직류 전원이란?
직류 전원이란 직류 전원을 공급하는 전원 장치입니다.
전원에는 직류 전원과 교류 전원 두 가지가 있습니다. 직류전원은 전류와 전압의 방향이 항상 한 방향으로만 흐르는 전원입니다. 교류전원은 전류와 전압의 방향이 주기적으로 바뀌는 전원을 말한다.
전력회사에서 공급하는 상용전원은 전압 변경과 전원 차단이 용이한 교류전원이 일반적입니다. 반면, 반도체의 동작에는 직류 전원이 필요하기 때문에 전자제품에 공급하는 전원은 반드시 직류여야 합니다.
따라서 직류전원은 주로 전자제품의 작동에 사용됩니다.
직류전원의 사용 용도
직류전원은 생활용품부터 산업분야의 거대한 장치까지 다양한 용도로 사용됩니다. 다음은 사용 예시입니다.
- PC 및 스마트폰 충전용 AC 어댑터
- 트램용 전원 공급 장치
- LED 조명의 전원 공급 장치
- 공조기 및 냉장고의 제어 기반 내부
- 전해 공장, 도금 공장용 전원 공급 장치
- 직류를 이용한 전기로의 전원
가전제품도 대부분 직류전원을 내부에 가지고 있지만, 선풍기나 백열전구 등 일부 가전제품은 교류전원을 직접 사용하기 때문에 직류전원장치를 가지고 있지 않습니다.
직류 전원의 원리
직류 전원장치(AC-DC 전원)는 교류 전원을 정류, 안정화하여 직류 전원으로 만드는 장치입니다.
직류화 방식에 따라 크게 션트 레귤레이션 방식, 직렬 레귤레이션 방식, 스위칭 레귤레이션 방식의 세 가지로 나뉩니다.
1. 션트 레귤레이션 방식
- 션트 레귤레이션 방식은 입출력 사이에 다이오드와 저항을 직렬로 연결합니다.
- 교류전원이 다이오드를 일정한 방향으로만 통과할 수 있기 때문에 출력단에서는 직류전원이 출력됩니다.
- 구조가 간단한 대신 저항에 의한 열 손실이 커서 세 가지 방식 중 효율이 가장 낮습니다.
2. 직렬 레귤레이션 방식
직렬 레귤레이션 방식은 입출력 사이에 트랜지스터 등의 소자를 직렬로 연결합니다.
교류전원은 일정한 방향으로만 트랜지스터를 통과할 수 있기 때문에 출력단에서는 직류전원이 출력됩니다.
3. 스위칭 레귤레이션 방식
스위칭 레귤레이션 방식은 교류 전원을 스위칭 소자로 전류와 전압의 방향을 전환합니다. 그 결과, 일정한 방향과 평균화된 직류 전원이 출력됩니다.
직류 전원의 기타 정보
1. 직류 전원과 교류 전원의 차이점
앞서 언급했듯이 전원에는 직류 전원과 교류 전원이 있습니다. 직류 전원과 교류 전원의 특징은 다음과 같습니다.
직류 전원의 특징
- 건전지나 납축전지 등의 화학반응에서 뽑아낼 수 있다.
- 반도체의 동작에는 직류전원이 필요하다.
- 장거리 송전 시 리액턴스에 의한 손실이 없다.
- 유도 전자파가 발생하지 않는다.
- 변압-차단용 장치가 고가이다.
교류전원의 특징
- 동기발전기 등 회전기기에서 전원을 추출할 수 있다.
- 변압기에 의해 쉽게 변압 가능하다.
- 전류가 0이 되는 타이밍에 쉽게 차단 가능하다.
- 유도에 의한 전자파 대책이 필요하다.
- 역률 및 과도 안정도 고려해야한다.
이상의 특성으로 인해 대형 전원화에 적합하기 때문에 전력회사의 상용전원은 교류전원입니다.
그러나 최근에는 과도 안정성을 고려할 필요가 없고 손실이 적은 직류에 의한 대용량 송전도 검토되고 있습니다.
2. 직류전원 사용법
직류전원은 종류도 규모도 다양하지만, 모두 정전압 또는 정전류 모드로 작동합니다.
정전압 모드
정전압 모드는 일정한 전압으로 작동하도록 만들어진 모드입니다. 정전압으로 사용하는 전자회로의 제품 확인 등에 사용됩니다. 정전압 모드 정전압 제품으로서 파워 서플라이는 산업에서 널리 사용됩니다.
정전류 모드
정전류 모드는 일정한 전류로 작동하도록 만들어진 모드입니다. 아날로그 신호의 전송 및 LED 조명의 조광 장치에 사용됩니다.
제품에 내장된 직류 전원장치에는 두 가지 모드 중 한 가지 모드만으로 동작하는 경우가 많습니다. 시험용 직류 전원장치 등은 각 모드를 수동으로 전환할 수 있는 장치가 많기 때문에 용도에 따라 모드를 변경할 수 있습니다.