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파워 서플라이의 목적은 단순히 전원이 필요한 대상에 전압과 전류를 공급해주기 위함이 목적이지만 적절하지 않은 파워 서플라이를 구매하였을 시 원하는 목적에 맞게 사용이 불가능할 수 있습니다.
앞으로 이어지는 포스팅에서는 파워 서플라이 구매를 고려하고 계신 분들을 위해 파워 서플라이의 주요 스펙에 대한 설명을 드리도록 하겠습니다.
우선, 이번 포스팅에서는 주요 스펙과 관련된 항목 중에 하나인 파워 서플라이의 설계 방식에 대해 설명을 드리겠습니다. 파워 서플라이는 기본적으로 다음 세 가지 유형의 설계 방식이 존재합니다. 설계 방식에 따라 높은 출력이 목적인지 또는 안정적인 출력이 목적인지로 나누어질 수 있기에 각각의 설계 방식에 대해 설명을 드리도록 하겠습니다.
- Linear power supplies
- Switched mode power supplies (SMPS)
- Mixed architecture power supplies
Linear power supplies
Linear 파워 서플라이는 과도 상태에서도 일정한 출력 전압, 낮은 리플 및 노이즈, 빠른 응답속도의 특징을 가지고 있습니다. 이는 SMPS 타입의 파워 서플라이보다 전자기의 간섭이 매우 적습니다. 아래 그림의 Linear 파워 서플라이 하드웨어 구조를 살펴보도록 하겠습니다. Main transformer는 전원 라인과 출력단을 분리하였습니다. 이어서 Rectifier인 정류기는 전원 라인의 교류전압을 직류전압으로 변환하고 이를 직렬 Actuator(액추에이터)에 공급합니다. 레귤레이터 회로의 입출력에 있는 커패시터는 버퍼 역할을 하며 리플을 감소시킵니다. 마지막으로 Reference voltage (기준 전압)은 Analog control 증폭기를 제어합니다. 이 증폭기는 일반적으로 빠르고 부하 변화에 대한 복구 시간이 매우 짧습니다. 이러한 설계 방식을 통하여 Linear 파워 서플라이는 일정한 출력 전압, 낮은 리플 및 노이즈, 빠른 응답속도의 특징을 가지게 됩니다.
Switched mode power supplies (SMPS)
SMPS는 Linear 파워 서플라이보다 효율이 좋습니다. SMPS의 하드웨어 구조를 살펴보면 우선적으로 첫 번째 단계에서 교류전압을 직류전압으로 변환합니다. 입력되는 전압이 높기 때문에 작은 정전 용량을 가진 버퍼 커패시터를 사용하게 됩니다. 두 번째 단계에서는 직류전압이 고주파에서 절단됩니다. 이것은 Switching transistor에서 발생하며 상대적으로 작고 가벼운 페라이트 초크나 낮은 손실의 transformer를 필요로 합니다. 또한, Switching transistor는 완전히 on / off 되기 때문에 손실이 적습니다. 출력되는 전압은 일반적으로 Switching transistor의 duty cycle을 변경하여 조절됩니다. 다음 단계로 Rectifier와 low pass filter는 출력 품질을 향상시키는 역할을 합니다.
이와 같은 하드웨어 구조로 인하여 SMPS는 Linear 파워 서플라이 대비하여 약 70% ~ 95%이상의 높은 효율을 가지고 있습니다. 또한 SMPS 타입은 Linear 파워 서플라이 대비하여 더 가볍고 부피가 작습니다. SMPS의 출력 커패시터는 높은 스위칭 주파수로 인해 매우 작을 수 있지만 올바른 커패시터의 선택은 필요한 에너지 저장 용량 및 부하에 유도되는 AC 리플과 같은 다른 요인에 따라 달라집니다. 주요 부품의 크기는 일반적으로 작동 주파수가 높아질수록 감소합니다. 그러나 효율은 부품의 손실이 급격히 증가함에 따라 약 250kHz 이상에서 현저히 떨어지게 됩니다.
Mixed architecture power supplies
Mixed architecture 파워 서플라이는 SMPS 타입의 장점과 Linear 파워 서플라이의 장점을 조합하여 만들어진 파워 서플라이입니다. 입력 단계에서 Main transformer를 사용한 다음 rectifier와 switching 모드 회로를 사용하여 출력 전압을 조절하고 높은 효율을 제공합니다. 또한, 출력에서 원하지 않는 신호 성분을 줄이는 역할을 합니다.
지금까지 파워 서플라이의 세 가지 설계 방식에 대해서 알아보았습니다. 로데슈바르즈의 파워 서플라이는 세 가지 설계 방식에 맞는 파워 서플라이를 모두 제공하고 있습니다.
Linear, Mixed, SMPS 타입에 맞는 파워 서플라이를 제공하고 있으며, 파워 서플라이를 선정하시는데 높은 출력이 목적인지 또는 안정적인 출력이 목적인지에 따라 아래와 같은 파워 서플라이를 선정하실 수 있습니다.
HMC804x / NGE100B / NGA100 / HMP2000 / HMP4000 / NGP800 / NGL200 / NGM200 / NGU201 / NGU401
다음 포스팅에서는 "DC Power Supply의 기초 - Part 2"로 파워 서플라이 구매를 고려하고 계신 분들을 위해 파워 서플라이의 출력과 동작 방식에 대해 설명드리고, 그에 관련된 주요 스펙에 대해서도 설명 드리려고 합니다. 자세한 내용은 아래 링크를 통해 확인하실 수 있습니다.
작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀
이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com
추가 문의사항은 031-348-3953 및 ds3@roientec.co.kr로 문의주시면 신속하게 답변드리겠습니다.
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