강의노트에너지효율표준준수테스트 도입이강의노트는 PI University 비디오과정인에너지효율표준준수테스트와함께읽어야한다. 본과정에서는에너지효율표준에따라외장형전원공급기의능동모드효율및무부하전력소모량을측정하는방법에대해설명하기로한다. 이과정에소개된접근방식은 ENERGY STAR, 유럽위원회행동강령 (European Commission Code of Conduct) 및캘리포니아에너지위원회 (California Energy Commission) 에서언급된테스트방식을따르며, 다른여러에너지효율테스트방식과유사하다. 에너지효율표준에서는테스트를엄격한수준의정확도에맞춰수행하도록요구하고있다. 따라서이과정노트에설명된절차는필요한정확도수준을달성하도록고안되었다. 외장형전원공급기 (EPS) 는제품외부에서전력을공급하는전원공급기로, 착탈식또는하드와이어케이블이나커넥터를통해연결된다. 외장형전원공급기의예로는노트북충전기를들수있으며, 평면 TV 전원공급기는제품에내장되어있다. 해당제품이외장형전원공급기로분류되어있지않더라도여기서시연된측정기법은다른제품유형을테스트하는데사용되는기법과유사하므로본과정은참고용으로도활용할수있을것이다. 필요한장비본과정을이수하려면다음장비가필요하다. 1. 전력계 2. 프로그래밍가능한 AC 소스 3. 전자부하 4. 디지털멀티미터 2 개 ( 둘중하나는고분해능전류미터 ) 전원공급기에대한에너지효율적합성측정은입력및출력케이블의전력손실을포함하는시스템레벨테스트이다. 따라서사용하는케이블이최종제품에제공되는케이블과동일해야한다. 이러한테스트에서는출력부하와입력라인전압이바뀌는동안온도안정화시간이오래걸리기때문에테스트를완료하는데 1~2 시간이걸리게된다. 또한디자인을변경할때마다이러한테스트를반복해야한다. 테스트정확도확보이사양으로적합성을테스트하려면전원공급기의무부하입력전력및능동모드효율을모두측정해야한다. 효율을계산하려면입력전력과출력전력을모두측정해야한다.
2 페이지 효율 = 출력전력 입력전력 입력전력을측정할때벽면콘센트및 Variac 대신프로그래밍가능한 AC 소스를사용하면테스트가정확한입력전압에서수행되고유입되는파형이 50 또는 60Hz 의완전한사인곡선을이루게된다. 왼쪽에나와있는벽면콘센트및 Variac 의원시 (Raw) AC 전력은왜곡될뿐아니라측정에부정확도와불확실도를야기한다. 이와비교해오른쪽에표시된프로그래밍가능한 AC 소스의출력은순수한사인곡선이다. 원시메인 AC 품질과프로그래밍 AC 전원간의비교 역률 = 전압파형과전류파형간의위상각코사인 φ 전력계는전압파형과전류파형간의각도코사인 φ 인역률의효과를측정및포함하므로입력전력을측정하는데사용된다. 에너지효율표준에서는전력측정치 0.5W 이상에대해서는 2% 미만을, 0.5W 미만인경우에는 10mW 미만의입력전력측정불확실도를요구하고있다. 에너지효율표준전력측정불확실도요구사항불확실도전력이 0.5W 이상인경우 2% 미만불확실도전력이 0.5W 미만인경우 10mW 미만현재 Yokogawa WT210 을비롯하여다른여러유형및모델이적절한구성에서이러한요구사항을충족한다. 전력계에는전류감지요소와전압감지요소가모두포함되어있다. 전압감지요소는입력전류감지요소앞이나뒤에구성할수있다. 전력계에서이러한구성을설정및변경하는방법에대한정보는관련사용자매뉴얼에서확인할수있다. 낮은부하또는무부하전력측정의경우전압감지요소를전류감지요소앞에연결하면보다뛰어난정확도를얻게된다.
3 페이지 전류와전압을모두감지하는전력계 낮은부하또는무부하측정의경우전압감지요소를전류감지요소앞에연결 이렇게하면전류감지요소에서전압감지요소를흐르는전류를측정하지못하게된다. 무부하입력전력을측정하는경우전압감지요소에서소모하는전력이대개허용가능한 10mW(230VAC) 보다높기때문에이는불확실도요구사항을충족하는데매우중요한역할을한다. 전력계의전압요소에서소모하는전력을전력계의전압감지요소에서소모하는전력측정측정하려면전압요소를전류요소뒤에배치하고, 전력계출력에서모든부하를제거한후프로그래밍가능한 AC 소스를사용하여 230VAC 를적용한다. 이예의경우전력계에서측정된입력전력은 26.7mW 이다. 이는전압감지요소에서소모한전력 (230VAC) 에해당되며, WT210 의전압감지요소에대해지정된 2MΩ 의입력임피던스와일치한다. 고전력디자인고전력디자인의경우전압감지요소의이러한전력손실은무시할만한수준이며, 전압감지요소를전원공급기입력과가장가까운전류감지요소뒤에연결해야한다. 이렇게하면전류감지요소의전압강하와전력계의내부배선이전력측정시잘못포함되지않는것은물론효율계산결과가낮아지는것도방지할수있다. 보다안정적인결과를얻으려면전력계를 32 개샘플에대해평균으로설정한다. 고전력측정의경우전압감지요소를전류감지요소뒤에연결
4 페이지 출력전력을측정하려면출력케이블의끝에연결된두개의멀티미터 ( 하나는출력전압및다른전류를측정하도록설정된것 ) 가필요하다. 전류측정에사용가능한가장높은분해능의미터를사용한다. 출력전력은완전한 DC 이므로출력전압과출력전류를곱해계산하기만하면된다. DC 전력출력전력 = 볼트 (V) x 암페어 (A) = 출력전압 x 출력전류 PI 의효율적합성계산기사용무부하및능동모드효율의대상은전원공급기의명판등급을통해구한다. 파워인테그레이션스의효율준수계산기 (Efficiency Compliance Calculator) 를사용하여명판전력등급을입력함으로써특정애플리케이션에대한대상값을얻으면된다. 파워인테그레이션스의외장형전원공급기효율적합성계산기 측정을마쳤으면결과를계산기에입력하여자신의 EPS 가현재적용가능한전세계에너지효율규정을준수하는지확인한다. 공칭명판등급은전원공급기케이스에표시된정격출력일뿐이다. 이값은실내온도및정상입력에서전원공급기의최소정격출력전력이다. 예를들어, 명판등급이 5V, 350mA 인정전압및정전류충전기는최소 5V, 350mA 를제공한다.
5 페이지 디자인에대한명판출력전력등급을효율준수계산기에입력하고디자인에적용가능한에너지표준적합성에대한대상값을확인한다. 범용입력전압이허용되는디자인의경우 115VAC, 60Hz 및 230VAC, 50Hz 에서모두측정한다. 단일입력전압디자인에서는 115 또는 230VAC 의정상입력전압에서만측정해야한다. 범용입력에맞게등급이지정된 5V, 350mA 휴대폰충전기를샘플로테스트해보기로하자. 충전기명판등급첫번째로실행하는일련의테스트에서는 115VAC, 60Hz 에서이전원공급기의능동모드효율을측정한다. 능동모드효율은정상입력전압및정상입력주파수에서명판등급의 25%, 50%, 75% 및 100% 로측정된효율의평균으로정의된다. 능동모드효율 η avg = eff 25 + eff 50 + eff 75 + eff 100 4 η = 효율 이충전기의명판부하등급은 350mA 이다. 따라서효율은다음전류에서측정해야한다. 전체부하 : 350mA 75% 부하 : 262mA 50% 부하 : 175mA 25% 부하 : 88mA 첫번째측정은 100% 부하에서수행해야하며, 이후 30 분간웜업 (Warm-up) 시간을가진다. 전원공급기를 AC 소스에연결하고 60Hz, 115VAC 입력을적용한다. 전원공급기에가해지는부하를전체부하로높이고, 회로가열적평형에도달하고입력전력판독결과가안정화될때까지 30 분이상기다린다. 측정결과를기록하기전에오실로스코프프로브나다른미터가회로에연결되어있지않은지확인한다. 이단계를비롯한테스트전반에걸쳐전력계의전압및 / 또는전류범위를수동으로설정해야범위가자동으로지정되고결과에변동이발생하는현상을막을수있다. 운영자매뉴얼을참조하여가장높은정확도를얻을수있는범위를확인한다. 그런다음전력계에서첫번째전력판독결과를확인한다. 5 분을기다렸다가두번째판독결과를살펴본다. 두판독결과간의차이가 5% 미만이면두번째측정결과를기록한다. 반면차이가 5% 이상이면입력전력을적분하여이결과를시간으로나누어야한다.
6 페이지 적분입력전력계산절차입력전력이시간에따라달라지는디자인 ( 예를들어, 부하가정상작동도중가변부하를끌어들이는경우 ) 의입력전력을측정하려면다음단계에따라입력전력을적분해야한다. 1. 전력계를적분모드로설정한다. 2. 전력계의적분간격을설정하여약 1 회의전체가변입력전력사이클을캡처한다. ( 기간이길수록결과가더정확해진다. 파워인테그레이션스에서는대부분의애플리케이션에대해 1 분동안적분할것을권장한다.) 3. 전력계에 W-hr 로표시된입력에너지를확인한다. 4. 이수치를적분간격으로나누고약분되도록시간단위를조정한다. 예를들면다음과같다. Ein(W hr) 간격 (1 분 ) * 60 분 1 시간 = Pin(W) 파워인테그레이션스디바이스를사용하는디자인의경우입력전력에변화가발생하는일이거의없으며변화가발생할경우디자인에문제가있음을나타낼수도있다. 위의예에서출력전류는 0.35A 로기록되며멀티미터의출력전압은 6.124V 로나와출력전력은 2.14W 가된다. 그런다음아래와같이효율을계산한다. 전체부하시효율 = Pout Pin = 2.14W 3.14W = 68.2% 다음으로, 부하를 75%( 또는 262mA) 로조정한다. 전력계의평균화기능을사용하는경우새로운판독결과가안정화될때까지 1 분이상기다렸다가전력계의입력전력을기록한다. 5 분간기다렸다가다시판독결과를기록한다. 차이가 5% 미만이면두번째입력전력측정결과를계산에사용하고, 5% 이상이면안정화될때까지 5 분간격으로입력전력을계속샘플링한다. 위의예에서출력전류는 0.262A 로기록되며멀티미터의출력전압은 6.502V 로나와출력전력은 1.704W 가된다. 그런다음아래와같이효율을계산한다. 75% 부하시효율 = 1.704W 2.42W = 70.4%
7 페이지 50% 및 25% 부하레벨에대해서도이절차를반복한다. 무부하입력전력측정마지막으로, 디자인의무부하입력전력을측정한다. 전원공급기에서출력부하및모든출력멀티미터의연결을해제한다. 아직전압감지요소가전류감지요소앞에오도록전력계를구성하지않은경우에는 AC 입력을끄고전압요소가전류요소앞에오도록배치한다. 전력계에서첫번째전력판독결과를확인한다. 그런다음 5 분을기다렸다가두번째판독결과를살펴본다. 두판독결과간의차이가 5% 미만이면두번째판독결과를기록하고, 5% 이상이면입력전력을다시적분하고적분시간으로나눠야한다. 이측정을수행하는방법은앞에서설명한절차를참조하면된다. 230VAC 에서테스트이제 115VAC 에서의테스트가모두완료되었다. 따라서부하및출력멀티미터를다시연결하고입력전압을 230VAC 로높인다. 새라인전압에서이전의모든테스트를반복한다. 계속하기전에전력범위에맞게전력계를적절히설정하는것을잊지않도록한다. 예에사용되는전체데이터세트는오른쪽에나와있다. PI 효율준수계산기에결과입력모든데이터를수집했으므로이제효율준수계산기에입력하면된다. 맨위입력필드에명판사양을입력한후창왼쪽에있는열에테스트데이터를입력한다. PI 효율적합성계산기에입력된데이터 전체데이터테이블계산기에서는전체부하레벨에서능동모드효율을동일하게가중된효율평균으로계산한다. 창오른쪽의필드에는다양한효율표준과함께능동모드효율및무부하입력전력에대해계산된적합성요구사항이나타난다. 또한계산기에서는결과를이러한요구사항에대해비교하고, 요구사항의충족여부에따라비교결과를빨간색또는녹색으로강조표시한다.
8 페이지 수계산및반올림이러한값을직접계산하는경우무부하요구사항및능동모드효율모두에대해표준요구사항이두자리까지반올림된다. 다음은 12V, 1.1A 전원에대해 ENERGY STAR 공식을사용한최소효율계산의예이다. 명판전력 = 12V x 1.1A = 13.2W η min [0.0626 x Ln x (13.2)] + 0.622 0.784 또는 78.4% 0.78 또는 78%( 두자리까지반올림 ) 측정된값도반올림된다. 다음은 12V, 1.1A 전원에대해측정된결과를사용한반올림의영향을보여주는예이다. η avg = eff 25 + eff 50 + eff 75 + eff 100 4 = 79.2 + 78.4 + 75.9 + 80.5 4 = 0.785 또는 78.5% = 0.79 또는 79%( 두자리까지반올림 ) 따라서능동모드효율이 78.5% 로계산되는경우 79% 로반올림되어에너지효율표준요구사항에대해비교된다. 위의경우에서는전원공급기가요구사항을충족하지못하고있다. 입력전압변경시유의할팁무부하를측정하는경우테스트도중입력전압을변경할때는항상출력에전체부하를적용한다. 입력전압이하이라인에서로우라인으로강하할때출력에부하가연결되어있지않으면입력벌크캐패시터는 AC 입력에서전력을소모하기전에한동안 DC 버스전압을제공하게된다. 이렇게되면전원공급기에서오랫동안무부하입력전력인 0W 가발생하게된다. 이때문에전체부하가적용된전원공급기로시작한다음모든출력부하를제거하여측정을하는것이가장좋다. 무부하조건에서는입력벌크캐패시터가방전되기까지많은시간이소요됨 세부정보에너지효율표준및관련기관링크는그린룸에서확인할수있다. 이과정에설명된정보와관련하여궁금한사항이나의견이있는경우 PIUniversity@powerint.com 으로이메일을통해문의하면된다.