전원 공급 장치 – 우리는 어디까지 왔습니까?
나는 최근 1990년대 후반부터 함께 일해온 고객과 점심을 먹었습니다. 그 동안 우리는 많은 변화를 보았고 메인 코스가 도착하면서 전원 공급 장치 기술이 지난 몇 년간 어떻게 발전했는지에 대해 이야기하기 시작했습니다. 이는 효율성과 전력 밀도 영역에서 가장 두드러졌습니다.
그가 XP Power를 사용하여 설계한 최초의 장치는 3 x 5인치 40W PSU였습니다. 당시에는 혁명적인 것으로 여겨졌을지 모르지만 그의 최신 제품이 동일한 공간에서 350W 장치를 사용했다는 점을 고려하면 우리가 얼마나 멀리 왔는지 분명해집니다.
기술 발전?
저는 점심 식사 후에 이에 대해 약간의 조사를 해 본 적이 있는데, 제가 아는 한 최초의 스위치 모드 전원 공급 장치는 1958년 IBM에 의해 설계되었습니다. 그들은 진공관 기술을 기반으로 했습니다. 같은 시기에 General Motors Corporation은 ‘트랜지스터 진동'에 대한 여러 특허를 출원했습니다.
이러한 기술 발전의 유입으로 인해 설계자는 갑자기 여러 구성 요소와 여러 제조업체 중에서 선택할 수 있게 되었고 전례 없는 수의 옵션과 잠재적으로 획기적인 설계를 제공하게 되었습니다.
이 집중적인 개발 기간의 초점은 전통적인 선형 레귤레이터였습니다. 가장 똑똑한 사람들은 입력 전압을 변경하는 오래된 변압기와 저항 방법을 보다 효율적인 설계로 대체할 수 있는 방법을 찾으려고 노력했습니다.
그들이 착안한 아이디어는 트랜지스터를 사용하여 초기 입력보다 작은 평균값으로 입력 전압을 자르는 것입니다(SMPS 작동에 대한 더 자세한 설명을 원하는 경우 사이트에 환상적인 기술 기사 저장소가 있습니다).
효율성이 높아지고 자성 재료가 적게 필요하므로 신기술은 더 작고 가벼우며 열 발생도 적습니다.
이러한 특성을 지닌 현대 발명품과 마찬가지로 이 1950년대 솔루션은 전자에서 항공우주, 통신, 컴퓨팅에 이르기까지 다양한 분야의 기업에 큰 매력을 주었습니다. 이 새로운 전원 공급 장치 기술을 최대한 활용하기 위해 노력하는 얼리 어답터들이 넘쳐났습니다.
검정력 계산
그 후 몇 년 동안 수많은 특허와 디자인이 등장했으며 그 중 상당수는 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 1972년에 Hewlett Packard는 최초의 휴대용 계산기에 스위칭 전원 공급 장치를 사용했습니다. 1976년에는 SMPS(스위치 모드 전원 공급 장치)라는 용어를 사용한 최초의 특허가 출원되었습니다.
HP의 계산기는 오늘날 우리가 알고 있는 것과 형식이 약간 다르지만 실제로는 컴퓨터였습니다. 당시 원래 디자인의 무게는 40파운드가 넘었습니다. SMPS는 공간과 무게를 모두 절약하기 위해 설계에 사용되었으며, 오늘날 우리가 사용하는 초슬림 및 믿을 수 없을 만큼 가벼운 컴퓨터, 노트북 및 태블릿을 향한 첫 걸음을 내디뎠습니다.
마찬가지로 무게와 공간을 절약할 수 있는 방법을 고려 중인 항공우주 제조업체도 훨씬 더 효율적인 설계를 만들기 위해 맞춤형 스위칭 전원 공급 장치를 모색하기 시작했습니다.
70년대와 80년대에 식어버렸나요?
1970년대는 최초의 돌파구가 마련되고 혁신이 매우 존경할 만한 속도로 지속된 바쁜 10년이었습니다. 영국, 미국 및 일본의 여러 회사가 표준 전원 공급 장치 제품을 판매하기 시작했습니다.
오늘날까지 스위치 모드 전원 공급 장치를 처음으로 성공적으로 설계하고 판매했다고 주장하는 회사가 약 12개 정도 있습니다. 따라서 우리는 거기까지 가지 않겠습니다!
당시 전자 잡지에는 SMPS에 대한 기사와 광고가 실렸습니다. 당시의 선두주자는 캘리포니아에서 출발한 미국 기업 Boschert Inc.였습니다. 선형 프린터 전원 공급 장치를 스위치 모드 설계로 교체했습니다.
이 회사는 개방형 프레임, 케이스형 및 모듈식 전원 공급 장치의 광범위한 제품을 보유하여 직원 수 1000명 이상으로 성장했습니다. 결국 80년대 중반에 Computer Products Inc.에 인수되었습니다.
Apple Computers는 1970년대에 Apple II 컴퓨터에 스위치 모드 전원 공급 장치를 처음 도입했습니다. 이 작고 매우 효율적인 기술은 Apple이 냉각 팬 없이도 더 작고 가벼운 컴퓨터를 만들 수 있음을 의미했습니다.
이러한 유형의 대류 냉각 설계는 당시에는 독특했습니다. 이 기술은 그 자체로 생명력을 얻었으며 수십 개의 소비자 애플리케이션에 사용되었습니다. IBM PC 전원 공급 장치도 스위치 모드로 전환했지만 오늘날 ATX 스타일 전원 공급 장치에서 사용하는 것과 유사한 냉각 팬을 사용했습니다.
1980년대 후반과 1990년대 초반에 업계 표준 3 x 5” 전원 공급 장치가 120VAC 또는 230VAC에 연결되었는지 감지하고 그에 따라 조정하는 자동 범위 조정 입력을 사용할 수 있게 되었을 때 우리는 놀랐습니다. 이 제품의 전력은 25~40W 또는 1.66~2.66W/In2였습니다.
EU 개편
점점 더 많은 회사가 시장에 진입함에 따라 3×5”와 같은 일반적인 크기에 대한 일부 느슨한 산업 표준이 나타났습니다. 자기, 스위칭 트랜지스터 및 컨트롤러 IC의 발전이 진행됨에 따라 전력 밀도가 향상되기 시작했습니다. 이러한 변화는 더 높은 효율성을 제공하고 더 나은 전력 밀도를 가능하게 했습니다.
