실전에서 쓰는 정전압회로
- 트랜지스터는 상대적으로 큰 전류를 흘려줄 수 있는 부품.
- 실제로는 IC를 쓴다. 위 그림은 간단한 등가회로
- 입력전압과 출력전압의 차이가 최소 2V이면 출력전압이 일정하게 나옴
- 전원회로 (voltage regulator) : 스스로 만들수 있는 회로 x. 외부 power를 받아서 사용.
- P= 2V*1A = 2W 만큼의 power 소모 → 열이 많이 난다. 방열판이 달린 형태로 출시
- 모바일용 등을 위해 CMOS로 입출력 전압의 차이 (Drop Out Voltage) 가 작아도 동작하는 voltage regulator를 만듦 (Low Dropout Voltage LDO)
인덕터를 사용한 모터가 있다고 가정
- 문제: switch on 상태에서 off로 바꾸면 스위치 저항 무한대. Inductor의 특징: 전류가 슥 흐르고 슥 없어진다. 슥 부분에서 문제. 엄청나게 큰 전압이 스위치에 튀는 문제가 발생.
- 대책1 : snubber: 다이오드의 클램핑을 이용: 튀어오르려는 전압을 잡아줌.
- 대책 2: RC snubber 사용. 다이오드보다 가격이 쌈.
1ms 이후에 스위치 off되는 회로 (no snubber)
Diode snubber 회로
대략 12.7V 로 되돌아간다.
MRI: 코일의 자기장을 이용해서 사람몸을 스캔. 동작을 시켰다가 switch off 할때 주먹만한 병렬 다이오드 snubber 사용. Inductor가 들어가있으면 snubber를 항상 고려.
RC Snubber
- Parametric sweep을 사용해서 가장 적절한 C값 찾기
- 빨간색, 남색이 가장 좋아보임. (가장 덜 튐)
C값을 500으로 설정하면
정전기
- 아무리 잘 만든 전자제품이라도 ESD test를 통과 못하면 출시가 안됨
- 정전기 방전현상의 원인
- 탈레스: 보석 호박에 헝겊을 문질러서 +, - 전기를 발견
- 서로다른 두 물질을 문지르면 마찰열이 생겨서 한쪽에서 다른쪽으로 전자가 이동. 뺏긴 놈: 상대적 +, 받은놈: 상대적 -. 대전서열에 의해 결정됨
- 사람의 몸은 전자를 잘 잃어버림 → +가 쌓이는것처럼 된다 (몸이 capacitor처럼 된다 100 pF ~150pF 정도). 쌓인 전하 : 정전하 (static). 움직이는 전하: 동전하
- 차문을 열거나 할때 몸에 쌓여있던 전하들이 빠져나갈 수 있음 → 정전기 방전
- 전자제품의 회로에서 민감한 IC가 망가질 수 있다.
- 정전기 현상에 의해 생성되는 최대 전압 : ~35kV
부품레벨에서 생길수 있는 ESD (Human Body Model, Machine Model, Charged Device Model)
- 2개의 다이오드 사용 V_cc+V_F, -V_F 전압까지밖에 못변하는 클램핑 작용 (실제로는 사용 x) 이유 : 다이오드라는 부품이 ESD를 막기 위해 쓰는 부품이 아니어서 한계가 있다. 2군데에 연결 : PCB상에서 꼬임.
- TVS (Transient Voltage Suppression) : ESD를 전용 대책 부품
- Varistor : Zinc Oxide (산화아연) 알갱이들이 들어있음. 양단 전압이 어떤 특정 전압보다 작게 걸릴때는 무한대 저항 (open) 처럼 보임. 특정 전압보다 크게 걸릴때는 short처럼 보임 → 클램핑 동작
- 가격적인 측면에서 varistor가 훨씬 싸다.
- 내구성 측면에서 TVS 수천번정도 맞아도 괜찮음. Varistor 몇만번정도
- 실제로는 PCB 회로에서 TVS를 많이 사용한다.
TVS가 더 많이 쓰이는 이유
- 첫번째 이유: Varistor는 TVS에 비해서 외부 C값이 크다.
- 주파수가 높은 신호일때는 신호가 죽을 수 있다.
- 주파수가 낮거나 DC인 곳에는 varistor를 쓸 수 있지만 고속 IC에서는 힘들다.
- 내부 기생 C값이 1pF보다 큰것들은 낮은 주파수, DC에 적용.
- 두번째 이유: 1~2V 내에서 클램핑을 해줘야함. 15V 까지 올라가고 나서 클램핑을 시키면 이미 망가짐.
- Varistor는 클램핑 전압이 높은 편.
- Varistor TVS를 동시에 달면 이중으로 보호 가능
단방향 TVS
- 양방향 TVS와 단방향 TVS의 차이: data가 0V를 기준으로 들어오는 신호이면 양방향 TVS를 사용해야함.
- 디지털 신호 : -전압이 없음. 디지털 신호에는 단방향 TVS만 달아도 충분
- 하나의 package안에 여러개의 TVS가 연결되어있는 형태
- TVS 데이터시트에서 꼭 확인해야 하는 부분 : VRWM (Working Voltage): 1.8V 라고 되어있으면 1.8V IC에 적용할 수 있는 TVS. 3V 근처에서 클램핑.
