[정류기] 다이오드 정류기

* 이미지 출처 : 한국기술교육대학교 온라인평생교육원 전자회로 기본 I

 

 다이오드가 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 기능을 이용해 교류를 직류로 바꾸는 장치를 정류기라고 한다. 발전소에서 공급하는 전기는 효율과 전송의 문제로 교류 형태로 공급이 된다. 그러나 우리가 사용하는 가전제품 등은 직류로 동작하기 때문에 이 교류를 직류로 변환하여 사용해야 하는데 이때 사용하는 정류기의 대표적인 회로가 다이오드 정류기이다.

1. 반파 정류기 (Half-wave Rectifier)

 반파 정류기는 간단히 다이오드 1개로 정류를 할 수 있는 회로이다.                                       

 순방향일 때만 전기가 통과하는 특성을 이용한 회로로 순방향시는 전기가 통과하고 역방향시에는 차단이 되어 출력에는 순방향인 전기만 출력되게 된다. 즉, 회로에서와 같이 절반인 음의 반파는 차단되고 양의 파만 통과하여 반만 파가 통과하기 때문에 반파 정류기라고 한다.

 다이오드를 사용한 정류기는 다이오드의 순방향 특성을 이용하기 때문에 순방향 전압 만큼의 전압 손실을 보게 되며 절반의 파만 사용하기 때문에 효율도 절반이 된다. 또한, 앞서 말했듯이 파의 절반만 사용하므로 전체 평균 전압 또한 낮으며 이를 평활하여 직류로 만들 경우의 값도 당연히 절반 이하의 전압이 된다.

 정류기는 일반적인 경우 220V를 정류해야 하는데 이 들어오는 전압이 너무 높아 다이오드가 높은 전압 특성을 가져야 하고 또한 오류로 인해 문제가 생길 수 있으므로 변압기를 거쳐 전압을 낮추어 사용한다. 이 변압기는 전기적으로는 분리가 되어 있고 변압기의 구조 및 권선 수에 따라 전압을 비율로 낮출 수가 있다.

 일반적인 구성은 그림과 같이 입력 전압을 변압기로 비율을 낮추어 반파 정류를 한다. 그림에서는 12V의 전압이 가해져서 변압기를 거치면 1/3인 4V로 되고 이 변압된 전압은 Vf가 0.7V인 다이오드를 통해 정류가 되어 양의 전압만이 출력되며 이 전압은 Vf 전압을 뺀 3.3V가 첨두치가 되어 나타난다.

 

2. 전파 정류기 (Full-wave Rectifier)

 전파 정류기는 반파 정류기의 역방향일 경우의 전압이 버려져 효율이 나쁜 점을 개선는 정류기이다. 구조상 역방향의 전압까지 정류할 수 있어 대부분의 정류기에 사용된다. 앞서 반파에서 언급했듯이 앞에 변압기를 사용하고 이를 양쪽에 다이오드를 넣어 음의 전기까지도 정류를 하는 구조이다. 전파 정류기는 변압기에 따라 두가지로 만들어지는데 중간탭이 있는 변압기와 없는 변압기로 나뉘어 진다.

 1) 중간 탭 전파정류기

 중간 탭 전파 정류기는 변압기를 중간탭이 있는 변압기를 사용한다. 이 중간탭을 GND로 잡고 양쪽으로 나오는 전압을 이용하여 다이오드를 통과시켜 전파 정류를 한다. 중간탭이 있기 때문에 이 중간탭으로 인해 전압이 코일에 권선수에 대한 것에 절반이 된다. 1:2의 비율을 가진 변압기라면 중간탭을 사용하면 양쪽으로 나오는 전압은 1/4의 전압이 나오게 된다.

 왼쪽은 입력이 양의 전압일 경우이고 오른쪽은 음의 전압일 경우이다. 중간탭을 기준으로 변압기의 양쪽 전압이 역상으로 나오게 되고 양의 방향일 때는 D1을 통해 정류가 되고 음의 방향일 경우는 D2를 통해 정류가 되어 Rl에는 음과 양의 모든 전압이 걸리게 된다.

 2) 브리지 정류기 (Bridge Rectifier)

 브리지 정류기는 중간탭이 없는 변압기를 사용하기 위해 만들어졌다. 대신 다이오드가 브리지 모양으로 4개가 들어가게 되어 조금 더 회로가 복잡하다. 

 그림과 같이 왼쪽은 양의 반주기 동안의 경로이고 오른쪽은 음의 반주기의 경로이다. 이때 출력의 첨두치 전압은 두개의 다이오드를 거치기 때문에 RL에 걸리는 전압은 2Vd 만큼 낮아지게 된다. 즉 일반적인 실리콘 다이오드는 0.7V의 전압강하가 있으므로 1.4V의 전압강하가 있다.