정류회로 & 배전압 회로

myblack·2025년 1월 20일

반파정류회로 배전압회로 전자회로 전파정류회로 정류회로

SMPS

목록 보기

4/11

정류회로

AC (교류 전압)를 DC (직류 전압)로 변환하는 정류 방법에는 전파정류와 반파정류 존재.
두가지 모두 다이오드의 정방향으로만 전류를 흐르게 한다는 특성을 이용하여 정류.

반파정류회로

(Half-wave Rectifier)

사인파의 주기중 플러스 반주기만을 통과시킴
다이오드에 인가되는 - 반주기의 경우 역방향바이어스 되어 통과 X

위 회로에서 Vs = VD+Vo -> Vs = √2 * Vsinwt

1) 양의 반주기 : 0 ≤ wt ＜ π
Vo = Vs = √2 * Vsinwt
io = Vo / R

2) 음의 반주기 : π ≤ wt ＜ 2π
Vo = 0, io = 0
Vd = Vs

평균값 Vdc = Vpeak / π

실효값 Vrms = Vpeak / 2

교류 반사이클 이용 > 정류 효율 40.6 %
평균 출력 전압 Vdc = Vpeak / π = 0.45 Vrms
맥동률 1.21

전파정류회로

(Full-wave Rectifier)

사인파 +주기 통과, -주기 반전 = 사인파의 모든 극성 +로 변환

회로

파형

중심탭 변압기 전파 정류기 (Center Tap type)

브리지 회로 전파 정류기 (Bridge type)

+ 구간

KVL 적용시 Vout=Vin-2Vdon

- 구간

KVL 적용시 -Vout-2Vdon+Vin=0
Vout=Vin-2Vdon

평활회로

정류 회로에서 나온 맥류를 평탄하게 하여 직류로 함

Cap 으로 평활
Cap+Inductor로 LPF 형태로 평활하기도 함

Full Bridge VS Half Bridge

https://images.app.goo.gl/DcrigcMsuYsEw7WH9

Half-Bridge 스위칭 방식

스위치 2개 (예: S1, S2)
두 개의 DC 분할 커패시터 또는 센터탭 변압기 사용
중간점을 기준으로 부하에 전압 인가

스위치 상태	출력 전압 $V_o$
S1 ON, S2 OFF	$+V_{in}/2$
S1 OFF, S2 ON	$-V_{in}/2$
S1 OFF, S2 OFF	0 (또는 freewheeling)

Full-Bridge 스위칭 방식

스위치 4개 (S1 ~ S4)
부하가 브리지 중심에 연결
H형 회로로, 양방향 전류 공급 가능
S1과 S4는 한 쌍, S2와 S3는 다른 쌍으로 동작

스위치 쌍 상태	출력 전압 $V_o$
S1 & S4 ON, S2 & S3 OFF	$+V_{in}$
S2 & S3 ON, S1 & S4 OFF	$-V_{in}$
모두 OFF (혹은 대각선 Freewheeling 다이오드 동작)	0V 또는 부하 전류 순환

비교

항목	Half-Bridge	Full-Bridge
필요 스위치 수	2개	4개
출력 전압	$\pm V_{dc}/2$	$\pm V_{dc}$
제어 복잡도	낮음	높음
PWM 방식	보완형 또는 SPWM	Bipolar / Unipolar PWM
Dead Time 제어	필수	필수
Freewheeling 다이오드 경로	있음	있음
비용	낮음	높음

Summary

VDC = 2/pi * Vp = 0.6366 Vp

배전압 회로

배전압 회로는 peak(최대)전압을 peak정류전압의 배수로 증가시키는 회로이다.

반파 2배 전압 회로

KVL 적용 :

$-V_m - V_{c1} + V_{c2} = 0$
$(V_{c1}= V_m)$
$V_{c2} = 2 V_m$

+반주기에서 D1 ON & D2 OFF 이므로, C1는 Vm 까지 충전

-반주기에서 D1 OFF & D2 ON 이므로, $V_{c1} ,V_m$ 에 의하여
$C_2$ 는 $2 V_m$ 까지 충전

부하 없을시 $V_{c1} = V_m , V_{c2} = 2V_m$ 유지
부하 존재시 +반주기에 $C_2$ 는 $R_L$ 통해서 방전 (시상수 = RLC2)
-반주기동안 $C_2$ 는 $2 V_m$ 까지 순간적으로 충전.

4배수 회로

교류에 주기가 +일때 D1이 On되면서 C1이 Vp만큼 충전

교류에 주기가 -로 넘어가면서 C1은 충전 후 방전을 시작
(이때의 교류 전압이 Vac)
D1은 Off & D2가 On 상태가 되면서
C2에는 교류전압 + C1에 충전된 전압이 걸림
즉 (Vp+Vac)전압이 충전되어 C2는 2Vp까지 충전

교류주기가 +로 넘어가면서 C2 방전
이때 D3은 On 되면서 교류전압+C2+C1 전압이 C3에 걸림
즉 Vac+2Vp+(-Vp)로 C3에 2Vp까지 충전

교류주기가 -로 넘어가면서 C3가 방전
이때 D4가 On되면서 교류전압+C3+C2+C1 전압이 C4에 충전
즉 Vac+2Vp+(-2Vp)+Vp로 C4에 2vp까지 충전
C2(2Vp)전압을 뺀이유는 교류전압,c3,c1에 전압방향과 반대이기 때문

C2(2Vp)와 C4(2Vp) 양단에 4Vp 전압이 걸림

Summary

진동 열(oscillating column) 커패시터 : C1, C3, C5, C7

홀수 다이오드 (D1,D3,D5,D7)에 의해 충전됨.)

평활 열(smoothening column) 커패시터 : C2, C4, C6, C8

짝수 다이오드 (D2,D4,D6,D8)에 의해 충전됨.)

무부하 조건에서 평활 열의 커패시터는 최대 2NVmax 까지 충전
(n은 승산단수)

대칭형 배압 회로

(Symmetric Voltage Multiplier)

구성 요소	기능
$V_s$	AC 전원	정현파 또는 펄스 전압을 공급
$C_1, C_2, C_3, C_4$	주 커패시터	전하 축적 및 전압 누적
$C_{1x}, C_{2x}, C_{3x}$ , $C_{1y}, C_{2y}, C_{3y}$	보조 커패시터 (위/아래 체인)	전하 전달을 보조하며 누적 전압 형성
다이오드들	전류 방향 제어	반주기에 따라 특정 경로만 도통
$R_l$	부하 저항	출력 전력 소비