안녕하세요.

 

제가 기글에 전원 장치와 관련하여 글을 작성한 적이 있는데 예상 밖의 관심을 받아서 놀랬습니다.

 

다시 한번 감사드립니다.

 

그 이후 다른 내용으로 다시 작성하려고 했으나 먹고살아야 하다 보니 글 작성이 늦어지네요.

 

요즘 PC파워에서 PFC라는 회로를 많이 접하게 됩니다.  이 회로의 기능과 역할을 좀 쉽게 풀어보려고 합니다.

 

PFC회로는 Power Factor Correction 이라는 줄임말로 역률 보상회로 정도로 이해하시면 됩니다.

 

THD라는 것을 보상하려고 PFC회로가 나왔다고도 하는데 뭐가 맞는지 잘 모르겠습니다. 일단 무시합니다.

 

교류 전원은 전압과 전류가 일정해야 하는데 전류의 흐름이 연속적이지 못하거나 전압과 전류의 위상이 틀어질 경우

 

역률이 떨어지게 됩니다.

 

역률을 쉽게 표현해보면 맥주컵 100cc 짜리에 맥주를 따르면 맥주와 거품이 생기게 되는데 거품 때문에

 

마실 수 있는 맥주는 70cc가 됩니다. ※여기서 거품이 사라지면서 맥주로 변하는 건 무시합니다.

 

100W를 보내주는 발전소가 있는데 파워가 역률이 0.7일 경우 70W밖에 못쓰는 상황이 발생합니다.

 

70W는 유효전력(맥주) 30W는 무효전력(거품) 이 됩니다.

 

파워에 PFC회로를 추가하여 0.9를 만들어주면 90W까지 발전소에서 끌어다 쓸 수 있게 됩니다.

 

 

 

혼동이 됩니다. 개인 사용자 입장에서 보면 이득이 없어 보입니다.

 

한국에서 무효전력은 전기비에 포함되지 않기 때문에 역률 0.1 짜리를 써도 전기비는 달라지는 게 없는 것이죠.

 

발전소만 커지면 되는 겁니다. 이기적으로 보일 수 있겠네요.

 

PFC회로를 내장하면 효율도 떨어지고 전자파도 더 나오는데 한국전력만 좋은 것 같네요. 일단 넘어갑니다.

 

PC파워서플라이는 콘덴서 입력형 전원 장치입니다.

 

 

사진에 보이는 커다란 콘덴서에 교류 전원을 직류로 저장해두고 쓸 만큼 쓰고 다시 충전하고 이러한 동작을

 

반복하게 됩니다.

 

콘덴서를 충전할 때만 전류가 흐르기 때문에 전류가 불연속으로 흐르고 결과적으로 역률이 떨어지게 됩니다.

 

SMPS의 PFC회로를 껐을 때 파형입니다.

 

※인버터 출력에 필터로 인하여 파형이 깨지네요. 기회가 된다면 다시 찍고 수정하겠습니다.

 

PFC전압에서 동작하는 SMPS이기 때문에 입력전압이 대략 AC275V 입니다.

 

피크전류는 약 '2A' 입니다. SMPS 부하는 대략 150W 입니다.

 

지글지글한 부분은 일단 무시하고 파란색파형 전류가 일부분에 집중되어 있는 모습을 볼 수 있습니다.

 

전류가 집중될 때가 콘덴서에 충전을 하는 부분입니다.

 

대략 역률이 0.6 ~ 0.7 사이가 됩니다.

 

다음은 같은 SMPS의 PFC회로를 동작시킨 파형입니다.

 

 

전류가 전압을 따라가려고 노력하는 모습이 보입니다. 입력 전압은 220V이며 피크전류는 '1A'입니다.

 

SMPS 부하는 동일한 150W 입니다.

 

다음은 역률이 '1'일때 전압과 전류 파형입니다.

 

노란색이 전압, 파린색이 전류입니다. 인버터로 생성되는 전원이라 지저분한 부분은 무시해주세요.

 

전압과 전류가 동시에 흐르고 있습니다.

 

역률 1로 교류를 소비하려면 순수한 '저항' 부하가 되어야 합니다.

 

부하가 코일 또는 콘덴서가 될 경우 전압과 전류 파형이 일치하지 않게 됩니다.

 

다음은 PFC회로의 기본 동작원리입니다.

 

많이 사용되는 보조배터리에는 리튬전지 3.7V를 5V USB전압으로 승압 시켜주는 회로가 달려있습니다.

 

이 회로와 PFC회로는 원리가 같습니다.

 

먼저 보조배터리에 내장되는 승압회로도 입니다.

 

 

직류전원(배터리)이 있고 인덕터 1개, 스위치1개, 다이오드 1개, 콘덴서 구성이 되어있습니다.

 

다음은 PFC 회로입니다.

 

 

 

입력전원이 교류라는점과 브릿지 다이오드(다이오드 4개 모음) 만 추가되었을 뿐 구성이 같습니다.

 

가장 기본적인 PFC형태입니다.

 

좀 특이한 PFC회로는 효율 향상을 위해 브릿지 다이오드를 없애고 승압하는 방식도 사용되고 있습니다.

 

승압회로이기 때문에 입력된 전압을 더 높게 변환하여 역률을 끌어 올립니다.

 

승압회로 때문에 입력전압이 Free Voltage가 가능하게 됩니다.

 

벽전원 110V이나 220V을 DC400V 근처로 승압하게 됩니다. 승압을하면 왜 역률이 좋아질까요?

 

원리는 간단합니다.

 

 

호수(110~220층)에 물이 있는데 건물의 물탱크(400층)에 물을 옮기려면 펌프기가 필요합니다.

 

펌프기가 물을 쉴 틈 없이 밀어줘야 건물에서 사용이 가능합니다.

 

여기서 펌프기가 PFC회로이고 물이 전류라고 생각하시면 PFC회로 가 전류를 쉴 틈 없이 밀어 넣어주는 것입니다.

 

부하가 낮을 때는 PFC회로 가 있어도 전류가 연속적이지 못하기 때문에 역률이 떨어집니다.

 

승압을 해도 정해진 전압까지만 해야 하기 때문이죠.

 

이러한 방법으로 SMPS가 콘덴서를 충전할 때만 전류가 흐르지 않고 연속적으로 흐르게 됩니다.

 

결론은 PFC회로를 추가함으로써 SMPS 특징인 콘덴서 입력형 부하를 순수한 '저항'부하로 보이도록 하는 것입니다.

 

 

다 좋은데 개인 입장에서는 뭐가 좋은가요? 라고 의문이 생깁니다.

 

냉정하게 따지면 개인 사용자는 직접적으로 이득은 없을 수도 있습니다.

 

단점부터 이야기하자면

 

PFC회로의 부품 가격을 산출하면 대략 5,000원~10,000원쯤 합니다 (500W기준). 파워가 비싸집니다.

 

그리고 스위칭 동작을 하기 때문에 전자파가 더 많아지고 효율이 떨어지게 됩니다.

 

장점으로는 출력전압 리플을 줄일 수 있는 수단 중에 하나가 됩니다. PFC가 있으면 고급 파워라고 알려져 있는데

 

잘못된 내용입니다. PFC회로 넣고 뻥파워도 제작할 수 있고 없이도 좋게 만들 수 있습니다.

 

위에 있는 파형 중에 SMPS PFC회로를 껐을 때 피크전류가 2A입니다. 입력 전압이 275V에서 말이죠.

 

PFC회로를 켰을 때는 입력 전압이 220V에서 피크전류가 1A입니다. SMPS 부하가 같고 입력전압이 55V나 높은데

 

피크전류가 더 높습니다. PC가 용량이 얼마 안 되면 문제가 안되지만 1KW 이상 소비되는 PC가 있는데 PFC가 없을 경우

 

다른 큰 부하와 동시에 사용한다면 피크전류로 차단기가 떨어질 수 있습니다.

 

발전소와 송전선로의 부하량을 줄여주는 효과가 있네요.

 

이 밖에도 몇 가지가 있지만 머리가 아픈 부분이라 넘어갑니다.

 

쉽게 작성하려고 했는데 쓰다 보니 길어지고 어려워지고 그런 것 같네요.

 

읽어주셔서 감사합니다.