규제되지 않은 전원 공급 장치

 

 

규제되지 않은 전원 공급 장치

조정되지 않은 전원 공급 장치는 구성 하기 가장 간단한 전원 공급 장치입니다.

거의 모든 전자 장치 및 회로에는 작동을 위해 배터리, 태양 전지 또는 주 연결 비조정 전원 공급 장치에서 공급되는 일종의 DC 전원이 필요합니다.

배터리는 작고 휴대 가능하며 리플이 없다는 장점이 있지만 자주 교체(또는 재충전)해야 하며 기존 DC 전원 공급 장치에 비해 가격도 비쌉니다.

가정, 학교 및 직장에는 편리하고 신뢰할 수 있으며 경제적인 전력 공급원이 있으므로 가정용 주 AC 공급 장치를 사용하여 회로에 전력을 공급하는 것이 합리적입니다. 그러나 주 AC 공급은 배터리가 제공하는 훨씬 작은 DC 전압보다 훨씬 높습니다(보통 220-250V rms). 이렇게 높은 AC 전압을 훨씬 낮은 DC 전압으로 변환하는 과정을 정류 라고 합니다 .

정류는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 과정입니다. 다이오드 튜토리얼에서 우리는 다이오드가 전류를 한 방향(양극에서 음극으로)으로만 전도하고 반대 방향으로는 전도하지 않는다는 것을 확인했습니다. 전류를 한 방향으로만 전환하는 다이오드 기능은 그림과 같이 양방향 교류를 일정한 직류 또는 DC 전원으로 변환하는 데 이상적입니다.

 

다이오드 정류기

 

다이오드에 대한 AC 입력은 양의 반주기와 음의 반주기를 번갈아 가며 나타나는 정현파인 반면, 다이오드의 출력은 정류된 DC이며, 음의 반주기는 차단되어 양의 0V까지만 가는 파형을 갖는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 유형의 출력 파형을 "반파 맥동 DC"라고 합니다.

반파 비조정 전원 공급 장치

전원 공급 장치의 목적은 지정된 전압 및 전류 레벨(예: 500mA에서 +9V)에서 필요한 전력량을 제공하는 것입니다. 모든 전원 공급 장치의 전기적 특성은 전원이 공급되는 회로에 따라 다르지만 일반적으로 모든 비조정 전원 공급 장치는 AC 주 전압을 필요한 수준으로 낮추는 변압기와 전기 절연을 제공하는 다이오드 정류기로 구성됩니다. 불안정한 출력 전압.

아래의 반파 비조정 전원 공급 장치 회로를 고려하십시오.

반파 비조정 전원 공급 장치

 

주전원 입력은 주전원 변압기의 1차 권선인 T1 에 적용되며 변압기의 2차 권선은 정류기 다이오드 D1 에 저전압 AC를 공급합니다 . 결과 출력 파형에는 피크 전압의 1/π 또는 0.318 과 대략 동일한 DC 전압 레벨이 포함됩니다 .

예를 들어 정현파 피크 전압이 10V인 경우 등가 DC 출력은 0.318 x 10 = 3.18V가 됩니다 . 그렇다면 조정되지 않은 전원 공급 장치에 적합한 전압 변압기를 선택하는 것이 중요합니다.

위에서 본 것처럼 다이오드의 출력 파형은 DC 맥동입니다. 분명히 이 맥동 DC 전압은 이상적인 DC 배터리 공급 장치에 비해 공급 전압이 상당히 빠르게 변할 뿐만 아니라 음의 반주기 동안 50%의 시간 동안 공급 전압이 전혀 없기 때문에 대부분의 전자 회로에 전력을 공급하는 데 적합하지 않습니다. .

교류 전압을 정류할 때 위에서 언급한 파형 변화가 없고 배터리 공급 장치에서 얻을 수 있는 것과 같은 정상 상태 직류 전압을 생성하려는 경우가 많습니다. 이 문제를 극복하는 한 가지 방법은 출력 단자 전체에 평활 커패시터를 추가하여 부하와 병렬로 효과적으로 연결하는 것입니다.

우리는 커패시터가 플레이트에 전하를 저장할 수 있는 능력이 있다는 것을 알고 있으며, 이 능력을 사용하여 일부 맥동 파형을 완화할 수 있습니다. 일반적으로 평활 커패시터 또는 저장소 커패시터라고 불리는 커패시터 C1 은 양의 반주기 동안 순방향 바이어스 다이오드를 통해 흐르는 전류에 의해 충전됩니다. 커패시터 플레이트의 전하량은 변압기의 피크 포지티브 출력 전압 T1 과 전하로서의 커패시터 값 Q는 V x C (볼트 x 커패시턴스) 에 따라 달라 집니다.

T1 의 출력 전압이 0으로 감소하기 시작하면 이제 충전된 커패시터가 부하에 전류를 공급하는 역할을 맡게 됩니다. 어느 시점에서 T1 의 출력 전압은 0을 넘어 다이오드를 역바이어스하여 컷오프하는 음의 반주기를 공급합니다. 이 반주기 동안 커패시터 C1은 모든 전류를 부하에 공급하고 부하 시상수에 의해 결정된 속도로 방전됩니다.

다음 포지티브 하프 사이클에서는 변압기 T1이 다시 제어권을 넘겨받아 부하에 전력을 공급하고 T1 의 출력 전압이 다시 한 번 포지티브 피크 값으로 돌아올 때까지 이를 계속합니다. 이 기간 동안 C1은 다시 재충전되어 그림과 같이 T1 의 다음 양의 피크 전압까지 T1의 전압이 다시 떨어지면 부하 에 출력 전류를 제공합니다 .

 

반파 정류기 파형

 

커패시터로서 C1은 무한한 값을 가질 수 없으며 일부 경우 톱니파형 형태를 취할 수 있는 완벽하게 부드러운 DC 출력 공급을 제공할 수 없습니다. 커패시터가 안정적인 출력을 유지할 수 없기 때문에 발생하는 출력 파형의 변화를 "리플"이라고 하며 AC 입력의 전체 사이클마다 리플이 생성됩니다. 즉, 반파 정류 회로의 경우 맥동 DC 리플 주파수의 양은 입력 AC 주파수와 동일합니다.

출력 파형에 존재하는 리플의 양은 부하의 특성에 따라 다르지만 주어진 커패시터 값에 대해 부하 전류가 클수록(부하 저항이 작을수록) 커패시터가 더 많이 방전되므로 출력 파형의 리플 함량이 증가합니다.

리플 함량을 줄이기 위해 더 큰 값의 커패시터를 사용하면 어떨까 생각할 수도 있지만 비용, 크기와 관련하여 대형 평활 ​​커패시터(일반적으로 전해 커패시터)를 사용하는 데에는 한계가 있으며 특정 지점 이상으로 값을 높이면 리플이 크게 줄어들지 않습니다. 또한 큰 값의 평활 커패시터를 사용하면 다이오드 브리지를 통해 공급되는 매우 큰 충전 전류가 필요할 수 있습니다. 그러나 출력 단자 전체에 병렬로 서로 다른 값의 커패시터를 더 추가하면 조정되지 않은 전원 공급 장치에서 공급되는 출력 전압에 존재하는 리플 콘텐츠를 개선할 수 있습니다.

전파 비조정 전원 공급 장치

우리는 출력 전압과 전류가 각 입력 사이클의 절반 동안만 부하에 적용되기 때문에 반파 비조정 전원 공급 장치의 출력 전압을 부드러운 DC 레벨로 필터링하는 것이 어려울 수 있음을 확인했습니다. 또한 반파 비조정 전원 공급 장치의 또 다른 단점은 비교적 큰 전해형 평활 커패시터를 사용해야 하는 변압기에 의해 공급되는 펄스를 충전하는 커패시터 사이의 기간이 상대적으로 길다는 것입니다.

그러나 두 번째 정류 다이오드를 회로에 추가하여 매 반주기 대신 입력의 매 반주기가 정류된 출력 파형에 기여하도록 하면 리플 내용의 양이 크게 줄어들며 이는 다음과 같이 달성할 수 있습니다. 전파 비조정 전원 공급 장치 사용

전파 비조정 전원 공급 장치는 그림과 같이 중앙에 탭이 있는 2차 권선과 2개의 정류 다이오드가 있는 주 변압기를 사용하여 반파 사촌과 다릅니다.

전파 비조정 전원 공급 장치

 

2차 권선의 두 절반이 위에서 설명한 유형의 별도 반파 정류 회로에 효과적으로 공급되고, 두 출력이 함께 결합되고 공통 평활 커패시터 C1 에 의해 평활화되는 것을 볼 수 있습니다 .

2개의 다이오드 D1 과 D2는 푸시풀형 배열로 작동합니다. 왜냐하면 변압기 2차측이 접지되어(0V) 상부 및 하부 2차 권선 사이에 180o 위상차를 생성 하기 때문입니다. 그런 다음 위쪽 절반은 양의 전압을 제공하고 아래쪽 절반은 음의 전압을 제공합니다.

AC 입력 파형이 양수이면 T1 2차측 순방향 바이어스 다이오드 의 위쪽 절반에 양전압이 발생하여 D1이 이를 "ON"으로 전환하고 해당 음전압이 T1 2차측 역방향 바이어스 다이오드 의 아래쪽 권선에 발생하여 D2 가 켜집니다. "OFF"입니다. 그런 다음 다이오드 D1을 통해서만 전류가 부하에 공급됩니다 .

AC 입력 파형이 음으로 스윙하면 T1 2차 방향 전환 다이오드 D1 "OFF"의 위쪽 절반에 음 전압이 발생하고 T1 2차 순방향 바이어스 및 켜기 다이오드 D2 의 아래쪽 절반에 양 전압이 발생합니다. . 그런 다음 다이오드 D2를 통해서만 전류가 부하에 공급됩니다 .

그런 다음 두 개의 다이오드와 중앙 탭 변압기는 부하를 통해 교대로 2차 권선에 걸쳐 발생하는 양방향 AC 전류를 전환합니다. 결과 출력 파형에는 대략 피크 전압의 2/π 또는 0.636 과 동일한 DC 전압 레벨이 포함됩니다 .

예를 들어 정현파 피크 전압이 10V인 경우 등가 DC 출력은 0.636 x 10 = 6.36V가 되며 , 이는 표시된 대로 반파 정류기의 두 배입니다.

전파 정류기 파형

 

이 전파 무조정 전원 회로의 장점은 전파 회로에서 반파 회로에 비해 두 배 더 자주 충전되기 때문에 반파 회로에 필요한 값의 절반 정도의 평활 커패시터가 필요하다는 점입니다. 따라서 주어진 부하 전류에 대한 방전량은 적습니다.

또한 입력에서 매 1사이클마다 평활 커패시터에 2개의 반사이클이 나타나기 때문에 리플 함량은 낮아지고 리플 주파수는 입력 주파수의 두 배가 됩니다. 예를 들어 정현파 입력 주파수가 50Hz이면 리플 주파수는 100Hz가 됩니다. 결과적으로 리플 주파수가 높을수록 변동을 완화하기가 더 쉽습니다.

규제되지 않은 전원 공급 장치 요약

조정되지 않은 전원 공급 장치의 주요 단점 중 하나는 출력 전압이 주전원 전압의 변화와 부하 전류의 변화에 ​​의해 크게 영향을 받는다는 것입니다. 부하가 더 많은 전류를 소비할수록 DC 단자 전압은 감소합니다.

또한 반파 비조정 전원 공급 장치에서 생성된 출력 파형은 톱니파형과 유사한 큰 AC 변동과 함께 약 0.318 x Vpeak 의 DC 레벨을 갖습니다. 이 출력 파형은 일반적으로 맥동 DC 전압으로 알려져 있습니다.

AC 콘텐츠의 일부를 제거하기 위해 평활 커패시터를 사용하여 DC 콘텐츠를 통과시키고 AC를 작은 리플로 줄입니다. 반파 정류기는 입력 주파수와 동일한 리플 주파수를 생성합니다.

DC 출력 전압을 높이고, 파형 리플 콘텐츠를 줄이고, 효율성을 향상시키는 한 가지 방법은 두 개의 다이오드와 중앙 탭 변압기로 구성된 전파 정류기를 사용하여 2차 권선의 각 절반에 걸쳐 두 개의 동일하고 반대되는 파형을 생성하는 것입니다. 전파 비조정 전원 공급 장치의 주요 단점은 주어진 출력 전력에 대해 더 큰 변압기가 필요하다는 것입니다.

반파 비조정 전원 공급 장치는 AC 전원을 맥동 DC 전원으로 변환하는 저렴하고 구성이 간단합니다. 우리는 평활 커패시터를 사용하여 정류기의 맥동 DC를 전파의 반파로 전자 회로에 전력을 공급하거나 배터리를 충전하기 위한 합리적으로 부드럽고 리플이 없는 DC 공급으로 변경할 수 있음을 확인했습니다.