안녕하세요.
PFC회로에 이어서 DCDC컨버터에 대해 글을 써보려고 합니다.
DCDC 컨버터에는 크게 절연형과 비절연형으로 나뉩니다.
1차 2차 구분이 있으면 절연형 구분이 없을 경우 비절연형으로 나눠집니다.
우선 비절연형으로 글을 시작하며 컴퓨터에 가장 많이 사용되는 Buck Converter를 기준으로 작성해 보겠습니다.
가장 기본적으로 구성되는 회로 부품입니다. 스위치, 다이오드, 인덕터, 콘덴서 가 필요합니다.
CPU전원부 그래픽카드 전원부 등등 12V를 사용하여 1.2V 이런식으로 변환을 하여 사용되는데 여기에 사용되는
전압강하 회로이며 스위칭으로 PWM(Pulse Width Modulation) 라는 방법으로 원하는 전압을 만듭니다.
12V의 입력전압을 스위치 부품 으로 8%만 켜고 꺼버리는 동작을 반복하면 0.96V라는 전압을 얻을수 있습니다.
형광등이 1시간에 100Wh를 사용합니다. 50Wh로 줄이고 싶다면 30분만 켜고 끄는걸 스위치로 하겠죠?
이러한 단순한 동작이 스위칭 방식의 기초라고 보시면 됩니다.
이해를 돕기위해 컴퓨터 1대를 간단하게 구성하여 실험을 진행하였습니다.
CPU : 셀러론 G550
VGA : GTX760
파워 : 고생하던 600W
먼저 CPU전원부로 설명 드리겠습니다.
노란색 : CPU전압
빨간색 : 스위칭 파형
파란색 : CPU 4핀 전류
빨간색 파형을 보시면 계산되는 PWM(Duty)값이 약 10%대 입니다. (P3:duty 참조) CPU전원부에는 12V가 사용되니
10% 넓이의 스위칭 동작을 하여 약 1.2V 전압을 만들어 사용하고 있습니다.
cpu-z 로 보면 1.168V가 확인되고 있습니다.
입력전압(12V) * PWM(10%) = 출력전압(1.2V)가 됩니다.
똑같은 방법으로 VGA도 측정하였습니다.
12V를 약 8%사용하니 0.96V정도 사용되고 있습니다.
PC에서 모니터링 전압은 0.9750V가 표시되네요.
위 파형처럼 쪼개진 전압을 인덕터와 콘덴서로 정류하여 출력전압을 만들어 사용하게 됩니다.
비절연형 컨버터들은 부품 구성이 비슷하며 스위치, 다이오드 그리고 인덕터의 위치를 변경하여 PWM제어로
전압을 올리거나 내리거나 할 수 있습니다.
다음은 절연형 컨버터 입니다.
PC파워관련글 보시면 1차측 2차측 구분을 하게 되는데 이렇게 1차 2차 나누는걸 절연한다고 합니다.
위 이미지의 빨간색 기준으로 왼쪽 입력부, 오른쪽 출력부로 나눠집니다.
그라운드 분리 혹은 절연되었다는것은 전기 가 흐를 수 있는 길이 없다는 뜻입니다.
빨간색 중간에 칩이 있는데 칩도 내부가 절연되어 있습니다. 빨간색 넓이는 안전 규격으로 몇mm 이상 정해져 있습니다.
이렇게 분리하는 이유는 입력 전압이 사람에게 해를 입을 수 있는 고전압이기 때문입니다.
비절연형으로 파워를 만들었다고 가정하고 부품이 손상되어 입력전압이 출력전압으로 나가게 될 경우
사람이 다칠 수도 있기 때문에 분리시키는 이유가 가장 큽니다.
PC파워가 비절연형이면 마우스나 키보드를 만질 때 항상 긴장되겠죠.
전원부 절연에는 트랜스포머라는 부품이 사용되는데 1차 와 2차를 나누고 전력을 전달하기 위한 부품 입니다.
트랜스포머는 구리선에 코팅을 하여 1차측 권선, 2차측 권선을 하게되고 전력 전달을 더 효율적으로 하기위해
페라이트 코어라는 자성체를 사용합니다.
코어라는 부품을 결합하여 트랜스포머라는 부품이 만들어집니다. 이해를 돕기 위해 구리선과 코어만으로 조립한
이미지 입니다.
실제로는 보빈이라는 부품(검은색)에 구리선과 절연테이프를 이용하여 1차와 2차를 철저하게 구분해줍니다.
사용되는 노란색 테입은 한번 덮을 때 약 1KV의 전압을 막을 수 있습니다.
트랜스포머로 1차와 2차를 구분하게 되면 절연형 컨버터가 됩니다.
PC파워에서 많이보는 더블포워드, LLC 등등 많은 방식들이 있는데 모두 트랜스포머로 절연하는 컨버터 입니다.
트랜스포머를 사용하는것 이외에는 절연형과 비절연형 스위칭 전원은 PWM제어가 기초가 되어 동작하게 됩니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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