반파 정류기

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반파 정류기에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

이오드는 항상 양(+)과 음(-)의 반주기 동안 모두 부하저항과 직렬 상태에 있게된다.
(b) 실제 다이오드의 경우(다이오드 전압강하 고려함)
그러므로, 다이오드의 전압강하를 고려하면 출력전압은 다음과 같다.
피크 역방향 전압(PIV)
D1과 D2가 순방향 바이어스되었다고 가정하고 D3과 D4 양단의 역방향 전압을 알아보자.
다음 아래의 그림 (a)와 같이, D1과 D2를 단락(이상적인 경우) 상태로 보면 D3과 D4는 2차 전압의 피크값과 같은 피크 역방향전압이 걸린다는 것을 알 수 있다.
(a) 이상 다이오드 모델(D1과 D2는 녹색으로 보여줌).
이상적으로는 출력전압이 2차 전압과 같으므로, 다음 식과 같다.
만약, 순방향 바이어스된 다이오드 각각의 전압강하가 다음 아래의 그림 (b)와 같다면, 역방향 바이어스된
다이오드의 피크 역방향전압을 Vp(out)으로 표현하면 다음과 같다.
(b) 실용 다이오드 모델(D1과 D2는 녹색으로 보여줌).
그러므로, 브리지 정류기의 PIV 정격은 중간탭 변압기를 사용한 경우의 사양보다 작은 것은 요구된다.
만약, 다이오드의 전압강하를 무시한다면, 브리지 정류기의 다이오드는 같은 출력전압에 대해서 중간탭
정류기의 피크 역방향 전압의 절반에 해당하는 정격의 다이오드가 요구된다.
반파 정류기
하나의 다이오드가 교류 전원과 부하저항 에 연결되어 반파정류기(half=wave revigication)를 구성한다.
다음 아래의 그림 (a)에서 보는 것처럼, 사인파 입력이 양(+)의 반주기(positive half-cycle)동안 다이오드는 순방향 바이어스로 되어 전류가 부하저항을 통해 흐르고, 이 전류는 부하 양단에서 입력전압의 양(+)의 반주기와 같은 전앞을 발생시킨다.
( a ) 60Hz 입력전압의 양(+)의 반주기 동안 출력전압은 양의 반주기로 나타나며,
전류는 접지를 통해 전원으로 되돌아 간다.
다음 아래의 그림( b )와 같이, 입력전압이 음(-)의 반주기(negative half-cycle) 동안에는 다이오드는 역방향 바이어스로 되어 전류가 흐르지 않으므로 부하저항 양단에서 전압은 0이다.
( b ) 입력전압의 음(-)의 반주기 동안 전류는 0이며 출력전압 역시 0이다.
그러므로, 부하 양단에 나타나는 결과는 단지 교류 입력전압의 양(+)의 반주기이며, 출력전압은 극성이 바뀌지 않으므로 그림( c )와 같이 60 Hz의 주파수를 가진 맥동하는 직류전압으로 나타난다.
( c ) 입력의 3주기 구간에 대한 60 Hz 반파 출력전압
반파 출력전압의 평균값
반파 정류된 출력전압의 평균값은 직류(DC) 전압계로 측정되는 값이며, 수학적으로는 다음 아래의 그림과 같이 한 주기 내의 곡선에 의해 둘러싸인 면적을 계산하여 한 주기 로 나눈 것으로 식 ( 1 )과 같이 쓸 수 있다.
반파정류된 신호의 평균값
여기서 는 전압의 피크값(peak value)이다.
이 식은 반파정류된 전압에서 평균값 가 개략적으로 피크값 의 31.8%임을 나타낸다.
반파정류기 출력에서 정벽전위의 영향
앞에서는 다이오드를 이상적인 것으로 생각하여 장벽전위(varrier potential)를 무시하였다.
실제의 다이오드 모델을 사용하는 경우에는 0.7V의 장벽전위를 고려해야 한다.
양(+)의 반주기 동안 다이오드가 순방향 바이어스 되기 위해서는 입력전압을 장벽전위 이상으로 걸어줘야 한다.
그러므로, 다음 아래의 그림에서 보여주는 것처럼, 실리콘 다이오드의 반파 출력은 입력의 피크값보다 0.7V 낮게 나타난다.
반파정류된 출력전압의 장벽전위 영향은 입력의 피크값을 0.7V 감소시킨다.
실리콘 다이오드의 경우에 출력전압의 피크값은 식(2)와 같다.
인가된 입력전압의 피크값이 장벽전위보다 상당히 큰 경우(적어도 10V 이상)에는 장벽 전위의 영향을 무시할 수 있는 이상 다이오드 모델의 사용이 가능하다.
그러나, 여기서는 일관되게 0.7V의 장벽전위를 고려하는 실용 다이오드 모델을 사용한다.
피크 역방향 전압
피크 역방향 전압(PIV : peak inverse voltage)은 다이오드가 역방향 바이어스에 반복해서 견딜 수 있는 입력의 최대값을 말한다.
다음 아래의 그림에 PIV로 표기된 역방향 최대 전압은 다이오드가 역방향되었을 때 입력의 음(-)의 반주기의 최대값에서 일어난다.
PIV는 다이오드가 역방향 바이어스 되었을 때 입력 반주기의 피크값에서 발생하낟.
이 회로에서 PIV는 음(-)의 반주기 피크값이 된다.
다이오드의 정격은 PIV보다 최소한 20% 높아야 한다.
변압기 결합
변압기는 다음 아래의 그림에서 보는 것처럼 교류 입력전압을 전원으로부터 정류기 회로에 결합시켜 주기위해 사용한다.
변압기 결합은 두 가지의 장점이 있다.
첫째, 전원전압을 필요한 만큼 올리거나 낮출 수 있다.
둘째, 교류 전원을 정류기 회로로부터 전기적으로 분리시킬 수 있으므로 충격에 의한 손상을 줄일 수 있다.
변압기 결합 입력전압을 가진 반파정류기
전압이 강하되는 양은 변압기의 권선비(turns ratio)에 의해 결정된다.
불행하게도, 변압기 권선비의 정의는 여러 출처와 분야에 따라 일정하지가 않고 다양하다.
이곳에서는 전력 전자 변압기를 위한 IEEE정의를 따른다.
즉, “1차측 권선수()로 나눈 2차측 권선수()”를 권선비로 정의한다.
따라서, 1보다 작은 권선비를 가진 변압기는 전압이 하강되는 강압형이고, 반대로 1보다 큰 권선비는 전압 상승을 가져오는 승압형이 된다.
회로도에서 권선비를 보이기 위해 권선위에 직접 숫자비를 나타내는 것이 일반적이다.
변압기의 2차측 전압은 권선비 n과 1차측 전압의 곱과 같다.
이고, 만약 n>1 이면 2차 전압이 1차 전압보다 크고, n<1 이면 2차 전압이 1차 전압보다 더 작은 값을 갖게 된다.
n=1인 경우에는 가 된다.
변압기 결합 반파정류기에서 피크 2차 전압 은 과 같다.
그러므로 로 다시 표현하면 다음과 같다.
이를 로 표현하면 다음과 같다.
권선비는 1차측에서 2차측으로의 전압 전달을 이요하는 데 유용하다.
그러나, 변압기 규격표는 권선비를 거의 보여주지 않는다.
일반적으로 변압기는 권선비보다는 2차측 전압에 기초하여 명시된다.

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반파 정류기,   전파정류기,   브리지정류기의출력전압