강의노트 기본스위칭블록

Single Pole Double Throw (SPDT) 스위치

스위치의 구조

전력변환장치의 기본 구성 요소로서 기본 스위칭 블록을 아래 그림에 나타내었다.

그림에서 위쪽과 아래쪽의 스위치는 서로 상보 위치에 있다. 즉, 위쪽 스위치가 On 상태일 때 아래쪽 스위치는 Off 상태에 있게 된다. 이 2개의 스위치는 실제로는 하나의 Single Pole Double Throw (SPDT) 스위치를 나타낸 것이다.

스위치의 존재함수 혹은 스위칭 함수(existence function, switching function)

$S_{a}$ 와 이의 상보인 $\bar{S_{a}}$ 는 스위치의 존재 함수(existence function) 혹은 스위칭 함수(switching function)라고 하고 1 혹은 0의 값을 가진다. $S_{a}= 1$은 $a$상의 위쪽 스위치가 도통(turn on)됨을 의미하고, $S_a = 0$ 은 $a$ 상의 아래쪽 스위치가 도통됨을 의미한다.

듀티비와 입력과 출력의 관계

입력측과 출력측은 다음 법칙이 성립한다.

$$D = v_\mathrm{in} i_\mathrm{in} = v_\mathrm{out} i_\mathrm{out}$$

스위치를 주기적으로 켜고 끈다고 할 때, 주기를 $T$ 라고 하고 위쪽 스위치가 켜져있는 시간을 $T_\mathrm{on}$ 이라고 하고 스위치가 꺼져 있는 시간을 $T_\mathrm{off}$ 라 하면, 듀티비 $D$ 는 다음과 같이 정의된다.

$$D = \frac{T_\mathrm{on}}{T_\mathrm{on} + T_\mathrm{off}} , \quad 0 \le D \le 1$$

위 식에서 다음과 같다.

$$T = T_\mathrm{on}+ T_\mathrm{off}$$

전압과 전류 특성

그러면 입력전압과 출력전압사이는 다음의 관계가 성립한다.

$$D = \frac{v_\mathrm{out}}{v_\mathrm{in}} \;, \quad v_\mathrm{out} = D \, v_\mathrm{in}$$

따라서, 듀티비를 조절함으로써 입력전압과 출력전압의 비가 결정된다. 위의 전력보존의 법칙에 따라 전류 관계는 다음과 같이 결정된다.

$$D = \frac{i_\mathrm{in}}{i_\mathrm{out}} \;, \quad i_\mathrm{in} = D \, i_\mathrm{out}$$

앞에서의 결과는 기본스위칭블록 회로의 왼쪽에서 오른쪽으로 전력이 전달될 경우 전압의 강하하고 전류는 반대로 증가한다.

또한 오른쪽에서 왼쪽으로 전력이 전달될 경우 전압은 증가하고 전류는 감소한다. 전력은 좌우가 동일하다는 것이다.

전력 전달 특성 정리

● 기본스위칭블록 회로의 왼쪽에서 오른쪽으로 전력이 전달될 경우 : 전압은 강하 , 전류는 증가

● 오른쪽에서 왼쪽으로 전력이 전달될 경우 : 전압은 증가, 전류는 감소

● 전력은 좌우가 동일