정류 (Rectification)

정류(Rectification)란 주기적으로 방향이 바뀌는 교류(AC)를 한 방향으로만 흐르는 직류 (DC)로 변환하는 것이다. 이러한 동작을 하는 장치를 정류기(rectifier)라 하며 역동작(DC를 AC로 변환)을 하는 장치를 인버터(inverter)라 한다.

정류는 다이오드, 반도체 다이오드, 실리콘 제어 정류기 및 기타 실리콘 기반 반도체 스위치를 비롯한 다양한 형태를 취한다. 정류는 DC 전원 공급 장치 및 고전압 직류 송전 시스템의 구성 요소 등 다양한 분야에서 사용된다.

교류 형태로 입력된 전기는 정류기를 통과함으로써 (-)전압이 제거되고, (+)전압만 남는다. 하지만 이는 크기가 일정하지 않으므로, 평활 회로를 거쳐 크기를 일정하게 만들고 커패시터, 초크, 저항기 등 다양한 형태의 전압 회로를 통과하면서 완전한 직류가 되게 한다. .

 

전원 공급 회로의 정류기 응용을 위해 설계된 최초의 진공관 다이오드는 1915년 4월 General Electric의 Saul Dushman 에 의해 출시되었고, 요즘에는 다양한 형태의 반도체 다이오드를 사용한다. 또한 다이오드 외에 고전압 직류 전력 전송 등에는 사이리스터 또는 기타 제어식 스위칭 솔리드 스테이트 스위치 등 다양한 형태의 정류회로가 사용된다.

정류는 크게 정파 정류(Full-wave Rectification)와 반파 정류(Half-wave Rectification)로 나눌 수 있다. 정파 전류는 브릿지 형태로 회로를 구현한 정류기를 통해 교류 전류의 (+), (-) 중 한쪽을 반전시킴으로써 정류하는 방법이다. 즉 교류의 (+), (-) 모두를 한 방향으로 흐르게 하는 방법이다.

 

반파 정류(Half-wave Rectification)

반파 정류는 교류의 절반만 통과되고 나머지 절반은 차단된다. 입력 파형의 절반만이 출력에 도달하므로 평균 전압과 효율이 낮다. 반파정류의 경우 단상에서 단일 다이오드가 필요하고 3상에서 3개가 필요하다. 정류로 단방향 전류가 발생하나 맥동하는 직류 전류를 생성된다. 반파 정류는 정파정류기보다 훨씬 더 많은 리플을 생성하며 출력에서 ​​고조파를 제거하려면 훨씬 더 많은 필터링이 필요하다.

 

그림. 반파정류의 회로와 정류시 파형변화(출처 : www.wikipedia.org)

정파 정류(Full-wave Rectification)

정파 정류는 입력 파형 전체를 출력에서 ​​일정한 극성(양 또는 음) 중 하나로 변환한다. 정파 정류는 입력 파형의 두 극성을 모두 맥동 DC(직류)로 변환하고 더 높은 평균 출력 전압을 생성한다. 정파 정류의 경우 2개의 다이오드와 중앙 탭 변압기(center tap transformer) 또는 브리지 구성을 위해 4개의 다이오드가 필요하다.

 

그림. 정파 정류의 회로와 정류시 파형변화(4개의 다이오드 사용) 출처 : www.wikipedia.org

그림. 정파 정류의 회로와 정류시 파형변화(2개의 다이오드 center tap transformer 사용) 출처 : www.wikipedia.org

3상 정류

단상 정류기는 가정용 장비의 전원 공급 장치로 일반적으로 사용되며, 산업 및 고전력 응용 분야에서는 3상 정류기 회로도 많이 사용된다. 다이오드 대신 사이리스터가 많이 사용될 수 있다.

 

전환율(conversion ratio)

전환율(η)는 교류 형태의 입력 전력에 대한 직류 형태의 출력 전력의 비율로 정의된다. 직류 출력에서 정류시 발생할 수 밖에 없는 전압 등의 변화(ripple) 등을 평활 회로를 사용하여 줄이면 전환율을 향상시킬 수 있다.