파워 서플라이란?
파워 서플라이는 콘센트 등의 교류 전원을 안정적인 직류 전원으로 변환하는 장치입니다.
콘센트 등의 교류전원은 산업용, 가정용을 막론하고 고전압이기 때문에 그대로는 전자기기를 사용할 수 없습니다. 따라서 기기에 적합한 직류 전압으로 변환해야 합니다.
일반적인 파워 서플라이는 크게 ‘스위칭 방식’과 ‘변압기 방식’으로 나뉘는데, 현재는 소형화, 경량화, 고효율 등의 측면에서 스위칭 방식이 주류를 이루고 있습니다.
파워 서플라이의 사용 용도
파워 서플라이는 이름 그대로 전원을 공급하기 위한 장치입니다. 교류 전원을 전자기기에 적합한 직류 전압으로 변환하기 위한 것이므로 가정에 있는 거의 모든 전자기기류에 내장되어 있습니다.
벽면 콘센트에 케이블을 연결하면 케이블 반대편에 전원공급장치가 있다고 생각해도 좋을 정도로 모든 전자기기에 사용되고 있습니다.
전압을 조절할 수 있는 장치이기 때문에 파워서플라이를 사용하면 변압기를 사용하지 않고도 전원 전압을 공급할 수 있습니다.
파워 서플라이의 원리
변압기 방식의 파워 서플라이는 교류의 전원 전압을 변압기로 적절한 전압으로 변환하고, 정류기로 직류로 정류합니다. 이를 커패시터로 평활화하여 안정적인 직류 전압을 공급합니다.
스위칭 방식의 전원 공급 장치는 교류 전원 전압을 직류로 변환하고, 이를 고속 스위칭 회로에서 펄스 형태의 고주파 전력으로 변환합니다. 이 고주파 전력을 변압기를 사용하여 전력을 정류, 평활화하여 적절한 직류 출력 전압을 얻습니다.
변압기 방식은 노이즈를 작게 억제할 수 있지만, 크기가 크고 무거워지고 전력 효율이 떨어집니다. 반면 스위칭 방식은 효율이 높고 가벼울 수 있지만 소음이 커진다는 단점이 있습니다.
전원공급장치를 100% 효율로 작동시킬 수 없기 때문에 손실이 열로 발생하여 열이 발생합니다. 그 발열량은 일반적으로 다음 공식으로 구할 수 있습니다.
발열량(W) = 입력 전력 – 출력 전력 = (출력 전력/효율) – 출력 전력
발열량이 너무 크면 출력 저하 및 고장의 원인이 됩니다.
파워 서플라이에 대한 기타 정보
1. 전원 공급 장치 자체 제작에 대해
전원 공급 장치는 구조가 간단하기 때문에 직접 만들 수 있습니다. 필요한 재료는 저항, 평활 커패시터, 다이오드 등 네 가지입니다.
먼저 저항으로 수돗물 전압을 낮추고 다이오드로 직류로 바뀝니다. 그런 다음 다이오드를 사용하여 직류로 바뀝니다. 이때 전파 정류를 위해서는 두 개의 다이오드가 필요합니다.
마지막으로 평활 커패시터를 부하와 병렬로 연결하면 완성됩니다. 저항은 변압기로 대체할 수도 있다. 전원 공급 장치의 용량은 이러한 개별 부품의 용량에 따라 결정됩니다. 여러 개의 부하를 연결하면 더 많은 용량이 필요합니다.
2. 소형 전원 공급 장치
산업용 전원 공급 장치는 일반적으로 제어반에 수납되는 경우가 많으며, 제어반에 부착할 수 있을 정도로 크기가 작습니다. 현재 DIN 레일 장착이 주류를 이루고 있다고 할 수 있습니다.
일반 가정에서는 컴퓨터나 스마트폰 충전에 사용되는 AC 어댑터가 전원 공급 장치입니다. 소형화도 진행되어 손바닥만한 크기로도 제작되고 있습니다. 음향기기 관련에서는 앰프용으로 파워 서플라이가 사용된다. 이 역시 손바닥만한 크기로 8대 정도의 기기에 전원을 분배할 수 있습니다.
3. 파워 서플라이에 의한 노이즈
음향기기 용어로 파워 서플라이는 이펙터 등에 전원을 공급하는 장치입니다. 이펙터는 음악에 리버브, 로우패스 필터 등의 효과를 추가하는 장치입니다. 분류상으로는 아날로그 장비와 디지털 장비로 나뉩니다.
파워 서플라이 자체는 용량만 맞으면 1개로 여러 개의 이펙터에 전원을 공급할 수 있습니다. 그러나 아날로그 계열 이펙터와 디지털 계열 이펙터를 같은 전원공급장치에 연결하면 노이즈가 발생합니다.
원인은 디지털 이펙터의 작동 방식에 있습니다. 디지털계 이펙터는 전자 회로를 이용하고 있기 때문에, 음성 신호나 전기 신호를 초퍼 등으로 변환해 구형파를 만들고 있습니다. 구형파는 아날로그 파형에 왜곡을 일으키기 때문에, 음성의 노이즈가 되어 버립니다. 노이즈 대책으로서 아날로그계 이펙터와 디지털계 이펙터의 파워 서플라이를 나눕니다. 전기적으로 절연함으로써 구형파에 의한 노이즈를 제외할 수 있습니다.