선형 전원 공급 장치란?
선형전원은 상용 교류전원을 직류전원으로 변환하여 회로를 안정화시키고 전압변동을 줄이기 위해 선형전원 또는 스위칭전원의 안정화 전원을 사용합니다.
선형전원은 진공관이 사용되던 시절부터 사용되어 온 방식입니다. 회로에 가변저항 또는 3단자 IC를 내장해 입력에서 전력을 연속적으로 제어해 출력 전압을 조절합니다. 아날로그 제어로 작동한다는 특징이 있습니다.
출력 전압의 정확도는 좋지만, 장치가 크고 무겁고 내부에서 전력 손실이 커서 효율이 낮고 가변 저항으로 인한 발열이 많다는 특징이 있습니다.
선형 전원 공급장치의 사용 용도
최근에는 가볍고 소형의 스위칭 전원공급장치가 많이 사용되고 있지만, 선형 전원공급장치는 소출력의 전원으로 소음을 줄이고자 할 때 많이 이용됩니다.
크기는 커지지만 소음이 적기 때문에 계측기, 의료기기, 고급 오디오에 사용된다. 또한, 무선 전화기나 데스크톱 PC의 스피커, 전동공구 등에도 사용되고 있습니다. 특히 3단자 IC를 사용한 리니어 전원공급장치는 비교적 크기가 작고 사용이 편리하여 많이 사용되었습니다.
선형전원의 원리
선형전원은 회로 구성이 간단하고 노이즈가 적은 전원입니다. 상용 교류 전원을 가져와 가변 저항을 직렬로 연결하여 여분의 전압을 제거하여 직류 전원으로 만듭니다. 제거한 전압은 저항에서 열에너지가 되므로 발열량이 증가합니다. 따라서 레귤레이터 부분에는 방열판이 필요합니다.
회로에는 저항만 사용하기 때문에 구조는 간단하지만 열을 제어할 수 없습니다.
직렬 레귤레이터와 션트 레귤레이터가 있는데, 일반적으로 직렬 레귤레이터가 사용되며, 션트 레귤레이터가 사용되는 용도는 제한적이다. 제너 다이오드나 3단자 IC가 사용됩니다.
사용 용도에 따라 선형 전원 공급장치의 발열을 견딜 수 있는지를 검토해야 합니다. 또한, 선형 전원의 노이즈는 스위칭 전원보다 작게 억제할 수 있어 음질을 높일 수 있기 때문에 오디오 기기를 고집하는 경우에는 원하는 음질을 구현하기 위해 선형 전원을 직접 제작하는 경우도 있습니다.
노이즈 차단 변압기의 접지
전기회로의 접지와 접지 사이에 전위가 다른 곳이나 접지할 수 없는 곳에서도 노이즈를 방지할 수 있는 방법은 있습니다. 그런 경우에도 우선은 노이즈 차단 변압기를 설치해보시기 바랍니다. 그래도 효과가 없을 때는 첫째, 노이즈 차단 변압기 설치 장소를 최대한 넓은 면적으로 접지와 접촉하도록 하는 것입니다. 두 번째는 입력 케이블과 출력 케이블을 노이즈가 차폐될 수 있는 차폐선으로 만들고, 이 차폐선과 노이즈 차단 변압기 케이스를 넓은 면적으로 설치하는 것입니다. 위의 작업을 통해 노이즈 제거 효과의 향상을 기대할 수 있습니다.
노이즈 컷 트랜스포머의 구조
노이즈 컷 트랜스포머의 구조에 대해 설명하겠습니다. 그 전에 소음을 차단하고 싶을 때 일반적으로 하는 대책은 소음 발생원을 절연하는 것입니다. 절연을 하면 노이즈의 영향을 거의 받지 않게 됩니다. 그래서 실제로 이루어지는 절연 대책인데, 회로상에서는 대부분 포토커플러를 사용합니다. 그리고 또 하나의 포토커플러를 사용하지 않을 경우의 대응 방법이 절연 변압기입니다. 비용이나 공간의 문제에서 보면 압도적으로 기판상의 포토커플러로 대응하는 것이 바람직하지만, 기판을 사용할 수 없는 경우에는 절연 트랜스포머를 사용합니다.
하지만 절연트랜스도 만능은 아니며, 차측 권선으로부터 오는 노이즈의 영향을 차측 권선도 받게 됩니다. 그래서 등장한 것이 노이즈 차단 변압기입니다. 이 변압기는 단순한 절연 변압기가 아닌 장애파 차단 변압기입니다. 여기서는 그 원리와 동작 등 자세한 설명은 생략하고 구조만 소개하겠습니다.
노이즈 컷 변압기의 구조적 특징은 기존의 절연 변압기 구조에 더해 코일 변압기 외곽에 다중의 피복 전자파 차폐판을 설치한 것입니다. 이것이 가장 큰 특징입니다. 또한, 코일 배치 및 자심 재질과 형상을 고주파 노이즈의 자속이 코일 상호간에 연쇄적으로 교차하지 않도록 만들어져 분포하는 정전용량 결합과 전자기 유도에 의한 노이즈의 전달을 방지하고 있어 노이즈 차단에 매우 우수한 변압기입니다.