아날로그 및 디지털 회로 설계 실습 2장 결과 보고서

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문서 내 토픽

• 1. SMPS(Switching Mode Power Supply)

  SMPS는 일정한 직류 출력 전압을 부하에 공급해주는 직류 안정화 전원으로, PWM 제어 회로를 이용한다. PWM 제어 회로는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 생긴 오차를 오차 증폭기로 증폭한다. 이렇게 증폭된 오차는 comparator에서 톱니파와 비교되어 오차에 상응하는 구형파 펄스를 생성한다. 구형파 펄스가 driver stage를 통하여 converter의 스위치를 구동하게 되며 출력 전압을 안정화시켜준다.

• 2. PWM 제어 회로

  PWM 제어 회로 모듈의 블록도를 구성하고 실험을 진행하였다. 출력 전압이 0~10V로 12.5kHz로 스위칭하는 동작을 목표로 하였으며, 실험 결과 톱니파형(초록색)과 출력 파형(노란색)을 확인할 수 있었다. 설계한 R1의 값 1.274kΩ으로 하였을 때는 원하는 출력값 0~10V보다 더 작은 범위에서 스위칭하였고, R1의 가변저항 값을 약 5.07kΩ로 설정하였을 때 비로소 출력 전압이 12.5kHz로 0~10V 스위칭하였다.

• 3. Buck Converter

  Buck Converter는 스위치 Q, 다이오드 D, 출력 필터 L 및 C로 구성되어 있다. 주 스위치 Q가 ON되면 입력에서 전류가 L을 통하여 출력으로 흐르면서 동시에 L에는 에너지가 축적된다. 그리고 Q가 OFF되면 L에 축적된 에너지가 다이오드 D를 통하여 출력으로 방출하게 되면서 원하는 출력 전력으로 변하게 된다. 실험 결과 Buck Converter에서는 출력 전압이 입력 전압보다 낮은 범위인 1~2V에서 나타났다.

• 4. Boost Converter

  Boost Converter는 스위치 Q가 ON일 때 inductor 전류에 의해서 L에 에너지가 축적되고 다이오드 D는 차단된다. 이때 출력에서는 C의 전하가 R을 통해 방전된다. 그리고 Q가 OFF일 때 L에 축적된 에너지가 다이오드 D를 통하여 출력 쪽으로 방출된다. 실험 결과 Boost Converter에서는 출력 전압이 입력 전압보다 높은 범위인 6~10V임을 확인할 수 있었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. SMPS(Switching Mode Power Supply)

  SMPS(Switching Mode Power Supply)는 전력 변환 장치로, 전통적인 선형 전원 공급 장치에 비해 효율성이 높고 크기와 무게가 작다는 장점이 있습니다. SMPS는 스위칭 소자를 이용하여 입력 전압을 원하는 출력 전압으로 변환하는데, 이 과정에서 발생하는 전력 손실이 선형 전원 공급 장치에 비해 작습니다. 또한 SMPS는 다양한 출력 전압을 제공할 수 있어 전자 기기의 전원 공급 장치로 널리 사용되고 있습니다. 하지만 SMPS는 스위칭 동작으로 인해 전자기 간섭(EMI) 문제가 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 필터링 회로가 필요합니다. 또한 스위칭 소자의 고장으로 인한 안전성 문제도 고려해야 합니다. 전반적으로 SMPS는 전력 변환 분야에서 중요한 역할을 하고 있으며, 지속적인 기술 발전을 통해 이러한 단점들이 개선되고 있습니다.

• 2. PWM 제어 회로

  PWM(Pulse Width Modulation) 제어 회로는 전력 변환 장치에서 널리 사용되는 기술입니다. PWM 제어 회로는 일정한 주기의 펄스 신호를 이용하여 전력을 제어하는 방식으로, 이를 통해 효율적이고 정밀한 전력 제어가 가능합니다. PWM 제어 회로는 모터 제어, 전력 변환기, 조명 제어 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히 SMPS에서는 PWM 제어 회로를 이용하여 출력 전압을 안정적으로 유지할 수 있습니다. 또한 PWM 제어 회로는 디지털 제어가 가능하여 마이크로컨트롤러와 연계하여 복잡한 제어 알고리즘을 구현할 수 있습니다. 하지만 PWM 제어 회로는 스위칭 동작으로 인한 전자기 간섭 문제와 스위칭 손실 등의 단점이 있어, 이를 해결하기 위한 기술 개발이 지속적으로 이루어지고 있습니다.

• 3. Buck Converter

  Buck Converter는 SMPS 기술 중 하나로, 입력 전압을 낮은 출력 전압으로 변환하는 장치입니다. Buck Converter는 스위칭 소자, 인덕터, 캐패시터 등의 구성 요소를 이용하여 입력 전압을 효율적으로 낮추는 역할을 합니다. 이를 통해 전력 변환 과정에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있습니