전기에는 직류와 교류가 있으며 교류는 발전과 송배전에 많이 사용하여 우리의 가정까지 전기가 송전된다. 그런데 우리의 가정에서 실제로 사용하는 것은 직류를 사용한다. 그 말은 즉, 교류를 직류를 변환하는 과정이 필요하며 이러한 과정을 정류(整流)라 하며 이러한 장치를 정류기(整流器, Rectifier)라고 한다. 대표적인 예로는 우리 일상생활에서 사용하는 어댑터를 예로 들 수 있다.
정류기는 2가지로 나눌 수 있는데 교류를 직류로 변환하는 컨버터(Converter), 직류를 교류로 바꿔주는 인버터(Inverter)로 나눌 수 있다.
컨버터의 경우에는 다이오드(Diode)를 사용하는데 다이오드란 전류를 한 방향으로 흐르게 하고 역방향으로 흐르지 못하게 하는 성질을 가지는 소자이다. 또한 다이오드는 전압을 안정화시키고 내부 부품을 보호하는 등의 다양한 역할을 수행한다. 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만들었으며 +극을 Andoe(A), -극을 Cathode(K)로 표현하고 종류는 아래의 표와 같다.
| 종류 | 설명 |
| 정류 다이오드 | 전류가 역방향으로 흐르지 못하게 함 |
| 스위칭 다이오드 | 짧은 시간 내 On/Off 변환이 가능 |
| 정전압 다이오드 | 전압을 일정하게 유지 |
| 터널 다이오드 | 마이크로 발진에 음저항 특성을 응용 |
| 발광 다이오드 | 전류가 흐르면 빛을 발생시킴 |
| 가변용량 다이오드 | 바리캡, FM변조와 AFC동조에 가변용량 특성을 응용 |
| 수광 다이오드 | 광검출 특성을 이용해 광센서로 사용 |
| 쇼트키 다이오드 | 금속과 반도체의 접촉면에 생기는 장벽의 정류 작용을 이용하여 고주파에서의 특성이 좋고 고속 스위칭에 적합하며 낮은 전압에서 사용 가능 |
| 브리지 다이오드 | 정류용 다이오드 4개를 조합하여 전파정류를 할 수 있도록 구성한 다이오드 |
| 칩 다이오드 | 역전류 방지 및 스위칭 다이오드 |
컨버터의 원리를 살펴보면 다이오드의 특성을 응용하여 아래와 같이 브리지 정류회로를 통해 교류를 직류로 변환해준다. 그런데 문제는 오른쪽의 그림과 같이 시간이 흘러갈수록 크기와 방향이 일정하지 않은 것을 볼 수 있으며 이를 맥류(Repple) 또는 맥동(Pulsating)라고 한다. 이를 직류처럼 크기를 일정하게 해주기 위해서 커패시터를 사용한다.
이러한 맥류를 평평하게 해주기 위해서 충전과 방전을 반복할 수 있는 커패시터를 활용한다. 맥류가 우상향할 때 충전을 했다가 우하향할 때 방전하는 것을 반복하여 평평하게 만들며 이를 평활회로(平滑回路, Smmothing Circuit)라 한다. 그리고 이 평활회로를 정전압 다이오드를 통하여 다듬고 직류와 같이 만들며 이를 정전압회로(定電壓回路, Regulated Circuit)라 한다.
또한 정류는 교류의 -부분이 +방향으로 바뀌어서 전체적으로 +파동이 있는 경우를 전파정류(全波整流, Full-Wave Recitification)이라 하고 교류의 -부분에 전류가 흐르지 않아 반쪽짜리 모양의 +파동 있는 경우는 반파정류(半波整流, Half-Wave Rectification)이라 하며 이 둘의 차이는 다음 아래의 그림과 같다.
인버터의 경우에는 트랜지스터(Transistor)를 사용하는데 반도체를 활용하여 전자 신호 및 전력을 증폭하거나 스위칭하는데 이용되는 소자이며 이를 활용하여 직류를 교류를 변환하고 주파수도 변환이 가능하도록 한다. 트랜지스터의 분류는 다음과 같다.
트랜지스터가 전력을 스위칭한다고 하였는데 이를 이용해서 인버터의 원리를 살펴볼 수 있다. 아래의 그림과 같이 4개의 스위치가 있다고 가정하고 파란색 스위치를 켰다가 빨간색 스위치를 켰다가를 반복하게 되면 부하의 입장에서 보면 +극과 -극이 지속적으로 변하는 것을 볼 수 있으며 이러한 스위칭 반복 과정을 통하여 직류에서 교류로 변환하며 주파수도 조절을 할 수 있는 것이다.
인버터의 종류는 크게 전류형, PAM 전압형, PWM 전압형으로 나눌 수 있는데 최근에는 PWM 전압형 방식을 자주 사용하며 PWM 전압형 인버터는 직류 회로에 콘덴서를 사용하여 전압을 일정하게 유지하면서 트랜지스터, IGBT(Isulated Gate Bipolar Transistor), GTO를 활용하여 직류 전압을 스위칭한다.
인버터는 기본적으로 컨버터부, 평활부, 인버터부로 나눌 수 있는데 컨버터부는 교류 전원을 입력받아 직류를 바꾸는 부분이고, 평활부는 변환된 직류를 더 좋은 파형의 직류로 바꾸는 역할을 수행하며 주로 전해콘덴서 등을 이용해 다이오드 정류 후 고르지 못한 전압의 크기를 평평하게 만든다. 인버터부는 직류를 교류로 변환하는 장치로 여러 스위칭 소자들을 교대로 On-Off해서 3상 펄스를 만든 후 전동기 등의 부하에 공급하게 된다. 이러한 인버터는 주파수와 전압을 바꿔 상황에 맞는 속도와 토크로 회전시켜 제어할 수 있게 되며 세탁기의 회전 강도, 냉장고의 온도 등을 제어하는데 사용된다.
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