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| 3. Enermax EPR-525AWT :: 내부 구조 |
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파워서플라이 필드테스트를 하면서, 내부 구조에 대해서 먼저 이해하는게 우선이므로 크게 4가지 부분으로 파트를 나누어 보았습니다.
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1. AC전원입력부에서 220V 교류전원을 입력받습니다. 전원입력부에는 교류선로상의 노이즈를 걸러주는 EMI(Electro Magnetic Interference)필터가 내장되어 있고, 액티브PFC회로도 보통 여기에 실장됩니다.
PFC 회로는 파워서플라이 내부의 전원퀄리티를 결정짓는게 아니라 입력받는 교류전원의 위상차를 보정하여 피상전력과 실효전력의 차이를 최대한 줄이는 역할을 할 뿐이므로 전원입력단에 붙어있는게 너무나도 당연합니다. (혹시라도 AC-DC 스위칭 효율을 0.99까지 올려준다는 얼토당토 않는 얘기는 잊어버리시기 바랍니다. ^_^;;) 1번에서 2번으로 이동하는 동안 입력된 교류전원을 다시 걸러주는 라인필터가 보이는데, 수축튜브로 감싸져 있는 작은 인덕터 2개가 그 역할을 하죠.
2. AC-DC 변환부에서 비로소 교류전원을 직류전원으로 평활화 시킵니다. 교류전원은 파형이 일단 Sine Wave를 그리므로, 평탄한 직류전원으로 변환하기 위해 브릿지 다이오드를 통해 일단 정류한 후 평활커패시터에서 전원을 일단 축전합니다. 평활커패시터를 거쳐 스위칭 트랜지스터(혹은 클럭 제네레이터)에서 높은 주파수로 뿌려주면 이것이 바로 직류전원이 되는것이죠. 스위칭 트랜지스터의 발열이 엄청나기 때문에 방열판이 필수인데, 거의 대부분의 파워에서는 왼쪽 방열판에 스위칭 TR이 장착되어 있습니다.
3. DC-DC 강압부에서는 이렇게 변환된 직류전원을 각 시스템 장치에 맞는 3.3V, 5V, 12V등의 직류전압으로 강압하는 역할을 합니다. 이른바 트랜스(Transformer)로도 알려져 있는데, 큰것이 주전원, 작은것이 +5Vsb(대기전원)을 위한 트랜스입니다. 보통 이 부분을 얼마나 튼실하게 설계해서 좋은 부품을 사용하느냐에 따라 파워서플라이 전원효율이 판가름나게 되죠. 2번 스위칭TR의 성능도 물론 큰 영향을 미칩니다.
4. 그리고 3번에서 4번으로 이동하면서 스위칭 레귤레이터, 2차 정류부를 거쳐 최종전압을 조정합니다. 그리고 전압비교기를 통해 전압이 적정하게 들어가고 있는지 모니터링 후 PWM 조정을 통해 효율에 맞는 전압으로 제어하는 회로가 구성이 됩니다. 그리고 3개의 코일과 커패시터로 이루어진 필터부를 통과하여 최종적으로 직류전원이 출력되는거죠.
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< 참고자료 :: AC입력전원 선택방식에 대하여>
세계적으로 가정에서 사용하는 AC전원은 모두 규격이 다릅니다. 우리나라의 경우는 220V/60Hz를(물론 일부 110V로, 아직 220V 승압개량이 안된 지역도 있는것으로 알고 있지만)사용하며, 해외의 경우 115V나 230V, 혹은 50Hz등의 다양한 전압과 입력주파수를 가진 전원인 국가도 다수 있습니다. 파워서플라이의 수출을 위해서는 이러한 입력전원이라는 부분을 감안하지 않을 수 없는데요, 그래서 파워서플라이들의 입력전원 선택방식은 여러가지로 구분됩니다. 크게 다음의 몇가지로 나눌 수 있겠는데요.
220V 고정방식
110/220V 선택스위치 방식
110/220V 풀레인지 방식
110/220V 부분 풀레인지(Partial Full-range) 방식
한가지씩 알아보도록 하죠.
먼저 220V 고정방식은 말 그대로 220V 입력전원만 받을 수 있도록 고정되어 있습니다. 입력전압에 따른 강하폭을 조절하기 위한 임피던스 변화를 줄 필요가 없으므로 회로 구성이 간단해지며 제조단가도 저렴해지는 장점이 있지만 입력전원이 불안정한 곳에서는 유연성을 발휘할 수 없는 단점이 있고 220V 이외의 지역에서는 사용이 불가능합니다. (물론 그렇다고는 해도 어느정도, 약 ±10V정도의 변동은 허용되는 편이긴 합니다만 저가형일수록 이 변동 허용폭은 좁아집니다)
다음으로 110V/220V 선택스위치 방식인 경우, 물론 업체에 따라 115V/230V정도로 구성하는 경우도 있습니다. 최근 출시되는 파워서플라이가 대부분 이런 형태인데, 파워 후면에 2가지 전압을 선택하는 스위치가 설치되어 있습니다. 역시 어느정도의 변동폭은 허용하는 편이라 110/220V를 사용하는 우리나라에서도 문제없이 작동합니다.
다음으로 설명할 것은 풀레인지 방식인데, 이것은 입력전원 선택 스위치가 없다는것은 220V 고정방식과 외형상 동일합니다. 하지만 결정적으로 다른 점은 110V와 220V 입력전원에 대해 모두 대응하며, 자동으로 입력전원을 선택한다는 점이겠죠. 90년대의 경우 각 가정마다, 건축된 연도에 따라 110V이거나 220V인 경우가 있어서 파워서플라이 입력전압 스위치를 변경하지 않고 연결했다가 태워먹은 경험이 꽤 있었기 때문에 풀레인지 입력방식이 얼마나 편리한 방식인지 말할 필요조차 없지요. 하지만 요즘은 거의 220V로 승압이 된 상황이기 때문에 별로 필요없는 형태이지 않느냐 라고 물으신다면, 그것도 아닙니다. 220V로 승압이 되었더라도 건물 혹은 지역의 선로 상태에 따라 입력전압의 품질이나 강하폭이 모두 다릅니다. 입력전원을 받는데 있어 융통성이 적은 고정방식이나 선택스위치 방식의 파워서플라이를 사용하는 경우, 해당 가정의 입력전원의 전압강하가 심할 경우 파워와 시스템에 문제를 일으키는 경우가 종종 있습니다. 또한 천재지변 등으로 입력전압이 과도한 변화를 일으키는 경우 역시 풀레인지 입력방식이 좀 더 융통성 있는 대처가 가능하죠. 100V~240V 이내의 어떤 전압에도 대응이 가능하기 때문에 입력전원의 전압강하나 상승에 상관없이 항상 일정한 성능과 안정성을 기대할 수 있다는 것이 풀레인지 방식 최대의 장점이라 하겠습니다.
마지막으로 설명할 것은 풀레인지와 선택스위치 방식의 절충형이라 할 수 있는 부분 풀레인지 방식인데, 기본적으로 입력전원을 110(115)V와 220(230)V 사이에서 선택하는것은 동일하지만, 각 전압별로 대응하는 범위가 상당히 넓습니다. 예를 들어 헌트키의 LW6450WG(그린스타 14cm 제품군)의 데이터시트에서 제시하는 입력전압은 115V일 경우 90V~130V까지, 230V를 선택했을 경우 180V~265V 사이의 전압에서 자유롭게 대응하기 때문에 가정으로 들어오는 교류전원의 변화에 유연하게 작동할 수 있는 여지가 있습니다. 물론 풀레인지 방식에 비해서는 아무래도 조금은 떨어지긴 하지만 일반적인 환경에서는 충분한 성능과 신뢰성을 제공하겠죠.
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입력부를 보면, 액티브PFC 회로가 독특한 형태로 부착되어 있습니다. 아주 깔끔한 구성이군요. 접지 역시 이쪽에 붙어 있구요. 그 아래로 LM393N 전압비교기가 장착되어 있고, +5VSB 출력단이 눈에 들어옵니다. 고급 파워서플라이에는 이렇게 전압비교기를 통해 최종전압의 상태를 자체 모니터링하고 저전압이나 고전압을 제어하는 회로가 포함되어 있습니다.
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평활커패시터는 일본 마쓰시타(파나소닉) UQ 시리즈를 사용하고 있군요. 400V / 180uF 용량을 병렬로 연결, 360uF 용량을 구현하고 있습니다. 알려져 있다시피 액티브PFC 파워서플라이는 PFC회로에서 자체적인 정류가 되기 때문에 평활 커패시터의 용량이 클 필요가 없는 반면, 승압방식 역률보정 회로이기 때문에 커패시터 자체의 내압이 매우 높아야 합니다. 단가는 비싸긴 하지만 제대로 된 액티브PFC 제품이라면 이정도는 되어야 하죠.
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DC-DC 변압부입니다. 이미 설명했으니 상세한 설명은 생략하겠습니다. 오른쪽 방열판 아래에 언뜻 고정용 볼트가 보이는데, 바로 저기에도 스위칭 TR이 붙어 있습니다. (스위칭 TR-트랜지스터-는 최종 출력전압을 상세하게 분리해 내기 위해 스위칭 레귤레이터로 높은 주파수의 클럭을 생성하여 보내는 역할을 합니다)
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요녀석이 클럭 제네레이터 역할을 하는 스위칭 트랜지스터 소자입니다. 도시바 제품이군요.
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파워 서플라이의 출력 전원의 품질을 가늠하는 요소는 크게 3가지입니다.
- 리플/노이즈값이 얼마나 높은가
- 전압의 변동율은 얼마나 큰가
- 각 DC 전압별 얼마나 많은 전류량을 출력할 수 있는가
이 중 리플/노이즈값과 전압의 변동폭은 정류부와 스위칭 부분에서 결정나게 되는데, 특히 정류부에 위치한 커패시터와 인덕터/솔레노이드 코일의 퀄리티에 좌우된다고 볼 수 있습니다. 특히 출력전원이 얼마나 깨끗한가를 가늠하는 리플/노이즈값은 필터 역할을 하는 코일이 얼마나 꼼꼼하게 잘 감겨 있는가에서 좌우된다고 볼 수 있는데, 아마 이 부분 때문에 무겁고 비싼 파워일수록 성능이 좋다라는 일반론이 생겨났다고 볼 수 있겠죠.
위 사진에서 보면, 왼쪽 사진은 AC전원을 DC전원으로 평탄하게 바꿔주는 평활부 직전에 전원을 한번 더 걸러주는 라인 필터에 사용되는 코일로서, 이 이상 더 감아놓을 수 없을정도로 아주 단단하게 잘 감겨 있습니다. 오른쪽 사진은 출력부인데 중앙의 큰 페라이트 코일은 사실 보급형 제품에서는 아주 듬성듬성한 솔레노이드 코일이 설치되기도 합니다만 역시 에너맥스라, 좋은 품질의 코일을 위치시켜 놓았군요. 양쪽 2개의 인덕터 코일은 각각 출력부 1차, 2차 필터에 해당합니다. 이 부분이 얼마나 잘 구성되어 있는가에 따라 출력부 전압 안정성과 리플/노이즈 수준이 결정되죠.
참고로 사진에는 잘 안나와 있습니다만, 빼곡히 들어찬 커패시터들, 전부 마쓰시타(파나소닉)과 니폰 케미콘(일본 케미콘 : 니치콘) 제품이더군요. 과연 하이엔드급 파워 서플라이 다운 구성입니다.
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좌측은 PS231S 소자. 데이터시트가 없어서 상세한 설명은 하지 못합니다만, 언뜻 알아보니 서킷 브레이커, 즉 고전압이나 쇼트 발생시 회로를 차단하여 손상을 방지하는 칩이라고 하는군요.
우측은 이것도 PS231S 칩과 함께 회로 보호역할을 하는 컨트롤 칩이라고 하는데, 이건 검색해도 도저히 정보를 알 수가 없었습니다. 에너맥스의 설명에 의하면 6레벨 보호회로의 주축을 이루는 칩이라고 하는군요.
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각 케이블 부분에 AWG(American Wire Guage)규격이 기재되어 있습니다. AC전원 플러그에 KEMA(N.V. tot Keuning van Electrotechnishe Materialen) 안전기준 규격이 있다면, DC출력 라인에는 AWG 규격에 따른 각 라인 출력량 별 스펙이 정해져 있습니다. AWG 수치가 낮을수록 높은 전류량을 견딜 수 있습니다. 이 AWG 규격에 따른 전선을 쓰지 않을 경우 커넥터에 화재가 발생할 수 있습니다.
요 빨간색 라인은 +5V 출력라인입니다. 22AWG와 18AWG가 섞여 있습니다. 최소한 5가닥 이상, 22AWG는 최대 7A, 18AWG는 16A까지 출력이 가능하므로, 눈에 보이는 전선만 따져도 충분히 스펙을 충족하고 있군요.
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사실, AWG 규격을 잘 지킨 전선을 사용하는건 제대로된 파워 서플라이 제조사라면 아주 기본적인 부분이기 때문에 이건 딱히 더 내세울만한 장점도 아닌 것 같습니다. ^^)
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| 4. 성능테스트 |
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간략하나마 성능테스트를 진행해 보도록 하겠습니다. 사실 제대로 된 테스트라면 제품의 출력량만큼 부하를 걸어줄 수 있는 부하기를 이용해야 하는데, 사실상 이건 업체가 아니면 불가능한 조건이므로 사용중인 시스템에 최대한의 로드를 걸어주어 성능을 측정해 보도록 하겠습니다. 우선 시스템 사양은 다음과 같습니다.
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| CPU |
Core2 Duo E8200 @ 3.6G :: 65 W |
| VGA |
GeForce 8800GTS 640MB :: 106 W |
| Memory |
OCZ PC2-6400 2GB x 2 :: 14 W |
| HDD |
WD2500AAJS + 2000JS + 1600JD ::75 W |
| FDD |
5 W |
| CD-ROM |
0 W |
| DVD-ROM |
0 W |
| CD/DVD |
0 W |
| CD-RW |
0 W |
| CD-RW/DVD-RW/Combo |
TSST SH-S183L + Sony DRU700A :: 50 W |
| USB1.1/1.2 |
5 W |
| IEEE-1394 |
0 W |
| FAN |
120mm x 2, 250mm x 1 :: 9 W |
| LAN (PCI) |
0 W |
| SCSI Controller (PCI) |
0 W |
| Sound Blaster |
AudioTrack Prodigy 7.1 :: 7 W |
| * 기본 : Mainboard + Keyboard + Mouse= 28 W , -12V, +5Vsb = 22W |
| Total |
386W (CPU 효율 = 100%를 기준)
379.5W (CPU 효율 = 90%를 기준)
376.25W (CPU 효율 = 85%를 기준) |
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테스트 방법론에 대해 간단히 짚어보고 테스트 결과를 포스팅 하도록 하죠. 우선 파워 서플라이의 전압 변동율을 측정하는데 있어서 OCCT나 SpeedFAN 등의 유틸리티를 사용하는 경우가 많은데, 이게 사실 상당히 신뢰성이 떨어지는 요소입니다.
이런 소프트웨어들은 메인보드의 FINTEK이나 ITE계열 칩셋에서 모니터링 하는 전압치를 입력받는데, 메인보드에 설치된 칩셋들이니 당연히 메인보드의 입력전원을 기준으로 전압값이 출력되겠죠. 하지만 메인보드의 전원부에서 일단 입력된 각 전원은 메인보드의 전원부 레귤레이터와 인덕터등을 통해 2차 안정화가 되는 수치이기 때문에 파워서플라이 고유의 성능을 측정하지 못합니다.
멀티테스터 측정시 : 파워서플라이->출력라인->멀티테스터의 3단계를 거침
소프트웨어 측정경로 : 파워서플라이->출력라인->메인보드 전원부->모니터링 칩셋->CPU->소프트웨어 코어의 6단계를 거치므로 수치의 정확한 측정 불가
비단 이러한 문제뿐만 아니라 칩셋과 메인보드의 설계문제, 소프트웨어와의 조정이 불충분한 경우도 종종 발생하여 전압값이 전혀 엉뚱한 수치가 측정되는 경우도 있으니 소프트웨어 측정치에 대한 신뢰성은 멀티테스터를 통해 직접 측정한 수치에 비해 거의 없다고 봐야 하지 않을까요?
따라서 멀티미터에서 다시 PC로 데이터 로깅을 할 수 있는 환경이 아니라면, 차라리 전압 흔들림 그래프는 과감히 포기하고 전압강하폭 정도만 멀티미터로 측정하는 것이 파워 서플라이 성능 검증에 객관적인 지표가 되리라 생각됩니다.
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↑ Sandra2008로 측정해 본 EPR-525AWT의 전압. +12V가 11.5V라는 말도 안되는 측정치를 나타내고 있고 +5V는 아예 변동허용 상한선인 5.25V를 한참 넘겨버린 수치를 보여주고 있습니다. 잠시 후에 실제 전압 측정치를 확인해 보도록 하겠습니다.
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두둥.....선수입장!! 이 아니고... EPR-525AWT의 비교대상이 될 제품은, 에너맥스 집안의 먼 친척뻘 되는 FMAII EG465P-VE (460W) 파워 서플라이입니다. 이 제품도 꽤나 성능이 좋습니다.
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시스템에 최대 부하를 걸어주기 위해, 보시는 것과 같이 다양한 부하 프로그램을 이용하였습니다.
VGA 부하를 위해 ATI Tool의 Scan for artifacts 테스트
CPU 부하를 위해 Stress Prime 테스트
3개의 HDD 및 2개의 ODD 부하를 위해 각 ODD1, ODD2에서 HDD2, HDD3으로 파일복사
HDD1(시스템 디스크)은 조각모음을 실행하여 시스템에 장착된 모든 장치에 최대부하를 걸어 보았습니다.
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| A. 무부하 상태 |
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PRO82+ EPR-525AWT |
FMAII EG-465P(VE) |
| +5V |
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| +12V1 |
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| +12V2 |
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+12V3
(VGA) |
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+12V1과 동일 |
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먼저, 무부하 상태입니다. 초기전압 출력특성을 기록하기 위한 항목으로, 파워 서플라이를 시스템에 연결하지 않고 PS_ON 시그널을 넣어 파워 서플라이만 혼자 동작시킨 상태죠. EPR-525AWT의 +12V 수치가 약간 높게 나오는군요.
* EG465P-VE 모델은 +12V3가 없으나 VGA 보조전원 +12V를 측정한 수치임을 참고해 주시기 바랍니다.
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| B. 아이들 상태 |
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PRO82+ EPR-525AWT |
FMAII EG-465P(VE) |
| +5V |
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| +12V1 |
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| +12V2 |
무부하 상태와 동일 |
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+12V3
(VGA) |
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아이들 상태입니다. 시스템에 모든 장치를 장착한 상태로 전원을 켜서 운영체제 부팅 후, 시스템 기본 프로세스 이외에 어떤 작업도 하고 있지 않은 상태입니다. EPR-525AWT의 +5V 전압이 살짝 높아졌고, +12V3 전압은 약간 강하한 모습이 보이는군요. 그래픽카드가 구형 8800GTS이다보니 전력소모가 제법 많습니다. FMAII EG465P-VE와 비교하면, 그래도 양반이군요. EG465는 +12V출력의 한계(통합 32A)와 듀얼 라인으로 인해 +12V1 전압강하가 제법 크게 눈에 띕니다.
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| C. 풀로드 상태 |
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PRO82+ EPR-525AWT |
FMAII EG-465P(VE) |
| +5V |
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| +12V1 |
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| +12V2 |
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+12V3
(VGA) |
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풀로드 상태입니다. 앞서 설명한 것 처럼 시스템 장치 모두를 작동시켜 전압강하량을 측정했습니다. 아무래도 진정한 강자는, 맞서는 자가 있을 때 그 진가를 보여준다.... 라는 얘기를 얼핏 들은 것 같은데, EPR-525AWT와 EG465P-VE(FMAII)의 경우가 딱 그렇군요. EG465가 시스템 부하를 견디기는 해도 +12V 전압강하가 상당히 일어나는데 비해 EPR-525AWT는 +12V3가 0.02V 강하했을 뿐 나머지 전압은 0.01V 내외의 강하만을 보여주고 있습니다. 오차범위를 감안한다면 사실상 칼전압이라고 봐도 무방하겠죠.
반면 FMAII EG465P-VE 제품은 나름대로 상당히 좋은 스펙을 가진 파워이지만 8800GTS와 HDD 3개, ODD 2개의 부하가 힘에 겨운 모습입니다. 비교적 고급인 FMAII도 이럴진대 중저가 파워 서플라이들의 전압강하는 어느정도나 될지 생각하기도 끔찍하군요.
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| D. 배기온도 측정 |
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마지막 테스트인 파워 서플라이 후면 배기온도 측정입니다. 예상대로, 아이들시 및 풀로드시 모두 80+ 인증을 받은 EPR-525AWT의 온도가 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다. 효율이 높다는 것은 열로 낭비되는 전력량이 그만큼 적다는 의미이므로 당연한 결과가 도출된거라 볼 수 있겠죠.
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| 5. 마치며.... |
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안타깝게도, 관련 장비의 부재라는 이유로 효율부분과 리플/노이즈 부분은 측정할 수 없었습니다만, 적어도 파워 서플라이 자체의 성능이라 할 수 있는 전압강하 측면에서는 하이엔드 파워 서플라이로서의 진면목을 유감없이 보여준 제품입니다.
어쩌다보니 국내 리테일 부품 시장의 파워 서플라이 판매량 중 70% 이상이 스크린샷에서 보시는 바와 같이 희한한 모델명의 저가 제품군들로, 가격비교 사이트의 상품목록 최상단에 위치하여 멋모르는 소비자들을 현혹시켜 판매량을 늘려나가고 있는 형편입니다. 그러나 이렇게 제품 명칭과 가격만으로 승부하는 제품들은, 그 품질이 당연히 나쁠 수밖에 없습니다. 파워 서플라이는 물리적으로 전력을 변환하는 부품이기 때문에, 내부 부품 및 회로 구성에 얼마나 돈을 들이느냐에 따라 퀄리티가 직접적으로 결정된다고 볼 수 있습니다. 그런데 저런 1~2만원대 파워 서플라이들은, 단가를 맞추기 위해 최소한의 안전 회로나 규격, 심지어는 스펙조차 충족시키지 못하는 중국산 저질 제품으로 이루어져 소비자들의 시스템 안전을 위협하고 있는 형편입니다.
이제는 시스템 구성도 웰빙 개념을 도입할 때가 되지 않았나 싶습니다. 파워 값 몇 만원 아끼겠다고 저질 중국산 막파워 샀다가 비싼 시스템을 통째로 말아먹느니, 아예 애초부터 파워 서플라이에 제대로 된 투자를 하는 것이 좋지 않을까요.. 물론 에너맥스 제품군은 일반 라이트 유저들에게 걸맞는 제품은 아닙니다만, 비싼만큼 장기적인 안정성과, 높은 전력효율을 통한 전기요금 절약, 정신적 스트레스를 미리 예방할 수 있다는 측면에서 결코 비싸다고 보지는 않습니다.
야심차게 런칭한 에너맥스 82+ 제품군. 저질 중국산 막파워로 인해 혼탁해진 국내 파워 서플라이 시장에서 파워 서플라이 선택 기준에 대한 새로운 퍼포먼스 스탠더드가 되기를 바랍니다. 이를 위해 좀 더 소비자에게 가까이 다가가는 마케팅을 주문해 봅니다. 에너맥스, 좋은 제품이지만 대다수 사용자들이 쉽게 다가갈 수 없었던 브랜드라는 인식을 깨뜨려 주기를 바랍니다. -fin-
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