신뢰할 수 있는 저전압 AC/DC 전원 공급 장치 제작: 브리지 정류기 & 커패시티브 필터

부품 및 재료

• 저전압 AC 전원 공급 장치 (6V RMS, 120VAC 입력)
• 브리지 정류기 팩 (예: Radio Shack #276-1185 또는 동등품)
• 전해 커패시터, 1000µF, ≥25V DC (Radio Shack #272-1047 또는 동등품)
• 4개 '바나나' 잭 바인딩 포스트 또는 유사 단자 하드웨어 (Radio Shack #274-662 또는 동등품)
• 금속 인클로저 (히트 싱크 역할을 할 수 있는 박스 선호)
• 12V, 25W 백열 전구 (중부하 테스트용)
• 전구 호환 소켓

부품 및 재료 참고사항

상용 브리지 정류기 팩을 사용하는 것이 개별 다이오드 4개를 조립하는 것보다 낫습니다. 팩은 장착형 히트 싱크를 위해 설계되었으며 신뢰할 수 있고 유지보수 가능한 연결을 제공합니다. 금속 인클로저는 정류기의 효과적인 히트 싱크 역할을 하여 반도체 접합 온도를 안전한 한도 내로 유지합니다.

전해 커패시터의 정격 전압은 전원 공급 장치의 RMS AC 전압의 최소 2배여야 피크 전압을 수용하고 안전 마진을 제공할 수 있습니다. 6V RMS 공급의 경우 25V 커패시터가 적절하며, 크기와 비용이 허용된다면 더 높은 전압 정격도 괜찮습니다.

고와트 12V 램프(25W 또는 50W)는 RV 및 보트 용품점에서 쉽게 구할 수 있습니다. 리플 감소를 평가하기 위한 현실적인 중부하를 제공합니다.

참조

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, Chapter 8: Filters

학습 목표

• 커패시티브 필터가 정류기의 DC 출력을 평활화하는 방식 이해
• 전력 반도체의 히트 싱킹 중요성 인식

회로도

삽화

제작 지침

이 실험에서는 이전 전원 공급 모듈의 저전압 AC 출력을 안정적인 DC 소스로 변환하는 정류기 및 필터 회로를 제작합니다. 결과 전원은 배터리 구동 실험에서 배터리를 대체할 수 있으며, AC 측에 트랜스포머, 코드, 플러그를 추가하면 독립형 120VAC → DC 장치로 확장할 수 있습니다.

정류기 부분 제작

브리지 정류기는 트랜스포머 2차 전류 정격 이상을 처리해야 하며, 피크 전압과 안전 마진을 위해 ≥2× RMS 2차 전압의 전압 정격이 필요합니다. Radio Shack 팩(25A, 50V)은 6V AC 공급에 대해 이러한 요구사항을 편안하게 충족합니다.

대부분 정류기 팩에는 퀵 디스커넥트 단자가 포함됩니다. 와이어 끝에 압착된 '퀵 디스커넥트' 러그를 사용하여 신뢰할 수 있고 교체 가능한 연결을 만드세요. 반도체 핀에 직접 납땜하는 것은 열 손상을 방지하고 쉬운 유지보수를 위해 피하세요.

정류기를 금속 인클로저 내부에 고정하세요. 인클로저 표면적이 히트 싱크 역할을 하여 높은 전류 흐름으로 인한 열을 방출합니다.

필터 부분 제작

전해 커패시터를 정류기의 DC 출력 단자에 극성을 맞춰 연결하세요. 커패시터는 저임피던스 저장소 역할을 하여 DC 파형을 평활화하고 리플 전압을 줄입니다. 전해 커패시터는 극성에 민감하므로 역방향 연결 시 치명적 고장을 일으킬 수 있습니다. 최종 조립 전 테스트 포인트나 멀티미터로 극성을 확인하세요.

회로 테스트

조립 후 정류기/필터 유닛을 저전압 AC 공급에 연결하세요:

전원 공급 장치의 AC 출력을 측정하세요. 약 6V RMS여야 합니다. 그런 다음 멀티미터를 DC 모드로 전환하고 정류기 출력을 측정하세요. DC 전압은 피크 AC 전압(≈8.5V)에 가까워 필터링 효과를 보여줍니다.

리플을 평가하려면 미터를 AC 볼트(또는 AC 밀리볼트)로 설정하세요. 리플은 비필터 정류기보다 상당히 낮을 것입니다. 정성적 확인을 위해 오디오 디텍터로 '들을' 수 있습니다: 희미한 톤은 잔여 리플을 나타냅니다.

다음으로 25W 전구를 DC 출력에 연결하세요:

리플을 재측정하세요. 중부하에서 필터 커패시터가 피크 사이에 방전되므로 리플이 증가합니다. 이는 필터링의 부하 의존적 특성을 보여줍니다.

리플 감소

부하 하에서 더 낮은 리플이 필요하면 필터 커패시턴스를 늘리거나 커패시터-인덕터-커패시터(C-L-C) 네트워크 같은 다단 필터를 구현하세요. 예:

적절한 전류 정격의 철심 초크(choke)를 사용하세요. 인덕턴스는 AC 리플을 차단하면서 DC를 통과시킵니다. 적합한 초크가 없으면 스텝다운 트랜스포머의 2차 권선을 초크로 사용할 수 있습니다. 1차를 개방한 상태로 두면 트랜스포머의 자기 코어가 자연스럽게 리플에 대한 유도 임피던스를 제공합니다.

컴퓨터 시뮬레이션

설계 검증을 위해 다음 넷리스트로 SPICE 시뮬레이션을 실행하세요:

Fullwave bridge rectifier v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0) rload 2 3 10k c1 2 3 1000u ic=0 d1 3 1 mod1 d2 1 2 mod1 d3 3 0 mod1 d4 0 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v(1,0) v(2,3) .end

부하 저항을 조정하여 다양한 로딩 조건에서 리플 동작을 탐구하세요.

관련 워크시트

• 기본 AC-DC 전원 공급 장치 워크시트