현대의 전원 공급 설계는 여러 요인에 따른 수요 증가를 고려해야 합니다. 고효율은 이러한 고려 사항 중 가장 중요한 것 중 하나입니다. 그러나 폼 팩터가 줄어들고 장치 기능이 향상됨에 따라 이를 달성하기 어려울 수 있습니다.
전원 공급 효율은 여러 가지 작은 설계 선택의 산물입니다. 최적화하기 어려울 수 있지만, 개선할 수 있는 기회가 여러 개 있다는 것을 의미합니다. 다음은 보다 효율적인 전원 공급을 설계하는 데 사용할 수 있는 7가지 방법입니다.
1. 최종 사용에 맞는 전원 공급 장치 선택
가장 중요한 전반적인 설계 고려 사항 중 하나는 올바른 유형의 전원 공급 장치를 사용하는 것입니다. 즉, 장치의 의도된 최종 용도에 맞게 조정하는 것을 의미합니다.
대부분의 경우 스위칭 전원 공급 장치가 가장 효율적인 선택입니다. 정밀성과 연속 작동이 필요한 산업용 애플리케이션에서는 보다 전통적인 선형 공급 장치가 더 나을 수 있습니다. 또한 가장 효율적인 아키텍처를 결정하려면 의도된 입력 및 출력 전압을 고려해야 합니다.
장치가 작동할 환경을 고려하세요. 고온 산업용 애플리케이션과 온도가 크게 변하는 실외 사용은 전원 공급 장치 성능에 다른 영향을 미칩니다. 이러한 조건은 일부 설계 아키텍처를 실제 세계에서 더 효율적이거나 덜 효율적으로 만들 수 있으므로 계획 단계에 포함하는 것이 중요합니다.
2. 적절한 재료를 사용하세요
효율적인 전원 공급 설계는 또한 재료 선택의 문제입니다. 다양한 금속은 열과 전기 전도도가 다르기 때문에 전류가 금속을 통과할 때 에너지 손실이 달라집니다. 이러한 특성을 PSU 설계와 비교하여 작업에 가장 적합한 재료를 결정해야 합니다.
기억하세요, 순수한 금속에만 국한할 필요는 없습니다. 실리콘은 지각에서 두 번째로 풍부한 원소 이고 높은 전도성을 가지고 있지만, 갈륨과 비소와 같은 첨가제는 일부 조건에서 더 나은 성능을 보이는 다른 재료에 유사한 특성을 가져올 수 있습니다.
다시 한번, 최종 용도를 고려하는 것이 중요합니다. 일부 재료는 주변 온도에서 높은 효율성을 보이지만 극단적인 상황에서는 빠르게 과도한 에너지 낭비로 이어질 수 있습니다.
3. 내부 온도 관리
온도는 일부 재료를 더 효율적으로 만들거나 덜 효율적으로 만드는 것 외에도 전원 공급 효율에 영향을 미칩니다. 시스템은 아키텍처나 재료에 관계없이 고온과 극저온 모두에서 저하되고 과도한 에너지 손실을 발생시킵니다. 결과적으로 온도 제어 시스템은 PSU 설계에서 중요한 역할을 합니다.
많은 최신 전원 공급 장치 유형은 화씨 32~122도 에서 편안하게 작동할 수 있지만 충분한 공기 흐름이 있어야 합니다. 또한 고전도성 구성 요소의 열 복사로 인해 내부 온도가 주변 환경보다 훨씬 더 뜨거워질 수 있다는 점도 고려할 가치가 있습니다.
팬과 방열판은 모든 대형 전원 공급 장치에 필수적입니다. 반면에, 구성 요소 간의 열 전달을 방지하고 추운 환경에서 작동하는 장치의 극한 저전압으로 인한 손상을 방지하기 위해 단열이 필요할 수 있습니다.
4. RF 간섭으로부터 보호
무선 주파수(RF) 간섭은 또 다른 중요하지만 놓치기 쉬운 요소입니다. 더 큰 연결된 생태계의 일부로 작동하는 장치는 상당한 RF 방사선을 경험하게 됩니다. 오늘날의 모든 사용 사례는 오늘날의 연결된 세계에서 일부 RF 간섭을 처리해야 합니다. 이 방사선은 인간에게는 무해할 수 있지만 전원 공급 설계 효율성을 제한할 수 있습니다.
여러 가지 방법으로 RF 간섭으로부터 보호할 수 있습니다. 패러데이 케이지, 유연한 개스킷, O-링, 케이블 차폐 및 전도성 패브릭은 모두 비교적 간단한 솔루션입니다. 어떤 것이 가장 좋은지는 특정 설계 제약 조건과 통과시켜야 할 RF 신호에 따라 달라집니다.
재료는 이 보호에서도 중요한 역할을 합니다. 강철과 구리는 모두 저렴하고 RF 차폐재로 효과적이지만 쉽게 뜨거워질 수 있어 온도 관련 효율성 문제가 발생할 수 있습니다.
5. 장기적인 성과를 염두에 두십시오
이러한 PSU 설계 고려 사항을 살펴보면서 지금 효율적인 것이 몇 년 후에도 효율적이지 않을 수 있다는 점을 기억하세요. 가장 효율적인 전원 공급 장치는 서비스 수명 내내 효율성을 유지합니다. 첫해에만 그 성능을 제공하는 고효율 PSU는 이상적이지 않습니다.
전원 공급 장치가 장기적으로 효율적이도록 하는 것은 주로 마모로부터 보호하는 문제입니다. 적절한 온도 관리가 원하는 재료 특성을 보존하는 데 큰 도움이 됩니다. 설계는 또한 물, 먼지 및 기타 오염 물질을 민감한 구성 요소와 통풍구에서 멀리하여 수년간 쌓이는 동안 효율적으로 작동할 수 있도록 해야 합니다.
구성 요소를 서비스하기 쉽게 만드는 것도 중요합니다. 모듈식 설계는 더 빠른 세척과 업그레이드를 가능하게 하여 비정상적인 마모에도 불구하고 PSU의 서비스 수명을 더 길고 효율적으로 늘릴 수 있습니다.
6. 개별 구성 요소의 전력 소비를 고려하십시오.
일부 설계는 전력 공급 효율성을 너무 많이 개선하려고 시도하여 실수로 전력 공급 효율성을 제한할 수 있습니다. 불필요하고 지나치게 복잡한 단계가 제조에 시간과 에너지를 낭비하는 것처럼(추가 처리가 린 생산의 8가지 주요 낭비 중 하나임 ) 설계의 과도한 복잡성은 에너지 효율성을 저해할 수 있습니다.
많은 최신 PSU는 에너지 소비를 줄이기 위해 능동 구성 요소를 사용합니다. 여기에는 능동 스위칭 기술, 온도 제어용 팬 또는 모니터링 장치가 포함될 수 있습니다. 이러한 기술은 보다 효율적인 운영을 보장할 수 있지만 전력도 필요합니다. 너무 많이 추가하면 결국 수익이 감소하는 지점으로 이어집니다.
각 구성 요소의 전력 소비량을 추적하세요. 이를 누적 효율성 향상 효과와 비교하여 잠재력을 극대화하기 위해 활성 구성 요소를 추가하는 것을 중단해야 하는 시점을 확인하세요.
7. 제조 전 전원 공급 장치 설계 테스트
설계 계산이 아무리 정확하더라도 생산에 보내기 전에 전원 공급 설계를 테스트해야 합니다. 실제 성능은 항상 종이에 적힌 것과 같지는 않으며 물리적 프로토타입 반복을 최대한 최소화해야 합니다.
인공 지능 (AI)과 디지털 트윈은 이 단계에서 큰 도움이 될 수 있습니다. 이러한 기술을 사용하면 가상으로 설계를 모델링하고 테스트하여 R&D 비용과 타임라인을 최소화할 수 있습니다. AI는 이러한 실험에서 미묘한 추세를 발견하는 데 뛰어나기 때문에 개선의 여지를 더 잘 파악할 수 있습니다. 결과적으로 이 기술은 어떤 경우에는 개발 시간을 20%-50% 단축했습니다.
모든 설계 단계 후에 전원 공급 장치를 다시 테스트하는 것을 잊지 마세요. 프로토타입 제작 후 전체 장치를 테스트하는 것도 중요한데, 다른 구성 요소가 PSU의 효율성에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
오늘날 효율적인 전원 공급 설계가 필수입니다
오늘날 전원 공급 설계는 장치가 더 작아지고, 에너지 문제가 증가하고, 수요 성능이 증가함에 따라 효율적이어야 합니다. 이러한 모든 기대치의 균형을 맞추는 것은 어려울 수 있지만, 모든 영향을 미치는 요소를 고려한다면 가능합니다.
이 7단계는 더 효율적인 전원 공급 장치를 만들기 위해 설계를 조정할 수 있는 다양한 방법을 제공합니다. 전략을 결합하는 것이 가장 효과적일 것입니다. 각 전략은 미미한 증가만 가져올 수 있기 때문입니다.