회로 설계 : 기초부터 실무까지!

절연저항(Insulation Resistor 또는 Isolation Resistor)이란 한마디로 서로 분리되어 있는 도체들 사이에 형성된 저항을 의미합니다. 도체와 도체 사이에 절연물질이 있다면 당연히 도체간에 흐르는 전류는 0A지만 실제로 회로 시스템을 구성하다보면 완전 절연이 되지 않기 때문에 약간의 누설 전류가 발생합니다. 즉, 도체 사이에 누설전류가 흐를 수 있는 저항이 보인다는건데 이를 누설저항 또는 절연저항 이라고 표현합니다.   자동차, 선박, 항공기 등은 여러가지 전자 장치로 이루어진 복잡한 시스템으로 내부에는 다양한 전자 장치들로 구성되어 있습니다. 어떤 장치는 고전압을 사용하고 어떤 전압은 저전압을 사용하므로 전기적으로 분리하여 절연 상태(전류가 흐르지 않는 상태)를 유지해야할 필요가..

X Capacitor(줄여서 X cap)와 Y Capacitor(줄여서 Y cap)란 명칭이 다소 생소할 수 있지만 X cap이든 Y cap이든 어찌됐든 커패시터를 의미합니다. 어떤 의미인지 정확히는 모르겠지만 어떤 신호를 뭔가 필터링 해줄거라는 느낌이 듭니다. 왜 X cap, Y cap이라는 용어를 사용하는지 명확하지는 않지만 차동모드의 잡음을 제거하는 용도로 사용하는 커패시터를 X Capacitor, 그리고 공통모드 잡음을 제거하는 용도로 사용하는 커패시터를 Y Capacitoir라고 합니다. 사실, 따지고보면 Y cap은 차동이든 공통이든 관계없이 주파수를 가진 성분의 신호를 차단(필터링)하는 역할을 하지만 X cap이 차동 모드 잡음을 확실하게 제거하기 때문에 Y cap은 공통 모드 잡음을 제거하..

BMS는 배터리를 관리하는 장치로써 임무를 수행하기 위해 가장 먼저 선행되어야 할 중요한 역할은 배터리 셀의 전압과 전류, 온도 정보를 모니터링하는 것입니다. 이번 포스팅에서는 그 중 전압을 모니터링하는 방법에 대해 구체적으로 기술해보려고 합니다. 그리고 추가로 셀 간 전압 차이가 발생할 경우 충방전 시 문제가 생길 수 있기 때문에 셀 밸런싱을 수행하는 방법에 대해서도 설명해 보겠습니다. BMS에 대한 이해가 필요하신 분은 아래 포스팅을 먼저 참고하시는게 좋습니다.2024.09.08 - [배터리 시스템] - #34. BMS(Batter Management System)란? #34. BMS(Batter Management System)란?BMS는 Battery Management System의 약어로 말그..

BMS는 Battery Management System의 약어로 말그대로 배터리를 관리하는 시스템 또는 장치라고 이해할 수 있습니다. 조금 더 자세히 풀면 배터리의 성능과 수명을 최적의 상태로 유지하기 위해 전압, 전류, 온도 정보를 모니터링하고 제어하는 전자 장치라고 할 수 있습니다. BMS(배터리 관리 장치)는 전기자동차 또는 ESS 등 대용량 배터리를 사용하는 제품에서 주로 사용되는데 해당 포스팅은 전기자동차를 위주로 설명을 해보겠습니다. 우선, BMS를 설명하기 이전에 배터리의 셀과 모듈에 대한 개념부터 이해를 해야 합니다. 배터리 제조사마다 부르는 명칭이 조금씩 다를 수 있지만 일반적으로 배터리의 최소 단위를 셀이라 하고, 여러 개의 셀이 모여 배터리 모듈을 구성하고, 이 모듈이 모여서 팩을 구..

전원 설계에 있어 효율은 가장 중요하게 고려해야 할 요소 중 하나 입니다. 소모 전력 또는 대기 전력과 밀접한 관련이 있는 팩터이다보니 실무를 하다보면 굉장히 흔하게 나오는 대화 소재이기도 하죠. 상당히 자주 사용하는 용어인데도 의외로 생각보다 많은 실무자들이 잘 모르는 개념이기도 합니다. 익숙해서 잘 안다고 생각하지만 실상은 그렇지 못한(?) 느낌이죠. 그래서 이번 포스팅에서는 전력 효율에 대해 좀 더 알기쉽게 예를들어 설명을 해보려고 합니다. 먼저, 전력 효율(Power efficiency)은 아래 수식 1)과 같이 표현 합니다. 수식 1) 굉장히 심플합니다. 100의 전력을 투입했는데 80만큼의 전력이 나왔다면 80% 효율인거죠. 나머지 20%는 열로 인한 손실이 발생했다고 볼 수 있습니다. 이 수..

Boost converter는 DC 전압을 또 다른 DC 전압 레벨로 바꿔주기 때문에 DC-DC converter 라고도 하고, 낮은 전압을 높은 전압으로 올려주기 때문에 Step up converter (승압 컨버터) 라고도 합니다. (반대로 높은 전압에서 낮은 전압으로 내려주는 소자는 Buck converter 라고 합니다) 아래 그림 1에서 Boost converter가 어떻게 생겨먹었는지 확인해 봅시다.  Boost converter는 Buck converter와 마찬가지로 스위칭용 MOSFET, 다이오드, 인덕터, 커패시터, PWM Controller로 구성됩니다. PWM Controller는 MOSFET을 ON/OFF 하기 위해 펄스 신호를 생성하고, duty를 조절하는 회로부로 이해하면 됩니..

TVS 다이오드란? Transient Voltage Suppression diode의 약어로 한국말로 과도 전압 억제 다이오드라고 합니다. 다이오드의 한 종류로 서지나 정전기 방전(ESD)과 같이 순간적으로 과도한 전압이 인가될 경우 이를 억제해주는 다이오드라고 이해할 수 있습니다. 제너 다이오드와 같이 일정 전압 이상이 인가될 경우 클램핑 역할을 하지만 차이점이라면 응답속도가 빨라서 서지와 같은 순간적인 피크 전압이 인가됐을 때 더욱 특화된 보호회로 역할을 수행할 수 있다는 점입니다. TVS 다이오드의 심볼은 아래 그림 1과 같이 표현 합니다. 단방향(uni-direction) TVS 다이오드의 경우 그림 1. (a)와 같이, 양방향(bi-direction) TVS 다이오드의 경우 그림 1. (b)와 ..

돌입전류란 전원 인가 시 발생하는 급격한 전류를 의미합니다. 일반적으로 전원 회로를 구성할 때 전원의 안정적인 공급을 위해 용량이 큰 커패시터를 사용합니다. 커패시터 용량이 크면 노이즈에 강하고, 과도한 전압 강하 시 완충제로써의 역할을 더 잘 수행할 수 있다고 생각해서 일단 큰 커패시터를 사용하고 보는 습관이 있습니다. 하지만 이렇게 설계하면 처음 전원을 인가할 때 문제가 발생합니다. 전원을 인가 하기 전 커패시터는 방전되어 있는 상태이기 때문에 전원이 인가되면 충전하기 위해 수식 1과 같이 급격한 전류가 발생합니다.  수식 1) 인가된 전압의 미분값에 커패시터 용량이 곱해지는만큼 전류가 흐르기 때문에 커패시터 용량이 클수록 인가되는 전압이 높을수록 전류의 크기는 더욱 커지고, 커패시터를 비롯한 여러 ..

SMPS나 LDO의 입출력 또는 MCU의 전원 핀에 커패시터를 여러 개 연결하는 경우를 많이들 보셨을 거에요. 이렇게 여러 개의 멀티 커패시터를 연결하는 것을 사람들은 Capacitor bank 또는 줄여서 Cap bank라고 부르기도 합니다.  그림 1과 같이 10uF, 1uF, 10nF, 1nF 이런식으로 커패시터 여러 개를 연결하여 사용하는 경우가 많은데 잡음(Noise) 필터링 측면에서 따져봤을 때 그냥 20uF 커패시터 하나만 연결하면 더 효과가 좋은거 아닌가? 라고 많이들 생각하실 거에요. 10uF 보다 한참 작은 1uF, 10nF, 1nF을 달아봐야 별로 차이가 없을테니까요.  하지만 그림 2와 같이 실제 커패시터의 모델링을 보면 커패시턴스 성분(C) 외에 저항성분(RL, RESR)과 인덕터..

PSRR이란 Power Supply Rejection Ratio의 약자로 전원(Power Supply)에 잡음(noise)이 인가될 경우 출력으로 얼마나 감쇠되어 나오는지를 나타내는 지표입니다. 다시 말해 전원 전압 VCC로 어떤 주파수를 가진 AC 신호(잡음)가 인가될 경우 출력 전압 VOUT으로 나오는 비율을 의미합니다. 단위는 dB 스케일로 표시합니다. 이를 수식으로 표현하면 수식 1)과 같습니다. 수식 1) PSRR은 전원에 인가된 잡음이 출력으로 나오는 비율을 나타내기 때문에 굉장히 중요합니다. 특히, 수신기 같은 SNR이 중요한 회로에서는 더더욱 중요한 팩터이기 때문에 주로 LDO(Low Drop-Out Regulator)나 OPAMP에서 많이 사용되는 용어입니다. PSRR 값은 주파수에 따라..