전자회로 해석 및 설계-5(공진과 댐핑저항)

댐핑 저항과 공진

공진?

공진(Resonance)은 Beads, Capaciance, Inductor의 해석에서 중요하며,

회로에서 공진이 생긴다면 돌입전류로 인해 회로가 타버리거나, 원하는 값이 나오지 않을 뿐더러 SI가 불명확하고 EMI(전파 방해)가 나와 정상적인 동작이 나오지 않는다.

 

LC_Resonance

직렬 공진(Series_Resonance)

R = 0[ohm] >> short

 

병렬 공진(Paraller_Resonance)

병렬 공진 임피던스 : R = ∞[ohm] >> open

공진 주파수(Resonance_Freq)

LC직렬회로에서의 공진 주파수에서 LC의 임피던스가 0[ohm]이면 >>> 전체 임피던스 = Rs(R1) = 1[ohm]

LC병렬회로에서의 공진 주파수에서 L//C의 임피던스가 ∞[ohm]이면 >>> 전체 임피던스 = Rp(R2) = 1[kohm]

 

댐핑저항

공진회로에 대한 대책으로 댐핑저항을 사용하게 된다.

댐핑 저항이 작으면 공진이 완전히 사라지지 않고 살짝식 생기다가 사라진다.

댐핑 저항이 크다면 공진이 사라지지만 진행이 느려진다.

 

따라서 적당한 값을 찾아 적용해야한다.

 

해당 Simulation을 확인해보면 뾰족하게 솟아 오른것을 확인 할 수 있다.

솟아 오른 부분이 돌입전류로 인한 공진 주파수이다.

 

공진 주파수가 나오는 이유는 전기장/자기장에 의해 생기며, 이는 Inductor와 Capacitor으로 부터 생긴다.

Inductor(자기장) Capacitor(전기장) 전/자기장이 만나면 공진이 일어난다.

 

또한 둘은 서로를 끌어당기기 때문에 지속적으로 무한 반복이 일어난다. 무한히 반복되면서 회로에 스트레스를 주면서

회로의 수명은 갉아먹을 뿐 아니라 오류를 일으키게 된다.

 

이러한 공진 때문에 필터 회로에서는 인덕터를 쓰지 않는다.

 

 

 

 

 

전해 Capacitor(콘덴서) VS  MLCC(Multi-Layer Ceramic)

 

전해 Capacitor - 전해질 >> 극성이 있다

장점

C용량 많다 / capacitance가 크다.

Rated Voltage 내부 전압이 높기 때문에 유전체의 한계 전압이 높다.

 

단점

수명 짧음 (내부에 점성이 높은 액체가 서서히 증발된다)

기화됨에 따라서 높은 열이 발생할 수 있기에 폭발의 위험성도 있다.

주파수 특성이 나빠 저주파 전원을 사용한다.고주파에 적합하지 않다. 고주파를 버티지 못하고 어느 시점을 넘어가면 인덕터로 바뀌게 된다

 

MLCC (칩 캐패시터)(Multi-Layer Ceramic)

장점

전해 캐패시터와 달리 고체 Ceranics이 들어있어 수명이 길다.

주파수 특성이 좋아 고주파에 적합하다.

 

단점

C용량 적다 / capacitance가 작다.

Rated Voltage 내부 전압이 낮기 때문에 한계 전압이 낮다.

 

 

 

 

 

Inductor(인덕터)

전류를 저장하는 역할을 하는 회로이다.

시뮬 레이션을 보면 전류가 충/방전이 되는 것을 알 수 있다.

 

에너지 저장시L@DC -> VL = 0 / ZL = 0 Short

스위치가 배터리 쪽으로 연결되면, 인덕터의 전류는 서서히 증가하고 이에 걸리는 전압도 서서히 감소한다.

인덕터가 자기 에너지를 완전히 얻으면, 단락(Short)가 되어 저항 R은 0이 된다.

 

에너지 방전시L@AC -> VL != 0 / ZL != 0

스위치가 0이 되면 인덕터의 전류는 서서히 감소 된다.

 

Inductive Reactance(유도성 리액턴스)

Reactance : 교류전류(AC) 흐름을 방해한다.

 

동작특성