먼저, 스위칭 방식의 AC/DC 변환에 대해 간단히 설명하겠습니다. 하기의 기본 회로와 파형을 참조하여 주십시오. 여기에서는 입력전압을 100VAC라고 가정하겠습니다. 이 100VAC를 먼저 다이오드 브릿지로 정류합니다. 이는 전파 정류입니다. 100VAC를 그대로 정류하는 것이므로, 다이오드 브릿지는 고전압을 견딜 수 있는 사양이 필요합니다. 100VAC는 피크치로 140V 정도가 됩니다. 다음으로 콘덴서를 사용하여 평활합니다. 이 역시 고전압 제품이 필요합니다. 원리적으로는 이 시점에서 AC/DC 변환을 실시하지만, 일반적인 DC 구동 회로에서 사용 가능한 DC 전압으로 하기 위해서는 이후에 몇 단계의 공정이 필요합니다. 정류기와 콘덴서를 통해 변환된 이 고압의 DC 전압은, 스위칭 소자의 ON / ..

지금까지, AC/DC 변환의 기초로서 하기의 항목에 대해 설명했습니다. ・AC/DC 변환에는, 트랜스 방식과 스위칭 방식이 있다. ・AC/DC 변환에서는, AC를 정류 / 평활을 통해 DC로 변환한다. ・트랜스 방식에서는, 평활화된 DC를 그대로 사용할 수도 있지만, 정밀도와 안정화가 필요하다면 DC/DC 변환을 통해 원하는 DC 전압으로 변환한다. ・스위칭 방식에서는, 대략적으로 AC의 피크 전압치의 DC를 취급하므로, 고내압의 부품이 필요하다. ・스위칭 방식의 정류 / 평활 후 DC로의 변환은, 입력이 고전압일 경우를 제외하고는 통상적인 스위칭 DC/DC 변환과 동일하다. ・AC/DC 변환 회로의 설계 시에는, 트랜스 설계가 동반된다. ・온 보드 설계 시에는, AC/DC 전원용 IC를 사용하는 편이 ..

디스크리트 구성을 사용할 것인지, 전원용 IC를 사용할 것인지에 대한 검토는 지속적으로 감소 추세이지만, 주로 온보드 전원을 설계한다는 관점에서 설명하겠습니다. 여러가지 견해가 있겠지만, 전원 IC를 사용하는 메리트를 생각하면, 전원 IC를 완벽하게 사용하는 것이 좋은 방법이라고 생각합니다. 전원 IC에는, 최적의 제어가 가능하도록 필요한 회로와 기능의 대부분이 탑재되어 있습니다. 따라서, 설계자가 이를 조정하면서 자신의 설계에 최적화함으로써, 완성도 높은 전원을 실현할 수 있습니다. 전원은 전원 메이커가 보유한 노하우의 집합체로서, 튜닝의 편이성 및 성능 면, 그리고 비용 면에서도 디스크리트 구성이 우수한 시대가 있었습니다. 그러나, 오늘날의 전원용 IC는 다양한 시장 요구를 반영하여, 간단하고 편리하..

디버그 및 최적화가 끝나면, 양산을 하기 위한 판단을 실시합니다. 이 때, 요구 사양을 완벽하게 만족할 수 없는 경우가 있습니다. 이러한 경우에는 꼭 필요한 사양을 만족시키기 위해 재설계가 필요하거나, 타협점을 찾아 전체적으로 목표치에 가까워지도록 트레이드 오프의 검토가 필요하기도 합니다. 이상으로 설계의 순서와 확인 항목을 모두 설명했습니다. 설계의 진척을 위해서는 확실한 계획뿐만 아니라, 문제에 유연히 대처할 수 있는 임기응변도 필요합니다. 키 포인트 ・프로토타입 평가에서는 레이아웃으로 기인하는 문제 등, 도면에서 예측할 수 없는 문제가 발생할 가능성이 있다. ・동작 마진은 반드시 체크한다. 마진이 없는 설계는 양산품의 수율 등에서 문제를 일으킨다.

도면 작성 및 부품 리스트를 완성하여, 기판 레이아웃이 완료되면, 프로토타입을 제작하여 성능을 평가합니다. 프로토타입 제작 시에는 먼저 기본 동작의 확인부터 시작합니다. 이 때, 어떤 동작이 정확한 동작인지 판단이 어렵다면, IC 메이커가 구비하고 있는 평가 보드를 이용하는 방법도 있습니다. 사양의 세세한 부분이 원하는 설계 사양과 맞지 않을 수도 있지만, 비교 검토의 대상으로 활용하도록 합니다. 평가 항목으로서 효율을 측정하게 되는데, 이 때 AC를 취급하는 파워미터 (전력계)가 있으면 편리합니다. 물론 전압계, 전류계, 클램프 전류계 등을 구사하여 측정할 수 있지만, 파워미터는 효율 그 자체를 표시할 수 있습니다. 또한, 반드시 오실로스코프를 사용하여, 각 포인트의 파형을 관찰하여 주십시오. 비정상적..

IC가 정해지면, 그 IC의 데이터시트 및 어플리케이션 예 등을 참고로 설계를 진행합니다. 이 때, 외장 콘덴서 및 저항 등의 정수를 결정하게 되는데, 스위칭 AC/DC 컨버터의 경우에는 트랜스 설계가 매우 중요합니다. 트랜스 설계는 다음과 같은 순서로 실시합니다. 먼저, 트랜스의 사이즈를 검토합니다. 전원 방식, 스위칭 주파수, 출력전력 등을 바탕으로 트랜스의 사이즈를 결정합니다. 다음으로, 자기 (磁気) 포화되지 않도록 메인 권선 (1차 권선)의 L값, 각 권선의 감는 횟수를 정한 후, 구조 설계를 시작합니다. 구조 설계에서는 결합도를 고려한 층 구성, 안전 규격을 고려한 연면 거리 확보, 그리고 보빈의 유효 스풀 (spool)에 감을 수 있는지의 여부를 확인하면서 선재의 굵기를 결정합니다. 이와 같..

사양이 결정되면, 이를 만족하는 전원 IC를 선택합니다. 앞서 기술한 바와 같이, 여기에서는 전원 IC 사용을 전제로 합니다. 요구 사항을 바탕으로 적합한 AC/DC 방식이 트랜스 방식인지 스위칭 방식인지, 강압인지 승압인지, 플라이백인지 포워드인지 등을 정하여 전원 IC를 선택하게 됩니다. 즉, 전원 IC 선택은 전원 방식의 결정을 의미합니다. 기본적으로 전원 IC는 특정한 방식으로만 대응할 수 있으므로, 결정한 방식의 IC를 선택하게 됩니다. 전원 IC를 사용한 설계에서는 전원 IC가 담당하는 부분이 크므로, 사용 IC에 따라 회로 및 부품이 결정됩니다. 다시 말하자면, IC를 중심으로 설계하게 된다고 해도 과언이 아닙니다. 전원 IC에는 다양한 종류가 있으며, 구비하고 있는 기능도 다양합니다. 전원..

첫번째 작업으로서 중요한 것은 요구 사양을 명확히 하는 것입니다. 본래는 이것이 가장 중요한 순서이지만, 전원 사양은 회로 기판 전체의 사양이 정해지지 않으면 결정할 수 없으므로, 설계 기간이 후반으로 갈수록 급하게 진행한다는 이야기를 자주 접하게 됩니다. 그렇다고 해서, 아무것도 정하지 않으면 설계가 진행되지 못하므로, 임시 사양으로서 필요한 전압과 추정되는 부하 전류를 바탕으로 시작해야 합니다. 스타트 시점에서 정해져 있어야 하는 항목은 하기와 같습니다. 입력 조건을 예로 들어, 해외에도 판매할 예정이라면 해당 국가의 전압 및 전세계에서 통용되는 유니버셜 입력 대응이 필요합니다. 또한, 국가에 따라서는 전압이 불안정한 지역도 있으므로 허용차의 범위를 어떻게 할지 등, 많은 검토 사항이 있습니다. 각각..

이번에는 AC/DC 변환 회로 설계의 순서에 대해 설명하겠습니다. 기초편이므로 대략적인 개요만 설명할 예정이지만, 작업 순서와 해당 항목을 확인하면서 설계하는 것이 중요합니다. 회로도를 이해하는 지식이 있더라도, 도면 작성 이외에 필요한 업무나 구체적인 순서는 직접 경험하는 수 밖에 없습니다. 그 이외에도, 경험을 바탕으로 한 업무 방식과 판단도 중요한 노하우입니다. 회로 설계를 위해서는 이론, 지식, 그리고 경험이 서로 보완되어 상승 효과를 얻을 수 있는 접근법이 필요합니다. 하기 그림은 대략적으로 분류하여 순서대로 나열한 표준적인 설계 순서입니다. 먼저, 설계의 사양을 정하고, 그 사양을 만족하는 IC를 선택한 후, 주변 부품을 선택하면서 설계를 진행합니다. 설계는 회로도뿐만 아니라, 기판 레이아웃의..

Buck은 벅이라고 발음하며, 강압이라는 의미입니다. Buck 컨버터는 다이오드를 통해 정류하는 강압 컨버터로서, 비절연 강압 스위칭 DC/DC 컨버터에 사용되는 대표적인 방식입니다. DC/DC 변환의 세계에서는 다이오드 정류 방식 및 비동기 방식이라고 불리우는 경우가 많습니다. 앞에서 게재한 포워드 방식과 비교하면, 트랜스를 사용하지 않으므로 1차측과 2차측이 절연되어 있지 않습니다. 절연이 불필요한 경우에는 트랜스를 사용하지 않는 Buck 방식이 간단합니다. Buck 방식은 트랜스를 통한 전압 조정이 없으므로, MOSFET 제어만으로 출력전압이 결정됩니다. 따라서, 출력으로부터의 귀환은 반드시 필요합니다. (그림에서는 생략) Buck 방식의 특징은, 회로 구성이 간단하다는 점입니다. 또한, 소전력의 ..

포워드 방식도 구성이 비교적 간단하여 제어가 용이하므로, 일반적으로 사용되는 방식 중 하나입니다. 특징으로서는, 플라이백 방식보다 대전력을 출력할 수 있지만, 인덕터와 플라이휠 다이오드 (D2)가 필요합니다. 또한, 플라이백과 동일하게 출력으로부터의 귀환을 포토 커플러를 통해 절연함으로써 절연 전원으로 사용할 수 있습니다. 동작은, MOSFET ON 시, 다이오드 D1이 ON되어, 인덕터를 통해 부하에 전류를 공급합니다. MOSFET OFF 시에는, 인덕터에 축적된 에너지를 다이오드 D2를 통해 부하에 전류를 공급합니다. 그림 23은 각 부분의 파형입니다. 포워드 방식은 트랜스를 한쪽 방향만 여자 (励磁 / Excitation)하므로, 트랜지스터가 OFF 상태일 동안에 트랜지스터에 축적된 에너지를 방출 ..

이전 포스팅에서, 트랜스 방식의 AC/DC 변환은 AC – Low AC – 정류 / 평활 (DC) – [옵션 : 안정화 DC] 그리고 스위칭 방식의 AC/DC 변환은 AC – 정류 / 평활 (DC) – 안정화 DC (AC – 정류 / 평활 – 안정화 DC) 와 같은 순서로 변환이 진행된다고 설명했습니다. 이번에는 각 방식에 있어서 상기 청색 부분에 해당하는 정류 / 평활에 의해 생성된 DC 전압을 원하는 안정화 DC 전압으로 변환하는 방식에 대해 설명하겠습니다. 스위칭 방식의 AC/DC 변환에 관해서는 이 공정을 「DC를 스위칭하여 AC로 변환하고, 그것을 다시 정류 / 평활하여 DC로 변환」이라고 표현해왔습니다. 그러나, 이 자체가 스위칭 DC/DC 변환이므로, 앞으로는 간략하게 「스위칭 DC/DC 변..

플라이백 방식은 100W 정도까지의 스위칭 전원에 자주 사용되는 방법입니다. 플라이백 방식에는 자려형 (自励型) RCC (Ringing Choke Converter), 타려형 (他励型) PWM 타입, RCC에 공진 기술을 이용한 의사 공진 타입의 3종류가 있습니다. RCC 타입은 시스템의 보조 전원 등, 주로 소전력 용도에서 사용되어 왔지만, PWM 타입에 비해 설계가 다소 복잡하고, 최근 PWM 타입 MOSFET 내장 IC가 보급됨에 따라 소전력 용도에서는 PWM 타입이 채용되는 경우가 많아졌습니다. 의사 공진 타입은 전용 IC로 제어하는데, PWM 타입보다 Low noise이며 손실이 작으므로, 일부 어플리케이션에서 사용되고 있습니다. AC/DC 변환에서는 스위칭 방식의 AC/DC 변환에 사용되는 경..

리니어 레귤레이터란 3단자 레귤레이터라고도 불리우며, 간단히 DC의 강압이 가능한 디바이스입니다. 기본적으로는 입력, 출력, GND의 3단자로 구성되며, 출력전압은 업계 표준 전압이 프리셋되어 있습니다. 그 외에도 외장 저항으로 출력을 가변할 수 있는 타입이나, ON / OFF 기능 (셧다운)이 내장되어 있는 제품도 있으며, 기능에 따라 단자 수는 달라집니다. 구조는 Op Amp를 사용한 귀환 (피드백) 루프 제어이며, 에러 앰프가 출력에서 귀환된 전압을 모니터링하여, 입력 및 출력 부하의 변동에 따라 출력전압을 일정하게 유지하도록 조정합니다. 스위칭 동작하지 않으므로, 스위칭으로 인한 노이즈 및 리플이 발생하지 않습니다. 사용법은 간단하지만, 사용 시 가장 고려해야 할 점은 손실＝열입니다. 그림 15와..

지금까지 트랜스 방식과 스위칭 방식의 AC/DC 변환과, 그 동작 및 회로의 개요에 대해 설명했습니다. 이번에는 두가지 방식의 비교 및 장점과 단점에 대해 설명하겠습니다. 회로 구성을 비교하면, 변환 방식에서 스위칭 방식의 회로가 조금 복잡합니다. 또한, 스위칭 방식은 반드시 제어 회로 (기본적으로 IC)가 필요합니다. 사용하는 부품은 비슷하지만, 스위칭 방식이 고내압 부품을 많이 사용합니다. 이 부분은 비용에도 영향을 미칩니다. 그러나, 가장 큰 차이점은 효율이며, 체적 / 중량에 있어서도 스위칭 방식이 유리합니다. 한가지 예를 들자면, 최근 특히 휴대기기의 충전용 AC 어댑터가 작고 가벼워졌다는 사실을 알고 계십니까? 그림 11은 주변에서 자주 볼 수 있는 AC 어댑터이며, 왼쪽은 트랜스 방식, 오른..

스위칭 방식이란 ? 그림 1는 스위칭 소자를 사용하는 AC/DC 변환 방식입니다. 스위칭 방식은 먼저 100VAC를 브릿지 다이오드로 정류합니다. 트랜스 방식에서는 먼저 트랜스를 통해 AC/AC 강압을 하지만, 스위칭 방식은 높은 상태의 AC 전압을 그대로 정류합니다. 따라서, 브릿지 다이오드는 고전압에 견딜 수 있는 사양의 제품이 필요합니다. 100VAC는 피크치로 140V 정도가 됩니다. 다음으로 콘덴서를 사용하여 평활합니다. 이 역시 고전압 사양의 제품을 사용합니다. 그 다음, 스위칭 소자를 ON / OFF하여 높은 DC 전압을 초핑 (chopping)하고, 고주파 트랜스를 통해 에너지를 2차측으로 전달합니다. 이 때의 ON / OFF 주파수, 즉 스위칭 주파수는 입력 AC의 주파수인 50 / 60..

트랜스 방식이란 AC에서 DC로 변환하는 방법 중 하나로, 트랜스포머 즉 변압기를 메인으로 사용한 방식입니다. 그림 1은 트랜스 방식의 일반적인 구성입니다. 예를 들어, 입력전압을 100VAC라고 가정하고, 이 100VAC 전압을 트랜스로 원하는 DC 전압으로 변환하기 위해 AC 전압으로 강압 (변압)합니다. 이 부분까지는 AC/AC 변환입니다. 변압치 (트랜스의 2차측에 발생하는 강압치)는 트랜스의 1차측과 2차측의 권선비에 따라 결정됩니다. 만약, 입출력간 절연이 필요한 경우에는 트랜스를 이용하여 절연할 수 있습니다. 그리고, 강압된 AC 전압은 브릿지 다이오드를 통해 DC로 변환되고, 콘덴서로 평활하여 리플이 작은 DC 전압으로 변환합니다. 정류된 DC 전압은 AC의 피크 전압 (AC×√2)에서 다..