정류 회로: 반파에서 다상 전파 설계까지

정류란 무엇인가?

정류는 전류를 오직 한 방향으로만 흐르게 하는 소자를 사용하여 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 과정입니다. 반도체 다이오드는 현대 전원 공급 장치에서 이 기능을 수행하는 가장 일반적인 소자입니다.

반파 정류

반파 정류기에서는 각 AC 주기의 절반만 부하에 도달하여, 상당한 고조파 성분을 가진 맥동 DC 신호를 생성합니다. 이 단순한 토폴로지는 저전력 또는 설명용 응용에 유용합니다. 예: "밝음" 설정에서 전체 AC 전력을, "어두움" 설정에서 반파 정류 전력을 공급하는 2위치 램프 디머(그림 참조).

"어두움" 위치에서 백열 필라멘트는 전체 AC 하에서 받을 전력의 약 절반을 받습니다. 필라멘트의 열적 시정수가 크기 때문에, 급속한 전력 펄스가 가시적 플리커를 일으키지 않고, 대신 필라멘트가 더 낮은 정상 상태 온도에서 작동하여 광출력을 감소시킵니다.

전파 정류기

전파 정류기는 AC 주기의 양 절반을 모두 포착하여 더 매끄러운 DC 파형을 제공합니다. 두 가지 일반적인 구성이 센터탭과 브리지 설계입니다.

센터탭 설계

센터탭 2차 권선 트랜스포머와 두 다이오드를 사용하여, 2차의 각 절반이 번갈아 가며 반주기 동안 부하를 구동합니다(그림 참조). 이 토폴로지는 전용 센터탭 트랜스포머를 요구하며, 고전력 응용에서 비용이 많이 들 수 있습니다.

양의 반주기 동안 상단 다이오드가 전도하고 하단은 차단; 음의 반주기 동안 역할이 반전. 두 경우 모두 부하는 양극성 파형을 봅니다.

브리지 설계

4다이오드 브리지는 센터탭 트랜스포머의 필요성을 제거합니다. 전류는 각 극성마다 두 다이오드를 직렬로 흐르며, 실리콘 다이오드 기준 1.4V 강하 발생—매우 낮은 출력 전압에서 단점.

입력의 양/음 절반에 대한 다이오드 전류 방향은 아래에 나와 있습니다.

더 나은 연상 기억을 위해, 모든 다이오드를 수평 방향, 같은 방향을 가리키게 배치한 대체 레이아웃도 있습니다.

다상 전파 브리지 정류기

브리지 개념을 다상 전원으로 확장하면, 위상 차이 펄스가 겹쳐져 더 매끄러운 DC 출력을 얻습니다. 3상 브리지는 AC 주기당 6펄스를 생성; 6상 브리지는 12펄스를 생성하여 리플 전압을 크게 감소시킵니다.

리플 전압

모든 정류기는 DC 출력에 중첩된 AC 성분—리플 전압이라 불림—을 생성합니다. 고전력 또는 정밀 응용에서는 이 리플을 억제하기 위해 필터 네트워크가 사용됩니다.

펄스 관례

정류기는 전기 회전당 생성하는 DC 펄스 수로 설명되곤 합니다: 1펄스(반파), 2펄스(전파), 6펄스(3상 전파) 등. 표준 표기법 1Ph1W1P, 1Ph1W2P, 1Ph2W2P, 3Ph2W6P 등은 위상, 전류 방향, 펄스 수를 간결하게 표현합니다.

6펄스 이상: 12펄스 구성

30° 위상 시프트(Y-Δ 또는 Δ-Y 연결)를 가진 트랜스포머를 사용하면, 두 3상 브리지 정류기를 병렬로 연결하여 주기당 12펄스를 생성, 리플을 추가로 감소시킬 수 있습니다. 이 기법은 대규모 산업용 전원 공급 장치에서 흔합니다.

핵심 요약

정류는 단방향 전류 흐름 소자를 사용하여 AC를 DC로 변환.
반파 정류기는 단순하지만 고맥동 DC 생성.
전파 정류기—센터탭 또는 브리지—더 매끄러운 DC 제공, 대부분의 전원 공급 장치에 적합.
다상 정류는 더 낮은 리플로 더 매끄러운 DC 산출, 고전력 저잡음 응용에 유리.