Voltage Doubler 설계 - 설명

조회 수: 87, 2015-07-16 22:50:15(2015-07-14)

Power Supply 설계는 다음 3 가지를 고려해야 합니다.

1) 정상동작시에 부하에 충분한 전력을 공급하면 그 것으로 다 됐다고 생각합니다.

다음 2), 3) 은 일반적으로 잘 몰라서도 그렇고 그냥 넘어가는게 보통입니다.

만들고 나서 문제가생기면 그때가서 고칩니다.

2)  Turn-on Transient 

3)  Turn-off Transient

최악의 경우에 대비해야 합니다.

위 회로 에서 최악의 경우 initial current i 를 따져 봅니다.

Rt 가 없다고 가정하고 전원 T 에서 110v 권선 내부저항을 무시하면 D1 에서의 전압강화는 1v

C1 양단 전압은 "0" 이고 초기충전 시 내부저항은 "0 ohm"

AC 공급 최고전압 vp 는  110v x 1.41 = 155.1v

i = 155.1v -1v / 0 ohm = 무한대  

어딘가에서 퍽 하고 Fuse 가 나갑니다. 아니면 연기가 납니다.

실제로는 Trans 의 권선저항등 정상동작시에는 무시할 수 있는 저항들이 여러곳에 존재합니다.

따라서 무한대는 아니지만 순간적으로 대전류 - surge current 가 흐릅니다.  

1:1 로 진공관 정류기를 반도체로 대체하면 못쓴다 - 큰일난다는 말이 나옵니다.

부하가 없으면 154.1 의 전압으로 C1이 충전되서 2개의 직열 Capacitor가 308.2v 를 만들어 줍니다.

파형이 찌그려졌으면 이 1.41의 peak치는 달라집니다.

부하가 걸려서 C1,C2 의 전력을 퍼가면 퍼가는 전력에 따라서 출력 전압은 감소 합니다. 

전압 감소를 막을려면 C1, C2 에 많은 전력을 충전해두어야 힙니다.

반도체소자 전류에는 Rt 역할은 매우 중요합니다. 진공관 정류기는 그 자체 Plate 에 상당히 큰값의 저항이 있습니다.

저는 Rt 는 필요 "악" 으로 보고 어떤 형태로라도 존재해야 전원의 Initial turn-on shock 를 최소화 할수 있습니다.

Surge suppressor 저항 (Thermistor) 을 AC 입력측에 삽입하는 방식도 있습니다.

출력전압의 하향조절은  Rt 의 값을 올려서 하는 것을 추천합니다. Surge current 가 더 억제돼고 B 권선의 Conduction angle 이 증가합니다. 많은 열이 발생하기 때문에 정격보다 큰 용량의 Power Resistor를 사용하고 다른 부품에 "열" 영향을 주지 않도록 먼 곳에 설치하도록 합니다. 

특수용도에 쓰이는 전원에는 Max Initial Surge Current 규정이 있는 것도 있습니다. 여객기에 사용되는 전원에서 이규정으로 고생한 일이 있습니다. -- 소형- 냉각 -Surge Current - EMI -- Power Factor 이런 문제 들이 초기 SMPS 에서 해결해야 할 문제들 이였습니다. 

최근 경향은 SMPS 를 소형화해서 외부에 AC Adapter 로 독립 시키는 방식을 쓰고 있습니다. 

즉 전원을 전원 전문가에게로  ---

물론 옛날에도 무거운 전자기기의 60Hz 전원을 독립해서 만든 것도 있긴 했습니다.

 

3) Turn-off Transient 여기서는 특별한 문제는 없습니다. 최근에 생산된 고성능 Capacitor 는 자기방전이 없습니다.

반드시 방전용 저항을 설치해야  안전합니다.

대용량 Capacitor 가 직열출력관 Plate측 에 삽입되어 있을때 직열관 filament 가 꺼지고나면 B+ 통로가 막혀서 Capacitor 에 높은 전압이 남아있을 가능성이 있습니다.

Transient 문제는 아니지만 제가 미국대학에 있을때 고전압 전원을 Test 중에 전원을 끄고 바로 Load 에 손을 댔다가 잔류 전압에 감전돼여 한 학생이 즉사한 사고가 있섰습니다.  저는 B 전원은 400V 이하로하고 B 권선은 배전압용으로 만듭니다.

미국은 안전에는 매우 엄격합니다

특히 자동자 제조사가 안전 문제를 숨기면 벌금이 상상을 초월하고  경우에 따라서는 회사가 문을 닫게 됍니다.

계속