화요일, 12월 10, 2019
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오디오와 SMPS 전원공급기

글쓴이 : SOONDORI

SMPS(Switching Mode/Modulation Power Supply)는 방형 펄스의 속성을 가변하여 출력전압을 조정하는 장치. 아래 표준 블록도를 가지고 처리 스텝을 정리하면

(출처 : https://www.tutorialspoint.com/electronic_circuits/images/functional_block_diagram_of_smps.jpg)

AC 220V를 받아 1차 정류한다 → 단속(Switching) 작용을 하는 소자를 배치하고 그것을 (구형 트랜스포머에 비해) 매우 작은 트랜스포머 1차측에 연결한다 → 1차측 펄스 폭과 주기 제어(Duty Cycle Control) → 100Khz 정도인 단속 작용에 의해 작은 트랜스포머 2차측으로 전력 에너지가 유도된다 → 그 다음은 구형 전원부에서와 같이 정류, 평활작용을 하는 소자들을 배치하여 처리. 이때 취급 전력량은 (구형 전원부에 비해) 크게 감소된 상태이므로  매우 효율적이다. → DC 출력부 목표전압과 현재전압을 가지고 제어 IC가 판단하여 단속펄스의 속성을 달리한다  → 매우 균일한 전압이 출력된다.

이런 회로는 1) 전통적인 리니어 전원부에 비해 크기, 체적을 혁신적으로 줄일 수 있고 2) 전압제어 정밀도가 높고 3) 에너지 낭비가 작아 효율적이며 4) Chip 기술이 보편화되면서 가격까지 저렴해졌다. 5) 전원품질, 기기 안정성은 확실히 믿을 수 있는 수준. 요즘 쓰는 가정용 어댑터 대부분이 SMPS라고 보면 되겠는데 대신에 트랜스포머를 쓴 전통적인 어댑터들은 구시대의 유물이 되어 버렸다.

(구형 어댑터였다면 트랜스포머 크기가 두 세 배는 더 컸을 것. 만일 고장이 났다면 커패시터 점검/교환은 필수)

(이 어댑터는 제대로 만든 제품이다. 제어 IC와 스위칭 소자)

이렇게 좋은 솔루션이라면 500W, 100W, 3000W급 파워앰프의 전원부를 대체할 수도 있지 않을까?

당연히 가능하다. 다만, Slew Rate 100V/uS쯤 되는 반응도를 보일 전력회로 즉, 극단적인 대전류 핸들링 장치를 만들려면 어떤 지점에서는 경제적 타당성이 문제가 된다. 물론 수 십 W 이하 출력의, 상대적으로 소용량 DIY앰프라면 시장에서 수 만 원이면 살 수 있는 SMPS 모듈만으로도 충분한 솔루션이 될 수 있다.

(2019.12.  내용추가) 주의할 것은 출력이 일정선을 넘어가면 표시된 SMPS 전류량에 관계없이 순간부하(Peak) 대응이 늦어지기도 한다. 계측기로 관찰해보면 항상 균일한 전위를 유지해야 하는 출력포인트가 음악에 따라 미세하게라도 출렁거린다. 이것은 내부 피드백 제어의 반응지연이다. Pure Sound 관점에서 절대 좋은 일 아님. 그러므로 단순하게, 빠르게 동작하는 리니어 전원은 꽤 유리한 측면이 있다.

관련 글 : 무모했던 도전? Sony Pulse Power Supply

(80년대 소니가 도전했던 PPS 앰프. 실패로 끝남?)

단점은 없을까? 언급된 바와 같이 대전류 공급능력을 가진 장치를 만들려면 큰 비용이 들어가고 고주파 발진을 억제, 완벽하게 차폐하는 게 쉬운 일이 아니다. 이 말은 좋거나 고급인 SMPS는 따로 있다는 뜻이다.

한편으로, 오디오 메이커 입장에서는 “커다란 트랜스포머를 쓴 무거운 앰프가 좋다”는 관성적 통념을 깨는 것이 쉽지 않을 것이며 남이 만든 SMPS를 사용해야 한다면 그들의 자존심에 상처가 될 것. 또는 오디오 회사가 고급 SMPS를 만드는 회사처럼 행동해야 하는 넌센스 형국이 벌어질 수도 있다.

그럼에도 불구하고 시대의 변화라는 것은 어쩔 수 없다. 다양한 등급의 SMPS 파워앰프들 그것도 수 천 W급 앰프들이 시장에서 유통되고 있으니 진작부터 리니어(Linear) 전원부가 SMPS 디지털 전원부에게 자리를 내주고 있음이겠고 SMPS는 확실히 D-Class 앰프를 포함하여 불요하게 소모되는 에너지량을 최대한 줄이려는 요즘의 응용기술들 내지 트랜드에 잘 어울리는 솔루션이다.

(컴퓨터용 파워-서플라이를 포함하여 말 그대로 시장에 널려 있는 것이 SMPS 보드나 장치들)

(RACK형 장비에 있어서 Low Profile은 중요한 설계변수. 출처 : http://www.electronisttimisoara.ro/wp-content/uploads/2013/07/amplif-putere.jpg)

 

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