[A+] 건국대 전기전자기초실험1 9주차 예비보고서 및 결과보고서

문서 내 토픽

1. 선형 레귤레이터

선형 레귤레이터는 출력전압을 일정하게 유지하는데 사용되는 소자로 가변저항으로 나타낼 수 있다. 선형 레귤레이터는 입력전압보다 낮은 DC 전압을 얻을 목적으로 저항을 회로 안에 넣어 전압을 저하시켜 원하는 전압을 얻는다. 출력전압이 일정해지도록 가변저항을 조절한다. 이때 저항 R에는 (입력전압 – 출력전압)의 전압이 걸려있으며 출력 전류가 흐르기 때문에 전력 손실이 열로 소비된다. 즉, 원하는 전압을 얻음으로써 전력을 소비하는 것이다. 선형 레귤레이터의 양단 전압이 클수록 더 많은 에너지가 소비되고 효율이 나빠진다.
2. 스위칭 레귤레이터

스위칭 레귤레이터는 입력 전원과 부하 사이에 스위치가 직렬로 연결되어 있어 스위치가 켜지면 입력 전원은 부하와 연결되고, 스위치가 꺼지면 부하와 연결이 끊긴다. 즉, 스위치를 켜고, 끔으로써 전류를 부하로 공급하거나 차단할 수 있다. 출력전압이 설정 전압과 동일한지 기준전압과 비교한다. 설정 전압보다 낮은 경우에는 스위치가 켜져서 입력에서 출력으로 전력을 공급하고 이때, 인덕터에 자기 에너지가 축적된다. 출력전압이 설정 전압보다 높아지면 스위치가 꺼지고 인덕터에 축적된 자기 에너지가 전류로 변환되어 출력 부하로 공급되고 다시 인덕터로 돌아온다. 인턱터의 자기 에너지가 소모되어, 출력전류가 낮아지면 다시 스위치가 켜지고 이를 반복한다. 이때, 입력 전압을 인가하는 시간의 비율을 조절하여 스위치를 켜는 시간의 비율을 조절할 수 있다.
3. 레귤레이터의 최소 동작전압

레귤레이터의 최소 동작전압이란 반전을 만드는데 필요한 최소 게이트 전압이다. 레귤레이터에 전압을 인가해도 전류가 흐르지 않는 구간이 있다. 일정 수준의 전압이 인가되어야 전류가 흐르는데 이 때의 전압을 최소 동작전압이라고 하며 어떠한 장치가 동작을 시작하는 전압을 뜻한다. 소스로부터 충분한 유동성 전하가 유도, 공급, 축적되어 전도 채널을 형성하는 전압이다.
4. Load regulation

Load regulation(부하 조정)이란 입력 전압을 10V로 고정시킨 상태에서 출력 전류를 변동시켰을 경우의 출력 전압의 변동전압이다. 출력 전류 또는 부하의 변화에도 불구하고 일정한 출력 전압을 유지하는 전원공급장치의 능력을 측정하는 것이다. 부하 조정의 값이 작을수록 부하 전압 변화가 작음을 의미하기 때문에 전원 공급 장치가 회로에 안정적인 전압을 공급할 수 있다. 이상적으로 부하 조정은 0이어야 하며, 이는 공급 장치의 출력 전압이 부하와 무관하며 전체적으로 동일하게 유지된다.
5. 선형 레귤레이터 특성 실험

본 실험에서는 선형 레귤레이터의 회로를 구성하고 커패시터, 입력전압 조건, 부하 조건 등에 따른 특성 변화를 실험적으로 확인하고자 한다. LM7805 소자는 부하 저항의 값과 무관하게 출력전압을 5V로 일정하게 유지시켜주는 선형 전압 레귤레이터이다. 실험결과 5V와 비슷한 전압이 출력되었는데, 이는 Load regulation 때문이다. LM7805의 datasheet를 참고하면 Load regulation이 최대 50mv라고 되어있다. 즉, 출력전압의 변동이 50mv까지 일어날 수 있다는 것이다.
6. 스위칭 레귤레이터 특성 실험

본 실험에서는 스위칭 레귤레이터의 회로의 입출력 전압 특성을 실험적으로 확인하고자 한다. LM2575는 넓은 범위의 입력 전압을 받아 일정한 5V 출력 전압을 내보낸다. 실제 실험에서는 시그널 프로브 기기에 약간의 문제가 있어 정확하게 출력 전압이 5V가 나오지 않은 것으로 추측된다. 오실로스코프에서 입력전압이 높아질수록 2번핀의 출력 파형인 파란색 파형의 듀티비가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 입력전압이 높을수록 2번핀으로 출력되는 전압이 높아지고 이에 따라 더 많은 에너지가 인덕터에 전달되므로 더 작은 듀티비로도 같은 전압과 전류를 출력할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 선형 레귤레이터

선형 레귤레이터는 간단한 구조와 낮은 노이즈 특성으로 인해 널리 사용되는 전압 조절 회로입니다. 입력 전압과 출력 전압 간의 차이를 저항을 통해 조절하여 원하는 출력 전압을 얻을 수 있습니다. 선형 레귤레이터는 효율이 낮고 발열이 큰 단점이 있지만, 저전압 및 저전류 애플리케이션에 적합합니다. 또한 안정적인 출력 전압과 낮은 리플 특성으로 인해 아날로그 및 디지털 회로에서 널리 사용됩니다.
2. 스위칭 레귤레이터

스위칭 레귤레이터는 스위칭 동작을 통해 입력 전압을 원하는 출력 전압으로 변환하는 회로입니다. 선형 레귤레이터에 비해 효율이 높고 발열이 적은 장점이 있지만, 스위칭 노이즈가 발생할 수 있습니다. 스위칭 레귤레이터는 고전압 및 고전류 애플리케이션에 적합하며, DC-DC 컨버터, 전원 공급 장치, 모터 드라이브 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 적절한 설계와 필터링을 통해 스위칭 노이즈를 최소화할 수 있습니다.
3. 레귤레이터의 최소 동작전압

레귤레이터의 최소 동작전압은 레귤레이터 회로가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 최소 입력 전압을 의미합니다. 이 값은 레귤레이터의 내부 회로 구조와 사용 목적에 따라 다릅니다. 선형 레귤레이터의 경우 일반적으로 입력 전압이 출력 전압보다 약 2V 이상 높아야 합니다. 스위칭 레귤레이터는 입력 전압이 출력 전압보다 약 1V 이상 높아야 합니다. 최소 동작전압 이하에서는 레귤레이터가 정상적으로 동작하지 않으므로, 애플리케이션에 적합한 레귤레이터를 선택하는 것이 중요합니다.
4. Load regulation

Load regulation은 부하 변동에 따른 출력 전압의 변화율을 나타내는 지표입니다. 이는 레귤레이터의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나입니다. 좋은 Load regulation 특성을 가진 레귤레이터는 부하 변동에도 출력 전압이 안정적으로 유지됩니다. 선형 레귤레이터는 일반적으로 Load regulation 특성이 우수하지만, 스위칭 레귤레이터는 부하 변동에 따른 출력 전압 변화가 더 크게 나타날 수 있습니다. 애플리케이션의 요구사항에 따라 적절한 레귤레이터를 선택하는 것이 중요합니다.
5. 선형 레귤레이터 특성 실험

선형 레귤레이터의 특성 실험은 레귤레이터의 동작 원리와 성능을 이해하는 데 매우 중요합니다. 이를 통해 입력 전압 변화, 부하 변동, 온도 변화 등이 출력 전압에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다. 실험 결과를 통해 레귤레이터의 Load regulation, Line regulation, 열 특성 등을 분석할 수 있습니다. 이러한 실험 데이터는 레귤레이터 설계 및 선택 시 중요한 참고 자료가 됩니다. 또한 실험 과정에서 레귤레이터의 동작 원리와 특성을 깊이 있게 이해할 수 있습니다.
6. 스위칭 레귤레이터 특성 실험

스위칭 레귤레이터의 특성 실험은 선형 레귤레이터와는 다른 접근이 필요합니다. 스위칭 동작으로 인한 노이즈, 효율, 부하 특성 등을 면밀히 분석해야 합니다. 입력 전압 변화, 부하 변동, 스위칭 주파수 변화 등이 출력 전압과 효율에 미치는 영향을 확인해야 합니다. 또한 전자기 호환성(EMC) 측면에서 스위칭 노이즈 특성도 분석해야 합니다. 이러한 실험 데이터를 바탕으로 스위칭 레귤레이터의 설계 및 선택 시 고려해야 할 다양한 요소를 이해할 수 있습니다.