파워서플라이에 종류

사람은 밥을 먹고 살고, 전자제품은 전기를 먹고 산다. 컴퓨터도 전자제품인 만큼 구동을 위해 필수적으로 전기가 필요하다. 그럼 컴퓨터에게 전기를 주는 역할은 누가 담당할까? 바로 파워 서플라이다. 파워 서플라이는 컴퓨터의 구동에 필요한 전력을 공급해 주는 장치이며, 입력 전력으로부터 필요한 출력 전력을 생성한다. 이번 시간에는 파워 서플라이의 종류에 대해 자세히 알아보자. 

ATX 파워

 

“ 이제 컴퓨터 전원을 끄셔도 됩니다.”는 윈도우 구 버전을 경험했던 세대에게는 낯설지 않은 문구다. 컴퓨터도 한낱 가전제품에 불과할 뿐인데, 전원을 끄는 아주 기본적인 작업도 사람이 허락까지 받아가며 해야 하다니! 이것은 과거 AT 규격을 사용하던 시절 있었던 일이다. AT는 본체의 전원 스위치가 파워 서플라이에 직접 연결되어 있다. 운영체제가 직접 컴퓨터를 종료하는 것이 불가능했다. 1995년 인텔은 이 AT규격을 개선한 ATX(Advanced Technology Extended, AT Extended)규격을 발표했다. 이 규격은 소형 AT 마더보드를 기반으로 설계해 CPU와 확장 슬롯의 배치를 회전시켜 더 넓은 공간을 확보했다. 현재 ATX는 가장 많이 사용하는 규격이며‘파워서플라이’를 말할 때 ATX가 표준 개념으로 인식된다. 또한, 인텔의 ATX 파워 서플라이 가이드는 계속 업데이트되고 있으며 2007년 이후로는 ATX 12V 2.3 규격이 등장해 지금까지 쓰이고 있다. 표준 크기는 150×86×140(W×H×D)이다.

 

M-ATX 파워

 

Micro-ATX 파워를 뜻한다. 일반 ATX 파워 크기에서 크기가 조금 줄어든 형태다. 그런데 크기만 줄어든 게 아니라 성능도 함께 줄어들었다. 그럼 이걸 왜 쓸까? 다름아닌 케이스 크기 때문이다. 크기가 작은 미니타워나 슬림 케이스는 일반 ATX 파워가 장착되지 않는 경우가 있다. 이럴 때 M-ATX 파워가 필요하다. M-ATX 파워는 작은 케이스에도 무리 없이 쏙 들어가 전원 공급을 담당한다. 또한 파워 선택의 폭이 ATX 다음으로 다양하다.

 

TFX 파워

 

삼성, LG 등 브랜드 슬림 PC는 얇은 체구를 자랑한다. 조그만 미니타워 크기에서 한 술 더 떠 폭까지 아주 얇아진 것. 무려 한 손에 PC 본체를 잡을 수 있을 정도다. 이런 얇은 PC엔 한 덩치를 자랑하는 ATX 파워는 물론, 작다고 소문난 M-ATX 파워도 들어갈 수 없다. 이럴 때 필요한 것이 TFX 파워다.

TFX 파워는 파워의 길이가 긴 대신 폭과 높이가 낮다. 간단하게 테트리스 일자 막대기 모양의 파워다. 주로 쓰이는 곳은 앞서 설명했던 슬림 LP 케이스와 더 조그만 덩치를 자랑하는 ITX 케이스다. 과거엔 FLEX 파워가 ITX 파워의 위치를 담당했다. 표준 크기는 150×86×140(W×H×D)이다.

CFX 파워

 

설명하자면 조금은 슬픈 CFX 파워다. 슬픈 이유는 다음과 같다. 2004년 인텔은 ATX 규격을 개선한 BTX 규격을 발표했다. 당시 차세대 규격으로 발표된 BTX는 ATX의 소비전력·발열량 증가를 해결하려는 모습이 돋보였다. 특히 팬을 적게 사용하고 속도를 낮춰도, 공기순환을 개선시킨 메인보드 설계를 통해 저열량·저소음 시스템을 사용할 수 있다는 것. 바로 이 BTX 규격을 사용하기 위해 필요했던 파워가 CFX 였다.

그러나 BTX는 기존 업계의 소극적인 반응 탓에 ATX를 쉽사리 대체할 수 없었다. 이미 기존 ATX 규격을 활용해 자체적인 쿨링 솔루션을 확보하고 있는 업체가 많았던 것. 또한 초기가가 높고 검증기간이 부족하다는 단점이 뒤따랐다. 결국 BTX는 ATX를 밀어내지 못하고 사장되었고, 그렇게 CFX 파워도 조용히 역사의 뒤안길로 사라졌다.

 

SFX 파워

 

M-ATX와 흡사하지만 그것보다 조금 더 작은 파워다. 아주 조그만 케이스가 아니면 거의 사용하지 않는다. 쉽사리 찾아보기 힘든 만큼 SFX 파워를 사용하는 케이스는 대부분 디자인이 멋지다. 주로 ITX 케이스에 쓰인다. 또한 브라켓을 사용하면 ATX 케이스에도 장착이 가능하다.

SFX 파워는 일반적으로 ATX 파워보다 좋은 성능을 내진 못하지만, 그렇다고 무조건 얕잡아봐서는 곤란하다. 예를 들어 실버스톤에서 내는 SFX 파워는 작은 크기지만 ATX 파워에 절대 밀리지 않는 무서운 성능을 내 준다. 무려 80플러스 골드 인증을 받은 데다 풀 모듈러 방식을 채택한 SFX 파워다.

 

DC to DC

 

작은 PC를 구성하다 보면 아무리 작은 크기의 파워라도 부담스러운 경우가 있다. 이럴 때 DC to DC 파워가 필요하다. DC to DC는 AC 전압을 DC 전압으로 직접 바꾼 뒤, DC 전압을 PC 부품에 직접 공급한다. 일반 컴퓨터에서 사용하는 AC-DC 파워와 달리 DC-DC로 직접 보내는 것이다. 초소형 PC, HTPC, 카PC 등에서 만나 볼 수 있다. 또한 발열이 적어 팬을 장착할 필요가 없어 소음도 없다.

 

리던던트

 

영화‘광해’를 보면 주인공‘하선’이‘광해군’이 병으로 자리를 비운사이 왕의 대역을 맡게 된다. 하선은 광해군과 똑같은 외모를 지녔기 때문에 대역이 가능했던 것. PC 또한 사용하다 보면 안정적인 전원이 반드시 필요한 경우가 있다. 특히 서버용 컴퓨터는 안정성이 극도로 요구되고, 파워도 컴퓨터 부품인 이상 언제든 고장날 수 있기에 반드시 대비해야 한다. 이 때 사용하는 것이 리던던트 파워다. 리던던트 파워는 쉽게‘보험’개념의 파워다. 리던던트 파워는 컴퓨터 안에 같은 파워가 2개 들어간다. 만일 파워 한 개가 고장 날 경우, 남은 파워 한 개가 예비용으로 작동하는 것이다.

표기 출력

오래 전 기자는 500W 용량의 파워 서플라이를 구매하려던 친구에게 질문을 받았다“. 500W 제품은 많은데 이게 왜 가격이 달라? 다 똑같은 거 아냐?”실제로 기자도 한 번 가졌던 의문이다‘. 용량만 같으면 다 똑같겠지.’라고 생각해 검증되지 않은 저가 파워로 시스템을 구성했고, 결과는 시스템의 잦은 다운으로 돌아왔다. 용량은 같은데 왜 차이가 날까? 정답은 표기 출력이다. 표기 출력은 제품 판매 시 표기하는 출력이다. 다만, 이 표기 출력은 안정적인 출력이 아니다. 파워가 순간적으로 낼 수 있는 최대 출력을 표시하기 때문에 문제가 된다.

 

파워의 최대 출력이 500W인데, 안정적으로 낼 수 있는 출력이 그에 한참 못 치는 200W라면, 시스템이 불안정해진다. 시스템의 발열, 고주파음, 성능 저하 등의 현상을 겪게 된 사용자는 뚜렷한 이유를 모른 채 오랫동안 고통 받게 된다.

 

정격 출력

 

앞서 표기 출력을 설명하면서 안정적인 출력의 중요성에 대해 말했다. 이렇게 실제로 낼 수 있는 안정적인 출력이 정격출력이다. 정리하자면 파워에서 변함없이 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 용량을 말한다. 표기출력과 다른 점은, 표기출력은 순간적으로 낼 수 있는 최대 출력이지만 정격 출력은 변함없이 일정하게 유지된다. 이 정격 출력과 표기출력이 큰 차이를 보이지 않는 것이 좋은 파워다.

특히 전력 소모량이 증가하는 작업들, 즉 오버클럭이나 고사양 게임을 즐기기 위해서는 정격 출력이 높은 파워가 필요하다. 실제로 공급할 수 있는 전력에 부족함이 없어 시스템을 안정적으로 유지할 수 있다. 파워를 구입할 때는 반드시 정격 출력을 확인해야 한다.

 

PFC 회로

 

PFC 회로에 대해 알기 위해선 우선 PFC에 대해 알아야 한다. PFC는 Power Factor Correction의 약자다. 이 뜻을 그대로 해석하면 역률을 개선한다는 뜻. 즉 PFC 회로는 역률을 개선해 주는 회로다. 역률은 네이버 국어사전엔‘역적을 처벌하는 법률’로 등록이 되어 있다. 그럼 PFC 회로는 역적을 처벌하는 법률을 개선해 주는 회로? 사실 그런 심각한 의미는 아니다. 역률이란 밖에서 들어온 전력(피상전력)을 가정에서 실제로 사용한(유효전력) 비율을 말한다. 피상전력은 집으로 들어와 전자기기에 연결되면서 파장의 간격이 벌어져 유효전력과 무효 전력으로 나뉜다. 이 무효전력이 적으면 역률이 높은 것.

그럼 PFC 회로가 하는 일은 뭘까? PFC회로는 무효 전력을 감소시켜 낭비되는 전기를 보정한다. 이는 전력요금·전력손실·전압강하율 감소, 변압기, 전선로의 시설 용량 경감 등을 이뤄 경제적 이익을 가져온다. 단, 국내 전기 요금을 산정할 때 산업용 전력은 역률 측정이 가능해 역률 개선을 통한 요금 감액이 가능하지만, 일반 가정집은 그런 게 없어 실질적으로 요금 절감 효과는 없다. PFC 회로는 패시브 PFC와 액티브 PFC로 나뉜다.

 

패시브 PFC

 

패시브PFC란 전자파를 감소시키며 효율을 높이고 안정적인 전원공급을 해주는 보호 회로다. AC 입력 회로에 변압기 형태의 인덕터(전류의 변화량에 비례해 전압을 유도하는 코일)와 콘덴서 구성의 부품을 추가해 L - C형태의 회로를 구성했다. 여기서 콘덴서가 전압을 뭉개고 코일이 전류를 뭉개 무효전력과 유효전력 파장의 간격을 좁히는 것이다.

패시브PFC의 장점은 회로가 단순해 만들기 쉬워 부품 단가가 낮다. 그만큼 가격 부담이 적다. 또한 전자파 발생률이 액티브 방식보다 훨씬 낮다. 단점으로는 액티브 방식에 비해 효율이 낮고(약 70%), 추가된 인덕터 덕분에 좀 무겁다. 내부 부품들의 발열도 액티브 PFC 방식보다 높다.

 

80PLUS 인증

 

80plus.org에서 파워서플라이 효율을 80% 이상으로 유지해 테스트에 통과한 제품에 주는 인증마크다. 파워에 부하를 줬을 때 측정되는 효율이 기준으로 지정된 효율 이상으로 나와야 한다.

 

액티브 PFC

 

액티브PFC는 패시브PFC를 보완하기 위해 등장한 방식이다. 코일과 콘덴서가 있던 자리는 IC 반도체 대체해 효율이 높은 전기만 선별해서 통과시킨다. 장점은 인덕터가 사라져 무게가 가볍고 전력효율이 높다(95% 이상). 오디오 잡음도 적고 110V / 220V 전원 선택 스위치를 사용할 필요가 없다. 80V ~ 265V 범위의 AC 입력 전원에서는 자동으로 전압 설정이 된다. 단점은, 전자파가 많이 발생한다는 것. 전자파 방지 검사(EMI 검사)를 거치기 위한 보호 장치가 요구된다. 패시브 PFC보다 생산원가가 올라가 가격이 비싸진다.

 

12V 다중출력

 

12V 다중출력은 12V 출력을 여러 개로 분리해 안정성을 높인 것을 말한다. CPU나 VGA 등 소비전력이 높은 부품은 12V 전압을 사용한다. 이걸 사용할 때, 한 쪽의 전선에 과다한 전류가 흐르게 되면 과열로 전선 피복이 타거나 녹는 경우가 있다. 이걸 방지하기 위해 전선마다 최대 부하량을 설정해 과전류 문제를 피하려 한 것. 과부하가 걸리면 과전류 보호회로(이하 OCP)가 이것을 차단하고 파워를 끌 수 있게 만든다. 12V 다중출력 제품은 멀티레일 파워로도 불린다. 이 멀티레일 파워와 다른 개념으로 싱글레일 파워가있다. 싱글레일 파워는 12V에 OCP가 거의 안 걸려 있다. 그러나 싱글레일이 위험한 것은 아니다. OCP만 없을 뿐, 과전력 보호회로(이하 OPP)가 컴퓨터를 보호한다. OCP와 OPP는 둘 다 컴퓨터를 보호한다는 것은 같지만, OCP는 파워의 일부분에 적용이 가능하고 OPP는 파워 전체에 적용되는 보호회로다. 이해를 돕기 위해 고성능 그래픽카드에서 전력을 소모하는 상황을 가정해 보자. 고성능 그래픽카드에서 OCP가 적용될 정도로 너무 전력을 많이 가져가면 전원이 꺼진다. 그러나 OPP는 그래픽카드가 전력을 소모하는 것과는 상관없이 시스템 전체에서 소화할 수 있는 총 전력소모가 위험하다고 감지할 때 전원을 끈다.