[A+] 중앙대학교 아날로그 및 디지털 회로 설계실습 결과보고서 2. Switching Mode Power Supply (SMPS)

문서 내 토픽

1. SMPS(Switching Mode Power Supply)

SMPS는 반도체 스위치 소자의 on-off 시간을 조절하여 출력을 안정화시킨 직류 안정화 전원 장치입니다. 고효율, 소형 및 경량화가 가능하여 다수의 전자기기 및 장비 등에 사용되는 중요한 장치입니다. DC-DC 컨버터에 있어 부품의 기생 요소에 의해 출력전압의 저하가 발생하면 안정화 전원으로서의 응용이 곤란하므로 PWM 방식을 채택한 제어 회로를 이용하여 출력전압을 안정화시켜줍니다.
2. PWM 제어 회로

PWM 제어 회로를 구성하여 톱니 파형과 출력 파형을 확인하였습니다. 예비 보고서에서 설계한 것과 같이 출력전압이 0 [V] ~ 10 [V]이며, 스위칭 주파수가 12.59 [kHz]임을 확인할 수 있었습니다.
3. Buck Converter

Buck Converter 회로를 구성하고 입력 전압 Vref를 변경하며 출력전압과 Duty의 변화를 확인하였습니다. 이론적으로는 Duty와 출력전압이 감소해야 하는데, 실험 결과 출력전압이 매우 낮게 측정되었습니다. 이는 가변저항 사용 시 오차가 크게 발생한 것이 주된 원인으로 판단됩니다.
4. Boost Converter

시간 부족으로 Boost Converter 회로를 이용한 실험은 진행하지 못하였습니다. 하지만 교재의 이론부를 통해 Buck Converter와 Boost Converter의 차이를 공부할 수 있었습니다. Buck Converter는 강압형 컨버터이고, Boost Converter는 승압형 컨버터라는 것을 확인하였습니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. SMPS(Switching Mode Power Supply)

SMPS는 전력 변환 효율이 높고 소형화가 가능하여 다양한 전자 기기에 널리 사용되고 있습니다. 스위칭 방식을 통해 입력 전압을 원하는 출력 전압으로 변환하는 SMPS는 선형 전원 공급 장치에 비해 전력 손실이 적어 에너지 효율이 높습니다. 또한 스위칭 주파수가 높아 소형화가 가능하여 휴대용 기기나 전자 제품에 적합합니다. 하지만 스위칭 노이즈 발생, 전자기 간섭 등의 문제가 있어 이에 대한 대책이 필요합니다. 전력 변환 효율과 소형화 측면에서 SMPS는 전자 기기 전원 공급 분야에서 매우 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.
2. PWM 제어 회로

PWM(Pulse Width Modulation) 제어 회로는 전력 변환 장치에서 널리 사용되는 기술입니다. PWM 제어를 통해 스위칭 소자의 on/off 시간을 조절하여 출력 전압을 원하는 값으로 제어할 수 있습니다. 이는 전력 변환 효율을 높이고 에너지 손실을 줄일 수 있는 장점이 있습니다. 또한 디지털 제어가 가능하여 마이크로컨트롤러와 연계하여 복잡한 제어 알고리즘을 구현할 수 있습니다. 하지만 스위칭 노이즈 발생, 전자기 간섭 등의 문제가 있어 이에 대한 대책이 필요합니다. PWM 제어 회로는 전력 전자 분야에서 매우 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.
3. Buck Converter

Buck Converter는 입력 전압을 낮추어 출력 전압을 생성하는 DC-DC 변환기입니다. 스위칭 방식을 통해 효율적으로 전압을 변환할 수 있어 전력 변환 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 입력 전압이 출력 전압보다 높은 경우에 적합하며, 전압 강하가 필요한 전자 기기의 전원 공급 장치로 활용됩니다. 또한 부하 변동에 대한 출력 전압 안정화가 가능하여 안정적인 전원 공급이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 하지만 스위칭 노이즈 발생, 전자기 간섭 등의 문제가 있어 이에 대한 대책이 필요합니다. Buck Converter는 전력 전자 분야에서 매우 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.
4. Boost Converter

Boost Converter는 입력 전압을 높여 출력 전압을 생성하는 DC-DC 변환기입니다. 스위칭 방식을 통해 효율적으로 전압을 변환할 수 있어 전력 변환 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 입력 전압이 출력 전압보다 낮은 경우에 적합하며, 배터리 구동 기기나 태양전지 시스템 등에서 활용됩니다. 또한 부하 변동에 대한 출력 전압 안정화가 가능하여 안정적인 전원 공급이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 하지만 스위칭 노이즈 발생, 전자기 간섭 등의 문제가 있어 이에 대한 대책이 필요합니다. Boost Converter는 전력 전자 분야에서 매우 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.

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