[인더스트리뉴스 김관모 기자] 전기전자 업계의 설계 엔지니어라면 한 번쯤 전자기파적합성(EMC)의 대응책에 골머리를 썩여 본 적이 한두 번은 있을 것이다. 리니어 파워 서플라이를 사용하던 시대에는 크게 고민하지 않아도 되던 문제들이 스위칭 모드 파워 서플라이가 시장에 주류로 자리 잡게 되면서 하나둘씩 나타나기 시작했고, 각국의 인증 규격이 강화가 되기 시작한 후부터는 이러한 경향이 더욱 현저화된 것이 사실이다.

노이즈 필터부터 전자파 차폐재에 이르기까지 수많은 부자재가 넘쳐나지만, 축적된 경험을 가진 이른바 ‘도사님’ 수준의 숙련된 아날로그 엔지니어가 부족한 요즘, 디지털 기반의 엔지니어들에게 노이즈 대책은 크게 신경 쓰지 않다가 한번 머리털이 남아나지 않을 정도로 된통 고생하고 나서야 중요도를 깨닫는 경우가 적지 않다.

스위칭 모드 파워 서플라이(이하 SMPS)는 리니어 파워와 달리 높은 주파수로 고속 스위칭을 반복하는 구조의 특성상, 전원을 공급하는 장치이면서 동시에 노이즈를 발생시키는 주범이 되기도 한다. 과연 SMPS는 그러한 태생적 한계를 벗어날 수 없는 것일까? 다이트론(DAITRON)에서 그 대안을 제시하고 있다.

저 노이즈 성능에 특화된 SMPS

다이트론에서 직접 설계/제작/판매하고 있는 저(Low) 노이즈 SMPS LFS/PFS/RFS 시리즈는 SMPS의 노이즈 소스로서의 단점을 복합공진형 방식이라는 독특한 스위칭 방식을 채용함으로써 극복을 한 유니크 제품이다.

다이트론코리아는 일본 다이트론의 한국 현지 법인으로서, 일본 다이트론에서 제작하는 Low Noise Power Supply ‘LFS/PFS/RFS시리즈’를 한국에 독점 공급해 온 지 올해로 20년째다. 그동안 SMPS는 가격이 우선시되던 부품 중 하나였으나, 근래에 들어서 고정밀 측정 및 제어에 대한 애플리케이션에 대한 수요가 늘면서 높은 SN비(Signal-Noise ratio)를 요구하는 시스템에 대한 전원으로서 다이트론의 저 노이즈 SMPS에 대한 매출과 문의도 증가하는 추세다.

SMPS가 노이즈 소스가 되는 이유

SMPS는 작은 크기의 트랜스를 내장하고 고속으로 스위칭을 하면서 작은 전하량을 콘덴서로 평활화하는 구조를 채택하고 있는데, 이때 스위칭 소자의 On/Off 전압과 전류가 상승/하강시에 교차함으로써 발생하는 전력손실 때문에 출력 리플을 포함한 노이즈가 발생하게 된다.

다이트론의 SMPS는 이러한 고속 스위칭 단계에서부터 노이즈 손실 및 노이즈 발생을 억제하기 위해 고주파 공진현상을 이용해 스위칭 손실을 줄이는 방식을 채택하고 있다. Zero Voltage Switching(ZVS), Zero Current Switching(ZCS)으로 대표되는 복합공진형 스위칭 회로는 전압공진과 전류공진 등 두 가지 공진 회로를 통해 부드러운 스위칭을 하고 있어 소프트스위칭 방식으로도 불린다.

뛰어난 저(low) 노이즈 성능

다이트론의 SMPS가 리니어 파워 서플라이 수준의 출력 리플 노이즈(Ripple Noise)를 구현할 수 있는 이유는 이렇게 스위칭 단계에서부터 노이즈의 발생 요인을 회피하는 방식을 채택했기 때문이다. 따라서 당연한 이야기이지만 기존 일반 SMPS와는 현격한 노이즈 성능 차이를 보인다.

SMPS에 요구되는 저 노이즈 성능은 크게 3가지인데, ①전도 노이즈 ②방사 노이즈　③출력 노이즈(리플 노이즈)로 나누어 볼 수 있다. 다이트론의 저 노이즈 SMPS는 이 3가지 항목 모두에서 압도적인 성능차를 확인할 수 있다.

다이트론은 여기서 더 나아가 시장의 수요를 한 단계 더욱 리드하는 제품으로서 ‘RFS시리즈’를 새롭게 출시했다. RFS시리즈는 기존 LFS시리즈의 저 노이즈 특성을 그대로 계승하면서, 출력 리플 노이즈가 무려 1mV라는 경이적인 초저 노이즈 성능을 자랑한다. 이 성능은 일반적인 SMPS의 100분의 1 수준이고, 자사의 기존 LFS시리즈와 비교해도 6분의 1수준이다.

현재 단종 수순에 있는 일본의 메이저 파워 서플라이 회사에서 판매하고 있는 리니어 파워 서플라이를 100% 1대1로 대체하면서도 전력 변환효율은 오히려 기존 45%에서 87%로 크게 끌어 올린 부분도 주목할 만하다. 여기에 더해 SMPS이기 때문에 콤팩트한 사이즈와 유리한 방열 처리는 리니어 파워 수준의 낮은 리플 노이즈를 사용해야 하지만 제품 단종이나 경량/소형화의 문제로 고민 중인 엔지니어에게 반가운 소식이 될 것이다.

저 노이즈 성능으로 애플리케이션 확장을 기대

신제품 ‘RFS50A’는 ADC/DAC의 파워소스, 전자빔 설비의 렌즈제어부, X선 디텍터 및 컨트롤부 등 일반적으로 리니어 파워소스를 필요로 하는 분야에서 테스트 및 적용 검토가 예정돼 있다.

의료기기 분야의 경우, X선을 다루는 진단방사선기기(CT, MRI)의 품질 향상에 일부 적용을 시작하고 있으며, 배터리 수준의 고품질 전원을 요구하는 하이엔드 오디오 기기와 OLED 패널 검사 등의 용도에도 사용한 실적이 있다. 이 밖에도 다양한 고객의 애플리케이션에 적용을 기대하고 있으며 관련해 데모테스트도 적극 대응할 계획이다.

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