DC-AC 인버터란 파워 인버터라고도 하고 전력 공급기나 AC어댑터와 정확하게 반대의 기능을 합니다. 인버터는 직류전류(DC)를 입력받아 전력 소모량이 낮은 장치의 전원으로 사용할수 있는 교류전류(DC)를 출력합니다. 예를 들어서 자동차 배터리의 경우 12VDC를 받는데, 실제 차량에서는 120VAC 나 220VAC를 사용할 수 있는것이 이 DC-AC 인버터의 기능 덕분 입니다. 그리고 자동차의 시거잭에 꽂아서 사용할 수 있는 제품들도 일종의 소형 인버터라고 할 수 있다.
DC-AC 인버터의 작동원리
인버터는 맨 처음에는 12VDC를 입력 받아 내부의 DC-DC 컨버터를 이용해 더 높은 DC 전압으로 올립니다. 그 후에 스위칭 회로를 이용하여 AC전압의 특성인 사인 파형을 생성해 냅니다. 하지만 DC를 받은 것을 AC로 사인파형으로 변형하는데는 정확한 기술이 필요하다. 실제로 인버터 가격이 비싼 이유 중에 하나가 바로 이것이다. 아래는 실제 회로내에서 입력단자에서 부터 출력 단자까지 흘러가는 흐름도 입니다.
DC-AC 인버터 내의 흐름
첫번째 스텝은 DC 입력 단계입니다. 인버터의 작동은 DC 전압 입력부터 시작합니다. DC 전압은 인버터 내부의 캐패시터에 저장되는데, 이 캐패시터가 바로 ‘에너지 저장고’와 같은 역할을 합니다. 두번째 스텝은 내부 DC-DC컨버팅 단계 입니다. 다음으로 내부 DC-DC 컨버터로 들어가서 12VDC 인 것으로 더 높은 직류로 승압하는 작업을 합니다. 110VDC 이거나 220VDC로 주로 맞춰 주게 됩니다.
세번째 단계는 오실레이터 회로의 동작입니다. DC 전압은 오실레이터 회로로 들어갑니다. 오실레이터는 직류를 교류로 바꾸는 역할을 합니다. 네번째 단계는 스위치 회로 단계 입니다. 오실레이터에서 만들어진 교류 전류는 아직 완벽한 사인파 형태가 아닙니다. 이를 보다 완벽한 사인파 형태로 바꾸기 위해 스위치 회로가 사용됩니다. 이 스위치 회로는 빠르게 켜고 꺼지면서 전류의 흐름을 조절하고, 이를 통해 더욱 부드러운 사인파 형태를 만들어냅니다.
다섯번째 단계는 출력 필터를 거치는 단계입니다. 이제 거의 완성된 AC 전압이지만, 아직 미세한 노이즈가 남아 있을 수 있습니다. 이 노이즈를 제거하기 위해 출력 필터가 사용됩니다. 이 필터는 노이즈를 제거하고, 깨끗한 사인파 AC 전압을 출력합니다.
소형 인버터 종류
DC-AC 인버터 중에서도 우리가 주변에서 자주 볼 수 있는 것들은 소형 인버터 입니다. 소형 인버터는 그 용도와 설계에 따라 다양한 종류가 있습니다. 주로 사용되는 소형 인버터들의 종류는 다음과 같습니다.
사인파 인버터 (Pure Sine Wave Inverter)는 그 출력 전압의 특성이 일반 가정에서의 AC 전력과 가장 유사하기 때문에, 다양한 전기 기기에 사용될 수 있습니다. 특히, 민감한 전자 기기나 고급 전자 기기에서는 사인파 인버터가 필수적입니다. 예를 들어, 컴퓨터, 텔레비전, 오디오 장비, 에어컨, 냉장고 등의 가정용 전자 기기, 그리고 의료 장비, 고급 측정 장비 등의 전문적인 장비에서 사인파 인버터를 사용합니다. 또한, 태양광 발전 시스템에서도 사인파 인버터가 널리 사용됩니다.
수정 사인파 인버터(Modified Sine Wave Inverter)는 출력 전압의 특성이 사인파와 비슷하지만 완벽하게 일치하지 않기 때문에, 민감한 전자 기기와의 호환성이 떨어질 수 있습니다. 하지만, 설계가 간단하고 비용이 낮아서 일반적인 가전 제품에서는 충분히 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 조명, 히터, 모터를 사용하는 가전 제품(선풍기, 블렌더 등), 충전기 등에서 수정 사인파 인버터를 사용할 수 있습니다. 또한, 캠핑 카나 RV, 보트 등에서도 이용되며, 비상 전원 공급 장치에서도 사용됩니다.
스퀘어 웨이브 인버터 (Square Wave Inverter)는 가장 기본적인 형태의 인버터로, 입력 받은 직류(DC) 전압을 사각형 파형의 교류(AC) 전압으로 변환하는 장치입니다. 출력 신호가 사각형 또는 ‘스퀘어’ 파형을 가지기 때문에 이런 이름이 붙여졌습니다. 스퀘어 웨이브 인버터의 구조는 매우 단순하므로 제작 비용이 낮아, 간단한 응용 분야에서 사용하기에 적합합니다. 하지만, 이런 인버터가 생성하는 AC 전압은 실제 전력망에서 사용되는 사인파와는 많이 다르기 때문에 민감한 전자 장치나 고급 전자 장치와의 호환성이 떨어집니다.
스퀘어 웨이브 인버터는 주로 단순한 전기 모터나 전등과 같이 덜 민감한 전기 기기에서 사용됩니다. 또한, 임시적인 비상 전원 공급 장치나, 간단한 DIY 프로젝트 등에서도 사용됩니다. 그러나 대부분의 전자 기기는 사인파 인버터나 수정 사인파 인버터와 같이, 더 고급화된 인버터를 사용합니다.
그리드 타이 인버터 (Grid-Tie Inverter)는 재생 에너지 시스템에서 중요한 역할을 하는 장치입니다. 이 인버터는 태양광 패널이나 풍력 터빈 등에 생성된 직류(DC) 전압을 교류(AC) 전압으로 변환하고, 이를 전력망에 연결하여 공급하는 역할을 합니다. 그리드 타이 인버터의 특징은 그 출력 전압이 전력망의 전압과 동기화된다는 점입니다. 즉, 그리드 타이 인버터의 출력 전압은 주파수와 위상이 전력망의 전압과 일치하도록 제어됩니다. 이로 인해, 그리드 타이 인버터는 전력망에 부하가 크게 변동하는 경우나, 전력망의 전압이 불안정한 경우에도 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있습니다.
그리드 타이 인버터는 주로 건물이나 가정의 태양광 발전 시스템에서 사용됩니다. 이런 시스템에서 생성된 전력은 자체적으로 사용될 수도 있고, 필요에 따라 전력망에 판매될 수도 있습니다. 이런 방식으로 그리드 타이 인버터는 재생 에너지의 효율적인 활용을 가능하게 합니다.
차량용 인버터 (Car Power Inverter)는 차량의 배터리에서 제공하는 직류(DC) 전압을 교류(AC) 전압으로 변환하는 장치입니다. 이런 인버터는 차량의 12V 또는 24V DC 전압을 일반적으로 110VAC 또는 220VAC 전압으로 변환합니다. 차량용 인버터의 주요 용도는 차량 내에서 가정용 전자 기기를 사용하는 것입니다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰 충전기, 전기 냉장고, 전자레인지, 헤어드라이어 등의 가정용 전자 기기를 차량에서 사용할 수 있게 해줍니다.
또한, 차량용 인버터는 캠핑이나 여행 중에도 유용합니다. 차량의 시거잭에 연결하여 사용할 수 있는 소형 인버터부터, 대용량의 전력을 필요로 하는 장비를 운용할 수 있는 대형 인버터까지 다양한 종류와 크기가 있습니다. 하지만, 차량용 인버터를 사용할 때는 주의사항이 있습니다. 차량의 배터리 용량을 초과하는 부하를 인버터에 연결하면, 배터리가 과부하 상태가 되거나 배터리 수명이 단축될 수 있습니다. 따라서, 인버터를 사용하는 동안 차량의 엔진을 가동시키거나, 인버터의 출력 부하를 적절히 관리하는 것이 중요합니다.
