다이오드 정류회로를 이용한 직류전원장치

본 내용은 " 14주차 예비 보고서 12장 다이오드 정류회로를 이용한 직류전원장치 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.06.08

문서 내 토픽

• 1. 변압기 원리

  변압기는 암페어의 법칙과 패러데이의 법칙으로 설명된다. 암페어의 법칙은 도선의 전류가 주위에 자장을 생성하며 오른나선 법칙을 따른다. 패러데이의 법칙은 폐회로의 유도 기전력이 자기선속의 변화율과 같다는 원리다. 1차 측과 2차 측의 전압은 권선수에 비례하고(V₁:V₂=N₁:N₂), 전류는 권선수에 반비례한다(i₁:i₂=N₂:N₁).

• 2. 반파 정류기

  반파 정류기는 교류 전압을 직류로 변환한다. 입력 전압 220V(실효값)의 최대값은 311.127V, 최소값은 -311.127V다. 권선수비 5:1일 때 출력 전압의 평균값은 Vdc=Vp/π 공식으로 계산되며, 다이오드의 전압 강하를 고려하여 부하 저항의 출력 전압을 구할 수 있다.

• 3. 전파 브리지 정류 회로

  전파 브리지 정류 회로는 4개의 다이오드를 사용하여 입력 교류 전압의 양의 반주기와 음의 반주기 모두에서 정류된 출력을 생성한다. 양의 반주기에는 2개의 다이오드가 전도되고, 음의 반주기에는 나머지 2개가 전도되어 부하 저항을 통해 단방향 전류 흐름을 보장한다.

• 4. 커패시터 필터링

  부하 저항에 병렬로 연결된 커패시터는 단기 에너지 저장 장치로 작동한다. 양의 반주기에 피크 정류 전압으로 충전되고 음의 반주기에 방전되어 펄스 간격을 매끄럽게 하며, 정류된 출력을 효과적으로 필터링하여 안정적이고 연속적인 DC 전압을 생성한다.

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• 1. 변압기 원리

  변압기는 전자기 유도 현상을 이용하여 교류 전압을 변환하는 핵심 장치입니다. 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 전압이 결정되며, 이상적인 변압기에서는 전력이 보존됩니다. 변압기의 원리는 상당히 우아하고 효율적이어서 전력 전송, 임피던스 정합, 절연 등 다양한 목적으로 활용됩니다. 다만 실제 변압기는 코일 저항, 누설 자속, 철손 등으로 인한 손실이 발생하므로 이를 고려한 설계가 중요합니다. 변압기 원리의 이해는 전력 전자 및 전기 공학의 기초를 이루는 필수 요소입니다.

• 2. 반파 정류기

  반파 정류기는 교류를 직류로 변환하는 가장 단순한 방식으로, 다이오드 하나만으로 구현됩니다. 입력 신호의 절반만 출력되므로 효율이 약 40% 정도로 낮고, 출력 직류에 큰 리플이 포함되어 있습니다. 구조가 간단하고 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 출력 품질이 좋지 않아 실제 응용에서는 제한적입니다. 저전력 응용이나 교육 목적으로는 유용하지만, 실무에서는 전파 정류기나 브리지 정류기 같은 더 효율적인 방식을 선호합니다.

• 3. 전파 브리지 정류 회로

  전파 브리지 정류 회로는 4개의 다이오드를 브리지 구조로 연결하여 교류의 양쪽 반주기를 모두 활용하는 방식입니다. 반파 정류기 대비 약 2배의 출력 전압과 80% 이상의 높은 효율을 제공하며, 출력 리플도 상대적으로 작습니다. 변압기의 중앙탭이 필요 없어 회로 설계가 간단하고, 산업 및 가정용 전원 공급 장치에 광범위하게 사용됩니다. 다이오드 4개의 순방향 강압으로 인한 손실이 있지만, 전체적으로 매우 실용적이고 효과적인 정류 방식입니다.

• 4. 커패시터 필터링

  커패시터 필터링은 정류기 출력의 리플을 감소시키는 가장 기본적이고 효과적인 방법입니다. 큰 용량의 커패시터를 부하와 병렬로 연결하면, 정류 전압이 높을 때 충전되고 낮을 때 방전되면서 출력 전압을 평활화합니다. 필터링 효과는 커패시터 용량과 부하 저항에 따라 결정되며, 시간상수가 클수록 리플이 작아집니다. 다만 과도한 용량은 회로 크기와 비용을 증가시키고, 충방전 시 큰 전류가 흐를 수 있으므로 적절한 설계가 필요합니다. 실제 응용에서는 인덕터나 추가 필터 단계와 함께 사용되기도 합니다.