컨버터 / 스위치(CONVERTOR AND SWITCH)

컨버터(CONVERTOR)

DC-DC컨버터(DC TO DC CONVERTOR)

DC-DC 컨버터 DC-DC 컨버터는 인 전자 회로 의 소스 나 전기 변환 장치 의 직류 하나 (DC)에 전압 을 다른 레벨. 그것은 전력 변환기 의 일종입니다 . 전력 수준은 매우 낮은 (소형 배터리)부터 매우 높은 (고전압 전력 전송)까지 다양합니다.
전력 반도체 및 관련 기술을 개발하기 전에 저전력 애플리케이션을 위해 DC 전원의 전압을 높은 전압으로 변환하는 방법 중 하나는 바이브레이터 를 사용하여이를 AC로 변환 한 다음 스텝 업 트랜스포머 와 정류기 .더 높은 출력을 위해 전기 모터는 원하는 전압의 발전기를 구동하는 데 사용되었습니다 (때로는 단일 "발전기"장치, 모터 및 발전기를 하나의 장치로 결합하여 모터를 구동하는 하나의 권선 및 출력 전압을 생성하는 다른 하나의 권선) . 이것은 상대적으로 비효율적이었고 비용이 많이 드는 절차는 대안이 없을 때만 사용되었으며, 카 라디오 (6 또는 12V 자동차 배터리에서 사용 가능한 것보다 훨씬 높은 전압을 필요로하는 열 이온 밸브 / 튜브를 사용)에 전원을 공급하는 데 사용되었습니다. [1]전력 반도체 및 집적 회로의 도입으로 아래에 설명 된 기술을 경제적으로 사용할 수있게되었습니다. 예를 들어 DC 전원을 고주파 AC로 변환하고, 고주파로 인해 작고 가볍고 저렴한 변압기를 사용하십시오. 전압을 변경하고 다시 DC로 교정하십시오. 1976 트랜지스터 자동차 라디오 수신기에 의해 높은 전압을 필요로하지 않았지만, 일부 아마추어 무선 사업자는 모바일 용 진동 용품 및 dynamotors를 계속 사용 트랜시버 transistorised 전원 공급 장치를 사용할 수 있었지만, 높은 전압을 필요로. 선형 전자 회로 또는 심지어 저항을 사용하여 높은 전압에서 더 낮은 전압 을 유도하는 것이 가능했지만 ,이 방법은 초과로 열을 분산 시켰습니다 . 에너지 효율적인 변환은 반도체 스위치 모드 회로에서만 가능 해졌다.

용도

주로 배터리 로부터 전력이 공급되는 휴대 전화 및 랩톱 컴퓨터 와 같은 휴대용 전자 장치에 사용 됩니다. 이러한 전자 장치는 종종 여러 하위 회로를 포함 하며 각 회로 는 배터리 또는 외부 공급 장치 (공급 전압보다 높거나 낮은 경우도 있음)와 다른 자체 전압 수준 요구 사항을 포함합니다. 또한 배터리 전압은 저장된 에너지가 소모됨에 따라 감소합니다. DC-DC 컨버터는 부분적으로 배터리 전압을 낮추어 전압을 높이는 방법을 제공하므로 동일한 배터리를 사용하지 않고 공간을 절약 할 수 있습니다. 대부분의 DC-DC 컨버터 회로는 또한 출력 전압을 조절합니다. 일부 예외로는 LED를 통해 전류를 조절하는 일종의 DC-DC 컨버터 인 고효율 LED 전원 과 출력 전압을 두 배 또는 세 배로하는 간단한 차지 펌프 가 있습니다. 광전지 시스템 과 풍력 터빈 을 위한 에너지 수확을 극대화하기 위해 개발 된 DC-DC 컨버터를 전력 옵티 마이저 라고 합니다. 주전원 주파수 50-60 Hz에서 전압 변환에 사용되는 변압기는 수 와트를 초과하는 전력에 대해 크고 무거워 야합니다. 이로 인해 비용이 많이 들며 코어에서 와류로 인해 권선에서 에너지가 손실 될 수 있습니다. 트랜스포머 또는 인덕터를 사용하는 DC-DC 기술은 훨씬 더 높은 주파수에서 작동하므로 훨씬 작고 가볍고 저렴한 권선 부품 만 필요합니다. 따라서 이러한 기술은 전원 변압기가 사용될 수있는 경우에도 사용됩니다. 예를 들어 가전 제품의 경우 DC 전압을 정류하여 스위치 모드 기술을 사용하여 원하는 전압의 고주파 AC로 변환 한 다음 DC로 정류하는 것이 바람직합니다. 복잡한 회로 전체는 동일한 출력의 간단한 메인 변압기 회로보다 저렴하고 효율적입니다.

스위치 모드 전원 공급 장치(Switched-mode power supply)

스위칭 모드 전원 공급 장치 ( 스위치 모드 전원 공급 장치 , 스위칭 - 모드 전원 장치 , 전원 스위치 , SMPS 또는 스위처 전자 인) 전원 통합 스위칭 레귤레이터 하는 전력 변환 효율을. 다른 전원 공급 장치와 마찬가지로 SMPS는 DC 및 AC 전원 (종종 주전원)의 전원 을 개인용 컴퓨터 와 같은 DC 부하로 전송 하면서 전압 및 전류 특성 을 변환 합니다. 선형 전원 공급 장치 와 달리스위칭 모드 서플라이의 패스 트랜지스터는 저 발산 , 풀 온 및 풀 오프 상태를 계속 전환 하고 높은 발산 천이에서 거의 시간을 소비하지 않아 낭비되는 에너지를 최소화한다. 이상적으로는 스위치드 모드 전원 공급 장치가 전력을 분산시키지 않습니다. 전압 조절 은 온 - 오프 (on-off) 시간 비를 변화시킴으로써 이루어진다. 대조적으로 선형 전원 공급 장치는 패스 트랜지스터의 전력을 지속적으로 소산시킴으로써 출력 전압을 조정합니다 . 이러한 높은 전력 변환 효율은 스위치드 모드 전원 공급 장치의 중요한 장점이다. 스위치 모드 전원 공급 장치는 변압기 크기와 무게가 작기 때문에 선형 전원 장치보다 훨씬 작고 가벼울 수 있습니다. 스위칭 레귤레이터는보다 높은 효율, 더 작은 크기 또는 더 가벼운 무게가 요구되는 선형 레귤레이터의 대체품으로 사용된다. 그러나 그들은 더 복잡합니다. 그들의 스위칭 전류는 신중하게 억제되지 않으면 전기 노이즈 문제를 야기 할 수 있으며, 단순한 설계는 역률 이 낮을 수 있습니다 .

특징

스위치 모드 전원 공급 장치는 인덕터 및 커패시터 와 같은 무손실 저장 요소 를 서로 다른 전기적 구성간에 이상적으로 스위칭하여 출력 전압과 전류를 변경 합니다. 이상적인 스위칭 소자 (액티브 모드에서 동작하는 트랜지스터로 근사화 됨)는 "on"일 때 저항이없고 "off"일 때 전류가 흐르지 않으므로 이상적인 소자를 갖춘 컨버터는 100 % 효율로 동작한다 (즉, 모든 입력 전력이 전달된다. 부하로, 열은 방산 된 열로 낭비되지 않는다). 예를 들어 DC 소스, 인덕터, 스위치 및 해당 전기 접지 가 직렬로 배치되고 스위치가 구형파 에 의해 구동되는 경우 스위치에서 측정 된 파형의 피크 - 피크 전압이 DC 소스로부터의 입력 전압. 이것은 인덕터가 전류의 변화에 ​​대처하기 위해 자체 전압을 유도함으로써 전류의 변화에 ​​응답하고이 전압이 스위치가 열려있는 동안 소스 전압에 추가하기 때문입니다. 스위치와 병렬로 다이오드 및 캐패시터 조합을 배치하면 피크 전압을 커패시터에 저장할 수 있으며 커패시터는 회로를 구동하는 DC 전압보다 큰 출력 전압을 갖는 DC 소스로 사용할 수있다. 이 부스트 컨버터 는DC 신호용 스텝 업 트랜스포머 . 벅 - 부스트 컨버터는 유사한 방식으로 동작하지만, 입력 전압의 극성에 반대 인 출력 전압을 산출한다. 다른 벅 회로는 전압 감소로 평균 출력 전류를 높이기 위해 존재한다. SMPS에서 출력 전류 흐름은 입력 전원 신호, 사용 된 저장 요소 및 회로 토폴로지 및 스위칭 소자를 구동하는 데 사용되는 패턴 (예 : 조정 가능한 듀티 사이클의 펄스 폭 변조) 에 따라 달라집니다 . 이러한 스위칭 파형 의 스펙트럼 밀도 는 상대적으로 높은 주파수에 집중된 에너지를 가지고 있습니다. 따라서 출력 파형에 도입 된 스위칭 과도 및 리플을 소형 LC 필터 로 필터링 할 수 있습니다 .

장단점

스위칭 전원 공급 장치의 주요 장점은 선형 레귤레이터보다 효율이 높기 때문에 스위칭 트랜지스터는 스위치 역할을 할 때 전력 소모가 적기 때문입니다. 다른 장점으로는 무거운 라인 - 주파수 변압기의 제거로 인한 더 작은 크기와 더 가벼운 무게 및 동등한 발열이 있습니다. 대기 전력 손실은 종종 변압기보다 훨씬 적습니다. 단점은 전자기 간섭 (EMI), 스위칭 주파수에서의 리플 전압 및 고조파 주파수 를 피하기 위해 저역 통과 필터 가 차단해야하는 고 진폭 고주파 에너지의 생성, 복잡성의 증가 이다. 초저가 SMPS는 전기 스위칭 잡음을 주전 원선에 다시 결합시켜 동일한 위상에 연결된 A / V 장비에 간섭을 일으킬 수 있습니다. 비 역률 보정 SMPS는 또한 고조파 왜곡을 일으 킵니다