여기서는 AC(교류) 전압을 DC(직류) 전압으로 변환하는 기본적인 방법인 변압기 모드와 스위칭 모드에 대해 설명합니다. 또한, 변압기 모드와 스위칭 모드의 비교에 대해서도 논의해보겠습니다.

우선, "AC/DC 변환은 왜 필요한가요?" 먼저 본래의 요점으로 돌아가 보겠습니다.

그림 1

우리 모두 알고 있듯이, 일본 가정이나 건물의 주요 전원 공급은 100V 또는 200V AC입니다. 하지만 대부분의 전기 제품은 전자 회로에 의해 작동되며, 거의 대부분이 5V와 3.3V DC 전압으로 작동합니다. 교류전압으로 직접 구동되는 모터장비, 백열전구 등이 있지만, 최근에는 모터, 스위치 등 비교적 간단한 장비에도 거의 필연적으로 전자제어회로가 장착되고, 모든 전자제어회로는 직류전압으로 구동됩니다. 또한, 시장에서는 백열전구를 점차 LED로 대체하고 있지만, 우리가 알고 있듯이 LED는 여전히 기본적으로 DC로 구동됩니다. 즉, "전력 전송망에서는 교류가 전송되지만, 전자제품의 심장에 해당하는 전자회로는 직류로 구동되므로 교류전압을 직류전압으로 변환하지 않으면 전자제품을 시동할 수 없다"는 의미입니다. 위에 답이 나와 있습니다. 모두가 "이 경우, 우선 직류 전력을 송전하는 게 좋지 않을까?"라고 생각할 거라고 생각합니다. 그러나 실제로 교류 전력을 전송하는 데에는 역사적 배경 요인과 이유가 있습니다.

에디슨이 1881년에 백열전구를 이용한 전구를 발명했다는 사실을 알아야 합니다. 실제로 당시 미국에서는 직류 전원 공급이 표준이었습니다. 백열전구를 보급하기 위해 에디슨은 직류 110V를 전력망에 송전하는 사업을 실행하기 시작했습니다. 하지만 직류 전력을 송전하면 전압이 크게 떨어지기 때문에 송전 범위가 1.5km를 넘을 수 없어 도로 중앙에 발전소를 건설해야 합니다. 지금은 믿을 수가 없네요. 니콜라 테슬라 교류의 발전, 송전, 사용방법이 연구되었고, 에디슨과의 전류전쟁이 시작되었습니다. 결국 테슬라는 전압을 쉽게 변환할 수 있는 AC 시스템으로 승리했고, 전선이 가늘고 길더라도 전력을 전송할 때 손실이 크지 않았으며, 그 결과는 지금까지 이어지고 있습니다.

AC의 장점

• AC 전원 공급 장치는 변압기를 사용하여 전압을 쉽게 변환(승압 및 강압)할 수 있습니다.
  

• 전력 전송 중 고전압/저전류를 유지하고 전압 강하(I2R 손실)를 줄일 수 있습니다.
  

• 교류 전원을 직류 전원으로 쉽게 변환하고 전력을 쉽게 공급할 수 있는 직류 구동 장치입니다.

실제로 발전소에서 수천~20,000만V의 고전압을 송전한 후, 이를 전봇대에 설치된 변압기를 거쳐 100V, 200V로 낮춰 일반 가정에 송전하게 됩니다.

이건 딴소리입니다. 현재 집 안의 콘센트에서 교류 전원을 공급받고 있기 때문에 각 기기마다 별도의 교류/직류 변환 회로를 설치해야 합니다. 이 부분은 에너지 절약과 소형화 측면에서 불필요한 부분이라고 할 수 있습니다. 최근 여러 곳에서 시험 및 연구 중인 스마트 홈 콘셉트에서 가정 내 콘센트에서 직접 DC 전원을 공급하는 시스템도 고려되고 있습니다. 그렇다고 해서 전력 송전 설비를 빠르게 직류로 전환할 수 있다는 것은 아니며, 교류/직류 변환이 필요 없다는 것도 아닙니다. 이 시스템에서는 직류 전력을 공급하는 가정용 전원 공급 장치에도 여전히 고전력, 고효율의 고전력 AC/DC 컨버터를 장착해야 하며, 근처에 중전력 AC/DC 컨버터를 설치해야 합니다.

그러면 다른 기본적인 지식에 대해서 이야기해 보겠습니다. 앞서 "교류에서 직류로 쉽게 변환할 수 있다"고 했지만, 이는 교류/직류 변환의 기본인 "정류" 기능에 속하므로, 먼저 그 구조를 알아야 합니다.

그림 2

그림 2는 정류의 기본형에 속하는 전파정류와 반파정류의 역할을 나타낸다. 어느 쪽이든 입력 AC 전압은 음파의 진폭을 포착하기 위해 다이오드에 연결됩니다. 반파정류는 음파의 진폭을 포착하기 위해 다이오드를 하나만 사용하므로 음파는 사라지고 파형의 절반만 남게 되므로 반파정류라고 합니다. 전파정류는 4개의 다이오드로 구성된 브리지 다이오드를 사용하는데, 이는 음파를 회전시켜 양파 영역으로 나타나게 할 수 있으며, 전파는 DC로 표시될 수 있습니다.

DC 변환 후, 커패시터는 파형을 매끄럽게 하는 데 사용됩니다. 그러나 파형이 매끄럽더라도 여전히 리플(잔물결)이 존재하며, 그 진폭 리플 전압은 커패시터의 용량과 부하에 따라 변하게 됩니다. 커패시터의 정전용량이 부하와 같을 때, 전파정류의 리플 전압은 반파정류의 리플 전압보다 작습니다.

키 포인트:

  전자 회로의 관점에서 볼 때, AC/DC 변환은 DC 전원 공급의 기초이므로 먼저 기본 이론을 숙지해야 합니다.

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