전원 공급 장치 설계의 교류(AC) 이해
교류(AC)를 사용하여 전원 공급 장치를 설계하려면 먼저 입력 전류를 결정해야 합니다. 대부분의 그리드 전원은 AC이며 일반적으로 정현파 파형을 나타냅니다.
그림 1: AC 파형 및 주요 매개변수
AC로 작업할 때 다음 매개변수를 고려해야 합니다.
피크 전압/전류: 파형의 최대 진폭입니다.
빈도: 초당 파형 주기 수입니다. 하나의 완전한 주기에 걸리는 시간을기간.
평균 전압/전류: 한 사이클 동안의 모든 전압점의 평균값입니다. DC 오프셋이 없는 순수 AC 파형에서는 양의 절반과 음의 절반이 서로 상쇄되므로 이 값은 0입니다.
RMS(제곱평균제곱근) 전압/전류: 한 사이클 동안의 순시 전압 값의 평균 제곱근입니다. 순수한 AC 사인파의 경우 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
RMS는 동일한 가열 효과를 생성하는 데 필요한 DC 전력과 동일합니다. 이 정의는 복잡하기는 하지만 AC의 "유효 값"을 제공하며 전기 공학에서 널리 사용되며 종종 VAC로 표시됩니다.
단계: 두 파형 사이의 각도 차이입니다. 전체 AC 사이클은 360도에 걸쳐 있으며 90도(양수)와 270도(음수)에서 피크가 있고 180도와 360도에서 영점 교차가 발생합니다.
두 개의 파형이 함께 표시되고 하나는 양의 피크에 도달하고 다른 하나는 음의 피크에 도달하는 경우(예: 90도 vs. 270 도) 위상차가 180도이므로 위상차가 있다고 합니다. 0도 위상차는 파형의 위상이 동일함을 나타냅니다.
송전용 AC
AC는 발전소에서 최종 사용자에게 전기를 전송하는 주요 방법입니다. 이는 AC가 전송 중에 효율적인 전압 변환을 허용하기 때문입니다.
발전소는 ~40,000V(40kV)에서 전기를 생산하며, 그 다음에는150~800kV장거리 전송의 경우-저항 손실을 최소화합니다.
목적지 근처에서는 전압이 다음으로 감소합니다.4~35kV, 그리고 마지막으로120V 또는 240V주거용.
선형 변압기(전압 변동에 의존)는 AC에서만 작동하므로 DC는 이러한 전압 변환을 쉽게 달성할 수 없습니다.
AC/DC 선형 전원 공급 장치
AC/DC 선형 전원 공급 장치는 다음 단계를 따릅니다.
그림 2: 기능 블록 다이어그램
강압 변압기-: AC 입력 전압을 줄입니다.
정류: AC를 맥동 DC로 변환합니다.
필터링: DC 파형을 부드럽게 합니다.
장점: 심플한 디자인, 향상된 효율성과 출력 범위로 수십 년에 걸쳐 성숙되었습니다.
제한 사항:
크기: 저주파-주파수 작동(예: 50Hz)에는 1차 코일과 2차 코일 사이에 전력을 전달하기 위해 크고 무거운 변압기가 필요합니다.
전압 조정: 선형 레귤레이터는 과도한 에너지를 열로 방출합니다. 고전력에서는 대규모 방열판이 필요하므로 열 관리가 비실용적입니다.
AC/DC 스위칭-모드 전원 공급 장치
선형 설계의 한계를 해결하기 위해 스위칭 모드 전원 공급 장치가 개발되었습니다.
입력 정류/필터링: AC를 DC로 직접 변환합니다.
초퍼 회로: DC를 고주파-펄스로 변환합니다.
강압 변압기-: 소형 고주파 변압기를 사용합니다.-
출력 정류/필터링: 안정적인 DC를 생성합니다.
장점:
컴팩트한 사이즈: 고주파-작동으로 변압기의 크기를 줄일 수 있습니다.
고효율: 선형 설계에 비해 에너지 손실이 최소화됩니다.
열 관리: 열 방출을 줄여 부피가 큰 방열판을 제거합니다.
도전과제:
소음: 고주파-스위칭은 전자기 간섭(EMI)을 유발하므로 고급 필터링이 필요합니다.
복잡성: 제어 회로는 더욱 정교해졌지만 최신 통합 구성 요소를 사용하여 관리가 용이합니다.
요약
AC/DC 전원 공급 장치는 어디에나 있으며 전자 장치를 위해 AC를 안정적인 DC로 변환합니다. 핵심 사항:
AC 대 DC 전송: AC는 효율적인 전압 변환으로 인해 그리드를 지배합니다.
단상-대 3상-시스템:
단상-: 더 간단하고 가정용으로 충분합니다.
3상-: 산업용 애플리케이션에 안정적이고 높은 전력을 제공합니다.
디자인의 진화:
선형 공급품: 크기와 효율성에 제한이 있지만 간단합니다.
스위칭-모드 공급 장치: 콤팩트하고 효율적이며 최신 응용 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다.
