최적의 DIN 레일 전원 공급 장치 선택

표준화된 DIN 레일을 사용하면 전기 인클로저에 전원 공급 장치를 쉽게 장착할 수 있습니다. 하지만 설계자는 응용 제품의 신뢰성, 사용 수명, 운영 비용에 영향을 미칠 수 있는 효율성과 방열 문제를 간과해서는 안 됩니다.

불안정한 전력 공급 문제가 있을 경우, 시스템 설계자와 고객 모두에게 불만이 초래될 수 있습니다. 전력 장치를 예상보다 일찍 교체하는 것은 시간과 비용이 많이 들며, 많은 응용 제품에서 시스템 다운타임은 절대 용납될 수 없는 일입니다.

열은 DIN 전원 공급 장치의 비효율성 및 고장과 밀접한 관련이 있습니다. 전원 공급 장치에서 전기를 저장하고 전압과 전류의 변동을 원활하게 하는 전해 커패시터가 열로 인해 건조해질 수도 있습니다.

커패시터는 온도에 가장 민감한 부품이며, 전원 공급 장치에서 가장 먼저 고장이 나는 경우가 많습니다. 온도가 10°C 상승하면 예상 사용 수명이 절반으로 줄어들 수 있으므로, 과열을 방지하는 것은 중요한 설계 고려 사항입니다. 또한 반도체와 납땜 접합부도 온도 상승에 취약합니다.

제품 설계자는 효율적인 설계, 적절한 열 관리, 고품질의 부품 선택을 통해 열의 영향을 완화하고 사용 수명을 연장하며 시스템 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

고효율 설계 최적화

DIN 레일 전원 공급 장치의 효율은 입력 전력에 대한 출력 전력의 비율로 표시됩니다. 예를 들어 95% 효율로 작동하는 전원 공급 장치에서는 입력 에너지의 5%만 열로 손실되는 반면, 이보다 낮은 85% 효율의 전원 공급 장치에서는 15%의 손실이 발생합니다.

고효율 전원 공급 장치는 열 발생을 줄임으로써 냉각 요구 사항을 감소시키고, 전해 커패시터가 제조업체가 지정한 사용 수명을 달성하도록 하며, 전원 공급 장치의 전반적인 신뢰성을 향상시킵니다.

최적화된 열 관리 방식을 사용하면 열을 외부 환경으로 방출하여 내부 온도를 낮출 수 있습니다. 또한 전원 공급 장치는 온도에 민감한 부품의 열 노출을 최소화하여 전반적인 내구성과 사용 수명을 향상시킬 수 있습니다.

전원 공급 장치는 점점 더 복잡해지는 동시에 그 크기는 줄어들고 있습니다. 내부 공간이 제한되어 있기 때문에 냉각 덕트를 설치하는 것이 매우 중요하며, 설계자는 이를 필수 부품으로 고려하는 편이 좋습니다. 냉각과 관련된 설계에 신중을 기하면 내부 방열판이 필요하지 않을 수 있으므로, 전원 공급 장치의 무게를 더욱 줄이고 생산 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

전원 장치 제조 사례

PULS와 같은 제조업체는 고효율, 최적화된 열 관리, 정밀한 측정 기술을 통해 안정적이면서도 환경 친화적인 전원 공급 장치를 설계할 수 있음을 입증합니다.

전원 공급 장치의 효율을 측정하는 일은 복잡합니다.  시스템 개발자는 제조업체가 제공한 데이터를 평가하여 표준화된 테스트 절차를 통해 얻은 데이터인지 확인해야 합니다. 이를 통해 다양한 제품과 벤더에 걸쳐 신뢰할 수 있고 비교 가능한 지표를 확보할 수 있습니다.  효율성은 가변 부하 및 온도 범위를 포함하여 실제 시스템 부하와 유사한 조건에서 측정해야 합니다.

부품의 배치도 중요합니다. 장치의 사용 수명을 결정짓는 부품을 더 시원한 곳에 전략적으로 배치하면, 사용 수명을 극대화하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 전해 커패시터는 차가운 공기 흐름이 있는 곳 근처에 배치하는 것이 좋습니다(그림 1).

그림 1: 이 히트 맵은 전해 커패시터를 차가운 공기 흐름에는 가까이, 과열점에서는 멀리 떨어진 곳에 배치할 때의 이점을 보여줍니다. (이미지 출처: PULS)

PULS는 광범위한 DIN 전원 공급 장치를 제공합니다. 240W CP10 계열 제품은 최대 95.2%, 480W CP20 계열 장치는 최대 95.6%의 효율을 달성합니다. 두 계열의 고효율 및 고급 열 설계는 내부 발열을 최소화하고 까다로운 산업용 응용 제품에 적합합니다.

PULS는 인클로저 내에서 DIMENSION CP10.241 전원 공급 장치(그림 2)를 테스트했으며 정격 전력의 80%로 부하를 걸었습니다. 이 테스트에 따르면, 4시간 작동 후 인클로저 내의 온도는 약 19°C 상승했습니다. 효율이 이보다 6.7% 낮은 장치는 제어 캐비닛의 온도를 35.3°C까지도 높일 수 있습니다. 16.3°C의 온도 상승은 전해 커패시터의 수명을 절반 이상 단축시킬 수 있습니다.

그림 2: PULS DIMENSION CP10.241. (이미지 출처: PULS)

실용적이고 비용 효율적인 응용 제품을 설계하는 경우 부분 부하 효율성이 점점 더 중요해지고 있으므로, 제품 설계자는 전원 공급 장치가 최대 용량으로 작동하지 않을 때 얼마나 효율적으로 작동하는지도 평가해야 합니다. 최대 부하 효율성이 높으므로 소형 설계가 가능하기는 하지만, 최대 부하로의 작동을 필요로 하는 전원 공급 장치의 수는 상대적으로 적습니다. PULS가 진행한 DIMENSION CP20.241 테스트는 다양한 부하에서 효율성이 어떻게 영향을 받을 수 있는지 보여줍니다(그림 3).

그림 3: 다양한 부하가 PULS DIMENSION CP20.241의 효율성에 미치는 영향. (이미지 출처: PULS)

또한 제품 설계자는 Energy Star 및 IEC 62368-1과 같은 에너지 효율 표준 및 유해 물질 및 전자 폐기물 관리를 다루는 유해물질 제한(RoHS), 폐전기 및 전자 장비(WEEE) 지침을 준수하는 전원 공급 장치를 선택해야 합니다.

결론

DIN 레일 전원 공급 장치의 효율성과 열 방출은 제품 설계자에게 중요한 고려 사항입니다. 높은 효율성은 운영 비용을 절감하고 환경에 미치는 영향을 최소화하며 시스템 신뢰성을 향상시킵니다. 효과적인 방열 전략은 부품의 수명을 보장하고 시스템 고장을 방지합니다. PULS DIMENSION 포트폴리오에는 거의 모든 응용 제품에 적합한 솔루션을 제공하는 광범위한 DIN 레일 전원 공급 장치가 포함되어 있습니다.