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파워서플라이는 다음의 단계를 거쳐서 컴퓨터에 전원을 공급되는
경로
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전원입력 EMI 필터부 ▶ 교류-직류 정류부 ▶ 직류-직류 변환부 ▶ 출력 필터 및 출력부 | | |
▶ 일반적으로
공급되는 AC교류전원을 입력받는 전원입력부와
EMI 필터가 장착되어 있는
모습이다.
EMI필터를 통해 입력라인의 노이즈(잡음)가 걸러진 순수한 전류를 사용하여 작동되도록 만들어졌다.
입력라인의 노이즈(잡음)을 EMI필터가 걸러줌으로써 전원공급장치 내부 부품의 손상시키는
것을 방지하고 외부기기를 보호할 수 있도록 했다.
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[주석1]
전원입력부 및 EMI 필터 (Electro-Magnetic
Interference Filter)
일반적으로 필터라는 것은 신호를 선택적으로
차단 및 통과시킬 수 있는 기능을 가진 회로를 말한다. EMI는 Electro-Magnetic
Interference의 약자로 전자파장해(애)라고 번역될 수 있다. 입력부의
EMI필터는 다음과 같은 기능을 수행한다.
1. 교류 입력 라인의 잡음이 파워 내부로 흘러
들어가는 것을 막는다.
2.
반대로 파워 내부의 스위칭 잡음이 교류
입력 라인으로 유입되는 것을 막는다.
이와 같은 필터를 앞쪽에 설치하는 이유는 각종
전자파 규격을 만족시키기 위해서 인데, 이 전자파 규격이라는 것은 기기에서 입력 라인으로 방출되는 전자파의 양을
규제하는 내용을 담고 있다. 이와 같은 규제가 없다면 파워 서플라이의 스위칭시 발생하는 잡음이 라인을 타고 들어가 집안 내 다른 기기나 기타
장치의 동작에 영향을 주게 될 가능성이 있다. 여기서 파워 내부의 스위칭 잡음이 무엇인지는 잠시 후에 자세히 살펴보도록
하자.
EMI필터는 개별 부품들을 하나로 집적시켜
모듈화한 패키지형과 개별 부품들로 구성된 일반형 두 가지가 있는데, 패키지형 타입이 훨씬 심플하고 고급스럽게 보인다.
개별부품들로 이루어진 일반형 EMI필터와는
심플한 모양을 보여주며
패키지 타입의 EMI 필터는 개별 부품들로 구성된
일반형보다는 단가를 다소 높다고 알려져 있다. 그러나, 실제로 규제를 만족하는 한 성능상의 큰 차이점은 없다. |
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▲
교류-직류(AC-DC) 정류부 모습
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▶ 정류 다이오드와 정류 콘덴서로 구성된 교류-직류(AC-DC) 정류부의 모습이다. 전원입력부와
EMI 필터를
거친 교류 전원(AC)은 정류 다이오드를 통해 정류된 전압은 정류콘덴서를 통해 직류 전압(DC)으로 변환되는
과정을 거치는 구조이다.
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▲ 정류콘덴서
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▶ 정류 콘덴서(평활콘덴서)의 규격은 200V 680㎌이다. 그리고 정류 콘덴서의
정전용량은 680㎌이다. 420W급 파워서플라이에서는
다소 낮지만 Active PFC회로의 채용으로 고주파 간섭을 줄여주고 전력효율을
높여주어서 크게 상관없다.
정류콘덴서(평활콘덴서)의 정전용량을 큰 것으로 채택하면 더
커진 정전용량으로 안정감이 있게 보일 수 있다. 하지만 너무 큰 용량을 채택하게되면
역률이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 그리고 타간 파워의 경우 Active
PFC회로가 있으므로 정전용량이 680㎌로도 충분하다는 것을 감안해 주었으면 한다.
▶
1차 정류쪽 히트싱크 상단에 있는 Active PFC회로기판이다.
전력 효율을 최대한으로 높이기 위해서 Active PFC 회로를 채택 별도의
회로로서 여기서 1차 정류를 해주는 브릿지 다이오드와 Active PFC Controller를
볼 수 있다.
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[주석2] PFC(Power Factor Correction) PFC(Power Factor Correction) 기능은
입력 전원을 동일한 전압으로 받기 위하여 전원공급장치 내에 일종의 정류 회로를 가지고 있는 것을 말한다. 한글로 옮기면
'전력효율 교정'이란 뜻으로 전원장치에 전력효율을 향상시키기 위하여 절전 회로를 추가한 것이다.
PFC 회로에는 두 가지 방식이 있는데, 하나는
Active 방식이고 다른 하나는 Passive 방식이다. 별도의 회로기판을 구성한 것을
Active방식이라 하고 기계적인 부품을 이용한 것을 Passive 방식이라고 한다.
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PFC 기능의
종류 |
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Active PFC
방식 |
장점은
⊙ Active 회로는 전력 효율이 95%(이상)에 달하므로 절전 효과가 가장 높다. 프리볼트로서
AC 전원
선택 스위치를 사용할 필요가 없으며 80-265V 범위의 AC 입력전원에서 자동으로 문제 없이 동작한다.
⊙ 무게가 가볍고, PFC 회로에서
가청대역의 오디오 잡음(험 노이즈)이 발생하지 않는 것으로 알려져 있다.
⊙ APFC(active power factor correction)로 효율 끌어올려 전력 소모량을 줄일
수 있다. 때문에 오랜 시간 켜두는 PC에 알맞다.
⊙ 그리고 Active
PFC는 높은 역률 및 유해 고조파 성분 차단이 가능하다. Active PFC를 내장하여 역률(PF)을 Passive PFC(약 75%)와
비교해 약 94% 이상(전부하 조건)으로 개선하였고, 유해 고조파 성분을 기준치 이하로 차단하였다
단점은
⊙ EMI
(전자파 방지) 검사 통과를 위하여 보다 강력한 보호장치를 추가 해야 합니다. 이를 다르게 설명하면 Active PFC 회로에서 전자파가 많이
발생한다.
⊙ 그 전자파
중에는 고주파 노이즈도 포함되어 있다. 가청 대역 이상의 고주파 노이즈는 귀에 잘 들리지 않으나 예민한 사람들에겐 장시간 사용시 가청 대역
노이즈 이상으로 피로가 누적될 수 있다.
⊙ 생산
원가(10불 이상)가 높으며 회로가 복잡하여 기존의 모델에 적용하기 어렵다.
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Passive PFC
방식 |
전자파 발생률이 Active 방식에 비하여 훨씬 낮고, 회로가 단순하며 부품원가가 낮아
추가부담이 적다. 기존의 절전기능이 없는 제품에 PFC 기능을 추가하여 쉽게 생산할 수 있다.
반면 전력효율이 68-80%에 해당된다. 이러한 Passive 방식의 PFC 기능은 별도의 회로를 구성한 방식인
Active 방식의 PFC에 비해서 그 효과는 상당히 낮은 단점이 있다.
AC
전압 선택 스위치를 사용해야 하며 추가된 inductor로 인하여 일반 파워보다 훨씬 무게가 더 나간다.
따라서 passive
PFC 때문에 무게가 무거운 것이 흠입니다. |
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[주석4]
교류-직류(AC-DC) 정류부
EMI 필터를 거친 교류 전원은 일단,
컴퓨터나 주변기기에서 필요로 하는 3.3V, 5V, 12V 등의 직류 전원으로 변환되기 전에 임시 직류 전원으로 변환되는 과정을
거친다.
여기서 말하는 임시 직류 전원이라는 것은
우리가 가정에서 쓰고 있는 교류 전원을 정류하여 단순히 직류 전압으로 만드는 것을 말하는 것으로, 최종 출력인
3.3V, 5V, 12V 등을 만들어 내기 위한 직류 전압이라 할 수 있다. 사진 중앙에 보이는 정류 다이오드를 통해 정류된 전압은 바로 옆에
보이는 정류 콘덴서를 통해 평평한 직류 전압 파형으로 만들어진다. 이 정류 콘덴서가 파워 서플라이의 수명에 중요한
영향을 미친다.
우리가 일반 가정에서 사용하는 아답터의 경우가
이 정류된 임시 직류원을 사용하는 예라 할 수 있다. 220V 교류 전원을 정류하는 경우 311V 정도의 직류
전압이 만들어지게 된다. 파워는 이 311V의 직류 전압을 가지고 직류-직류 스위칭 변환부에서 3.3V, 5V, 12V등의 출력
직류 전압을 만들어 내는 것이다. |
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[주석3]
아답터와 컴퓨터 파워 서플라이의 차이점
아답터는 일반 가정에
들어오는 220이나 110V의 교류 전압을 직류로 바꾸어 출력해주는 기능을 가지고 있다. 기능만으로 놓고 볼 때
컴퓨터 파워서플라이와 차이가 없으나 아답터는 일반적으로 커다란 60Hz 변압기(아답터 전체가 대부분 변압기에 해당된다)를 사용하여 전압을 낮춘
후 정류 다이오드라는 소자 4개로 구성된 브리지 회로만을 사용하여 직류로 변환하고 콘덴서로 평활하게 만든 후 이를 바로 출력으로 내어준다. 이는
파워서플라이에서 정류부만을 거친 임시 직류 전압을 공급하는 것과 같다고 할 수 있다. 카세트나 전화기처럼 연결 기기의 용량이 작고(1A미만)
필요로 하는 전압이 하나뿐인 기기의 전원으로는 아답터가 사용될 수 있으나 컴퓨터처럼 다수의 출력 전압과 많은 전류용량(30A 정도)을 필요로
하는 기기의 전원으로는 아답터가 아닌 스위칭 파워 서플라이를 사용해야만 한다. |
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▲
직류-직류(DC-DC) 스위칭 변환부
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▶ 직류-직류(DC-DC) 스위칭 변환부의 모습이다.
스위칭 파워서플라이에서 중요한 부분인 스위칭변압기(스위칭트랜서)의 모습이다.
검은색 히트싱크(방열판)으로 둘러쌓여있어 잘 보이지는 않지만 검은색
대형 히트싱크 사이에 변압기가 자리잡고 있다. 흰색의
크고작은 4개의 변압기(트랜서)로 구성되어져있다.
교류-직류(AC-DC) 정류부를 거쳐서 온
전원은 직류-직류(DC-DC) 스위칭 변환부를 지나게
된다. 직류-직류(DC-DC) 스위칭 변환부를 통하여 3V, 5V, 12V 등의 직류
전원이 생성된다. 작은크기의 변압기는 대기 모드 전원 공급용으로 사용되는 보조 파워의 변압기 이다.
DC전압를 PC에서 사용할 수 있는 DC전압인 +3.3V, +5V, +12V 각각의 전압으로 각각
변환시 이 스위칭 변환부에서 많은 열이 발생하게 되는데 안정적인
전원공급과 과부하방지를 위하여 발열량이 많아지는 변압기 주변부에는 알루미늄 대형
방열판을 장착해서 방열면적을 넓혀 주어 방열효과를 높여주어
빠르게 냉각이 이루어질 수 있도록 구성했다.
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▲
스위칭제어부
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▶
스위칭제어부의 모습이다.(구동제어부 라고도 부른다) 스위칭TR을 조절하는 회로부과 소스전원을 피드백하여 항상
안정적인 전원을 공급하는 기능을 하는 제어부이다. 또한 전원의 안전장치 역할도 하고 있다.
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온도센서와 팬컨트롤러
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▶
출력부쪽 히트싱크(방열판)에 온도센서와 팬컨트롤러를 부착하여 타간만의
독자적인 기술인 TSCT 기능을 이용하여 내부 온도에 따라 쿨링팬 속도를 조절하여 제품의 안정적인 작동과 저소음환경의 구현이 동시에 가능하도록
하고 있다.
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[주석5]
직류-직류(DC-DC) 스위칭 변환부
직류-직류(DC-DC) 스위칭 변환부는
파워 서플라이의 핵심부분이다. DC 전압을
DC전압으로 바꾸는 데 왜 복잡한 회로가 필요한지 의아해 할 것이다. 변압기라는 것에 대해서 살펴보아야
한다. 변압기란 글자
그대로 전압을 변화시키는 부품이다. 변압기를 사용하면 100V의 전압을 50V나 10V로 변화시킬 수 있는데, 이때의 전압은 반드시 교류이어야
한다. 직류 전압은 변압기를 통해서 변화를 시킬 수가 없다. 바로 여기서 스위칭 회로의 필요성이 발생하게
된다.
이 변환 과정은 수문이 있는 댐을 생각해보자. 저수지에는 많은 양의 물(전원)이 저장되어 있다. 댐의 아래쪽에서는
시시각각 원하는 수량이 변화한다. 댐에서는 어떻게 시시각각 변화하는 물의 수요에 맞게 물을 공급해 줄 수 있을까? 아마도 수문을 여는 횟수와
수문을 열고 있는 시간을 수요량에 맞게 조절하면 될 것이다. 여기서 수문에 해당하는 것이 스위치이고 수문을 여닫는 횟수에 해당하는 것은 스위칭
주파수이며 수문을 열고 있는 시간이 바로 통류율(Duty)이라는 것이다. 이와 같이 출력단의 요구에 맞게 열고 닫음을 반복해주면 직류 전압은
교류처럼 변화하고 변압기를 통과하여 출력단에서 적절한 전압으로 변환될 수가 있는 것이다.
스위칭 변환부는 출력단의 요구에 맞게 스위칭 하면서 직류 전압은 교류처럼 변화시킨다. 그 다음 변압기를 통과하여
변압기의 출력측에서 비교적 깨끗한 직류 신호를
얻기 위해 저대역 통과 필터를 사용하여 스위칭 동작 과정에서 발생되는 리플과 잡음을 제거하는 부분이 있게 된다.
이러한 과정을 거쳐 비로소 3.3V, 5V, 12V 등의 적절한 전압으로 변환시킨
직류 전원이 만들어지게 된다. |
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▲
출력 필터 및 출력부
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▶ 출력 필터 및 출력부의
모습이다. 2차 정류부라고도 하는 부분이다. 비교적 큰사이즈의 쵸크코일과
콘덴서의 모습이 보이고 있다.
안전한 직류를 공급하기 위해 또
한번 필터링을 하는 곳이다. 또한 파워서플라이 내부회로에서 필터링되어
출력되는 전원케이블들의 마감상태도 깔끔하게 정렬시켜 시스템 내부로 공급되도록 하였다.
한번 필터링 된 것을 인덕터와 콘덴서들을 이용해서 출력 필터를 만들어서 추가적으로 필터링한 후 전원 컨넥터로 깨끗한 전원을 내보내는 것이다
출력 필터 및 출력부의 역할은
직류-직류 스위칭 변환부에서 변환되고
걸러진 직류전원을 도너츠 모양처럼 코일이 감겨져 있는 인덕터와 콘덴서들로
구성된 출력부 필터를 통하여 2차적으로 걸려내고 마지막으로 출력 필터부 옆에
있는 여러가지 색상의 케이블 타이에 묶인 두꺼운 전선을 통해 각각의 전압으로
출력되는 구조를 보여주고 있다.
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케이블의 마감상태
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▶
출력 필터부 옆에
있는 여러 색상의 케이블이 케이블 타이에 묶인 두꺼운 케이블선들이
있다.
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[주석6]
출력 필터 및 출력부
출력 필터 및 출력부는
직류-직류 스위칭 변환부에서 변환되고 1차 필터링된 직류 전원을 다시 추가적으로 필터링 하여 규격에 맞는 깨끗한
전원을 얻어내기 위한 부분이다. 실제로 파워 서플라이를 분해해 보면 컴퓨터로 들어가는 전원선이 연결되는 부분에 아주 빼곡히 인덕터와 콘덴서들이
박혀있는 것을 볼 수 있는데, 이러한 소자들이 출력 필터의 기능을 하고 있는 것이다.
스위칭 변환부는 출력단의 요구에 맞게 스위칭 하면서 직류 전압은 교류처럼 변화시킨다. 그 다음 변압기를 통과하여 출력측에서 저대역 필터를
사용해서 리플과 잡음을 제거하고 적절한 전압으로 변환( 3.3V, 5V, 12V 직류전원 )시키는 부분이다. |
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▲
시스템 케이스에 장착된 후면에서 본 화면
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▲
장착된 내부의 모습
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478타입 메인보드에 20핀 ATX 전원커넥터 상태로 연결
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12V 4핀 보조전원커넥터 연결
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ODD용 1인치 4핀 전원커넥터 연결
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▲
1인치 4핀 전원커넥터를 HDD에 연결
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▲
FDD 미니 4핀 전원커넥터를 연결
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▲
접지 케이블
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▶
커넥터와 케이블을 결합시킨 모습이다. 파워서플라이의
설치는 쉬운 편이지만 LGA775타입의 펜티엄4에서 설치하려면 몇 가지
점을 고려해야 한다. 를 설치하는 것은 매우 쉽다.
▶ 어두울수록 더욱 빛을 발광하는
블루톤의 튜닝 LED가 돋보인다. 원형의 투명 아크릴 패널의 뒷면을 통해
빛을 발하는 LED로 양쪽의 쿨링팬으로 쿨링팬이 돌면서 투명한쿨링팬의
날개로 빛이 투과된다.
만약 가지고 있는 시스템 케이스가
누드형이라면 정말 밤이 기다려질 것같다.
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