교류를 직류로 바꿔보자 (AC to DC converter)

— 주의 —

220V의 전기를 작동시키는 회로는 감전의 위험이 있습니다!

특히 220V는 사망사고의 원인이 되므로 반드시 스위치, 퓨즈의 설치가 필요하며,
감전에 대비하셔야 합니다. 

참고로 이 글을 보고 뭘 만드시든 전 책임 안집니다 (냉랭) 

DIY 또는 하나 구매해야 해!

한국의 콘센트 전기는 220V 60Hz입니다. 아시다시피 교류(VAC)이며 1초에 60번 +극과 -극이 바뀝니다. 그런데 우리가 사용하는 이런 저런 전자 부품과 장난감은 전부 직류(VDC)로 작동합니다. 특히 저처럼 취미로 이것저것 만들다 보면 안정적인 직류 전원공급 장치가 필요합니다.

물론 회로 제작을 할 때는 전문적인 전원공급장치가 있습니다. 가격은 약 40만원대 이지요.

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요렇게 생겼습니다.
엘레파츠나 디바이스 마트에 가시면 많이 있어요

뭐… 돈이 있으시다면 하나 구입을 추천해 드리지만, 그게 어렵다면 급하게나마 12V또는 더 낮은 전압의 전원공급장치를 직접 하나 만들어보시길 권합니다. 우리는 뭐든지 DIY하니까요!
(물론 이런 전원공급장치는 사용자가 원하는 전압과 전류를 설정할 수 있어 꼭 필요하긴 합니다 ㅠㅠ)

변압기(트랜스포머, Transformer)와 컨버전의 이론

이… 것은, 제가 자주 가는 카페의 글을 참고하시길 바랍니다. 이해가 쏙쏙 되도록 설명해주셔서 꼭 추천드리고 싶습니다.

내용을 찬찬히 읽어보셨다면 아시겠지만, 특별한 이유가 없다면 브릿지 정류회로를 사용하지 반파(Half wave)나 전파(Full wave)회로는 사용하지 않을 것 같습니다. 특히 브릿지 다이오드는 기성품이 있으므로 편하게 컨버터를 제작할 수 있습니다.

이 브릿지 다이오드를 이용한 회로도는 아래와 같습니다.  브릿지 다이오드는 그냥 네 개의 다이오드를 하나의 소켓 안에 조립해 놓은 것인데요, 교류전압의 위상이 바뀌어도 일정하게 +극에 전류를 흘려 넣어줄 수 있도록 구성되어 있습니다.

diode-full-wave-bridge-rectifier-01

diode-full-wave-bridge-rectifier-02

커패시터를 설치하지 않았다면 실제로 부하(Load)에서 받는 전기의 파형은 아래와 같습니다.

conversion

diode23
(그림 원본)
뭐 일단 교류 성분을 전부 직류로 바꾼 것은 사실이지만 이대로는 쓸 수가 없습니다. 이 그래프에 보이는 올라갔다 내려갔다 하는 모양(전압 리플이라고 부릅니다)을 가능한한 평평한 직선형으로 바꿔줘야 제대로 된 직류라고 할 수 있는데, 간단히 커패시터를 부하와 병렬로 달아주시면 해결이 됩니다. (거의) 완벽한 평행선을 만들고 싶으면 어마어마하게 용량이 큰 커패시터를 달아주시면 되지만 굳이 그럴 필요가 없는게… (아래 참조)

실제 제작시 참고사항

그… 이미 여러번 만들기도 했지만, 워낙 간단한 회로라 따로 만드는 법은 보여드리지 않겠습니다. 다만 몇 가지 참고사항을 적어드립니다.
  • 전원 케이블의 선
    • 220V 전선을 잘라보면 총 3개의 선이 있습니다. 멀티미터로 찍어보시면 아시겠지만 보통 녹색 선이 어스(접지)입니다. 이것 빼고 나머지 두 개가 전원선인데 어느쪽으로 연결하든 교류는 극성이 바뀌니 신경쓸 필요 없습니다.
  • 스위치와 퓨즈
    • 보통 스위치와 퓨즈는 트랜스포머의 앞단에 연결하시면 됩니다. 220V는 위험하므로 반드시 퓨즈를 준비하신 후 제작하셔야 하며 감전에 주의하십시요.
    • 조금 더 불안하시면 트랜스포머 뒷 단에 다이오드를 하나 달아주시는 방법이 있겠죠?
  • LED 하나를 달아주세요
    • 스위치를 올려도 제대로 전기가 나오는지 알 수가 없으니 출력단에 병렬로 LED를 하나 달아주시는 것이 좋습니다.
  • 출력 전압
    • 앞의 이론 링크를 보셨으면 아시겠지만 트랜스포머의 2차권선 전압(출력 전압)은 1차 권선과 2차권선의 전선감기의 비로 정해집니다. 그냥 원하는 출력 전압을 골라 트랜스포머를 구입하시면 됩니다.
    • 출력전압은 커패시터를 통과시켜도 전압 리플이 완전히 사라지는 건 아니라 전압 레귤레이터(Voltage regulator) 회로를 통과시킨 후 사용하시는 것이 좋습니다.

뒷얘기

처음에 한 두번은 만들어서 쓰게 되지만, 이상하게 변압기는 만들기 귀찮다는 느낌이 강하고 인터넷 쇼핑몰만 찾아보아도 LCD모니터용 고출력 어뎁터가 잔뜩 있어 가까이 안하게 되는 특징이 있습니다.
뭐 굳이 만들어보고 싶으시다면 딱 하나만 만들어보시길 추천드리며, 왠만하면 12V 5~6A짜리 LCD용 고출력 어뎁터를 쓰시길 권합니다. (이건 사고나면 보험처리도 되요)
크리에이티브 커먼즈 라이선스
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