【회로 실무】포토커플러 선정 방법
포토커플러 (photocoupler) 신호 그라운드를 다르게 정하고 ON/OFF를 하고 싶은 경우(Digital Input/Output)에는 포토커플러를 사용한다. 위의 부품은 일반적인 형태(다이오드 1개)가 아닌 다이오드 2개를 사
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【회로 실무】회로부품 - TR(트랜지스터)사용 방법 - PNP/NPN
▶WHAT 트랜지스터(Transistor) -> 이동, 변하다(Transfer) + 저항(Resistor) - 사용목적: 신호 증폭, 전류 스위칭 - 종류: BJT(NPN, PNP), FET(N채널, P채널) 트랜지스터의 용도는 스피커 소리를 높일 때 사용할 수
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TVS 다이오드
TVS를 왜 넣어야하는가!
EMS 내성시험을 진행하면서 전원회로의 DC/DC 컨버터가 손상되는 이슈가 있었다 .
외부 시스템으로부터 24V 가 입력되어 ,
Fuse, TVS 다이오드와 캐패시터를 거친후 DC/DC 로 연결되는 회로였다 .
과도 전압 (EMS 내성 시험 중 ESD, Burst 시험에 사용되는 높은 전압 ) 이 발생되면,
TVS 다이오드를 통해 GND 로 흐르게 되며 , 이 때 "Surge 전압 ( 과도 전압 ) 을 션팅 ( 클램핑 ) 한다 ." 고 표현한다 .
IC가 손상된 이슈에 대해 TVS 다이오드를 연결하여 서지 자 한다 .
TVS 다이오드와 선정 방법에 대해 확인하자 .
Surge 전압을 Shunting(션트한다) -> 과도한 전류가 시스템 안으로 들어오지 않게 하다.
TVS 다이오드: 과도 전압 억제기, 서지 보호를 위한 소자, 순간의 과전압만 보호
TVS 다이오드는 서지 전압과 ESD( 정전기와 같은 순간 과도 전압 ) 으로 부터 보호하기 위한 부품이다 .
설명하기에 앞서 단어를 정의하자면 ,
아래와 같이 컨트롤러 , PLC, SMPS 등으로 부터 입력받는 곳을 Power Input,
서지를 보호해야하는 IC 로 전원을 인가해주는 곳을 IC Input 이라고 정의하겠다 .
TVS 연결 예시
【회로실무】TVS 다이오드 vs 제너 다이오드
TVS 다이오드와 제너 다이오드의 차이점 TVS 다이오드역방향 특성 서지(과도 전압)로 부터 보호 ESD(정전기) 방지 빠른 응답시간 지속적인 서지 전압은 보호하지 못함 제너 다이오드역
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선정할 때 이것만 기억해라! TVS 를 선정할 때 , 가장 중요한 변수는 VR, VBR, VC 와 방향성 이다 .
Vr (=Vrwm, Vwm, Vstandoff) Vbr 항복전압 -. 클램핑을 시작하는 구간 -. 다이오드에 전류가 흐르기 시작하는 시점 (1mA 가 TVS 다이오드에 흐름 ) -. 생산 및 온도에 따라 값이 변하여 범위로 지정됨 (Min. ~ Max.) -. Vbr이 낮을 수록 , 서지와 ESD 로부터 보다 잘 보호할 수 있음 Vc (=Vclamp, Vrsm) 클램핑 ( 서지 ) 전압 -. Vc는 IC 최대 입력 전압보다 낮아야함 (IC 최대 입력 전압보다 높은 전압 인가될 경우 IC 가 손상되기 때문에 , IC 에 최대 입력 전압보다 낮은 전압이 입력되도록 Vc 전압 이상부터 Shunting 해주어야 한다 .) 방향성 (Polarity) 바이폴라 ( 양방향 ) 과 유니폴라 ( 단방향 ) 으로 구분 -. 보통 AC 는 유니폴라를 , DC 는 바이폴라를 사용 -. IC위치에 DC/DC 컨버터를 사용하는 경우 유니폴라의 TVS 다이오드를 사용하는데 , 입력 전압의 범위가 (-) 전압부터 시작하는 경우가 있어 Vf 를 추가로 확인해야 함
* 참고)
제조사는 Littelfuse, Bourns, Vishay 를 주로 사용
직접 부품 선정을 해보자! 부품선정 예시를 들자면 ,
Power Input 전압이 23V ~ 25V 이고 , IC Input 의 동작 전압이 24V, 최대 입력 전압이 42V 라고 하자 .
이 때 , 사용할 TVS 다이오드 (1KSMB30A) 의 Spec. 은 , Vr = 25.6V, Vbr = 28.5V ~ 31.5V, Vc = 41.4V 이다 .
간단히 나열하면 아래와 같다 .
부품을 선정할 때 ,
Vr 은 Power Input 보다 크게 , Vc 는 IC 최대 입력 전압보다 작은 것을 선정한다 .
또한 , Vr 와 Vc 은 작을 수록 회로를 보다 잘 보호할 수 있다 .
그 중 , VBR 은 다이오드에 전류가 흐르기 시작하는 시점을 의미한다 .
(TVS 다이오드에 VBR 이상의 전압이 흐르면 GND 로 전류를 흘려준다 . IC Input 으로 전류가 흐르지 않는다 .)
따라서 IC Input 의 최대 입력 전압이 VBR 보다 크게 설계를 해야 상시에 전원이 인가될 수 있다 . ( 최대 Vic < Vbr)
반대로 IC Input 의 최대 입력 전압이 VBR 보다 작다면 IC 에 과전압이 흘러 손상될 수 있다는 것이다 .
42V 보다 큰 전압이 입력될 경우에 DC/DC 컨버터가 손상되기 때문에 , VBR 은 42V 보다 적어야 한다 .
보통 SMPS 의 최대 전압 (Power Input 의 최대 ) 가 VR 의 최소 값보다 작도록 설계되는게 맞지만 ,(VBR 에서 1mA 가 흐르며 이 값이 클 수 있기 때문 ,,)
VC 도 함께 고려하기 때문에 Power Input 은 VR 혹은 VBR 보다 작도록 설계하면 된다 .
해당 내용은 아래에서 자세히 다뤄진다 .
TVS 다이오드를 Datasheet 를 참고하며 선정해보자 ! 우선 아래 표는 LM61460 의 Datasheet 이다 . 입력전압은 -0.3V~42V로 확인된다 .
위의 표에서 입력이 최대 42V 이므로 그 이상의 전압이 인가될 시 해당 IC 는 손상이 된다 .
따라서 그전에 TVS 를 이용하여 서지전압을 접지로 흐를 수 있도록 하는 것이 TVS 의 기능이다 .
하지만 아래 표와 같이 1KSMB30AHR5G 의 클램핑 전압이 41.4V 이지만 LM61460 의 최대 입력 전압이 42 V 이므로 TVS 다이오드 (41.4V) 가 최대 입력 전압 (42V) 보다 낮지만 이 와 비슷한 값을 가지고 있 다 .
따라서 TVS 다이오드를 42V보다 훨씬 적은 전압을 클램핑할 수 있도록 재선정이 필요하다.
( 클램핑하지만 위험범위에 있기 때문에 41.4V 보다 좀 더 적은 전압을 가진 TVS 다이오드가 안정적 )
바이폴라의 경우 위아래의 전압을 클램핑하지만, 유니폴라는 위의 전압만 클램핑을 한다.
DC/DC의 경우 입력 전압의 범위가 -0.3V~42V이기 때문에 한쪽만 클램핑해주는 유니폴라 TVS 다이오드를 사용해야 한다.
LittelFuse 의 1KSMB27A 의 클램핑 전압 (Vc) 은 37.5V 이므로 , 37.5V 보다 높은 전압은 클램핑하여 DC/DC IC 를 보호한다 .
참고로 항복 전압 (VBR) 을 선정 시에 입력전원 (Power Input 전압의 허용치 +5 or 10% ) 보다 높게 설정한다 .
Littelfuse 의 1KSMB27A 부품이 Shortage 인 관계로 다른 제품을 확인해야한다 .
우선 SMB 사이즈로 Artwork 이 설계되어 있으므로 , DO-214AA 로 된 제품을 확인한다 .
( 참고 ) DO-214AA: SMB / DO-214AB: SMC / DO-214AC: SMA
또한 항복 전압은 Power Input 의 최대 ( 25.2V ) 보다 높은 전압으로 설정한다 .
제조사는 Littelfuse, Bourns, Vishay 를 주로 사용하므로 ,
재고가 있는 부품 중 , Bourns 의 P6SMB27A-Q 부품으로 선정하였다 .
참고 : https://kr.mouser.com/datasheet/2/54/bourns_07102019_P6SMB-Q-1621328.pdf
P6SMB27A-Q 는 유니폴라이며 , VBR 최소는 25.7V, VRWM 은 23.1V, VC(VRSM) 은 37.5 이다 .
(25.7V 부터 28.4V 이상은 클램핑되며 ,
SMPS 의 최대 전압은 25.2V 이며 이는 VBR 보다 낮은 수치를 나타낸다 .
또한 DC/DC 의 최대 입력 전압인 42V 를 클램핑할 수 있는 VC(37.5V) 로 나타나며 ,
P6SMB27A-Q 부품은 사용 가능한 TVS 다이오드라고 할 수 있다 .
