이번 디자인 아이디어에서는 짧은 브라운아웃 시에 어떻게 통신 장비가 계속 작동하도록 할 수 있는지 설명한다. 이를 위해서는 먼저 통신 장비의 전원 공급장치와 관련해 몇 가지를 이해하고 있어야 한다. 통신 장비에 이용되는 전력 소스의 일반적인 전압은 –48V이다. 다만 실제 전압은 –42.5V~56V, -49V~-60V 또는 그 이상에 될 수도 있다. 일반적인 파워
브릭 DC/DC 컨버터는 –36V~-75V 범위로 동작한다. –48V 소스가 0V로 떨어지고 10ms까지 계속 이 상태일 때 브라운아웃이 발생하게 된다.
브릭의 입력으로 연결되는 커패시티브 스토리지를 이용하는 것이 이 문제를 해결하는 확실한 방법이지만, –48V 전원의 현실을 이해하고 있다면 여기서 한 가지 단점을 찾게 될 것이다. 예를 들어 전압으로 충전되는 커패시터의 에너지는 (C×V2)/2이다. 여기서 C는 커패시턴스이고 V는 전압이다. 커패시터가 36V로 방전되면 브릭이 동작을 멈춘다. 따라서 전반적으로 브릭의 동작을 지원하기 위해 이용할 수 있는 에너지는 다음과 같다.
여기서 V1과 V2는 각각 시작과 끝이 –36V 전압이고, U는 에너지이다. 그리고 U=Pxt에서 P는 전력이고, t는 시간이다. 이들 공식을 이용해 장비가 계속해서 작동하는 시간을 계산할 수 있다.
또는 커패시터의 값을 계산할 수도 있다.
브릭 입력의 전압이 –39V일 때, 브라운아웃이 발생한다고 가정하자. –48V는 –40V가 되면, 핫 스왑 구성의 보호 기능 ORed 다이오드 때문에 브릭이 적어도 1V를 소실하게 되는 경우이다. 또한 스토리지 커패시터가 –39V로 충전한다고 가정하자. 그러면 이 스토리지 커패시터가 –36V로 방전할 때까지 이 장비는 계속해서 작동한다. 이 장비가 100W를 소비한다고 했을 때, 5ms 동안 충분한 에너지를 저장하기 위해서는 이 커패시터의 값이 약 4500mF이어야 한다. 이 커패시터는 최대 전압을 제공할 수 있어야 하며, 이는 75V 이상일 수도 있다. 따라서 100V의 최소 정격이 필수적이다. 4500mF 100V 커패시터면 상당한 크기의 디바이스이다. 만약 300W의 전력 소비로 2배의 동작 시간을 필요로 한다면 커패시터의 값이 27,000mF 및 100V이어야 한다.
여기에서는 역시 커패시터를 필요로 하는데, 이 커패시터는 4500mF에 비해 200mF으로 값이 저렴하다. 5ms의 브라운아웃 동안 100W를 유지하는데, 이 기법은 신뢰성을 높이고 비용과 크기를 감소시킬 수 있다. 부수적인 기능으로 이 파워 브릭은 –36V~–75V의 입력 범위에 걸쳐서 동작을 유지하고 더 나아가서 –80V 이상의 서지 시에도 동작할 수 있다. 그림 1은 이 기능을 어떻게 이용할 수 있는지 보여준다. 그림에서는 양의 입력 전압을 보여준다. 이 브릭은 절연형이므로 극성과 상관없다. 하지만 설명하기 쉽게 양의 전압에 대해서 보여주고 있다.
유의할 점은 커패시터에 저장되는 에너지는 수치적으로 증가하지만, 반면에 커패시터의 전압은 선형적으로 증가한다는 것이다. 더블러(Doubler)는 C1을 입력 전압의 2배 또는 적어도 80V로 충전한다. 예를 들어 10초씩 빈번하게 5ms 브라운아웃이 예상된다고 하더라도 200mF을 충전하기 위한 전류는 약 3mA에 불과하다. 비교기가 입력 전압을 감시하고 이 전압이 37V 아래로 떨어지면, 곧바로 스위치 S1이 폐쇄되고 C1의 에너지가 파워 브릭으로 방전된다.
Captions
Figure 1==============================
그림 1. 입력 전압의 2배로 충전되는 커패시터 C1에 저장된 에너지는 브라운아웃 시에 입력 전압이 237V 아래로 떨어졌을 때 브릭 전원 공급장치의 입력으로 덤프된다.
Click here for the illustration:
Figure 1
