오디오/비디오 기기에서의 스위칭 파워 전원부의 페해

사진은 오포 93의 내부 . 전원부 대부분이 스위칭 파워로 구성되어 있다.

Switching Mode Power Supply의 약자로서 현재와 같이 소형화, 경량화, 대용량이 요구되는 민수용 및 산업용 기기에서 기존의 일반적인 전원 방식은 용량에 한계가 있고 또한 부피나 무게가 상당히 커지게 되므로 사용상 제약이 따르게 되자 이를 대체 하기 위하여 나왔다.

SMPS 전원 방식은 AC Line 주파수(50㎐~60㎐)를 일단 DC로 변환 한 다음 이를 높은 주파수의 AC로 변경 (수백 ㎑~ 수 mhz )하여 사용하며 이를 다시 DC로 다시 변환하는데 높은 대역의 주AC 파수를 정류하는 것은 아주 간단한 장치만으로도 가능하므로 크기를 크게 줄일 수 있다.

주로 Pulse width modulation 방식을 많이 사용하는데 AC / DC convertor. DC / DC convertor. 노트북용 전원장치. 휴대폰용 충전기에 많이 사용된다.

특히 DVD 플레이어나 블루 레이 플레이어 등 비디오 프로세싱이 필요한 기기도 전부 또는 상당 부분을 이 수위칭 파워 서플라이 형식으로 구성한다.

이는 PC와 같이 비디오 프로세싱에 필요한 코어칩이 거의 CPU와 비슷한 역할을 하면서 1 ~ 3.3 V 근처의 저전압에 대전류를 요구 하기 때문이다.

이를 리니어 파워로 공급하기 위하여는 그 크기와 중량이 대폭 커져 경제성이 없다.

사용하고 있는 기기가 스위칭 파워 서플라이를 사용하였는지는 구별이 쉽다. 기기 전원 형식에 100 ~ 220V 프리 볼트라고 명기 되어 있는 것은 스위칭 파워 서플라이라고 보면 된다.

이 같이 주 전원부에 있는 것과 함께 회로의 여러 곳에서도 DC-DC 컨버터라고 하는 소형 스위칭 파워 서플라이가 사용되고 있다. 이는 직류 전압을 받아 원하는 다른 직류 전압으로 바꾸어 주는 것이다.

예를 들어 Tvix6600의 경우는 메인 스위칭 파워에서 12V 직류를 만들어 이를 다시 메인 기판에서 5V, 3.3 V 및 1.2V 로 만드는데 이 회로에서도 역시 상당한 고주파 잡음을 낸다.

이 같은 고주파 잡음은 주파수가 높기 때문에 마치 방송용 송신기와 같은 역활을 하여 기기 내부에 뿌려주면 주변의 회로는 안테나 역할을 하여 이 고주파 잡음을 흡수 함으로서 원신호를 오염시키게 된다. DC-DC 컨버터가 있는지는 기판에 조그만 코일이 붙어 있는 지를 보면 쉽게 알 수 있다.

이 스위칭 파워 서플라이의 대표적인 것은 PC의 전원 모듈이다.

PC에 사용하는데는 문제가 없지만 비디오 기기, 특히 오디오 기기에 사용하면 동작시에 내는 고주파 잡음 때문에 음질과 화질에 심각한 폐해를 끼친다.

오디오에서는 주로 고역이 까칠해지고 스테레오 이미징이 넓게 퍼지지 못하고 뭉쳐 있는 듯하게 들리게 된다. 고주파 잡음으로 인한 마스킹 효과로 음의 미세한 뉴앙스 성분이 가리기 때문에 음이 단순하게 들리기도 한다.

비디오에 있어서는 엣지 부분이 깔끔하지 못하고 모스키토 노이즈라고 하는 무작위하게 나오는 잡티 성격의 노이즈가 보이고 또 색의 순도도 떨어뜨린다.

이 같은 폐해가 있으면서도 리니어 파워를 사용하지 않는 이유는 파워 서플라이 부분의 크기가 커지고 부품의 가격이 올라가 경제성을 맞추기 어려워서이다.

반대로 리니어 파워 서플라이는 크기가 커지고 비용이 올라간다. 또한 에너지 사용 효율이 상당히 좋지 않다. 상당히 발열도 심하여 이에 대한 대책도 필요하다.

리니어 파워 서플라이를 구성 할 때는 단순한 78** 계열의 리니어 파워 IC 보다는 비싸지만 리플을 최대한 억제한 리니어 파워 IC를 사용하는 것이 바람직하다.

가장 이상적인 것은 파워 FET 등 개별 소자를 사용하여 리니어 파워 회로를 구성하는 것이다. 이렇게 하면 넓은 주파수에서 평탄하게 리플억제율이 좋으면서도 매우 낮은 임피던스로 구성할 수 있다