산업 자동화 전원 공급장치 디레이팅

2026. 8. 21
조명이 밝은 최신식 공장 환경의 자동화된 어셈블리 라인에 설치된 노란색 산업용 로봇 암
전원 공급장치 디레이팅이 필요한 요인과 더불어, 디레이팅을 통해 산업용 전원 공급장치 신뢰성을 개선하고 MTBF를 늘리는 방법을 알아봅니다.

목차

개요: 산업용 전원 공급장치 디레이팅

전원 공급장치는 정상 작동 조건에서 정해진 최대 정격 전력을 제공하는 기능에 따라 사양이 지정됩니다. 예를 들어 전원 공급장치의 이름은 “480W 전원 공급장치” 또는 “15W DC/DC 컨버터”로 기재될 수 있습니다. 그러나 이러한 전력 정격은 작동 조건에 좌우됩니다. 주변 온도가 높고 낮거나, 입력 전압이 낮거나, 작동 고도가 높은 등 여러 가지 환경적 요인은 장치의 연속적 최대 전력을 감소시킬 수 있습니다.

이런 점을 보완하려면 전원 공급장치의 부하를 낮춰야 하는데, 이것을 디레이팅이라고 합니다. 디레이팅을 하면 내부 전력 소산을 줄여 발열량을 낮춰서 안정적인 작동과 긴 수명을 보장할 수 있고, 제품의 예상 수명 동안 높은 신뢰성을 유지할 수 있습니다. 업계 표준 지침에 따르면, 주변 온도가 10°C 상승하면 제품의 작동 수명이 절반으로 감소한다고 명시되어 있습니다.

사양 및 결과

일반적으로 전원 공급장치 제조업체는 그래프나 수식으로 디레이팅을 명시합니다. RECOM은 온도 기반 디레이팅 곡선과 입력 전압 기반 디레이팅 곡선을 모두 제공하며, 보충용으로 고도가 높아질수록 그에 비례해 높아지는 백분율 디레이팅 정보도 기재합니다. 이 외에 필요한 경우 절대 부하 한도도 적용할 수 있습니다.
RECOM RP15-A 열 디레이팅 곡선, 최대 출력 전력 vs. 주변 온도를 표시한 이미지
그림 1: 최대 출력 정격 vs. 주변 온도를 표시한 일반적인 디레이팅 곡선. (출처: RP15-A 시리즈 DC/DC 공급장치)
온도 디레이팅 커브의 경우, X 축에 주변 온도, Y 축에 전력 출력을 표시합니다. 주변 온도에 따라 전원 공급장치의 과열을 막기 위해 출력 전력을 줄여야 하는 경우 디레이팅이 필요합니다. 표 1은 다양한 부하와 온도에서 디레이팅을 실시하면 전원 공급장치의 기대 수명에 어떤 영향을 미치는지 나타냅니다.

Ambient Temperature 50% Load 75% Load 100% Load
+20°C 1044 x 10³h. 923 x 10³h 392 x 10³h
+30°C 522 x 10³h 462 x 10³h 196 x 10³h
+40°C 261 x 10³h 231 x 10³h 98 x 10³h
표 1: 디레이팅이 신뢰성 측면에서 전원 공급장치 수명에 미치는 영향.

설계 시 포함된 여유 용량과 관련한 오해

전원 공급장치 사양에는 보통 일정한 여유 용량이 포함되어 있어 고부하 돌입 전류나 입력 서지, 과도 전압과 같은 현상을 수용할 수 있다고 명시되어 있습니다. 하지만 전원 공급장치를 선택할 때, 절대 최댓값을 정상 작동 기준으로 사용해서는 안 됩니다. 이 여유 용량은 설계의 견고성과 단기적인 이상 현상을 견뎌낼 수 있는 능력을 나타내는 요소일 뿐입니다. 이러한 최댓값은 오랫동안 사용할 수 있는 전력 성능 데이터를 나타내지 않습니다.
RECOM R-78K 디레이팅 곡선, DC 입력 전압을 달리했을 때 출력 부하 대 주변 온도를 나타낸 것
그림 2: 입력 전압과 함께 부하, 주변 온도를 기록한 디레이팅 곡선. (R-78K1.8-1.0, R78K2.5-1.0)

디레이팅 곡선 검색 및 해석

RECOM의 산업 자동화 전원 공급장치에는 제품 데이터세트 맨 끝에 디레이팅 곡선이 게재됩니다. 다른 제조업체에서는 애플리케이션 노트에 게재하거나, 별도의 참조 자료에 포함하기도 합니다.

그림 2에 입력 전압 범위가 넓은 스위칭 레귤레이터(R-78K 시리즈)의 다양한 공급 입력 전압에 대한 디레이팅 곡선을 표시했습니다. 스위칭 레귤레이터는 입력 전압이 높아질수록 효율이 떨어지기 때문에 부품이 부하 한도에 더 빨리 도달합니다. 따라서 입력 전압이 낮을 때보다 디레이팅이 일찍 시작됩니다.

이 경우, 5V의 입력 전압과 2.5V의 출력 전압이 결합되어 전력 손실이 줄어들기 때문에 컨버터에 사실상 열 응력이 거의 없으며 주변 온도 85°C까지 최대 전력을 제공할 수 있습니다. 단, 동일한 부하를 공급하더라도 입력 전압이 36V인 경우에는 65°C에서부터 디레이팅을 시작해야 합니다.

RECOM은 자사 제품 데이터세트에 신뢰성 데이터를 게재합니다. R-78K-1.0 시리즈 스위칭 레귤레이터 데이터시트의 경우(그림 2 참조), MIL-HDBK-217F인 5139 x 10³시간 +25°C에 따른 MTBF 를 나열했습니다(변형 버전 R-78K2.5-1.0~R-78K15-1.0: 4990 x 10³~4546 x 10³시간).

전원 공급장치 응용 분야의 멀티팩터 디레이팅

내부 열 발산이 디레이팅의 주된 고려 사항이지만, 이것이 유일한 고려 사항은 아닙니다. 작동 고도도 공기 밀도가 낮아지면 냉각 효과가 줄어들기 때문에 그중 한 가지 요인입니다. 더 높은 입력 전압과 더불어 높은 고도에서 전원 공급장치를 사용할 경우 열적 여유가 더 감소하여 경사가 더 가파른 디레이팅 곡선이 도출됩니다.

주요 환경 및 전기 디레이팅 요인

  • 주변 온도
  • 작동 고도
  • 입력 전압(수준, AC 또는 DC)
  • 부하 유형(정전식, 유도식 또는 동적 vs. 저항성)
  • 환기

고도와 관련한 디레이팅은 그래프 또는 텍스트 형식입니다. 예를 들어 R-78K-1.0 시리즈 스위칭 레귤레이터의 데이터시트 “환경 조건”에서 RECOM은 최대 작동 고도를 5,000m로 명시했습니다. 해당 문서에 디레이팅은 고도 2,000m에서 시작된다고 추가로 명시되어 있습니다. 2,000m에서 5,000m 사이에서는 고도 차이가 1,000m 발생할 때마다 전원 공급장치의 최대 디레이팅은 5%입니다. 고도 디레이팅은 열 디레이팅에 추가됩니다.
RECOM RACPRO1-T480 피크 부하 그래프, 60초 사이클 동안의 출력 전류 백분율 및 지속 시간 표시
그림 3: RACPRO1-T480 DIN 레일 전원 공급장치의 피크 부하 지속 시간 및 사이클 시간 그래프. 표시된 백분율은 디레이팅 이후의 수치입니다.

디레이팅 및 피크 전력

모터 드라이버 또는 배터리 충전 회로와 같은 고용량 부품의 경우, 시동 시 높은 돌입 전류 서지가 필요합니다. 이러한 서지는 몇 밀리초 또는 수십 밀리초 동안 정상 상태 전류의 10~50배가 될 수 있습니다. 전원 공급장치는 과전류 보호로 전환하지 않고 이러한 전류를 처리하는 동시에 단락 이벤트에도 응답할 수 있어야 합니다.

위의 그래프에는 RECOM DIN 레일 전원 공급장치(RACPRO1-T480 시리즈)의 출력 과전류 처리 기능을 표시했습니다. 100% 부하는 지속적으로 처리할 수 있습니다. 이러한 현상이 7.5초 이상 지속되지 않고 60초에 한 번 이상 발생하지 않는 한, 정격 전류의 최대 150%까지 허용됩니다. 출력에서 단락이 발생하는 경우, 전원 공급장치는 20ms간 정격 전류의 최대 250%까지 제공하여 출력에서 퓨즈를 안전하게 차단합니다.

환기와 히트싱크

대부분의 산업용 공급장치는 밀폐형 캐비닛 안에서 작동하는데, 이는 강제 환기가 적용되거나 적용되지 않는 환경에서 작동한다는 의미입니다. 강제 공랭은 분진이 쌓일 위험을 높이며 열 분산 효과가 생각보다 크지 않습니다.
이 디레이팅 그래프에는 다양한 공기 흐름 속도에 따른 출력 전력 대 온도를 나타냄
그림 4: 디레이팅 곡선에 한 가지 요인으로 공기 흐름을 포함했으며, 전력 출력 기능에 공기 흐름이 미치는 긍정적인 영향과 그 한계를 표시함(RECOM DC/DC Book of Knowledge)
그림 4는 디레이팅 곡선과 냉각 공기 흐름의 효과를 나타낸 것입니다. 공기 흐름이 없으면 디레이팅을 약 67°C에서 시작해야 합니다. 100LFM(Linear Feet per Minute)의 액티브 냉각을 적용하면 디레이팅 시작점이 약 85°C로 높아집니다. 공기 흐름을 추가하면 이익률이 줄어들어 500LFM일 때 디레이팅 시작점은 약 95°C로 이동합니다.

디레이팅의 실질적인 한계

디레이팅에도 한계는 있습니다. 디레이팅 정도와 관계없이, 특정 온도를 넘어서면 더 이상 안전한 작동을 보장하지 못합니다. 일반적으로 전원 공급장치는 부하가 0에 가까워질수록 효율성이 떨어집니다. 이 요인이 주변 온도와 관련된 다른 위험 요소와 결합되면 고온과 높은 고도에서 전력을 줄여도 효과가 미미한 지점(아예 없을 수도 있음)에 이르게 됩니다.

AC/DC와 DC/DC 전원 공급장치 디레이팅의 차이점

주요 차이점은 AC/DC 디레이팅의 경우 프런트엔드 수정, 역률 보정(PFC) 및 더 넓은 범위의 입력 전압 변수와 같은 추가적인 열 및 전기 부하를 감안해야 하는데, DC/DC 디레이팅은 주로 국소 열 관리와 작동 고도에만 집중한다는 것입니다.

AC/DC 컨버터는 DC/DC 컨버터와 같은 기본적인 고려 사항을 따릅니다. 그러나 AC 유도성 부하의 경우, 과부하 상태에서 지상 역률(전류와 전압 간의 위상차)이 발생할 수 있고, 부하를 차단할 때 역기전력(back EMF)이 발생하는 고유한 위험이 있습니다. 두 가지 모두 전원 공급장치가 한도를 초과하도록 하는 요인이 될 수 있습니다. RECOM AC/DC 전원 공급장치 설계는 높은 돌입 전류 용량과 높은 반환 전압 내성을 제공하여 이러한 전형적인 AC 부하 문제를 해결합니다.

요약 및 기타 리소스

전원 공급장치 디레이팅은 산업용 자동화 시스템을 구축할 때 중요한 고려 사항입니다. 디레이팅은 전원 공급장치가 설비 수명을 다할 때까지 적절한 전력을 안정적으로 제공하도록 보장해 줍니다. 디레이팅은 극단적인 환경 조건, 작동 조건으로 인해 공급장치의 수명이 심각하게 저하되는 것을 방지하고, 조기 장애로 인한 공급 중단 위험을 줄여줍니다. 디레이팅 곡선과 수식을 보면 전원 공급장치와 부품을 적절히 선택하는 데 필요한 정보를 얻을 수 있습니다.

RECOM 라이브러리와 블로그에 전원 공급장치 배포 및 설계와 관련된 다양한 기술 정보가 게재되어 있습니다. RECOM AC/DC, DC/DC 및 EMC 기술 자료집 시리즈는 전원 공급장치 및 전원 컨버터에 대한 광범위한 개요를 다룹니다.
용도
  Series
1 RECOM | R-78K-1.0 Series | DC/DC, THT, Single Output
Focus
  • Efficiency up to 95%, no need for heatsinks
  • 4.5 - 36VDC wide input voltage
  • -40°C to +90°C ambient operation without derating
  • Pin compatible with 78 series regulators
2 RECOM | RACPRO1-S120 Series | AC/DC, DIN-Rail, 120W, Single Output
Focus 신규
  • 시장에서 가장 컴팩트한 120W DIN 레일형 전원 공급기
  • 최고 전력 밀도 500W/리터까지 지원
  • 슬림 디자인(폭 28mm)에 25° 푸시인 커넥터 탑재
  • DC 입력 전압 범위 88-370VDC
3 RECOM | RACPRO1-T480 Series | AC/DC, DIN-Rail, 480W, Single Output
Focus
  • Slim Design (52mm) with 25° Push-In connectors
  • Fast tool-less mounting and demounting
  • PFC >0.9 and Active Inrush Current Limitation
  • DC-Input Range 430V to 815V/850V 10s
4 RECOM | RP15-A Series | DC/DC, THT, 15W
  • 2:1 input voltage range
  • 1.6kVDC isolation
  • UL certified
  • Efficiency up to 89%