정류와
전원

AC는 출렁이고 DC는 한쪽이다

벽 콘센트의 전기는 교류(AC)다. 1초에 50~60번 +와 −를 오가며 위아래로 출렁인다.

반면 폰·노트북·LED 같은 칩과 회로는 직류(DC)로 동작한다.
한 방향으로만 흐르고 크기도 거의 일정한 전기여야 트랜지스터가 제대로 켜지고 꺼진다.

그래서 모든 기기 안에는 AC를 DC로 바꾸는 장치가 들어 있다.
이 변환을 정류(rectification)라 부른다.
부품 단위로 보면 다이오드가 한 방향으로만 전류를 통과시켜 출렁임을 한쪽으로 접는다.

어댑터, USB 충전기, PC 파워서플라이가 전부 이 일을 한다.
콘센트의 AC를 받아 안정된 DC로 바꿔 기기에 공급한다.

반파 정류, 한쪽만 통과

가장 단순한 정류는 다이오드 하나다. AC 한쪽 반주기만 통과시키는 반파 정류다.

다이오드는 한 방향으로만 전류를 흘린다.
양(+)의 반주기엔 순방향이라 그대로 통과시킨다.
음(−)의 반주기엔 역방향이라 막아 버린다.

그 결과 음의 반주기가 통째로 잘려 출력은 0이 된다.
봉우리만 띄엄띄엄 남는 우둘투둘한 DC가 나온다.
방향은 한쪽으로 정리됐지만 절반은 그냥 버리는 셈이다.

반쪽만 쓰니 효율이 낮고 출렁임도 크다.
봉우리 사이가 길게 비는 게 약점이다.

전파 정류, 양쪽을 다 뒤집는다

버리는 절반이 아까우면 음의 반주기를 위로 접으면 된다. 이게 전파 정류다.

다이오드 4개를 마름모로 엮은 브리지 정류기가 표준이다.
양의 반주기엔 한 쌍이, 음의 반주기엔 반대쪽 한 쌍이 켜진다.
입력 극성이 뒤집혀도 부하에는 항상 같은 방향으로 전류가 흐른다.

그래서 음의 반주기가 잘리지 않고 위로 뒤집혀 올라온다.
봉우리가 두 배로 촘촘해지고 빈칸이 사라진다.
같은 입력에서 평균 전압이 더 높고 출렁임 주파수도 두 배가 된다.

출렁임 주파수가 두 배라는 게 핵심이다. 그만큼 다음에 다는 커패시터가 메우기 쉬워진다.
그래서 거의 모든 전원은 반파가 아니라 전파(브리지)를 쓴다.

커패시터로 평활, 리플을 줄인다

정류만으론 여전히 우둘투둘하다. 출력에 큰 커패시터를 병렬로 달면 매끈해진다. 이걸 평활이라 한다.

커패시터는 전하를 담는 그릇이다 (8강 RC).
봉우리가 올라올 땐 빠르게 충전된다.
봉우리가 내려가 골이 생기면 담아 둔 전하를 부하에 천천히 내보내며 전압을 버틴다.

그래서 출력이 완전히 0으로 떨어지지 않고 봉우리 근처에서 살짝만 출렁인다.
이 남은 출렁임이 리플(ripple)이다.
C가 클수록, 부하 전류가 작을수록 리플이 작아져 더 평평한 DC가 된다.

평활 커패시터를 켜면 우둘투둘한 파형이 매끈한 DC로 눕는다.

어댑터의 속 · 정리

USB 충전기와 노트북 어댑터를 까보면 결국 같은 순서다.
AC를 받아 전압을 낮추고, 한쪽으로 펴고, 매끈하게 다듬어 DC를 내놓는다.

① 변압은 220V AC를 기기에 맞는 낮은 전압으로 떨군다.
② 정류는 브리지로 음의 반주기를 위로 뒤집어 한 방향 맥류로 만든다.
③ 평활은 큰 커패시터로 골을 메워 리플을 줄인다.
④ 안정화(레귤레이터)는 5V·3.3V처럼 딱 떨어지는 값으로 고정한다.

요즘 충전기는 변압 대신 고주파로 스위칭하는 SMPS 방식이라 더 작고 가볍다.
하지만 정류한 뒤 평활한다는 뼈대는 그대로다.