파워 서플라이(Power Supply) - 정격 파워, 정격 출력, 80+, 효율... - 전원공급장치 - 컴퓨터

2010년, 이런 파워서플라이가 뜬다

대부분의 유저들이 PC를 조립하고자 할 때 어떠한 시스템 플랫폼을 선택할 것인가를 가장 먼저 고민 할 것이다. 시스템 내에서 프로세서와 메인보드, 메모리 등을 어떤 제품으로 구성을 할 것인가의 고민이 시작되며 이후에 하드 드라이브와 광학 드라이브 등 저장 장치, 그래픽 카드나 사운드 카드 등의 애드온 카드, 그리고 기타 부가 장치들에 대한 선택이 이어진다. 그리고 이러한 하드웨어들에 대한 선택이 대강 정리가 된 후 마지막으로 파워서플라이를 선택하는 경우가 많다.

이처럼 시스템 구성에 있어서 우선 순위가 한참 밀려 있기에 한정된 비용 배분에서도 파워서플라이는 제대로 대접을 받지 못하고 그 중요성이 간과되는 경우가 많다. 높은 성능의 최신 사양 부품들로 가득 채워 놓고 정작 파워서플라이는 출력 용량 수준만 맞춘 보급형 제품을 장착하는 경우를 의외로 자주 목격할 수 있는 것이 좋은 예다.

문제는 보급형 파워서플라이를 선택한다는 자체에 있는 것이 아니라 시스템 운용 측면에서 파워서플라이의 역할과 중요성을 소홀히 생각한다는 점이다. 결국 지난 해 일부 보급형 파워서플라이 제품이 사용 도중 심각한 문제를 일으키는 사례가 보고되면서 사용자들에게 파워서플라이에 대한 불안감과 불신감을 증폭시키는 결과를 낳게 됐다.

판매를 늘리기 위해 과장된 표기로 정확하지 못한 상품 정보를 제공한 업체 측의 책임도 결코 무시할 수 없지만, 파워서플라이의 중요성에 대하여 소홀히 생각했던 사용자들의 인식 또한 이런 일이 가능하도록 일부 원인 제공을 한 것도 사실이다.

비 온 뒤 땅이 굳어진다고 이런 이슈들을 계기로 사용자와 제조 유통사 모두 파워서플라이에 대한 인식을 새롭게 하게 된 긍정적인 효과는 다소 늦긴 했지만 분명 반가운 일이 아닐 수 없다.

이에 시스템의 안정적인 운용에 굉장히 중요한 역할을 하는 파워서플라이 선택에 있어서 어떤 점들을 확인해야 하는 것이 좋은 가에 대하여 몇 가지 포인트로 정리해서 알아보도록 하겠다.
 

- 파워서플라이의 용량, 얼마나 되어야 할까?

파워서플라이를 고를 때 가장 먼저 보는 것은 제품 규격과 출력 수치일 것이다. 제품 규격은 사용되는 시스템 규격에 따라 여러 종류가 있지만 일반 사용자용으로는 사이즈가 작은 슬림 PC에 많이 사용되는 TFX 규격과 Micro-ATX 규격, 그리고 일반 크기의 시스템에 가장 많이 사용되는 ATX 규격 등 3가지가 대표적이다. 자신이 사용할 케이스에 장착 가능한 규격의 파워 제품을 선택하면 되므로 그다지 어려울 것은 없다.

반면 400W, 500W 등으로 불리는 출력 수치는 대부분의 사용자들이 익숙하게 사용하고 있지만 의외로 그 출력이 어떻게 구성되는가에 대하여 자세히 모르는 경우가 많다. 어느 정도 PC 하드웨어에 대한 상식이 있는 사용자도 자신이 사용하는 주요 부품의 대략적인 전력 요구량을 단순히 합산해 거기에 어느 정도 여유가 있는 용량을 선택하는 경우가 일반적이다.

그러나 이러한 선택은 자칫 예상치 못한 전력 낭비를 가져올 수도 있으며, 전체 출력 수치로는 충분하지만 정작 중요한 전압 별 출력에서 요구 수준을 만족시키지 못해 과부하로 인한 제품 손상의 원인이 될 수도 있으므로 주의해야 할 부분이다.

파워서플라이는 입력된 AC 전원을 PC 시스템의 각 파트가 필요로 하는 여러 종류의 DC 전압으로 변환해 공급을 하는 역할을 담당한다. 파워서플라이의 출력은 여기서 최종 출력되는 각 전압 별 용량을 합산해서 표기한다.

요즘 사용되는 파워서플라이의 출력 DC 전압 종류는 +3.3V, +5V, +12V, -12V, +5VSB 등으로 이루어져 있다. 이 중 -12V, +5VSB는 통신이나 대기 전원용으로 사용되는 것으로 크게 신경을 쓰지 않아도 되는 부분이다. 시스템의 각 파트를 실질적으로 구동하는 데에는 +3.3V, +5V, +12V 등 세 가지 전압이 가장 중요하게 작용한다.

과거 시스템에서는 프로세서와 메인보드의 주요 모듈 작동에서 +3.3V와 +5V의 비중이 높았지만 최신 사양의 시스템에서는 가장 많은 전력을 요구하는 프로세서와 그래픽 카드가 모두 +12V 전압을 필요로 하기 때문에 이들 전압 중 +12V 전압을 얼마나 풍부하게 또 안정적으로 공급해 주는가가 매우 중요한 요소가 됐다.

인텔이 안정적인 시스템 전원 공급을 위해 제시하고 있는 파워서플라이 디자인 가이드가 최신 버전으로 오면서 갈수록 +12V 에 비중을 두는 이유도 시스템에서 프로세서와 그래픽 카드가 전력 관리 측면에서 차지하는 비중이 점점 커지기 때문이다. 따라서 단순히 전체 합산된 출력 수치보다는 각 전압 별 출력 용량을 확인해야 자신의 시스템에서 충분히 사용 가능한 가를 할 수 있다.

전압 별 출력 용량 확인에서 놓치지 말아야 할 부분은 이들 출력 용량이 모두 독립되어 있는 것이 아니라 부분적으로 묶여 있다는 점이다. 콤바인드(Combined) 출력이라 부르는 것이 그것이다. 콤바인드 출력은 출력 효율 개선과 내부 구조 간소화를 위해 두 가지 이상의 전압이 하나의 정류 회로를 공유하도록 설계돼 있다는 것을 뜻한다. 즉 콤바인드 출력으로 묶여 있는 전압은 해당 회로의 출력 용량 범위 내에서 유동적으로 제한이 된다는 의미가 된다.

예를 들어 24A 출력이 가능한 +3.3V와 20A 출력이 가능한 +5V가 150W의 콤바인드 출력 구성이 되어 있는 경우에, 수치상으로는 +3.3V가 최대 79.2W, 그리고 +5V가 최대 100W 출력으로 합계 179.2W가 되지만 150W라는 콤바인드 출력 용량으로 인해 이 범위 내에서 최대 출력 범위가 제한 된다. 시스템이 +5V를 20A 용량 모두 사용하고 있다면 +3.3V는 24A가 아닌 15A 밖에 사용하지 못하는 셈이다.

마찬가지로 +12V 출력이 2개의 레인으로 나뉘어져 각각 22A씩 최대 출력 수치를 지니고 있어도 콤바인드 출력으로 396W로 구성돼 있어 실제로 두 개의 +12V 전압을 동시에 22A로 풀로드 출력할 수는 없다.

▲ 측면의 전압 별 출력표를 보면 각 종류의 전압 출력이 어떤 식으로 콤바인드 출력 구성이 되어 있는 가를 알 수 있다

위 그림의 사례를 보면 일차적으로 +3.3V와 +5V 출력이 그리고 +12V1, +12 V2 출력이 각각 콤바인드 출력 구성돼 있으며 최종적으로 이들 출력이 다시 콤바인드 구성을 이뤄 정격 500W의 합산 출력을 지니고 있음을 알 수 있다.

전체 출력 또한 콤바인드 출력의 영향을 받으므로 콤바인드로 최대 33A 출력이 가능한 +12V 전압도 시스템에서 다른 전압을 사용하는 것을 감안할 때 실제로 안정적인 사용이 가능한 +12V는 30A 내외 수준을 예상할 수 있다.

요즘 고성능 프로세서 중 가장 관심과 인기를 모으고 있는 i7, i5 쿼드코어 프로세서가 70~90W 수준의 TDP를 지니고 있으며 싱글코어 하이엔드 그래픽 카드가 200W 안쪽의 TDP를 지니고 있는 것을 감안할 때, 어느 정도 고성능 시스템을 꾸미고자 하면 적어도 24A 이상의 +12V 출력을 안정적으로 유지해줘야만 한다.

인텔 파워서플라이 디자인 가이드에서 갈수록 12V 출력을 강조하는 이유가 바로 이처럼 최신 사양 일수록 12V 요구량이 많기 때문이다.

이 정도 수준의 12V 출력은 400W 이상의 출력을 지니고 있는 파워서플라이라면 대부분 수치상으로는 지원을 하고 있다. 그러나 앞서 콤바인드 출력에 대해서 설명했듯 시스템의 다른 파트에서 소비하는 전력을 감안하면 실제로 사용 가능한 12V의 용량은 줄어들 수 밖에 없다.

+5V 전압을 요구하는 USB 연결을 통한 외부 기기 연결 사용이 많은 요즘의 사용 환경을 감안하면 실제로 가용한 12V 용량을 생각하지 않고 표기 수치만 보고 전력 소모가 많은 고사양 부품을 사용할 경우 파워서플라이에 과부하를 초래해 심각한 손상을 입을 가능성도 존재한다.

따라서 여유 있는 주변 기기 활용과 고성능 부품으로 쾌적한 컴퓨팅을 즐기고자 한다면 안정적으로 24A 이상의 12V 출력 확보가 가능한 500W 급 파워서플라이가 제격이다. 올 해 가장 주류로 부각될 파워서플라이로 500W급 제품을 꼽는 이유가 바로 여기에 있다 하겠다.

- 정격 출력과 출력 효율

파워서플라이 출력 구성에 대한 이해가 어느 정도 되었다면 다음은 정격 출력과 출력 효율에 대한 부분을 이야기하지 않을 수 없다.

대부분의 파워서플라이 제품에 Total Power라고 표기돼 있는 출력 수치는 말 그대로 해당 제품이 출력 가능한 정격 최대 출력을 의미한다. 정격이라 함은 파워서플라이가 정상적으로 작동을 하는 상태에서 지속적으로 출력 유지가 가능하다는 것을 의미한다.

따라서 정격 500W 출력 파워서플라이는 500W 출력이 지속적으로 이루어지는 상황에서 기기에 이상이 생기지 않아야 정상이다. 또 정상적인 정격 제품이라면 일정시간(5분~10분) 동안 정격 최대 출력의 10% 수준의 오버로드가 발생해도 견딜 수 있다.

지난 해 발생했던 파워서플라이 문제는 바로 이 출력 표기가 제대로 되어 있지 않았던 것이 일차적인 원인이었다. 실질적으로 가능한 출력은 표기 수치에 훨씬 미치지 못하는데도 불구하고 과장되게 표기해 놓아 수치만을 보고 장착한 시스템에서 과부하에 의해 파워가 터져나가는 일이 발생했던 것이다. 문제는 파워가 망가지는 선에서 그치지 않고 시스템 전체에 전기적 데미지를 주어 부품을 망가뜨린 사례도 자주 보고된다는 점이다.

이 일은 이후 보급형 파워서플라이 전체에 대한 소비자의 불신감으로 번져 해당 사항이 없었던 대다수 업체들도 소비자의 신뢰를 회복하기 위해 출력에 대한 실제 테스트 결과를 제품 정보에 표기하는 등의 노력을 기울이게 됐다. 이제는 많이 해소가 됐다고는 해도 여전히 파워서플라이 출력 표기에 대해서는 일반 사용자들이 직접 검증해 볼 뾰족한 방법은 찾기 어려운 상태다. 오로지 제조 유통사의 제품 정보와 각종 리뷰 기사, 사용기 등을 참고해 판단을 할 수 있을 뿐이다.

이렇듯 확인 작업이 쉽지 않기는 하지만 정격 출력 표기는 반드시 꼼꼼히 챙겨봐야 하는 부분이다. 어느 정도 브랜드 신뢰도를 확보하고 있는 안정적인 업체의 제품을 선택하는 것이 가장 현실적인 방법일 것이다.

다음으로 500W 급 파워서플라이를 선택하고자 할 때 중요하게 생각해야 하는 부분은 전력 효율이다. 전력 효율은 파워서플라이가 출력할 수 있는 직류 정격 용량을 이를 위하여 소비되는 입력 교류 전력량으로 나눈 백분율 수치다. 쉽게 예를 들면 80W의 출력을 위해 100W의 교류 전력을 필요로 한다면 전력 효율은 80%가 된다.

이처럼 입력 전력량 대비 출력 전력량의 차이가 발생하는 이유는 교류를 직류로 변환하고 다시 이를 시스템에 사용하는 각각의 전압으로 전환하는 작업 과정에서 열 발생 등으로 손실이 발생하기 때문이다.

이러한 손실을 최소화해 전력 효율을 높일 수 있는 방법은 여러 가지가 존재하므로 일일이 설명하기는 어렵다. 다만 사용자 입장에서 전력 효율이 검증된 제품을 선택하고자 할 때 반드시 확인해봐야 하는 것이 바로 ‘80플러스(PLUS) 인증’ 여부다. ‘80플러스 인증’은 에너지스타 규약에 따라 파워서플라이 제품의 전력 효율이 일정 기준을 만족하면 부여하는 마크로 효율 정도에 따라 80플러스부터 80플러스 골드까지 4가지 등급이 있다.

▲ 80플러스 인증 마크를 확인하면 고효율 파워서플라이를 선택

80플러스 인증의 특징은 파워서플라이의 전 부하 구간에서 고르게 일정 수준 이상의 효율을 보여야만 한다는 것이다. 이 인증을 통과한 제품과 그렇지 않은 제품의 차이는 특히 50% 부하 구간에서 중요한 의미를 갖는다. 대부분의 보급형 파워서플라이 제품은 80% 이상의 고부하 구간에서는 80플러스 인증을 통과한 제품과 큰 차이를 보이지 않지만 시스템 로드가 적은 저부하 구간에서 급격히 전력 효율이 떨어지는 모습을 지니고 있다.

그렇게 때문에 저부하 구간에서 효율이 떨어지는 고용량 파워를 사용하게 되면 오히려 적절한 용량 파워 제품을 사용하는 것보다 전력 소모가 더 크게 나타나게 된다. 예를 들어 50~60% 정도 부하 구간에서 60%의 전력 효율을 보이는 500W 파워서플라이를 시스템 전체 전력 요구량이 300W 수준에 불과한 시스템에 사용한다면 약 500W의 AC 전력을 소모하게 된다.

반면 70~80% 정도 부하 구간에서 80% 전력 효율을 지닌 400W 파워서플라이를 동일한 시스템에 사용한다면 불과 375W의 AC 전력만을 소모하게 되어 훨씬 경제적이다. 이와 같은 이유로 500W 파워서플라이를 선택, 사용하고자 할 때 반드시 짚어보아야 할 부분이 해당 제품의 전력 효율이다.  80플러스 인증은 이 경우 확실한 판단 기준을 제시해 준다.

80플러스 인증 제품의 특징은 80플러스 인증을 통과하기 위한 필수 조건인 0.9 이상의 역률을 충족시키기 위해 액티브 PFC 회로를 지니고 있다는 점이다. 역률은 전력 효율과는 다른 개념으로 교류 전원에서 유효전력과 피상전력과의 비율을 뜻한다. PFC 회로는 전류와 전압의 위상차를 보정해 무효전력을 최소화하고 이를 유효 전력으로 변환해 줘서 역률을 높이는 기능을 한다. 따라서 0.9 이상의 역률을 얻기 위해서 액티브 PFC 회로는 필요충분 조건이다.

반대로 액티브 PFC 회로가 장착돼 있다고 모두 80%플러스 수준에 달하는 전력 효율을 지니고 있는 것은 아니기 때문에 주의해야 한다.

▲ 80플러스 제품에는 역률 개선을 위한 액티브 PFC 회로가 장착이 거의 필수

▲ 액티브 PFC 회로 장착 제품은 대부분 400V 수준의 내압이 높은 평활 캐퍼시터

- 필요 없는 전기 낭비를 줄여 주는 그린파워

각종 전자제품은 전원을 끄고 사용하지 않는 상태에서도 미세하게 전력을 소모하고 있다. 이처럼 전원을 끈 상태에서도 전기제품에서 소비되는 전력을 대기전력(Standby Power)라 부른다.

개별로 따지면 이렇게 소모되는 전력량이 그다지 크게 다가오지 않기 때문에 무시하고 넘어가는 경우가 대부분이다. 그러나 하루에 PC의 전원을 꺼 놓는 시간을 평균 15시간으로 가정했을 때, 대기전력이 1W가 차이 난다면 연간 약 5.4KW의 전력을 아무 것도 하지 않고 날려버리는 결과가 된다.

PC 대수가 많은 기업체나 국가 단위로 환산해 보면 대기전력으로 소모 되는 전기의 양은 결코 작지 않다. 이러한 불필요한 전력 낭비를 줄이기 위해 정부는 대기전력 1W 프로그램을 실시하고 있다. 대기전력을 줄이기 위한 대표적인 방법은 대기전력을 최소화해 주는 그린 IC를 장착하는 것이다. 요즘 그린 파워라는 이름으로 선보이는 대부분의 파워서플라이에는 이러한 그린 IC가 예외 없이 장착돼 있는 것을 볼 수 있다.

그린 IC가 장착되었다 해도 그 밖의 내부 회로 설계와 효율 개선으로 보다 더 뛰어난 대기전력 절감을 이룬 제품이라면 오래 사용할수록 충분히 그 가치를 발휘할 수 있을 것이다.

  글 / Mr.Weiver 테크니컬라이터 allweiver@hanmail.net
기획 및 진행 / 다나와 홍진욱 기자 honga@danawa.com

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출처 = http://news.danawa.com/News_List_View.php?nPage=6&nModeC=1&sMode=shopping&nSeq=1670298&nBoardSeq=63&auth=1

참고 홈페이지
* Understanding the 80 Plus Certification (www.hardwaresecrets.com)
* 80plus.org  (www.plugloadsolutions.com/80PlusPowerSupplies)
* Seasonic S12II-380 Power Supply test (www.silentpcreview.com)