감사합니다.

데이터쉬트

질문1] TL431은 7805같은 레귤레이터 보다 좋은가(우수한가)?

TL431 : Precision Programmable Reference

기준전압이 우수하다(정밀하다)는 말.

0.5%,1%,2% 부품이 있다.

우수하다는건 어느정도가 우수하다는건가?

10옴 로드에 5V 500mA출력할때, 최소 입력전압은 약 6.2V이다.

VG2=60Hz

물론, R7, R8등에도 영향을 받는다.

500mA출력을 내기위해, AM2와 AM1의 모양을 잘보면, AM2가 500mA이상이 되어야 한다.

입력전원의 노이즈때문에, 입력전류 AM2가 변동된다.

약 0.7V 차이가 난다. 약 200mA소모

입력노이즈 VG2가 2Vpp이다.(매우큰값)

R7이 0이라서, PSRR을 구할 수 없다. (입력전압과 출력전압이 같으니)

평균 200mA가 낭비되고 있다.

C2 1000uF을 추가하고, 입력노이즈 VG2를 200mVpp라고 할 경우,

아래와 같이 매우 효율적이다.

470uF으로는 효과거 거의 없으나, 1000uF은 효과가 있다.

입력전원은 0.5V높다.

로드저항이 10옴->100옴으로 변하여, 50mA를 소비할 경우,

약 450mA가 낭비된다.

로드저항이 일정할 경우에는 매우 효율적인 회로를 구성할 수 있으나,

일반적인 회로는 로드저항값이 변동되므로, 매우 비효율적이다.

요즘 PCB설계를 해주겠다고 하시는 분들이 너무나도 많습니다.

1년만 공부하면, 왠만큼은 합니다.

1년이 길 수 도 있고, 짧을 수 도 있습니다.

그러나, PCB설계는 "왠만큼"해서는 어렵습니다.

동작은 하지만, 여러가지 문제가 발생합니다.

심각한 경우, 동작조차 안하기도 합니다.

그런데, 더 심각한 경우는, 가끔 동작을 안하는 경우입니다.

문제가 없는줄 알고 양산했는데, 어쩌다 가끔 동작을 안한다....정말 난감하죠.

차라리 처음부터 동작안하는게, 더 좋습니다.

이전에도 말씀드렸다시피, 원리를 알고 설계하는것과, 대충 동작되게만 설계하는것은 큰 차이가 있습니다.

어떤분이 15년동안 PCB설계를 했는데, 대충 동작되는 정도의 수준이라고 하시더군요.

동작되니깐, EMI/EMC도 한두번 수정하면 되니깐, 계속 기본 정도의 기술로 15년을 보내셨는데,

지금와서는 후회가 되더라는 내용이었습니다.

사실, 국내 PCB설계하시는분들이 대부분 비슷합니다.

원리를 알려고 하지 않고, 동작만 되는 PCB설계를 하십니다.

더이상 공부하려고 하질 않으시지요.

모든 분들이 그렇다는게 아니라, 많은 분들이 그렇다는 말입니다.(제가 겪어본 사람들 중에는)

어쨌든, 제대로 동작이되고, EMI/EMC등에서도 문제가 없으려면,

상당히 주의해서 설계를 해야합니다.

그러나, 현실은 "시간, 비용"때문에 그렇게 하기도 어렵습니다.

제대로 된 설계를 하는데, 1주일이 걸린다고 하면,

PCB 설계 의뢰업체는 3-4일만에 해달라고 요구합니다.(빨리)

그리고, 가격도 1주일 가격이 아닌, 3-4일 가격을 요구합니다.

간혹, 제대로된 시간과 가격을 요구하시는 분들도 있습니다. ㅎㅎ

어쨌든, PCB설계는 설계해놓은것을 수십차례 검토에 검토를 하면서, 개선을 해야합니다.

PCB설계하는것은 1일만에도 가능한 경우가 많습니다만, 발생가능한 문제점들을 개선하는데는

몇일 이상이 걸립니다.

물론, 한번에 모든것을 잘 설계한다면, 좋겠지만, 사람이 하는일에 실 수가 없을 수 는 없습니다.

"EMI/EMC인증"이라는것은, 전자제품을 판매하기위해 받아야만 하는 인증 절차입니다.

대부분 페라이트코어나 차폐제등으로 도배를 해서 인증을 통과하는 경우가 많습니다.

EMI/EMC 문제에 대한 완벽한 PCB설계가 이루어진 경우에는, 한번에 통과합니다.

이런 경우는 병이 안났으니, 병이 안나게 처방을 해준 사람은 아무런 보상도 못받습니다.(병이 안났으니...)

병이 발생하고, 죽기 직전에 살려낸 의사는, 많은 사람들의 존경을 받으며, 그에 합당한 대우를 받습니다.

한마디로, EMI/EMC 설계를 처음부터 잘해준다고 해서, 돌아오는건 없습니다.(웃기는 일이죠)

남들이 서너번을 실패한 PCB를, 다시 설계해서 통과한다면, 그때는 대접을 좀 받습니다.(웃기는 일이죠)

어쨌든, EMI/EMC인증에 걸리는 시간과 비용은 생각외로 바쌉니다.

회로도를 보고, EMI/EMC 설계를 할줄 아는 사람은 생각만큼 많지 않습니다.

대부분 비아홀을 많이 뚫어서, 소가 뒷걸음치다가 쥐잡는격으로 해결되는것이 대부분입니다.

구멍이야 많이 뚫던, 적게 뚫던, 큰 비용차이는 안나니, 그러면 된거죠.

요즘은 제가 힘들어, PCB설계를 쉬고 있습니다.

EMI/EMC는 연락도 안오니, 잘된건지, 잘못된것인지, 알길도 없고, ㅎㅎ

연락 안오면 잘된거겠죠.

PCB설계를 잘 하려면, 계속 공부를 하셔야 합니다.

계속 공부를 해도, 원리를 이해하지 못할 수 도 있습니다.

원리는 아는데, 적용이 안된다면, 원리를 모르시는거죠.

지난번에도 글을 쓰다가, 삭제한게 있었는데, 비슷한 내용이었습니다.

그러나, "그분이 PCB설계를 잘못했다"는 식의 전개가 되는 바람에, 삭제했었죠.

원리를 알면, PCB설계한것을 보기만해도, 어느정도 문제가 있겠구나...대충 감은 옵니다.

아니나 다를까, 그 배선 문제로 양산직전에 문제가 제기되었습니다.

원인은 배선만이 아니였으나, 배선만 잘했어도, 통과할 수 있는 것이였죠.

양산하기전에 발견했으니, 그나마 다행이죠.

제일 안좋은게, 어쩌다 동작 안하는것입니다.

차라리 처음부터 동작이 안되면, 다시 수정이라도 하죠.

그분의 경력이 많으시기때문에, 쉽게 제 의견을 내놓기도 어렵습니다. ㅎㅎ(잘못하면, 매장당함 ㅎㅎ)

머, 세상이 다 그런거죠.

그렇다고, 제가 숨은 고수라는게 아닙니다.(오해 없으시길)

계속 공부를 해야한다는거죠.(원리를 찾아라)

N 채널 FET로 과전류 제한

폴리퓨즈(리셋터블 퓨즈)

애매한 설명으로 몇번을 읽어봐도 도저히 이해가 안되었다.(내 머리는 역시 돌이야...)

이제 쉬운 방법을 알려드리겠습니다.

Hold Current, Trip Current?

설명에는 어떤 조건이 빠져있기때문에, 몇번을 읽어봐도, 이해를 못했던것입니다.

간단하게 설명하면,

Hold Current : 평상시 전류

Trip Current : 열이 발생해서, 이 시점부터는 확실하게 동작이 되는 지점.

                    Hold Current 이상의 전류에서는 열이 나기 시작합니다.

제품 선정방법

평상시 전류(Hold Current)를 몇 A나 사용할지를 결정하고,

최대허용 전류(Trip Current)를 결정합니다.

여기서 빠진것이, 얼마나 빨리 차단이 되느냐? 즉, 시간이 문제입니다.

아래 표에 표기된 Trip Current는 약 60~100초정도 구간입니다.(2번째 그래프상에서)

즉, Trip Current를 초과해도, 즉시 차단되는것이 아니라, 약 60초이상은 전류가 흐른다는 말입니다.

제가 생각했던, 조건과는 상당히 차이가 있습니다.(수초 이내에 차단되기를 원했는데...)

별다른 내용 없네요. 그래도 이해는 잘 되시죠?

그럼 내가 원하는 차단시간은 어떻게 구하느냐?

위 그래프에서 수평으로 대략 1초를 따라가보면, 해당 라인에 걸리는 제품을 찾으면 됩니다.

A=FRX005-60F 제품은 1초동안 약 0.3A까지도 흐를 수 있네요.(정확한건 아닙니다.)

Q=FRX300-60F 제품은 1초동안 약 30A까지도 흐를 수 있네요.

순간적으로 반응이 일어나는 제품이 아니라, 열이 발생해야 차단이 되다보니, 열이 발생할때까지 걸리는 시간동안에는 더 큰 전류가 흐를 수 있습니다.

물론, 전류가 더 많이 흐르면, 더빨리 열이 발생하고, 더 빨리 차단되겠지요.

이해가 되셨나요?

그리고, 평상시의 저항은 매우 작은 편이라 문제는 되지 않을 듯 보이네요.

문제는 크기와 가격, 전압.

예제1) 최대허용전류 2A, 차단시간 1초인 제품은?

위 그래프에서, 1초라인을 따라 우측으로 이동, 2A인 제품을 찾으면, 5,6번째 제품이 적당해 보입니다.

E=FRX025-60F, F=FRX030-60F

그런데, 평상시 전류는 0.25~0.3A밖에 안되네요. 그 이상 흘리면, 발열이 생기면서, 소비전력이 늘어납니다.

많은 전류를 흘리면서, 단시간에 차단가능한 제품은 없어 보입니다.

예제2) 평상시 전류 2A, 차단시간 1초인 제품은?

약 1초를 따라 가보면, 2A와 만나는 제품은 O,P 2가지 정도 인데, 최대전류가 약 18A정도 됩니다. 18A를 초과해도 되는지는 본인이 결정하시기 바랍니다.

모든 조건을 만족시키는 제품은 없습니다.

최대전류를 만족하는 제품을 찾는것이 현실적입니다.

FRX160-60F, FRX185-60F 제품을 사용하는것이 좋을듯 싶습니다.

다른 대안으로는 전류측정을 통해, 차단할 수 있는 회로를 사용하는 방법이 있습니다.

그러나, 전류측정용 저항(션트저항)이 보통 0.1~0.5옴으로 비교적 큰게 문제입니다. 지속적으로 전류를 소비하니깐요.

또한, 부품도 많이 들어가고, 비용도 높습니다.

특정회로에 흐르는 전류측정 방법

1옴 이하의 션트저항을 사용하여 양단에 걸리는 전압을 측정하여 계산.

I=V/R

R값은 알고 있는 상수이고, 전압만 구하면 전류를 알 수 있다.

0.2옴은 생각보다는 큰 값일 수 있다. 항상 전력을 소비한다.

전원노이즈 레벨보다는 큰값이 나와야 정상적인 측정이 가능해진다.

셔트저항(Rs)가 일정크기 이상이되어야 하며, Load저항의 크기에 따라 션트저항의 크기도 달라져야 한다.

예) 1W이하의 회로, 30W이상의 회로

문제점

- 션트저항이 항상 전류를 소비하는 문제

  전류측정할때만 

- 션트저항이 작으면 정밀도가 떨어진다.

- 션트저항이 크면, 소비전류가 커진다.

- OP-AMP회로 추가도 부담이 될 수도 있다.

  아날로그 멀티플렉서 추가 검토(가능할까?)

R1,R2로 고전압을 op-amp 전압레벨로 낮추고, 다시증폭

100mV/10*250배=2.5V

위 회로도의 저자는 위 회로도는 1%저항을 사용해도 에러율이 14%~16.7%정도 난다고 제시하고 있다(?)

그러면서 MAX4372, MAX4080등의 부품을 소개하고 있다.

(맥심 직원인듯)

어쨌든, 전용 ic를 사용하는것은 좋지만, 문제는 가격이다.

가격이 적당하면, 이런고민은 할 필요가 없다.

언제나 문제는 가격!!!!

어쨌든, 위 회로에서 에러율이 상당히 높은데, 수치보정하면 어느정도 정밀도를 보장받을 수 있지 않을까 생각해본다.

위 회로로 테스트를 해보니, 뒷쪽의 op-amp는 필요없어 보인다(?)

위회로는 R1,R2를 통해 전류가 소모된다. 저항값을 더 크게 키워야한다.

좀 더 저렴한 IC를 찾았다. ina199

26V이상도 사용이 가능하다고 하나, 어디까지 가능한지는 모르겠다.

가격은 500원대

INA250은 션트저항이 들어있다. 내가 사용하려는 전압보다 낮은게 흠.

2mOhm으로 정확하게 측정이 가능할까? 너무 작은듯 싶은...전원 노이즈에 영향을 많이 받을듯하다.

2000원~3900원 수준

좋은 부품은 많으나, 언제나 돈이 문제....

80V INA193-198

참고자료

Current Sense Amplifiers\ Current Shunt Monitors

RS/TX 신호선에도 전원을 인가할 경우,

케이블 연결 및 분리할때, 신호선에 전압변화량에 해당하는 과전압이 흐를 수 있어, 필요하다.

TVS다이오드등을 추가하면 된다.

콘넥터 접속단자도, 전원부터 연결되도록 핀 길이를 조정해야하나, 어려운 문제이다.

tina 프로그램은 무료이며, 간단한 회로를 시뮬레이션 해볼 수 있는 좋은 전자회로 테스트 프로그램이다.

유료 사용프로그램은 많은 기능이 있지만, 이것은 무료이므로, 간단한 기능만 가능하다.

가끔 "irregular circuit" 에러가 떠서 당황하는 경우가 있다.

국내에는 사용자가 많지 않아 답을 찾기가 어렵다.

외국에서는 많이 사용한다.

구글신에게 물어보자.

아래의 비교적 간단한(?)회로를 테스트하는데, 에러가 발생했다.

원인은 간단했다. 교류성분만 통과할 수 있는 회로였기때문에 계산이 불가능했던것이다.

메뉴->Analysis->Transient->Zero init value(선택)하면 교류파형을 볼 수 있다.