다이오드 1개를 사용한 반파 정류 회로
상용 전원은 50/60Hz의 정현파로, 주파수의 절반 마다 플러스 전압과 마이너스 전압의 대칭 파형이다. 이를 1개의 다이오드로 플러스 전압만 정류 하는 것을 반파 정류 회로라고 한다.
이때 다이오드는 플러스 전압으로 전하를 커패시터에 충전 시키고 마이너스 전압 사이클 에서는 다이오드에 역전압이 인가되어 커패시터에 충전된 전하가 반대 방향으로 방전되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이때 직류 출력 전류 \( I_{O} \)는 커패시터 충전 전류 \( i_{C} \)의 평균값으로 \( I_{O}=\frac{1}{T}\int_{0}^{t}i_{C}dt \)이다.
이와 같이 반파 정류 회로에서는 커패시터의 충전 전류 \( i_{C} \)는 전원 주파수의 1주기에 1회 밖에 충전되지 않으므로, 전류 최대값 \( i_{C,peak} \)는 그만큼 커진다. 그러므로 반파 정류 회로는 출력 전류가 크면 출력 리플을 저감하기 위해 커패시터의 용량이 커진다. 그 때문에 작은 출력 전류의 회로에서만 사용해야 한다.
다이오드 2개를 사용한 전파 정류 회로
전파 정류회로는 다이오드 2개를 사용하여 정현파의 플러스 전압과 마이너스 전압을 모두 정류 하는 방식이다. 다이오드 2개를 사용하는 전파 정류 회로는 2차측에 트랜스의 중간 탭을 중심으로 하여 2개의 권선이 필요하다. 트랜스 각각의 권선은 플러스 반주기에서는 다이오드 \( D_{1} \)이 도통하고, 마이너스 반주기에서는 다이오드 \( D_{2} \)가 도통한다. 따라서 정류 파형은 정현파의 마이너스 반주기가 반전된 펄스 파형이다.
다이오드 4개를 사용한 전파 정류 회로
가장 많이 사용되는 것은 다이오드 4개를 사용한 전파 정류 회로로, 브릿지 정류 회로라고도 한다. 트랜스 권선을 1개로 하는 대신에 다이오드를 4개 사용해야 하지만, 다이오드 4개가 패키징된 브릿지 다이오드가 많이 시판되고 있기 때문에 큰 단점은 아니다.
플러스 반주기와 마이너스 반주기 때의 전류가 교대로 커패시터에 전하를 충전하므로 전파 정류되지만, 전류가 흐르는 경로에 2개의 다이오드가 직렬로 삽입되기 때문에 다이오드의 순방향 전압 강하 \( V_{F} \)가 2배가 되고 그만큼 손실이 증가하게 된다.
예를 들어 정류 전압이 12V 이고 출력전류가 1A인 12W 회로의 효율을 계산해 보자. 다이오드의 순방향 전압 강하 \( V_{F} \)를 1V로 두면 중간 탭을 사용한 전파 정류의 경우
$$\eta = \frac{12W}{\left ( 12V + 1V_{F} \right )\times 1A}=92\%$$
인것에 비해, 브릿지 다이오드를 사용한 전파 정류의 경우
$$\eta = \frac{12W}{\left ( 12V + 2V_{F} \right )\times 1A}=86\%$$
로 효율의 차이가 크다.
이러한 단점에도 불구하고 트랜스의 중간 탭을 제거하고 시판되는 브릿지 다이오드를 사용하여 회로를 단순하게 만들 수 있기 때문에 브릿지 정류 회로는 많이 사용되고 있다.
회로의 목적에 맞는 정류 회로를 사용한다
위와 같이 각각의 정류 회로는 단점과 장점이 명확하다. 다이오드 1개를 사용하면 회로는 단순하나, 커패시터의 충전 전류가 크기 때문에 작은 출력에 사용하여야 하고, 다이오드를 2개를 사용하면 효율이 높으나 트랜스의 센터탭을 설계 해야하는 부담이 있다. 브릿지 다이오드를 사용하면 설계가 단순 하지만 다이오드의 순방향 전압 강하를 고려한 효율을 고민하여야 한다.
최근에는 높은 효율을 위하여 다이오드 대신 FET를 사용하여 정류하는 방법인 동기 정류 회로가 사용되고 있으나, 이것에 대한 설명은 다음에 하도록 하겠다.