기술교육자료 _자수기 제어 부문 교육교안 중급자용.

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1 기술교육자료 _자수기 제어 부문 교육교안 중급자용

2 Content 4. Userbility 고찰 1. Introduction 2. Interface Structure
1.1 목적 1.2 개요 2.1 Main Function (wire diagram) Menu Structure Menu Interaction Button Interaction 4.1 Function 실행경로 Depth 2. Interface Structure 3. Menu Interaction 4. Userbility 고찰 5. Conclusion Made by : SWF 기술지원부 과장 황대희

3 1. Introduction

4 1. 엑츄 에이터 구동 회로 RELAY를 구동시키기 위한 회로
Relay 동작 시 Q1(2SC1623)에 흐르는 COLLECTOR CURRENT(IC)전류는 60mA가 된다. 이 경우 K1을 Switch로 동작시키기 위해서는 Q1(2SC1623)의 Spec.에 Hfe(DC current Gain)가 L4일 경우 약 90 ~ 180배 정도이므로 Base Current(IB)는 IB = 부하전류(IC)/직류전류 증폭율(hfe) = 60mA/90 = 0.67mA 이므로 Base Current(IB)는 적어도 0.67mA 이상이 되어야, Q1을 Switch로 사용하기 위한 Q-point가 과대 포화점에 있게 된다. 현재의 회로에서 Base Current(IB)를 계산해보면, IB = 5V/4.7KΩ = 2.55mA 이므로 Q1을 Switch로 사용하기 위한 Q-point가 과대 포화점에 있다고 할 수 있다. - 참고 그림 1의 회로는 INRUSH CURRENT를 방지하기 위한 회로에 RELAY를 사용한 예이다. R1,R2의 사용목적은 돌입전류(Inrush Current)를 제한하기 위하여 사용되었다. 전원이 투입 되기 전에 PN단에 병렬로 설치된 대용량 CAPACITOR는 완전 방전상태라고 할 수 있다. 이때 전원이 투입되면 CAPACITOR가 완전 방전상태임 으로 저항값이 "0"이 된다. 그러므로 PN단에 흐르는 전류는 무한대가 된다. 이렇게 되면 PN단에 설치된 소자들이 파손되게 된다. 이를 제한하기 위하여 사용된 것이 R1과 R2이다. 간단히 말하면 RELAY 접점사이에 병렬로 설치하여 초기 전원투입 시에 저항을 형성하여 전류값을 제한하게 되는 것이다. 그리고 일정시간이 경과한 뒤 RELAY가 ON되면서 전류 PASS RELAY의 접점을 통하여 연결되게 된다. R4은 Control Pin이 Open되었을 때 Base측 Bias Voltage를 잡아주기 위해 사용되었고,(보통수 KΩ이 사용됨) R3는 IB(Base Current)를 제한하기 위해 사용되었다. Q1(2SC1623)는 Switch로 사용된 NPN TR이다. 여기서의 TR은 대용량의 전류를 적은 전류로 Control 하기 위해 사용하였다.

5 Normal Solenoid Normal Solenoid
피커 및 사절 솔레노이드 구동 회로 POWER REV01 (SHK_DDC) 5/20 Page

6 동작 원리 ▒ 주요 구성품 6/20 Page 구동 신호 : PC3/PC4 의 pin 2 입력신호 (Active low)
TRIM_SOL PC3 ① PC3 PC3 ③ PC3 ④ Q9 Q9 ② T/T_OUT 대기시 H OFF L H(24V) 동작시 ON L(5.6V) ▒ 주요 구성품 구동 신호 : PC3/PC4 의 pin 2 입력신호 (Active low) * 포토 커플러 : TLP-628 단방향성의 포토 커플러 * FET : IRF644 * 다이오드 : IN4004 * 출력 신호 : Q9/Q10 의 pin 2 출력신호 (Active low) 6/20 Page

7 RELAY를 구동시키기 위한 회로......자수기 INDICATOR 보드
① U7 dsPIC4011 의 pin21에서 High 신호 발생(Active High) ② U9 MC1413 의 pin1에 High 입력 → pin16에 Low 출력 ③ SSR1 SAP-2102 의 pin1에 Low 입력 → SSR1 ON → pin3⋅4 도통!! 7/20 Page

8 ▒ 주요 구성품 * MCU : dsPIC 4011 * MC1413 : Darlington Transistor Array 즉, TR 여러 개가 묶여있는 것 이라고 볼 수 있다. * SAP-2102 : SSR (Solid State Relay)

9 ① U7 dsPIC4011 의 pin21에서 High 신호 발생(Active High)
② U9 MC1413 의 pin1에 High 입력 → pin16에 Low 출력 ③ SSR1 SAP-2102 의 pin1에 Low 입력 → SSR1 ON → pin3⋅4 도통!!

10 2. 전원 필터 1단 π-필터 전원 입력단의 노이즈 제거용 1단 π-필터 UPGRADE COMPACT SMPS 보드 회로도는 AC 전원 입력에서 NOISE를 제거하기 위해 사용한 NOISE FILTER 이다. 여기서 코일(L)과 C1, C2가 병렬로 구성된 π-필터이다. 우선 AC 전원 라인은 외부의 노이즈가 기계내로 침입 하기도 하고, 외부로 다시 유출되는 경로가 된다. 이때 발생하는 노이즈는 2가지 이다. (1) 노멀 모드 노이즈 : AC 라인간에 발생. (2) 커먼 모드 노이즈 : 양쪽 전원 라인과 그라운드 사이에서 발생. 동작 내용 L : 커먼 모드 초크 코일로 각 선로에 1개의 폐자로 Core에 동일한 인덕턴스의 코일을 반대 방향으로 감아서 전류에 의한 코아의 포화를 방지하여 저역의 커먼 모드 노이즈를 제거. C1, C2 : X-CAP으로 저역의 노멀 모드 노이즈를 제거함. C3, C4 : Y-CAP으로 고역의 커먼 모드와 노멀 모드 양방의 노이즈를 제거함. ※ 사용상 주의 사항 ① 기계의 전원 입출력 단자와 가깝게 접속하고, 필터의 입출력선은 서로 겹치지 않다록 한다. ② 노이즈 필터의 접지단자와 기계의 접지단자의 거리를 최단거리로 하여 접지하도록 한다.

11 과전압 차단장치 3. 전원 회로 과전압 차단장치 과전압 및 저전압 감지 / 차단 자수기 POWER INDICATOR 보드

12 TP1 ② ① 가변저항의 값을 조정하여 출력전압을 2V로 정확히 조정한다.
AC 전원이 입력이 되면 전압 강하 TRANS를 거쳐 브릿지 다이오드와 평활회로를 거치면약 9.9V의 DC 전압이 출력된다 그 후 ①의 전압분배 회로를 거치면 TP1에서는 0V ~ 2.9V의 전압이 출력된다. 가변저항의 값을 조정하여 출력전압을 2V로 정확히 조정한다. ②번 회로의 TL431CDR은 SHUNT REGULATOR로서 기준전압으로서의 정확한 값을 얻고자 사용하였으며 출력전압의 계산식은 다음과 같다. (R1=1.5㏀, R2=5㏀(최대)) R2의 가변저항을 조정하여 출력전압을 4V로 정확히 조정한다

13 ③ 각각의 출력값들은 ③과 같이SEN_REF를 DSPic 의 19번Pin에
입력하여 AD 변환기의 REF값으로 사용하고, AC_SENSING 은 DSPic의 26번Pin에 입력하여 AD 변환을 한다 √ AD 변환시 미세한 전압의 파동에 따라서 급변하게 변할 수 있으므로 일정시간동안 Sampling을 하고 그 횟수로 나누어 평균값을 적용한다. √ 변환된 값을 계산하여 REF 값과 비교하고 이에따라 과전압 및 저전압 여부를 판단한다. √ 과전압 및 저전압 신호가 갑지되었을 때에는 SHUNT (21번Pin)신호를 주어 ④의 SSR을 동작시킨다. √ SSR을 통해 흘러간 AC 전류는 NFB에 내장되어있는 SHUNT(전압트립장치)의 솔레노이드를 작동시켜 자동으로 전원을 차단한다.

14 4. MICOM 주변 회로 RESET회로 (7705 이용회로)
RESET회로 (7705 이용회로) POWER REV01 (SHK_DDC) 1) 기능 및 역할 본 회로는 MCU혹은 디지털 IC에 인가되는 DC전원의 초기 인가시나 혹은 동작중 DC전원의 불안정한 동작에 대해 안정적인 동작을 보증하기 위한 RESET 회로이다. 2) 기본 동작 설명 ① 전원 인가시 DDC나 혹은 SMPS에서 돌입되는 DC전원은 초기전원 부터 안정적인 전원이 발생되는 것이 아니라 전원이 해당 전위까지 상승하는 구간, OVERSHOOT 발생구간등의 불안정한 구간을 거쳐서 안정적인 전위로 도달한다. 이때 해당 IC는 DC전압이 THRESHOLD 전위까지 도달할때를 기다려 DC전원이 안정함을 확인후 출력단에 해당 신호를 보내 MCU 및 디지털 IC의 동작을 허가한다.

15 ② 동작시 동작중 DC전원을 감시하다가 비정상적인 DC전위가 DETECT시 출력단의 RESET PORT에 출력을 주어 MCU 및 DIGITAL IC등을 RESET 시켜서 불안정한 동작을 방지 시킨다. 해당 동작 SEQUENCE 및 TIMING은 [관련 이미지1-3]을 참조.

16 5. Signal 필터 R-C 필터 R-C 필터 회로를 이용 noise 제거 .....Dual 1X1 자수기 X/Y DRV

17 3. 회로 동작 설명 가) 위의 그림에서 R-C 필터 회로는 저역 통과 필터(LPF)의 용도로 사용 되었다. 특성 주파수 f는
에 의하여 구할수 있다. 나) 위의 회로에서 C_CW, X_CCW 신호는 R(1㏀), C(471p)의 필터를 통과하는 신호로 특성 주파수를 구하여 보면 와 같이 된다. 한편, X_ALARM_CLR 신호는 R(1㏀), C(103p)의 필터를 통과하는 신호로 특성 주파수를 구하면 가 되는것을 알 수 있다. 따라서 C_CW, C_CCW의 경우 338.6KHz 이하의 신호이며, 이때 LPF는 이 신호의 주파수 이하에 위에 대하여 필터역할을 하게된다. X_ALARM_CLR에 쓰인 LPF는 15.9㎑이하의 신호를 통과시키는 필터 역할을 한다. (1) 해당 신호외에 높은 주파수의 noise를 제거 하고자 할때 사용. (2) 필터를 통과하는 신호의 시간이 시정수값()내에 있도록 해야한다. 예) ,

18 Serial EEPROM 회로 (24LC04) 1) 기능 및 역할
전원 off시에도 보관이 필요한 설정값등을 저장하는 저장 매체로 사용한다. 제어를 위해 필요한 Port수가 2개로 적어서 MICOM 응용회로 설계시 많이 이용한다. 2) 기본 동작 설명 ① CHIP 제원 ❑ 저장 용량 : 4Kbit (512Byte) → (256Byte x 2) Block ❑ Interface방식 : I2C 방식 ❑ EEPROM TYPE : FLASH TYPE과 마찬가지로 전기적으로 write/erase 할수 있다. ❑ 1,000,000 erase/write cycles을 보증한다.

19 ② Timing ③ Control Byte [관련 이미지1-2] Data Transfer Timing
❑ Start Condition : SCL line이 High상태에서 SDA line이 High → Low로 전환되는 상태 ❑ Stop Condition : SCL line이 High상태에서 SDA line이 Low → High로 전환되는 상태 ❑ Data bit : 전송하려는 Data의 해당 bit를 SDA line에 출력후 SCL line을 Low → High → Low로 제어시 1bit가 Write 및 read됨. ③ Control Byte [관련 이미지1-3] Control Byte ❑ 상위 4bit : Control Code로 1010 fix 값 ❑ 하위 2bit : Block 선택 용으로 24LC04에는 2개의 Block(256X8bit)이 있다. B1,B0 : 0,0 → 첫 번째 Block B1,B0 : 0,1 → 두 번째 Block ❑ R/W bit : 1일때 Read, 0일때 Write 작업을 수행함.

20 ④ Data Write ( Data Transfer )
[관련 이미지1-4] Data byte Write (1byte) ❑ Start Condition : I2C 방식의 전송시작 조건 ❑ Control Byte : 해당 Memory Block 선택 (0 or 1 Block) , R/W bit : 0 ❑ Acknowledge: 전송후 SDA line reading시 Low로 읽히면 승인된 것으로 해당byte가 제대로 전송 된 것임. ❑ Word Address: 1개의 Block내에 0~255까지의 총 256개의 byte Address가 있음. 따라서 24LC04는 2Block을 가지므로 총 512개의 byte Address가 존재 ❑ Data Trasnfer : 해당 바이트를 첫 번째 bit부터 SDA line에 출력 시킨후 SCL 신호를 Low → High → Low로 제어하여 bit 전송함. ❑ Stop Condition: I2C 방식의 전송종료 조건 [관련 이미지1-5] Page Write (16byte) ❑ Page Write: Start Condition, Control Byte, Word Address, 첫 번째 Data 과정까지는 상위의 과정과 동일하며 그다음 Stop조건을 구성하는 대신 계속해서 Data Transfer과정을 밟으면 한꺼번에 16byte의 Data를 Writting할수 있다.

21 ⑤ Data Read ( Data Receive )
[관련 이미지1-6] 현Address Data Read ❑ R/W bit : High로 설정한다. ❑ Address 전송과정 없이 현재 pointer가 가르키는 주소의 Data를 Read할수 있다. ❑ Data Reading후에는 Write와 달리 SDA line이 High로 NonAcknowledge상태이다. [관련 이미지1-7] 해당 Address Data Read (1byte)

22 ❑ 현 Address Data Reading과정과 동일하나 Write과정과 달리 Address 전송후
다시 Start조건, Control Byte 전송과정을 거쳐 해당 Address의 Data를 Read할수 있다. [관련 이미지1-8] Page Data Read (16byte) ❑ Write 과정에서 설명했듯이 첫 번째 Data Read후 Stop조건이 아닌 동일 Data Reading과정을 거치면 16byte의 data를 연속으로 Read할수 있다. ⑥ 기술 TIP ❑ Write Cycle Time 한번 write command를 보내어 write를 하고 다시 write를 하는 경우는 끝나는 시점에서 적어도 5~10ms 정도 기다렸다가 write를 해주어야 한다. eeprom은 read시에는 3.3V나 5V를 사용하지만 write시에는 내부에서 12V를 만들어 write한다. 이때 12V를 만드는 과정이 약 5~10ms 정도 소요된다. Delay time은 반드시 지켜주어야 한다. ❑ Pull up 저항값 Pull up 저항이 높은 경우 통신 speed가 늦어질 수 도 잇다. 보통 10k 정도 사용하는데 되도록 2.2k ~4.7k 정도로 사용하는것이 무난하다. ❑ Write Protect 해당 IC의 7번핀 WP핀을 VCC에 묶으면 Writting된 Data를 보호할수 있다.

23 [관련 이미지1-1] 24C08 응용 회로 Serial EEPROM 회로 (24LC08) 1) 기능 및 역할
전원 off시에도 보관이 필요한 설정값등을 저장하는 저장 매체로 사용한다. 제어를 위해 필요한 Port수가 2개로 적어서 MICOM 응용회로 설계시 많이 이용한다. 2) 기본 동작 설명 ① CHIP 제원 ❑ 저장 용량 : 8Kbit (1024Byte) → (256Byte x 4) Block ❑ Interface방식 : I2C 방식 ❑ EEPROM TYPE : FLASH TYPE과 마찬가지로 전기적으로 write/erase 할수 있다. ❑ 1,000,000 erase/write cycles을 보증한다.

24 [관련 이미지1-2] Data Transfer Timing
❑ Start Condition : SCL line이 High상태에서 SDA line이 High → Low로 전환되는 상태 ❑ Stop Condition : SCL line이 High상태에서 SDA line이 Low → High로 전환되는 상태 ❑ Data bit : 전송하려는 Data의 해당 bit를 SDA line에 출력후 SCL line을 Low → High → Low로 제어시 1bit가 Write 및 read됨. ③ Control Byte [관련 이미지1-3] Control Byte ❑ 상위 4bit : Control Code로 1010 fix 값 ❑ 하위 2bit : Block 선택 용으로 24LC08에는 4개의 Block(256X8bit)이 있다. B1,B0 : 0,0 → 첫 번째 BlockB1,B0 : 0,1 → 두 번째 Block B1,B0 : 1,0 → 세 번째 BlockB1,B0 : 1,1 → 네 번째 Block ❑ R/W bit : 1일때 Read, 0일때 Write 작업을 수행함.

25 ④ Data Write ( Data Transfer )
[관련 이미지1-4] Data byte Write (1byte) ❑ Start Condition : I2C 방식의 전송시작 조건 ❑ Control Byte : 해당 Memory Block 선택 (0 or 1 Block) , R/W bit : 0 ❑ Acknowledge: 전송후 SDA line reading시 Low로 읽히면 승인된 것으로 해당byte가 제대로 전송 된 것임. ❑ Word Address: 1개의 Block내에 0~255까지의 총 256개의 byte Address가 있음. 따라서 24LC08는 4Block을 가지므로 총 1024개의 byte Address가 존재 ❑ Data Trasnfer : 해당 바이트를 첫 번째 bit부터 SDA line에 출력 시킨후 SCL 신호를 Low → High → Low로 제어하여 bit 전송함. ❑ Stop Condition: I2C 방식의 전송종료 조건 [관련 이미지1-5] Page Write (16byte) ❑ Page Write: Start Condition, Control Byte, Word Address, 첫 번째 Data 과정까지는 상위의 과정과 동일하며 그다음 Stop조건을 구성하는 대신 계속해서 Data Transfer과정을 밟으면 한꺼번에 16byte의 Data를 Writting할수 있다.

26 ⑤ Data Read ( Data Receive )
[관련 이미지1-6] 현Address Data Read ❑ R/W bit : High로 설정한다. ❑ Address 전송과정 없이 현재 pointer가 가르키는 주소의 Data를 Read할수 있다. ❑ Data Reading후에는 Write와 달리 SDA line이 High로 NonAcknowledge상태이다. [관련 이미지1-7] 해당 Address Data Read (1byte) ❑ 현 Address Data Reading과정과 동일하나 Write과정과 달리 Address 전송후 다시 Start조건, Control Byte 전송과정을 거쳐 해당 Address의 Data를 Read할수 있다.

27 [관련 이미지1-8] Page Data Read (16byte)
❑ Write 과정에서 설명했듯이 첫 번째 Data Read후 Stop조건이 아닌 동일 Data Reading과정을 거치면 16byte의 data를 연속으로 Read할수 있다. ⑥ 기술 TIP ❑ Write Cycle Time 한번 write command를 보내어 write를 하고 다시 write를 하는 경우는 끝나는 시점에서 적어도 5~10ms 정도 기다렸다가 write를 해주어야 한다. eeprom은 read시에는 3.3V나 5V를 사용하지만 write시에는 내부에서 12V를 만들어 write한다. 이때 12V를 만드는 과정이 약 5~10ms 정도 소요된다. Delay time은 반드시 지켜주어야 한다. ❑ Pull up 저항값 Pull up 저항이 높은 경우 통신 speed가 늦어질 수 도 잇다. 보통 10k 정도 사용하는데 되도록 2.2k ~4.7k 정도로 사용하는것이 무난하다. ❑ Write Protect 해당 IC의 7번핀 WP핀을 VCC에 묶으면 Writting된 Data를 보호할수 있다.

28 가. Buck Converter Regulation 회로
Serial EEPROM 회로 (24LC04) 1. 기능 및 역할 가. 24V SMPS 로부터 입력받아 +12V 출력 자수기 POWER REV03(TWIN_DDC) 나.+12V를 입력받아 Inverting 하여 -12V 생성 자수기 POWER REV04(DUP_DDC) 보드 가. Buck Converter Regulation 회로 【그림 1】Buck Converter Regulation 회로

29 나. Inverting Buck-Boost Regulation 회로

30 【그림 3】Inductor 값 선택 가이드 3. 회로 동작 설명
LM2576과 LM2575는 쓰임면에서 아주 흡사하며 사용되어지는 전류량에 따라서 LM2576은 최대 3A, LM2575는 1A의 출력을 갖는다. 가. Buck Converter Regulation 회로 1.STEP-DOWN SWITCHING REGULATOR - 스위칭 즉 ON/OFF의 동작만으로 입력전압보다 낮은 전압을 출력하는 방식. on/off 를 평활해 주기 위해 L,C필터를 달아주어야 하고 off시 L에 발생되는 역기전력을 다시 C에 충전시켜 주기 위해 다이오드를 달아 주어야한다. 2. 각 소자값의 선정 ① Inductor 【그림 3】Inductor 값 선택 가이드

31 -> 76.12(V∙us)와 사용 최대 전류 값인 3A가 만나는 구간은 L100이다. => ∴100uH
따라서 -> 76.12(V∙us)와 사용 최대 전류 값인 3A가 만나는 구간은 L100이다. => ∴100uH ( L100은 제조사 파트 번호이고 이는 100uH를 말한다. ) ② Cout 리플 전압까지 수용하기 위해 회로는 1000uF / 50V 사용 ※ 10uF ~ 2200uF 의 값을 사용하는 것이 안정적. ※ CAPACITOR의 내압은 V 보다 적어도 1.5배는 커야한다. ③ Zenner Diode 【표 1】Diode 선택 가이드

32 DIODE의 전류 용량은 최대부하 전류보다 적어도 1.2배 큰 것을 선택하여야 하며,
POWER REV03(TWIN_DDC)회로 에서는 “MBR360"을 선택하여 사용한다. ④ Cin : 회로의 안정적인 동작을 위해 REGULATOR의 INPUT PIN은 적어도 100uF의 전해 CAPACITOR 가 필요하고 INPUT PIN에 최대한 가깝게 위치시켜야한다. 나. Inverting Buck-Boost Regulation 회로 1. 각 소자값의 선정 ① CIN : 회로의 안정적인 동작을 위해 REGULATOR의 INPUT PIN은 적어도 100uF의 전해 CAPACITOR 또한 Buck-Boost Inverting Regulator는 초기 기동시 많은 양의 전류가 필요한데 CIN이 이에 필요한 부분적인 전류를 공급한다. ② COUT : 출력단 CAPACITOR는 Buck Converter 회로보다 더 큰 용량의 CAPACITOR를 요구하며 낮은 입력전압 또는 높은 출력 전류를 사용할 시에는 수천 uF의 CAPACITOR를 사용하여야 한다. ③ L1 : 일반적으로 사용되는 Inductor의 값은 68uH에서 220uH를 사용하며 최대 인덕터 전류에 따라 값이 결정된다. POWER REV04(DUP_DDC) 회로에서는 100uH를 사용한다. ④ Zenner Diode : 【표 1】을 참조하여 선택하며, POWER REV04(DUP_DDC)회로에서는 1N5819를 사용하였다. 2. 주의사항 ① 회로 설계시 입력전압과 출력전압의 합이 40V를 넘지 말아야 한다. 따라서 우리가 사용하는 회로에서 출력이 -12V이므로 최대 입력 전압은 28V가 된다. 4. 주요 구성품 * 입력 전원 : +24V, +12V * Regulator : LM2576-5, LM * Inductor : 100uH * 다이오드 : MBR360,IN5819 * 출력 전원 : +5V, -12V

33 【그림 1】소두 E 시리즈 자수기 Half Turn 회로
Photo Sensig 회로 Photo Sensig 회로 (Half Turn Sensor) 자수기 Color Change 보드 Photo Sensig 회로 (XY Limit Sensor) 자수기 Back Plane 보드 【그림 1】소두 E 시리즈 자수기 Half Turn 회로 그림 2】GP1S51V BLOCK DIAGRAM

34 【그림 3】Photo Sensor 회로 구동 원리

35 【그림 1】SB 자수기 근접 Sensor 및 Wiper Return Sensing 회로
근접 Sensig 회로 자수기 JOINT 보드 3. 회로 동작 설명 【그림 1】SB 자수기 근접 Sensor 및 Wiper Return Sensing 회로 * 근접 SENSOR : TL-W1R5MC1 [OMRON] 【그림 2】TL-W1R5MC1 Sensor BLOCK DIAGRAM

36 【그림 3】근접 Sensor 회로 구동 원리 4. 주요 구성품 * 근접 센서 : TL-W1R5MC1 [OMRON] * 포토 커플러 TLP : 단방향 포토 커플러

37 Hall Sensig 회로 .......자수기 Needle Position 보드
【그림 1】코일링 6두 자수기 Hall Sensing 회로

38 3. 회로 동작 설명 * Hall Sensor : 자기장(자석)의 변화를 감지해서 동작할 수 있는 트랜지스터.

39 【그림 3】Hall Sensing 회로 구동 원리

40 DC to DC Step Down Converter(24V → 5V, 12V, 12.5V) ...... 자수기 POWER DDC 보드
3. 회로 동작 설명 가. 입력․출력부의 Capacitor(C1, C7, C2, C8)는 고주파의 리플전류를 차단하기 위해 낮은 임피던스의 Capacitor를 사용하여야 한다. 만약 C2에 높은 임피던스의 Capacitor를 사용한다면 낮은 온도에서 Switch Waveform이 비정상적일 수 있으며, Film 또는 탄탈 Capacitor를 사용하면 비정상적인 발진을 야기할수 있다. 우리가 사용하고 있는 회로에는 C2에 전해 Capacitor를 사용하고 있으며 C1은 100uF/50V를 사용한다. 나. D1에는 반드시 Schottky Diode를 사용하여야 한다. 다른 Type의 Diode를 사용하면 순방향 Spike성 전압 또는 역전류, 또는 IC의 전력손실을 증가시키며 IC의 파손도 일어날 수 있다. 다. 출력 전압은 R2와 R3에 의해 정해지며 식은 다음과 같다. 【그림 2】 Typical DC TO DC Step Down Converter 회로

41 * Switching Regulator : SPI-8101A(SanKen)
5.6KΩ = (5V - 1V)/(1V/R3) R3 = 1.4KΩ 위와 같이 5V의 출력을 원할 때 R3에는 1.4KΩ의 저항이 필요하다. 하지만 우리의 회로에서는 정확한 전압을 얻고자 2KΩ의 가변저항을 이용하여 전압을 셋팅한다. 라. IC의 동작범위는 다음 표1과 같다. 4. 주요 구성품 * Switching Regulator : SPI-8101A(SanKen) * Schottky Diode : SPB-G56S(SanKen) * VR : 500Ω(12V), 2KΩ(5V) * Inductor : 47uH / 3A

42 R-C-D 필터 회로를 이용 noise 제거 및 스위칭 ..... Chenille Control B/D

43 가) 위의 그림에서 표시한 R-C-D 필터 회로는 R-C저역 통과 필터(LPF)와 스위칭용 다이오드 결합 회로로
3. 회로 동작 설명 가) 위의 그림에서 표시한 R-C-D 필터 회로는 R-C저역 통과 필터(LPF)와 스위칭용 다이오드 결합 회로로 구성되었다. LPF의 특성 주파수 f는에 의하여 정해진다. (2) 필터를 통과하는 신호의 시간이 시정수값()내에 있도록 해야한다. 나) 위의 회로에서 F_PWM_A PWM신호의 R(1㏀), C(102P)의 필터를 통과시 특성 주파수를 구해 보면 와 같이 된다. F_PWM_A 신호는 159.1KHz 이하의 신호로써 LPF를 통하여 특성주파수 이상의 주파수는 여과된다. 그리고 LPF와 병렬로 구성된 다이오드(1SS294(A9))는 고속 스위칭용으로써 신호의 역회복 시간을 단축 시킴으로써 신호의 Delay Time을 단축 시킨다. 일반적으로 고속 스위칭용으로는 쇼트키 다이오드를 사용한다. 이유는 4~5W 정도의 저전력에 고속 스위칭이 가능하기 때문이다. 다) 적용 조건 (1) 해당 신호외에 고주파수의 noise를 제거 하고 신호가 고속 스위칭이 가능하도록 할때 사용. 4. 주요 구성품 * 필터 통과 Signal : F_PWM_A * 저항 : 1㏀ * 캐패시터(C) : 102P * 다이오드(D) : 1SS294(A9)

44 PTC를 이용한 과전류 보호 회로 .......자수기 Color Change 보드
3. 회로 동작 설명 * PTC : 티탄산바륨계(系) 도자기로 전류가 흐르면서 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지(단락시킴)는 반도체소자이다. 즉, 전원단에 직렬로 연결하면 전류값이 상승할 때, 회로를 차단해서 뒷단의 소자나 모터 등을 보호할 수 있다.

45 【그림 2】Raychem의 PTC 사양서 * Color Change 보드에 적용된 RXE300은 10A의 전류가 10초 흐르면 전원을 차단한다!!

46 가.+12V를 입력받아 5V 생성 ...... 자수기 THSB REV9.2(SB) 보드
전원 레귤레이터 회로 가.+12V를 입력받아 5V 생성 자수기 THSB REV9.2(SB) 보드 가. 7805를 이용한 Regulation 회로 【그림 1】7805를 이용한 Regulation 회로

47 3. 회로 동작 설명 가. 7805는 비교적 적은 전류가 사용되어지는 회로 내에서의 DC to DC Regulation 소자로 사용되며 최대 출력전류는 1A 이다. 나. 78XX에서 XX는 출력 전압을 나타내며, 위의 회로에서 사용된 것은 5V 출력을 갖는다. 다 자체만 연결을 해도 동작하는 데에는 무리가 없지만 입력단과 출력단에 47uF과 104p 의 콘덴서를 연결한 이유는 노이즈나 리플전압을 없애기 위해 추가되어진 것이다. 라. 최대 허용 입력 전압 및 동작온도는 다음과 같다. 【표 1】78XX소자 최대 허용값 4. 주요 구성품 * 입력 전원 : +12V * Regulator : MC7805CTG * Capacitor : 47uF(전해), 104p(세라믹) * 출력 전원 : +5V 마. 위의 회로는 12V를 5V로 Down 시키는 회로로서 7805 소자는 변환된 만큼의 에너지를 열로서 방출을 하므로 원활한 동작을 위해서는 적정용량의 방열판을 함께 사용하는 것이 좋다. (Thermal Overload Protection 기능 내장)

48 가변저항을 이용하여 Micom이나 AD Converter의 AD Reference 전압을 인가시켜주는 회로
1) 기능 및 역할 가변저항을 이용하여 Micom이나 AD Converter의 AD Reference 전압을 인가시켜주는 회로 [관련 이미지1-1] 가변 저항 조정 AD Reference 회로

49 R96번 저항은 Volume저항을 0옴에 조정시 전원과 gnd의 Short 방지를 위함.
2) 기본 동작 설명 ① MCU PORT ❑ Vref+/RA10 port : Micom에 내장된 AD Converter의 + Reference전압을 인가시키는 port ❑ Vref-/RA10 port : Micom에 내장된 AD Converter의 - Reference전압을 인가시키는 port ② 가변저항 조정회로 ❑ 조정 범위 : 4.11V ~ 4.99V [관련이미지1-2]의 회로에서는 Ref Setting 전압을 4.7V로 Setting하므로 R127번의 4.7K 저항을 삽입하여 조정범위를 좁게 설정하여 보드 양산시 Setting을 수월하게 함. [관련 이미지1-2] 기본회로 ▷ 관련 이미지 1-2의 회로는 조정범위가 0~5V임. R96번 저항은 Volume저항을 0옴에 조정시 전원과 gnd의 Short 방지를 위함. ❑ AD 사용 전압 : [관련 이미지1-1]의 회로에서는 0V~4.7V 사용함.

50 ③ AD 변환값 ❑ 8 bit AD Converter의 경우 : 0V~4.7V의 analog 전압값이 0~255의 digital 값으로 사사오입되어 return됨. ❑ 10bit AD Converter의 경우 : 0V~4.7V의 analog 전압값이 0~1023의 digital 값으로

51 AD Reference 회로 (정전압 IC 이용회로)

52 1) 기능 및 역할 정전압 IC를 이용하여 Micom이나 AD Converter의 AD Reference 전압을 인가시켜주는 회로 2) 기본 동작 설명 ① MCU PORT ❑ AN0/Vref+/RB0 port : Micom에 내장된 AD Converter의 + Reference전압을 인가시키는 port ❑ AN1/Vref-/RB1 port : Micom에 내장된 AD Converter의 - Reference전압을 인가시키는 port ② TL431A IC를 이용한 정전압 회로 ❑ 전압 Setting [관련이미지 1-1]의 회로에서 VR1을 조정하여 Test Point1의 전압을 4.7V에 맞춘다. Micom(DSPIC30F4011) 내장 AD Converter의 AD사용전압은 0~4.7V 가 된다. ❑ TL431A IC Specification ▷ Programmable Shunt Regulator ▸ 입력 가능 전압 : Max 36V ▸ 출력 전압 : Vref~36V ( Vref : 2.495V ≅ 2.5V ) ▸ 출력 전류 : 1mA ~ 100mA

53 [관련 이미지1-2] TL431A Symbol [관련 이미지1-4] TL431A를 이용한 정전압 회로 [관련 이미지1-3] TL431 내부 BLOCK Diagram

54 ▸ R1, R2 값에 의해 출력전압(Vo)의 값이 정해짐.
❑ 회로 설명 ▸ R1, R2 값에 의해 출력전압(Vo)의 값이 정해짐. ▸ R1: 1.5KΩ, R2 : 1.7KΩ의 값을 가질때 출력전압은 아래와 같이 구해진다. ▸ R3 : 출력 전류 제한용 저항 부하의 허용 전류 용량이 TL431A의 최대 허용 전류값(100mA)를 넘지 않도록 전류를 제한하는 목적으로 사용한다. 보통 부하에서 필요로하는 전류보다 좀더 여유있게 흐르도록 R3저항값을 설정한다. 100Ω 삽입시 아래의 OHM의 법칙에 의해 회로에 흐르는 전류는 50mA만 흐르도록 제한된다. ③ AD 변환값 ❑ 8 bit AD Converter의 경우 : 0V~4.7V의 analog 전압값이 0~255의 digital 값으로 사사오입되어 return됨. ❑ 10bit AD Converter의 경우 : 0V~4.7V의 analog 전압값이 0~1023의 digital 값으로

55 [관련 이미지1-1] ZENER DIODE를 이용한 AD Reference 회로 1) 기능 및 역할
ZENER DIODE를 이용하여 Micom이나 AD Converter의 AD Reference 전압을 인가시켜주는 회로

56 [관련 이미지1-2] ZENER DIODE 2) 기본 동작 설명 ① MCU PORT
❑ Vref+/RA10 port : Micom에 내장된 AD Converter의 + Reference전압을 인가시키는 port ❑ Vref-/RA10 port : Micom에 내장된 AD Converter의 - Reference전압을 인가시키는 port ② ZENER DIODE ❑ 동작 개요 ▷ 구조 : pn 접합형 규소 다이오드에 적정한 역바이어스를 걸어서 사용하는 구조의 다이오드 [관련 이미지1-2] ZENER DIODE ▷ 동작 : 전압이 낮은 경우에는 역방향 전류는 거의 흐르지 않고 어떤 전압 VZ에서 갑자기 흐르는데, 이 현상은 터널 효과와 전자 사태에 의한 것이다. 이 현상은 pn 접합부가 줄열 등으로 파괴되지 않는 범위(한계)내에서 사용하면 원래대로 계속해서 다이오드로 사용할 수 있다. 제너다이오드가 이와같은 작용을 하는 이유는 avalenche 현상과 zener effect로 설명할수 있는데, ▸ Avalenche현상 : 전압이 증가하면 다이오드 내부의 전자가 전압을 이기지 못해 한 개가 튕겨나가면서 다른 전자도 같이 튕겨내게 되어 순식간에 눈사태처럼 전자가 튕겨 나가는 일반적인 다이오드에서 일어나는 현상으로 보통 수십~수백 Volt가 걸릴때 일어나는 현상인데 소자가 파괴되는 것을 의미하는 건 아니고 일시적인 물리현상 이라 전압을 낮추면 다시 원래대로 동작하게 된다. ▸ zener effect : 전압이 증가하면 낮은 전압에서(수~수십 volt) 양자터널효과라는 것이 발생하게 된다. 즉, 전자가 이동할 수 있는 일정한 통로가 만들어 지는 것이다. 그리고 전압이 일정하게 유지되는 이유는 V=I/R의 식에서 본다면 V가 일정할 때 I가 커져도 R이 감소하면 V는 일정해 진다. 제너 다이오드가 일정한 전압을 유지 할 수 있는 이유는 이것 때문이다. 전류가 커지면 전자가 빠져나갈 수 있는 통로가 넓어져서 그만큼 저항 요소가 감소하기 때문에 일정한 전압을 유지할 수 있다.

57 ▷ 용도 : 정전압 회로에 사용됨. ❑ 기본 회로 [관련 이미지1-3] 기본 회로
부하 RL 에 인가되는 전압(VL)은 ZENER DIODE의 역방향 Break Down 전압(VZ)에 의해 결정됨. ❑ TVS DIODE와의 비교 기본구조와 동작은 동일하다. 단지 TVS diode는 순간적인 서지를 억제하는 것이 그목적이기 때문에 전류용량이 높고, 스위칭 속도가 빠르다. 그에 비해 제너다이오드는 연속적인 약전류 제어이고 온도에 따른 전압특성, 잡음특성등이 TVS보다는 좋다고 할 수 있다. 동작및 구조는 같다고 해도 실제 서로 호환하기는 힘들다. 보통 제너의 경우 과전류가 흐르면 쇼트가 되기 떄문이다. 제너는 과전류시 쇼트가 되는 것이 주변회로를 보호하기 때문에 이렇게 제작된다. ③ AD 변환값 ❑ 8 bit AD Converter의 경우 : 0V~4.7V의 analog 전압값이 0~255의 digital 값으로 사사오입되어 return됨. ❑ 10bit AD Converter의 경우 : 0V~4.7V의 analog 전압값이 0~1023의 digital 값으로

58 【그림 1】KBPC3510을 이용한 정류회로 3. 전 원 회 로 ❑ 세부항목 : Bridge 회로 1. 기능 및 역할
가.AC를 DC로 정류 자수기 SD-MMD REV19(14TH-DIR) 보드 2. 회로도 4 1 3 2 5 【그림 1】KBPC3510을 이용한 정류회로

59 【그림 2】브리지 정류회로의 출력 맥류 3. 회로 동작 설명 가. 회로의 구성 1. 보호 회로 2. CLC 필터 회로
3. Bridge 정류회로 4. 평활 회로 5. Inrush 방지회로 나. 회로 동작 1. ①번과 ②번의 회로를 거쳐 들어온 AC 전기는 ③번 Bridge 다이오드를 거치면서 다음과 같이 정류된다. 【그림 2】브리지 정류회로의 출력 맥류

60 4. ⑤번은 최초 기동시 Capacitor의 순간 Short로 인한 Inrush가 생기는데 이를 막기위한 보호회로이다.
이런 파형을 맥류라 한다. 즉 220V 60Hz의 입력이 거치게 되면 전압은 e*220V = 310V 가 되고 주파수는 120Hz가 된다. 3. 브릿지 회로르 거친 맥류 출력은 다시 ④번의 평활 회로를 거치는데 이는 Capacitor를 거치면서 지속 적으로 충․방전을 반복하면서 전압의 변화를 최소화 하여 리플파형으로 변환시켜준다. 평활회로를 거치면 출력은 다음과 같다. 【그림 3】평활회로의 출력 리플파형 4. 주요 구성품 * 입력 전원 : AC220V * Bridge Diode : KBPC3510 * Capacitor : 390uF/450V(전해) * 출력 전원 : DC310V 4. ⑤번은 최초 기동시 Capacitor의 순간 Short로 인한 Inrush가 생기는데 이를 막기위한 보호회로이다. 5. 평활회로를 거쳤다고 해서 순수한 DC전압이 된 것이 아니라, 이후에 Regulator 사용등의 정전압 회로 를 거쳐야 우리가 흔히 쓰는 DC 전압을 얻을 수 있다.