Voltage Regulator, DC Regulated Circuit   전압 조정기, 정전압 회로

1. 전압 조정기 (Voltage Regulator), 정 전압 회로 (DC Regulated Circuit)

  ※ 레귤레이터(Regulator) : (전압) 안정화기, (전압) 조정기 등으로 번역

  ㅇ `입력 전압, 출력 부하, 온도` 등의 변동에도, 일정한 `출력 직류 전압`을 유지하는 회로 장치
     - 맥동성 있는 직류 입력 전압을, 안정된 직류 출력 전압으로, 안정적 가변 공급
        . 안정된 직류 출력 공급을 하는 `DC-DC 전력 컨버터`를 일컬음

  ㅇ 보통, 
     - 전원공급장치(Power Supply)의 일부분으로 쓰이며,
     - 주로, IC(집적회로) 형태로 만들어져 공급됨


2. 전압 조정기의 특징

  ㅇ 조절되지 않은, 맥동을 갖는 dc 입력을, 입력,부하 변동에도 불구하고, 일정한 dc 출력 제공
  ㅇ 부궤환 사용  (Closed Negative Feedback Loop)
  ㅇ DC-DC 전력변환기의 일종  (DC Converter)
  ㅇ 통상, 열적 과부하를 예방하기 위해, 방열판을 붙이는 것이 요구됨  (Heat Sink, Cooling Fan)

  ※ 전압조정기의 성능 특성  ☞ 전압변동률 참조


3. 전압 조정기의 기본 구성

  ㅇ 기준 전압원
     - 항상 일정 기준 전압 제공 소자 (例: 밴드갭 기준 전압 회로)
        . 출력 전압의 안정성은, 이 기준 전압의 정확도와 안정도에 좌우됨
  ㅇ 비교 증폭기 (오차 검출기)
     - 실제 출력 전압(샘플링된 값)을 기준 전압과 비교하여, 그 차이를 증폭
        . 이 오차 신호를 제어 장치에 전달하여, 출력 전압을 원하는 값으로 조정
  ㅇ 제어 장치 (샘플링 요소 및 제어)
     - 출력 전압 일부를 피드백 받아 제어 소자를 조절하는 부분
        . 선형 전압조정기 : 제어 요소(트랜지스터)가 선형 동작
        . 스위칭 전압조정기 : 제어 요소(트랜지스터)가 스위치 동작
  ㅇ 과 부하 방지 장치 (보호 회로) 등
     - 통상, 전류 제한 회로, 온도 보호 회로, 단락 보호 회로 등이 포함됨

  ※ 3 단자 구성  :  입력 단자, 출력 단자, 접지 또는 조정 단자


4. 전압 조정기의 구분 

  ㅇ 선형 레귤레이터 (Linear Regulator)  :  선형 제어 방식 
     - 직렬형 (series regulator)  :  부하와 직렬로 연결된 트랜지스터 구조
     - 병렬형 (shunt regulator)  :  부하와 병렬로 연결된 트랜지스터 구조

        

     * (직렬,병렬 조정기에 쓰이는 트랜지스터가, 선형 영역에서 동작함)
     * IC 시리즈 
        . 78xx  :  (양 전원 고정형, xx는 정(+) 출력 전압값, 例: +5V, +6V, +8V, +9V, +10V 등)
        . 79xx  :  (음 전원 고정형, xx는 정(+) 출력 전압값, 例: –5V, –12V, –15V, –18V, –24 V 등)
        . LM317  :  (양 전원용 가변형, +1.25 ~ +37 V)
        . LM337  :  (음 전원용 가변형, +1.25 ~ +37 V)

     * 장점
        . 출력 리플이 매우 작고, 이론적으로 노이즈가 없으며, 유지 시간이 길고(1~2ms),
          응답 속도가 빠름
     * 단점
        . 매우 낮은 변환 효율 (발열이 크고, 큰 방열판 필요), 
        . 전기적 절연이 60 Hz AC 측에서만 가능, 부피와 무게가 크며, 
        . 통상 단일 출력만 가능

  ㅇ 스위칭 레귤레이터 (Switching Regulator)  :  스위칭 모드 제어 방식
     - 승압형 (Boost, Step-Up)  :  입력 전압 보다 높은 출력 전압 생성
     - 강압형 (Buck, Step-Down)  :  입력 전압 보다 낮은 출력 전압 생성
     - 반전형 (Inverting)  :  입력 전압의 극성을 반전시켜 음전압 출력 생성
     * (이 외에도 Buck-Boost, Flyback, Forward 등 다양한 토폴로지 존재)

     * (트랜지스터가, 차단 및 포화 영역 사이를 스위칭 동작함)
     * IC 시리즈
        . 78S40  :  범용 스위칭 레귤레이터 IC (Step-Up, Step-Down, Inverting 모두 가능)

     * 장점
        . 높은 변환 효율 (보통 80~95%), 작은 크기, 경량
        . 다양한 출력 전압 생성 가능 (고 전압, 저 전압, 음 전압, 다중 출력)
        . 입력 전압 범위가 넓고, 배터리 구동 회로에 유리
     * 단점
        . 스위칭 동작으로 인한 리플·노이즈 발생 (EMI 대책 필요)
        . 회로가 다소 복잡, 설계가 까다로움
        . 응답 속도가 선형 레귤레이터보다 상대적으로 느릴 수 있음