[소개] Simple Discrete LDO with a P-ch. MOSFET

.
[소개] Simple Discrete LDO with a P-ch. MOSFET - 신정섭

엊그제 자유게시판에 소개했던 LDO를 약간 수정하여 다시 올립니다.
그 글은 다음의 링크를 참고하세요.
http://www.has.pe.kr/bbs/view.php?id=top_free&no=2081

테스트를 위해 급한 마음에 사진처럼 하드와이어링으로 만들어도 보았는데 충분한 실험은 하지 않았으나 LDO로 잘 작동함을 보았습니다.

정전압 전원부는 마치 수도관과 비슷하다고 볼 수 있을 것입니다.

물을 일단 공급하기 위한 펌프(트랜스)가 있어야 하고 배관들(정류회도 등)을 거쳐 수도꼭지(레귤레이터)로 나옵니다.

물론 강력하고 안정적인 물줄기를 원한다면 펌프도 튼실해야 하지만,
배관이나 수도꼭지에서의 저항이 적어야 하고,
특히 중간에서 물이 많이 새면 안됩니다.
물이 많이 새면 좀더 강력한 펌프를 써야 하니까요.

정전압장치로 설명하면,
일단 트랜스 직후의 정류 다이오드에서의 VF로 인해 전압강하가 발생합니다.
물론 정류회로의 구성에 따라서 그 양이 틀려지기도 하지만,
일단 정해진 회로에서는 일반 정류다이오드 보다는 쇼트키 다이오드와 같이 VF가 작은 다이오드를 사용하면 전압손실을 줄일 수 있습니다.

또한 LM317이나 LM78xx 와 같은 정전압 레귤레이터에서도 전압손실이 있습니다. 경우에 따라 다르지만 약 2V 내외라고 보시면 됩니다.
즉 예를들어 LM7812를 이용해 12V를 얻으려면 LM7812 입력으로는 최소한 14V 이상 주어야 함을 의미합니다.
그러므로 14V이상의 입력을 주면 출력값과의 전압차이인 2V 이상은 레귤레이터에서 열로 방출됩니다.

LDO (Low Drop Out) 전원은 그 전압강하가 작은 경우를 의미합니다.

위 회로는 P-channel MOSFET을 써서 LDO를 구성한 것인데,
전반적으로는 일반적인 정전압회로의 기본적인 간단구성에 LDO를 위해 특별히 P-channel MOSFET을 사용한 점이 특징입니다.

그 핵심은,
MOSFET이 동작되려면 Vgs가 4V 내외가 되어야 하지만,
이 경우에도 전압강하가 되는 Vds는 1V 미만으로 유지될 수 있다는 점입니다.
재미있는 것이 P-channel MOSFET을 하면 Drain 전압(Vd)가 Gate 전압(Vg)보다도 높게 할 수 있기 때문에 LDO로 구성할 수 있습니다.
이것이 P-channel FET로 LDO를 만드는 많은 회로들의 기본 개념입니다.

자유게시판에서도 말씀드렸듯이 이 원래의 기본회로는 몇달전 해외포럼에서 본 것인데 현재 불행히도 그 원출처의 링크를 찾을 수 없습니다. (Head-fi 였던 것 같은데...)
혹시 아시거나 발견하신다면 아래 메모글로 알려주십시요.

*** 추가 (2004.8.12)  *******

어렵게 원래의 글을 찾았습니다.
참고하시기 바랍니다.
아래 링크에서 6번째 이하의 글입니다.

http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?s=&threadid=32684

*****************************

하여간,
제가 아는바가 적고, 친절한 설명에도 소질이 없어서 구체적으로 말씀을 드리지는 않지만 위 회로를 꼭 연구하셔서 그 동작 원리를 파악하시길 강추합니다.
간단하지만 무척 유익하고 재미있습니다.
다른 정전압 장치들도 그 기본 개념은 이것과 엇비슷합니다.
여기서나 다른 곳에서 소개된 거의 대부분의 정전압 회로나 317이니 78xx 와 같은 레귤레이터 IC 들도 이와 유사한 기본 구성에 좀더 정교하고, 안전하고, 복잡하게 구성한 것 뿐입니다.
단, 여기서는 P-channel MOSFET의 특성을 이용하여 LDO가 가능하게 된 것이고요.

한편, 위 사진처럼 하드와이어링으로 작게, 그리고 가변저항등은 생략하고 고정저항으로 만들어 테스트 해보았습니다. (물론 TR과 MOSFET과는 떨어져 있고요.)
실제 부하를 걸면서 실험은 못하고 그냥 무부하에서 입력전압을 점점 낮추어 가면서 출력 정전압이 언제부터 떨어지는가 관찰하였더니 전압강하가 0.5V 미만으로도 정전압을 유지하고 있었습니다.

그러므로 쇼트키 다이오드를 이용한 정류와 이러한 LDO 회로를 이용한다면 기존에 비해 트랜스의 전압이나 용량에서 분명한 절약이 있을 수 있습니다.
예를들면 기존의 정전압 장치 이용시 18V의 트랜스가 필요했다면 이런식의 구성에선 15V의 트랜스로도 대략 가능할 것입니다.


제작시의 Comment
==================
- 5K 저항대신 약 3~5 mA 정도의 CRD로 바꾸시면 보다 안정적인 출력을 얻을 수 있습니다.

- 1K 저항은 안전을 위해 넣었습니다. 가변저항에서 과전류 흐르는 실수를 하지 않을 자신이 있는 분들은 1K 저항을 생략하셔도 됩니다.

- 반고정 저항대신 고정저항으로 원하는 출력전압을 지정할 수 있으나 그때의 고정저항값은 그냥 암산으로 계산되지는 않고 계산기가 필요할 것입니다. 왜냐하면 TR에서 흐르는 전류를 고려해야 하기 때문입니다.

- 또는 3K 저항 자리에 원하는 전압의 제너 다이오드를 사용하고, 반고정 저항을 생략하여 고정 전압을 얻는 방법도 있습니다. 이 경우 최종 출력 전압은 대략 사용한 제너의 전압 + 5V 가  될 겁니다.

- IRF9530이나 2N2222 등을 사용한 것은 그것이 우리네에겐 가장 흔하고 저렴한 것이라는 상징적인 의미입니다. 다른 범용의 소자들을 사용해도 별 문제가 없을 것입니다.
한편 IRF9530은 내압 100V 이고 최대전류는 12A 입니다.

- 물론 제너도 5.6V 외의 다른 것을 사용할 수 있습니다. 그런데 온도 변화등에 가장 안정적인 제네는 5~7V 범위의 것이므로 5.6V를 사용한 것입니다.
또한 제너다이오드의 공급 전류는 약 4mA 정도가 가장 적당하다고 알려져 있습니다. 그래서 5K 저항이 그러한 점을 감안하여 결정된 것입니다.

- 위 회로도대로 구성한다면 얻을 수 있는 최소전압은 약 9V 내외가 될 것이고 최대전압은 28V 정도 될 것 같습니다.

- 출력단의 저항을 다음과 같이 바꾸면 좀더 나을지도 모르겠습니다.
  1K옴 --> 500옴, 2K옴 가변 --> 1K옴 가변, 3K옴 -->2K옴


그럼.
하스만세입니다.