🔑 PWM 기본 개념
- 정의: 디지털 신호(ON/OFF)를 빠르게 반복하면서 펄스의 폭(Width)을 조절해 평균 전압이나 전류를 원하는 값으로 만드는 제어 방식.
- 핵심 변수:
- 주파수 (Hz): 1초에 펄스가 반복되는 횟수
- 듀티비 (Duty Cycle, %): 한 주기 동안 신호가 ON 상태인 비율
⚙️ 동작 원리
- 듀티비가 높을수록 평균 전압/전류가 커지고, 낮을수록 작아짐.
- 예: LED 제어 시 듀티비가 크면 밝아지고, 작으면 어두워짐.
- 모터 제어에서는 듀티비를 바꾸어 속도를 조절할 수 있음.
📌 활용 분야
- 전력전자: 인버터, 정류기, DC-DC 컨버터 제어
- 모터 제어: 속도 및 토크 제어
- 신호 처리: 디지털 신호로 아날로그 효과 구현 (예: 오디오, 조명)
- 통신: 특정 변조 방식에서 사용
🆚 Buck vs Boost PWM 차이
| 구분 | Buck PWM | Boost PWM |
|---|---|---|
| 출력 전압 | 입력보다 낮음 (강압) | 입력보다 높음 (승압) |
| 인덕터 역할 | 입력 전압을 직접 전달해 평균 전압 낮춤 | 입력 전압을 저장했다가 방출해 평균 전압 높임 |
| 벡터 합성 | 더 많은 스위칭 변수 필요 | 상대적으로 단순한 합성 |
👉 요약하면, PWM은 디지털 신호를 이용해 아날로그 제어 효과를 만드는 핵심 기술이고, 전력전자에서 Buck/Boost 같은 컨버터 방식에 따라 벡터 합성과 스위칭 순서가 달라집니다.
현대전력전자공학 4장
1. AC-DC Converter
첫 번째 이미지에서는 AC-DC Converter를 Rectifier로 기록하고 있다.
2. Diode 정류기
Diode Rectifier는 제어가 불가능한 정류기로 기록되어 있다.
이미지에서는 3상 정류기와 6펄스 정류기의 구조를 함께 그려 놓았다.
3. 3상 정류기
3상 A, B, C와 중성선 N을 기준으로 Diode를 이용해 부하에 전력을 공급하는 구조가 그려져 있다.
A ─────────────┐
│
B ──────────┐ │
│ │
C ───────┐ │ │
│ │ │
Diode Diode Diode
│ │ │
└──┴──┴─────── Load
│
N ───────────────────────┘
이미지에는 A, B, C 중 한 상씩 도통하며 120° 간격으로 반복된다는 메모가 있다.
4. 6펄스 정류기
첫 번째 이미지 하단에는 6개의 Diode를 이용하는 6펄스 정류기 구조가 그려져 있다.
A B C
│ │ │
DA DB DC
│ │ │
├────────┼────────┤
│ │ │
DA' DB' DC'
│ │ │
└────────┴────────┘
│
Load
이미지에는 위쪽 그룹에서 A, B, C 중 하나가 도통하고, 아래쪽 그룹에서도 A’, B’, C’ 중 하나가 도통한다고 기록되어 있다.
5. 위상제어 정류기
두 번째 이미지에서는 위상제어 정류기에 SCR과 Triac을 사용하는 것으로 기록한다.
6. Turn-Off 관련 메모
SCR과 Triac의 위상제어에서는 Turn-Off를 위해 시간이 필요하다고 기록되어 있다.
이미지에는 이 때문에 속도 제한과 출력 저하가 발생하는 방향의 메모가 있다.
7. 6펄스 위상제어
두 번째 이미지에는 6펄스 위상제어 정류기 구조도 그려져 있다.
A B C
│ │ │
SCR SCR SCR
│ │ │
├────────┼────────┤
│ │ │
SCR SCR SCR
│ │ │
└────────┴────────┘
│
R - L
│
Load
부하는 R-L 형태로 표시되어 있다.
8. PWM
두 번째 이미지에서는 PWM을 Buck과 Boost와 연결해 기록한다.
- Buck : 전류
- Boost : 전압
전력용 스위치로 IGBT와 MOSFET을 사용하는 메모가 있다.
9. PWM의 스위칭 변수
PWM에서는 스위치 변수를 이용하고, 스위치 상태를 표현하여 극좌표로 취급할 수 있다고 기록되어 있다.
이미지에는 시간에 따라서 스위칭 변수를 Control한다는 메모가 있다.
10. Space Vector
세 번째 이미지에서는 공간벡터를 Space Vector로 기록한다.
3상 전류 또는 전압을 직각좌표의 d축·q축 성분으로 변환하는 방향으로 정리되어 있다.
q
↑
│ I_y
│ /
│ / x
│ /
│ /____ I_x
│
└────────────→ d
11. 직각좌표 표현
공간벡터 x를 d축과 q축 성분으로 분해하여 다음 형태로 기록한다.
Ix, Iy는 스위칭 변수로 구할 수 있다고 기록되어 있다.
12. PWM과 벡터 조건
세 번째 이미지에는 필요한 벡터를 만들기 위해 여러 스위칭 상태를 조합한다는 흐름이 기록되어 있다.
13. 전압형 PWM과 Buck
이미지에는 전압형 PWM과 Buck을 연결하여 기록한다.
스위칭 변수의 합에 관한 메모도 함께 있다.
상하 스위치가 서로 반대 관계라는 메모가 있다.
14. 3상 인버터 스위치 구조
세 번째 이미지 하단에는 A, B, C 3상의 상·하 스위치가 있는 인버터 구조가 그려져 있다.
DC+
│
┌─────┬─────┬─────┐
│ │ │
SA SB SC
│ │ │
A B C
│ │ │
SA' SB' SC'
│ │ │
└─────┴─────┴─────┘
│
DC-
→ Load
15. 두 벡터 사이의 벡터 합성
네 번째 이미지에서는 목표 벡터 x가 두 인접 벡터 I1, I2 사이에 있을 때 두 벡터를 조합하는 방식으로 기록한다.
q
↑
│ I_2
│ /
│ / x
│ /
────────┼────────────→ d
│ \
│ \
│ I_1
이미지 오른쪽에는 1:9와 같은 비율 메모가 있다.
16. 최적화 관련 메모
네 번째 이미지에는 최적화하면 상·하 스위치 상태가 거의 움직이지 않는다는 방향의 메모가 있다.
17. 전압형 PWM · Boost
네 번째 이미지 하단에는 전압형 PWM과 Boost를 연결하여 기록하고 있다.
부하측 전압을 높게 충전하는 방향의 메모가 있다.
18. Boost 측 3상 스위치 구조
Boost 관련 그림에서도 각 상에 상·하 스위치가 있는 3상 구조가 그려져 있다.
DC+
│
┌─────┬─────┬─────┐
│ │ │
SA SB SC
│ │ │
V_A V_B V_C
│ │ │
SA' SB' SC'
│ │ │
└─────┴─────┴─────┘
│
DC-
│
C
│
Load
19. 상·하 스위치 동시 ON 금지
네 번째 이미지 하단에는 각 Leg의 상·하 스위치를 동시에 켜지 않는다고 기록되어 있다.
20. 이미지 내용 연결
AC-DC Converter
│
┌─────────┴─────────┐
▼ ▼
Diode Rectifier Phase Control
│ │
제어 불가 SCR / Triac
│ │
└─────────┬─────────┘
▼
6 Pulse
│
▼
PWM
│
IGBT / MOSFET
│
▼
Switching Variable
│
▼
Space Vector
│
▼
인접 Vector 합성
│
┌─────────┴─────────┐
▼ ▼
Buck Boost
21. 이미지 핵심 정리
| 항목 | 이미지 내용 |
|---|---|
| AC-DC Converter | Rectifier |
| Diode Rectifier | 제어 불가능 |
| 3상 정류 | A, B, C 상이 120° 간격으로 반복 도통 |
| 6펄스 정류기 | 상부·하부 그룹에서 각각 1개씩 도통 |
| 위상제어 | SCR, Triac |
| Turn-Off | 시간 필요 → 속도 제한·출력 저하 방향 |
| PWM Switch | IGBT, MOSFET |
| PWM | Switching Variable을 시간에 따라 Control |
| Space Vector | 3상 값을 d-q 직각좌표 벡터로 표현 |
| Vector 합성 | 인접한 두 벡터와 스위칭 상태를 조합 |
| 3상 Switch | SA/SA’, SB/SB’, SC/SC’ |
| 동시 ON | 같은 Leg의 상·하 스위치 동시 ON 금지 |
| Buck / Boost | PWM과 연결하여 기록 |