수요일, 11월 14, 2018
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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.

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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