온도와 부하 조건이 중요한 이유
전원 공급장치(PSU)는 현대 전자기기의 숨은 주역으로, 조용히 메인 전압을 안정적이고 사용 가능한 전력으로 변환해 줍니다. 산업용 제어반과 자동화 시스템에서, DIN 레일 장착형 전원 공급장치는 안정적이고 효과적인 전력 공급을 위한 필수 솔루션입니다. 모든 전자 부품 및 장치와 마찬가지로, PSU는 진공 상태에서는 작동하지 않습니다. 환경 요소, 특히 주위 온도는 PSU의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
열 경감은 산업 및 자동화 응용 분야를 위한 전원 공급장치 설계에서 흔히 다루는 주제입니다. 이 블로그에서는 주위 온도를 포함한 열 경감, 부하 경감, 대류 냉각과 강제 공랭, PSU에서 PCB 레이아웃의 중요성 등과 같은 기본 사항을 소개합니다.
주위 온도란?
기본 개념부터 시작하겠습니다. “주위 온도”라는 용어는 장치를 둘러싼 공기의 온도를 말합니다. 전기 캐비닛 내부에 장착된 DIN 레일 전원 공급장치의 경우, PSU 케이스나 외부의 온도가 아니라 전기 캐비닛 내부의 온도입니다. PSU의 열 분산 기능은 그 부품과 주변 공기 사이의 온도 차이에 따라 달라지므로, 이는 매우 중요한 차이점입니다. 주위 공기가 높으면 PSU가 효과적으로 자체 냉각되지 않아 열응력이 발생합니다.
열 경감이란?
“열 경감”이란 용어는 주위 온도가 높아지면서 전원 공급장치의 최대 출력 전원이 감소하는 것을 말합니다. 이것은 과열에 대비한 안전장치입니다. 모든 PSU에는 안전하게 작동할 수 있는 열적 한계 범위가 있습니다. 예를 들어 최대 50°C까지 정격 출력의 100%를 제공할 수 있는 장치가 있을 수 있습니다. 이 온도를 넘어가면 경감이 필요할 수 있으며, 70°C에서는 선형적으로 50%까지 줄어들 수 있습니다. 열 경감을 무시하면 과열, 수명 단축, 열 차단, 치명적인 고장까지 야기할 수 있습니다.
부하 경감이란?
부하 경감은 열 경감을 포함하지만, 다음과 같은 다른 요소로 인해 출력 전원의 감소를 수반할 수 있는 좀 더 광범위한 용어입니다.
- 고도(더 적은 공기 = 냉각 감소)
- 환기 불량
- 입력 전압(예: 일부 PSU는 입력 전압이 떨어지면 더 낮은 출력 전류 제공)
본질적으로 열 경감은 높은 온도로 인해 특별히 유발되는 부하 경감의 한 유형입니다.
대류 냉각과 강제 공랭 비교
전기 부품을 냉각하는 방법은 주로 두 가지입니다.
- 대류 냉각: 자연스러운 공기 흐름에 의존합니다. 이 형태의 냉각은 조용하고 단순하며 움직이는 부품이 필요하지 않습니다.
- 강제 공랭: 팬을 사용해 공기를 부품 위로 밀어내거나 당깁니다. 이 형태의 냉각은 열을 제거하는 데 더 효과적이지만 단점이 있습니다.
팬이 시끄러울 수 있습니다. 고장 날 수 있는 움직이는 부품을 사용하며, 자체적으로 청소하거나 유지 관리되는 적절한 필터가 없는 경우 시스템에 먼지를 빨아들이거나 불어넣는 경향이 있습니다. 이 먼지가 부품에 가라앉아 단열될 수 있으며, 냉각 효율성을 감소시키고 잠재적으로 장기적인 손상을 야기할 수 있습니다. 팬을 전체 인클로저에 설치할 수 있지만, DIN 레일 PSU에 내부 팬을 장착하지 않아야 합니다. 이로써 설치를 단순화하고 비용을 줄이며 안정성을 높일 수 있기 때문입니다.
굴뚝 효과란?
굴뚝 효과(스택 효과라고도 함)는 일반적으로 굴뚝, 건물 또는 전자 인클로저 안의 수직 영역 간 온도 차이에 의해 공기가 이동하는 현상입니다. 굴뚝 효과의 작용 방식은 다음과 같습니다. 따뜻한 공기는 시원한 공기보다 밀도가 낮으므로 자연스럽게 상승합니다. 따뜻한 공기가 인클로저(또는 굴뚝) 상단을 빠져나가면 하단에 저압 구역이 형성됩니다. 이 저압이 아래쪽에서 더 시원한 공기를 끌어들여 연속적인 상향 기류가 형성됩니다.
PSU에서 굴뚝 효과는 수동 냉각에 활용될 수 있습니다. 전력 트랜지스터 및 변압기와 같은 발열 부품은 PSU 내부의 공기 온도를 점점 상승시킵니다. 상단의 통풍구는 뜨거운 공기가 빠져나가도록 하고, 하단의 통풍구는 더 시원한 공기가 유입되도록 하여 장치 내부의 자연스러운 대류 기류를 유지합니다. 굴뚝 효과에 기반한 수동 냉각은 팬과 같이 시간이 지나면서 고장 날 수 있는 능동 부품에 대한 의존도를 줄임으로써 유지보수성과 안정성을 향상시킵니다. 굴뚝 효과는 팬을 사용하지 않고 과도한 열을 해소하여 에너지 소비와 소음을 감소시킵니다.
PCB 레이아웃의 역할
인쇄 회로 기판(PCB) 레이아웃은 전원 공급장치(PSU)가 열을 얼마나 효과적으로 관리하는지에 큰 영향을 미칩니다. 열 설계 시 다음 사항을 고려해야 합니다.
- 뜨거운 부품의 전략적인 배치
- 열 분산을 위한 넓은 구리 주입
- 발열 부품 간 적절한 공간
- 굴뚝 효과를 촉진하고 공기 흐름을 유도할 수 있는 적절한 부품 높이와 방향
이러한 요소들이 함께 작용하여 수동 냉각을 개선하고 부품 수명을 연장시킵니다.
추가 리소스
성공적인 AC/DC 전원 공급장치 설계를 구현하는 데 필요한 광범위한 경험과 학습 자료는
RECOM AC/DC, DC/DC 및 EMC 기술 자료집을 참조하세요.
RECOM의
AC/DC 전원 공급장치의 에너지 효율: 필수 요소 빠른 가이드 블로그에서도 Ecodesign 규정에 관한 유용한 개요를 제공합니다. Ecodesign 규정은 정부 또는 규제 기관에서 시중의 제품이 전체 수명 주기 동안 환경에 미치는 영향을 최소화하도록 설계되었는지 확인하기 위해 정립한 일련의 표준과 지침입니다. 이러한 규정에서는 주로 폐기물, 배출 가스, 자원 소모량을 줄여 에너지 효율을 개선하고 지속 가능성을 촉구하는 데 중점을 둡니다.
이 흥미로운 새 DIN 레일 장착형 전원 공급장치 제품군에 관한 자세한 정보는
RACPRO1 페이지에서 확인할 수 있습니다.
