BONONOO

안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.

오늘은 ST사 MCU인 STM32F103 칩에 대해 직접 정리해 보았습니다.

아래 사진 외에 첨부된 자료에 더 많이 있으니 첨부자료 다운받아 보시는걸 추천드립니다.

네이버 및 구글링 하여 정리하였으니 참고 바랍니다. 또한 잘못된 점이 있으면 댓글 바랍니다!

모두 화이팅~!

안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.

당근이에서 본 다이오드 사용 방법 입니다 

안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.

요즘 FAN 단종 및 수급 문제로 인해 신규 FAN으로 변경하였는데요, 제어가 제대로 안되고 전압이 너무 흔들려 캐패시터를 달아 보완을 하였습니다. 이때 발열이 심해 해결 방안을 설명 드려보고자 글 남깁니다.

커패시터 수명을 위해서라도 ESR을 보는 습관도 길러두시면 좋을 것 같습니다.

ESR이란?

- Equivalent Series Resistance의 약자로 단위는 저항의 Ohm 입니다.

- 커패시터 및 인덕터에 들어가 있는 고유의 저항 성분 입니다. 이것이 소자의 발열을 보완하는데 중요한 데이터 입니다.

주파수 별 ESR

- 주파수 별 ESR 표 입니다. 120Hz 에서 ESR값이 크게 나타나지만 주파수가 올라갈수록 ESR 값이 줄어들고 있습니다.

- 알루미늄 캔 커패시터 용량에 따라 그 값이 다르긴 하지만 0.1 ~ 0.4 Ohm 정도의 ESR 값을 가집니다.

- ESR은 회로가 닫힌 상태에서 커패시터 내부에서 열을 만들어내는 주범이고 우리가 쓰지도 못하고 날아가는 손실을 의미합니다.

커패시터 하나를 가지고 예를 들어 설명 드리겠습니다.

NLW100-12 의 데이터 시트를 확인하겠습니다.

(Datasheet :  https://www.mouser.kr/datasheet/2/88/CDUB_S_A0007943797_1-2540051.pdf )

- 위의 사진은 Low ESR 커패시터로, 제 경험 상 Low ESR 일수록 Operating Temperature Range가 높습니다.

   (위의 사진에선 +105 ºC까지 올라갑니다.)

- 추가로 커패시터 수명은 온도랑 관련이 깊습니다. 발열의 원인은 주로 riple current로 충방전이 반복될 때 ESR에 의해 열이 발생합니다.

발열의 문제가 생겼을 때

- 발열의 원인으로 ripple current 도 확인합니다. ripple current가 높은 제품이 Low ESR 이라고 보면 됩니다. 저항 성분이 작으니 당연히 발열도 적게 되고, 흘릴 수 있는 전류도 커지게 되기 때문입니다.

- Low ESR 종류의 커패시터를 선정합니다.

- 당장에 대응이 필요할 땐, 커패시터값 절반짜리 2개를 병렬 연결합니다.

   (보통 커패시터값이 커지면 ESR도 올라가므로, 커패시터값 절반짜리 2개 써서 커패시터 값이 올라가지 않게 만들어 줍니다) (병렬 연결 시 ESR이 낮아집니다)

출처 :

https://blog.daum.net/tangleguy/18221845

안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.

저번 시간은 트랜지스터의 스위칭 역할을 배워보았는데요.

이번 시간엔 트랜지스터의 증폭 작용에 대해 설명 드리겠습니다.

보통 트랜지스터는 증폭 작용보단 스위칭 용도로 많이 사용되지만 증폭 작용도 중요하므로 꼭 숙지하시기 바랍니다!

사진이 흐린점 양해 부탁드립니다. 눈으로만 보지 마시고 직접 그려서 정리해보세요!

① R1 Bias 저항을 통해 항상 전압이 공급됨

② ①으로 인해 Ib 전류가 흐름

③ Ib 전류가 흐르면 Ic 전류가 흐르게 됨 => TR은 항상 동작하는 상태

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* TR B의 적은 전압 변화에 따라서 Vce 전압이 크게 변화하게됨으로 '증폭' 되었다고 한다.

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트랜지스터의 접지 방식

트랜지스터의 접지 방식에 따라 특징이 다르다.

(1) 에미터 접지 방식

특징

① 입력과 출력의 위상차 180도 (역위상)

② 전압 전류 증폭도가 크다.

③ 입출력 임피던스가 중간이다.

④ 임피던스 매칭이 쉬워 가장 많이 사용됨.

(2) 베이스 접지 방식

특징

① 입력과 출력의 위상차 0도 (동위상)

② 전압 증폭도가 크다.

③ 입력 임피던스는 낮고 출력 임피던스가 높다.

④ 출력 임피던스가 높고 차단 주파수가 높기 때문에 고주파 증폭단에 많이 사용한다.

⑤ 전류 증폭률 : 알파 = Ic / Ie = 99/10 = 0.99 (1보다 작다)

(3) 콜렉터 접지 방식

특징

① 입력과 출력의 위상차 0도 (동위상)

② 전류 증폭도가 크며, 전압 증폭도는 1 이하다.

③ 입력 임피던스는 높고 출력 임피던스가 낮다.

④ 출력 임피던스가 낮아 임피던스 매칭기로 많이 사용한다.

⑤ 에미터 플로워 증폭기라 하낟.

⑥ 100% 부궤환(NFB)이 걸려 안정도 및 충실도가 좋다.

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안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.

오늘은 가장 많이 사용되는 트랜지스터(TR) 및 모스펫(MOSFET)에 대해 간단 사용 방법에 대해 설명드리겠습니다.

가장 많이 사용되는 스위칭 용도이므로 꼭! 알아두셔야 합니다.

회로를 설명하기 앞서

R, L, C 의 용도

R : 전압분배 역할에 사용되는 소자.

C, L : 에너지를 저장하는 소자.

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스위칭을 해주는 역할의 부품들

① TR

② MOSFET

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TR의 경우 데이터시트의 Turn-ON Voltage 확인하여 사용하면 됩니다.

Turn-on Voltage이 보통 0.7V 입니다. 0.7V가 베이스에 들어가야만 트랜지스터가 스위칭 역할로 사용이 된다는 것 입니다.

NPN Type의 TR은 N(콜렉터) P(베이스) N(에미터) 로 구성되어있고, PN(베이스-에미터) 구성이 다이오드와 동일합니다. (일반 다이오드는 0.6~0.7V, 쇼트키다이오드는 0.3V의 문턱전압이 필요합니다.)

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MOSFET의 경우 Threshold Voltage 확인하여 사용하면 된다.

Threshold Voltage이 보통 1V, 2V, 2.2V가 된다. 즉, 1V~2.2V정도 전압이 가해지면 MOSFET을 스위칭 역할로 사용 가능합니다. (부품마다 다르므로 데이터시트를 확인해보길 바랍니다)

빨간색 하트가 GPIO이고, 파란색캐릭터가 릴레이라고 생각해보자.

빨간색 하트가 출력일 경우 -> 저항 2개는 분배 역할을 하고, TR BASE부분에 전압이 인가된다.

-> TR은 스위칭 역할로 ON 되고 -> 전류가 흐를 수 있도록 만들어준다. 즉 릴레이가 구동된다는 것이다.

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12V 아래에 다이오드는 - 역기전력 방지.

맨 처음 코일은 에너지를 저장하는 소자라고 하였다. 동작을 하였을땐 12V가 흘러 에너지가 흐르고, OFF시 코일에 저장되어있는 에너지를 방출하여야 하므로 다이오드를 통해 방출시켜주는 것이다.

발광 다이오드는 TR이 동작함과 동시에 확인하기 위해 넣어뒀다. 릴레이 동작도 확인 가능하다.

위의 사진에서 TR이 ON 되었을때 GPIO_OUT의 전압이 몇V가 나오는지 확인 가능하다.

왼쪽의 사진에서 GPIO_IN으로 인해 TR이 ON 되면 오른쪽 회로와 동일해 진다고 보면 된다.

R321과 R322을 전압분배 법칙을 사용한다면 쉽게 구할 수 있다.

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{R322/(R321+R322)} * VCC = GPIO_OUT 전압값

안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.

회로의 전압을 담당하는 레귤레이터에 대해 설명 드리겠습니다.

꼭 알아두어야 하는 내용이며, 레귤레이터 방식에 따라 비교하여 선정하시기 바랍니다.

레귤레이터 종류 

​1. 리니어 방식

2. 스위칭 방식

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특징

1. 리니어 방식

- 직류(DC) 출력이 건전지에 가깝게 양질이다.

- 적은 부품으로 간단하다.

- 소출력 회로에 많이 사용된다.

- 발열이 심하며, 효율이 낮다.

=> 전원이 깨끗하고, 품질이 좋은 레귤레이션이 좋은 전원을 공급하지만 출력 전압 이상은 모두 열로 소모하기 때문에 효율이 나빠지고, 발열의 문제가 생깁니다. (이를 방지하기위해 방열판 부착을 권고합니다)

2. 스위칭 방식(SMPS)

- 직류속에 잡음이 있다.

- 많은 부품으로 구성되어 회로가 복잡하다.

- 대 전력용으로 많이 사용된다.

- 효율이 높다.

=> 주변회로가 복장하지만, 효율이 높고, 열 발생이 적기 때문에 컴팩트한 설계를 할 수 있습니다. 단지 ON/OFF를 반복하는 관계로 이때 발생하는 스위칭 노이즈로 인해 정밀한 기기나 저잡음을 요하는 기기에서는 좀 꺼리는 편입니다.

설명

전압이 물이라고 예를들어 설명드리겠습니다.

리니어 방식은 물이 필요한 양만큼 물을 주고 나머지는 그냥 버리는 방식이고,

스위칭 방식은 필요한 만큼 물을 주고 많으면 차단하는 방식 입니다. (SMPS란 ON/OFF DUTY RATIO로 전압을 조정하는 방법)

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비교

 장점 (SMPS가 리니어보다 좋은점)

1. 효율이 높다 (P=VI 공식에서 스위칭 소자 손실을 보면 ON시에는 V=0이고, OFF시에는 I=0이 되므로 이론상 손실이 전혀 없다)

2. 효율이 높으므로 당연히 방열판등이 없거나, 리니어에 비해 훨씬 적어지므로 컴팩트한 설계를 할 수 있다.

3. 주파수를 높임으로써 트랜스, 코일, 콘덴서 등도 용량, 크기, 무게 등을 낮출 수 있습니다.

4. Free Voltage 설계가 가능함.

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단점

1. 스위칭 노이즈가 심하기 때문에 정밀, LOW NOISE 제품에는 불리

2. 소형 전원인 경우는 리니어보다 주변 회로가 복잡하고, 비싸게 먹힘

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비교 내용 및 위의 내용이 아래 사이트에 요약되어있습니다.

https://www.renesas.com/in/en/products/power-management/linear-vs-switching-regulators.html

안녕하세요 보노노 입니다. 이전 글 콘덴서편의 추가 설명입니다.

반복되는 내용도 있으니 복습한번 해보시고, 링크의 자료도 참고하시기 바랍니다.

1. 콘덴서는 직류(DC)를 막고 교류(AC)를 통과시킨다.

콘덴서에 직류를 투입하면 순간적으로 충전하고 용량이 꽉 차면 전류가 흐르지 않고 유지된다.

이러한 성질로 인해 콘덴서는 직류를 흐르지 못하게 한다.

회로에서 콘덴서가 곳곳에 있는 이유는 IC를 보호하기 위함이다.

반면, 교류를 투입하여 +/- 극을 계속 바꿔주면 충전, 방전을 계속하며 전류가 흐르게 된다.

이러한 콘덴서의 특징을 이용한 것이 커플링 콘덴서이며, 콘덴서 뒤의 전류의 목적지가 되는 부품에 교류만 사용해야 할 경우 사용한다.

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2. 콘덴서는 회로상에서 교류 성분을 없애준다.

콘덴서에 남은 전류를 보관하도록 하여 전류량을 낮추고, 필요한 만큼의 전류에 맞추게 된다. 그리고 교류이므로 전류량이 낮아지게 되고 이 낮아진 전류를 목적지 부품이 사용할 알맞은 전류량에 맞춘다. 이러한 과정을 반복하는 동안 결국 회로상에서의 교류 성분을 직류로 바꾸게 되는데 이러한 역할을 하는 콘덴서를 바이패스 콘덴서 라고 한다.

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출처 : http://printf.egloos.com/72829