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[전기전자 기초 #38] 전력 변환기 (Power Converter) - AC/DC, DC/DC 변환 기술 | 에너지를 효율적으로 전달하는 기술

앤카 2025. 6. 18. 00:00
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안녕하세요 😊
오늘 배울 내용은 필요한 전압과 전류를 맞추기 위한 기술입니다.

그럼 바로 전력 변환기(Power Converter) 에 대해 알아보겠습니다.

 

✅ 전력 변환기(Power Converter)란?

전력 변환기(Power Converter)는 전기 에너지를 다른 형태로 변환하여
기기에 알맞은 전압과 전류로 공급하는 장치입니다.
교류(AC)와 직류(DC) 간의 변환, 전압 상승 및 하강이 가능합니다.

💡 비유:
전력 변환기는 마치 변압기와 정수기처럼,
필요한 크기로 압력을 조절하고 순수한 에너지만 전달합니다.

🔌 전력 변환기의 주요 특징

특징 설명
전압 변환 높은 전압을 낮은 전압으로, 또는 반대로 변환
AC ↔ DC 변환 교류(AC) 전력을 직류(DC)로 또는 그 반대로 변환
전류 조절 전류를 안정적으로 조절하여 출력
효율 최적화 손실을 최소화하여 에너지 절약
안정성 보장 과전류, 과전압 보호 회로 내장
 

🎨 전력 변환기의 종류

종류 설명 예시
AC-DC 컨버터 (Rectifier) 교류(AC)를 직류(DC)로 변환 스마트폰 충전기, PC 파워 서플라이
DC-DC 컨버터 (Chopper) 직류(DC) 전압을 다른 DC 전압으로 변환 전기차, 배터리 관리 시스템
DC-AC 인버터 (Inverter) 직류(DC)를 교류(AC)로 변환 태양광 발전, UPS
AC-AC 컨버터 (Cycloconverter) 교류(AC) 전압 또는 주파수를 변경 모터 제어, 산업용 전원
 

🔄 AC-DC 변환 (Rectification)

AC-DC 컨버터(정류기, Rectifier)는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 변환하는 장치입니다.
일반적으로 스마트폰 충전기, PC 파워 서플라이, LED 조명에 사용됩니다.

✔️ AC-DC 변환 방식

 

방식 설명 특징
반파 정류 (Half-Wave Rectification) AC 신호의 절반만 DC로 변환 간단하지만 효율이 낮음
전파 정류 (Full-Wave Rectification) AC 신호의 양방향을 DC로 변환 효율적이고 출력 전력 큼
브리지 정류 (Bridge Rectification) 다이오드 4개로 완전 정류 추가 회로 없이 양극 신호 처리
 

🎨 전파 정류 (Full-Wave Rectification) 회로 예시

AC Input → [Bridge Diode] → [Filter Capacitor] → DC Output​
  • Bridge Diode: 교류를 직류로 변환
  • Filter Capacitor: 리플(Remove Ripple) 제거

✔️ 실무 예시

 

용도 설명
스마트폰 충전기 AC 220V → DC 5V
컴퓨터 파워 서플라이 AC 220V → DC 12V, 5V, 3.3V
LED 조명 AC 220V → DC 12V 또는 24V
 

🔄 DC-DC 변환 (Chopper)

DC-DC 컨버터는 직류(DC) 전압을 다른 DC 전압으로 변환하는 장치입니다.
전압을 높이거나 낮추며, 스텝업(Boost), 스텝다운(Buck) 방식이 있습니다.

✔️ DC-DC 변환 방식

 

방식 설명 특징
스텝다운 (Buck Converter) 입력 전압보다 낮은 전압 출력 전력 손실 적고 효율적
스텝업 (Boost Converter) 입력 전압보다 높은 전압 출력 작은 전력으로 높은 전압 생성
Buck-Boost Converter 전압을 높이거나 낮출 수 있음 전압 변동에 유연함
 

🎨 DC-DC 변환 회로 예시

 
DC Input → [Switching Element] → [Inductor] → [Diode] → [Capacitor] → DC Output
  • Switching Element: 전류를 On/Off 조절
  • Inductor: 에너지 저장 및 방출
  • Diode: 전류의 반대 흐름 방지
  • Capacitor: 전압 리플 제거

✔️ 실무 예시

 

용도 설명
전기차 배터리 관리 48V → 12V 전압 변환
모바일 보조 배터리 3.7V → 5V USB 출력
산업용 장비 24V → 5V 또는 12V 출력
 

🔄 DC-AC 변환 (Inverter)

DC-AC 인버터(Inverter)는 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하는 장치입니다.
태양광 발전, UPS, 가정용 전기에 사용됩니다.

✔️ DC-AC 변환 방식

방식 설명 특징
정현파 인버터 (Pure Sine Wave) 깨끗한 정현파 출력 가전제품에 최적
수정 정현파 인버터 (Modified Sine Wave) 단순화된 정현파 출력 비용이 저렴
제곱파 인버터 (Square Wave) 단순 사각형 신호 소형 가전, 간단한 모터
 

🎨 DC-AC 변환 회로 예시

 
DC Input → [Oscillator] → [Switching Circuit] → [Transformer] → AC Output
  • Oscillator: 주파수 생성
  • Switching Circuit: 전류 스위칭
  • Transformer: 전압 레벨 변환

✔️ 실무 예시

용도 설명
태양광 발전 시스템 DC 48V → AC 220V
UPS (Uninterruptible Power Supply) 정전 시 AC 출력
가정용 전력 변환 배터리 전력 → AC 220V
 

⚡ 실무에서의 활용 예시

 

용도 변환기 유형 설명
스마트폰 충전기 AC-DC AC 220V → DC 5V
전기차 충전기 DC-DC DC 400V → DC 12V
태양광 인버터 DC-AC DC 48V → AC 220V
산업용 컨트롤러 AC-AC 주파수 조절 및 전압 변환
 

🧠 오늘의 요약

  • 전력 변환기(Power Converter)는 전기 에너지를 다른 형태로 변환합니다.
  • AC-DC (Rectifier)는 교류를 직류로, **DC-DC (Chopper)**는 직류 간 전압 변환을 합니다.
  • DC-AC (Inverter)는 직류를 교류로 변환하여 태양광, UPS 등에 사용됩니다.
  • 효율성, 안정성, 신호 간섭 방지가 중요합니다.

📘 한번 더 정리

전력 변환기는 AC를 DC로, DC를 다른 전압으로, DC를 AC로 바꿀 수 있습니다.

🔄 전력 변환기의 종류

  • AC-DC (Rectifier): 교류 → 직류 변환 (스마트폰 충전기, PC 파워)
  • DC-DC (Chopper): 직류 → 다른 직류 변환 (전기차, 드론)
  • DC-AC (Inverter): 직류 → 교류 변환 (태양광 발전, UPS)

전력 변환기는 에너지 효율을 높이고, 안정적인 전력 공급을 위해 필수적입니다.

 

 

📌 다음 글 예고
다음 시간에는 센서(Sensor)에 대해 알아보겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다 😊
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