전자 분야의 기후 변화와 에너지 효율

이 원칙의 한 가지 사례는 전압 조정에서 찾아볼 수 있습니다. 산업용 DC 전원 공급 장치는 일반적으로 24V 또는 12V를 제공하지만, 대부분의 제어 회로는 3.3V 이하에서 동작합니다. 이 격차를 메우기 위해서는 전압을 강하하는 레귤레이터가 필요합니다. 가장 단순하고 흔히 사용되는 솔루션이 선형 레귤레이터이며 수많은 전자 시스템에 통합되어 있습니다. 선형 레귤레이터는 구현이 단순하여 보통 입력, 접지, 출력 단자만 연결하면 됩니다. 그러나 이러한 단순성 뒤에는 큰 단점이 숨어 있습니다. 레귤레이터가 사실상 가변 저항처럼 작동하면서 전압 차이를 열로 소모하기 때문입니다(그림 1). 이로 인해 상당한 에너지 손실이 발생합니다.

보다 효율적인 대안은 스위칭 레귤레이터입니다(그림 2). 이 장치는 전력 트랜지스터를 빠르게 켜고 끄는 방식으로 원하는 출력 전압을 유지하면서 에너지 낭비를 크게 줄입니다. 트랜지스터는 전환 과정에서만 눈에 띄는 열을 발생시키고, 완전히 켜진 상태나 꺼진 상태에서는 열을 거의 발생시키지 않아 효율성이 크게 향상됩니다.

스위칭 레귤레이터의 또 다른 장점은 낮은 대기 전력 소비입니다. 선형 레귤레이터는 부하와 상관없이 하우스키핑 회로 때문에 보통 약 8mA를 소모하지만, 스위칭 레귤레이터는 유휴 상태에서 약 1mA만 필요한 경우가 많습니다. 이 차이는 차고 문 개폐기처럼 하루 중 짧은 시간만 작동하고 대부분 대기 모드에 머무는 장치에서 특히 중요합니다.

선형 레귤레이터의 경우, 대기 전력 사용량이 연간 약 1.75kWh에 달할 수 있습니다. 반면, 스위칭 레귤레이터는 동일한 상황에서 최대 8배 적은 에너지를 소비하여 불필요한 전력 낭비를 크게 줄여줍니다. 게다가 최신 스위칭 레귤레이터는 기존 선형 모델을 직접 교체할 수 있도록 설계되어 있어(그림 3), 기존 시스템을 보다 지속 가능한 설계로 손쉽게 업그레이드할 수 있습니다.

스위칭 레귤레이터는 일반적으로 선형 레귤레이터보다 초기 구매 가격이 더 높습니다. 그러나 방열판, 써멀 페이스트, 장착 하드웨어, 조립 인건비 등의 비용을 모두 고려하면, 전체 비용은 오히려 스위칭 솔루션이 더 낮아지는 경우가 많습니다. 이를 설명하기 위해 지문 인식 기능, 배터리 백업, IP67 밀폐형 인클로저를 갖춘 독립형 출입 시스템을 개발하는 제조업체의 사례를 살펴보겠습니다.

스위칭 레귤레이터는 단가가 다소 비쌀 수 있지만, 더 높은 효율 덕분에 전체 시스템 요구 사항을 줄여줍니다. 앞선 사례에서는 더 작은 충전기와 배터리를 사용하면서도 24시간 백업 기능을 유지할 수 있었습니다. 그 결과, 운영 비용 절감, 부품 소형화, 배송 중량 감소를 달성할 수 있었으며, 모든 것이 탄소 발자국 감축에 기여했습니다. 무엇보다도 시스템은 열 응력을 피할 수 있었고 이를 통해 지문 인식기와 같은 민감한 부품을 손상으로부터 보호할 수 있었습니다.

효율적인 전원 솔루션을 도입하면 환경 영향과 시스템 비용을 모두 줄일 수 있습니다. 효율성이 높고 대기 전력 소비가 적은 장치는 지구 환경에 이로울 뿐만 아니라 시장에서 명확한 경쟁 우위를 갖습니다.

우리는 지속 가능성과 비용 효율성을 결합한 전력 제품을 설계하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 이를 위해서는 신중한 엔지니어링과 세심한 부품 선택이 필요하지만 그 결과는 노력할 가치가 충분합니다. 기후 변화는 한 기업이나 한 개인만으로는 해결할 수 없지만 함께라면 더 지속 가능하고 에너지 효율적인 기술을 만들어낼 수 있습니다. 작은 실천이 큰 변화를 만듭니다.