일렉

태양전지는 무한한 청정에너지임에도 불구하고 에너지 변환 효율이 낮기 때문에 큰전력 생산에는 무리가있습니다.하지만 전지 셀의 성능이 좋아지고 저소비 전력이 조명용LED등이 있어서 활용가능성이 많아졌습니다.

태양전지는 태양 빛이 있는 주간에는 문제가 없는데 태양 빛이 없으면 전력을 생산할수 없습니다.배터리에 충전을 하였다가 야간이나 흐린날에 사용하게됩니다.따라서 배터리는 충전과 방전을 반복하게되므로 적정한 전압과 전류를 유지하고 과충전등에 대한 대비가 필요합니다. 단순 계산으로 니카드 전지는 1000회의 반복 충전이 가능하므로 2년이상 족히 사용할수도 있습니다.AC220V를 사용하는 가전기기를 동작시키기 위해서는 배터리 전압을 승압하고 AC로 변환할수있는 인버터를 사용합니다. 태양전지라고 특별한것은 아닙니다. 건전지를 전지홀더에 끼워서 전극에 배선을 연결하고 극성에 맞게 회로에 연결하면됩니다. 큰전력이 필요하면 그 전력 용량에 맞추어 부품과 배선을 갖추어주면 되는것이고 기본회로에 익숙해진다면 별다른 어려움없이 태양전지를 활용할수있을것입니다.일단 태양전지 승압 충전회로에 대해 알아보겠습니다. 태양전지는 셀당 0.5의 전압으로 1.2v인 니카드 전지를 직접충전할수없습니다. 그래서 4개의 셀을 직렬연결하여2V를 만들어 충전하게 되는데 이것도 흐린날에는 충분한 전압을 얻읈후없습니다. 요즘은 태양전지판이 전압과전류가 높은것들이 많아서 구하는건 어렵지않을것입니다. 회로의 동작 원리는 솔라셀의 전압으로 멀티바이브레이터를 동작시키고 이것을 트랜스로 승압한다음 정류하여 니카드 전지를 충전합니다.트랜스는 IPT 종류로 사용하면 될것입니다.하지만 승압이라고는 하는데 충전전류는 너무 낮아 효율은 그렇게 좋지 못할수도있습니다. 왠만하면 솔라셀의 전압 및 전류를 최대한 높게 확보해야 충전단에 여러개의 충전지를 동시에 충전할수있을것입니다. 왠만하면 시중에 좋은것들이 많으닌까 좀 더 좋은 태양전지판을 구해서 실험하세요.

덤으로 가장 간단하게 만들수있는 태양전지를 이용한 야간 점등 조명입니다. 낮에는 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하고 밤이되면 CDS가 동작하여 LED를 점등하게 됩니다. 태양전지는 어두우면 전력을 생산할수 없으므로 자동으로 OFF가 됩니다. 밑에 이미지는 가장 간단한 실험회로지만 상용제품의 동작원리와 크게 다르지 않다고 합니다. 단 배터리 전압이 낮으므로 LED를 효율적으로 점등시키는데 제한이 있습니다. 승압회로를 합쳐서 전압을 높여주면 좋습니다.

배전압이라는것은 낮은 1차전압으로 부족한 전기를 두배 세배 네배로 전기를 점프시키는것을 말합니다.파리잡는 파리채나 혹은 전기 충격기에 이런 배전압회로를 많이 씁니다. 전기충격기를 예를 들자면 1차전압을 최대한 올려서놓고 배전압회로를 갖다붙여서 전기를 점프시켜 만듭니다. 물론 들어가는 부품은 일반 모기채같은거만들때쓰이는부품하고는 좀 틀립니다. 같은종류의 부품이라고 해도 더 멋있는 부품들이 많습니다. 하나씩만들다보면 어떤부품들이 있는지 많이 알게 됩니다. 그리고 승압된 전원과 배전압을 합치면 아주아주 높은 전압을 얻을수는 있지만 상대적으로 전류는 많이 감소하게 되므로 승압회로와 배전압회로를 적절하게 맞추어 만드는것 또한 중요합니다.

위 두 이미지는 배전압회로인데요 맨위에 회로는 짝수배압회로(다이오드가 짝수)이고 밑에 이미지는 홀수배압회로입니다. 그리고 짝수배전압회로를 전파배전압회로라고 하고 홀수배전압회를 반파배전압회로라고도 합니다. 그냥 부르기 나름이고 특별히 구분해서 쓰는것 같진않는거 같습니다.일단 고압을 다루는거닌까 콘덴서는 내압이 높아야하구요 다이오는 패스트리커버리 다이오드를 쓰면 좋습니다. 물론 다이오드도 내압이 높은걸 쓰는것이 좋습니다.

인버터 기본회로에 저렇게 배전압회로를 연결하면 고전압회로가 완성됩니다. 다이오드와 콘덴서를 합쳐서 단수를 늘리면 얼마든지 높은 고압을 얻을수는 있는데 실제는 12단 내외가 적절한 한계치일것입니다. 어떤 방식으로든 배전압회로를 사용하면 단수가 증가할수록 고압은 높아지나 전류용량은 마니 작아지게 되어있습니다.아주아주 높은 전압을 필요로하면 1차전원에서 전기를 마니 높이는게 어쩌면 더 나을수도있습니다. 위회로에서 네온램프를 빼버리고 두 부분을 접지시킬려고하면 어느정도 거리에서 아크가 발생합니다. 방전소리와 코로나를 발생하는데 이쁩니다. 냄새는 오존냄새가 납니다. 단 자외선 불빛은 가까이서 너무 장시간 주시하지 않도록 하는것이 좋습니다.

위 회로는 인버터회로와 배전압회로를 합친것입니다. 항상 고압을 다룰때는 꼭 접촉에 조심하세요. 후덜덜합니다.

마지막으로 막스 제네레타회로 까지만 하겠습니다.

막스제네레타라고 많이 들어보셨을겁니다. 이것또한 인버터에 기본회로에 배전압회로를 합쳐진겁니다.  단지 인버터회로와 배전압회로 사이에 트리거회로가 하나 들어가는것뿐입니다. 이거 만들때 조심할것이 코로나의 방전거리가 워낙 크다보닌까 배전압회로는 위 이미지처럼 리드선끼리 묶는것이 좋습니다.나무판대기나 아크릴판같은것을 이용해서 전극노출이 되지 않도록하는것이 좋습니다.

막스제네레타 기본틀 구성입니다. 다시 말씀드리지만 정말 위험하닌까 조심해서 실험하시길바랍니다.ㅠㅠ 저항값은 100k옴에서1M옴 저항용량은 1/4W~2W의 탄소피막저항을 사용합니다. 예를들어 입력전압이 4Kv~6Kv정도라면 100K옴 1/4W나 1M옴1/4W를 사용하면 되나 6Kv이상의 고압을 사용한다면 1M옴/2W의 저항기를 사용하도록하세요.콘덴서의 용량은 472(0.0047)내압은 4kv의 것을 사용하면됩니다. 437(0.047)이나 103(0.01)의 용량을 사용하면 약간 굵고 유연한 코로나를 볼수있으며 102(0.001),222(0.0022)를 사용하면 코로나는 실처럼 가늘어집니다. 

막스 홈에 보면 저항을 직렬로 먼저 이어주고 세라믹콘덴서 다리를 이용해서 저항단자에 1회감고 나머지 여유분의 리드를 이용하여 방전갭을 만듭니다. 콘덴서의 리드를 잘라서 틀을 잡은 후에 하나씩 납땜하여 방전갭의 간격을 맞추어 나가도록합니다.방전갭 간격은 5mm 정도면 됩니다. 방전갭이 뾰족하면 가까운 다른 전극에 코로나를 방전시킬수있으므로 끝부분을 유선형으로 굽혀서 약간은 둥글게 만들어줍니다.

위 회로에 특이한 점은 크세논램프의 방전시작 전압으로 ct에 충전된 전하를 방전시켜 트리거코일을 기동하여 높은 고압을 방전갭에 쏘아주고 있는데 Rt와Ct의 충방전 주기에 따라서 코로나 방전 주기를 변경할수있습니다. 충방전 주기를 빠르게하고 싶다면 작은용량의 콘덴서로 교체하면 됩니다. 크세논램프와 트리거코일은 플래쉬카메라나 사이키조명에서 구할수있습니다. Rb저항은 1M옴~100k옴 저항을 사용하는데 100K옴 저항을 사용하면 고압발생 강도가 증가합니다. 동일한 저항을 직렬연결하거나 병렬연결하면 출력을 제어할수있습니다.

원리는 이렇습니다.

고압이 인가되면 Rt를 통하여 Ct에 충전되고 Rb를통해서 R1`R24 그리고 Hc1~Hc13까지 충전됩니다.Ct에 충전된 전압이 크세논램프의 방전 시작 전압에 도달하면 크세논램프가 점등하면서 트리거 코일1차권선에 Ct의 충전전하를 방전시킵니다.트리거 코일 1차권선 전압은 2차권선에 매우 높은 고압을 발생시켜 첫번째 방전갭을 턴온시키면서 HC1에 충전된 전하가 방전되면서 계속 점화하여 나갑니다.

여러개의 니카드 전지를 사용하다보면 방전 상태가 다른 경우가 있는데 이 상태로 충전을 하게되면 만충전이 되는것과 그렇지 못한 전지가 생깁니다. 일반 사용자들은 충전지의 불량으로 오인하여 버리거나 사용하지 못하는경우가 있습니다.

충전시 주의사항

규정된 전압과 전류 및 온도를 충전합니다.(5도 이하에서는 충전율이 떨어집니다.)

전지의 병렬연결 충전은 하지 않는것이 좋습니다. 각 전지의 충전 전압에 따라서 어느 하나는 과충전이 되고, 또 다른 하나는 충전이 부족한 상태가 발생하기 때문입니다. 같은문제로 직렬충전에서도 마찬가지로 발생합니다.

이번엔 방전특성에 대해서 알아보겠습니다.

니카드 전지는 방전기간의 90%가 약1.0v~1.2v 전후를 유지합니다.방전을 종료하는 전압은 전지당 0.8v~1.0v가 적합납니다. 방전종료 전압이 높게 설정되어 있는 기기나 매회 얕은방전 레벨에서 충전과 방전을 반복했을때 0.04v~0.08v의 전압강하가 일어나는 경우가 있는데 전지하나당 1.0v로 완전 방전을 해줌으로써 원래의 상태로 되돌릴수있습니다.이러한 현상을 메로리 효과라고 하며 양극에 니켈을 사용하는 니카드,니켈수소 전지등에서 일어나는 현상입니다.방전장치를 만들땐 전지에 역극성을 가하지 않도록 해야하고 전극을 단락시키지 않도록 주의해야합니다.전지에 직접 납땜하여 배선하지 않도록 해야하고 다른 용량의 전지와 혼용하여 충전하지 않도록해야합니다.

니카드 전지의 충전 특성 및 방전 특성을 이야기 할때 1C,2C(쿨롱)라는 표기를 접하게 됩니다.이것은 방전전류의 크기를 나타내는 단위로 5시간 동안 정해진 전압까지 방전하는 시간율을 나타냅니다.500mAh의 니카드 전지는 500mA에서 1시간 방전된다는 뜻입니다. 따라서0.2C(A)=100mAh, 0.5C(A)=250mAh, 0.7C(A)=350mAh, 1C(A)=500mAh, 2C(A)=1000mAh로 표현됩니다.시간율로 나타내면 1/0.2C(A)=5시간, 1/2C(A)=0.5시간입니다.

충전회로의 기본 요소는 정접압과 정전류이며 이것을 지속할 수 있는 시간입니다. 시판되는 충전기는 최적의 충전 조건을 만족 시키기 위한 여러가지 제어회로와 안정회로들이 내장되어 있기 때문에 많이 복잡한 회로를 가지고 있습니다. 하지만 아답터에 정류다이오드와 저항만 연결하는 것으로 간이형 충전기도 제작이 가능합니다.

위회로는 처음 얘기했던경우를 해결하기 위한 니카드전지 방전 회로로 LED가 소등되면 방전이 완료 되었을을 알려주는 회로입니다.들어가는 부품들도 이쁘게 올려놨으닌까 시간나실때 만들어보세요.

휴대용 면도기나 후레쉬를 보면 AC220V 콘센트에 바로 꽂아 충전합니다.오늘은 간단히 만들수있는 AC충전기 회로를 구경해보아요.

브릿지다이오드를 이용한 정류회로는 일반 아답터에 사용되는것과 같습니다. 단 220V의 전압이 직접 들어오게 되므로 내압이 높은 1N4007(내압1000v)를 사용합니다. 충전전류는 수10mA로 제한되기 때문에 다이오드는 1A의 용량이면 충분합니다. R1과 C1을 통과한 전압을 테스터기로 측정하면 그대로 220V의 전압이 측정되는데 부하가 연결되면 급격하게 전압이 떨어지게 됩니다. 

위에 이미지는 교류전압을 입력 받아 R1과 C1을 통하여 전압을 낮추고 브릿지 회로를 통하여 직류전압으로 변환하여 니카드 전에 연결하고 약 50mA정도의 전류로 14시간 충전하게 됩니다.

이번엔 충전식 휴대용 후레쉬등에 응용할수있는 회로입니다. 여러개의 니카드 전지를 충전하기 위한 회로인데 니카드 전지는 1.2v전지를 2개를 직렬연결하여 2.4v의 전압이 나오도록 하였으나 4개까지 연결하여 4.8v까지 가능합니다.이 충전회로의 단점은 큰 전류를 끌어 낼 수 없으므로 수100mA이하의 전류로 제한하여 사용해야 하며 부하가 커질수록 충전전류도 낮아집니다.따라서 충전기 회로2개를 만들어 각각 두개씩 만들어 각각 니카드전지를 충전하는 방법이 좋습니다. 일반 시중에 판매되는 충전기를 보더라도 하나의 충전회로에 1~2개의 충전지를 직렬연결하여 충전하는 방식을 사용합니다.충전지는 충방전 상태에 따라서 균일한 용량을 갖지 않고 있으므로 여러개 충전지를 한 회로에서 동시 충전하는 경우 만충전이 되는것과 그렇지 못한 충전지가 나오게 됩니다. 그래서 충전하기 전에 균일한 전류로 일정시간 방전시킵니다. 그렇다고 충전회로를 많이 만들어 넣어서 충전을 시키게되면 과충전이나 제어회로가 없기 때문에 충전지 성능이나 수명에 나쁜영향을 끼칠수있습니다.

오늘 포스팅은 여기까지 하겠습니다.^^

몇년전에 해외에서 Joule Thief 라는 회로가 한참 유행하던 적이 있었습니다. Joule Thief 는 말그대로 에너지 도둑놈이라는뜻으로, 흔히 우리가 사용하는 배터리를 거의 마지막 전력까지 다 뽑아 쓸수있는 전자회로입니다. 흔히 사용되는 AA 배터리의 경우 전압이 1.5v 이지만, 실제로 배터리가 떨어져서 동작을 안하는 전압은 대충 0.9~1.1v 정도입니다. 즉, 남은 전압이 있지만, 배터리를 사용하는 회로가 필요한 전압을 충족시켜주지 못하기 때문에 배터리가 없는 것으로 표시해주는 것이지요.Joule Thief는 이러한 배터리들의 남아있는 전압을 LED가 구동가능한 전압으로 승압시켜서 잔여전류를 모두 다 쓰게 해주는 회로입니다.  이러한 회로는 전기가 탄생한 이후부터 이미 알려져 있는 할아버지의 할아버지의 할아버지의 회로입니다. 다만, 이를 생활속에서 활용할 수 있도록 만든 아이디어가 돋보이는 것이지요.이글은 퍼온글입니다. 하지만 다 맞는얘기라고 확신합니다. 이당시 너무 신기해서 저도 만들어보았는데요 참으로 신기했었습니다.

정말 간단한 회로 입니다. 하지만 저기서 중요한 핵심은 코일

입니다.물론 이쁘게 잘찍어놓은 사진들이 많아서 만들어보는

데 불편함 없으시라고 줏어왔습니다. 일단은  회로를 보시면 

먼저 부품부터 구해야합니다. LED하나 TR 하나 건전지 하나

그다음 페트라이트 둥근거로 하나 배선 입니다. 위에 TR이 

3904로 되어있는데요 TR은 보시다시피 NPN TR입니다. 대체

해서 쉽게 구할수있는 같은 종류에 TR만 있어도 구동되닌까

최대한 적은 비용으로 하시길 바랍니다. 그리고 페트라이트는 

컴퓨터 파워 고장난것들 분해하면 나옵니다. 사이즈는 크던 작

던 상관없습니다.배터리 홀더는 벽걸이 시계나 아님 탁상용

시계... 안쓰는것을 분해.....

밑에 이미지를 보시면 두가닥에 배선으로 이쁘게 한쪽방향으

로 감습니다.

꼭 색깔구분되는걸로 해서 감아야 헤깔리지 않습니다.

위에 이미지 사진이 중요한데요 시작부분 빨간라인 그리고 끝

나는부분 노란라인을 저렇게 크로스 시킵니다.그리고 밑에

사진처럼 연결만 시켜주면 끝납니다.

'LED는 보통 1.8v 정도에서 구동되어지기 때문에, 일반 AA 배터리로서는 사용하지 않은 새제품이라 하더라도, 켜지지 않습니다. 고휘도 LED의 경우 2~3v에서 동작하는 제품이 많기 때문에 더더욱 켜질수가 없겠지요. 그렇지만, Joule Thief는 앞에서 말씀드린대로, 전압을 LED가 구동가능한 전압으로 승압시키는 원리이기 때문에, 다 쓴 전지라 해도 사용이 가능합니다.'여기까지 퍼왔는데요  위에 글보시면 전압을 LED가 구동가능한 전압으로 승압시키는 원리라고 적혀있습니다. 페트라이트 코어에 감은 라인 그역활을합니다. 혹시 트랜스포머라고 들어보셨을런지 아는분도 계실테고 모르는 분도 계실것입니다. 트랜스포머란 글을 보시고 영화를 떠올리시면 안되십니다. 트랜스포머는 전압을 다운시키거나 승압시키는 일을 합니다.  오래전에는  회로가 많이 공개가 되지 않아서 트랜스포머라는 변압기를 이용해 전압을 다운 승압시켰습니다. 이 변압기를 가장 많이 쓰였던곳이 직류전압전류아답터라것이였습니다.220v에 아답터를 콘센트에 꽂고 DC5v나 9v 12v등에 쓰이는 전자제품을 쓰는경우가 많았습니다.이때만 해도 화폐가치가 높았기때문에 현재 시세로 적은 비용으로 만들수있었습니다. 하지만 이 트랜스포머를 만들려면 시간이 많이 들었을꺼라 생각됩니다. 그리고 무게도 무겁습니다. 일단 핵심은 페트라이트 코어 

에 감은 라인이라는거 잊지않았음 좋겠습니다. 이것도 한번 만들어보시는거 권장해드립니다.만든 회로가 구동이 잘된다면장식용으로 쓸수있도록 아이디어를 내서  이쁘게 꾸며서  활용을 해보는것도 생각해보시는것도 좋을거같습니다.

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step-up회로

승압을 하게되면 LED의 전류 이용면에서 높은 효율을 얻을 수있으며, 전지의 갯수를 줄일수 있으므로 당연히 중량도 줄어든습니다. 따라서,휴대용 장치나 전지를 사용하는기기에 응용하면 효율이 높은 전원회로를 만들수있습니다. 승압형DC-DC 컨버터 또는 레귤레이터를 LED 점등에 응용해보겠습니다. 위 회로는 일반 1.5v건전지 하나로 3v용 LED를 점등하는 회로 R1과 C1의 발진 주파수에 의하여 Q1이 빠른 속도로ON/OFF 하게되고 Q2를 스위칭하여 L1에 에너지를 축적한다. 여기서 발생되는 신호는 교류 성분의 신호처럼 반전과 비반전의 반복으로 승압효과를 낸다. 이 전압은 D1의 다이오드로 정류되고 C2에 의하여 평활되어 3v LED 점등이 가능하게된다.Vr1을 조절하여 LED의 밝기를 조절할 수 있는데 ,한번 조정하여 최적 상태를 고정하는 것이므로 반고정 저항기를 사용하면 된다 L1은 330uH 트로이 코어 대신에 코일 20~40회 정도 감아주는것으로 이를 대신할수있습니다. 인덕터를 대체 부품으로 사용하는 경우 어느것이라도 좋으나 실험을 해보아서 최적의 동작을 하는 부품을 적용하면 되겠습니다.LED의 점등 개수가 많아지면 R2의 저항값을 100옴 이하로 낮추어주면 Q2의 컬렉터 전류가 증가하므로 좀 더 밝은 빛을 내도록 할수있습니다. 하지만...현실은 저렇지 않습니다. 일단 부속 구하는데 시간이 걸리고 필요는 하지만  간단한 회로라고는 제가 봤을땐 아닌거같습니다. 일단 승압이 어떻게 이루어지는지 인덕터가 왜 들어가야하는지 내용이 안나와있습니다.위 이미지를 보시면 일단 TR 두개가 들어갑니다. 부품을 다 띄고 순수하게 전압과 TR두개만 있다고 생각해보도록할께요. TR두개를 저렇게 연결해놓은것을 달링턴회로라고 합니다. 무슨용도를 쓰이느냐라고 한다면 전류증폭을 위해서라고 생각하시면됩니다. 일단 전류의 흐름을 보시면 전압 플러스에서 Tr q1번 e라고 적혀있는곳으로 들어갑니다.하지만 e로 들어가는 전류를 c까지 흘려보내줄려면 b라는곳에 전류를 넣어줘야합니다.그래서 다시 전원 플러스에서 인덕터를 거치고 b로 전류를 흐를수있게 연결된거 보이십니다. 그래서 Q1에 c로 이제 전류가 흐를것입니다. 전류가 흘러서 다시 Q2라는 Tr B로 전류가 흘러들어가고 Q2라는 TR의 C에서  E로 전류가 전류가 흐릅니다. 위에 글에보시면 "여기서 발생되는 신호"라는 말이 있습니다. 발진신호를 말하는건데 이미지를 보시면 달린턴에 C1과 저항으로 발진신호가 발생하는것입니다. 그런데 TR두개와 콘덴서 그리고 저항만으로 신호를 만들었다고 해도 전압이 승압하지는 않습니다. 그래서 에너지를 모아주는 인덕터L1이 필요한것입니다. 인덕터라는 녀석은 어떻게 활용하느냐에 따라서 이렇게도 쓰고 저렇게도 쓰고 합니다. 그리고 마지막으로 '평활회로'는 간단하게 해석한다면 D1과 C2가 합쳐져서 완벽한 직류전원은 아니래도 LED정도는 켤수있는 직류전원으로 변환해주는 역활을 합니다. 

TR(트랜지스터)역활 - 증폭과 스위치역활

D1(다이오드) 역활- 전원의 플러스전류를 한쪽방향으로만 흐르게함

C1(세라믹 콘덴서) - 필터역활 전원전압축적

C2(전해 콘덴서)- 극성이 있고 전원전압축적

L1(인턱터)-에너지 축적 전류변화 방지