기도 한다. 양극(anode)·음극(cathode)·게이트(gate)의 3단자로 구성되어 있으며, 게이트에 신호가 인가되면 지속적인 게이트 전류의 공급 없이도 주 회로에 역전류가 인가되거나 전류가 유지전류(holding currrent) 이하로 떨어질 때까지 통전상태를 유지한다.p-n-p-n 4층 구조를 가지며, 1950년대 말에 개발되어 오늘날 6,000V 이상의 전압을 견딜 수 있고, 3,000A 이상의 전류를 제어할 수 있다.[장점]? 소전력(낮은전압*소전류)로 대전력(고전압*대전류)을 제어할수 있다.? 자기유지형 소자이다:게이트를 트리거해서 한번 Turn ON 시키면 게이트 신호가 없어져도 에노드 전류가 홀드전류 이하로 떨어지기 전까지는 계속 유지된다.? 교류제어(위상제어.ON/OFF제어)가 용이하다.? 펄스성 대전류를 흘릴 수 있다.예를 들면 3A짜리 SCR의 경우 펄스폭 20us, 200pps에서 150A의 펄스전류를 흘릴 수 있다.? 릴레이에 비해 응답속도가 빠르다.[단점]? 트랜지스터에 비해 스위칭 속도가 낮다.(수십KHz이상 사용이 어렵다)? GTO(Gate Turn Off 형 SCR)를 제외 하고는 게이트 신호에 의해 OFF할수 없다.? ON상태의 손실이 트랜지스터에 비해크다.[응용분야]? DC회로 : 1)자기유지회로 용도 ? AC회로 : 1)전원 ON/OFF2)세트의 보호회로 2)전기담요의 온도조절3)다단 타이머회로 3)모터의 속도조절4)불 밝기조절(조광기)? MOSFETMOSFET를 보면 P형 기판에 N-MOS를 만들거나 N형 기판에 P-MOS를 만드는데 P형 기판에 N-MOS가 있는 경우를 보면 P형 기판에 마스크를 씌워 N+ 를 2개를 만들고 이 사이의 기판의 표면은 기판인 P형 반도체가 있게 된다. N+사이의 P형 반도체 위에 절연체(보통 SiO2를 쓰임)를 입히고 그 위에 Metal을 얻어 놓게 된다. Drain이 되고 Metal이 Gate가 된다.Gate에 전압을 인가하고 기판(Body)를 GND에 연결하면 절연체를 기준으로 보았을 때 위 아래가 Capacitor의 형태를 띄고 있다. Gate에 (+)전압을 인가하였으니 Metal에는 (+)전하가 펼쳐져 있고 맞은편의 P형 기판에는 절연체 바로 아래에만 (-)전하가 펼쳐져 있게 된다.P형 기판은 전자보다 정공이 많은 형태이므로 극히 일부분에만 (-)전하가 모여 있게 되는 것이다. 이 때 절연체를 기준으로 서로 마주 보고 있는 (+), (-)전하는 같은 양이어야 하고때문에 충분한 전압이 가해지면 두개의 N+(Source, Drain)사이에 (-)전하로 이루어진 길이 생기게 된다.(Channel 이 형성되었다고 함) 이러한 상태에서 Source에 전압을 인가하면 이 Channel을 따라서 전류가 흐르게 된다. 하지만 Gate의 전압이 끊기게 되면 Channel이 사라져서 전류가 흐르지 않게 되고 결국 일정한 전압이 Source에 계속 가해지고 있어도 Gate의 전압을 조절하며 Drain에서의 전류를 조절할 수 있게 되는 것이다.? IGBTI.G.B.T는 PNP Transistor와 MOSFET를 접속한 Monolithic의 BI-MOS Transistor이다.Gate-Emitter간에 (+)의 전압을 인가하여 MOSFET를 도통시키면 PNP Transistor의 Base-Collector간에 저저항이 접속된 것으로 되어 PNP Transistor 부분이 도통상태가 된다. Turn off 동작은 Gate Emitter간의 전압을 0[Ⅴ]로 하면 우선 MOSFET 가 차단 상태가 되고 PNP Transistor는 BASE 전류의 공급이 끊겨 차단상태로 된다.이처럼 I.G.B.T는 POWER MOSFET와 같이 Gate의 전압신호만으로 ON.OFF 상태를 제어할 수 있다.? P.I.D 제어P.I.D 제어는 비례, 적분, 미분제어의 결합이다. 세가지의 계수 P게인, I게인, D게인을 조정하여 최고의 성능을 발휘할 수 이 부드러운 운전을 달성할 수 있으며, I-제어에 의해서 정상상태 편차를 보정할 수 있으며, D-제어에 의해서 피드백값에 영향을 미치는 외란에 대한 빠른 응답을 가지도록 할 수 있다. 매우 큰 편차는 P-제어에 의해서 억제될 수 있다. 또한 작은 편차는 I-제어에 의해서 수정될 수 있다.- P: 비례제어(Proprotional Control)는 출력주파수를 제어하여 출력주파수와 편차가 비례관계를 가지도록 한다. 편차와 출력주파수의 계수는 비례게인(Kp: Proportional Gain)이라고 한다. 만약 Kp를 높게 설정하면 편차가 빠른 변화를 나타내기 때문에 시스템의 응답은 빨라진다. 그러나 Kp를 너무 높게 설정하면 시스템은 불안정하게 된다.- I: 적분제어(Integral Control)는 편차를 적분하여 출력주파수를 수정하기 위해서 사용된다. 비례제어의 경우에서는 큰 편차는 큰 출력주파수를 발생시키지만 편차가 작으면 출력주파수의 조정값도 작아지게 된다. 그러나 편차를 0으로 만들 수는 없다. 적분제어기의 성능은 이러한 문제점을 보상하는 것이다. 출력주파수의 적분보정은 편차를 전체시간에 걸쳐 누적함으로써 수행하게 되고 결과적으로 편차가 0 이 된다. 적분게인(Ki: Integral Gain)은 얼마나 자주 편차를 적분할 것인가의 계수이다. 적분게인의 역수는 적분시정수(Ti: Integral Time Constant) Ti=1/Ki라고 한다.- D: 미분제어(Differential Control)는 편차를 미분함으로써 출력주파수를 보정하는 제어방법이다. P 제어가 현재의 편차를 기본으로 한다면 I 제어는 과거의 편차를 기본으로 하기 때문에 제어시스템에는 항상 지연이 발생하게 된다. 미분제어는 이러한 문제점을 보상한다.출력주파수의 미분보상은 편차의 변화율 변화율에 비례하여 수행된다. 그러므로 D 제어는 편차에 급격한 변화가 있을 때 빠르게 출력주파수를 수정한다. 미분게인(Kd: Differentiation Gain)은 얼마나 자주 미분을 수행할 것인지를 결정 DC를 입력해서는 출력을 낼 수가 없고 만약 DC를 입력하면 변압기가 타버리게 된다. 그런데 DC를 입력해야 할 필요성이 생길 때가 있는데 DC12볼트 배터리로 AC 220V용의 전자기기를 사용할 경우 그런 필요성이 생기게 되고 일반적인 DC 전원 공급장치가 AC를 DC로 바꾸는 주는 것에 비해 역으로 DC를 AC로 바꾸어 주므로 인버터라는 이름이 붙게 된 계기가 되었다.인버터의 기본적 원리는 입력전압을 이용하여 제어회로를 구동시키고 그 제어회로는 입력전원을 고주파로 단속(chopper)하여 그 단속전압을 인버터변압기(고주파면압기)에 가하게 되면 원하는 출력을 얻을 수 있게 된다.고추파로 바꾸는 이유는 변압을 할 때 XL=2 x PI x F x L 라는 리액터의 임피던스에 따라L이 아주 작아도 되므로 변압기의 부피와 무게가 대폭 줄어들고 입력측의 단속비(duty)에 따라 전력을 다른 곳에 소비할 필요 없이 출력으로 나타나게 할 수 있으므로 일반 상용주파수에 사용하는 변압기 보다 효율적으로 전압을 바꿀 수 가 있기 때문이다.? PWM-Pulse width Modulation제어신호를 디지털 방식이 아닌 아날로그 변조방식으로 제어신호의 폭을 조정하여 출력값을 제어하는 방식이다.예를 들어 전압가변을 하면 아날로그방식을 전압자체가 가변이 되지만 PWM방식을 일정한 주기의 펄스폭이 변하게 된다. 디지털방식에 비해 노이즈의 방해를 받지 않아 제어 특성이 좋아 고급 장비에 사용한다.? GTO(Gate Turn Off Thyristor)GTO는 강제 전류가 가능하도록 SCR(사이리스터)에 게이트를 부가한 제어소자로서 동작모드는 BJT(접합형 트랜지스터)의 전류동작 모드를 취하고 있고 IGBT는 MOSFET 특성과 BJT 특성의 장점을 모두 취할 수 있도록 제작된 소자로 도통시 전압강하가 적고, 고속 스위칭이 가능하므로 주파수가 높아 가청영역에서 저소음화와 정음화가 가능하고, 전압구동으로 게이트를 제어할 수 있어 게이트 구동회로의 소형화 및 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습되는 on/off 제어신호에 의해 자기도통 기능과 자기차단기능 등의 자기보호기능이 있으며, Gate의 전류 의존성을 가지고 있습니다. 다시 말하면 Gate 전류를 크게 취하여 Turn-on 시간, Delay 시간을 단축시켜 주고 있는데 만약 Gate 전류가 적을 경우는 Turn-on 시간이 길어져 국부적인 전류 집중을 일으킬 위험이 있습니다. 또 Turn-off 시킬 경우 음의 Gate 전류 값이 작거나 Gate 전류 상승이 늦을 때는 Turn-off 시간이 길게 되어 Tail Current에 의해 손실이 증대됩니다. 이 손실은 GTO를 파괴시키는 원인이 되므로 스누버 회로를 구성하든지, 구동할 경우 충분한 크기를 가지며 빠른 전류성능을 가진 신호 펄스를 Gate에 인가할 수 있는 구동회로가 요구됩니다.? 시퀀스 제어의 정의와 종류1. 시퀀스 제어의 정의와 종류조작의 순서를 미리 정해놓고 이에 따라 조작의 각 단계를 차례로 행하는 제어를 시퀀스 제어 (sequence control) 라 한다.1> 릴레이(relay sequence) : 유접점 릴레이에 의하여 구성되는 기계적 제어2> 로직 시퀀스(logic sequence) : 반도체 스위칭(switching) 소자를 사용하여 회로를 구성하는 무접점 제어3> PLC(programmable logic controller) : PC의 CPU로 시퀀스 회로를 프로그램화 (soft were)한 것으로 공장 자동화(FA)설비에 널리 이용된다.? 기타계자 : 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 또 전동기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이나 이 변환에는 자기력의 개재가 필요하다. 이 중 개의 자기력을 만들기 위해 직류의 발전기, 전동기 급 교류의 발전기 동기전동기에서 는 교호로 N극과 S극을 배치하나 이 극을 계자극 또는 계자라 한다. 영구자석이라든가 또는 직류에 의한 여자를 만들고 있다.GATE : 전자회로에서 입력을 도통하거나 차단하는 것을 선별하는 부분을 뜻한다.트리거 : 다른 회로에 적당한 계기다.

공학/기술| 2010.03.28| 5페이지| 1,000원| 조회(289)

PID, 모터, 전기공학, SCR, 인버터 제어

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쵸퍼 인버터 실험

쵸퍼/인버터 제어 특성 실험 예비 Report학과 :학번 :이름 :쵸퍼/인버터 제어 특성1. SCR사이리스터란 p-n-p-n접합의 4층 구조 반도체 소자의 총칭으로서, 역저지 사이리스터, 역도통 사이리스터, 트라이액이 있습니다. 그러나 일반적으로는 SCR(Silicon-Controlled Rectifier Thyristor)이라고 불리는 역저지 3단자 사이리스터를 가리키며, 실리콘 제어 정류소자를 말합니다.사이리스터는 3개이상의 P-N접합을 1개의 반도체 기판 내에 형성함으로서 전류가 흐르지 않는 오프 상태와 전류가 흐 를 수 있는 온 상태의 2개의 안정된 상태가 있고, 또한 오프 상태에서 온 상태로 또는 온 상태에서 오프 상태로 이행이 가능한 반도체 소자입니다. 사이리스터는 일반적으로 전력용 트랜지스터에 비해 고내압에서 우수한 특성을 나타냅니다.사이리스터 중에는 다음과 같은 SCR이나 다이액, 트라이액이라고 부르고 있는 것이 있습니다. 일반적으로 사용되는 SCR이나 다이액, 트라이액이라는 명칭은 실제는 상품명으로 정식적인 호칭은 아닙니다.● SCR - 3극 단방향 사이리스터● 다이액 - 2극 쌍방향 사이리스터● 트라이액 - 3극 쌍방향 사이리스터1) 사이리스터의 장점①. 고전압 대전류의 제어가 용이하다.②. 제어이득이 높고, 게이트 신호가 소멸하여도 온 상태를 유지할 수 있다.③. 수명은 반영구적으로 신뢰성이 높다. 또 써지 전압 전류에도 강하다.④. 소형, 경량으로 기기나 장치에의 설치가 용이하다.이러한 장점을 갖고 있는 사이리스터는 가전제품, OA기기, 산업용 기기 등의 전력제어 분야에서 널리 사용되고 있으며, 수십A이하의 중,소 전력 사이리스터만도 여러가지가 있습니다.2) 사이리스터의 종류 및 구조SCR 사이리스터아래 그림에서 A, K, G는 각각 애노드(anode), 캐소드(cathode), 게이트(gate)를 나타내고, 전류는 항상 애노드에서 캐소드로 흐릅니다.GTO 사이리스터(Gate-Turn-Off Thyristor)(3단자 턴오프 사이리스터)G드에서 캐소드로 흐릅니다.게이트에 양(+)전류를 흘리면 ON되고, (-)전류를 흘리면 OFF되는 SCR이며, SCR 사이리스터와 달리 음의 게이트 전류 펄스에 의하여 턴 오프가 가능하며, 일단 오프되면 게이트 전류 없이도 오프 상태를 유지하는 트리거 오프(trigger off) 기능을 가집니다.3) SCR 사이리스터의 회로도 기호● 다이액(Diac)다이액은 위의 그림에 나타난 바와 같이 PNPN반도체 층이 양방향으로 결합되어, 양방향으로 전류를 흘릴 수 있는 2단자 소자입니다. 캐소드가 없는 대신에 애노드1과 애노드2가 있습니다. 다이액은 두 단자의 극성에 상관없이 다이액 양단의 전압이 일정 전압(브레이크오버 전압이라고 합니다)에 도달하면 도통되고, 전류가 유지전류 이하로 떨어지면 단락됩니다. 도통된 다이액의 전류방향은 인가된 전압에 극성에 따라 결정됩니다.● 트라이액(Triac)트라이액은 3단자 교류 스위치의 약어로 이를 개발한 GE社의 상품명에서 기인하여 지금까지 사용되고 있지만 쌍방향 3단자 제어 정류소자로도 불립니다.4) SCR의 응용분야SCR은 계전기 제어, 시간지연 회로, 모터 제어, 전압 조정, 축전지 충전기, 위상제어 등을 포함한 많은 응용분아에 사용되고 있습니다. 최근의 SCR은 1800V, 2000A와같이 높은 정격 전압과 정격 전류로 10MW 정도의 높은 전력을 제어하도록 설계되고 있습니다. 또한 응용주파수 범위는 약 50Khz로 확장되어 유도가열이나 초음파 세척기와 같은 고주파용으로도 많이 응용되고 있습니다.5) SCR 의 동작 원리SCR은 위의 그림과 같이 2개의 트랜지스터로 구성된 등가회로로 생각할 수 있습니다. 윗쪽 트랜지스터는 PNP트랜지스터의 역할을 하고 아랫쪽의 트랜지스터는 NPN트랜지스터의 역할을 합니다. 단, 두개의 트랜지스터가 맞붙는 중간층은 서로 공유됩니다.● SCR의 턴 온(Turn-on)과정아래의 그림과 같이 게이트가 접지되면 Q1은 개방상태에 있게 됩니다. 이때 IB2는 너무 작아서 Q2를 턴 온 상태로 만들지 못합.이 때 아래의 그림과 같이 게이트에 충분히 큰 벌스 전압 VG를 인가하면 Q1이 온 상태가 되고 Q2의 베이스 전류의 증가는 IB2를 더욱 증가되게 합니다. 결과적으로 A-K간 저항은 대단히 작아져서 아래의 그림과 같이 SCR은 하나의 단락회로가 되게 됩니다. 일반적은 SCR은 0.1us ~ 1us의 턴 온 시간을 갖습니다.위와 같은 게이트에 의한 트리거 뿐만 아니라 온도를 현저하게 증가시키거나 Breakover 전압 이상으로 전압을 증가시킴으로 SCR을 온 상태로 만들수도 있습니다.일단 SCR이 온 상태가 되면 아래의 그림과 같이 게이트 신호를 제거하여도 오프 상태로 변화되지는 않습니다. 단지 위에서 소개한 GTO형의 SCR만이 게이트에 음의 펄스를 인가하여 오프상태로 만들 수 있습니다.● SCR의 턴 오프(Turn-off)방법SCR을 오프 상태로 만들기 위한 방법은 양극전류 차단법과 강제전환법이 있습니다. 양극 전류 차단법은 아래의 그림(a)와 같이 직렬 스위치를 개방시키는 방법과 (b)의 그림과 같이 병렬 스위치를 단락시키는 방법이 있으며 두가지 모두 애노드 전류가 0이 되어 SCR이 오프상태로 됩니다.강제전환법은 강제로 SCR내의 순방향 전류의 반대방향으로 전류가 흐르도록 하는 방법입니다. 가장 기본적인 회로는 아래의 그림과 같습니다.위의 그림의 (a)에서와 같이 스위치가 개방되어 있으면 SCR은 도통상태에 있게 됩니다. 이 때 (b)와 같이 스위치를 닫아 순방향 전류와 반대방향으로 전류가 흐르게 되면 SCR은 오프 상태로 됩니다. 보통 SCR의 턴 오프 시간은 수us ~ 수십us 정도입니다.6) SCR 특성 곡선● 순방향 브레이크오버 전압 (VB)SCR이 순방향 차단영역에서 순방향 전도영역으로 들어가기 위한 전압을 순방향 브레이크오버 전압이라 합니다. 위의 그림에 나타난 바와 같이 게이트 전류 IG가 증가하면 순방향 브레이크오버 전압은 감소합니다. 게이트 전류 IG = 0일때 순방향 브레이크오버 전압이 최대가 됩니다.● 유지전류SCR이 순방향 전도영방향 블로킹 영역순방향 바이어스 전압을 인가했을때 SCR이 오프 상태인 영역을 순방향 블로킹영역이라 하고, 역방향 바이어스 전압을 인가했을때 SCR이 오프 상태인 영역을 역방향 블로킹 영역이라고 합니다.● 게이트 트리거 전류 (IG)SCR을 순방향 블로킹영역에서 순방향 전도영역으로 전환하는데 필요한 게이트 전류를 트리거 전류라고 합니다.● 순방향 전도영역순방향 바이어스 전압을 인가했을때 SCR이 온 상태인 영역을 순방향 전도영역이라고 합니다.● 역방향 항복전압SCR이 애벌런치 영역으로 들어가서 급격히 도통되기 시작하는 애노드와 캐소드 양단의 역방향 전압을 역방향 항복전압이라고 합니다.2. IGBT전력용 반도체 중의 하나인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 주로 300V 이상의 전압 영역에서 널리 사용되고 있으며, 고효율, 고속의 전력 시스템에 특히 많이 사용되고 있습니다. 1970년대에 전력용 MOS FET가 개발된 이후 전력용 스위치는 중전압 이하, 고속의 스위칭이 요구되는 범위에서는 MOS FET가, 중~고압에서 대량의 전류도통이 요구되는 범위에서는 바이폴러 트랜지스터나 SCR, GTO등이 사용되어 왔습니다.1980년대 초에 개발된 IGBT는 출력 특성면에서는 바이폴러 트랜지스터 이상의 전류 능력을 지니고 있고, 입력 특성면에서는 MOS FET와 같이 게이트 구동 특성을 가지고 있습니다.따라서 IGBT는 MOS FET와 바이폴러 트랜지스터의 대체 소자로서 뿐만 아니라 새로운 분야도 점차 사용이 확대되고 있습니다.1) IGBT의 특징MOS는 고내압화 하면 온(On) 저항이 급속히 커지는 문제가 있어서 200V 정도가 실용의 한계로 보고 있는 반면 IGBT는 MOS에 비해 온 저항이 낮지만 MOS와 동등의 전압제어 특성을 지니고 있으며 또한 스위칭 특성에서는 MOS보다는 늦지만 바이폴러 트랜지스터나 GTO보다 빠른 이점으로 중소용량의 인버터를 중심으로 산업용에서부터 일반 가정용에까지 폭 넓게 사용될 수 있습니다 .2) I압(Breakdown voltage)를 기본으로 하여1) 도통 상태의 소자 전압 강하(On-state voltage drop)인 VCE(sat)에 의해 결정되는 정특성2) IGBT의 On/Off 스위칭 속도에 의해 결정되는 동특성3) 단락회로 견고성등으로 나뉘어 질 수 있습니다.이들 관계는 상호 Trade-off관계를 가지고 있습니다. 즉, 일반적으로 낮은 VCE(sat)를 갖는 IGBT는 스위칭 오프 손실이 크고, 높은 VCE(sat)의 IGBT는 스위치 오프 손실이 작은 관계를 가지고 있습니다. 따라서 IGBT는 적용 시스템의 동작 주파수에 따라 적절히 선택되어야 합니다.400V급 IGBT의 경우 디지털카메라의 스트로브에 적용되는 대전류, 저속의 트랜치 IGBT와 자동차 엔진 점화장치에 사용되는 점화 IGBT등이 있습니다.600V급의 경우, 110V 전원을 사용하는 산업용 및 일반용 모터 구동용 인버터, 공진 인버터, UPS, SMPS등에 적용되는 단락 회로 정격 IGBT 및 고속 스위칭 IGBT등이 있습니다.1200V급 IGBT의 경우 220V 3상 전원을 사용하는 용도에 주로 사용되는데, 산업용 모터 구동 인버터에는 모듈 형의 IGBT, 공진 인버터에는 단품 패키지 형태의 IGBT가 주로 사용됩니다.이 외에도 전동차 구동용, FA, 직류 송전 등에 2500 ~ 6000V급의 IGBT가 적용되고 있습니다.3. 인버터1) 인버터의 의미일반적으로 변압기는 DC를 입력해서는 출력을 낼 수가 없습니다. DE를 입력하면 변압기가 타버립니다. 그런데 DC를 입력해야 할 필요성이 생길 때가 있습니다. DC12볼트 배터리로 AC220V용의 전자기기를 사용할 경우 그런 필요성이 생기게 되고 일반적인 DC 전원 공급 장치가 AC를 DC로 바꾸는 주는 것에 비해 역으로 DC를 AC로 바꾸어 주므로 인버터라는 이름이 붙게 된 개기가 되었습니다.인버터의 기본적 원리는 입력전압을 이용하여 제어회로를 구동시키고 그 제어회로는 입력전원을 고주파로 단속(chopper)하여 그 단속전압다.

공학/기술| 2010.03.28| 9페이지| 1,000원| 조회(307)

전기공학, 인버터, PWM, 쵸퍼, igbt

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ATmega128의 기능

ATmega128의 기능- RESET(핀20) : 입력단자로 '0' 레벨이 입력되면 리셋되어 PC(Program Counter)는 일반적으로 0번지를 가르키고 0번지부터 프로그램이 시작된다. 리셋시 대부분의 레지스터는 초기화된다.- XTAL1, XTAL2(핀24, 23) : 발진용 증폭기(인버팅 오실레이터 증폭기) 입력 및 출력 단자.- VCC(핀21, 51) : 전원 입력 단자- GND(핀22, 53, 63)63) : 그라운드 입력 단자.- AVCC(핀 64) : AD변환기 및 포트F에 대한 공급 전압- AREF(핀 62) : ADC 참조 전압(Reference Voltage)- PEN(핀1) : SPI를 활성화시키는 단자로 일반적인 동작모드에서는 사용하지 않고 파워 온 리셋시 0상태로 유지해 SPI를 허용하게 한다.- Port A(PA7 ~ PA0 : 핀 44-51) : 내부 풀업 저항이 있는 8비트 양방향 입출력 단자. 외부 메모리를 둘 경우에는 주소버스(A7-A0)와 데이터버스(D7-D0)로 사용.- Port B(PB7 ~ PB0 : 핀 10-17) : 내부 풀업 저항이 있는 8비트 양방향 입출력 단자. SPI용 단자 혹은 PWM단자로도 사용된다.- Port C(PC7 ~ PC0 : 핀 35-42) : 내부 풀업 저항이 있는 8비트 양방향 입출력 단자. 외부메모리를 둘 경우에는 주소버스(A15-A8)로 사용된다.- Port D(PD7 ~ PD0 : 핀 25-32) : 내부 풀업 저항이 있는 8비트 양방향 입출력 단자. 타이머용 단자 혹은 외부 인터럽트용 단자로도 사용된다.- Port E(PE7 ~ PE0 : 핀 2-9) : 내부 풀업 저항이 있는 8비트 양방향 입출력 단자.타이머용 단자, 외부 인터럽트, 아날로그 비교기, USART용 단자로도 사용된다.

공학/기술| 2010.03.28| 1페이지| 1,000원| 조회(547)

증폭기, 프로그램, ATmega128의 기능, Reset

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