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평활 콘덴서 용량에 대한 이야기

글쓴이 : SOONDORI

아래 포스트 보강용 글. 10,000uF을 절반으로 줄이면 문제가 생길까?

* 관련 글 : 인켈 AK-650 인티앰프 (2), 노후 부품 교체 등

 NO! 예시로서 다음은 평활 콘덴서 용량을 산정하는 방법론 중 하나.


여기서,
ωCRL : 입력 주파수의 각속도(=리플의 수준)를 고려한 ‘커패시터 용량 대 부하 지수’, ω=2πf.

VC(DC) : 전부하조건 DC 출력전압, AK-650 회로도에 표기된 44.5V.
IO : 전부하 전류, 그냥… 얼렁뚱땅 2A 간주.
f : AC 라인 주파수, 국내 60hz → 정류 후 120hz.

우선 다음 식을 이용하여 rf를 계산하고 실험칙으로 만든 조견표에서 ωCRL를 구한다. 일단 임의로 V_Ripple을 0.05V로 간주.


VRipple(pp) : Peak–to–Peak 리플 전압.

rf = 0.05V/(2 × SQRT(2 × 44.5V)) × 100 = 0.265%. 무슨 고성능 전원 공급장치도 아니고 현실성 있을까 싶을 만큼 작은 값인데… 일단 패스. 아래 full-Wave Rs/Rl 1.0 그래프를 기준으로 0.265%의 ωCRL은 300쯤?

(위 그래프는 1943년, O. H. Schade 교수의 ‘Analysis of Rectifier Operation’ 논문 자료. 출처 및 참고 : Designing the Input Supply)

ωCRL = 300을 공식에 대입하면

C = 300 ÷ (2 × Pi × 120hz × (44.5V/2A)) = 0.01788F = 17.8mF ≒ 18000uF ≒ 얼렁뚱땅 2만 uF.

딱 봐도 rf 0.265%는 많이 어렵겠다. 만일 0.5% 즉, 상하 등락을 더해서 0.1V이라면? 그리고 잘해야 300mA쯤 흘리는 상황이라면? 두 가지를 가지고 다시 계산해보면,

rf에 의한 조견표상 ωCRL= 150.
C = 150 ÷ (2 × Pi × 120hz × (44.5V/0.3A)) = 0.00134F = 1.34mF = 1,341uF ≒ 대충 2200uF이면 족함.


듬성듬성 계산한 것이니 값은 큰 의미 없다. 중요한 점은 1) 전압과 리플 등 고정일 때 2) 취급 전류량에 따라 유효 커패시터 용량이 달라진다는 사실. 그리고 마침 그 전류량이 가정집 운용 출력을 결정한다.

설계자 입장 평활 콘덴서 용량 ∝ Max. (목표 리플, 전압, 전류, 부품 단가, 기타 고민)
v.s.

사용자 입장 평활 콘덴서 용량 ∝ 적정 운용 출력의 Fx 함수 값

“원하면 100W를 출력할 수도 있는 앰프를 쓰는 것이지 무조건 100W를 Full로 쓰고 있는 게 아닙니다. 더불어… 과거 난다 긴다 설계자들이 오로지 돈을 아끼려고 그 만큼만 배치했을까요?”

거실에서 적당히 음악 듣는 조건이라면, 그러니까 큰 강당에서 365일 크게 틀 것 아니라면 제조사 스펙의 준수(또는 그 미만으로도)로 충분하므로 무리하게 욕심 낼 필요가 없다는 주장이다.

“거대하면 뭔가 다를 것이다”라는 환상에 아무렇게나 용량을 키우는 경우가 있는데… 자칫 ‘설계 MAX. + 알파’를 당연한 목표점으로 착각하는 경우? 최소한 돌입전류(In-rush Current) 증가에 의한 기기 고장 가능성도 있다.

참고로… 표제부 사진은 과거 실험 사례. 470uF, 커다란 커패시터의 1/10 짜리를 붙여도 채널 당 1~2W 출력에서 그럭저럭 소리 잘 나옴. 사실은 제거해도 소리 나옴. 리플이고 뭐고 무시하면 너무 당연한 일이다. 기기 동작 에너지는 평활 콘덴서가 아니라 트랜스포머가 공급하는 것이니까…

 

3 thoughts on “평활 콘덴서 용량에 대한 이야기

  1. 아~
    말씀대로라면 용량을 늘리는것보다는 내압을 더 높이는게 수명적으로 유리한것 같습니다.
    몇일전 손보았던 LA-8300도 평활이 10,000UF/80V인데, 재고로 가지고 있는게 8,200UF/80V로
    교체하고 크게 문제를 발견하지 못했습니다.
    볼륨을 사실상 넓은곳이 아닌이상 올릴일이 없다보니 반값정도 되어도 문제는 없을듯 합니다.
    크기도 반으로 줄고 , 성능또한 높으니 말이죠.

    1. 네. 동의합니다.

      그리고 대용량이 무조건 불리하거나 불합리하다는 게 아니라 100W 앰프를 사실 5W 앰프처럼 쓰고 있는 현실(?)을 생각하면…

      설계자가 열심히 정해준 것 들어내고 두 배쯤? 정말 커어다란~ 것을… 공간도 없는데 구겨 넣은 사례가 생각나서, 어떤 인터넷 판매 글에서 본 “돈 더 달라” 과시 + 유도형 멘트가 생각나서, 수 십 년 전에도 커다란 커패시터 사진 전면에 내세우고 팸플릿 선전하는 장면이 생각나서, 글에 몇 마디 더 적었습니다.

      제가 좀, 매사 시니컬합니다.

      그리고… 평활 콘덴서가 리플필터를 겸해서 에너지 리저버 역할도 하는데요. 자동차 발전기 대 배터리의 상관 관계와 같은?! 가정집에서 그런 순간적인 대부하를 줄 일 있을까 싶습니다. 아주 가끔 볼륨 12~2시로(제 쪽 조건으로는 아마 채널 당 15~25쯤?) 틀어보기도 합니다만 그 정도면 5분 후 귀가 아프기 시작하죠. 과한 에너지가 고막을 과하게 자극하는, 음악을 듣는 게 아니라 셀프 고문하는 수준?

  2. 언젠가 이 글을, 이 댓글들을 누군가 보고 판단을 하실 수 있으니까 조금 더 적을까요?

    1.
    오프라인 매장에 가서 부품을 구하는데 Lug 달린 것은 4700밖에 없다고 하시더군요. 출력 생각이 나서 달라고 했습니다. 1:1 상관 관계가 있는 것은 아니지만 함수관계가 있기 때문에 충분하다고 즉석 판단을 했던 것이죠.

    2.
    기억나는 바로, 인터넷에서 어떤 분이… “…용량을 ***으로 대폭 키웠더니 소리가 차분해지고 감미롭고…” 그런 식 멘트를 쓴 사례가 있습니다.

    그 말은 두 가지로 해석이 됩니다.

    가. 정말 그렇게 느꼈을 수 있죠. 단, 플라시보 효과를 포함하는… 지극히 개인적인 것이기 때문에 검증할 수 없습니다.
    나. 어떤 음량에서? 어떤 조건에서? 기기 다른 영역의 상태가 안 좋아서 그랬을 수도 있고요. 전원부는 중추 역할을 하기 때문에.

    3.
    AC 콘센트~기기 DC 공급라인의 시작점까지를 한 덩어리로 보면 그곳은 스위치 접점불량, 휴즈 접점불량, AC 소켓 접점불량, 멀티탭의 접점불량, 집 안과 밖 배선들의 접점불량 + 배전선로를 경유하는 온갖 에너지 잡음(10Khm 밖 모터 돌아갈 때 충격?) 등 엉망이겠죠. 이것은 매우 중요한 팩트이고 전원부 관리의 중요한 관찰 요소입니다.

    http://audiopub.co.kr/2018/10/15/%ec%a0%95%ec%8b%a0%ec%97%86%ec%9d%b4-%ec%96%b4%ec%88%98%ec%84%a0%ed%95%9c-ac-%ec%a0%84%ec%9b%90/

    콘덴서 증량 전에 그런 것들을 먼저…

    4.
    부품 교체에 대한 대비 사례로서

    OP.AMP는 능동소자이기 때문에 좋든 나쁘든 음이 달라질 가능성 있습니다. 전해 콘덴서(커패시터)와 필름은 반응 특성이 다르니까 음이 달라질 가능성 있습니다. SILMIC은 확실히 반응이 다릅니다. 전선은 사용 조건과 목적에 따라 특성이 다릅니다. (저는 막선주의자이고요) 금속단자 접촉부 상태를 개선하기 위한 모든 행위는 타당합니다(핸드폰 USB 충전기 불량의 대부분은 충전기 잘못이 아니라 USB 접점편 잘못입니다) 다심 스피커 선을 안테나 단자에 연결하는 것은 반응이 다를 수 있습니다.

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