"우리는 항상 선형 변압기를 사용해 왔습니다. 왜 지금 바꿔야 합니까?"
한 산업용 장비 제조업체의 구매 담당자가 공장 방문 중 이런 질문을 했습니다.
그들의 회사는 20년 넘게 제어 캐비닛을 생산해 왔습니다. 그들의 제품은 신뢰성이 있었고 고객은 만족했으며 전원 공급 장치로 인해 문제가 발생한 경우가 거의 없었습니다. 그들의 관점에서 보면 수십 년 동안 효과가 있었던 것을 대체할 이유가 없어 보였습니다.
하지만 엔지니어들의 우려는 달랐습니다.
고객들은 더 작은 캐비닛, 더 가벼운 장비, 더 낮은 전력 소비를 요구하기 시작했습니다. 갑자기 수년 동안 표준이었던 대형 EI 변압기가 모든 새로운 설계에서 가장 큰 장애물이 되었습니다.
이것은 Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd.에서 여러 번 나눈 대화입니다.
스위칭 전원 공급 장치 변압기와 선형 변압기 사이의 논쟁은 실제로 어떤 기술이 더 새로운지에 관한 것이 아닙니다. 이는 애플리케이션에 적합한 솔루션을 선택하는 것입니다.
전력 장비를 설계하거나 구매하는 경우 차이점을 이해하면 상당한 시간, 비용 및 재설계 작업을 절약할 수 있습니다.
동일한 문제를 해결하는 두 가지 기술
언뜻 보면 두 변압기 모두 정확히 동일한 작업을 수행하는 것처럼 보입니다.
그들은 전기 에너지를 전달합니다.
전압이 변합니다.
그들은 격리를 제공합니다.
그러나 그것이 유사성이 끝나는 곳입니다.
선형 변압기는 들어오는 AC 주 주파수({0}}일반적으로 50Hz 또는 60Hz)에서 직접 작동합니다.
스위칭 변압기는 들어오는 전기가 이미 고주파수 스위칭 펄스로 변환된 후에만 작동을 시작합니다.-
그 단 하나의 차이가 거의 모든 것을 변화시킵니다.
주파수가 모든 것을 변화시키는 이유
그네를 타고 누군가를 밀어낸다고 상상해 보세요.
천천히 밀면 스윙을 계속 움직이려면 많은 힘이 필요합니다.
훨씬 더 자주 푸시하면 동일한 결과를 얻으면서도 각 푸시의 크기가 훨씬 작아질 수 있습니다.
트랜스포머는 놀라울 정도로 비슷한 방식으로 작동합니다.
선형 변압기는 매우 낮은 주파수에서 작동하기 때문에 다음이 필요합니다.
대형 적층 강철 코어
두꺼운 구리 권선
무거운 건설
스위칭 변압기는 수만 배 더 빠르게 작동합니다.
50Hz에서 작동하는 대신 많은 현대 설계는 50kHz와 500kHz 사이에서 작동합니다.
이러한 주파수에서는 동일한 양의 에너지를 전달하면서 자기 코어가 극적으로 작아질 수 있습니다.
그렇기 때문에 100와트 이상의 최신 노트북 충전기는 손에 쏙 들어오지만 비슷한 전력을 공급하는 기존 선형 전원 공급 장치의 무게는 수 킬로그램에 달합니다.
크기는 단지 편리함의 문제가 아닙니다
많은 사람들은 크기가 작다는 것은 단순히 휴대하기 쉽다는 뜻이라고 생각합니다.
장비 제조업체의 경우 이는 그보다 훨씬 더 중요합니다.
더 작은 변압기는 다음을 의미합니다.
더 작은 PCB 크기
인클로저 크기 감소
배송비 절감
더욱 쉬워진 설치
설계 유연성 향상
통신 장비를 개발하는 한 고객은 최근 전체 전력 모듈의 부피를 거의 40% 줄였습니다.
변압기만으로는 이러한 모든 개선이 가능하지는 않았지만 선형 설계에서 고주파수 스위칭 설계로 전환하여 감소가 가능해졌습니다.
효율성: 스위칭 변압기가 실제로 빛나는 곳
스위칭 전원 공급 장치가 현대 전자 제품을 지배하는 가장 큰 이유 중 하나는 효율성입니다.
선형 변압기 자체는 상대적으로 효율적입니다.
문제는 그 이후에 발생합니다.
기존 선형 전원 공급 장치는 과잉 전압을 직접 열로 변환하여 제거하는 선형 전압 조정기에 의존하는 경우가 많습니다.
몇 시간 동안 작동한 후 오래된 선형 전원 공급 장치의 방열판을 만져본 사람이라면 누구나 이 사실을 즉시 이해할 것입니다.
스위칭 전원 공급 장치는 다르게 작동합니다.
과도한 에너지를 지속적으로 방출하는 대신 전자 스위치는 전원을 빠르게 켜고 끕니다.
적절하게 설계된 스위칭 변압기와 결합하면 90% 이상의 변환 효율이 일반적입니다.
이는 다음을 의미합니다.
낭비되는 에너지 감소
낮은 작동 온도
더 작은 냉각 시스템
제품 수명 기간 동안 전기 비용 절감
24시간 내내 장비를 운영하는 산업 고객의 경우 이러한 효율성 향상은 운영 비용 절감으로 직접적으로 이어집니다.
그러나 선형 변압기에는 여전히 장점이 있습니다.
이러한 모든 이점을 통해 스위칭 변압기가 항상 더 좋다고 가정하기 쉽습니다.
그렇지 않습니다.
선형 변압기는 교체하기 어려운 여러 가지 장점을 제공하기 때문에 계속해서 널리 사용되고 있습니다.
그들의 출력은 자연적으로 깨끗합니다.
고주파-스위칭이 없으면 전기적 잡음이 최소화됩니다.
이는 선형 디자인을 다음과 같은 용도로 매력적으로 만듭니다.
오디오 증폭기
실험실 장비
특정 측정 장비
민감한 아날로그 전자 장치
효율성이나 크기보다 초저 전기 잡음이 더 중요한{0}} 애플리케이션에서는 선형 변압기가 여전히 선호되는 솔루션이 될 수 있습니다.
핵심은 기술 동향을 따르기보다는 시스템의 우선순위를 이해하는 것입니다.
비용 문제는 보기만큼 간단하지 않습니다
많은 구매자는 구매 가격만을 기준으로 변압기를 비교합니다.
그것은 이해할 수 있습니다.
그러나 그것이 전체 이야기인 경우는 거의 없습니다.
선형 변압기는 개별 구성 요소에 비해 가격이 저렴한 경우가 많습니다.
그러나 다음이 필요할 수 있습니다.
- 더 큰 인클로저
- 더 큰 방열판
- 더 많은 구리
- 더 많은 강철
- 높은 운송 비용
스위칭 변압기는 처음에는 더 비싸 보일 수 있습니다.
그러나 전체 전원 공급 장치가 더 작아지고 더 효율적이기 때문에 전체 시스템 비용이 낮아지는 경우가 많습니다.
우리는 약간 높은 변압기 비용이 실제로 전체 제품의 제조 비용을 절감한다는 사실을 발견한 고객과 협력했습니다.
변압기를 단독으로 평가해서는 안 됩니다.
이는 전체 전원 공급 장치의 일부로 평가되어야 합니다.
신뢰성은 기술보다 설계에 더 많이 좌우됩니다.
우리가 가끔 듣는 한 가지 오해는 스위칭 변압기가 더 높은 주파수에서 작동하기 때문에 신뢰성이 떨어진다는 것입니다.
그것은 우리가 관찰한 것이 아닙니다.
변압기가 빠르게 전환되기 때문에 일반적으로 오류가 발생하지 않습니다.
이는 변압기가 작동 조건에 맞게 적절하게 설계되지 않았기 때문에 발생합니다.
수년에 걸쳐 우리는 다음과 같은 문제를 겪고 있는 변압기를 조사해 왔습니다.
과도한 누설 인덕턴스
열악한 열 관리
잘못된 페라이트 재료 선택
부적절한 절연 거리
부적절한 권선 배열
선형 변압기에도 동일한 원리가 적용됩니다.
좋은 엔지니어링은 신뢰할 수 있는 제품을 생산합니다.
잘못된 엔지니어링은 실패를 낳습니다.
작동 주파수만으로는 결정적인 요소가 아닙니다.
어떤 산업이 각 기술을 선호합니까?
오늘날 스위칭 변압기는 효율성, 컴팩트한 크기 및 높은 전력 밀도가 필수적인 산업을 지배하고 있습니다.
일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
산업 자동화
통신
재생에너지
의료 장비
가전제품
LED 전원 공급 장치
전기 자동차 충전 시스템
선형 변압기는 다음과 같은 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
오디오 장비
기존 실험실 전원 공급 장치
특정 계측
구형 산업 제어 시스템
특수 아날로그 회로
두 기술 모두 사라지지 않았습니다.
그들은 단순히 서로 다른 엔지니어링 우선 순위를 제공합니다.