PC의 성능이 나날이 좋아지고 있다. i80486 프로세서가 처음 나왔을 때 소비전력은 3~5W 정도였다. 요즘 출시되는 가장 빠른 프로세서는 인텔 펜티엄4 익스트림 에디션입니다. 이 프로세서는 무려 100W가 넘는 전력을 소비한다. 소비전력만 따진다면 어림잡아도 20-30배가 차이가 난다.
요즘 나오는 그래픽 카드는 더하다. 트랜지스터 집적도를 보면 웬만한 CPU보다 많다. 당연히 소비전력도 CPU에 버금간다. PC는 이외에도 다양한 부품으로 구성되는데, 결과적으로 PC가 빨라지면 빨라질수록 늘어나는 것은 소비전력이다. 그렇기 때문에 가장 신경을 써야 할 부분 가운데 하나가 다름 아닌 전원공급장치이다.
겉보기에는 정상적으로 잘 동작하는 PC 같지만 가끔 운영체제에서 오류를 내거나 갑자기 리부팅되는 경우, 하드디스크에서 원인 모를 소음이 발생한다면 일단 전원공급장치를 의심해봐야 한다.
특히 새로 장만한 PC보다는 기존 부품을 업그레이드 한 PC에서 이런 경우를 자주 볼 수 있는데, 최신 하드웨어를 구형 전원공급장치가 제대로 받춰주지 못해 발생하는 현상이다. 이런 경우에는 간단히 최신 전원공급장치의 교체만으로 해결할 수 있다.
전원공급장치만큼 가격차이가 다양한 제품도 없다. 단 돈 9000원에 300w라고 자랑하는 전원공급장치가 있는 반면, 같은 용량에 15만원을 호가하는 제품도 있다. 단순히 계산한다고 하더라도 15배정도 차이가 난다. PC 부품 가운데 같은 분류에 속하는 부품 가운데 15배정도 차이가 나는 제품은 아마도 전원공급장치가 유일한 것이다.
무엇때문에 이렇게 전원공급장치의 가격이 천차만별일까? 소위 말하는 명품처럼 브랜드의 가치일까? 아니면 쓰는 부품이나 부가기능의 차이일까? 이름값보다는 후자에 가깝다. 전원공급장치는 분명히 쓰는 부품의 질이나 성능, 다양한 부가기능에 따라 가격이 결정된다.
그렇다면 이제부터 왜 차이가 나는지 알아보자. 지금부터 전원공급장치의 필요성과 간단한 기본 원리에서 제품 사양 보는 법, 직접 할 수 있는 간단한 벤치마크 테스트, 좋은 전원공급장치 고르는 요령의 순서로 꼼꼼히 살펴본다.
전원공급장치가 왜 필요할까?
왜 전원공급장치가 필요할까? 예를 들면 TV나 VCR을 보면 별도의 전원공급장치가 없이 전원 케이블만 연결하는 것으로 쓸 수 있다. 하지만 실제로 안쪽을 열어보면 그렇지 않다. 전압을 낮추어주는 트랜스는 물론 AC를 DC로 바꾸어주는 정류회로, 안정적인 전압을 공급해줄 수 있도록 캐페시터 등 다양한 부품으로 구성된 전원공급장치가 있다. 이런 것을 흔히 임베디드 타입이라고 한다.
기본적으로 PC나 TV, VCR 같은 가전제품이나 들어가는 부품의 차이는 크지 않다. 그 부품들이 모두 AC(교류)가 아닌 DC(직류)를 사용한다는 공통점이 있다.
우리나라는 전기를 공급하는 업체가 한전에서 공급되며, 또한 모두 AC입니다. 전압에 따라 220V나 110V를 많이 쓰고 있지만, 실제로는 거의 220V라고 할 수 있다. 이것을 가전제품이 쓰고 있는 DC로 바꾸고, 각종 부품이 필요한 전압으로 변경하는 장치가 필요합니다. 이런 역할을 하는 것이 바로 전원공급장치이다. 전원공급장치가 따로 분리되어 있느냐 내장되어 있느냐에 따라 다를 뿐, 실제 하는 역할은 같다.
그렇다면 PC의 전원공급장치는 무엇이 다를까? PC에서 쓰이는 전압은 생각보다 다양하다. 일반적으로 PC의 전원공급장치는 ±12V와 ±5V, 3.3V의 전압을 공급한다. 하드디스크와 ODD, 메인보드, 요즘은 고성능 그래픽 카드마저도 따로 전원 단자를 필요로 하며, 이런 부품들이 전원공급장치에서 직접 전원을 받는다.
PC의 전원 공급장치의 역할을 각각의 부품들이 필요로 하는 전원을 공급해주는데 있다.
최근 선보이는 펜티엄4급 메인보드의 AGP 그래픽 카드 슬롯을 보면 1.5V만 쓸 수 있다는 스티커나 문구를 어렵지 않게 볼 수 있다. 실제 부두시리즈같은 제품들은 최신 메인보드에서 작동하지 않는다. AGP 그래픽 카드가 쓰는 전압은 1.5V라는 것인데, 전원공급장치에서는 최소 3.3V만 공급한다. 그렇다면 이 전압은 어디서 변환되어진 것인지 궁금하게 마련이다.
그 역할을 하는 것이 바로 메인보드의 전원부다. 메인보드에는 전원공급장치에서 ±12V와 ±5V, 3.3V의 전압을 입력받는다. 하지만 메인보드의 부품이 필요로 하는 전압은 다양하다. CPU는 물론 메모리, 각종 카드들이 쓰는 전압이 다르기 때문이다. 전원부에서는 ±12V와 ±5V, 3.3V의 전압으로 다양한 전압으로 변환시켜준다.
앞에서 말한 것을 다시 생각해본다면 메인보드의 전원부는 또 하나의 전원공급장치인 셈이다. 정확히 말한다면 메인보드의 전원부는 2차 전원공급장치이다.
한전에서 공급되는 전원이 AC이기 때문에 가전 제품을 쓰기 위해서는 어떤 제품이던지 전원공급장치가 필요하다는 것을 알아보았다. 이제부터는 전원공급장치의 기본적인 원리에 대해 알아본다.
전원공급장치는 이렇게 동작한다
AC를 DC로 바꾸는 것을 정류라고 한다. 전원공급장치의 가장 중요한 회로는 바로 정류회로다. 전원공급장치의 기본원리를 이해하기 위해서는 정류회로에 대한 어느 정도의 이해가 필요하다.
보통 AC는 110-220V다. PC에서 필요한 전원은 DC이며, 최대 12V다. 그렇기 때문에 직류로 바꾸기 전에 AC의 전압을 낮출 필요가 있다. AC 110V-220V의 전압을 낮추기 위해서는 감압 트랜스가 필요하다. 보통 다운 트랜스란 이름으로 불리기도 한다. 전압을 낮춤으로써 정류하기 위한 준비 전처리를 끝낸다.
전압이 낮아진 AC 전원을 정류회로를 통해 DC로 바뀐다. 정류회로는 크게 정류회로, 평활회로, 정전압회로로 구성된다. 여기서 말하는 정류회로는 교류를 맥류로 바꾸기 위한 정류회로다. 큰 범주의 정류회로와는 개념의 차이가 있다. 아래의 설명은 정류회로의 일부를 설명하기 위한 작은 범주의 정류회로다.
정류회로에서는 +전압과 -전압이 주기적으로 변하는 AC 전원을 +만 존재하는 맥류(전압이 변하기 때문에 완전한 DC가 아니다. 이것을 맥류라고 한다)로 걸러주는 일종의 필터회로다. 정류회로를 거친 전원은 모두 +만 가진 맥류로 바뀐다. 이 정류회로에 따라 이른바 효율이 결정된다.
정류회로의 방식에는 다양한 방식이 있다. 반파정류회로, 전파정류회로, 브릿지정류회로가 많이 쓰이는데, 일반적으로 효율이 가장 뛰어난 브릿지 정류회로를 많이 쓰고 있다. 앞서 말했듯 정류회로는 +만 전압만 통과시켜주는 일종의 필터회로다. 따라서 주된 부품은 +전압만 통과시켜주는 다이오드다.
맥류를 완전한 DC로 바꾸어주는 회로는 평활회로라고 한다. 평활회로는 전압이 변하는 맥류를 일정한 전압으로 출력되도록 바꾸어주는 회로다. 주로 쓰이는 부품은 전하의 충전과 방전을 할 수 있는 캐패시터(콘덴서)가 들어 있다.
캐패시터는 일정 전압에서 높은 전압이 입력될 때는 그것을 충전하고, 일정 전압에서 낮은 전압이 입력 될 때는 충전된 전하을 방전해 전압을 유지해주는 역할을 맡고 있다. 즉 캐패시터는 높은 전압이 입력되면 낮추어주고 낮은 전압이 입력되면 높여 일정한 전압을 유지시켜주는 역할을 한다.
평활회로를 거쳤다고는 하더라도 우리가 쓰는 배터리처럼 같은 일정한 전압이 나오는 DC라고는 할 수 없다. 그래서 정전압회로를 한 번 더 거치면서 완전한 DC로 바꾸어준다. 이때 쓰이는 주된 부품이 정전압 다이오드나 트랜지스터 등이다.
간단히 정전압 다이오드만 쓰는 경우도 있지만 안정적인 전원공급을 위해서는 정전압 다이오드와 트랜지스터, 캐패시터로 별도의 정전압회로를 구성한다. PC에는 생각보다 미세한 전압 변동에도 민감한 부품들이 많이 있기 때문에 고급전원공급장치 같은 경우 정전압회로에 특히 신경을 많이 쓰는 것을 볼 수 있다.
전원공급장치에서 출력되는 전압은 ±12V, ±5V, 3.3V다. 지금까지 정류회로를 통해 12V로 정류되었다면, -12V, ±5V, 3.3V 출력이 필요하다. -12V는 12V를 역방향으로 출력하면 되기 때문에 큰 문제는 아니다. 하지만 5V와 3.3V는 12V를 감압을 해야 합니다. 여기는 DC 감압트랜스를 사용한다.
트랜스로 전압을 낮춘다고 하더라도 전압이 일정하게 출력이 되지는 않는다. 여기에 다시 한번 정전압회로 이용해 전압 출력이 일정하도록 해준다. -5V는 5V를 역방향으로 출력하면 된다. 이렇게 하면 전원공급장치에서 쓰는 모든 전압을 출력할 수 있다.
이렇게 AC 전원을 DC 전원으로 바꾸는 과정을 살펴보았다. 전원공급장치의 기본원리는 이렇습니다만 실제로는 훨씬 더 복잡하다. 각종 부가회로들이 더해지기 때문이다. 이제부터 부가회로에 대해 간단히 알아보도록 하겠다.
이름에서도 알 수 있듯, 부가회로는 전원공급장치를 구성하는데 반드시 필요한 회로가 아닌 옵션 정도에 해당하는 회로다. AC 전원을 DC 전원을 바꾸는데 직접적인 역할을 하지 않기 때문에 그렇게 구분한 것이다. 대표적인 회로가 과전압, 과전류 입력방지 회로를 들 수 있다.
전원공급장치를 만들 때 입력 전압이나 전류가 일정하다는 것을 기준으로 회로를 설계한다. AC는 대부분 110이나 220V이기 때문에 이것을 기준으로 만든다. 하지만 한전에서 보내주는 전압이나 전류는 일정하게 입력되지 않는다. 즉, 전압의 변동이 있다는 이야기다. 물론 우리네 전력사정은 세계적으로 본다면 상당히 품질이 좋은 편이라는 것이 중론이다.
어쨌거나 입력되는 전압이 바뀌면 출력되는 전압도 바뀐다. 전압이 변동된다면 PC의 안정성에 심각한 문제가 있을 수 있다. 이때 과전압, 과전류가 입력이 되면 전원공급을 차단해 PC의 부품을 보호하는 역할을 한다. 요즘은 좀 더 발전해 입력전압과 전류가 변하더라도 정류회로에 가기 전에 정전압회로를 두어 입력 전압과 전류를 안정시켜주는 제품들도 있다. 물론 이런 부가기능이 많을수록 값은 그만큼 비싸지게 마련이다.
또한 전원공급장치와 연결되는 다양한 주변기기도 변수다. 만일 하나의 부품에 문제가 생겨 내부 전원에 영향을 주는 경우가 발생할 수 있다. 우리가 쇼트(Short)라고 하는 단락이 그렇다. 단락으로 인해 순간적으로 전원공급장치의 전압과 전류에 심각한 변화를 준다. 이때 전원공급장치와 내부의 부품을 보호하기 위해 과전압, 과전류 차단회로가 작동한다.
그밖에도 온도센서회로가 있다. 온도에 따라 팬의 스피드를 조절해 소음을 줄여주는 회로다. 요즘은 메인보드나 팬 자체에 온도센서회로가 내장되는 것을 많이 볼 수 있기 때문에 온도센서회로는 점점 사라져 가는 추세이다.
지금까지 전원공급장치의 기본원리에 대해 알아보았다. 다음에는 다양한 전원공급장치에 대한 특징과 사양을 알아보겠다. @
