BONONOO

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.

오늘은 회로 보호 소자인 바리스터에 대해 설명 드리겠습니다.

AC전원에서는 퓨즈로 과전압 보호를 하고, DC 전원에서는 바리스터로 과전압 보호를 하므로 숙지하시기 바랍니다.

바리스터란?

- Variable Resistor 의 약어.

- 정격 전압내에선 500MΩ 이상의 절연 저항이 유지되나 과전압 발생 시 수 mΩ 이하의 도체로 저항값이 급격히 감소하는 소자 (220V 사용하는 제품에 380V 인가시 회로 차단이 가능한게 아니라, 낙뢰등 과전압이 순간적으로 들어올때 쇼트되어 터짐으로써 2차측 회로를 보호하는 역할)

특징

- 인가 전압에 따라 저항이 변하여 비직선적인 전압-전류 특성을 나타냄.

- 신호선과 접지를 연결해 놓으면 정격 전압내에선 부도체와 같이 주변 회로에 영향을 주지 않다가, 과전압 발생 시 낮은 임피던스로 인해 전류가 varistor를 통하여 접지로 빠져 나가도록 함으로써 회로를 보호함.

- 바리스터는 보호하고자 하는 부품이나 회로에 병렬로 연결하여 과도전압이 증가하면 낮은 저항 회로를 형성하여 과도전압이 더 이상 상승하는 것을 막아줌.

- 바리스터는 동작전압 이하에서는 저항이 매우 높아 절연체로 작용하기 때문에 전류가 거의 흐르지 않고 동작 전압 이상에서 저항이 급격히 낮아져 전류를 흐르게 하는 특성이 있음. 이러한 특성에 기인하여 V-I Curve는 비직선적인 형태로 나타나며 폭 넓은 범위에서의 특성을 보여주기 위하여 통상적으로 Log-Log scale의 그래프를 사용하여 표현한다.

- 바리스터는 Surge Energy에 반복해서 노출되게 되면 저항이 높은 결정립계 부분 중 취약한 부분이 차츰 파괴되어 성능이 떨어지게 되는데 바리스터 전압(V1mA)이 초기치에 대하여 ±10% 이상 변화하였을 경우 수명이 다한 것으로 본다. 수명이 다한 바리스터를 계속해서 사용하여 바리스터 전압이 입력 전압의 최고치까지 저하하면, 누설 전류 증가로 인한 발열이 발생하는데 이를 바리스터 전압이 입력전압의 최고치까지 저하하면 누설전류 증가로 인한 발열이 발생하는데 이는 바리스터 전압을 가속적으로 저하시켜 결국 바리스터의 단락이 발생하는 원인이 된다. 또한 바리스터에 규정치 보다 높은 전압을 인가하게 되면 마찬가지로 누설전류가 증가하게 되고 바리스터의 단락이 발생할 수 있다.

출처:

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