전압 조정기
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1. 개요
전압 조정기는 전압의 변동을 보상하여 안정적인 전압을 유지하는 데 사용되는 장치이다. 전자 전압 조정기는 다이오드와 저항을 사용하여 간단하게 구성할 수 있으며, 피드백 방식을 통해 더욱 정밀한 제어가 가능하다. 능동 소자를 사용하는 선형, 스위칭, SCR 조정기 등 다양한 유형이 있으며, 특히 스위칭 방식은 높은 효율을 제공한다. 전압 조정기는 자동 전압 조정기(AVR)와 교류 전압 안정기와 같이 다양한 형태로 사용되며, 부하 조정, 선형 조정, 온도 계수, 드롭아웃 전압 등의 특성을 가진다.
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| 전압 조정기 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 유형 | 전압 조정기 |
| 전기 기호 | 전압 조정기 기호 |
| 개요 | |
| 기능 | 일정한 전압 유지 |
| 상세 정보 | |
| 입력 전압 범위 | 정해진 범위 내 |
| 출력 전압 | 고정 또는 조정 가능 |
| 효율 | 유형에 따라 다름 |
| 일반적인 응용 분야 | 전자 장치, 전원 공급 장치 |
| 유형 | |
| 선형 조정기 | 간단하고 저렴하지만 효율이 낮음 |
| 스위칭 조정기 | 더 복잡하고 비싸지만 효율이 높음 |
| 기타 유형 | 션트 조정기 배터리 제거기 |
| 주요 특징 | |
| 전압 강하 | 조정기가 전압을 유지하기 위해 필요한 최소 입력 전압과 출력 전압의 차이 |
| 라인 조정 | 입력 전압 변화에 대한 출력 전압의 안정도 |
| 부하 조정 | 부하 전류 변화에 대한 출력 전압의 안정도 |
| 과전류 보호 | 과도한 전류로부터 조정기 보호 |
| 과열 보호 | 과열로부터 조정기 보호 |
| 활용 사례 | |
| 전원 공급 장치 | 다양한 전자 장치에 안정적인 전압 제공 |
| 배터리 충전 | 배터리를 안전하고 효율적으로 충전 |
| 마이크로컨트롤러 | 마이크로컨트롤러에 필요한 전압 제공 |
| LED 드라이버 | LED에 필요한 전류 제공 |
| 기타 정보 | |
| 고려 사항 | 효율 전압 강하 라인/부하 조정 보호 기능 |
| 선택 | 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 선택 |
2. 전자 전압 조정기
전자 전압 조정기는 전자 회로를 이용하여 전압을 조정하는 방식이다.
다이오드와 저항을 직렬로 연결하여 간단한 전압 조정기를 만들 수 있다. 다이오드의 전압-전류(V-I) 곡선은 로그 형태이기 때문에, 다이오드 양단의 전압은 흐르는 전류나 입력 변화에 따라 약간만 변한다. 이러한 방식은 정밀한 전압 제어와 효율이 중요하지 않은 경우에 적합하며, 낮은 전압의 조정된 출력에만 사용된다. 더 높은 전압 출력이 필요한 경우에는 제너 다이오드를 사용하거나, 여러 개의 제너 다이오드를 직렬로 연결하여 사용할 수 있다. 제너 다이오드 조정기는 제너 다이오드의 고정된 역전압을 사용하며, 이는 상당히 클 수 있다.
피드백 전압 조정기는 실제 출력 전압을 고정된 기준 전압과 비교하여 작동한다. 둘 사이의 차이가 있으면, 그 차이를 증폭하여 전압 오차를 줄이는 방식으로 조절 요소를 제어한다. 이는 부귀환 제어 루프를 형성한다. 개방 루프 이득을 증가시키면 조절 정확도는 높아지지만 안정성은 감소하는 경향이 있다. 또한 안정성과 변화에 대한 응답 속도 사이에도 균형을 맞춰야 한다. 출력 전압이 너무 낮으면 조절 요소는 더 높은 출력 전압을 생성하도록 명령을 받고, 출력 전압이 너무 높으면 조절 요소는 일반적으로 더 낮은 전압을 생성하도록 명령을 받는다.
능동형 전압 조정기는 트랜지스터나 연산 증폭기와 같은 최소한 하나의 능동(증폭) 소자를 사용한다. 분로형 조정기는 종종 수동적이고 단순하지만, 부하에 사용할 수 없는 과도한 전류를 버리기 때문에 비효율적이다. 능동형 조정기는 일반적으로 다음과 같이 나눌 수 있다.
- 선형 직렬 조정기
- 스위칭 조정기
- SCR 조정기
2. 1. 선형 전압 조정기
선형 전압 조정기는 입력 전압과 출력 전압의 차이를 이용하여 전압을 조정하는 방식이다. 이 과정에서 발생하는 전력 차이는 열로 소모된다. 선형 전압 조정기는 구조가 간단하고 출력 전압에 노이즈가 적다는 장점이 있지만, 전력 효율이 낮다는 단점이 있다.[4]선형 전압 조정기는 크게 직렬(Series) 전압 조정기와 분로(Shunt) 전압 조정기로 나뉜다.
- '''직렬 전압 조정기''': 입력 전압과 출력 사이에 직렬로 연결된 소자를 이용하여 전압을 조정한다.
- '''분로 전압 조정기''': 출력단에 병렬로 연결된 소자를 이용하여 과도한 전류를 소모시켜 전압을 조정한다.
과거에는 진공관이 주로 사용되었으나, 현대에는 트랜지스터나 집적 회로가 주로 사용된다. 모든 선형 전압 조정기는 출력 전압보다 높은 입력 전압을 필요로 한다.
가장 간단한 형태의 선형 전압 조정기는 저항과 다이오드를 직렬로 연결하여 구성할 수 있다. 이 경우, 다이오드의 전압-전류(V-I) 특성에 따라 전압이 조정된다.
간단한 트랜지스터 조정기는 공통 베이스 증폭기 형태로 구성될 수 있다. 출력 전압은 제너 다이오드 전압에서 트랜지스터의 베이스-이미터 전압을 뺀 값과 같다. 부하 전류가 증가하면 트랜지스터가 더 많은 전류를 공급하여 출력 전압을 유지한다.
차동 증폭기나 연산 증폭기를 사용하면 출력 전압의 안정성을 더욱 높일 수 있다. 연산 증폭기는 반전 입력 단자의 전압이 비반전 입력 단자의 전압 기준 출력보다 낮아지면 더 많은 전류로 트랜지스터를 구동한다.
2. 1. 1. 직렬 전압 조정기
'''직렬 전압 조정기'''는 입력 전압과 출력 사이에 직렬로 연결된 소자를 이용하여 전압을 조정하는 방식이다.가장 간단한 형태는 저항과 다이오드를 직렬로 연결하는 것이다. 다이오드의 전압-전류(V-I) 특성 곡선이 로그 형태를 띠기 때문에, 다이오드 양단의 전압은 전류나 입력 변화에 크게 변하지 않는다. 이러한 특성을 이용하여 전압을 조정한다. 다만, 정밀한 전압 제어나 효율이 중요하지 않은 경우에 적합하며, 다이오드의 순방향 전압이 작기 때문에 낮은 전압 출력에만 사용된다. 더 높은 전압이 필요한 경우에는 제너 다이오드를 사용하거나 여러 개의 제너 다이오드를 직렬로 연결하여 사용한다.[6]
보다 정밀한 전압 조정은 피드백 방식을 사용한다. 실제 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 그 차이를 증폭하고, 이를 이용하여 전압 오차를 줄이는 방식이다. 이는 부귀환 제어 루프를 형성하여 안정적인 전압을 유지하게 한다. 그러나 개방 루프 이득을 높이면 조절 정확도는 높아지지만 안정성은 감소하는 경향이 있다. 또한 안정성과 응답 속도 사이에도 균형을 맞춰야 한다.[6]
선형 전압 조정기는 선형 영역에서 작동하는 소자를 기반으로 하며, 직렬 전압 조정기와 분로 전압 조정기로 분류된다. 과거에는 진공관이 사용되었지만, 현대에는 트랜지스터나 집적 회로가 주로 사용된다. 선형 전압 조정기는 DC 출력에 노이즈가 거의 없는 깨끗한 출력을 제공하지만, 효율이 낮다는 단점이 있다. 또한, 모든 선형 전압 조정기는 출력 전압보다 높은 입력 전압을 필요로 한다.
간단한 트랜지스터 조정기는 공통 베이스 증폭기 형태로 구성될 수 있다. 출력 전압은 제너 다이오드 전압에서 트랜지스터의 베이스-이미터 전압을 뺀 값과 같다. 부하 전류가 증가하면 트랜지스터가 더 많은 전류를 공급하여 출력 전압을 유지한다.
차동 증폭기나 연산 증폭기를 사용하면 출력 전압의 안정성을 더욱 높일 수 있다. 연산 증폭기는 반전 입력 단자의 전압이 비반전 입력 단자의 전압 기준 출력보다 낮아지면 더 많은 전류로 트랜지스터를 구동한다.
2. 1. 2. 분로 전압 조정기
분로 전압 조정기는 출력단에 병렬로 연결된 소자를 이용하여 과도한 전류를 소모시켜 전압을 조정하는 방식이다. 다이오드나 제너 다이오드를 직렬로 연결하여 사용할 수 있다. 제너 다이오드 조정기는 제너 다이오드의 고정된 역전압을 이용하며, 이는 상당히 클 수 있다.[1]2. 2. 스위칭 전압 조정기
'''스위칭 레귤레이터'''는 직렬 소자를 빠르게 켜고 꺼서 전압을 조절한다. 스위치의 듀티 사이클은 부하로 전달되는 전하의 양을 결정한다. 이는 선형 레귤레이터와 유사한 피드백 메커니즘으로 제어된다. 직렬 소자는 완전히 켜지거나 꺼지기 때문에 거의 전력을 소비하지 않아 효율이 높다. 스위칭 레귤레이터는 입력 전압보다 높은 출력 전압이나 반대 극성의 출력 전압을 생성할 수도 있다. 이는 선형 설계에서는 불가능하다.패스 트랜지스터는 "제어된 스위치"로 사용되며, 차단 또는 포화 상태로 작동한다. 따라서 패스 소자를 통과하는 전력은 개별 펄스 형태로 전송된다. 패스 소자는 낮은 임피던스 스위치로 작동하므로 효율이 높다. 패스 소자가 차단 상태일 때는 전류가 흐르지 않고, 포화 상태일 때는 전압 강하가 적어 전력 소비가 적다. 따라서 대부분의 전력이 부하로 전송되어 스위치 모드 전원 공급 장치의 효율은 70–90%로 매우 높다.
스위칭 레귤레이터는 선형 레귤레이터보다 출력 노이즈와 불안정성에 더 취약하지만, 전력 효율은 훨씬 더 좋다.
2. 2. 1. 펄스 폭 변조 (PWM)
펄스 폭 변조(PWM)에 의존하여 출력 전압의 평균값을 제어한다. 반복적인 펄스 파형의 평균값은 파형 아래 영역에 따라 달라진다. 듀티 사이클이 변경되면 전압의 평균값이 비례하여 변경된다.선형 레귤레이터와 마찬가지로 거의 완전한 스위칭 레귤레이터도 집적 회로로 사용할 수 있다. 선형 레귤레이터와 달리 이러한 레귤레이터는 일반적으로 에너지 저장 요소로 작용하는 인덕터가 필요하다. IC 레귤레이터는 기준 전압 소스, 오류 연산 증폭기, 단락 전류 제한 및 과열 보호 기능을 갖춘 패스 트랜지스터를 결합한다.
2. 3. SCR 조정기
AC 전원 회로에서 전력을 공급받는 전압 조정기는 직렬 소자로 사이리스터(SCR)를 사용할 수 있다. 출력 전압이 원하는 값보다 낮을 때마다 SCR이 트리거되어, AC 주 전압이 0을 통과할 때까지(반 사이클 종료) 전기가 부하로 흐르게 된다. SCR 조정기는 매우 효율적이고 매우 단순하다는 장점이 있지만, 진행 중인 전도 반 사이클을 종료할 수 없기 때문에 빠르게 변화하는 부하에 대한 매우 정확한 전압 조절은 불가능하다. 대안은 조정기 출력을 트리거로 사용하는 SCR 션트 조정기이다. 직렬 및 션트 설계 모두 소음이 있지만, 장치가 낮은 온 저항을 가지고 있어 강력하다.3. 전기기계식 조정기
전자 기계식 조정기는 감지선을 코일로 감아 전자석을 만든다. 전류가 생성한 자기장은 스프링 장력이나 중력으로 움직이는 철심을 당긴다. 전압이 올라가면 전류도 증가하여 자기장이 강해지고 코어를 당긴다. 자석은 기계식 전원 스위치와 연결되어, 자석이 이동하면 스위치가 열린다. 전압이 내려가면 전류도 감소하여 스프링 장력이나 코어의 무게로 스위치가 닫히고 전원이 다시 흐르게 된다.
초기 자동차 발전기 및 교류 발전기에는 1~3개의 릴레이와 저항을 사용하여 발전기 출력을 6.7V 또는 13.4V보다 약간 높게 안정시켜 엔진 회전수(rpm)나 차량 전기 시스템 부하 변화에 관계없이 배터리를 유지하는 기계식 전압 조정기가 있었다. 릴레이는 회전 기계의 계자 전류를 제어하여 발전기 전압 출력을 조절하기 위해 전류 펄스 폭을 변조하며, 이는 rpm당 무부하 출력 전압을 결정하는 자기장 강도를 결정한다.
3. 1. 스위칭 방식
솔레노이드 코어의 움직임을 사용하여 다양한 저항 또는 변압기 권선을 통해 선택 스위치를 이동하여 출력 전압을 점진적으로 올리거나 내리거나, 가동 코일 교류 조정기의 위치를 회전시킬 수 있다.4. 자동 전압 조정기 (AVR)
자동 전압 조정기(AVR)는 발전기의 출력을 제어하기 위해 사용되는 장치이다. 주로 선박, 발전소, 석유 굴착 장치, 온실, 비상 전원 시스템 등에서 사용된다.[1] AVR은 다이오드, 축전기, 저항기, 전위차계, 마이크로 컨트롤러와 같은 여러 부품으로 구성되며, 회로 기판에 배치되어 발전기 근처에 장착된다. AVR은 발전기를 측정하고 조정하기 위해 여러 전선으로 연결된다.
AVR은 발전기 제어 전압의 변화에 따라 출력 전압이 오르내릴 때, 초당 여러 번 전압을 계산하여 출력 전압을 미리 정해진 설정값으로 안정화한다.
4. 1. 작동 원리
자동 전압 조정기(AVR)는 피드백 제어 시스템을 사용하여 발전기의 출력 전압을 측정하고, 이를 설정값과 비교하여 오차 신호를 생성한다. 이 신호를 바탕으로 발전기의 여자(励磁)를 조정한다. 발전기 계자 권선의 여자 전류가 증가하면 단자 전압도 증가한다. AVR은 전력 전자 장치를 통해 전류를 제어하며, 보통 발전기 출력의 일부를 계자 권선에 공급한다.[1]발전기가 다른 전원과 병렬로 연결된 경우, 여자(励磁)를 변경하면 발전기에서 생성되는 무효 전력에 더 큰 영향을 미친다. 여러 발전기가 병렬 연결된 경우, AVR 시스템은 모든 발전기가 동일한 역률로 작동하도록 회로를 갖춘다.[2] 전력망에 연결된 발전소 발전기의 AVR은 전력망 불안정을 방지하기 위한 추가 제어 기능을 가질 수 있다.
4. 2. 병렬 운전
여러 발전기가 병렬로 운전될 때, AVR은 모든 발전기의 출력을 동일하게 유지하는 역할을 한다. 발전기가 전기 전송망과 같은 다른 전원과 병렬로 연결된 경우, 여자(励磁)를 변경하면 발전기에서 생성되는 무효 전력에 더 큰 영향을 미친다. 여러 발전기가 병렬로 연결된 경우, AVR 시스템은 모든 발전기가 동일한 역률로 작동하도록 보장하는 회로를 갖추게 된다.[2]5. 교류 전압 안정기
교류 전압 안정기는 주 전원의 전압 변동을 보상하는 장치이다. 크게 전자 기계식 조정기, 코일 회전 교류 전압 조정기, 강자성 공진 변압기의 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있다.
- 전자 기계식 조정기: 전자기석의 원리를 이용하여 전압을 조정한다. 전압 변화에 따라 전류가 변하고, 이는 자기장의 세기를 변화시켜 기계식 스위치를 작동시킨다. 이 방식은 주 전압 안정화에 사용된다.
- 코일 회전 교류 전압 조정기: 고정 코일과 회전 가능한 코일을 사용하여 전압을 조정한다. 두 코일의 상대적인 위치에 따라 전압이 변하며, 서보 제어 메커니즘을 통해 자동화할 수 있다.
- 강자성 공진 변압기: 포화 변압기의 일종으로, 탱크 회로를 사용하여 일정한 출력 전압을 유지한다. 능동 소자 없이 AC 전원을 안정화하는 견고한 방법이지만, 크기가 크고 소음이 발생하며 열이 많이 발생한다는 단점이 있다.
대형 조정기는 배전선에 영구적으로 설치되며, 소형 휴대용 조정기는 민감한 장비와 벽면 콘센트 사이에 연결하여 사용한다. 발전기 세트의 자동 전압 조정기는 부하 변화에 대해 일정한 전압을 유지하도록 돕는다. 전력 배전 전압 조정기는 일반적으로 150–240V 또는 90–280V와 같은 전압 범위에서 작동한다.[3]
5. 1. 코일 회전 교류 전압 조정기
가동 코일이 고정 코일에 수직으로 위치할 때, 가동 코일에 작용하는 자력이 서로 균형을 이루고 전압 출력은 변하지 않는다. 코일을 한 방향으로 돌리거나 다른쪽으로 돌리면 보조 가동 코일의 전압이 올라가거나 내려간다.
이것은 1920년대에 사용된 구형 조정기로, 고정 위치의 계자 코일과 가변 결합기와 유사하게 고정 코일과 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있는 두 번째 계자 코일의 원리를 사용한다. 가동 코일이 고정 코일에 수직으로 위치하면 가동 코일에 작용하는 자기력이 서로 균형을 이루어 전압 출력이 변경되지 않는다. 코일을 중심 위치에서 한 방향 또는 다른 방향으로 회전시키면 2차 가동 코일의 전압이 증가하거나 감소한다.
이러한 유형의 조정기는 서보 제어 메커니즘을 통해 자동화하여 가동 코일의 위치를 조정하여 전압을 높이거나 낮출 수 있다. 브레이크 메커니즘 또는 고비율 기어 장치를 사용하여 회전 코일을 가동 코일에 작용하는 강력한 자기력에 대항하여 제자리에 고정한다.
5. 2. 전자 기계식 조정기
전자 기계식 조정기에서 전압 조정은 감지선을 코일로 감아 전자기석을 만드는 방식으로 쉽게 수행된다. 전류에 의해 생성된 자기장은 스프링 장력이나 중력에 의해 뒤로 유지되는 움직이는 철심을 끌어당긴다. 전압이 증가하면 전류도 증가하여 코일에 의해 생성된 자기장이 강화되고 코어를 자기장 쪽으로 당긴다. 자석은 기계식 전원 스위치에 물리적으로 연결되어, 자석이 자기장으로 이동하면 스위치가 열린다. 전압이 감소하면 전류도 감소하여 스프링 장력 또는 코어의 무게가 풀리고 뒤로 물러나면서 스위치가 닫히고 전원이 다시 흐르게 된다.기계식 조정기 설계가 작은 전압 변동에 민감한 경우, 솔레노이드 코어의 움직임을 사용하여 다양한 저항 또는 변압기 권선을 통해 선택 스위치를 이동시켜 출력 전압을 점진적으로 올리거나 내리거나, 가동 코일 교류 조정기의 위치를 회전시킬 수 있다.
초기 자동차 발전기 및 교류 발전기에는 1개, 2개 또는 3개의 릴레이와 다양한 저항기를 사용하여 발전기의 출력을 6.7V 또는 13.4V보다 약간 높게 안정시켜 엔진의 rpm이나 차량의 전기 시스템에 가해지는 부하 변화와 관계없이 배터리를 유지하는 기계식 전압 조정기가 있었다.
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현대식 설계는 릴레이가 전자 기계식 조정기에서 수행하는 것과 동일한 기능을 수행하기 위해 고체 기술(트랜지스터)을 사용한다.
전자 기계식 조정기는 주 전압 안정화에 사용된다.
전기 기계식 조정기(흔히 "전압 안정기" 또는 "탭 체인저")는 교류 전력 배전선의 전압을 조절하는 데에도 사용된다. 이러한 조정기는 서보 메커니즘을 사용하여 여러 개의 탭이 있는 자동 변압기에서 적절한 탭을 선택하거나, 연속 가변 자동 변압기의 와이퍼를 움직여 작동한다. 출력 전압이 허용 가능한 범위를 벗어나면 서보 메커니즘이 탭을 전환하여 변압기의 권선비를 변경하고, 2차 전압을 허용 가능한 범위로 이동시킨다. 제어 장치는 제어기가 작동하지 않는 데드 밴드를 제공하여, 전압이 허용 가능한 작은 값으로 변동할 때 제어기가 지속적으로 전압을 조정하는 현상("헌팅")을 방지한다.
5. 3. 강자성 공진 변압기
'''강자성 공진 변압기''', '''강자성 공진 조정기''', '''정전압 변압기'''는 전압 조정기로 사용되는 포화 변압기의 한 종류이다. 이러한 변압기는 가변 입력 전류 또는 가변 부하에서 거의 일정한 평균 출력 전압을 생성하기 위해 고전압 공진 권선과 커패시터로 구성된 탱크 회로를 사용한다. 회로는 마그넷 션트의 한쪽에 1차측이 있고, 튜닝된 회로 코일과 2차측은 반대쪽에 있다. 전압 조정은 2차측 주변의 자기 포화로 인해 발생한다.[1]강자성 공진 방식은 평균 입력 전압의 변화를 흡수하기 위해 탱크 회로의 사각 루프 포화 특성에 의존하므로 능동 소자가 없다는 장점이 있다. 포화 변압기는 AC 전원 공급 장치를 안정화하는 간단하고 견고한 방법을 제공한다.[1]
구형 강자성 공진 변압기는 고조파 함량이 높은 출력을 가져 왜곡된 출력 파형을 생성했다. 현대식 장치는 완벽한 사인파를 구성하는 데 사용된다. 강자성 공진 작용은 전압 조정기가 아닌 플럭스 리미터이지만, 고정된 공급 주파수에서는 입력 전압이 크게 변동해도 거의 일정한 평균 출력 전압을 유지할 수 있다.[1]
''정전압 변압기''(CVT) 또는 "페로스"라고도 알려진 강자성 공진 변압기는 높은 절연과 내재된 단락 보호 기능을 제공하므로 서지 억제기로서도 유용하다.[1]
강자성 공진 변압기는 공칭 전압의 ±40% 이상의 입력 전압 범위에서 작동할 수 있다. 출력 역률은 반 부하에서 전체 부하까지 0.96 이상으로 유지된다. 출력 전압 파형을 재생성하기 때문에 출력 왜곡은 일반적으로 4% 미만이며, 노칭을 포함한 모든 입력 전압 왜곡과 무관하다. 전체 부하에서의 효율은 일반적으로 89%에서 93% 범위이다. 그러나 저부하에서는 효율이 60% 미만으로 떨어질 수 있다. CVT를 모터, 변압기 또는 자석과 같이 중간에서 높은 돌입 전류가 있는 응용 분야에서 사용할 때 전류 제한 기능도 약점이 된다. 이 경우 CVT는 최대 전류를 수용하도록 크기를 조정해야 하므로 저부하 및 낮은 효율로 작동해야 한다.[1]
변압기와 커패시터가 매우 안정적일 수 있으므로 최소한의 유지 관리가 필요하다. 일부 장치는 검사 사이에 여러 커패시터가 고장 나도 장치의 성능에 눈에 띄는 영향이 없도록 중복 커패시터를 포함하고 있다.[1]
출력 전압은 공급 주파수가 1% 변경될 때마다 약 1.2%씩 변경된다. 예를 들어, 발전기 주파수가 2 Hz 변경되는 것은 매우 큰 변화이지만, 출력 전압은 4%만 변경되며 대부분의 부하에는 거의 영향을 미치지 않는다. 중성 부품을 포함하여 디레이팅 요구 사항 없이 100% 단상 스위치 모드 전원 공급 장치 부하를 수용한다. 입력 전류 왜곡은 100% 이상의 전류 THD를 갖는 비선형 부하를 공급할 때에도 8% THD 미만으로 유지된다.[1]
CVT의 단점은 더 큰 크기, 들리는 윙윙거리는 소리, 포화로 인한 높은 열 발생이다.[1]
6. 직류 전압 안정기
저항과 다이오드를 직렬로 연결하여 간단한 전압 조정기를 만들 수 있다. 다이오드 V-I 곡선의 로그 형태 때문에 다이오드 양단의 전압은 전류 변화나 입력 변화에 따라 약간만 변한다. 정밀한 전압 제어와 효율이 중요하지 않은 경우 이 설계가 적합하다. 제너 다이오드를 사용하면 더 높은 전압 출력을 얻을 수 있다. 제너 다이오드 조정기는 제너 다이오드의 고정된 역전압을 사용한다.
피드백 전압 조정기는 실제 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 작동한다. 차이가 있으면 증폭되어 조절 요소를 제어하고 전압 오류를 줄인다. 이는 부귀환 제어 루프를 형성한다. 개방 루프 이득을 증가시키면 조절 정확도가 높아지지만 안정성은 감소한다. 출력 전압이 너무 낮거나 높으면 조절 요소는 출력 전압을 조절한다.
대부분의 DC 전원 공급 장치는 직렬 또는 병렬 레귤레이터를 사용하여 전압을 조정하지만, 제너 다이오드, 애벌런치 항복 다이오드, 또는 전압 조정관과 같은 ''병렬 레귤레이터''를 사용하여 전압 기준을 적용한다. 이러한 장치는 지정된 전압에서 전도되기 시작하며, 과도한 전류를 접지로 돌려 단자 전압을 유지한다. 전원 공급 장치는 병렬 조정 장치의 안전 작동 능력을 벗어나지 않는 최대 전류량만 공급하도록 설계된다.
안정기가 더 많은 전력을 제공해야 하는 경우, 병렬 출력은 전압 안정기에 표준 전압 기준을 제공하는 데 사용된다. 전압 안정기는 더 큰 전류를 전달할 수 있다. 능동형 전압 조정기는 트랜지스터나 연산 증폭기와 같은 능동 소자를 사용한다. 분로형 조정기는 종종 수동적이고 단순하지만, 과도한 전류를 버리기 때문에 비효율적이다.
7. 전압 조정기 특성
전압 조정기의 성능은 여러 가지 지표로 나타낼 수 있다. 주요 지표에는 부하 조정, 선형 조정, 온도 계수, 초기 정확도, 드롭아웃 전압, 돌입 전류, 절대 최대 정격, 출력 잡음, 대기 전류, 과도 응답, 역 삽입 보호 등이 있다.[1]
이러한 지표들은 전압 조정기가 얼마나 안정적으로 전압을 유지하고, 외부 조건 변화에 얼마나 잘 대응하는지를 보여준다.
7. 1. 부하 조정
'''부하 조정'''은 부하 전류의 변화에 따른 출력 전압의 변화를 의미한다. 예를 들어, "일반적으로 15mV, 특정 온도 및 입력 전압에서 5mA에서 1.4A 사이의 부하 전류에 대해 최대 100mV"와 같이 나타낼 수 있다.7. 2. 선형 조정
선형 조정(입력 조정)은 입력(공급) 전압 변화에 따른 출력 전압 변화의 정도를 나타낸다. 이는 출력 대 입력 변화의 비율(예: "일반적으로 13 mV/V") 또는 전체 지정 입력 전압 범위(예: "90 V에서 260 V 사이의 입력 전압, 50–60 Hz에서 플러스 또는 마이너스 2%")에 따른 출력 전압 변화를 의미한다.7. 3. 온도 계수
출력 전압의 온도 계수는 온도에 따른 출력 전압의 변화를 나타내며, 특정 온도 범위를 평균하여 계산할 수 있다.7. 4. 초기 정확도
전압 조정기는 출력 전압을 지정된 한도 내에서 일정하게 유지한다. 전압 조정기의 '''초기 정확도'''(또는 "전압 정확도")는 온도나 노화의 영향 없이 고정된 조정기의 출력 전압 오차를 반영한다.7. 5. 드롭아웃 전압
드롭아웃 전압은 전압 조정기가 지정된 전류를 계속 공급할 수 있는 입력 전압과 출력 전압 간의 최소 차이이다. 전압 조정기가 더 이상 조정을 유지하지 못하는 입력-출력 차이가 바로 드롭아웃 전압이다. 입력 전압이 이보다 더 낮아지면 출력 전압도 감소한다. 이 값은 부하 전류 및 접합 온도에 따라 달라진다.[3]7. 6. 돌입 전류
장치가 처음 켜질 때 발생하는 최대 순간 입력 전류를 돌입 전류라고 한다. 돌입 전류는 일반적으로 0.5초 또는 몇 밀리초 동안 지속되지만, 매우 높아 구성 요소를 점진적으로 (몇 개월 또는 몇 년에 걸쳐) 손상시키고 태울 수 있어 위험하다. 특히 돌입 전류 보호 기능이 없는 경우에는 더욱 그렇다. 자동 전압 조정기의 교류 변압기나 전기 모터는 처음 전원이 공급되거나 켜질 때 입력 파형의 몇 사이클 동안 정상 정격 부하 전류의 몇 배를 소비하고 출력할 수 있다. 전원 변환기 또한 입력 커패시턴스의 충전 전류로 인해 정상 상태 전류보다 훨씬 높은 돌입 전류를 갖는 경우가 많다.7. 7. 절대 최대 정격
절대 최대 정격은 조정기 부품에 대해 정의되며, 최대 입력 전압, 사용 가능한 연속 및 피크 출력 전류(때로는 내부적으로 제한됨), 지정된 온도에서의 최대 전력 소모 등을 나타낸다.[1]7. 8. 출력 잡음
출력 전압에는 열 백색 잡음 및 출력 동적 임피던스가 주파수에 대한 그래프로 나타날 수 있으며, 출력 '''리플''' 잡음(전원 "험" 또는 스위치 모드 "해시" 잡음)은 피크 투 피크 또는 RMS 전압, 또는 스펙트럼으로 표시될 수 있다.7. 9. 대기 전류
조정기 회로의 대기 전류는 부하에 사용할 수 없는, 내부적으로 소비되는 전류를 의미한다. 이는 일반적으로 부하가 연결되지 않은 상태에서 입력 전류로 측정되며, 비효율의 원인이 된다. 일부 선형 조정기는 매우 낮은 전류 부하에서 스위치 모드 설계보다 더 효율적인 경우도 있다.7. 10. 과도 응답
과도 응답은 부하 전류('부하 과도') 또는 입력 전압('선 과도')의 급격한 변화에 대한 조정기의 반응이다. 일부 조정기는 진동하거나 응답 시간이 느린 경향이 있어 경우에 따라 원치 않는 결과를 초래할 수 있다. 과도 응답은 안정적인 상황을 정의하는 조절 매개변수와는 다르며, 변화에 대한 조정기의 동작을 보여준다. 이 데이터는 일반적으로 조정기의 기술 문서에 제공되며 출력 커패시터에도 의존한다.7. 11. 역 삽입 보호
역 삽입 보호는 조정기의 입력 단자가 낮은 전압, 무전압 또는 접지 상태에 있는 동안, 조정기의 최대 입력 전압을 초과하지 않는 전압이 출력 핀에 인가될 때 사용하도록 설계되었음을 의미한다. 일부 조정기는 이러한 상황을 지속적으로 견딜 수 있다. 다른 조정기는 60초와 같이 제한된 시간 동안만 견딜 수 있으며, 이는 일반적으로 데이터 시트에 명시되어 있다.[1] 예를 들어, 이러한 상황은 출력 단자가 규제되지 않은 DC 입력에 연결되고 입력이 부하에 연결된 상태에서 3단자 조정기가 PCB에 잘못 장착될 때 발생할 수 있다.[1] 역 삽입 보호는 외부 전원이 고장 나거나 켜지지 않고 출력 단자가 배터리 전압을 유지할 때 조정기 회로가 배터리 충전 회로에 사용될 때도 중요하다.[1]참조
[1]
웹사이트
Voltage Stabilizer or Automatic Voltage Regulator (AVR)
https://pact.in/blog[...]
2024-04-26
[2]
서적
Standard Handbook for Electrical Engineers Eleventh Edition
Mc Graw Hill
[3]
간행물
Analysis on the Reason of Low Voltage Problem and the Effectiveness of Voltage Regulation in a Distribution Area
2020
[4]
웹사이트
Texas Instruments LM2825 Integrated Power Supply 1 A DC-DC Converter
http://www.ti.com/pr[...]
2010-09-19
[5]
웹사이트
Linear Technology μModule Regulators
http://www.linear.co[...]
2011-03-08
[6]
서적
Electronic Engineering
John Wiley & Sons
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