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스위칭 AC 어댑터

스위칭 AC 어댑터란?

스위칭 AC 어댑터는 현재 AC 어댑터의 주류 방식인 스위칭 방식을 채택하여 교류(AC) 전원을 정보기기 등의 직류(DC) 전원으로 변환하기 위한 어댑터입니다.

스위칭 방식이 등장하기 이전의 선형 방식의 AC 어댑터는 전원을 철심(변압기)을 통해 저전압으로 변환, 다이오드로 교류를 조절하고 콘덴서 등의 회로를 통해 사용 기기 측에 전기를 흘려보내는 방식이었다. 반면 스위칭 AC 어댑터의 경우, 선형 방식과 달리 처음부터 교류 전기를 고주파의 직류로 변환하여 철심(변압기)을 사용하지 않습니다.

스위칭 트랜지스터를 통해 고속으로 전압 변환을 하여 사용 기기 쪽으로 전기를 흘려보낼 수 있는 것이 스위칭 AC 어댑터의 특징입니다. 무겁고 큰 변압기를 사용하지 않기 때문에 부품이 소형화, 경량화되어 높은 전원 효율을 실현하고 있습니다.

스위칭 AC 어댑터의 사용 용도

스위칭 AC 어댑터는 주로 PC용 전원 케이블에 사용됩니다. 그 외 태블릿 등 정보통신용 단말기, 의료용 기기, 오디오 기기 등도 용도 중 하나입니다. 전원 변환 회로를 본체 기기에서 분리할 수 있어 기기의 사용 가능성과 수납성을 높일 수 있습니다.

그리고 스위칭 AC 어댑터는 변압기를 사용하지 않고 스위치를 켜고 끌 수 있기 때문에 소형화, 경량화가 진행되고 있습니다. 콘센트 형태나 전원, 전압이 다른 해외에서도 컨버터나 변압기를 사용하면 국내 제품을 사용할 수 있습니다.

안전하고 정밀한 기기 동작을 실현하고, 충격과 진동에 대한 저항력도 충분해 최근에는 다양한 전자기기에 사용 용도가 확대되고 있습니다.

스위칭 AC 어댑터의 원리

스위칭 AC 어댑터는 펄스 변조로 대표되는 고효율 스위칭 방식을 이용하여 비교적 높은 주파수의 펄스 상태에서 원하는 DC 전원으로 변환합니다. 트랜지스터나 MOSFET 등의 반도체 소자를 사용하여 고속 스위칭을 통해 들어온 교류 전압을 펄스식으로 구분하는 방식입니다.

전류의 파동을 평탄하게 만들어 직류 전압을 얻는데, 이 때 주파수가 다른 전력이나 신호를 조합할 수 있기 때문에 변압기 없이도 강압할 수 있습니다. 그러나 회로가 복잡해지기 때문에 제어 방법에 주의가 필요하며, 특히 새롭게 발생하는 스위칭 노이즈에 대한 회로적 주의가 매우 중요합니다.

스위칭 AC 어댑터의 제어 방법에는 여러 가지가 있는데, 가장 대표적인 것은 ‘PWN'(펄스 폭 변조)이라는 방식입니다. 펄스파의 폭, 즉 스위칭 켜기-끄기-끄기 시간을 조정하여 각 펄스의 면적을 동일하게 하여 전압을 안정화시키는 방식입니다. 스위칭 AC 어댑터는 전원을 켜고 끔으로써 낭비 없이 출력할 수 있기 때문에 전원 변환 효율이 매우 높은 것이 특징입니다.

스위칭 AC 어댑터의 경우, 펄스 주파수 자체가 수 10kHz에서 수 100KHz로 상용 AC의 주파수에 비해 높은 주파수를 처리합니다. 따라서 크고 무거운 변압기를 사용하지 않아도 되기 때문에 작고 가볍습니다.

스위칭 AC 어댑터를 선택하는 방법
현재 시장에는 수많은 스위칭 AC 어댑터가 유통되고 있습니다. 어댑터의 선택이 잘못되면 전자기기 등을 사용할 수 없을 뿐만 아니라 최악의 경우 고장날 수도 있으므로, 선택 시 다음 사항을 확인하는 것이 중요합니다.

1. 최대 정격

사용하고자 하는 전자기기에 적합한 전압(V), 사용 가능한 전류(A)를 흘릴 수 있는 어댑터여야 합니다. 일반적으로 전자기기의 입력 단자 근처나 정격 명판에 기재되어 있습니다. 이때 전압은 동일한 전압을 선택하되, 전류는 동일하거나 조금 더 높은 전압을 선택합니다.

2. 플러그의 모양과 극성

대부분의 경우 플러그 부분은 파이프 모양의 전극으로 되어 있으며, 전자기기의 입력 단자 접점과 각각 연결하여 전력을 공급합니다. 외형과 내경, 극성에 대해서는 어느 정도 규격이 정해져 있기 때문에 이에 맞는 것을 선택하여 사용합니다.

외형과 내경을 변환하는 플러그도 시판되고 있지만, 전기 접점이 많아지면 그만큼 전기 저항이 증가하기 때문에 접촉 불량 등의 위험도 내포하고 있습니다. 특히 높은 전압과 전류를 다루는 물건에는 가급적 사용하지 않는 것이 바람직합니다.

스위칭 AC 어댑터의 기타 정보

GaN을 이용한 스위칭식 AC 어댑터

기존의 리니어 방식에 비해 고효율의 펄스 스위칭 방식을 사용하기 때문에 작고 가벼운 스위칭 AC 어댑터이지만, PC나 태블릿용 전원 변환 어댑터로서는 상당한 무게와 크기를 가지고 있습니다. 그래서 최근에는 더욱 작고 가벼운 고효율의 전원 변환 어댑터로 차세대 디바이스인 GaN(질화갈륨)을 이용한 USB 타입의 전원 어댑터가 시장에 출시되고 있습니다.

GaN 디바이스는 기존 Si계 디바이스에 비해 밴드갭 에너지와 파괴 내압이 비약적으로 크고, SiC(실리콘 카바이드)에 비해 더욱 고속 동작이 가능합니다. 따라서 더 높은 온도, 더 높은 주파수에서의 스위칭 동작에 적합합니다. 트랜지스터의 단위 면적당 전력 밀도를 Si계 소자에 비해 크게 확보할 수 있고, 냉각 기능을 단순화할 수 있어 소형, 경량, 고효율의 스위칭 AC 어댑터를 구현할 수 있습니다.

이러한 배경에서 최근 GaN 소자를 채용한 보다 소형화된 휴대용 USB 타입의 스위칭 AC 어댑터가 여러 업체에서 출시되고 있습니다.

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