글쓴이 : SOONDORI
“이게 뭐지?”
앞선 글에서, 기대하는 출력 파형의 평균 전위를 초과하는 단발성 Peak 전위가 목격되었다. 흔히 스파이크(Spike)라고 하는 것.
* 관련 글 : 빈티지 턴테이블용 60hz To 50hz 교류전원 공급장치 만들기 (2), 회로 스케치 및 테스트 보드 제작
(▲ A = 역상의 B = Spike. C는 양 또는 음의 주기. 양과 음 두 개가 합쳐져서 한 개 사이클이 완성된다. D는 완만한 슬로프(Slope) 반응. 가만히 보면 트랜지스터 On/Off구간에서 반복되는 크로스-오버 오류도 있다. 섬세한 앰프 출력단이 아니고, 그저 팽이치기하듯 AC 모터를 탁탁 쳐주는 에너지이므로 무시해도 무방함)
에너지를 담은 코일이 스스로 전력을 방출하는 역기전력(CEMF, Counter Electro-Motive Force)이든 다른 무엇이든, 원인을 찾고 제거하는 게 좋은 이슈.
어떻게 간단하게? 생각을 정리해보면…
○ 방형파 순화
RC 필터로 드라이빙 트랜지스터 구동 전압이 0V에서 갑자기 **V로 급상승하지 않도록 살살 어루만져주기. 3단 RC 필터를 쓰는 방법에 대해서 아래 관련 글 참고.
* 관련 글 : 빈티지 턴테이블용 60hz To 50hz 교류전원 공급장치 만들기 (3), 사인파 출력
* 관련 글 : 단 채널 아날로그 오실로스코프로 커패시터 용량 측정하기 (1)
1단계, 2단계, 3단계… 좀 번거롭다. 실험 삼아 LPF 하나를 테스트 보드의 CD4027 출력 ~ 트랜지스터 Base 구간에 적용.
(▲ 오호? <5.6K오움의 앞>에 해당하는 CD4027 출력은 문제없고, <5.6K오움의 뒤>에 해당하는 드라이빙 트랜지스터의 Base에서 노이즈성 피크가 관측된다. 이것이 범인? 그럴 수도 있음. 만능기판에 대충 만든 것이니 일단은 넘어감)
(시간 흐른 후)
다른 방법을 생각해보면,
○ 플라이-백 다이오드(Fly Back Diode) 사용
아래와 같이, 비교적 튼튼한 정류 다이오드를 역방향으로 배치하면 코일이 생성하는 스파이크를 제거할 수 있다. 흔히 모터나 릴레이 구동부에 적용되는 안전 대책인데…
(▲ 왼쪽 : 역기전력을 코일 인근에서 순환시켜 제거하는 방법, 오른쪽 : 아예 역전류의 우회로를 터주는 방법. 그런 목적으로 MOSFET 등 소자 안에 다이오드가 내장되기도 한다. 출처 : https://electronics.stackexchange.com/questions/93452/correct-use-of-flyback-or-snubber-diode-across-motor-or-transistor)
한 번 DC가 인가되고 계속 유지될 경우 유효한 방법. 테스트 보드에서는 스파이크인지 펄스인지 모를 어정쩡한 DC가 반복 등락하기 때문에… 무효. Pass.
(시간 흐른 후)
○ 스파이크 제거 커패시터(Spike Suppression Capacitor) 사용
AC 역기전력을 코일 인근에서 소화하는 방법. 트랜스포머의 성질을 알 수 없기에 실험칙으로 시도하고… 대충 3.3uF에서 안착. (너무 큰 값이기는 하다) <1단 RC 필터 + 스파이크 제거 커패시터 조합> 파형은… 누구의 눈에는 대충 사인파, 다른 이의 눈에는 대충 방형파.
어쨌든 표제부 사진에서처럼 급히 튀는 스파이크는 없다.
(▲ 트랜지스터 드라이빙을 방해하는 부(負)의 에너지가 제거되었기 때문에 AC 전압은… 0~110V 탭에서 92.6V_RMS로 상승. 와이어링 중첩이 없도록, 발진부는 최대한 CD4060에 가깝게… 기판 배선을 잘 하고 3단 필터 적용하고 3개 저항값 조정하고 살짝 에너지를 잡아먹는 3.3uF를 제거하면 110V 근접으로 나올 것)
더 좋은 방법이 많지만, 뭐… “만능기판에 땜하여 구현한다”를 전제로 하는 DIY 회로는 다음과 같다. 즉흥적인 현재 구성이 그렇다는 것이고… 글을 쓰기 위해 만든 것이라 개선의 여지가 있음.
(▲ 펼쳐놓고 보니 이런 정도로도 부품이 많은 듯하여… 약간 거시기함. 더 간단한 방법은? 60hz AC 모터를 돌리고 축에 물린 50hz 발전기를 돌리는? 그러면 그 부품은 어디서 구할 수 있는지? 소음은?)
1) 5.6K오움 세 개로 트랜지스터 베이스 전류를 극도로 제한하였고… 트랜지스터는 스위칭에 유리한 FET로 바꾸는 게 좋겠다. 그 경우 트랜스포머, 레귤레이터 등 부품의 취급 전류 용량은 UP, FET Gate 저항값은 RC필터 사용 조건에서 하향 조정하면 된다.
2) 현 상태 그대로, 취급 용량은 110V에 0.3A이니까 30W쯤. 그런데 20~30W급 AC 모터가 있고 기동할 때 더 큰 에너지가 소모되니까… 불안하다. 최소한 (권선 방법을 검토한) 110V/0.5A 승압 트랜스포머를 쓰고 이것저것을 강화된 등급으로 바꾼다면?
이상 탐구 끝.
○ 승압 트랜스포머 2차측은 대충 사인파. 50hz 전기 에너지가 나오니까 어떻게든 AC 모터는 돌아갈 것이다.
○ (내용 추가) 다음은 미국 KCC Scientific社의 Athena 주파수 변환 전원 공급기. 인터넷 검색 제품 중 가정용으로는 가장 그럴 듯한 제품이라고 생각함.
(출처 : https://www.kccscientific.com/product/athena-frequency-converter/)
Web 제시 가격은 289불(37만 원). 관세와 운송비 포함하면 50만 원대? 40W급이고 Overload 감지 기능을 포함한다.
단, 한쪽에 “40W, 50W for short periods”라는 조금 답답한 단서가 적혀 있고… 제작사가 테스트한 턴테이블은 Philips Models 22GF245, GF819, Lenco B52, L70/L75, Technics SL1200, Braun PS 500이라고 한다. 참고로 어찌 해도 넉넉한 100W급 THOR는 439불(56만 원). 물론, 관세와 운송비 등 별도.
자, 이상의 조건에서…. 우격다짐 재미 삼아 몇만 원어치 재료비 + 땀 뻘뻘 흘리는 DIY를 하는 게 좋은지, 아니면 속 편하게 오차 0.002%짜리 사인파를 생성하는 KCC 제품을 쓰는 게 좋은지는 잘 모르겠다.
돈의 가치와 흥미의 가치 중 택 일.
○ (내용 추가) 1960년대에 소개된 Garrard 401 모델은 12W, 301 모델은 16W. 1950년대의 4HF는 17W. 그냥 20W로 통일하고…
예를 들어, AC 110V에 20W이면 전류는 대충해서 0.2A. 발에 걸리는 0.3A급 공작용 트랜스포머로 충분한 것처럼 보인다. 그런데 삼각형 모양 델타(Delta) 결선 또는 Y자형 결선을 쓰는 구형 AC 유도 전동기는 기동 시 4~5배쯤 되는 순간 피크 전류가 흐르니까 문제. 단순 계산으로는 0.2A × 5배 = 1A, 순간 전력은 110V × 1A = 110W.
정말 그런 지경이라면 너무 터무니없음.
물론 Peak는 아주 잠깐일 것이지만… 그러나 그런 과부하가 얼마나 짧게 끝날지, 장기적으로 어떤 영향을 줄지는 누구도 모른다. 더하여, 스핀들 축 등 운동 부품의 마찰 저항은 무조건 공장 출고 시보다 커진 상태일 것이고 마찰이 커지면 소모 전류는 증가함.
말씀인 즉, 용도 불문, 수단 불문, 빈티지 오디오 세상의 전원부는 항상 넉넉하게.
