AC-DC 컨버터의 이해

AC-DC 컨버터는 전력 전자 장치에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 이는 전적으로 이러한 변환을 기반으로 하는 다양한 실제 응용 프로그램이 있기 때문입니다. AC(Alterating Current) 입력을 DC(Direct Current) 출력으로 변환하는 전기 회로를 AC-DC 컨버터라고 합니다. 

 

AC를 DC로 변환하는 방식을 정류라고 합니다. 정류기는 부하 차단 연결에서 AC 전달을 DC 전달로 변환합니다. 또한, 변압기는 일반적으로 AC 소스를 조정하여 전압 스테이지를 줄여 DC 전달을 위한 더 나은 작동 다양성을 갖도록 하는 데 사용됩니다.

 

AC-DC 변환기에는 반파 정류기와 전파 정류기의 두 가지 주요 유형 이 있습니다.

 

 

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1. 반파 정류기

반파 정류기는 AC 전압을 DC 전압으로 변환합니다. 반파 정류기 회로는 변환을 위해 가장 간단한 단일 다이오드를 사용합니다. 반파 정류기는 AC 전압 파형의 가장 간단한 1-1/2 사이클을 대체 반주기 차단하더라도 건너뛸 수 있는 정류기 유형입니다. 

 

1) 반파 정류기 회로

 

반파 정류기는 가장 간단한 형태의 정류기이며 1/2 파장 정류기 회로를 개발하기 위해 하나의 다이오드만 필요합니다.

반파 정류기 회로는 다음과 같이 3가지 주요 장치로 구성됩니다.

 • 다이오드

 • 변압기

 • 저항 부하

 

 

 

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2) 반파 정류기의 작동

 

1/2 파장 정류기가 AC를 DC로 변환하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 

 

1. 스텝다운 변압기의 1차측에는 높은 교류 전압이 구현되며, 얻어진 2차측 저전압은 다이오드에 구현됩니다.

 

2. 다이오드는 AC 전압의 포지티브 1/2 사이클 과정에서 전방 바이어스되고 네거티브 하프 사이클의 어느 지점에서 역 바이어스됩니다.

 

최종 출력 전압 파형은 그림과 같습니다.

 

 

 

다이오드가 순방향 바이어스된 경우 폐쇄 스위치로 작동합니다. 그러나 AC 소스 전압의 음의 반주기의 일부 단계에서 등가 회로는 아래 그림과 같이 됩니다

 

 

 

다이오드가 역 바이어스되면 개방 스위치로 작동합니다. 전류가 부하로의 흐름과 함께 갈 수 없기 때문에 출력 전압은 0과 같습니다.

 

 

 

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2. 전파 정류기

AC를 DC로 변환하는 전기 구동 회로를 정류기라고 합니다. 정류기는 웨이브 정류기의 절반과 완전한 웨이브 정류기의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 반파 정류기를 사용하는 동안 많은 전력 에너지가 누락되며 쉽고 지속적인 공급이 필요한 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 

 

1) 전파 정류기 정의

 

전파 정류기는 교류 전압의 풀 사이클을 맥동 DC로 변환하는 정류기로 설명됩니다. 입력 AC 사이클의 반파를 가장 효과적으로 활용하는 반파 정류기와 달리 전파 정류기는 전체 사이클을 사용합니다.

 

 

 

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2) 전파 정류기 회로

 

풀 웨이브 정류기의 회로는 두 가지 접근 방식으로 구축 할 수 있습니다. 기본 기술은 중앙 탭 변압기와 다이오드를 사용합니다. 이 연결을 중앙 탭 완전 파형 정류기라고 합니다. 두 번째 방법은 브리지로 배열된 4개의 다이오드가 있는 잘 알려진 변압기를 사용합니다. 이것을 브리지 정류기라고 합니다. 

 

전파 정류기의 회로는 강압 변압기와 연결되고 중앙 탭된 두 개의 다이오드로 구성됩니다. 출력 전압은 연결된 부하 저항기를 통해 수신됩니다.

 

 

 

 

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3) 전파 정류기의 작동

 

전파 정류기에 공급되는 I/P AC는 매우 높을 수 있습니다. 정류기 회로 내부의 강압 변압기는 과도한 전압 AC를 저전압 AC로 변환합니다. 중앙 탭 다이오드의 양극은 변압기의 2차 권선에 부착되고 부담 저항기에 연결됩니다.

 

교류 사이클의 양의 절반 과정에서 2차 권선의 상단 1/2은 양의 반 사이클 전체와 동시에 양수로 바뀌고, 다이오드 D1은 2 차 권선의 정점에 멀리 연결되어 있기 때문에 순방향 바이어스되며, 동시에 다이오드 D2는 2 차 권선의 바닥에 멀리 연결되어 있기 때문에 역 바이어스됩니다.

 

이 때문에 다이오드 D1은 단락으로 작용하고 D2는 이제 사이클의 음의 절반 동안 개방 회로로 작용하지 않으며, 다이오드 D1은 역 바이어스되고 다이오드 D2는 2차 회로의 상단 절반이 음극으로 변하고 회로의 하단 절반이 양수가되기 때문에 전방 바이어스됩니다. 결과적으로 전파 정류기에서는 각 포지티브 및 네거티브 1/2 사이클에 대해 DC 전압이 수신됩니다.

 

 

4)  전파 정류기의 이점

 

• 파동 정류기에서는 리플 성분이 적으며, 결과적으로 필터 아웃이 용이합니다. 1/2파동 정류기에서 리플 성분의 비용은 약 1.21마일입니다.

 

• 파형 정류기의 절반을 사용할 때보다 전파 정류기에서 받는 출력 전압과 출력 에너지가 더 좋습니다. 전파 정류기의 유일한 단점은 파동 정류기의 절반보다 더 큰 회로 인자를 원하기 때문에 더 비싸다는 것입니다.

 

 

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3. 커패시터 필터란

일반 커패시터 필터 회로도는 다음과 같습니다. 이 회로의 설계는 커패시터(C)와 부하 저항기(RL)를 사용하여 달성할 수 있습니다. 정류기의 전압은 커패시터의 단자에 걸쳐 제공됩니다. 모든 경우에 정류기의 전압이 향상되면 커패시터가 구성 요소와 함께 부하에 대한 전류로 충전됩니다.

 

섹터 단계의 마지막 부분에서 커패시터가 가장 높은 정류기 전압 값으로 충전되고 이것이 Vm으로 표시되고 정류기의 전압이 감소하기 시작합니다. 이것이 발생하면 커패시터가 전체 전압과 부하를 통해 방전되기 시작합니다.

 

커패시터를 충전하기 위해 후속 높이 전압이 순간적으로 발생하기 때문에 부하에 걸친 전압이 거의 감소하지 않습니다. 이 과정은 정기적으로 반복되며 출력 파형에는 매우 작은 리플이 출력 내에 누락되어 있음을 알 수 있습니다. 또한 출력 전압은 정류기의 출력 전압 중 가장 높은 값에 눈에 띄게 가깝게 유지되기 때문에 향상됩니다.

 

 

 

 

커패시터 필터 아웃 회로는 저렴한 비용, 더 적은 무게, 작은 길이 및 우수한 특성과 같은 기능으로 인해 매우 유명합니다. 커패시터 필터 회로는 작은 부하 전류와 관련이 있습니다.

 

 

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1) 커패시터 필터가 있는 반파 정류기

 

에너지 DC는 특히 AC 및 DC 구성 요소로 구성됩니다. 따라서 여기서 필터 아웃은 출력에서 AC를 제거하거나 줄이는 데 사용됩니다. 1/2 파장 정류기의 회로도와 커패시터 필터 아웃의 사용법은 위에서 입증되었습니다. 

 

이 회로는 저항과 커패시터로 구성됩니다. 양극 1/2 주기 동안 AC 전압이 회로에 적용될 때마다 다이오드는 이를 통해 전류가 흐르도록 합니다. 커패시터가 DC 구성 요소에 과도한 저항 레인을 제공할 뿐만 아니라 AC 첨가제에 대한 낮은 저항 레인을 제공합니다.

 

전류의 흐름은 일반적으로 낮은 저항 레인을 통해 전달하도록 선택합니다. 따라서 전류의 흐름이 필터를 받는 동안 AC 구성 요소는 저항을 경험하고 DC 구성 요소는 커패시터로부터 높은 저항을 경험합니다. DC는 부하 저항기(낮은 저항 방향)를 통한 흐름과 함께 이동합니다. 

 

전도 시간의 어느 시점에서 커패시터는 전압 공급 장치의 가장 높은 값으로 충전됩니다. 커패시터의 일부 플레이트의 전압이 전압 공급과 같기 때문에 완전히 충전되었다고 합니다. 충전을 받으면 정류기에 더 가까운 I/P AC가 전달되어 음의 반주기에 도달할 때까지 공급을 유지합니다. 정류기가 사이클의 음의 절반에 도달하자마자 다이오드는 역 바이어스를 획득하고 다이오드를 통해 전류가 흐르는 것을 중지합니다. 이 동안 전달 전압은 커패시터의 전압보다 낮습니다. 

 

결과적으로 커패시터는 RL을 통해 저장된 모든 전류를 방출합니다. 커패시터의 충전 및 방전은 특히 전달되는 입력 전압이 커패시터 전압보다 훨씬 작거나 클 때 의존합니다. 정류기가 사이클의 양의 절반에 도달하면 다이오드는 순방향 바이어스를 획득하고 전류 흐름을 따라 커패시터를 다시 충전합니다. 큰 방전을 통해 필터링되는 커패시터는 매우 부드러운 DC 전압을 생성합니다. 따라서 이 필터로 쉬운 DC 전압을 얻을 수 있습니다.

 

 

 

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2) 커패시터 필터 아웃이 있는 전파 정류기

 

I/P AC 전압이 포지티브 반주기의 일부 단계에서 적용되자마자 D1 다이오드는 순방향 바이어스되어 전류의 흐름을 허용하는 반면 D2 다이오드는 역방향 바이어스되어 전류의 흐름을 차단합니다. 위의 1/2 사이클 과정에서 D1 다이오드의 전류는 필터를 제거하고 커패시터에 전원을 공급합니다. 

 

그러나 커패시터 충전은 적용되는 전압이 커패시터 전압보다 우수할 때만 발생합니다. 우선, 대부분의 커패시터 플레이트에 전압이 유지되지 않기 때문에 커패시터가 충전되지 않습니다. 따라서 전압이 켜지면 커패시터가 즉시 충전됩니다. 이 전송 시간 동안 커패시터는 i/p 전압 공급 장치의 가장 최상의 값으로 충전을 받습니다. 

 

커패시터는 사이클의 양극 절반 내부의 1/4 파형에서 최대 전하로 구성됩니다. 이 끝에서 전달되는 전압은 커패시터의 전압과 같습니다. AC 전압이 떨어지기 시작하고 & 커패시터의 전압보다 훨씬 낮아지면 그 후 커패시터가 꾸준히 방전되기 시작합니다. I/P AC 전압 공급이 음의 1/2 사이클을 얻으면 D1 다이오드는 역 바이어스되지만 D2 다이오드는 순방향 바이어스됩니다. 네거티브 1/2 사이클 동안 2D 다이오드 내의 전류 흐름은 커패시터의 가격을 책정하기 위해 명확한 결과를 얻습니다. 

 

그러나 커패시터 충전은 구현된 AC 전압이 커패시터의 전압보다 우수할 때 실제로 발생합니다. 회로의 커패시터가 항상 완전히 충전되는 것은 아니므로 이것의 충전이 즉시 발생하지 않습니다. 전압 공급이 커패시터의 전압보다 우월해지면 커패시터가 충전됩니다. 각 하프 사이클에서 전류 흐름은 RL 부하 저항기 전체에서 유사한 방향일 수 있습니다. 

 

결과적으로,  전체 양의 절반 주기 또는 그렇지 않은 주기의 음의 절반을 수집합니다. 이 상황에서 우리는 전체 양의 1/2 사이클을 얻을 것입니다.