깜지로 쓰려는 블로그

마지막 아두이노 전원회로 영상

https://www.youtube.com/watch?v=lhpjks3ZOG4&list=PLXklyWpn9peYWUlkubQukMsGajGstAi9g&index=7&ab_channel=%EC%9D%B4%EC%9A%A9%EC%84%B1%EA%B5%90%EC%88%98MFTSMultiFusionTechSpace 

마지막껀 그냥 그림만 그려놓고 마무리한다.

남은 전원관련회로

1. 전원 ON 회로

2. 버퍼/전압팔로워

3. OPAMP 전원/노이즈필터링 바이패스 캐패시터

LED LTST-C170GKT

- SMD 타입 녹색 LED

- TA 주변온도 25도씨 기준 절대 최대 정격

  - 소비 전력 100 mW

  - 피크 순방향 순간 전류 120mA

  - 연속 순방향 전류 30mA

  - 역전압 5V

전기적 특성

- 순방향 전압 2.1V, 전류는 20mA

전원표시회로

-LED에서 2.1V 전압강하   -> 병렬 합성저항에서 2.9V

- 합성 저항 R_t = 500옴

=> LED에 흐르는 전류 I_F = 2.9V/500ohm = 5.8mA

 * 순방향 전류 20mA보다 작아서 불빛이 작더라도 전원 이상 유무 확인할 뿐이므로 문제 X

버퍼 회로

- 이득이 1인 OPAMP회로, 출력이 반전입력단으로 궤환됨(피드백)

- 비반전 입력단자 V_IN(V_P), 반전 입력단자 V_N, 출력 V_OUT

 -> V_OUT = V_N

* 이상적인 OPAMP : 전압이득, 대역폭, 입력임피던스, 동상신호제거비 무한대 <-> 출력임피던스 0

=> OPAMP 내부에 흘러가는 전류 I_+ = 0이다(입력 임피던스가 무한대이므로)

 * 가상단락 : 전류는 무한대 입력임피던스 = 개방되서 0이지만, 전압은 단락되서 전위차가 없음.

=> V_IN = V_P인데, V_P = V_N = V_OUT

=> V_IN이 V_OUT과 같아진다 => 이득이 1이다.

버퍼회로 계산

- V_OUT = A_VOL(V_P - V_N)

  V_OUT(1 + A_VOL) = A_VOL * V_IN)

  V_OUT = A_VOL/(1 + A_VOL) * V_IN = V_IN

버퍼회로 용도 : 부하 효과 제거

- Vs의 전압을 부하 R_L에 인가시, 전선이 짧으면 V_S와 V_L이 같다.

<-> 도선이 아주 길면 선단저항이 커져 도선에 의헌 전압 강하가 생김 -> V_S와 V_L이 달라진다.

OPAMP를 이용한 부하효과 개선

- R_S에 V_S가 그대로 인가되고 있음

- V_S = V_P이나, 가상단락으로 V_S = V_N이기도 함. V_N = V_OUT이므로

 => V_S = V_OUT이 된다.

- 부하효과 없이 부하에 V_S가 완전히 전달된다.

OPAMP 전원단자

- 8번핀에는 +5V, 4번핀에는 GND가 연결되어 있음.

- +5V의 노이즈 필터링을 위해 무극성 100nF짜리 바이패스 캐패시터 사용

MOSFET   들을때마다 햇갈린다.

- 작은 전압으로 큰 전류를 증폭하거나 스위칭하는 소자

- N채널과 P채널이 존재

  -> N채널의 경우 drain에서 source로 흐름

  -> p채널의 경우 source에서 drain으로 흐름

증가형 pMOSFET의 동작

- Vin에 Low인가시 전류가 흘러 Vout은 High가 됨

- Vin에 High인가시 전류가 안흘려 Vout은 LOW가 된다.

=> LOW인 경우 연결되는 점에서 B접점 스위치와 비슷

FDN340P pMOSTFET 데이터 시트

- 2A의 전류가 흐르며, 전위차가 20V 이상시 소손

- V_GS = -4.5V일때 -> 채널폭이 커진다 -> 저항 감소 -> R_DS(ON 시) 저항값이 70m옴

- V_GS = -2.5V 일때-> -4.5V때보단 채널폭이 좁다 -> 저항 증가 ->  R_DS = 110m Ohm 

FDN340P 절대 최대 정격 

- V_DSS 드레인-소스간 전위차 -20V

- V_GSS 게이트-소스간 전위차 +-8V

전기적 특성

- I_DSS : 게이트 전압이 0일때도 흐르는 드레인 전류(누설 전류) 온도에 따라서 -1, -10uA가 흐름.

- V_GS(th) : 게이트 임계전압 

* VIN은 DC파워잭이나 VIN핀으로부터 전원을 받음

* p채널 MOSFET은 게이트 전압이 0V일 때 소스에서 드레인으로 흐름(B접점)

비교기 + pMOSFET 전원 선택 스위칭 회로

1. DC파워잭이나 VIN핀으로 VIN Net으로 인가시 비교기는 HIGH 출력

  -> 증가형 pMOSFET은 게이트에 HIGH가 인가되어 채널 형성 X

  ->  소스단 USBVCC 전원이 드레인으로 넘어가지 않음

2. DC파워잭이나 VIN핀으로 전원 인가받지 않은 경우 비교기는 LOW 출력

 -> 증가형 pMOSFET은 게이트에 LOW가 인가되어 USBVCC의 5V가 소스에서 드레인으로 흘러간다.

LP2985 선형 전압 레귤레이터 데이터 시트

- 지금 사용하고 있는건 3.3V 출력하는 IC, 그 외에도 1.8V, 2.5V 등 출력하는 IC도 있음

- ON/OFF(bar) : 5V인가시 레귤레이터 동작, 0인가시 동작 x

- 16V이상 V_IN과 V_ON/OFF인가시 파괴

- I_L = 150mA인경우 V_DROP = 280mV (LDO : LowDropout)

OP-AMP와 비교기

- 증폭기, 비교기, 적분기, 미분기 등의 용도로 사용되며, 이 회로에서는 비교기로 사용

- OPAMP는 입력 전압을 무한대로 증폭시키나 실제로는 포화되어 최대 전압이 존재.

- op amp 비교기의 V_out = (V_in+ - V_ref/V_in-) * A_v    (A_v는 전압이득으로 매우 큼)

* 공급 전압을 넘지 못함 => V_out = V_cc-> 비교기의 출력이 0V(-V_EE)나 5V(+V_CC)가 된다!

비반전 비교기 회로

- 9V의 VCC가 주어지고, 저항으로 전압 분배 -> 기준 전압이 4.5V

- Vin이 4.5보다 크면 포화, 작으면 0V(GROUND)

- 하지만, 비교기의 출력이 0V가 되어야 LED에 전원이 들어옴.

전원선택회로의 OPAMP(LM358)

- VIN을 +로 받는 비반전 비교기, -단자에는 3V3

 전원 인가 방법

- 단일 전원 : 3~ Vcc(max)

- 분할(양)전원 : 1.5v ~ Vee(max)

* 0 ~ 30V의 듀얼 채널 파워서플라이를 가지고 있는 경우 -> 분할 전원으로 +15V, -15V로 전원 공급 가능

최대 정격 전압

- 단일전원시 Vcc 최대 32V

- 양전원시 Vcc, Vee +-16V

=> 단일 전원시 더 높은 전압을 얻을 수 있다.

전기적 특성

- Large Signal(DC) Open Loop Voltage Gain(Avol) DC 개루프 전압이득 : 100V/mV -> 100 * 1000 = 10만배 

* Small Signal(AC)

=> Vout = Avol ( Vin+ - Vin-) => 두 입력 전압의 아주 작은 차이도 아주 큰 전압 이득으로 인해 포화됨

이번 글 링크는

https://www.youtube.com/watch?v=Jh3BgkF_CP8&list=PLXklyWpn9peYWUlkubQukMsGajGstAi9g&index=4 

아두이노 우노보드의 5V 레귤레이터

- SPX1117M3 사용

- 출력전압 5V, 최대 출력 전류 800mA

LM1117 데이터시트

- 800mA 출력, LDO(Low Dropout : Vin - Vout이 작다 -> 발열로 손해보는게 적다!)

- LDO 레귤레이터로 전압강하가 1.2V정도 된다. -> 6.2V이상을 입력으로 주면 5V를 얻을 수 있다.

- 2개의 외부 저항을 달아 출력 전압을 1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V 등으로 설정 가능

- 과도응답과 출력 전압 안정을 위해 최소 10uF 이상의 탄탈 캐패시터가 필요함(전해 캐패시터도 상관없음)

- 버전에 따라 온도 범위가 다름.

LM1117 출력 전압 조정하기

- 아래와 같이 2개의 외부 저항으로 출력 전압 조정 가능.

패키지 타입 별 형태

절대 최대 정격

- 최대 입력 전압은 20V

LM1117 전기적 특성

- 최대 출력 전류가 800mA인경우 전압강하 1.2V

LM78XX

- XX는 출력 전압, LM78은 +의 출력 전압을 내는 IC

 * LM79XX : LM79는 -의 출력전압

- 5, 6, 8, 9, ..., 24V까지 다양한 전압 출력

-> 5V 출력하는 레귤레이터는 LM7805, 24V의 경우 LM7824

- LM7805의 경우 동작 전압이 7 ~ 20V

- LM7824, LM7827은 최대 입력 전압이 40V, 나머지는 35V

- LM7805는 출력 전압이 5V, 드롭아웃 볼트는 2V

LM1117

- 데이터 시트 상에서 과도응답과 출력 전압 안정을 위해 최소 10uF 탄탈 캐패시터(전해도 ok)를 사용해야 한다고 함

 + 추가로 고주파 필터링을 위해 세라믹 캐패시터를 병렬로 연결해 사용

LM1117 출력 전압 조정하기

- C_adj는 리플 제거용으로 옵션임

- 나머지 두 캐패시터는 노이즈 제거, 평활화

- R2를 가변 저항을 사용하여 조정

 * I_adj는 60uA로 아주 작아서 Vout에서 생략한듯

이번 글은 아래의 2번 강의

https://www.youtube.com/watch?v=wgVV1fitodE&list=PLXklyWpn9peYWUlkubQukMsGajGstAi9g&index=2

아두이노 우노보드 전원 공급 방법

- 입력 전압 : 7 - 12V -> 5V REG에서 5V로 출력됨

1. DC 파워 잭 : 7 ~ 12V DC 공급받음

2. USB 포트 : PC와 통신, 5V 전원 공급받음

3. Vin Pin :외부 전원 소스(7 ~ 12V) 사용

* DC 파워잭, VIN 핀 공급 전압은 7-12V을 받더라도 5V REG를 통해 5V로 공급받음

아두이노 전원 관련 핀

- +3V3 : 3.3V REG 출력

- +5V : 5V REG 출력

- VIN : 외부 공급 전압 핀

아두이노 전원회로 구성

1. DC 5V 정전압 레귤레이터 회로

2. 5V 전원 공급 표시 회로

3. 전원 소스 스위칭 회로(OP-AMP 비교기 + p-ch MOSFET 스위칭)

 - USB 연결한 상태에서 외부 전원을 추가로 연결

  -> +5V 전원을 USB껄 쓸지, 외부 입력 전원을 쓸지 선택

 - DC 파워잭과 USB를 동시에 연결해도 회로 보호

4. DC 3V3 정전압 레귤레이터 회로

5. 버퍼회로(전압 팔로워)

6. OPAMP 전원공급단자 & 바이패스 캐패시터(고주파 필터링)

 - +VCC는 +5V, -VCC에는 GND 연결

DC 5V 레귤레이터 회로 다시 보기

5V 레귤레이터의 다이오드

- 역방향 전압을 방지하기 위함.

- 0.6 ~ 0.7V 전압 강하 발생

- 역방향 전압 인가시 전류 차단, 특정 전압 이상시 못버팀

 * CGRA4007-F : 역방향 전압 1Kv(Peak), 700v(RMS), I_F = 1A -> 최대 1000V 역방향 전압, 순방향 전류 1A 까지 버팀

CGRA-4007G 데이터 시트

- 역방향 전압 50~ 1000V, 순방향 전류 1A

최대 정격과 전기적 특성

- 역방향 최대 피크 전압 1000V

- 역방향 최대 차단 전압(Max DC blocking voltage) : 1000V

- 최대 RMS 전압 700

- 최대 평균 순방향 전류 1A

- 1A에서 순방향 최대 전압 1.1V

레귤레이터 입출력단 평활화 회로

- 크기는 47uF, 내압 25V짜리 전해 캐패시터 2개 사용

-  용도 : 입출력 전원/맥류(DC + AC)를 평활화 해주기 위함. 

 * 캐패시터의 용랑이 클수록 서서히 방전되서 평평해짐

<-> 노이즈 필터링은 못함!

- 콘덴서 선택 : 용량값, 내전압, 동작 온도를 고려해야함.

 -> 동작 전압의 1.5배 여유마진(7 ~ 12V를 입력받으니 18V 이상 내전압)

노이즈 필터링 회로

- 알루미늄 전해 콘덴서는 코일/인덕턴스가 커 고주파 노이즈에 취약(유도성 리액턴스가 커 노이즈가 안빠짐)

 -> 고주파 노이즈 필터링을 위해 C2 100nF 세라믹 콘덴서 병렬 사용

* 세라믹 콘덴서(바이패스 캐패시터)는 고주파 노이즈를 잘 통과시킴

 -> 고주파 노이즈가 회로에 흐르는 것을 방지.

연산 증폭기 LM358

- 이 연산증폭기는 +VCC에 5V를, -VCC자리에 GND를 연결함.

- 1MHz 8VSSOP

- 노이즈(고주파) 필터링을위해 100nF 캐패시터(바이패스 캐패시터) 사용.

- PCB 상에서 캐패시터가 연산증폭기 LM358 5V입력과 연결된걸 확인할 수 있슴.

연산증폭기 어레이 저항

- 12 x 6 크기의 10k 어래이 저항 4개

- OPAMP와 연결된걸 확인할 수 있다.

MOSFET

- 증가형과, 공핍형(감소형)이 있으며, n채널, p채널이 있음.

- 여기서는 p채널 증가형 MOSFET 사용

3.3V 출력 레귤레이터(LP2985-33DBVR-A.2)

- 입력은 5V를 받아, 출력은 150mA 3.3V

- V-REG는 Voltage Regulator, LDO Low Drop Output -> V-REG LDO : 조금만 떨어트리는 레귤레이터 

- 뒤에 1uF인 C3 캐패시터 존재

Voltage Follwer(버퍼) 회로

오늘 본 전원회로 소자는 이렇게 정리된다.

아두이노 전원회로 캐패시터 PC1

- 용량 : 47 uF

- 허용 전압(내압) : 25V

- 파워잭 전압은 7 ~ 12V, 다이오드 전압강하 0.6V => 캐패시터 인가 전압은 6.4 ~ 11.4V

- 노이즈 제거용

* 전해 콘덴서는 큰 용량을 가지고 있으며 직류 전원 회로에 사용

SPX1117M3 레귤레이터

- 3번 핀 VIN을 입력받아 5볼트를 출력하는 선형 레귤레이터

- 최대 출력 전류 : 800mA

- 패키지 타입 : SOT-223(Small Outline Transistor)

- 드롭 아웃 볼티지(전압 강하) : 1.1V -> 5V의 출력을 얻으려면 최소 6.1V 이상의 전압이 인가되어야한다

- 최대 입력 전압 : 20V

* 높은 전압 인가시 단열 대책필요

- 이 IC가 패키징 처리되어있고, VIN과 연결된걸 확인 할 수 있다. 

레귤레이터 양단 캐패시터

- 캐패시터 입력, 출력단자에 캐패시터 존재

레귤레이터의 출력단

- 5V로 나가고, 그 뒤에 100nF(0.1uF)의 C2 무극성 칩 캐패시터 존재(내압은 25V)

- 이 칩 캐패시터는 1.6 x 0.8 mm 크기

전원 LED 회로

- 레귤레이터에서 출력한 5V를 입력으로 받음

- LED는 10mA 전류가 필요. LED에 과전류 흐르는 것을 방지하여 보호를 위해 보호저항 사용.

- LED의 VF Voltage Follwer가 2V이고, 전원 전압이 5V일 때 330옴 저항을 써야함.

- 이 전원 LED 회로에서는 1K 저항 어레이의 2개 사용.

- R_t = 1/(1/1k + 1/1k) = k/2 = 500옴(330옴 대신 사용)

 * 점등만 되면 되므로 전류가 조금 달라도 상관 x

-  SMD 0805는 2012 -> 20 x 12 mm, LED에 어레이 저항에서 2개가 병렬로 연결된걸 볼수 있다.

책사서 pspiece 연습하려고 했지만

전기전사 회로 구현하려고 막상 책을보니 보니 너무 응용책을 골라버렸고 딴길로 가는거 같아서

결국에 이용성 교수님 강의만이라도 볼 생각으로 방향을 바꿧다.

지난 번에는 IR 센서, 모터 드라이버, Atmega128 보드 정도 밖에 못봤었는데

지금 보니 아두이노 전원 회로에 대한 강의도 올라와 있더라

나중에 직접 보드 땜질해서 만들려면

수정 진동자나 프로그래머, 다른 핀을 빼면

파워를 어떻게 해야하나 싶다가 딱 내가 필요한걸 찾았다.

강의 링크는 아래와 같다.

https://www.youtube.com/watch?v=cIuEymA8nrs&list=PLXklyWpn9peYWUlkubQukMsGajGstAi9g&index=1&ab_channel=%EC%9D%B4%EC%9A%A9%EC%84%B1%EA%B5%90%EC%88%98MFTSMultiFusionTechSpace 

강의 내용은 아두이노 회로도를 가지고 설명하고계신데

다음 링크의 스케메틱에서 다운받으면 된다.

https://docs.arduino.cc/hardware/uno-rev3

아두이노 우노보드는 3가지 파트로 나눠지는데 이렇게 나누면 되나 싶긴한데

일단 아트메가 328를 다루니 MCU부터보면

MCU 회로

- ISP 다운로더 커넥터 : 커넥터로 연결하여 플래시 메모리나 EEPROM에 직접 프로그래밍하는 단자

 참조 : https://m.blog.naver.com/dododokim/221421896361

- 클럭 회로 : 수정 진동자를 이용한 클럭 발생 회로

-  ADC 전원, 전원 회로 : 코일과 캐패시터를 이용한 수동 필터로 노이즈 차단

- 입출력 포트 : PB, PC, PD  3개의 입출력 포트가 각각 8개의 핀과 헤더를 가짐.

아두이노 우노 전원 공급

- 방법 : DC 파워잭, VIN 핀, USB 전원

- 권장 입력 전압 : 7 ~ 12V

X1  DC21MM

 잊고 있었는데 강의 영상에 나오는 회로도는 우노 보드 설명 페이지의 인터렉티브 스케메틱으로 볼수 있다.

링크 :https://docs.arduino.cc/hardware/uno-rev3

- X1은 PWR JACK 2.1X5.5MM의 파워잭

잠깐 PCB를 보기 떄문에 잠깐 관련 용어를 복습좀 해야겠다.

수업듣긴 했는데 PCB는 거의 손을 놓다보니 들어도 잘모른다.

잠깐 검색해보니 눈에 잘 들어오는게 IC뱅큐의 블로그 글이라

링크 걸어놓는다.

ref : https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=icbanq&logNo=220931164321

다시 파워잭으로 돌아와

인터렉티브 뷰어로는 회로도 뿐만 아니라 PCB, 3D 형태도 같이 볼수 있다.

좌측 하단의 파워잭이 보이고 PCB 바닥면에 3개의 패드가 보이는데

파워잭의 1은 PWRIN으로 전원회로로 넘어가고, 2, 3은 GND로 넘어간다.

파워잭 다이오드

- 파워잭의 PWRIN 네트와 연결된 CGRA4007-G라는 다이오드가 있는데 1KV 1A라는 단어가 나온다.

- 허용 최대 역전압 Vpp가 1KV, 순방향 최대 전류는 1A라는 의미

- 회로도 그대로 파워잭의 PWRIN이 다이오드의 애노드와 연결되어 있다.