홍라이프 계산기브리지 정류기 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
전파 브리지 정류기는 변압기의 교류를 직류로 바꿉니다. 이 계산기는 첨두·평균 출력 전압, 평활 커패시터가 있을 때의 리플, 리플 주파수, 각 다이오드가 견뎌야 할 전압과 전류를 추정합니다.
계산 방법
- 첨두 출력 Vpk = √2 × VRMS − 2VF(다이오드 두 개가 직렬로 도통)
- 리플(첨두 간) ≈ I ÷ (2fC), 주파수는 전원의 두 배
- 평균 출력 ≈ Vpk − Vr ÷ 2, 최저 = Vpk − Vr
- 다이오드당 역방향 최대 전압 ≈ √2 × VRMS − VF, 다이오드당 평균 전류 = I ÷ 2
- 커패시터 리플 실효값 ≈ Vr ÷ (2√3)(톱니파로 근사)
원리
브리지는 교류의 양쪽 반주기를 모두 같은 방향으로 부하에 보내므로 한 주기에 두 번 펄스가 나옵니다. 커패시터는 첨두까지 충전한 뒤 펄스 사이에 부하에 전류를 공급하며 ΔV = I × Δt ÷ C만큼 방전합니다. 펄스 간격이 1 ÷ (2f)초이므로 리플은 약 I ÷ (2fC)입니다. 이 식은 리플이 몇 %에서 20% 정도로 작을 때 맞습니다.
예제 풀이
기본값: 12 V RMS, 60 Hz, VF = 0.7 V, 부하 500 mA, 커패시터 2,200 µF
- Vpk = 1.4142 × 12 − 1.4 ≈ 15.57 V
- 리플 = 0.5 ÷ (2 × 60 × 0.0022) ≈ 1.894 V(첨두 간), 주파수 120 Hz, 출력의 약 13%
- 평균 출력 = 15.57 − 0.947 ≈ 14.62 V, 최저 ≈ 13.68 V
- 다이오드당 역전압 ≈ 16.97 − 0.7 ≈ 16.3 V, 평균 전류 = 250 mA
- 커패시터 리플 실효값 ≈ 1.894 ÷ 3.464 ≈ 0.547 V
| 변압기 2차 전압 (V RMS) | 평균 직류 출력 (V) |
|---|---|
| 3 | 1.9 |
| 6 | 6.14 |
| 9 | 10.38 |
| 12 | 14.62 |
| 15 | 18.87 |
| 18 | 23.11 |
| 24 | 31.59 |
결과 해석
뒤에 레귤레이터가 있다면 최저 전압이 드롭아웃 조건보다 높게 유지되는지 확인하십시오. 커패시터를 키우면 리플은 줄지만 돌입 전류와 다이오드 첨두 전류가 커집니다. 다이오드는 역전압 정격을 PIV의 1.5~2배 정도로 여유 있게 고르고, 커패시터의 리플 전류 정격도 확인하십시오.
흔한 실수
- 브리지의 다이오드 전압 강하 두 개를 빼먹는 경우
- 첨두 전압 대신 실효 전압을 쓰는 경우
- 리플 계산에 전원 주파수의 두 배가 아닌 전원 주파수를 쓰는 경우
- 무부하 전압을 높이는 변압기 전압 변동률을 무시하는 경우
자주 묻는 질문
12 V 브리지 정류기의 출력 전압은?
실리콘 다이오드로 첨두 약 15.6 V, 큰 커패시터와 0.5 A 부하에서 평균 약 14.6 V입니다.
60 Hz 전원에서 리플 주파수가 120 Hz인 이유는?
전파 브리지는 교류 한 주기에 출력 펄스를 두 번 만들기 때문입니다.
리플을 줄이려면?
커패시터를 키우거나, 부하 전류를 줄이거나, 레귤레이터를 추가합니다.
쇼트키 다이오드를 쓰면 무엇이 달라지나요?
순방향 전압 강하가 작아 출력 전압이 조금 높아지지만, 역전압 정격과 누설 전류를 확인해야 합니다.
출처: Horowitz, P. & Hill, W., The Art of Electronics, 3rd ed. Cambridge University Press (power supplies) · Sedra, A. S. & Smith, K. C., Microelectronic Circuits (rectifier circuits)