학습자료 :11월 8일 : 직류 전력 제어 (강압초퍼회로)

[페러데이]

 * ? 스위칭 소자로 mos fet 이 전계효과로 인한 동작(베이스로 흐르는 전류 필요없고, 게이트에 주는 신호는 콘덴서 처럼 소모되지 않을것 같다) 으로 저전력으로 동작시켜며, 더 고속 동작이 가능해서 더욱 효과적일것 같다.   

**Chopper(초퍼)방식에서는 Choke Coil(쵸크코일)이 중요한 역할을 한다.
가장 간단한 DC-DC Converter는 Chopper방식이다,Chopper(초퍼)는 "잘게 썰다" 라는 의미이다.전류를 스위칭에 의해 잘게 썰어 전압변환하는 것에 유래하였다.초퍼방식에서는 코일(인덕터)이 중요한 역할을 한다.
스위칭소자가 ON/OFF할 때 마다 회로에 흐르는 전류는 급격히 변화하는데, 코일에는  전류변화를 방해하는 기전력이 생겨 유도전류(誘導電流)가 만들어 진다 (렌쯔의 법칙).
전류변화를 반복하는 교류에 있어서는 저항의 성질이 있다.흔히 "전류를  숨 막히게 하다"  라는 의미에서 이 성질을 이용한 코일을 특별히 "쵸크 코일"이라 부른다.
(영어사전에 의하면  Choke의 의미가 "숨 막히게 하다.막다.저지하다 이다)
Chopper방식의 DC-DC Converter는 스위칭소자와 쵸크코일 ,Capacitor,Diode(다이오드)를 조합한 간단한 회로로서,직류전압을 강압 혹은 승압하고 있다.
Chopper 방식의 DC-DC Converter에는 두가지의 기본회로가 있다.
강압형 DC-DC Converter 인 Buck Converter(Step Down Converter라고도 한다)와 승압형인 Booster Converter(Step Up Converter라고도 한다)이다.
스위칭소자(그림에서는 Transistor),쵸크코일 ,다이오드의 위치가 다른점이 회로를 해석하는 포인트이다.
쵸크코일은 스위치 ON의 기간에 전류가 흘러 들어가 에너지를 축적하고,스위치가 OFF되면 전류변화를 막는 방향으로 유도전류를 흘린다.
그림에서는 생략되어 있지만 Transistor의 Base에는 제어회로가 접속되어 있어,제어회로에서 보내지는 방형파(方形波)가 스위칭을 실행한다.(방형파전압의 High/Low에 의해 ON/OFF 한다.)
스위치의 ON시간이 길어지면 출력전압이 높아지고,OFF시간이 길어지면 출력전압은 낮아진다.따라서 ON/OFF시간(Duty Cycle:듀티 사이클)을 제어하여 필요한 출력전압을 얻는다(PWM:펄스폭변조).
제어회로는 복잡한 회로이지만 IC화 되어 있기 때문에 기판상에도 많은 면적을 차지하지 않는다.기판상에 많은  면적을 차지하는 것은 Capacitor와 쵸크코일이다. 
Chopper방식의 DC-DC Converter는 상기의 두가지 방식외에 강압.승압 모두가 가능한 Buck-Booster Converter도 있다.이것은 Buck Converter의 다이오드의 방향을 반대로 한 것으로 ,출력전압의 극성이 반전하기 때문에 "극성반전형"이라고도 한다.
 

* ?  승압 회로에서는 코일에 축적된 에너지를 급격하게 흐르게 해서 순간적인 킥전압을 이용하기 때문에 코일이 필수일것 같은데, 강압회로에서는 코일 없이 콘덴서 만으로도 강압 회로가 될것 같다. 

실험? 

반도체 스위치 전단의 콘덴서의 역활에 대한 추정: 바이패스 다이오드의 고전압,고주파를 콘덴서에서 잡아먹는 역활을 할것 같음.

바이패스 다이오드는 고속 수위칭시 반도체에 가해지는 역전압에 의한 소자 소손을 방지.

FET에 Diode가 있는 이유

FET에 들어가는 DIODE의 경우 사실 넣고 싶어 넣었다기보다는 만들다 보니 자연스럽게 들어갔다고 표현하는 것이 맞을듯 하네요. 그래서 내부 다이오드를 "기생다이오드"라고 합니다. 그것이 생기는 이유는MOS FET의 구조를 보시면 이해가 될것입니다. 제조공정상 기생된 P-N Junction입니다.

[출처] FET에 Diode가 있는 이유|작성자 봄봄바라기

*  ch 는 뭐의 약자인가?   

공식이 뭘 말하는지? 

어째든 L은 출력 전압을 말하는 것 같고, 출력 전압은 입력 전압 빼기 Em 이라는 건데 아마도 역기전력을 말하는 것 같다. 스위치를 온 하면 코일에 의해서 입력전압 떨어 진다는 건가?  아니면, 전압 분배 법칙으로 인한 코일에  걸리는 전압을 빼준것 같다.

스위치가 오프가 되면 공급전압은 없어지고, 코일에 축적된  에너지가 방출되는 건데 방향이 - 마이너스 인게 이해가 안감.

주파수 최대 시비율 중간.

시비율 최대

주파수 변형시 파형

노란 숫자 1이 있는 점선을 0볼트 라면 파형은 마치 교류처럼  플러스와 마이너스 방향 양쪽으로 흐르는 것 아닌가?  

시비율이 커질수록 전압이 상승한다. 

모터가 아주 서서히 움직인다.

환류 다이오드의 파형을 측정

모터와 동일 파형이 나옴

초크코일 단락 실험

초크코일을 단락시켰을때 전압은 변동없고, 약간이나마 전류가 상승함.

초크코일을 단락시켜면 리액턴스가 줄어서 전류가 상승하는거로 판단됨. 

이는 리액턴스와 전류가 반비례 함을 보여줌.