먼저 여러사람이 올린 글을 보았습니다.
그런데 솔직히 그분들꺼 보아도 두리뭉실하게 이해되어 저도 여러가지 찾아보고 정리해 보았습니다.
1. 역률
- PFC를 알기위해선 먼전 역률을 알아야 합니다. 역률을 쉽게 말해 공급되는 전원의 효율이라고 생각하시면 됩니다.
이 효율을 표현할때, 0~1사이 값으로 표시 합니다.
그래서 우리가 역률이라는 개념을 볼 수 있는 곳은 보통 SMPS 의 DATASEET를 보면 쉽게 이해가 될겁니다. 역율이라는 단어 말고도 다르게도 쓰여 있는 경우가 있는데(PF:POWER FACTOR), 보통 0.80~ 0.98 사이로 표현되었던거 같습니다.
(참고로 0.80보다 낮으면 정말 효율이 안좋다는 뜻이며, 사용할 장비에 정격을 맞추었어도 장비의 동력원으로 부족할 경우가 생깁니다. 특히나 SMPS의 FAN 달린 경우 더욱 신경 써야해요. )
역률을 어떻게 구해질까요?
전력은 결국 P=V*i*(COSΦ) 입니다.
여기서 COSΦ가 없다면, 이 값은 이상적인 값이고 실제로 우리가 사용할때의 전력은 더 작습니다.
결국 역률이란 유효전력과 무효전력의 비. 라고 쉽게 설명할게요. 생선된 전기중 쓸수있었던, 그리고 쓰지 못했던 비중입니다. 역률을 수식적으로 표현한다면 COSΦ라고 표현된다. (아래그림을 순서대로 이해해보면 알것이다.)
-역률이 좋은 예: 전기에 의해 저항성 물체가 열을 받아 일을 하는경우(백열등 전열기 등).
-역률이 안 좋은 예: 전기에 의해 코일성 물체가 일하는 경우(모터 용접기 형광등).
이유: 저항성 열이 발생하는 경우는 위상이 같아서 일을 적게함.
코일성으로 일하는 경우, 위상각이 90도 차이가 있어 그만큼 효율이 적어짐. (파형이 90도 차이나서)
아래 그림에서 처럼 V*I가 제일 큰 경우는 동위상 일때 입니다. L성분 C성분은 위상각의 차이가 있기에 V*I가
좀 더 작습니다.
위의 그림은 정말 잘 정리해주신 유투브 내용에서 퍼왔다. 시간나면 보고 이해하도록.
PFC로 넘어가기전에 추가로 알아야할 사항, 전기사용기기는 국가적으로 역률이 기준이 있다.
우리나라의 경우, 90% 이상 되어야 함.
2. PFC
- PFC는 위의 역률이 이해 되었다면, 이해가 쉬움.
POWER SUPLY, SMPS를 사용하다가 다들 찾아온 것으로 생각됨.
간단히 설명하면, 가정에서 사용하는 교류 전력을 직류 전력으로 바꾸는 과정에서 생기는 전력손실을 줄여주는 역할을 합니다. 다른말로 역률보정, 전력효율 개선.
즉, 우리가 위에서 공부한 역률을 더 좋게 만들어주는 회로,장치이다.
<이점>
1. 각 부품에 보다 더 안정된 전류를 공급할 수 있다.
2. 불필요하게 낭비되는 전력소비량을 줄일 수 있다.
3. 불필요하게 낭비되는 전류가 열로 전환되어 온도가 상승되는 것을 막을 수 있다.
4. 낮아진 온도 때문에 팬의 속도가 줄어들어 소음을 줄일 수 있습니다.
5. 전자파를 줄일 수 있다.
<단점>
1. PFC회로 추가로 인한 추가 비용이 상승된다.
2.추가된 회로로 인하여 보다 많은 공간을 필요하므로 전체적인 부피가 커질 수 있다.
3.고속 스위칭 동작에 의하여 발생하는 높은 주파수의 잡음에 대한 대책이 요구된다.
PFC는 세 가지 기본 제어 방식이 있다.
CCM(Continuous conduction mode)은 고정 주파수에서 작동하며, 손실 증가는 허용하는 반면 인덕터 전류 리플은 제한한다. 주로 고전력 시스템 (300W 이상)에 사용된다.
임계 전도 모드(CrM)에서는 인덕터 전류가 0으로 떨어져 새로운 스위칭 사이클을 시작하며, 고속 복구 다이오드의 필요성을 해소한다. 이는 상대적으로 리플 전류가 큰 가변 스위칭 주파수로 이어진다. 간단하고 저렴한 이 방식은 조명을 비롯한 저전력 애플리케이션에 널리 사용된다.
임계 전도 모드 (FCCrM)는 주파수가 최고치인 경 부하 상황에서, 동작 모드는 비연속 전도 모드 (DCM)으로 변환되어 스위칭 손실을 제한한다. 추가 회로는 DCM의 전형적인 데드 타임(deadtimes)을 해결해 현재 파형이 올바른 형태임을 보장한다.
PFC에는 패시브방식과 액티브방식이 있으며 액티브방식이 더 효율이 좋다.
<pfc의 종류>
1. Active PFC
- 장점:
1) 효율이 95%
2) AC 전원선택 스위치를 사용하지 않음.
3) 무게가 가벼운 편인다.
4) 가청대역의 오디오 잡음이 생기지 않음.
- 단점:
1)EMI를 위해 강력한 보호장치를 추가해야 한다.
2) 고주파 노이즈를 포함한다.
3) 회로가 복잡하여 기존 모델에 적용하기 어렵다.
2. Passive PFC
-장점:
1) 일반 전원 공급기 보다. 전자파를 더욱 감소시킨다.
2) Active 방식에 비해 전자파가 더 작다.
3) 회로가 단순하고 부품 원가가 낮다.
4) 기존 모델중 절전 기능이 없는 제품등에 쉽게 적용이 가능하다.
-단점:
1) 전력 효율이 60-80%
2) AC 전압 선택 스위치를 사용해 추가된 인덕터로 인해 무게가 훨씬 더 나간다.
결론: 고주파 노이즈가 잘 잡혀 있는 PFC 모델, 그리고 역률이 높은(1에까가운) SMPS를 모델 초기단부터 사용하면 좋다.
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