편하게 보는 전자공학 블로그

아날로그 회로 설계 2를 읽고

스위칭레귤레이터 설계

5. LT1070 설계 메뉴얼

https://www.ebay.com/p/LT1070-Linear-5a-Dc-dc-Converter-Switching-Power-Supply-Regulator/788511274

LT1070을 사용하여 벅, 부스트, 플라이백, 순방향, 반전 등의 스윙칭 형태 설명

선형 레귤레이터를 많이 쓰다가 최근에는 스위칭 레귤레이터가 주목을 받고 있다.

스위칭 레귤레이터는 고효율이고 크기가 작은 이점이 있다.

하지만 설계하기에 난이도가 좀 있다.

스위치 전류 문제도 있다. 50%에서 많이 쓰는데 그러면 최대 전류가 제한되는 부분?

흠 벅, 부스트, 순방향, 반전은 많이 들어봤는데 플라이백은 처음 봅니다.

전력을 안배워서 그런거 같습니다.

네이버 지식백과 전자용어 사전에는

플라이백 다이오드 = 스위칭 회로 등에서 관성 소자(인덕터)에 축적된 자기 에너지를 스위치의 개방시에 원활하게 전원으로 반환

                            혹은 소산할 수 있도록 유도하기 위한 바이패스에 사용되는 다이오드.

플라이백 컨버터 = 벅-부스트 컨퍼터의 절연형, 휴대폰 충전기 등에 저비용으로 구현해야 할 때 사용

https://blog.naver.com/lagrange0115/221100922235

스위치 오프 시간 부분 동안에 스위치 핀에 발진이 일어난다고 하는데 발진이 아니라

인덕터 혹은 변압기 일차 쪽에서 전류가 없는 상태로 전환하는 과정에 따른 완충된 링잉이다.

스위칭 레귤레이터에는 많은 형태가 있다.

예를 들어 28V를 5V로 변환한다면 벅, 플라이백, 순방향, 전류 부스트 벅 등이 있다.

중요한 변환기들..

부스트 변환기의 인덕터

높은 인덕터 값을 쓰면 최대 출력을 낼 수 있고 입력 전류 흔들림이 줄어들지만 

물리적으로 더 크고 과도 응답이 나빠진다.

낮은 인덕터 값을 쓰면 자화전ㄹ가 커지고 최대 출력이 줄어들고 입력 전류의 흔들림이 커진다.

또한 듀티사이클이 50% 이상이 돼 저조파 발진 문제가 발생할 수 있다.

부스트 변환기의 출력 캐패시터

커패시터를 결정하는 중요한 기준은 출력 전압의 흔들림을 최소화하게 ESR이 낮아야 한다는 점이다. 

부스트 변환기의 전류 구동 다이오드

빠르게 꺼지는 다이오드여야 한다. 예를 들면 쇼트키 다이오드

회로에 덕지덕지 붙어있는 커패시터들에 대해서 알아보겠습니다.

회로에서 커패시터는 바이패스, 커플링, 디커플링 용으로 많이 쓰입니다.

먼저 바이패스 커패시터!

바이패스 커패시터는 노이즈 성분을 그라운드로 흘리거나 특정 주파수 성분만 다음 블록으로 흘려주는 역할

바이패스 커패시터를 주렁주렁 다는 이유는 여러곳에 분산시키기 위함입니다.

IC에서 발생하는 노이즈를 가급적 주변회로로 전파시키지 않게 하기 위해

가급적 IC 인근에 달아주다보니 여러 IC로 구성된 회로의 경우 여러개가 필요합니다.

혹은 1개의 IC라도 전원을 구성하는 핀의 개수가 많은 경우도 IC 한개에 여러개가

필요할 때도 있습니다.

회로도에는 배치에 대한 정보가 없으니 나중에 거버파일로 확인해 보시기 바랍니다.

용량이 다른이유는 노이즈 특성이 다르기 때문입니다.

104는 용량은 작지만 고주파 노이즈와 커플링이 잘되고 106은 저주파 노이즈를 잡아내며 또한

노이즈의 파워가 큰 경우를 대처하기 위함입니다. 

커플링 커패시터는 커플링 즉 결합해준다는 역할로 보면 됩니다.

전압이 다른단을 연결해야하면 DC를 차단하여 서로 영향을 주지 않고 신호만 다음단으로 전달하는 커패시터

직류적으로는 차단하고 교류적으로 연결하는것!

디커플링 커패시터는 가끔 바이패스 커패시터라고도 부릅니다.

디커플링은 분리한다는 뜻으로 전원선에 실려있는 고주파 성분의 노이즈를 IC와 분리시키는 역할입니다.

바이패스는 우회한다는 뜻으로 노이즈를 Gnd로 우회시킨다는 것으로 두개의 약간 다른 점을 파악할 수 있습니다.

https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=256735108&qb=67CU7J207Yyo7IqkIOy7pO2MqOyLnO2EsA==&enc=utf8&section=kin&rank=3&search_sort=0&spq=0&pid=T9VK/spVuEossucmPCRssssstSZ-503131&sid=5zOjUoTqVuT6vK1iP15aZA%3D%3D

4개다 회로를 안전하게 해주는 역할을 합니다.

우선 제너다이오드는 많이 들어보셨을 겁니다.

회로시간에 PN Junction을 배우고 다이오드 특성을 배우고 제너다이오드를 배우죠! 

제너다이오드 포스팅

https://kkhipp.tistory.com/8

그러면 TVS다이오드에 관하여 알아보겠습니다.

TVS(Transient Voltage Suppressor) 즉, 과도전압서프레서 다이오드입니다.

일시적으로 고전압이 들어오면 회로가 손상되지 않게 전압을 내려줍니다.

얼핏 봐서는 제너다이오드와 TVS다이오드 역할이 같아 보이는데 차이점은 무엇일까요?

제너다이오드는 전압을 보다 안정적으로 만드는데 사용됩니다. 

비교적 장기간 전압이 걸려도 상관없죠.

TVS다이오드는 서지 및 ESD 손상(정전기 같은거 생각)과 같은 일시적으로 고전압이 가해질때 순간적으로 방어해주는 보호장치입니다.

이런 역할을 하는 비슷한 소자는 바리스터(Varistor)가 있습니다.

Varistor는 variable + resistor로 정격 전압 범위에서는 절연 저항을 유지하나

높은 전압이 걸리면 저항이 현저히 낮아집니다. 이를 통해 접지로 전류를 흘려보냅니다. 

TVS 다이오드는 제너다이오드와 달리 장시간 고전압이 걸리면 소자가 고장납니다.

쇼트키 다이오드는 금속과 반도체의 접합으로 제작됩니다. 전기적으로 대부분의 캐리어를 통해 전도하며 더 낮은 전류 누설 및 순방향 바이어스 전압(VF)에 빠른 반응을 보입니다. 쇼트키 다이오드는 고주파 회로에서 널리 사용됩니다.

제너 다이오드는 도핑 농도가 높은 P-N 반도체 접합으로 제작합니다. 두 가지 물리적 효과가 있으며 이는 제너 상태(제너 효과 및 애벌런치 효과)라고 말할 수 있습니다. 제너 효과는 양자 효과로 인해 일어난 p-n 접합에 낮은 역전압을 적용할 때 발생합니다. 애벌런치 효과는 생성된 전자 양공 쌍이 격자와 충돌하는 동안 5.5V 이상의 전압을 p-n 접합에 반대로 적용할 때 발생합니다. 제너 효과를 기반으로 한 제너 다이오드는 전자 제품 회로망에서 전압 기준 소스로 널리 사용됩니다.

TVS 다이오드는 서지 보호를 위해 특별히 설계된 P-N 반도체 접합으로 제작합니다. p-n 접합은 보통 비전도 상태에서 조기 전압 아크를 방지하기 위해 코팅을 거칩니다. 과도 전압이 발생하면 TVS 다이오드는 애벌런치 효과를 사용하여 과도 전압을 클램프하기 위해 전도합니다. TVS 다이오드는 전기 통신, 일반 전자 부품, 조명, ESD 및 기타 전압 과도 상태 보호를 위한 디지털 소비자 시장의 과전압 회로 보호 소자로 널리 사용됩니다.

https://www.digikey.kr/ko/product-highlight/l/littelfuse/tvs-diodes

쇼트키 다이오드는 고속 회로에 많이 쓰이고 누설전류가 크다는 단점이 있다.

열폭주 현상이라는 단점도 있다!

아날로그 회로 설계를 읽고

출판사 에이콘

온도, 잡음, 지연, 시간 안정도 등이 오차에 관련

전력 관리 지침

1.세라믹 입력 캐패시터에 의한 순간 과전압

http://mechasolution.com/shop/goods/goods_view.php?goodsno=545259&category=044019

입력을 필러링할 때에는 세라믹 캐패시터로 하자.

왜냐하면 크기도 작고 리플 전류 규격이 높고 ESR(레지스턴스), ESL(인덕턴스)가 낮기 때문이다.

추가로 높은 RMS 전류도 견딜 수 있다.

하지만 세라믹 캐패시터는 문제가 있는데 강한 전압 스텝을 가하면 높은 전류 증가(서지)가 발생하고 

전원 리드선의 인덕턴스에 에너지를 저장한다. 이 에너지가 세라믹 캐패시터로 전달되고 높은 전압 스파이크가 생성된다.

2. 선형 레귤레이터 출력에서 스위칭 레귤레이터의 잔여 성분 최소화

여기서 레귤레이터란 전압변환기,

선형 레귤레이터는 스위칭 레귤레이터 출력을 후단 제어하는 곳에 많이 사용됩니다.

장점은 향상된 안정도, 정확성 순간 응답특성, 낮은 출력 임피던스

이상적이라면 스위칭 레귤레이터에서 발생한 리플과 스파이크가 뚜렷하게 줄어들어야 합니다.

하지만 주파수가 높아지면서 리플과 스파이크에서 문제가 생깁니다.

레귤레이터는 스파이크보다는 리플을 더 잘 제거합니다.

그리고 남은 스파이크와 리플들은 1차적으로 캐패시터를 통해 제거를 시도하고

또 페라이트 비드로도 제거를 합니다.

페라이트 비드는 주파수가 상승하면 임피던스가 상승하는 바람직한 특성을 보임

뭐 결국 필터면에서는 인덕터랑 같은 역할을 한다고 볼 수 있습니다.

3. 노트북과 팜탑 시스템의 전력 조정

노트북은 한 배터리로부터 다수의 전압을 만들어야 한다.

벅 레귤레이터로 전압 공급

여기서 LT1432 라는 부품은 버스트 모드가 있습니다.

버스트 모드란 매우 낮은 부하 전류에서 고효율을 발휘하는데 

이는 IC메모리칩에서는 데이터를 유지하기 위해 전력을 공급하고 

다른 부분은 전력을 차단하는 수면 조건에서 사용됩니다.

4. 전압 레귤레이터를 위한 2선 가상 원격 조정

도선과 커넥터는 저항을 가지고 있다. 부하의 전압은 전원 출력 전압보다 작아집니다.

이 전압 강하는 어떻게 없앨까요?

그 뒤에도 다양한 방법이 있지만 복잡한 IC를 쓰기 때문에 패스!

보다보니 커패시터가 IC에 너무 많이 붙습니다.

커패시터에 대해서 다시 포스팅해야겠습니다

디더링 - 오디오 신호에 노이즈를 추가하는것, 비트 수를 줄일 때 노이즈를 추가해줌

            이 노이즈를 통해 비트 수를 줄일 떄 불필요한 잡음은 제거하고 노이즈가 살짝 높아짐

가드링 - 가드링을 통해 유지 캐패시터의 누설을 줄일 수 있다.

Body effect란 한국말로 기판바이어스 효과라고 합니다.

다른 말로 Effect of Substrate Bias라고 합니다.

Body effect는 기판에 전압이 가해지면서 Vt가 흔들리는 현상입니다.

즉 MOSFET에서 소스와 기판 사이에 역바이어스 전압이 가해져 문턱전압이 예상보다 높아지는 현상입니다.

Vt가 계속 변하면 안 좋겠죠?

http://www.amarketplaceofideas.com/mosfet-body-effect-factor-substrate-bias-effects.htm

Body에 -전압이 걸려 Vsb>0(=Vbs<0)이면 공핍층이 넓어지게 됩니다. 

(특히 드레인 쪽으로 더 넓어진다, Vsb보다 Vdb의 차이가 더 커서 그런듯)

이 넓어진 공핍층 때문에 Vt가 더 커지게 됩니다.

오늘은 빌트인전압에 대해서 알아보겠습니다.

한국말로는 확산 전위라고 하죠.

Built in potential은 페르미레벨이 다른 물질을 겹합할 때 생깁니다.

흔히 보는 PN Junction의 에너지밴드입니다. 

도핑으로 인해 페르미레벨이 달라졌고 페르미레벨이 다른 P,N물질을 결합하여 Vbi가 생긴겁니다.

https://www.studypage.in/physics/formation-of-a-p-n-junction

이렇게 N type의 전자가 P type으로 가고 hole을 매꿔줘서 중간에 Depletion region(공핍층)이 생깁니다.

P type 에는 (-), N type에는 (+)가 됩니다. 때문에 전기장(Electric field)이 생깁니다.

전기장 때문에 전자는 Ptype으로 더 이상 이동을 못하게 됩니다. 

이때 이 전기장을 이겨내려면 외부 전압을 걸어줘야하는데 이 전압이 빌트인 포텐셜이 되는 것입니다.

보통 다이오드에서 0.7V로 빌트인 포텐셜이 형성되있습니다.

오늘은 NMOS에서 n+도핑 이유를 알아보겠습니다.

기판은 p-type이고 Source와 Drain 밑에 n+로 도핑을 하게 되는데요

그 이유는 크게 4가지로 볼 수 있습니다.

1. 저항을 낮춰주려고 (도핑↑ -> 저항↓)

2. Off 전류를 낮추려고 (다이오드 효과)

3. 채널에 전자를 빨리 공급하기 위해

4. schottky말고 ohmic특성을 가지게 하려고, 이러면 양방향으로 전류가 잘 흐른다. (Forward, Reverse)

opencv를 사용하여 AI프로그램을 개발해보았습니다.

팀원들과 졸업작품으로 제작하였고

영상을 입력으로 넣어주면 학습된 데이터를 토대로 영상이 실내 영상인지 실외 영상인지 판단해주는 프로그램입니다.

사용된 기술은 SVM (Support Vector Machine), BOW (Bag of Word), BlkDFT 입니다.

Scene Recognition는 장면을 인식하는 것입니다.

SVM은 기계학습 중 패턴인식이나 자료분석을 위한 지도학습 모델이고

데이터를 분류하는 최적선을 찾는 원리입니다.

BOW는 원래 문서를 자동으로 분류하기 위한 기법으로 영상처리에는 이미지 분류, 검색에 사용됩니다. 

C++, Opencv로 비교적 쉽게 접근할 수 있었습니다.

BlkDFT 즉 Block DFT는 이미지를 부분적으로 DFT한 기법입니다.

(Depth Estimation from Image Structure IEEE 2002년 논문)

이 원리들을 통해 미리 사진으로 데이터를 학습시키고

영상을 입력하면 Indoor Outdoor를 구분하는 프로그램을 만들었습니다.

이번 글은 호모그래피를 사용한 비디오 안정화입니다.

팀원들과 졸업작품으로 진행했습니다.

영상을 입력으로 주면 기울기 노이즈 값을 보정하여 영상을 보여줍니다.

opencv, C++로 프로그램을 제작하였고

사용된 기술들은 SURF, ORB, Homography, RANSAC, Kalman Filter, Affine Transform입니다.

Homography란?

2D평면에서 임의의 사각형을 임의의 사각형으로 매핑할 수 있는 변환입니다.

칼만필터(Kalman Filter)란?

잡음이 포함되어 있는 선형 역학계의 상태를 추적하는 재귀 필터로

과거의 정보와 새로운 측정값을 사용하여 측정값에 포함된 잡음을 제거시켜 추정값을 얻습니다.

위성, 미사일 제어분야에도 사용됩니다.

Ransac이란?

http://kkhipp.tistory.com/50

제 블로그에 RANSAC 포스팅을 했었습니다. 참고해주세요~

해당 프로그램 흐름도입니다.

OFDM 송수신 시스템의 구조를 그려봤습니다.

OFDM의 

CP(Cyclic Prefix)는 한 유효데이터 신호의 echo에 의한 간섭을 제거하기 위하여 GI에 CP를 삽입한다.

GI(Guard Interval)은 유효데이터신호와 그 다음 유효데이터신호의 간섭을 막기 위해 GI를 사용한다.

OFDM 심볼 = Time신호 + CP

통신에서 신호를 복원하기위해 채널을 파악하고 하는 행위들은 Pilot신호를 통해 가능

Pilot신호는 송신부에서 보내줌

Pilot 은 주파수 신호다!, 미리 값을 알고 있는 신호다

OFDM은 Orthogonal, Sinc함수들을 겹쳐도 나중에 복원 가능

OFDM은 여러 주파수의 신호를 겹쳐 보내서 나중에 다 복원가능한 시스템인데

이 겹치는거 때문에 PAPR이 커지는 단점이 있다.

그러면 증폭기를 비싼거 써야하는 단점, SCM방식 등으로 극복

CDMA 직교코드생성 방식 알아두자!

LTE - FDD, TDD 둘다 가능

MIMO - 1)전송속도 빠르게 2) 에러율 감소 *1번 2번 두가지를 동시에 가지진 못함 ex)전송속도 빠르게 - 에러율 그대로