외부 전원 공급 장치에 대한 효율 표준

외부 전원 공급 장치 효율 및 무부하 시 전력 소모의 법제화에 관한 세계적인 규제 환경은 2004년에 캘리포니아 에너지 위원회(CEC)에서 최초로 필수 표준을 구현한 후 10년 동안 빠르게 진화해 왔습니다. 미국 DOE에서 새로운 요구 사항이 발표되고 2016년 2월부터 시행되도록 예정됨에 따라, 규정 당국에서 외부 전력 어댑터가 소비하는 에너지의 양을 더 줄이기 위한 노력에 박차를 가하면서 전체적인 상황이 다시 바뀌게 되었습니다.

외부 전원 공급 장치에서 더 높은 평균 효율이 요구되면 세계적인 전력 소비에도 실제로 영향을 미칠 것이 분명합니다. 그러나 이렇게 동적인 규제 환경에 맞추기 위해 노력하는 전자 산업에서 전력망 소비 감소의 이점을 활용하려면 여러 과제와 불확실성을 극복해야 합니다.

제품에 외부 전원 공급 장치를 설계하는 주문자 상표 부착(OEM) 업체는 계속해서 최신 규정을 모니터링하며 제품을 판매하는 각 지역에서의 규정 준수 여부를 확인해야 합니다. 이 기사의 목적은 세계적인 최신 규정에 대한 최신 요약 정보를 제공하는 것입니다.

간략한 역사

90년대 초에 사용된 외부 전원 공급 장치의 추정 개수는 미국에서만 10억 개 이상이었습니다. 주로 선형 기술을 사용하는 이러한 전원 공급 장치의 효율은 50%까지도 내려가며, 응용 제품이 꺼져 있거나 전원 공급 장치에 연결되어 있지 않은 경우('무부하' 조건)에도 전력을 소비할 수 있습니다. 전문가들의 계산에 따르면, 효율을 높이고 '무부하 시' 전력 소비를 줄이려는 노력이 없을 경우 외부 전원 공급 장치로 인한 전력 소비가 20년 이내에 전체 전력 소비의 약 30%를 차지하게 될 것이라고 합니다. 미국 환경 보호국은 1992년부터 에너지 효율을 높이고 공해를 줄이기 위한 자율 프로그램을 시작했고, 이 프로그램은 이후 Energy Star 프로그램이 되었습니다. 그러나 효율과 무부하 시 최소 전력 소비에 대한 법적 규제는 2004년이 되어서야 최초로 제정되었습니다. 아래의 정보 그래프를 통해 CEC의 2004년 규제에서 2016년 2월부터 적용될 새로운 VI 등급 표준에 이르는 경로를 추적해 볼 수 있습니다.

그림 1: CEC 규제 표준의 진화.

현재 규제 환경

그림 1의 타임라인에서는 지난 10년 동안 규정 환경에 어떠한 역동적인 변화가 있었는지 확인할 수 있습니다. 수많은 국가와 지역에서 엄격한 요구 사항을 제정하고 자율 프로그램에서 필수 프로그램으로 전환함에 따라, OEM은 규정을 준수하고 비용 부담이 심한 출시 지연이나 벌금을 피하기 위해 최근의 개발 상황을 지속적으로 추적해야 했습니다. 많은 국가가 Energy Star에서 처음 제정한 국제 효율 마킹 규약 시스템에 맞는 자율 프로그램을 제정하고 있으며, 다음 국가와 지역은 수입되는 모든 외부 전원 공급 장치가 지정된 효율 수준을 충족하도록 지시하는 규제를 갖고 있습니다.

미국 에너지부에서는 더욱 엄격한 VI 등급 표준을 제정했지만, 2016년까지는 이 표준이 적용되지 않습니다. 지금은 V 등급 표준으로 전 세계의 모든 기관에서 요구하는 그 이상을 충족할 수 있습니다. 전원 공급 장치 제조업체는 2013년 9월에 업데이트된 외부 전원 공급 장치의 국제 효율 마킹 규약 버전 3.0에 지정된 대로 전원 공급 장치에 로마 숫자 V를 표시하여 규정 준수 정보를 나타냅니다. 최신 버전의 규약에서는 마킹 위치를 더욱 유연하게 결정할 수 있습니다.

그림 2: CUI 마킹 레이블의 예.

현재는 유럽 연합이 기관으로서 유일하게 V 등급 표준 준수를 요구하고 있지만, 대부분의 외부 전원 공급 장치 제조업체는 이러한 요구 사항을 충족할 수 있도록 제품 포트폴리오를 조정하고 있습니다. 이러한 조정은 전 세계에 선적되는 제품에 대해 범용 전원 공급 장치 플랫폼을 갖추고자 하는 OEM의 요구를 직접 반영한 것입니다.

성능 임계값

아래 표에는 오랜 시간에 걸쳐 확립된 과거와 현재의 성능 임계값이 요약되어 있습니다.

국제적으로 승인된 효율 결정 테스트 방법은 IEC에서 AS/NZS 4665 Part 1 및 Part 2로 발행되었습니다. 효율 등급을 결정하기 위한 접근 방식은 4개의 정의된 지점(정격 출력 전력의 25%, 50%, 75%, 100%)에서 입력 및 출력 전력을 측정하는 것입니다. 4개 지점 모두의 산술적인 평균 유효 효율 외에도 4개의 지점 모두에 대한 개별 데이터가 보고되었습니디.

현재 예외 대상

모든 외부 전원 공급 장치가 동일하게 취급되는 것은 아니며, 미국과 유럽 연합 모두에 예외 대상이 존재합니다. 미국 의회에서는 EISA 2007의 섹션 301에 일부 유형의 외부 전원 공급 장치를 제외하는 서면 규정을 두고 있습니다. 해당 장치의 요건은 다음과 같습니다.

• 연방 식품 및 약물 관리 목록을 필요로 하며 연방 식품, 약물, 화장품법(21 U.S.C. 360c) 섹션 513에 따라 의료 장치로 승인되었습니다.
• 분리형 배터리 팩의 충전기에 전력을 공급하거나 완전히 또는 주로 모터로 작동하는 제품의 배터리를 충전합니다.
• 외부 전원 공급 장치가 주요 부하를 담당하며 2008년 7월 1일 이전에 생산된 최종 제품에 대해 제조업체에서 서비스 부품 또는 예비 부품으로 제공됩니다. 이러한 목적으로 사용되는 전원 공급 장치는 2008년 7월 1일 이후에 제조된 제품일 수 있습니다.

유럽 연합에서도 미국과 비슷한 예외 대상을 두고 있습니다. 의료 장치, 배터리 충전기, 서비스 제품의 외부 전원 공급 장치는 예외 대상입니다. 또한, 저전압 EPS 장치에 대해서도 예외가 적용됩니다. 저전압 외부 전원 공급 장치란 표기된 출력 전압이 6V 미만이고, 표기된 출력 전류가 550mA 이상인 장치를 의미합니다.

VI 등급으로의 전환

CUI를 포함한 전원 공급 장치 제조업체들은 이미 더 엄격한 VI 등급 표준으로의 이행을 준비하고 있습니다. 새로운 표준에서는 기존 어댑터에 대한 규정을 강화할 뿐만 아니라 표준이 적용되는 제품의 범위도 확장합니다. 규정 대상 제품에는 다음이 포함됩니다.

• 다중 전압 외부 전원 공급 장치
• 전력 등급이 250W를 초과하는 제품

다음 표에서는 새로운 성능 임계값을 요약합니다.

정의

단일 전압 외부 AC-DC 전원 공급 장치는 선간 전압 AC를 저전압 DC 출력으로 변환하며 한 번에 하나의 DC 출력 전압으로만 변환할 수 있는 외부 전원 공급 장치를 의미합니다.

단일 전압 외부 AC-AC 전원 공급 장치는 선간 전압 AC를 저전압 AC 출력으로 변환하며 한 번에 하나의 AC 출력 전압으로만 변환할 수 있는 외부 전원 공급 장치를 의미합니다.

다중 전압 외부 전원 공급 장치는 선간 전압 AC 입력을 동시에 두 개 이상의 저전압 출력으로 변환하도록 설계된 외부 전원 공급 장치를 의미합니다.

저전압 외부 전원 공급 장치는 표기된 출력 전압이 6V 미만이고 표기된 출력 전류가 550mA 이상인 장치를 의미합니다. 기본 전압 외부 전원 공급 장치는 저전압 전원 공급 장치가 아닌 외부 전원 공급 장치를 의미합니다.

직접 및 간접 작동 EPSS

새로운 표준에서는 또한 전원 공급 장치를 직접 작동 및 간접 작동 제품으로 정의합니다. 직접 작동 제품은 최종 제품에서 배터리의 지원 없이 작동하는 EPS입니다. 간접 작동 EPS는 배터리 충전기가 아니지만 배터리의 도움 없이는 최종 제품을 작동할 수 없는 전원 공급 장치입니다. 새로운 표준은 직접 작동 외부 전원 공급 장치에만 적용됩니다. 간접 작동 모델에는 EISA 2007에서 정의한 제한이 적용됩니다. DOE에서는 직접 및 간접 작동 전원 공급 장치의 구분을 돕기 위해 다음과 같은 지침을 제공했습니다(그림 3).

그림 3: 직접 및 간접 외부 전원 공급 장치를 결정하는 단계

VI 등급 예외

새로운 VI 등급에도 EPS 제품에 대한 예외 조건이 정의되어 있습니다. 다음과 같은 경우에는 직접 작동 EPS 표준이 적용되지 않습니다.

• 연방 식품 및 약물 관리 목록이 필요하며 타이틀 21, 섹션 360c에 따라 의료 장치로 승인된 경우, 또는
• 표시된 출력 전압이 3V 미만이고 표기된 출력 전류가 1,000mA 이상이며 전부 또는 주로 모터로 작동하는 제품의 배터리를 충전하는 직접 작동 AC-DC 외부 전원 공급 장치인 경우.

전망

새로운 요구 사항의 적용 날짜는 연방 등록 기관에서 규칙이 발행되고 2년 후인 2016년 2월 10일로 지정되었습니다. 새로운 표준의 준수 여부는 제조 날짜나 US에 수입된 날짜를 기준으로 규정하므로 기존 제품도 제조 날짜나 미국 수입 날짜가 2016년 2월 10일 이전이면 계속 선적이 가능합니다. 현재의 V 등급 표준과 동일한 외부 전원 공급 장치의 국제 효율 마킹 규약 버전 3.0을 충족하려면 레이블 표시 요구 사항에 따라야 합니다.

세계적으로 다른 국가들도 곧 이 표준을 따를 것으로 예상됩니다. EU에서는 외부 전원 공급 장치에 대한 필수 유럽 에코디자인 지침(European Ecodesign Directive)이 개정 논의 중이며 미국 표준과 전부 일치하지는 않더라도 대부분은 일치할 것으로 예상됩니다. 캐나다 및 오스트레일리아와 같이 기존 효율 규정이 미국을 따르는 국가들도 새로운 표준에 따를 것으로 예상됩니다.

요약

EPA 추정에 따르면 지난 10년 동안 구현된 외부 전원 공급 장치 효율 규정의 영향으로 절약된 에너지 소비가 320억 킬로와트에 달하며, 그 덕분에 연간 25억 달러가 절약되고 CO₂ 방출량도 연간 2,400만 톤이 감소했다고 합니다. 많은 OEM 업체에서 정부의 필수 규정을 따르는 것에 그치지 않고 최종 제품의 차별화 전략으로 '친환경' 전원 공급 장치를 요구하기 시작하며 지속적으로 효율을 높이고, 일각에서는 무부하 시 전력 소비를 완전히 제거하는 제어 기술을 구현하기도 합니다. 2014년 하반기에 CUI Inc는 고객들이 다가올 규정을 한걸음 앞서 적용할 수 있도록 VI 등급 준수 어댑터를 도입하기 시작했습니다. CUI는 앞으로 계속해서 외부 전원 공급 장치에 최신 에너지 절약 기술을 구현하며 시장의 요구에 부응하고 현재와 미래의 규정을 준수할 방법을 모색할 것입니다. DigiKey에서는 다양한 V 등급 및 VI 등급 준수 전원 공급 장치를 취급하며, 웹 사이트에서도 여러 VI 등급 준수 장치를 소개하고 있습니다.