본문내용
1. PWM 제어 회로
1.1. PWM 제어회로의 구성
PWM 제어회로의 구성은 다음과 같다.
PWM 제어회로는 출력전압의 오차를 증폭시키는 오차증폭기, 오차전압과 톱니파를 비교하여 펄스를 발생시키는 비교기, Converter의 스위치를 구동하는 구동회로 등으로 구성되어 있다. PWM제어회로는 출력전압과 기준전압을 비교하여 생긴 오차를 증폭하여 비교기를 통해 톱니파와 비교하여 이에 상응한 구형파 펄스를 생성한다. 이 구형파 펄스는 Converter스위치를 구동하여 출력전압을 안정화 시켜준다.
출력전압이 규정된 전압보다 저하됐을 때는 저하된 만큼 오차증폭기를 통하여 구형파 펄스폭인 DTs(D는 한 주기 TS에 대한 스위치의 도통시간, D=스위치의 시비율)를 크게 해줌으로써 출력 전압의 저하를 보상해준다. 반대로 출력전압이 규정 값보다 상승했을 때는 동일한 방법으로 구형파 펄스폭 DTs를 줄여 출력 전압을 내리고 규정 값으로 되돌아오게 한다. 출력 전압의 오차분에 상응하여 펄스폭을 조정하기 때문에 이러한 제어방법을 펄스폭 변조(PWM)에 의한 제어회로라고 부른다.
1.2. 오차 증폭기 및 비교기의 전달 특성
PWM 제어 회로의 오차 증폭기 및 비교기의 전달 특성은 다음과 같다.
PWM 제어 회로는 출력전압의 오차를 증폭시키는 오차증폭기, 오차전압과 톱니파를 비교하여 펄스를 발생시키는 비교기, 컨버터의 스위치를 구동하는 구동회로 등으로 구성되어 있다. PWM 제어 회로는 출력전압과 기준전압을 비교하여 생긴 오차를 증폭하여 비교기를 통해 톱니파와 비교하여 이에 상응한 구형파 펄스를 생성한다.
오차증폭기는 출력전압과 기준전압의 차이를 증폭하여 비교기로 입력한다. 출력전압이 규정된 전압보다 저하되면 저하된 만큼 오차증폭기를 통하여 구형파 펄스폭인 DTs(D는 한 주기 TS에 대한 스위치의 도통시간, D=스위치의 시비율)를 크게 해줌으로써 출력 전압의 저하를 보상해준다. 반대로 출력전압이 규정 값보다 상승하면 동일한 방법으로 구형파 펄스폭 DTs를 줄여 출력 전압을 내리고 규정 값으로 되돌아오게 한다.
비교기는 오차증폭기에서 출력된 오차전압과 톱니파를 비교하여 이에 상응하는 구형파 펄스를 생성한다. 출력전압의 오차분에 상응하여 펄스폭을 조정하기 때문에 이러한 제어방법을 펄스폭 변조(PWM)에 의한 제어회로라고 부른다.
이처럼 PWM 제어 회로의 오차 증폭기와 비교기는 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 상호작용하며, 그 전달 특성에 따라 컨버터의 안정적인 동작이 가능해진다.
1.3. 톱니 파형과 출력 파형 확인
PWM 제어회로에서 4번 단자에서 톱니 파형을 관찰할 수 있었다. 이는 7번 단자(V_i)로 공급된 DC 전원이 적분기를 거쳐 톱니 모양의 파형이 되었기 때문이다. 그리고 6번 단자에서는 PWM 제어 회로의 출력전압 파형을 관찰할 수 있었다. 이 구형파 펄스는 Converter 내부 MOSFET의 gate에 연결되어 스위치를 구동하는 역할을 수행한다. 톱니파와 비교되어 오차에 상응한 구형파 펄스를 형성하게 된다.
따라서 실험을 통해 PWM 제어 회로의 4번 단자에서 톱니 파형을, 6번 단자에서 출력전압(V_o) 파형을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 PWM 제어 회로의 동작 원리를 이해할 수 있었다.
1.4. 주어진 성능 만족 확인
PWM 제어회로의 출력 파형의 크기가 0V~10V 범위 내에 있어 주어진 성능을 만족하는 것으로 확인되었다. 또한 PWM 제어회로의 4번 단자에서 측정한 톱니 파형의 주파수가 12.59kHz로 요구된 주파수와 일치하는 것을 확인하였다. 따라서 PWM 제어회로가 정상적으로 동작하여 주어진 성능 규격을 만족한다고 볼 수 있다.
2. Buck Converter
2.1. Buck Converter 회로 구성
Buck Converter 회로는 입력전압보다 낮은 출력전압을 내보내는 강압형 컨버터이다. PWM 제어회로를 이용하여 스위칭 신호를 인가함으로써 출력전압을 안정화시킬 수 있다.
Buck Converter 회로는 다음과 같이 구성된다. 먼저 전원 공급부에서 입력전압 Vi를 인가한다. 이 입력전압은 MOSFET 스위치의 드레인 단자에 연결된다. MOSFET의 게이트 단자에는 PWM 제어회로에서 발생한 스위칭 신호가 연결된다. PWM 제어회로는 출력전압의 피드백 신호와 기준전압을 비교하여 오차를 증폭하고, 이를 기반으로 스위칭 신호를 생성한다.
MOSFET 스위치가 턴온되면 입력전압이 인덕터 L에 인가되어 전류가 충전된다. 이때 전류는 환류 다이오드를 통해 부하 저항 RL에 흐르게 된다. 반대로 MOSFET 스위치가 ...
