전자 응용 제품은 열을 발생시키고, 열이 과도할 경우 효율성이 떨어지고 부품의 수명이 단축되며, 심지어 열로 인한 고장으로 이어질 수도 있습니다. 팬 기반 전원 공급 장치는 많은 응용 제품에서 선호되지만, 효율성, 저소음, 안정적인 성능이 매우 중요한 응용 제품에는 적합하지 않습니다.
최적의 작동 온도를 유지하기 위해 사용되는 냉각 방법은 다양하며, 각 방법에는 고유한 장단점이 있습니다. 기존의 전원 공급 장치는 열을 발생시키는 부품에 팬을 통해 공기를 적극적으로 이동시키는 강제 공기 냉각 방식이나 방열판과 공기 흐름에 의존하여 열을 방출하는 수동 대류 냉각 방식을 주로 사용합니다. 다른 옵션으로는 전도 냉각 및 액체 냉각이 있습니다.
TRACO Power는 산업, 의료 및 전기 통신 응용 제품을 위한 팬리스 전력 솔루션을 다양하게 제공합니다. TRACO Power의 TCI 계열은 향상된 열 관리를 지원하여 열 관련 에너지 손실을 줄이고 시스템 안정성을 향상시켜 지속적인 작동을 가능하게 합니다. 적절한 베이스 플레이트를 사용하는 전도 냉각 전력 솔루션을 제공하며, 대류 냉각과 강제 공랭을 사용할 수 있는 옵션이 있어 다양한 응용 제품에 매우 유용합니다.
옵션 분류
각 냉각 방식은 효율성, 크기, 비용, 안정성 측면에서 서로 상충되는 부분들이 있습니다. 설계자는 전자 제품용 냉각 시스템을 설계할 때 다음 사항을 고려해야 합니다.
- 전력 소비 요구 사항
- 공간 제약
- 신뢰성 요구 사항
- 비용 및 복잡성
설계자는 적합한 냉각 전략을 선택하여 다양한 전자 응용 제품에서 효율성, 안정성 및 성능을 개선할 수 있습니다. 다음은 응용 제품을 개발할 때 고려해야 하는 일반적인 냉각 방법입니다.
- 대류: 대류 냉각은 따뜻한 공기가 상승하여 차가운 공기가 이를 대체하는 자연적인 움직임에 의존하여 활성 부품 없이 열을 방출합니다. 낮은 비용과 신뢰성을 보장하지만, 특히 공기의 흐름이 제한되는 밀폐된 공간에서는 그 효과가 제한적입니다. 수동 대류 냉각은 높은 안정성을 제공하지만, 상당한 열을 발생시키는 고전력 응용 제품에는 적합하지 않습니다.
- 강제 공랭: 강제 공랭은 팬을 사용하여 열을 발생시키는 부품에 공기를 적극적으로 이동시켜 열 방출을 개선합니다. 이 방법은 일반적으로 산업용 전원 공급 장치, 컴퓨팅 시스템 및 고전력 전자 제품에서 사용됩니다. 팬은 전력을 소비하고 잡음과 잠재적 오류 지점을 유발하지만, 과열과 열 스로틀링을 효과적으로 방지하여 까다로운 환경에서도 시스템 안정성을 유지합니다.
- 방열판: 방열판은 열전도를 이용해 부품의 열을 보다 넓은 표면적으로 전달하여 주변의 공기 중으로 열이 방출되도록 합니다. 대부분의 방열판은 표면적을 최대화하기 위해 핀이 달린 설계를 갖추어 자연 대류 또는 강제 대류를 통해 냉각 성능을 향상시킵니다. 소형 응용 제품을 위한 얇은 프로파일의 방열판도 있지만, 통상적으로 높은 내전력을 위해서는 더 큰 방열판이 필요합니다.
- 냉각판: 냉각판은 두꺼운 금속 바닥판을 사용하여 부품으로부터 열을 전도하여 더 넓은 영역에 열을 분산시킵니다.
- 액체 냉각: 액체 냉각은 냉각수가 부품에서 열을 흡수하여 라디에이터 또는 열교환기로 전달하여 열을 방출하는 폐쇄 루프 시스템에 의존합니다. 이 방법은 일반적으로 팬과 방열판만으로는 불충분한 항공 우주, 자동차, 고성능 컴퓨팅과 같은 고전력 응용 제품에서 사용됩니다. 하지만 액체 냉각은 추가적인 엔지니어링, 복잡성 및 유지 관리를 필요로 합니다.
- 열 화합물: 열 페이스트 또는 그리스와 같은 열 화합물은 전자 부품과 냉각 표면 사이의 열 저항을 줄여주지만, 자체적으로 열을 방출하지는 않습니다. 이 화합물은 미세한 공기 틈을 메움으로써 열 전달 효율을 개선하여 방열판, 냉각판 또는 히트 확산기가 효과적으로 작동할 수 있도록 합니다. 일부 열 화합물은 기계적 패스너 없이 냉각 솔루션을 부착하는 접착제 역할도 합니다.
TRACO Power의 하이브리드 설계
TRACO Power의 TCI 계열 스위칭 전원 공급 장치는 대류 냉각 및 전도 냉각을 모두 지원하는 하이브리드 케이스 설계를 활용하므로(그림 1), 다양한 열 관리 전략에 매우 다양하게 활용할 수 있습니다.
그림 1: TRACO Power의 하이브리드 케이스 설계는 설계자에게 전도 및 대류 냉각 옵션을 제공합니다. (이미지 출처: TRACO Power)
전도 냉각을 위해, 금속 케이스가 부착된 바닥판, 방열판 또는 섀시로 열을 효율적으로 전달하여 수동적으로 열을 방출합니다. 이 방법은 팬을 사용한 강제 공기 흐름이 실용적이지 않거나 아예 불가능한 밀폐된 인클로저에서 선호되는 접근 방식일 수 있습니다.
캡슐화된 내부 부품은 열적으로 연결되어 있어, 열 확산을 최적화하고 자연 대류가 과도한 열을 제거하도록 합니다. 야외에 설치하는 경우에도 하이브리드 설계로 인해 대부분의 경우 추가 방열판 없이도 수동 냉각이 가능합니다.
TCI 계열은 전도 및 대류 케이스 유형의 장점을 결합하여 뛰어난 열 기능을 제공합니다. 기존의 전원 공급 장치 설계와 동일한 폼 팩터 내에서 팬 없이도 훨씬 더 높은 수준의 전력을 생성할 수 있습니다. TRACO Power에 따르면, TCI 계열은 전도 냉각 설정에서 정격 최대 출력 전력의 100%까지 제공할 수 있으므로 팬이 없는 응용 제품 설정에서 이상적인 선택입니다.
TCI 계열이 갖춘 하이브리드 설계는 적절한 바닥판와 특수 포팅 화합물을 통한 개별 부품의 효율적인 열 연결로 최적의 열전달을 제공합니다. 이 첨단 화합물을 사용하면 개별 부품이 최상의 효율로 작동할 수 있으며, 이는 기존의 전원 공급 장치 시스템으로는 달성하기 힘듭니다.
TCI 계열은 130W ~ 500W의 전력을 필요로 하는 전도 냉각 솔루션을 위해 특별히 설계되어, 팬리스 응용 제품에 특히 유용합니다. 적절한 바닥판을 사용하면 정격 전력의 최대 100%까지 안전하게 작동할 수 있습니다.
130W TCI 130-124-J(그림 2)는 전도 냉각 방식의 AC/DC 케이스형 전원 공급 장치로, 효율을 극대화하면서 우수하고 일관된 온도 냉각 성능을 제공하는 데 중점을 두고 있습니다. 92%라는 놀랄 만한 효율을 제공하는 이 장치는 부하 경감 없이 -30°C ~ +50°C의 작동 온도 범위와, 부하 경감 또는 강제 냉각 시 최대 +80°C의 작동 온도 범위를 제공합니다. 보관 온도 범위는 -30°C ~ +80°C이며, 크기는 80mm x 59.7mm x 43.2mm(3.15″ x 2.35″ x 1.7″)입니다.
그림 2: TRACO Power TCI 130-124-J는 130W 전도 냉각 AC/DC 장치입니다. (이미지 출처: TRACO Power)
240W TCI 240-112-J(그림 2)는 130W 장치와 작동 및 보관 온도 범위가 동일하며, 크기는 104mm x 62.5mm x 39.2mm(4.1″ x 2.46″ x 1.54″)입니다. TCI130 및 TCI240 계열은 모두 금속 케이스 패키지에 표준으로 제공되며 금속 섀시나 바닥판에 장착할 경우 팬 없이도 100% 출력을 제공합니다.
그림 3: 금속 섀시 또는 바닥판에 장착된 TRACO Power TCI 240-112-J는 팬 없이도 100% 출력을 제공합니다. (이미지 출처: TRACO Power)
U채널 패키지 TCI 500U-124U-T(그림 3)는 팬 없이도 최대 출력 전력의 최대 90%를 제공할 수 있습니다. TCI 130 및 TCI 240 계열과 작동 온도 범위가 동일하며, 보관 온도는 -30°C ~ +85°C입니다. 크기는 130mm x 83mm x 40mm(5.12″ L x 3.27″ W x 1.57″)입니다. 또한 자동화된 전력 관리 시스템과의 통합을 위한 원격 ON/OFF 제어와 긴 케이블에서의 전압 강하를 보정하기 위한 원격 감지 입력 기능도 갖추고 있습니다.
그림 4: TCI 500-124U-T의 출력 전압은 24VDC이며 효율은 91%입니다. (이미지 출처: TRACO Power)
TCI 계열 전반에서 일관된 열 및 전기적 특성을 갖추고 있어 제품 간 통합이 원활하고 확장성이 뛰어나므로, 제품 설계자는 저전력 설계로 시작하여 필요에 따라 더 높은 와트로 업그레이드할 수 있습니다. 세 가지 와트 등급 모두 규제 산업에 대한 엄격한 전자파 적합성(EMC) 및 분리 표준을 충족합니다.
결론
팬이 없는 전도 냉각식 스위칭 전원 공급 장치는 산업, 의료 및 전기 통신 응용 제품에서 조용한 작동, 높은 안정성 및 향상된 열 관리를 보장합니다. TRACO Power는 TCI 계열에서 세 가지 종류의 와트 등급을 제공하여 전력 확장성, 소형 폼 팩터 및 넓은 작동 온도 범위를 지원합니다. 이러한 전원 공급 장치는 공간 제약이 있는 밀폐된 인클로저에 원활하게 통합되므로, 까다로운 환경에서 전력 관리를 위한 높은 효율과 열 방출을 제공합니다.
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제공: Pete Bartolik, DigiKey
