Switching Mode Power Supply, 스위칭 모드 파워 서플라이

스위칭 속도 제어를 통해 입력 교류 전압 : 출력 직류 전압의 조절이 용이한 파워 서플라이 방식.

SMPS를 사용한 제품의 경우 인입 전압이 100V~250V 또는 Free Volt 등으로 표기 되어 있다. 즉 입력 전압의 폭이 넓다.⁴⁾
또한 출력 되는 DC 직류 전압도 정전압으로 나오게 된다. 파워 서플라이 중간에 위치한 스위칭 속도 제어를 통해서 입출력 전압을 제어 하기 때문이다. 따라서 AVR을 따로 사용할 필요가 없다.

효율이 매우 좋다. 하지만, 회로가 매우 복잡해진다.

빠르게 스위칭을 하는 회로가 있기 때문에, 이 스위칭으로부터 발생하는 실제 스위칭 노이즈나, 전기적 노이즈 등이 이 파워 서플라이를 사용하는 음향기기의 신호 회로로 유입될 가능성이 있기 때문에, 노이즈를 차폐하거나 제거하거나, 억제하는 기술 등이 추가로 꼭 필요하다.

음향기기에서 가끔 띠~ 하는 고주파 노이즈는 이러한 SMPS 에서 발생하는 스위칭 노이즈가 실제 신호 경로⁵⁾를 타고 들어와서 생기는 현상이다. 이러한 고주파 노이즈는 보통 접지에 관한 문제로 접지가 제대로 되어있다면 발생하지 않는다. 그라운드 루프에 의해 생기는 경우도 있는데, 이경우 그라운드 루프를 생성하는 기기를 그라운드 리프트를(접지 끊음) 하여 해결할 수 있다.

정전압 파워 서플라이와는 달리 출력되는 직류 전압을 정전압으로 매우 크게 만드는 것도 가능하기 때문에, 최근에는 High Plate Voltage가 필요한 풀진공관 음향기기에도 SMPS로 파워 서플라이를 설계하는 경우가 더러 있다.⁶⁾

입력된 교류를 바로 정류 하여 고전압의 직류로 만든다.

우리나라의 220V 교류 전기는 실질적인 교류 전압이 있는 라이브선과 교류 전압이 없는 중성선으로 이루어져 있지만, 정류회로는 어느 선이 라이브선인지 중성선인지 관계없이 동작한다.

고전압의 직류를 고속으로 스위칭 하여 사각파 형태의 교류로 변환한다. 출력되는 DC 전압을 제어회로에 피드백하여 출력 DC 가 정확히 나오도록 스위칭 속도를 제어하게 된다.

사각파 형태의 교류를 감압하여 저전압의 사각파 형태의 교류로 만든다.

직류를 스위칭하여 사각파로 변환시킨 이유가 바로 이것 때문이다. 트랜스포머는 교류에 대해서 작동하지만, 직류에 대해서는 작동하지 않는다. 따라서 일종의 교류인 사각파로 먼저 변환해야 트랜스포머를 통해 감압할 수 있게 된다.⁷⁾

SMPS에서의 감압 과정에서는 목표 출력 DC 전압에 맞춰 감압하는 것이 목표가 아니기 때문에 그냥 일정 비율로 감압하게 된다.

감압된 사각파를 정류하여 목표하는 직류로 만든다.

목표하는 전압과 다른 전압이 나올 경우 센서가 측정하여 다시 스위칭 회로로 피드백 하여 스위칭 속도를 조절하게 된다.

SMPS는 마지막의 정류 회로를 통해 정전압 레귤레이터의 기능을 하게 되므로, 따로 정전압 레귤레이터를 사용할 필요가 없다. 높은 정전압 직류도 얻는 것도 가능하다.⁸⁾