트랜스포머를 이용한 전기적 절연: SPICE 분석 및 실용적 응용

전기적 절연의 SPICE 분석

트랜스포머는 AC 및 DC 회로에서 전압과 전류 변환을 가능하게 할 뿐만 아니라, 전기적 절연이라는 중요한 기능도 제공합니다. 이 기능을 통해 두 회로가 직접적인 전선 연결 없이 자성적으로 결합될 수 있어, 민감한 부품을 보호하고 안전성을 높입니다.

이 효과를 설명하기 위해, 2차 측에 높은 DC 전압을 가하면서 두 회로를 접지시키는 SPICE 시뮬레이션을 실행합니다:

트랜스포머가 V1의 10 Vac을 V2의 250 VDC로부터 절연

v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
v2 5 0 dc 250
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

DC voltages referenced to ground (node 0):
(1) 0.0000 (2) 0.0000 (3) 250.0000 (4) 250.0000 (5) 250.0000
AC voltages:
freq v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 1차 권선
freq v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 2차 권선

SPICE는 2차 회로에 접지 기준 250 VDC가 존재하지만, 1차 회로는 노드 1과 2에서 0V DC를 기록함을 보여줍니다. AC 변환은 그대로 유지되어, 트랜스포머가 공통 모드 전압을 1차 측으로 차단함을 확인할 수 있습니다.

2차에 인가된 전압은 공통점(접지)을 기준으로 여러 노드에 나타나므로 공통 모드 전압이라 부릅니다. 트랜스포머의 절연은 이 전압이 1차 회로에 영향을 주지 못하게 합니다.

이 절연 특성은 공통 모드 전압이 DC든 AC든, 심지어 다른 주파수라도 성립합니다.

양쪽에서 동일한 전압과 전류 레벨이 필요한 응용에서는 1:1 절연 트랜스포머가 사용됩니다. 이 장치들은 전압과 전류 비율을 변경하지 않으면서 전기적 절연을 제공합니다. 일반적인 벤치탑 절연 트랜스포머는 아래와 같습니다.

절연 트랜스포머가 상용 전원으로부터 전력을 절연

• 트랜스포머는 직접 도체 없이 회로 간 전력 전송을 가능하게 하여 전기적 절연을 제공합니다.
• 절연 트랜스포머는 전압이나 전류 비율을 변경하지 않고 이 절연을 제공하도록 특별히 설계되었습니다.

• 승압, 강압, 절연 트랜스포머 워크시트