[잡담] 노아쨩) "노아쨩 DC-DC컨버터는 어떻게 만드는거야?"

[Delicious mango]

"으으..."

"노아쨩...왜 우는거야? 난 질문만 했는데?"

"또 만났네요! 유게이쿤!"

"(하아...뭐지 또 못생긴 얼굴 때문에 우는건가?)안녕하세요 노아어머니. 근데 요새 참 많이 만나게 되네요."

"...마망...저..."

"...그동안 몰라서 대답을 피해왔던건 알고있단다. 노아쨩"

"마망...죄송해요...저...이과지식은 몰라서 그랬어요..."

"몰라도 괜찮단다. 그래도 머리가 자기 통장처럼 텅 비었으면서 아는척하는 몇몇 유게이들보단 모를땐 모른다고 답하는 우리 노아쨩이 훨씬 더 예쁜걸?"

"(뜨끔)"

(사실 본인도 그런적이 한두번이 아니므로 자아성찰의 시간을 가짐)

"마망...그게 정말이에요?"

"물론이지! 노아쨩은 이 마미한테는 항상 귀여운 노아쨩이란다. 그러니까 앞으로는 모르는게 있어도 항상 솔직하고 당당하게 모른다고 해야한다?"

"그...그건 당연하죠! 전 가장 귀여우니까요!"

"자, 이제 노아쨩도 평소대로 돌아왔고 오늘은 어떤 질문을 들고온건가요? 유게이쿤?"

"(노아쨩도 모르는게 있구나...)저번에 말씀해주신 DC-DC컨버터가 정확히 어떻게 설계되는지 알수있을까요?"

"흐음...정말 그 질문의 대답을 들으러 온건가요?"

"왜 그러시죠? 노아어머니? 혹시 대답하기 곤란하시다면 이유를 여쭤봐도 될까요?"

"그건...당연히 전자회로설계에 대한 어려운 얘기를 하면 많은 유게이들이 도중에 나가서 베스트에 도달못할것 같으니까요..."

"그건 그렇고 그런 나이들어보이는 호칭말고 에밀리라고 불러주시면 안될까요?"

"아 듣고보니 그럴수도 있겠네요...에...밀리씨"

"아이 참 좀 더 친근하고 자연스럽게 불러주세요!"

"아...하하 알았어요. 에밀리씨"

"아직은 어색하지만 앞으로는 더 나아진다고 기대해도 되겠죠?"

"자, 그럼 진짜로 DC-DC컨버터에 대한 내용을 들을 준비가 됐나요?"

"전편이 궁금한 유게이들은 이쪽으로 가서 보고오면 된다고 하니까 걱정안하셔도 되요."

"혹시 전편에서 DC-DC컨버터가 어디에 있고 무슨 역할을 하는지 보고왔나요?"

"그거야 당연하죠. 전자기기에서 트랜지스터들로 이루어진 회로들이 구동할수있는 전압을 따로 출력하기 위해서 만든 회로잖아요."

"정확해요! 그게 없으면 칩셋들이 다른 전압으로 구동할수없게 되서 굉장히 골치아파진다고 했죠?"

"전자기기에선 승압용 DC-DC컨버터보단 강압용 DC-DC컨버터가 더 많이 쓰일거란건 알고있겠네요?"

"당연하죠! 트랜지스터로 이루어진 회로가 있는 전자기기에선 동작전압은 대부분 입력전압보다 훨씬 낮으니까요"

"정답이에요! 그러니까 지금은 전자기기에서 훨씬 많이 쓰이는 강압용 DC-DC컨버터를 다룰거에요."

"이제 기본적인 DC-DC컨버터의 개념도를 볼까요?"

"달랑 스위치 1개밖에 안달려있는데요?"

"그렇죠! 하지만 그 스위치가 켜지는 시간과 꺼지는 시간이 매우 중요하답니다?"

"스위치가 켜지는 시간이 Ton, 스위치가 꺼지는 시간이 Toff, 주기가 T라고 한다면 D=Ton/T라고 하고 D는 듀티비라고 할게요. 여기까지는 쉽죠?"

"그래서 Ton동안은 부하에 걸리는 전압은 Vin[V]이고 Toff동안은 0[V]이라고 하는거죠?"

"바로 그거죠! 이제 그걸 알았으니까 주기동안 Vo가 가지는 평균전압은 Vo=(1/T)X((VinXTon)+(0XToff))=VinTon/T=VinXD라는걸 알수있겠죠?"

"그러니까 평균전압 Vo는 Vin에 듀티비(D)를 곱한거랍니다!"

"아하! 그래서 듀티비, 즉, 스위치가 꺼지고 켜지는 시간의 비로 출력되는 평균전압을 조절할수있다는 것이군요!"

"정답이에요! 그래서 평균전력도 Po=(1/T)X((Vin²/R)XTon+(0/R)XToff)=(Vin²/R)X(Ton/T)=(Vin²/R)XD라서 둘 다 선형적으로 조절이 가능한거죠!"

"근데 그렇게 만들면 출력전압이 이렇게 0부터 Vin까지 왔다갔다하는것만 반복하는게 아닌가요?"

"맞아요! 그래서 아까 평균전압을 구한거랍니다?"

"이제 아까 구했던 식을 이용해서 교류성분하고 직류성분하고 나눠서 생각하는거에요. 여기서 하늘색만 출력되고 빨간색은 지워버리면 다 해결되는거겠죠?"

"아하! 위의 기본회로에 적분필터를 달아서 고주파성분만 제거하면 되는거군요!"

"정답이에요! 하지만 필터에 다는 인덕터랑 캐패시터의 정확한 값을 계산하는 방법을 적으면 여기있는 유게이들은 다 이탈해버리니까 그건 대충 넘어갈게요. 여기선 적분필터(Low-pass filter)가 고주파를 제거한다는것과 그걸 여기에 왜 달아야하는지만 알면 되요."

"직렬 인덕터랑 병렬 캐패시터를 이용한 2차 적분필터(2nd Order Low-pass filter)를 달면 회로는 위 그림과 같아지는거죠."

"그러면 스위치부분은 어떻게 만들어지는거죠? 수동으로 시간을 정해서 껐다킬수는 없잖아요"

"역시 예리하네요 유게이쿤! 그래서 DC-DC컨버터에 트랜지스터를 다는거에요."

"바로 이런식으로요!"

"잠깐만요. 근데 저기있는 PWM은 뭐죠?"

"저건 또 다른 회로에요. 바로 Pulse Width Modulation의 약자인데 간단하게 말하자면 PWM에 들어가는 입력값의 크기에 따라서 출력되는 파형의 정해진 주기안에서 0과 1이 나오는 시간의 비율을 결정하는거죠"

"하지만 거기서 더 복잡한 내용은 얘기안하기로 할게요. 벌써 나가는 유게이들이 보이기 시작했으니까요ㅠ"

"그러니까 지금은 저 PWM에서 나가는 값이 1이면 On, 0이면 Off상태라는것만 알고있으면 되요!"

"어? 그런데 다이오드(중간에 보이는 삼각형모양의 소자)는 왜 달아놓은거죠??"

"그건 인덕터의 관성전류를 Off상태에서 출력쪽으로 흐르게 하기위해서죠. Off상태에서 다이오드가 없으면 전류는 그대로 출력(부하가 있어서 저항이 큰편)과 반대방향으로 흐르기 때문에 출력전압이 확 내려가 버리겠죠?"

"그림을 보시면 이해가 쉬울거에요. 전압이 낮을때 PWM에서 1이 나오고 On이 되니까 이렇게 입력전압이 출력에 그대로 나오다가 너무 전압이 높아지면"

"PWM에서 0이 나오면서 Off상태가 되고 전압이 낮아지는거죠. 이때 다이오드는 전류가 반대쪽으로 가는걸 막기때문에 출력전압은 서서히 낮아지겠죠? 이걸 반복하면서 Vout=DVin의 정상상태로 만드는거에요."

"아하! 올라갔다가 내려가는걸 빨리 반복하기 때문에 정상상태(직류전압으로 보이는 상태)를 유지할수있는것이군요!"

"정답이에요! 이 그림을 보면 실제로 나오는 파형은 검은색이지만 T가 짧으니까 육안으로는 하늘색 파형이 나오는것처럼 보이는 거죠!"

"사실 처음부터 파형은 저렇게 안나오고 0부터 커지다가 목표값보다 높게 나오고 그뒤에 안정되서 저 그림의 검은색부분과 가까워지는거지만 너무 자세한건 안 다루도록 할게요."

"휴...역시 한꺼번에 많은걸 설명하니까 기운넘치는 저라도 피곤하네요. 그럼 전 노아쨩을 재우러 가야해서 이만..."

1편

2편

출처 : 전자공학

[】몽쉘【]

이젠 리얼마망까지 나오네 ㅋㅋㅋ

[마오짱]

뭔소린지모르겠지만 추천줌

[아이스 카푸치노]

불수능

[????]

와ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ 좀있으면 시리즈물로 나오겠네ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

[Rotti]

[루리웹-1191575768]

먼정성이야 이건-ㅇ-?

[마나리아]

[A#]

이과지식추

[린시드]

노아를 더 등장시키란 말이야

[공룡쟝]

에밀리 교수님 진도가 너무 빠릅니다