[일렉트릭 수식 모음집] 리니어 레귤레이터에서 DC-DC 컨버터까지 전자회로에 혈액을 보내는 심장부 ‘전원’

게재월 | 2014 - 05 조회170036 추천0

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전자회로를 동작시키기 위해서는 전원이 반드시 필요하다. 전원 회로는 편리한 IC가 많으므로 언뜻 보면 간단한 것 같지만, 전력을 다루는 아날로그 회로이다. 아날로그 회로의 일반적인 문제로 부귀환 안정도나 잡음을 들 수 있다. 전력을 다루기 때문에 발생하는 문제로는 열로 나오는 손실을 어떻게 줄일 것인지, 어떻게 처리할 것인지 등을 꼽을 수 있다. 전원 회로를 안정 동작시키기 위해서는 이러한 문제를 해결해야 한다. 여기서는 편리한 전원 IC를 선택하는 방법과 주변 부품의 개량 기법을 중심으로 설명한다.


제너 다이오드와 트랜지스터로 만드는 정전압 회로의 출력 전압

수W 타입



실험 등에서 허용 손실이 큰 대전력 제너 다이오드가 갖고 싶어지는 경우가 있다. 그 경우 도움이 되는 것이 그림 1에 나타난 제너 다이오드의 대전력화 회로이다. 회로는 제너 다이오드에 전류 부스터의 NPN 파워 트랜지스터나 Nch 파워 MOSFET을 추가한 구성이다.


▲ 그림 1. 회로와 계산식 (허용 손실이 큰 제너 다이오드를 만든다)


그림 1(b)는 뛰어난 특성의 대전력 고내압 제너 다이오드가 된다. 고내압 제너 다이오드는 전류가 증가하면 제어 전압도 증가하지만, 전류가 거의 변하지 않으므로 제너 전압 변동이 억제되기 때문이다. 

파워 MOSFET은 가급적 SOA(안전 동작 영역)가 넓은 타입이 바람직하다. 최근의 파워 MOSFET은 스위칭 특성을 중시하여 SOA가 좁은 것이 많으므로 선택에 주의한다.


전용 IC와 트랜지스터로 만드는 정전압 회로 설계

고정밀도, 대전류 타입



션트 레귤레이터 NJM431(신일본무선)은 제너 다이오드에 비해 고정밀도(2.495V±2.2%)이며 온도 계수도 30ppm/℃typ로 작다. 문제는 최대 출력 전류가 100mA이고 상용 출력 전류는 50mA 이하밖에 취할 수 없다는 점이다.

그림 1에 나타난 회로의 제너 다이오드를 NJM431로 치환해도 션트 레귤레이터의 출력 전류를 늘릴 수는 있지만, 트랜지스터의 VBE가 직렬로 들어가므로 션트 레귤레이터의 제너 다이오드에 비해 고정밀도, 저온도계수 특성을 발휘할 수 없다.

그림 2에 나타난 것은 출력 전류를 증가시키는 회로이다. 션트 레귤레이터에 전류 부스터의 PNP 파워 트랜지스터를 추가했다.


▲ 그림 2. 회로와 계산식 (최대 출력 전류가 약 100mA로 작은 약점을 보완한다)


최대 출력 설정 전압은 NJM431의 규격상 36V이지만 신뢰성 면에서 딜레이팅을 고려하면 30V 이하에서 사용하는 것이 바람직하다. 

출력 전류는 파워 트랜지스터에 따라 다르지만 베이스 전류가 NJM431에 흐르는 것을 고려하면, 이 회로 구성에서는 수A이다. 최저 설정 전압은 NJM431의 최저 설정 전압 2.5V와 파워 트랜지스터의 베이스-이미터 간 전압 0.7V에서 3.2~3.5V 정도가 된다.


수W 이상일 경우 SEPIC보다 승강압형 DC-DC 컨버터가 좋다


Vin의 변동 범위에 Vout이 포함되는 경우, 사용되는 승강압형 컨버터가 있다.

수W 이하의 소출력인 경우에는 그림 4에 있는 SEPIC 컨버터를 사용할 수 있다. 단, 수W 이상에서는 코일 2개 또는 큰 2권선 코일 1개로 되어 대부분의 경우 형태가 너무 커진다. 때문에 코일이 1개인 승강압형 컨버터가 사용되는 경우가 많다.

그림 A(a)는 승강압형 컨버터를 나타낸 것이다. 등가 회로는 강압형 컨버터와 승압형 컨버터를 합체한 것이다.


▲ 그림 A. 승강압형 DC-DC 컨버터의 메커니즘


실제 회로는 그림 A(b)와 같다. 이 회로의 파워부는 동기 정류되어 있어 MOSFET 접속하므로 H 브리지라고 한다. MOSFET Tr1~Tr4의 제어는 그림 A(c)와 같이 매우 번거로우므로, 대부분의 경우 전용 IC를 사용하여 제어한다. 제어 IC로서는 MOSFET 외장으로 수백W 출력이 가능한 LT3780(리니어 테크놀로지)이나 MOSFET 내장이며 소출력용인 TPS63001(텍사스 인스트루먼트) 등이 있다.

IC 메이커의 평가 기판으로 평가하여 평가 기판의 기판 패턴과 주변 부품을 참고로 만드는 것이 좋을 것이다.


대용량 전원용 미소 소비전류 측정 회로의 출력 전압

잘 파괴되지 않는다



대전류를 출력할 수 있는 전원으로 소비전류가 작은 전자회로를 구동하는 경우는 많다. 

직렬 저항을 넣어 소비전류를 측정할 때 전자회로의 전원 부문이 단락되어 대전류가 흐르면 직렬 저항이 퓨즈 대신 소손된다. 직렬 저항을 넣지 않고 전류계를 넣어 측정할 경우, 전류계가 파손된다.

그림 3은 이러한 단락 사고 시 전류 측정 회로를 보호하는 과전류 보호 회로를 나타낸 것이다. 이것은 전원 단락 전류에도 파괴되지 않는 대전류 정류용 브리지 다이오드를 사용한 보호 회로이다. 


▲ 그림 3. 회로와 계산식 (출력 단락 시 등에서 전류 검출용 저항기나 전류계가 파손되는 것을 막는다)


다이오드만 사용하면 다이오드의 순방향 전류가 검출 오차로 되지만, 여기서는 IC1에서 다이오드의 중점을 그라운드 레벨로 구동함으로써 다이오드의 순방향 전류를 무시할 수 있게 했다. 정상 동작 시의 전류 측정은 피측정 전류를 R1에 흘려 10mA일 때의 최대 전압 강하를 0.2V로 하고, 이것을 IC2로 증폭한다. 

그림의 상수에서 전류 검출 전압 VIS는 10mA일 때 VIS=2V이다. 고정밀도로 측정하려면 R1, R3, R4에 고정밀도의 저항을 사용하도록 한다.

고정밀도로 측정할 때에는 부하(전자회로)의 전원전압도 측정하는 경우가 많다. IC1 출력이 그라운드 레벨이라는 것을 이용하여 R5와 R6에 의한 전류를 그라운드에 흘리지 않음으로써 전압 검출 시의 전류 측정 오차도 방지했다. 이로 인해 IC1과 IC2의 전원 중점은 그라운드에 접속하지 않고 입력 전원 마이너스 측에 접속한다.

전원전압 검출 전압 VS는 그림의 상수에서 전원전압을 0.099로 분압했으므로, 전원전압이 10V일 때 VS=0.99V이다.

대전류 정류용 브리지 다이오드는 상용 전원의 정류에 널리 사용되고 있어 가장 구하기 쉽다. 이것을 단독 다이오드 2개로 할 때에는 내압이 100~600V인 일반 정류용 다이오드로 한다. 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)는 비쌀 뿐만 아니라 서지 전류에 약하고 순방향 전압이 너무 낮으므로 사용할 수 없다. 

또한 고속 다이오드(FRD)는 비싸고 서지 전류 내량도 일반 정류용 다이오드에 비해 떨어진다. 일반 정류용 다이오드가 FRD에 비해 떨어지는 점은 역회복 시간뿐이다. 여기서의 용도를 고려했을 때, 보호 동작 시작 시간과 관계된 것은 순회복 시간이며 역회복 시간은 무시해도 상관없다.


5대 DC-DC 컨버터 설계 조견도


DC-DC 컨버터에는 다양한 회로 형식이 있다. 대표적인 것을 그림 B에 나타낸다. 


▲ 그림 B. 다양한 DC-DC 컨버터


반적으로 입력 전압 Vin과 출력 전압 Vout의 관계에서 다음과 같이 선택할 수 있다.

•Vin이 Vout보다 높다 : 강압형 컨버터

•Vin이 Vout보다 낮다 : 승압형 컨버터

•Vin이 Vout의 역극성 : 반전형 컨버터

그림 B를 봤을 때 잊지 말아야 할 점은 입력 리플 전류이다. 이것이 클 때 입력 측에 큰 용량을 넣지 않으면 생각지도 못한 노이즈로 고생하게 된다.


강압형 DC-DC 컨버터의 코일 인덕턴스와 리플 전압

표준적인 설계



강압형은 출력 전압이 입력 전압보다 낮을 때 사용하는 가장 기본적인 DC-DC 컨버터이다. 그림 4는 코일의 인덕턴스와 리플 전압을 구하는 수식을 나타낸 것이다.


▲ 그림 4. 회로와 각 부의 파형


승압형 DC-DC 컨버터의 코일 인덕턴스와 리플 전압

표준적인 설계



승압형은 입력 전압보다 높은 출력 전압이 필요할 때 사용한다. 그림 5는 코일의 인덕턴스와 리플 전압을 구하는 수식을 나타낸 것이다.


▲ 그림 5. 회로와 각 부의 파형


SEPIC 컨버터

표준적인 설계



SEPIC 컨버터는 입력 전압 Vin의 변동 범위 내에 출력 전압 Vout이 있을 때 사용한다. 회로와 계산식은 그림 6과 같다.


▲ 그림 6. 회로와 계산식


SEPIC 컨버터의 제어 IC에는 승압형 컨버터 제어 IC를 사용할 수 있다. SEPIC 컨버터는 코일 2개 또는 2권선 코일 1개를 사용하므로 10W 이상의 출력에서는 형태가 커진다. 작게 만들고 싶을 때에는 코일이 1개만 있어도 되는 H 브리지 형식의 승강압 컨버터를 사용한다. 단, H 브리지 형식의 승강압 컨버터는 입력 리플 전류가 크므로 입력에는 필터가 필요하다.

2권선 코일은 SEPIC/Cuk 컨버터용 커플드 인덕터(Coupled Inductor)로 코일 메이커에서 시판하고 있으므로 그것을 사용하면 코일 2개를 사용하는 것보다 작아진다.


리니어 레귤레이터 IC 선택 방법


리니어 레귤레이터 IC라고 하면 이전에는 3단자 레귤레이터 7800 시리즈가 많이 사용됐지만 최근에는 최저 입출력 전압차를 7800 시리즈의 약 2V에서 약 0.2V로 대폭 개선한 LDO(Low Drop Out : 저전압 강하)라는 저손실형 레귤레이터가 사용되고 있다.


1. 우선 IC 사양을 체크한다

LDO 레귤레이터는 각 회사에서 내놓고 있어 선택하기 힘들 정도로 많지만, 다음과 같은 사용 조건에서 적당한 것을 선택한다.

(1) 입력 전압 범위

신뢰성 문제로 최고 입력 전압을 정하고, 정상 동작 범위에서 최저 전압을 결정하여 해당 IC가 그 사양을 만족하는지 본다.

(2) 출력 전압

LDO 레귤레이터는 출력 전압이 여러 종류 준비되어 있으므로, 특수 전압이 아닌 한 해당되는 IC가 있다. 특수한 경우에는 출력 전압 가변 IC를 사용한다.

(3) 출력 전류

정상 동작 시 최대 출력 전류의 약 2배인 정격 전류 IC를 사용한다.

(4) 방열 조건

최근에는 면실장 외형이 많지만, 기판에 설치했을 때의 패턴 사이즈나 열저항이 데이터시트에 기재되어 있으면 설계하기 편하다.

(5) 출력 콘덴서의 종류

면실장 부품에서는 알루미늄 전해 콘덴서보다 세라믹 콘덴서가 더 조립하기 쉬우므로 세라믹 콘덴서의 사용 가능 여부를 조사한다. 데이터시트에 세라믹 콘덴서 사용에 대해 기록되어 있지 않다면 사용할 수 없다. 세라믹 콘덴서만 사용하면 발진해 버린다.

실제로 사용할 때에는 데이터시트에 기재된 세라믹 콘덴서 용량이 안정적으로 동작하는 최저 용량이므로, 2배 이상의 용량으로 해두면 안심할 수 있다. 또한, 세라믹 콘덴서의 경우 직류 전압을 가하면 용량이 저하되므로 가능한 한 큰 용량으로 한다.


2. 선택해 본다

일례로 다음과 같은 사용 조건에 맞는 IC를 찾아 본다.

• 입력 전압 범위 : 5±0.5V(4.5~5.5V)

• 출력 전압 : 3.3V±5%

• 출력 전류 : 최대 0.5A

• 출력 콘덴서 : 세라믹 콘덴서

신일본무선 웹사이트에서 검색해 본다. 품종이 너무 많아 어느 것을 선택해야 할지 알 수 없지만, 우선은 다음과 같은 2종류를 선택하고 특징 부분을 비교해 본다.

(1) NJM2391DL1-33

• 입력 전압 범위 : 3.3+1.2V=4.5~10V

• 출력 전압 : 3.3V±1%(10mA)

• 출력 전류 : 최대 1A

•‌ 출력 콘덴서 : 세라믹 콘덴서의 사용 가능 여부가 기재되어 있지 않음

(2) NJM2855DL1-33

•‌입력 전압 범위 :

3.3+0.28V=3.58~10V

• 출력 전압 : 3.3V±1%(30mA)

• 출력 전류 : 최대 1A

•‌ 출력 콘덴서 : ‘2.2㎌ 세라믹 콘덴서 대응(VO ≧ 2.7V)’이라고 명기

즉 NJM2391DL1-33은 출력에 세라믹 콘덴서만 접속하면 발진하며, NJM2855DL1-33은 세라믹 콘덴서만으로도 정상 동작한다는 것을 알 수 있다.

NJM2855DL1-33은 데이터시트의 절대 최대 정격란에 기판 실장 시의 최대 소비전력도 기재되어 있어 76.2×114.3×1.6mm(4층 FR-4)일 때 3.125W이다. 

사용 시의 최대 전력은 다음과 같이 충분하다.

최대 전력=(입출력 전압차)×(최대 출력 전류)=(5.5-3.3)×0.5=1.1W

따라서 여기서는 NJM2855DL1-33을 선택한다.

NJM2855DL1-33의 노이즈 특성(typ값)은 다음과 같이 되어 있다. 괄호 안은 NJM2391DL1-33의 데이터이며 참고값이다.

• 리플 제거비 : 75dB(62dB)

• 로 노이즈 : 45㎶RMS(100㎶RMS)


Cuk 컨버터

표준적인 설계



Cuk 컨버터는 출력 전압의 극성을 반전할 때 사용한다. 일반적인 반전형보다 입출력 리플 전류가 작으며 저잡음이다. 그림 7에 회로와 계산식을 나타낸다.


▲ 그림 7. 회로와 계산식


Cuk 컨버터의 제어 IC로는 승압형 컨버터의 제어 IC를 사용할 수 있지만, 출력 전압이 마이너스이므로 정전압 제어를 위한 귀환 단자가 부전압에 대응하지 않으면 약간 번거롭다. Cuk 컨버터에 대응하는 제어 IC도 있으므로 그것을 사용하는 것이 간단하다.

Cuk 컨버터는 코일 2개 또는 2권선 코일 1개를 사용하므로 10W 이상의 출력에서는 형태가 커진다. 2권선 코일은 SEPIC/Cuk 컨버터용 커플드 인덕터를 사용하면 코일 2개를 사용하는 것보다 작아진다. 소형으로 만들고 싶은 경우에는 코일이 1개만 있어도 되는 반전형 컨버터를 사용하면 되지만, 부전압에서 그 정도로 높은 출력을 요구하는 용도는 별로 없으므로 저노이즈가 요구될 때에는 Cuk 컨버터 사용을 권장한다.


신호의 움직임과 특성을 수치로 나타내는 툴

기본 함수와 기본 단위


회로 설계나 회로 해석을 위해 식을 세우고 풀 때에는 수학 공식을 이용한다. 여기서는 다양한 자료와 공식집을 참조하지 않아도 되도록 수학 공식과 물리 상수를 정리했다.


삼각함수


교류 신호를 다룰 경우 가장 중요한 것은 위상을 바르게 인식하는 것이다. 위상 문제는 그림 8의 삼각함수를 이용하면 풀 수 있다.



▲ 그림 8. 삼각함수


삼각함수에서 가장 기본적인 것은 오일러의 공식이며 다른 공식은 오일러의 공식에서 유도할 수 있지만, 일일이 계산하지 않아도 되도록 중요한 공식을 다루었다.

교류 신호의 위상은 주파수가 같은 정현파 신호에서 문제된다. 주파수가 다른 정현파 신호에서는 대부분 문제가 되지 않는다. 

우선은 주파수가 같은 입출력 정현파 신호의 위상 변화를 바르게 인식하는 것이 중요하다.

위상 문제는 그림 8의 삼각함수 공식을 이용하면 풀 수 있다. 주의해야 할 점으로, 위상을 문제로 하는 정현파 신호는 정상 신호라고 생각하는 것이다. 즉, 무한한 과거부터 무한한 미래까지 진폭과 주파수가 일정한 정현파 신호라고 생각하고 위상을 계산한다.

정현파 신호의 위상은 시간적으로 진행되는 방향을 플러스, 지연되는 방향을 마이너스로 한다. 정현파 신호를 오실로스코프로 관측할 때는 위상 0°의 기준 신호(일반적으로 입력 신호)를 정하고, 그 신호가 0V(평균값)에서 상승할 때를 0°라고 한다. 

다른 신호(일반적으로 출력 신호)를 보고 0V에서 상승할 때가 기준 신호의 오른쪽이면 지연으로, 왼쪽이면 앞선 위상으로 한다. 위상차는 신호의 1주기를 360°로 하고 기준 신호에 대한 상승 시간의 차를 주기로 나누어 360°를 곱하면 구할 수 있다.

문제는 정현파 신호가 주기함수 파형이라는 점이다. 동일한 위상이라고 해도 360° 지연되었다고도 할 수 있으며, 360° 앞섰다고 할 수도 있다. 정확하게 구하려면 입출력 전달함수에서 계산해야 한다. 동일한 위상이었다면 0°, 반전되었다면 180°로 한다. 180°인 경우 +180°인지 -180°인지는 그 후의 위상 변화에 따라 결정된다. 고차 필터의 전달함수는 평탄한 영역의 위상을 0° 또는 180°로 하고, 주파수와 함께 연속적으로 변화하는 것으로 한다.

예를 들면, 로 패스 필터에서는 초저주파에서 0° 또는 180°로 하고, 고주파 3차에서는 270° 지연으로 하고 90° 앞서는 것으로는 하지 않으며, 4차에서는 360° 지연으로 하고 0°로는 하지 않는다.


미분 공식


전기·전자회로를 다룰 경우 미분 연산은 삼각함수 정도까지 필요하지는 않다. 원래대로라면 미적분 방정식을 풀지 않을 경우 구할 수 없는 회로의 응답을, 미분 연산자 jω를 사용한 기호법이나 미분 연산자 s를 사용한 라플라스 변환법을 이용하여 사칙연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈)만으로 풀 수 있기 때문이다. 

미분 연산을 필요로 하는 것은 인덕턴스의 단자 전압을 구하는(V=Ldi/dt) 것과 같은 간단한 문제이지만, 기호법과 라플라스 변환법 모두 사용할 수 없는 매우 복잡한 문제 중 하나이다.

그림 9에 정리되어 있는 미분 공식은 간단한 문제를 풀 때 공식집을 일일이 참조하지 않도록 하는 것을 목적으로 한다. 복잡한 문제의 경우, 최근에는 회로 시뮬레이터로 출력 파형을 확인한다. 단, 대수식은 구할 수 없으므로 조건을 변경하면서 확인해야 한다.


▲ 그림 9. 미분 공식과 도함수


적분 공식


적분 연산은 실효값이나 전력 손실을 구할 때 사용되므로 미분 연산보다 사용 빈도가 많다. 

그림 10에 본지 3월호 기술 특집 제1장 ‘교류 신호’의 실효값과 전력 계산에 사용한 정적분을 포함하여 사용 빈도가 높은 적분 공식을 정리했다.


▲ 그림 10. 적분 공식과 도함수


테일러 전개와 근사 공식


회로 설계나 회로 해석의 경우, 설계식이나 동작을 나타내는 식을 1차 함수로 근사하면 다루기 쉽고 이해하기 쉬워진다. 전기·전자회로에서는 대부분의 경우 오차가 ±1% 이하면 문제없이 동작하고, ±10% 이하에서도 괜찮은 경우가 많다. 이것이 근사식이 유용하다는 근거이다.

근사식을 구할 때 도움이 되는 것이 테일러 전개이다. 그림 11에서는 테일러 전개와, 간단하면서도 많이 사용되는 근사 공식을 정리했다.


▲ 그림 11. 테일러 전개와 근사 공식


자주 사용하는 물리상수


표 1은 기본적인 물리상수이다. 실제로 사용할 경우 광속은 3×108m/s, 상온은 300K, 볼츠만 상수는 1.38×10-23J/K, 열전압은 26mV로 하여 계산하면 대부분 충분하다.


▲ 표 1. 물리상수


1. ‌주파수, 광속, 파장의 관계 … 배선 패턴의 임피던스 등을 구한다

그림 12는 주파수 f와 광속 c, 파장 λ의 관계를 나타낸 것이다. 프린트 기판인 경우에는 비유전율 εr에 의해 파장이 단축된다.


▲ 그림 12. 주파수와 광속, 파장의 관계


집중상수 회로로서 다룰 수 있는 것은 λ/(20~50) 이하로, 고속 회로나 고주파 회로에서는 주의가 필요하다. 부귀환 루프가 길어지면 1파장에서 360° 위상이 지연되므로, 고주파에서는 최대한 짧게 하지 않을 경구 생각지 못한 발진 때문에 힘들어질 것이다.

많이 사용되고 있는 유리 에폭시 FR-4는 εr=4.7(1MHz)이고 유리 합성물인 CEM-3은 εr=4.3(1MHz) 정도이다. 구체적인 값은 제조사에 확인해야 한다. 주파수가 높아지면 εr은 하락하지만 문제가 되는 것은 배선 패턴의 특성 임피던스를 계산할 때이며, λ/(20~50)를 추정하려면 1MHz의 값으로 충분하다.


2. 열전압과 트랜지스터의 간이 등가 회로 … 트랜지스터 게인을 대략적으로 계산한다

그림 13은 표의 열전압 VT를 사용한 트랜지스터의 간이형 소신호 등가 회로이다. 이 등가 회로를 이용하면 hFE를 측정하지 않고 게인을 간단하게 계산할 수 있다.


▲ 그림 13. 열전압 VT를 사용한 트랜지스터 앰프의 게인 계산


gm은 진공관 시대부터 사용된 전통적인 기호이며 (출력 전류)÷(입력 전압)으로 정의되므로 상호 컨덕턴스라고 부른다. 주파수 특성을 포함하여 순전달 어드미턴스 yfs라고 하는 것이 이상하게 생각되겠지만 오랫동안 습관처럼 사용되고 있다.


3. 금속의 도전율, 열전도율

표 2에 금속의 유전율 σ와 열전도율 λ를 기재했다. 대전류를 흘리는 도체나 히트싱크에 금속판을 사용할 때 참고한다.


▲ 표 2. 금속의 도전율과 열전도율


반도체의 물성상수


표 3은 많이 사용되는 실리콘 Si와 최근 화제가 되고 있는 탄화규소 4H-SiC(4H는 결정 구조의 이름), 질화갈륨 GaN 반도체의 물성상수를 정리한 것이다. 4H-SiC와 GaN은 Si에 비해 밴드갭이 크므로 고온 동작이 가능하다는 것을 알 수 있다.


▲ 표 3. 반도체의 물성상수


절연 파괴 전계가 크므로 구조를 얇게 할 수 있어 ON 저항을 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다. 재미있는 것은 캐리어의 이동도로, 4H-SiC와 GaN은 Si에 비해 전자 이동도에 대해 정공 이동도가 극단적으로 작다. 

이로 인해 N채널 MOSFET은 가능해도 실용적인 P채널 MOSFET은 불가능할 가능성이 높다.


코일과 트랜스의 자속밀도 변화


자성 재료를 코어(철심)로 하여 코일이나 트랜스를 만들었을 때의 자속밀도 계산법은 그림 14와 같다. Δφ에서 ΔB를 구하고, 자성재가 포화에 대해 어느 정도 여유가 있는지 구한다. 계산한 최대 자속밀도는 표 4에 나타난 포화 자속밀도의 80% 이하로 한다. 참고로 표 4에 자성 재료 일람을 나타냈다.


▲ 그림 14. 자속밀도 계산


주 ▶ 수치는 모두 대표값. 아몰퍼스 재료의 괄호 안 온도는 결정화 온도. 큐리점은 비투자율이 1로 되는 온도

▲ 표 4. 자성 재료


전기·자기량의 대응 관계


표 5는 전기량과 자기량의 SI 단위이며 대응 관계를 부여했으므로, 이해하기 쉬운 전기학에서 이해하기 어려운 자기학을 유추할 수 있다. 단, 저항에는 손실이 있지만 자기 저항에는 손실이 없다.


▲ 표 5. 전기량과 자기량의 대응


SI 단위의 접두어와 그리스 문자


표 6에 SI 단위의 접두어를 정리했다. 끝 부분에 자주 이용되는 길이 단위를 추가했다. 이 중에서 미국 기술 자료에 잘 나오는 것은 인치와 밀(mil)이다. 표 7에 라틴어와 그리스어 숫자를 나타내는 접두어를 정리했다. 영어로 된 문헌에 많이 나온다. 표 8은 그리스 문자 일람을 나타낸 것이다. 특정한 용도에 사용되는 그리스 문자에는 π(원주각), ε(유전율), μ(투자율), η(효율), θ(각도), φ(자속), Ф(총자속) 등이 있다.


▲ 표 6. SI 단위의 접두어


▲ 표 7. 수를 나타내는 접두어


▲ 표 8. 그리스 문자


그리스 문자뿐만 아니라 기호는, 기술 서적이나 기술 자료를 보고 가능한 한 많이 사용되는 기호를 선택하면 다른 문헌을 봤을 때 위화감 없이 읽을 수 있어 사고의 생산성이 향상된다. 독자적인 기호가 많으면 일일이 확인해야 하므로 생각이 끊어져 이해하는 데 시간이 걸리는 경우가 많다.




本 記事는 日本 CQ出版社가 發行하는 「トランジスタ技術」誌와의 著作權 協定에 依據하여 提供받은 資料입니다.

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게재월 | 2014 - 05 조회 170036 추천 0

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