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이전 포스팅에서는 파워 서플라이의 설계 방식에 대해 설명을 드렸습니다. 파워 서플라이 설계에 대한 정보를 (Linear power supplies, SMPS, Mixed architecture power supplies)을 확인하고 싶으시다면 이전 포스팅인 'DC Power Supply의 기초 - Part1'을 참고 부탁드립니다.
이번 포스팅에서는 파워 서플라이 구매를 고려하고 계신 분들을 위해 파워 서플라이의 출력과 동작 방식에 대해 설명드리고, 그에 관련된 주요 스펙에 대해서도 설명 드리려고 합니다. 파워 서플라이의 출력과 관련된 스펙으로는 Ripple & Noise, Load recovery time, Serial & Parallel 모드가 존재하며 각각의 스펙에 대한 정의와 로데 슈바르즈의 파워 서플라이가 가진 스펙에 대한 설명을 드리도록 하겠습니다.
Ripple & Noise
전자회로의 전원 라인은 전압 변화에 매우 민감하여 전원을 공급할 때 간섭을 최소화하여야 합니다. 이는 다시 말해 파워 서플라이가 매우 안정적인 전압과 전류를 제공해야 함을 의미합니다. 이상적인 출력은 전압 변동이 없어야 하지만, 실제로는 두 가지 요인에 의해 테스트 대상체 (=DUT)에 전압 변동이 발생할 수 있으며 그 두 가지 요인은 바로 Ripple과 Noise입니다.
주기적 변동을 Ripple이라고 표현하고 비주기적 변동을 Noise라고 표현을 합니다. 주기적과 비주기적 변동이 합쳐진 값을 우리는 PaRD (Periodic and Random Deviation)라고도 표현합니다. 이러한 Ripple & Noise는 파워 서플라이가 상용 전원인 AC를 DC로 변환하는 과정에서 무조건적으로 발생하게 되며, 파워 서플라이의 유형에 따라 Ripple & Noise의 강도가 달라지게 됩니다. 이전 포스팅에서도 언급 드렸듯이 Ripple & Noise의 강도는 Linear 파워 서플라이가 SMPS 타입에 비해 상당히 낮습니다. 그래서 파워 서플라이를 선정하는데 더 안정적인 전압을 원하는 경우나 MMIC, 파워 앰프를 개발하는 분들에게는 Linear 파워 서플라이가 더 적합한 선택이 될 수 있습니다.
Load recovery time
과도 응답이라고도 표현하는 Load recovery time은 Load의 변화에 따라 파워 서플라이가 과도 상태로부터 설정된 전압 레벨에 도달하는 데 소요되는 시간을 나타냅니다. 전류가 급격히 상승하면 파워 서플라이의 출력 전압이 떨어지게 됩니다. 또한, 전류가 급격히 감소하면 파워 서플라이의 전압이 일시적으로 증가하게 됩니다.
대표적인 예로 휴대폰, IoT 기기가 될 수 있습니다. 휴대폰, IoT 기기는 슬립 모드에서 소모되는 전력이 매우 적습니다. 그러나 이러한 기기들이 전송 모드로 전환되면 전류가 급격히 상승하게 되고 전원을 공급하는 데 사용되는 파워 서플라이는 최소한의 전압 강하와 오버슈트를 가지면서 nA에서부터 A의 범위까지 Load의 변화를 처리할 수 있어야합니다.
로데슈바르즈의 파워서플라이 중, Specialty급 파워 서플라이는 30us 미만의 복구 시간을 지원하여 Load의 변화에 매우 빠르게 반응하고 오버슈트를 최소화하는 최적화된 회로로 설계 되었습니다.
Serial & Parallel 모드
파워 서플라이가 채널 당 지원하는 전압, 전류보다 더 높은 전압, 전류가 필요한 경우라고 한다면, 채널을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용이 가능합니다. 직렬 모드에서는 채널을 결합하여 더 높은 출력 전압을 얻을 수 있습니다. 각 출력은 부하가 안전하게 받을 수 있는 최대 전류 한계치로 설정해야 합니다. 그런 다음 원하는 총 전압을 각 파워 서플라이 출력에 균등하게 분배합니다. 또한 더 높은 전류를 원하는 경우 채널을 병렬로 연결하여 제공이 가능합니다. 아래 그림과 같은 연결을 통해 직렬 / 병렬로 연결하여 더 높은 전압 / 전류를 제공할 수 있습니다.
HMC804x / NGE100B / NGA100 / HMC2000 / HMP4000 / NGP800 / NGL200 / NGM200
지금까지 파워 서플라이의 출력에 대해서 각각의 정의와 로데슈바르즈 파워 서플라이가 가진 스펙에 대해 알아보았습니다.
다음으로 파워 서플라이의 동작 방식에 대해서 설명을 드리도록 하겠습니다. 일반적으로 파워 서플라이는 전원을 공급하기 위한 목적으로 사용이 되며, 이는 전류가 양의 전압 단자로부터 흐른다는 것을 의미합니다. 이러한 유형의 파워 서플라이는 단일 극성으로 전압을 공급하기 때문에 단극이라고도 표현을 하거나 1-쿼드런트 방식이라고 표현을 합니다.
반면에 전류가 양의 전압 단자로 흐르면 파워 서플라이는 부하로 동작을 하게 됩니다. 예를 들어, 외부에서 인가된 전압이 파워 서플라이의 설정된 전압보다 높으면 전위차에 의해 전류는 대상체 (=DUT)에서 파워 서플라이로 흐르며 전류가 양의 전압 단자로 흐름을 의미합니다. 이를 우리는 source 방식이 아닌 sink 방식이라고 표현을 하고 이렇게 동작하는 파워 서플라이를 2-쿼드런트 또는 4-쿼드런트 방식이라고 표현을 합니다. 2-쿼드런트와 4-쿼드런트 방식의 파워 서플라이는 배터리나 부하의 역할을 할 수 있습니다.
로데슈바르즈의 specialty급 파워 서플라이는 2-쿼드런트와 4-쿼드런트 방식을 모두 제공하고 있습니다. 쿼드런트 구조는 아래 4사분면의 그림과 같이 정의가 될 수 있으며 4개의 사분면은 양극 및 음극에 대한 전압과 전류의 모든 조합을 나타냅니다. x축은 전류를 나타내며, y축은 전압을 나타내고 있습니다.
위에서 언급하였듯이 일반적인 파워 서플라이는 0V ~ 20V와 같이 양의 극성 전압만을 제공합니다. (즉, 첫 번째 사분면에서만 동작)
파워 서플라이가 외부 와이어 변경 없이 출력 단자에서 -20V ~ +20V와 같이 양극 또는 음극 전압을 공급할 수 있는 경우라고 한다면 4사분면에서 1과 3에서 동작을 하게 됩니다. 이러한 파워 서플라이는 0V 지점에 걸친 bipolar 전압에 대한 반도체 특성을 테스트하는 데 사용될 수 있습니다. 1사분면과 3사분면에서 동작할 수 있는 파워 서플라이는 일반적으로 양전압과 음전압 및 전류에 대한 sink 방식도 제공을 합니다. 이는 4개의 사분면에서 모두 동작할 수 있으며 이를 SMU (Source Measure Unit)라고 합니다.
1사분면과 3사분면에서는 전류가 양전압 단자에서 흘러나옵니다. 즉, 파워 서플라이가 전력을 출력합니다. 2사분면과 4사분면에서는 전류가 전압 단자로 흐르게 됩니다. 즉, 파워 서플라이가 전력을 흡수하게 됩니다. 로데슈바르즈의 파워 서플라이는 제품별로 모든 쿼드런트 방식을 지원합니다. 하기 표를 토대로 현재 업무하시는데 필요한 파워 서플라이가 어떤 방식을 지원하는지에 대해서 확인이 가능하십니다.
지금까지 파워 서플라이의 출력과 동작 방식, 그리고 그에 관련된 스펙에 대해서 알아보았습니다. 로데슈바르즈의 파워 서플라이는 다양한 포트폴리오를 가지고 있으며 사용자가 원하는 사양에 맞게 다양한 파워 서플라이를 제안 드릴 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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