스위칭 파워 서플라이란?
스위칭 파워 서플라이는 직류 전원 중 스위칭 레귤레이션 방식으로 직류 전원을 공급하는 장치입니다.
일반적인 파워 서플라이는 간단한 회로 구조로 가격이 저렴하면서도 무게가 무거운 리니어 방식과 IC화를 통해 컴팩트한 스위칭 방식으로 크게 나뉩니다. 각각의 특징에 따라 선형 방식은 간단한 AC 어댑터, 스위칭 방식은 설비 전자부품의 전원 공급 등에 사용됩니다.
스위칭 파워 서플라이의 사용 용도
스위칭 파워 서플라이의 사용 용도는 산업용 정보기기의 전원 공급입니다. 최근에는 전자기기의 고도화와 함께 AC 어댑터도 무게가 무거운 선형 방식에서 컴팩트한 스위칭 방식으로 전환되고 있습니다.
또한, USB 전원의 보급과 함께 스위칭 파워 서플라이는 소형 전자기기의 전원 공급에 필수적인 부품입니다. 산업 분야에서는 자동화 설비의 솔레노이드 밸브, 센서 등의 제어용 전자 부품을 안정적으로 구동하기 위해 직류 전원을 안정적으로 공급하는 부품으로 널리 사용되고 있습니다.
스위칭 파워 서플라이의 원리
스위칭 파워 서플라이는 AC100V 등의 교류 전원을 입력으로 사용하여 DC5~30V 등의 직류 전원으로 변환하여 안정적으로 공급하는 기기입니다.
일반적인 스위칭 파워 서플라이의 회로 구성은 다음과 같습니다.
- 입력 정류 평활 회로
입력된 교류 전원을 최대한 평활화합니다. - 스위칭 회로
교류 전원을 직류 전원으로 스위칭할 수 있습니다. - 출력 정류 평활 회로
변환 후 왜곡된 직류 전원을 평활화합니다. - 제어 회로
출력 전압과 출력 전력을 제어합니다.
이 구성으로 정전압의 안정적인 직류 전원을 얻을 수 있습니다.
스위칭 전원 공급 장치의 기타 정보
1. 정류기와 전원 공급 장치의 차이점
정류기는 전류를 한 방향으로 흐르게 하는 성질을 가진 소자의 총칭이며, 전원 공급 장치는 전원 공급 장치의 총칭입니다. 정류기는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 소자라고 할 수 있습니다. 다이오드나 스위칭 장치로 전류를 한 방향으로 흐르게 합니다.
정류에는 ‘반파 정류’와 ‘전파 정류’가 있습니다.
- 반파 정류
교류 회로에서는 양극과 음극의 전류가 교대로 흐르는데, 이 양극 또는 음극 중 하나의 전류를 제거하는 것이 ‘반파정류’입니다. 회로 구성이 간단하고 비용이 저렴하지만, 효율이 낮고 큰 전류에 대응할 수 없습니다. - 전파 정류
전파정류는 플러스와 마이너스 전류를 모두 받아들여 한 방향의 전류로 변경하는 방식입니다. 스위칭 파워 서플라이에서는 주로 이 방식을 사용합니다. 반파 정류에 비해 효율이 높고 맥동도 작게 억제할 수 있습니다.
전파 정류에는 2개의 다이오드를 사용하는 방식과 4개의 다이오드를 조합한 브리지 회로 방식 등이 있습니다. 이러한 정류 후의 전류는 불안정하기 때문에 정류기의 출력에 평활화를 위한 커패시터 등의 회로를 결합하여 맥동을 제거하여 전원 공급 장치로서의 기능을 발휘합니다.
2. 스위칭 파워 서플라이의 고장 원인
스위칭 파워 서플라이의 고장 원인은 ‘외부 요인’과 ‘내부 요인’이 있습니다.
외부 요인에 의한 고장
- 물리적 파괴
- 번개에 의한 갑작스러운 고전압 및 노이즈 유입
- 먼지나 습기 유입에 의한 회로 단락 고장
- 화학물질이나 부식성 가스에 의한 회로 곳곳의 파괴
특히 낙뢰에 의한 돌발적인 고전압의 가해지는 것은 전원장치 내부의 각 소자를 비롯한 전자부품을 파괴합니다. 이러한 고장을 예방하기 위해서는 서지 킬러와 같은 보호회로 제품을 설치하는 것이 효과적입니다.
내부적 요인에 의한 고장
내부적 요인은 전해 콘덴서, 냉각팬, 반도체 부품 등의 열화나 고장으로 인한 것입니다. 파워서플라이의 사용 가능 수명은 사용 환경과 시간 등에 따라 크게 달라집니다.