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자유게시판
ㆍ작성자 이시영
ㆍ작성일 2017-06-26
ㆍ조회: 177       
ㆍIP: 175.xxx.222
Choke input filter와 Critical inductance(1)
 안녕하세요?
그동안 밀린 일들 하느라 게시판에 글을 올리지 못했습니다.

오늘은 choke input filter의 동작에 관해 이야기 해보고자 합니다.

 오디오기기는 일반적으로 정류기(정류관,반도체diode..)를 이용해 교류를 맥류로 만든 후
이것을 inductor나 capacitor를 이용해 ripple성분을 필터링하여
거의 직류에 가까운 전압을 만들어 이용합니다.

이 filtering 방법중 초크 인풋이라는 방식이 있는데 
<그림1>처럼 정류기 후 filtering 소자로 
inductor가 (swinging choke 라고도 함) 오는 것입니다.
 





 choke input filter의 가장 큰 특징은 정류기에 흐르는 전압,전류의 파형이 
sine파의 상측 파형을 그린다는 것입니다.
 결과적으로 <그림2>의 맥류파형을 가집니다.
 
위의 파형을 푸리에 급수로 표현하면 <그림2>에 써 놓은 수식으로 전개 됩니다.
즉 직류값과 2차,3차,4차...항의 정현파들의 합성값으로 구성됩니다.
 
 만약 정류 소자의 전압 강하가 작고(예;반도체 다이오우드) 
인덕터와 전원 트랜스포머의 직류 저항치가 작은 회로가 있고
이때 전원트랜스의 출력교류 피크값이 Vm"라 하면
위 푸리에 급수의 각 항의 Vm를 Vm"로 대치 하여도 실제와 유사한 결과가 나옵니다.
즉 출력 DC값은 푸리에 급수 첫 항 2Vm"/ㅠ 입니다.
우리가 통상적으로 사용하는 rms 값으로 변형하면 약 DCout=0.9Vrms" 입니다.
 
 
 
 
 
 이 회로의 DC filtering 동작을 보도록 하겠습니다. 

 
인덕터는 직류에 대해서 이론적으로 0(zero), 캐패시터는 무한대의 임피던스를 가집니다.
그래서 푸리에급수의 1차 항의 요소인 직류는 인덕터의 저항과 부하에 분산되어 나타납니다.
부하에 걸리는 전압값은 간단히 저항 분압으로 계산할 수  있습니다.  
        
         V'dc=Vdc(R inductor)/ (R inductor+R load)
 




 다음은 교류 성분의 동작을 보겠습니다.
기본적인 동작은 <그림4>와 같습니다
120Hz와 그 이상의 주파수에서 캐패시터의 임피던스 값을 
부하의 직류저항 값보다 충분히 작게하면
부하와 병렬 연결된 캐패시터에 교류성분이 거의 걸립니다.
통상적으로 인덕터의 직류저항치를 무시하면
<그림4>를 <그림5>로 간략화 할 수 있습니다.





 <그림5 >에서 인덕터의 임피던스를  캐패시터의 임피던스보다
아주 크게 설계를 하면 대부분의 교류성분은 인덕터에 존재하게 됩니다.
캐패시터에 존재하는 리플성분 중 많은 부분을 차지하는 
120Hz의 리플성분을(정현파) 정량화 해보면 아래 <식1>으로 나타 낼수 있습니다.
    
(이 게시판이 수식을 세밀하게 나타낼 수 없어서 그림 파일로 대체합니다.)
* 표시는 전원 주파수 60Hz의 경우임 *
 




부하에 걸리는 직류에 대한  교류 성분의 비인 리플팩터는 <식2>으로 나타 낼 수 있습니다.
 
 
 
 
 
지금까지 전개된 식들을 분석해보면 
초크인풋 필터는 부하와는 상관없이 일정한 ripple값을 가지고 있습니다.
이것을 다른 면에서 보면 부하의 변동에 따른 직류값의 변동이 없다는 말입니다.
(엄밀하게는 전원트랜스의 레귤레이션,인덕터의 직류저항 값에 영향을 받습니다)
 
 앰프의 경우 부하의 값이 계속적으로 변하는 
AB1, AB2, B class에  리플이 거의 없는 DC전압과, 
변동하는 부하에 전력을
원활하게 공급하는 장점을 가지고 있습니다.
 
 일단 오늘은 여기까지 올리고 임계인덕턴스에 관해서는  
빠른 시일내로 이 글에 이어 붙여 이야기하도록 하겠습니다.

 다시 뵙겠습니다.
그럼 좋은 시간 되시길 기원 드립니다.

감사합니다. 
이시영
다다사운드랩
dadasound@naver.com


(본문의 그림과 식은 www.faculty.edu의  ppt를 참고하여 오류수정 및 변형한 것임을  전합니다.)

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