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FET 문턱전압 특징을 이용한 전원입력단용 단일전원 이상전원 검출회로
Abnormal Voltage Detection Circuit with Single Supply Using Threshold of MOS-FET for Power Supply Input Stage 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.53 no.11 = no.468, 2016년, pp.107 - 113  

원주호 (한국항공우주연구원 위성전자팀) ,  고형호 (충남대학교 전자공학과)

초록
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전원입력단에 사용되는 회로는 입력전원만을 사용할 수가 있다. 일반적인 전자회로는 입력전원을 이용하는 전압변환기에 의해 생성되는 2차전원을 이용하게 된다. 하지만 전원입력단의 저전압 및 과전압에 의한 고장에 대비하기 위한 보호회로는 2차 전원을 사용할 수가 없기 때문에, 입력전원만을 이용해서 구현이 되어야 한다. MOS FET의 문턱전압 특성을 이용한 저전압/과정압 검출회로는 50V 입력전압만을 이용해서, 정상적인 전압범위를 벗어나는 저전압/과전압 현상을 정상적으로 검출할 수가 있고, 기존의 Zener diode만으로 보호만 가능했던 것을 검출이 가능하게 되었고, 이상전압검출회로의 동작의 정확도를 결정하는 기준전압은 환경조건 등에 의해서 발생할 수 있는 모든 변수를 고려하면 최악조건 해석상으로 8.4%에서 2.5%로 향상되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

All circuits in power input can only use the power provided by an external power supply. General electronic circuits use a secondary supply generated by a converter using a primary power in the power input. But protection and detection circuit for over-voltage circuit or under-voltage in power input...

주제어

#저전압/과전압   #검출회로   #문턱전압   #전원입력단  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 또한 상용부품을 우주용 전기전자장치에 적용하기 위해서는 별도의 추가적인 스크린작업을 통과해야만 한다[2]. 고신뢰성 부품을 적용하더라도 열악한 우주환경에서 온도, 방사성 및 노화 등에 따른 부품특성 변화에도 요구하는 성능을 유지할 수 있도록, 부품응력 해석 및 최악조건해석을 통해서 임무수행기간 동안 정상적인 동작을 보장하도록 해석, 설계한다[3]. 엄격한 부품 선택 및 다양한 해석을 통한 고신뢰성 설계와 함께, 삼중잉여구조를 사용하는 FPGA 등 부품레벨의 잉여구조 및 전장박스 등 시스템레벨에서 잉여구조를 적용해서 신뢰성을 향상시킨다.
  • . 또한 우주환경에서는 기본적인 변화량에 최악조건해석을 위해서 마진을 포함해서 100mV를 문턱전압 변동값으로 적용하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 2차전원에만 사용되는 이상전압 검출장치의 단점을 MOS-FET의 문턱전압을 이용해서 제거해고, 문턱전압 특성을 이용해서 해당 검출회로를 1차전원에 적용해서, 전원입력단의 1차전원에 이상전압 검출 및 보호회로로 사용하였고, 제안된 회로의 정확도 향상을 최악조건해석을 통해서 해석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기전자장치내부에 사용되는 회로의 특징은 무엇인가? 전기전자장치내부에 사용되는 회로는 일부의 전력전자 회로를 제외하고, 일반적으로 외부에서 공급되는 전원을 이용하는 전원입력단에 위치한 전압변환기에 생성된 2차전원을 이용해서 동작하게 된다. 특히, 우주환경에서 사용되는 인공위성 또는 인명과 연관된 자동차, 항공기 같은 높은 신뢰성을 제공해야하는 전기전자장치에 사용되는 전압변환기에 대해서는 오동작을 발생시킬수 있는 저전압 또는 과전압 조건에 대한 보호회로 및 검출회로를 제공해야한다.
일반적인 검출회로의 한계는 무엇인가? 하지만 일반적인 검출회로는 외부에서 제공되는 입력전원만으로는 정상적으로 검출이 불가능하기 때문에, 기존의 전자장치의 경우 전원입력단에 대해서는 저전압조건은 검출 및 보호회로를 제공하지 않고, 과전압조건에 대해서 제너다이오드를 이용해서 보호기능만 제공하고 있다. 따라서 과전압에서 보호는 가능하지만, 현상 분석을 위한 검출은 불가능하다. 또한 저전압조건에 대한 검출 및 보호가 불가능하기 때문에 별도의 동작요구조건을 통해서 입력전압이 안정화된 이후에, 동작을 시켜야하는 제약이 존재한다. 상용전자장치의 경우에는 수리가 가능하고, 신뢰성 요구조건을 완화할 수 있기 때문에, 동작요구조건을 통한 회피가 가능하지만, 항공기 또는 자동차용 전자장치와 같이 탑승자의 안전을 보장해야만하거나, 개발비용이 크고 고장수리가 불가능한 우주용 전자장치의 경우에는, 고도의 신뢰성을 요구하기　때문에 동작제약을 통한 회피가 불가능하고, 전기전자장치 자체가 아닌 시스템적인 해결책 또는 외부 3중 보호회로를 간접적으로 제공하고 있다.
인공위성은 어디서 전압을 얻게 되는가? 하지만, 전원입력단에서는 외부에서 직접 제공되는 입력전원을 제외하면 별도의 전원을 사용할 수가 없다. 인공위성의 경우에는 외부에서 28V, 50V, 또는 100V의 1차전원을 태양전지판 또는 배터리를 통해서 직접 제공받게 된다[1]. 검출하고자 하는 1차전원에 대해서, 오직 하나의 전원만을 이용해서 이상전압조건을 검출할 수 있는 회로를 제공해야하고, 검출회로에서 이상현상이 발견되는 경우에는 오작동 및 고장을 방지하기 위해서 전원을 차단시켜야 한다.
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참고문헌 (11)

  1. D. Lee, Y. Jang, "Satellite System", Kyoungmoonsa, 1997. 

  2. ECSS-Q-ST-60C Rev 2, Space product assurance-Electrical, electronics and electromechanical (EEE) components, ECSS, Oct. 2013. 

  3. ECSS-Q-ST-30-11C Rev 1, Space product assurance-Derating for EEE components, ECSS, Oct. 2011. 

  4. J. Rabaey, A. Chadrakasan, and B. Nikolic "Digital Integrated Circuit-A design perspective 2nd edition", Prentice Hall, 2003. 

  5. D. Kwon, K. Lee, and J. Han, "A novel under-voltage and over-voltage detection circuit with voltage detector using one transistor", IEICE Electron. Express 8 (2011) 1882-1886. 

    상세보기 crossref

  6. J. Lee, J. Woo, B. Kong, Y. Jun and C. Lee, "Abrupt power-off detector for mobile TFTLCD driver IC using dual power supply", IET Electronics Letters, Vol. 41, no. 2. Jan. 2006. 

  7. I. Lee, S. Bang, Y. Lee, Y. Kim, G. Kim, D. Sylvester, D. Blaauw, "A 635pW battery voltage supervisory circuit for miniature sonsor nodes", SOVC, 2012. 

  8. SLCS0006S-LM139-Quad Differential Comparator Datasheet, Texas Instrument, Aug. 2012. 

  9. ECSS-E-ST-10-12C, Space Engineering-Methods for the calculation of radiation received and its effect and a policy for design margin, ECSS, Nov. 2008. 

  10. SMRT Dual Space DC-DC Converters, 19-56V Volt Input-35Watt-Space Qualified, Crane Aerospace & Electronics Power Solution, 2015. 

  11. S. Borkar, T Karnik, S. Narendra, J Tschanz, A. Kenshavarzi and V. De, "Parameter Variations and Impact on Circuits and Microarchitecture", in Proc. of Design Automation Conference, pp. 338-342, June 2003. 

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