전원 공급 장치 회로가 다른 회로, 하드웨어, 인프라 또는 인간 사용자와 상호 작용할 가능성이 있는 한 파괴적인 과전압 상황이 발생할 수 있습니다. 전류와 잠재적인 상호 작용 지점 사이의 물리적 또는 전자적 절연(일반적으로 전기 절연이라고 함)은 회로의 안전과 지속적인 작동을 위해 중요합니다. 절연을 통해 출력 신호에서 불필요한 노이즈를 줄일 수도 있습니다.
절연 요구 사항은 로봇, 고전압 전력망 장비, 공장 작업장 장비, 자동차 애플리케이션 및 소비자 제품에서 매우 일반적입니다. 절연 시스템을 설계할 때는 가변 입력 전압, 배터리 전력 사용, 소형 패키징 필요성 등 애플리케이션의 특수성도 고려해야 합니다.
올바른 절연 부품을 선택하려면 설계자는 다양한 절연기 구조의 장점, 단점 및 구성을 이해해야 합니다. 이러한 이해를 바탕으로 전자 설계에서 가장 효과적이고 안정적이며 공간 절약형 절연체를 채택할 수 있습니다.
아이솔레이터에 대해 알아보세요
전기적 절연은 다양한 방법으로 달성할 수 있지만 모두 공통된 기본 원리를 가지고 있습니다. 즉, 1차측의 고전압 입력이 일부 물리적 장벽을 통해 저전압, 저전류 2차측과 절연된다는 것입니다. 절연 장벽의 세부 사항과 절연 장벽을 통해 전력, 신호 또는 둘 다를 전송하는 방법은 절연체 유형에 따라 다릅니다.
광커플러는 LED를 사용하여 1차측 신호를 전기 펄스에서 광자로 변환합니다. 2차측에서는 포토트랜지스터, 포토다이오드 또는 광전 전계 효과 트랜지스터와 같은 감광성 요소가 광자를 수신하여 전기 신호로 변환합니다. 1차 회로와 2차 회로를 물리적으로 분리하는 것 외에도 광커플러는 출력 신호에서 불필요한 잡음을 자동으로 제거하고 접지 루프를 방지할 수도 있습니다.
자기 커플러에서는 변압기의 1차 권선 전압이 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 2차 권선에 유도 전압을 생성하여 전기 절연을 유지하면서 전기 신호를 전송합니다. 변압기는 단일 철심에 두 개의 독립적인 권선을 가질 수도 있고, 절연 재료로 분리된 자체 철심 주위에 권선이 감겨 있는 두 개의 인덕터일 수도 있습니다. 설계자가 자기 커플링을 선택하는 이유는 높은 전압 성능, 상대적으로 빠른 응답 시간, 신호 잡음 필터링 기능이 있기 때문입니다. 그러나 아이솔레이터의 크기, 발열 가능성, 전자기 간섭 발생 등도 고려해야 합니다.
용량성 커플러는 유전체 물질로 분리된 두 개의 전극으로 구성된 커패시터를 사용합니다. 입력 전압은 1차측 전극에 전하를 축적합니다. 이는 전기장을 생성하고 2차 전극에 전압을 유도합니다. 용량성 커플러는 작은 크기, 낮은 전력 소비 및 입력 변경에 대한 신속한 응답으로 알려져 있어 절연 게이트를 통해 전기 신호를 전송하는 데 편리하고 효율적입니다. 설계자는 자신의 능력을 초과하는 입력 전압, 환경 습도 및 절연 파괴의 영향으로부터 용량성 커플러를 보호하기 위한 조치를 취해야 합니다.
디지털 절연체 배포
위 유형의 아이솔레이터는 모두 집적 회로(IC)의 디지털 아이솔레이터 시스템에 통합될 수 있습니다. 이러한 토폴로지 구조는 전원 모듈 또는 신호 전송 구성요소와 추가로 통합되어 단일 칩에 완전한 디지털 절연 시스템을 형성할 수 있습니다. 디지털 절연체 시스템의 일반적인 토폴로지 구조에는 플라이백, 하프 브리지 및 푸시풀이 포함됩니다.
플라이백 전원 공급 장치는 션트 인덕터와 벅 부스트 컨버터를 결합하여 변압기를 구성하는 자기 절연 형태를 채택하여 필요한 출력에 맞게 직류(DC) 입력 전압을 높이거나 낮춥니다. 벅 부스트 컨버터의 피드백은 3단계 인덕터 권선 또는 광커플러를 통해 제공됩니다. 저전력 애플리케이션에서는 플라이백 전원 공급 장치를 사용하는 것이 좋지만 설계자는 불필요한 EMI가 생성될 수 있다는 점을 인식해야 합니다.
하프 브리지(H-브리지) 설계에는 H-브리지 구형파 발생기, 인덕터 2개와 커패시터(LLC) 1개로 구성된 공진 회로, 필요한 DC 출력 전압을 제공할 수 있는 정류기 2개가 포함됩니다. 특정 설계에 비해 정류기는 더 높은 출력 전력을 달성할 수 있으므로 중간 전력 애플리케이션에는 H-브리지 절연 설계를 사용하는 것이 좋습니다.
푸시풀 절연 전원 공급 장치는 자기 결합을 위해 두 개의 변압기를 사용합니다. 두 개의 스위치가 교대로 변압기를 전환하여 입력 전압을 수신합니다. 2차측에 있는 2개의 풀 브리지 정류기 다이오드는 전압 변화를 예측하고 이를 대칭 출력으로 조절할 수 있습니다.
제어를 강화하기 위해 설계자는 푸시풀 장치에 변압기 구동기를 추가하도록 선택할 수 있습니다. 이 드라이버는 발진기, 주파수 분배기 및 로직 컨트롤러를 통합하여 BBM 모드에서 스위치 열기 및 닫기를 조정합니다. 이 모드는 두 개의 스위치를 동시에 연결하여 발생하는 손상으로부터 내부 및 다운스트림 구성 요소를 보호하면서 상대적으로 일정한 출력 신호를 생성할 수 있습니다.
변압기 드라이버가 포함된 시스템에서는 LDO(저드롭아웃 선형 레귤레이터)를 사용하여 출력을 제어하고 정류기 다이오드를 교체하거나 기능을 향상시킬 수도 있습니다. 전압 차이는 입력 전압과 출력 전압 간의 최소 차이이며, 이 차이 미만이면 회로가 출력을 완전히 조절할 수 없습니다. LDO에서는 이 차이가 매우 작으므로 넓은 입력 전압 범위에서 안정적인 작동이 보장됩니다.