전원회로에 대해 알아봅시다 - 2 : 정류회로와 평활회로

[덤보]

전원회로에 대해 알아봅시다 - 2 : 정류회로와 평활회로

앞에서 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는데 있어 전원회로는 어떻게 구성되는지 어떻게 분류되는지 개략적으로 알아보았습니다.

일반적으로 가정에서 사용하는 AC 전원은 통상 AC220V 또는 AC110V를 사용하게 되는데

이것을 낮은 DC 전원으로 변환하기 위해서는 변압기(트랜스포머)를 사용하여 전압을 낮추게 된답니다.

(변압기에 대한 내용은 “부품에 대해 알아봅시다”의 “변압기(트랜스포머)란?” 를 참고하세요..)

변압기에 의해 전압이 강하된 AC 전원은 다이오드로 구성된 정류회로에 의해 DC화 되는데,

교류성분을 포함하고 있어 전자기기에 사용하기에는 적합하지 않답니다.(이것을 맥류라고도 하지요..)

이러한 교류성분을 DC로 변환시키는 역할을 하는 것이 콘덴서로 이루어진 평할회로랍니다.

따라서 AC를 DC로 변환하기 위해서는 변압기와 다이오드로 구성된 정류회로, 콘덴서로 구성된 평활회로가

모두 구성되어야 비로서 DC 전원을 사용할 수 있게 된다는 것을 알 수 있답니다.

AC를 DC로 변환하는 정류회로와 평활회로에 대해 알아봅시다.

정류회로

정류회로는 변압기와 다이오드의 조합에 의해 반파 정류회로, 전파 정류회로로 나뉘게 되는데,

변압기에서 권선비에 의해 강하된 전압을 다이오드 특성, 즉, 순방향 바이어스 전압이 걸리면 전류를 흘려주고

역방향 바이어스가 걸렸을 때는 전류를 차단하는 특성을 이용한 것이랍니다.

반파 정류회로

일반적으로 AC 전원은 (+), (-)전원이 교번하게 되는데, 다이오드를 사용하여 교류 전원의 (+), (-) 중 하나를 선택하여

DC로 변환하는 정류회로로 교류를 반만 정류한다고 해서 반파 정류회로라고 한답니다.

이러한 반파 정류회로는 1개의 다이오드로 구성되어 있어 간단한 구조를 가지고 있지만, 교류를 반만 정류하기 때문에

손실이 크다는 단점이 있답니다.

전파 정류회로

전파정류회로는 중간탭 전파 정류회로와 브릿지 정류회로가 있답니다.

이러한 전파정류회로는 반파정류회로와 달리 교류 전원의 (+), (-) 모두를 정류한다고 해서 전파 정류회로라고 한답니다.

중간탭 전파 정류회로

중간탭 전파 정류회로는 변압기의 2차측 출력에 중간탭을 설정하여 2개의 반파 정류회로를 결합한 형태의 정류회로로

교류 전원의 (+), (-) 모두를 정류하는 전파 정류회로랍니다.

정류회로로 많이 사용되지만 변압기의 중간탭 설정으로 변압기가 커지는 경향이 있답니다.

브릿지 전파 정류회로

브릿지 전파 정류회로는 변압기의 2차측 출력에 4개의 다이오드를 조합하여 AC 전원의 (+), (-) 모두를 정류하는

전파 정류회로랍니다.

브릿지 다이오드 회로의 특징은 입력단의 극성에 상관없이 출력극성이 바뀌지 않는답니다.

정류회로에 대해 간략하게 알아보았습니다.

그렇지만 정류회로를 거쳐 직류화된 전원(직류화된 전원을 맥류(Riffle)라고 한답니다.)은 교류성분을 가지고 있기 때문에

그대로 전자회로에 사용할수는 없답니다.

때문에 교류성분의 전원을 직류와 같이 평탄한 전원으로 만들기 위한 평활 회로를 거쳐야 한답니다.

그럼 평활회로에 대해 간략하게 알아봅시다.

평활회로

정류회로를 거친 직류화 된 맥류는 직류성분과 교류성분을 가지게 모두 가지고 있어 직류전원을 사용하는 

전자회로에 사용할 수가 없답니다.

따라서, 맥류에서 교류 성분과 불요파를 제거하고 직류와 가깝게 만들어 내는 평활회로를 사용하게 된답니다.

평활회로는 콘덴서로 구성하는 용량성 평활회로, 인덕터로 구성하는 유도성 평활회로, 콘덴서와 인덕터등을 결합한

LC 평활회로로 구별된답니다.

이러한 평활회로는 기본적으로 저역통과 필터의 원리를 적용한 것이랍니다.

재미있는 전자공작소에서는 가장 많이 사용되는 용량성 평활회로에 대해 간략하게 알아보겠습니다.

콘덴서로 구성된 용량성 평활회로는 가장 많이 사용하는 평활회로 중 하나인데, RC 저역통과 필터의 원리를 이용한 회로랍니다.

회로 동작을 살펴보면 부하저항과 병렬로 연결된 평활 콘덴서에 맥류 상승곡선의 최대값이 충전되어진답니다.

이렇게 최대값까지 충전된 콘덴서는 맥류가 하강곡선을 이루게 되면 내부에 충전되어 있던 전하값을 다음 맥류가

상승할 때까지 방전하게 되어 직류에 가까운 출력을 내보내게 되는 것이랍니다.

이때, 콘덴서 충전과 방전에 의해 작은 교류성분의 맥류가 나타나게 되는데, 이를 “리플” 이라하고,

콘덴서 용량이 클수록 감소된답니다.

하지만, 리플은 부하저항에 의해 크기가 커질 수도 있으므로 무한정 콘덴서 용량을 키운다고 감소되는 것은 아니랍니다.

정류된 직류전원에 포함되어 있는 교류성분의 비를 “맥동률” 이라고 하는데 수식적으로는 다음과 같이 표현된답니다.

맥동률 = 출력에 포함된 교류성분의 실효값 / 출력 평균값

“리플”은 전자회로의 안정에 아주 중요한 변수가 되며 오동작의 근본원인이 된답니다.

대표적인 아날로그 회로의 오디오 증폭회로에서는 “웅~~~” 하는 험을 발생시키고,

디지털 회로에서는 클럭 및 데이터로 잘못 인식되어 데이터의 오류가 발생하는 원인이 되기도 한답니다.

따라서 평활회로에서 리플의 크기는 작을수록 좋답니다.

모든 정류기는 입력전력이 모두 출력전력으로 전달되지 못하는데 이는 정류방식과, 정류회로를 구성하고 있는

부품에 의한 손실이 있기 때문이랍니다.

정류기에서 입력전력이 출력전력으로 전환되는 비를 정류효율이라고 하는데 수식으로는 다음과 같이 표현된답니다.

정류효율 = (직류출력전력 / 교류 입력전력) x 100

[사랑으로]

이론을 잘 이해야 실전에 강해질 것 같습니다.
좋은 내용 감사합니다

[까칠한보노보노]

정류 효율은 테스터기로 근사값을 알아 낼수 있겠지만 맥동률은 측정은 안되겠네요...그쵸?출력 파형도 볼라믄 스코프가 있어야 겠당...아웅 ㅜ,.ㅜ....

[덤보]

AC 교류회로에서 맥동률이나 리플을 측정할 때는 반드시 오실로스코프가 있어야 한답니다....ㅎㅎ

[new머피의법칙]

감사
많은 도움됩니다

[색씨]

간결한 설명 감사해요.

[Stonegaze]

리플에 대한 이해가 잘 안되서 항상 궁금했는데...
정말 이해하기 쉽게 설명해주셔서 감사합니다.

[apple]

쉬운 설명 감사합니다.

[하얀파도]

감사합니다 잘 배웠습니다.