TSAL 저항값 선정 과정

1)    TSAL: 정확한 저항값 계산 및 레퍼런스 값 설정

저항은 임의로 설정했던 값과 비슷하게, 표준저항값 표를 참고하여 결정하였다. 또한 비교기 레퍼런스 전압은 12V DC-DC 절연형 컨버터에서 전압분배를 통해 비교기 소자 내에서 HV와 LV전원이 전기적으로 절연될 수 있도록 할 예정이다. (MUS-1212소자 주문)

레퍼런스 전압은 5.0V에 거의 일치하도록 계산하였다. 5V로 값을 선정한 이유는, LM393소자의 특성 때문이다. VCC의 1/2정도의 레퍼런스 값에서 가장 잘 동작한다고 한다. 우리 VCC는 12V이므로, 5~6V가 적절하다. (위 정보는 선배들이 실험을 통해 얻은 것이라고 한다…)

	정보	60V인가 시	350V인가 시
V+	HV 입력전압	5.011V	29.226V
V-	레퍼런스 전압	5.053V
Vout	비교기 출력 전압	16.259mV	10.468V
Iout	비교기 출력 전류	61.423nA	1.471mA

 

 

LM393 데이터시트에 의하면, 공급 전압의 최대값은 36V이다. 350V인가 시 최대전압이 29.226V까지 나오기 때문에 이 정도는 무리 없다고 판단했다.

 

 

 

2)    소자별 전력 계산 및 저항 규격 설정

SMD 칩 저항 크기별 전격전력 표를 참고하였다. 규격이 1206보다 더 작아지면 납땜이 매우 힘들다고 한다.. 따라서 1/4W~1/2W 사이에서 선택하고자 했다. 주로 전력 마진은 200~300%로 둔다고 알고 있고, 정격 전력보다 실제 동작 전력이 매우 작은 것은 문제가 되지 않기 때문에, 전체적인 회로의 전력을 0.05W정도로 매우 낮게 낮추고 소자는 1206 규격으로 통일하기로 했다.

 

 

위 사진은 선정한 저항값이 포함되어 있는 회로이다.

원래는 510k와 390k가 900k짜리 저항 1개였는데, 전력이 너무 커지는 문제가 있어서 두 저항의 직렬연결로 변경하였다.

 

60V	저항	510k	390k	82k
	정보
	W	0.0019W	0.0015mW	0.0003W
	저항	33k	24k	6.8k
	정보
	W	0.0015W	0.0011W	엄청 낮음
	규격	1206 (1/4W=0.25W로 통일)
350V	저항	510k	390k	82k
	정보
	W	0.065W	0.049W	0.010W
	저항	33k	24k	6.8k
	정보
	규격	1206 (1/4W=0.25W로 통일)

 

각 소자의 전력은 350V를 인가했을 때, 0.065W를 넘지 않도록 했다. 최댓값인 0.065W일 때 300%마진을 잡으면 전력 규격 0.19W인데, 이 값도 0.25이하이기 때문에 1206 규격에 적합하다.

 

 

3)    Pspice시뮬레이션 – 저항별 전력

 

<전체 회로>

 

바로 직전 표에 의하면, 모든 저항들 중 최대의 전력이 소비되는 경우는 350V(가장 높은 전압)일 때 510k 저항에서 소비되는 전력으로, 65mW정도였다. 계산한 값만큼 전력이 소비되는 게 맞는지를 확인하기 위해 Pspice시뮬레이션을 실행시켜보았다.

 

<회로 사진>

 

<그래프 사진>

연두색과 주황색 그래프를 보면 알 수 있듯이, HV와 가장 가까운 쪽의 직렬 연결된 두 개의 저항은 350V인가시 최대 65mW, 49mW의 전력이 소비되는 것을 그래프로 확인하였다. 추가적으로, 하늘색 그래프에 의하면 60V에서 비교기 출력이 토글됨을 알 수 있다.

 

1)    Pspice시뮬레이션: output Voltage 시뮬레이션

 

비교기 입출력

그래프의 의미는, x축은 0~350V까지 변화하는 HV 전압원이고, Y축은 그에 따라 60V를 기준으로 나머지 소자에 의한 출력값들을 나타낸다. DC sweep모드로 pspice시뮬레이션을 실행한 결과, 60V를 기준으로 비교기가 잘 동작함을 알 수 있다.

그러나 한 가지 문제점이 있는데, LM393의 Vcc에 12V를 인가하였음에도 불구하고(연두색 스코프) OPamp의 HIGH 출력이 12V가 아닌 5V로 나왔다는 것이다.