다이오드 브리지 정류기는 브리지에 배열된 4개의 다이오드를 사용하여 AC를 DC로 변환하는 회로입니다. 양수 및 음수 주기 모두에서 작동하므로 반파 유형보다 더 효율적입니다. 이 기사에서는 기능, 출력 전압, 선택, 효율성, 변압기 사용, 리플 제어 및 응용 분야에 대해 자세히 설명합니다.
씨1. 다이오드 브리지 정류기
씨2. 다이오드 브리지 정류기의 주요 기능
씨3. 다이오드 브리지 출력 전압
CC4. 다이오드 브리지 선택 및 정격
다이오드 브리지 정류기
다이오드 브리지 정류기는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 회로입니다. 브리지라고 하는 특수한 모양으로 배열된 4개의 다이오드를 사용합니다. 이 설정의 목적은 전류가 부하를 통해 항상 한 방향으로 움직이도록 하는 것입니다.
AC에서는 전류가 초당 여러 번 방향을 바꿉니다. 브리지 정류기는 이 주기의 양극 부분과 음극 부분 모두에서 작동합니다. 이것은 사이클의 절반 동안만 작동하는 반파 정류기보다 더 효율적입니다. 그 결과 전자 장치가 사용할 수 있는 DC의 꾸준한 흐름이 탄생합니다.
다이오드 브리지 정류기의 주요 기능
AC 입력의 양의 반주기 동안 두 개의 다이오드가 전도되어 부하를 통해 전류가 흐르도록 합니다. 입력이 음의 반주기로 전환되면 다른 두 다이오드가 켜지고 부하를 통해 같은 방향으로 전류를 유도합니다. 이러한 교류 전도는 부하가 항상 단일 방향으로 흐르는 전류를 수신하여 맥동 DC 출력을 생성합니다. 커패시터나 필터가 회로에 추가되면 맥동하는 DC가 평활화되어 보다 안정적이고 지속적인 DC 전압이 생성됩니다.
다이오드 브리지 출력 전압
평균 DC 출력
공식
는 정류 후 부하 양단에서 측정된 평균 전압입니다. 이는 맥동 출력의 유효 DC 레벨을 나타내며 회로가 교류 입력에서 생성하는 사용 가능한 직류의 양을 설명하는 데 도움이 됩니다.
RMS 값
RMS(Root Mean Square) 전압은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
RMS는 AC 파형과 동일한 전력을 전달하는 등가 정상 전압을 결정하는 방법입니다. 이는 시간이 지남에 따라 신호가 부하에 전달할 수 있는 에너지의 양을 반영하므로 정류된 신호의 가열 효과 또는 전력 기능에 대한 보다 현실적인 이해를 제공합니다.
다이오드 드롭이 있는 유효 DC
실제 회로에서 실제 다이오드는 완벽하지 않으며 전압 강하를 유발합니다. 이러한 강하를 고려한 유효 DC 출력은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
브리지의 각 전도 경로에는 두 개의 다이오드가 포함되며 둘 다 실제 DC 출력을 감소시키는 전압 강하에 기여합니다.
• 실리콘 다이오드의 경우, Vf ≈ 0.7V
• 쇼트키 다이오드의 경우, Vf ≈ 0.3V
이는 이상적인 경우에 비해 실제 DC 출력을 감소시킵니다.
다이오드 브리지 선택 및 등급
다이오드 선택 요소
• 순방향 전류 정격(If): 다이오드의 연속 전류 정격은 최대 DC 부하 전류를 초과해야 합니다. 안전을 위해 항상 25-50%의 여유를 두고 선택하십시오.
• 서지 전류 정격(Ifsm): 시동 시, 특히 대형 필터 커패시터를 충전할 때 다이오드는 정상 전류보다 몇 배 더 높은 돌입 서지에 직면합니다. 높은 Ifsm 등급은 다이오드가 이러한 펄스에서 고장나지 않도록 합니다.
• 피크 역전압(PIV): 각 다이오드는 역바이어스 시 최대 AC 피크를 견뎌야 합니다. 일반적인 규칙은 RMS 입력 AC 전압의 최소 2-3배 PIV를 선택하는 것입니다.
• 순방향 전압 강하(Vf): Vf가 낮을수록 전력 손실과 발열이 적습니다. 쇼트키 다이오드는 Vf가 매우 낮지만 일반적으로 PIV 한계가 낮은 반면 실리콘 다이오드는 고전압 애플리케이션의 표준입니다.
브리지 정류기에 일반적으로 사용되는 다이오드
| 다이오드 / 모듈 | 정격 전류 | 피크 전압 |
|---|---|---|
| 1N4007 | 1 A | 1000 볼트 |
| 1N5408 | 3 A | 1000 볼트 |
| KBPC3510 | 35 A | 1000 볼트 |
| 쇼트키 (1N5819) | 1 A | 40 볼트 |
다이오드 브리지 효율 및 열 관리
손실의 원인
전파 브리지에서는 전류가 한 번에 두 개의 다이오드를 통해 흐릅니다. 각 드롭은 일반적으로 실리콘 다이오드의 경우 0.6–0.7V, 쇼트키 유형의 경우 0.2–0.4V입니다. 열로 손실되는 총 전력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
열을 관리하지 않으면 접합 온도가 상승하여 다이오드 마모가 가속화되고 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.
열 관리 전략
• 낮은 VF 장치 사용: 쇼트키 다이오드는 전도 손실을 현저히 낮춥니다. 고속 복구 다이오드는 고주파 정류기에 더 좋습니다.
• 방열 방법: 다이오드 또는 브리지 모듈을 방열판에 부착합니다. 열 경로가 내장된 금속 케이스 브리지 정류기를 선택하십시오. 다이오드 패드 주위에 적절한 PCB 구리를 붓습니다.
• 시스템 수준 냉각: 인클로저의 공기 흐름 및 환기를 위한 설계. 경감 곡선에 대해 작동 온도를 모니터링합니다.
다이오드 브리지 및 변압기 활용
전체 권선 활용
센터 탭 정류기에서는 각 반주기 동안 2차 권선의 절반만 전도하고 나머지 절반은 사용되지 않습니다. 대조적으로, 다이오드 브리지는 두 반주기 동안 전체 2차 권선을 사용하여 변압기의 전체 활용도와 더 높은 효율성을 보장합니다.
센터 탭이 필요하지 않습니다.
브리지 정류기의 가장 큰 장점은 중앙 탭 변압기가 필요하지 않다는 것입니다. 이는 변압기 구성을 단순화합니다. 구리 사용량과 비용을 줄입니다. 정류기를 소형 전원 공급 장치에 더 적합하게 만듭니다.
변압기 이용률(TUF)
TUF(Transformer Utilization Factor)는 변압기 정격이 얼마나 효과적으로 사용되는지 측정합니다.
| 정류기 유형 | TUF 가치 |
|---|---|
| 센터탭 풀웨이브 | 0.693 |
| 브리지 정류기 | 0.812 |
다이오드 브리지 리플 및 스무딩
리플의 성격
AC가 브리지 정류기를 통과하면 양극과 음극의 절반이 모두 정류되어 연속 출력이 발생합니다. 전압은 여전히 반주기마다 상승 및 하강하여 완벽하게 평평한 DC 라인이 아닌 리플을 생성합니다. 리플 주파수는 AC 입력 주파수의 두 배입니다.
• 50Hz 주전원 → 100Hz 리플
• 60Hz 주전원 → 120Hz 리플
리플 팩터 비교
| 정류기 유형 | 리플 팩터(γ) |
|---|---|
| 반파 정류기 | 1.21 |
| 센터탭 풀웨이브 | 0.482 |
| 브리지 정류기 | 0.482 |
필터로 스무딩
| 필터 유형 | 설명 | 기능 |
|---|---|---|
| 커패시터 필터 | 대형 전해 커패시터가 부하 전체에 연결됩니다. | 전압 피크 동안 충전하고 딥 중에 방전하여 정류된 파형을 평활화합니다. |
| RC 또는 LC 필터 | RC 필터는 저항-커패시터를 사용합니다. LC 필터는 인덕터-커패시터를 사용합니다. | RC는 간단한 스무딩을 추가합니다. LC는 더 나은 리플 감소로 더 높은 전류를 효과적으로 처리합니다. |
| 레귤레이터 | 선형 또는 스위칭 유형일 수 있습니다. | 안정적인 DC 출력을 제공하여 부하 변화에 관계없이 일정한 전압을 유지합니다. |
다이오드 브리지 변형 및 응용
| 유형 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| 표준 다이오드 브리지 | 심플한 디자인, 저렴하고 널리 사용됩니다. | 더 높은 순방향 전압 손실(실리콘 다이오드의 경우 총 \~1.4V). |
| 쇼트키 다리 | 매우 낮은 순방향 전압 강하(다이오드당 \~0.3–0.5V), 빠른 스위칭 속도. | 더 낮은 역전압 정격(≤ 100V). |
| 동기식 브리지(MOSFET 기반) | 전도 손실을 최소화한 초고효율로 고전류 설계에 적합합니다. | 더 복잡한 제어 회로가 필요하고 부품 비용이 더 많이 듭니다. |
| SCR/제어 브리지 | 출력 전압의 위상각 제어가 가능하며 대용량 전력 처리를 지원합니다. | 외부 트리거 회로가 필요하며 고조파 왜곡을 도입할 수 있습니다. |
다이오드 브리지 문제, 테스트 및 문제 해결
일반적인 함정
• 잘못된 다이오드 방향 -출력이 없거나 변압기에 직접 단락이 발생합니다.
• 크기가 작은 커패시터 필터 - 높은 리플과 불안정한 DC 출력을 초래합니다.
• 과열 다이오드 - 정격 전류 또는 열 방출이 충분하지 않을 때 발생합니다.
• PCB 레이아웃 불량 - 긴 흔적선과 부적절한 구리 면적은 저항과 발열을 증가시킵니다.
문제 해결 도구
• 멀티미터(다이오드 테스트 모드): 순방향 강하(실리콘의 경우 ~0.6–0.7V, 쇼트키의 경우 ~0.3V)를 측정하고 역방향으로 차단을 확인합니다.
• 오실로스코프: 부하에서 리플 콘텐츠, 피크 전압 및 파형 왜곡을 시각화합니다.
• IR 온도계 또는 열화상 카메라: 부하가 걸린 다이오드, 커패시터 또는 트레이스의 과도한 가열을 감지합니다.
• LCR 미터: 필터 커패시터 값을 측정하여 시간 경과에 따른 성능 저하를 확인합니다.
다이오드 브리지 응용
전원 공급 장치
라디오, TV, 증폭기 및 필터 커패시터 및 레귤레이터가 있는 가전 제품용 AC-DC 공급 장치에 사용됩니다.
배터리 충전기
차량용 충전기, 인버터, UPS 및 비상등에 적용되어 배터리에 제어된 DC를 제공합니다.
LED 드라이버
LED 전구, 패널 및 가로등용 AC를 DC로 변환하여 커패시터 및 드라이버의 깜박임을 줄입니다.
모터 제어
원활한 작동을 보장하기 위해 팬, 소형 모터, HVAC 및 산업용 컨트롤러에 DC를 제공합니다.
결론
다이오드 브리지 정류기는 AC를 DC로 변환하는 신뢰할 수 있는 방법입니다. 전체 AC 사이클을 사용하고 중앙 탭이 필요하지 않음으로써 안정적인 DC 전원을 제공합니다. 적절한 다이오드 선택, 열 제어 및 필터링을 통해 전원 공급 장치, 충전기, 조명 시스템 및 모터 제어에서 효율적인 성능을 보장합니다.
자주 묻는 질문 [FAQ]
단상 브리지 정류기와 3상 브리지 정류기의 차이점은 무엇입니까?
단상은 하나의 AC 입력에 4개의 다이오드를 사용합니다. 3상은 3개의 입력이 있는 6개의 다이오드를 사용하여 더 부드러운 DC와 더 적은 리플을 제공합니다.
브리지 정류기는 변압기 없이 작동할 수 있습니까?
예, 하지만 DC 출력이 주전원과 절연되지 않기 때문에 안전하지 않습니다.
브리지 정류기의 다이오드 하나가 고장나면 어떻게 됩니까?
단락된 다이오드는 퓨즈를 끊거나 변압기를 손상시킬 수 있습니다. 개방형 다이오드는 회로가 높은 리플을 가진 반파 정류기처럼 작동하게 합니다.
다이오드 브리지가 처리할 수 있는 최대 주파수는 얼마입니까?
표준 다이오드는 최대 몇 kHz까지 작동합니다. 쇼트키 또는 고속 복구 다이오드는 수십에서 수백 kHz를 처리합니다.
더 많은 전류를 위해 브리지 정류기를 병렬로 연결할 수 있습니까?
예, 하지만 직렬 저항과 같은 균형 잡기 방법이 필요합니다. 그렇지 않으면 전류가 고르지 않게 흐르고 다이오드가 과열될 수 있습니다.