PIU-103 TestingCompliance KR - power.com · 위의 예에서 출력 전류는 0.35a 로 기록되며 멀티미터의 출력 전압은 6.124v 로 나와 출력 전력은 2.14W 가

PIU-103(개정: 2009년 10월) www.powerint.kr/PIUniversity Power Integrations, Inc.

강의 노트 에너지 효율 표준 준수 테스트

도입 이 강의 노트는 PI University 비디오 과정인 에너지 효율 표준 준수 테스트와

함께 읽어야 한다. 본 과정에서는 에너지 효율 표준에 따라 외장형 전원공급기의

능동 모드 효율 및 무부하 전력 소모량을 측정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

이 과정에 소개된 접근 방식은 ENERGY STAR, 유럽 위원회 행동 강령(European Commission

Code of Conduct) 및 캘리포니아 에너지 위원회(California Energy Commission)에서 언급된

테스트 방식을 따르며, 다른 여러 에너지 효율 테스트 방식과 유사하다. 에너지 효율 표준에서는

테스트를 엄격한 수준의 정확도에 맞춰 수행하도록 요구하고 있다. 따라서 이 과정 노트에

설명된 절차는 필요한 정확도 수준을 달성하도록 고안되었다.

외장형 전원공급기(EPS)는 제품 외부에서 전력을 공급하는 전원공급기로, 착탈식 또는 하드

와이어 케이블이나 커넥터를 통해 연결된다. 외장형 전원공급기의 예로는 노트북 충전기를 들 수

있으며, 평면 TV 전원공급기는 제품에 내장되어 있다. 해당 제품이 외장형 전원공급기로

분류되어 있지 않더라도 여기서 시연된 측정 기법은 다른 제품 유형을 테스트하는 데 사용되는

기법과 유사하므로 본 과정은 참고용으로도 활용할 수 있을 것이다.

필요한 장비 본 과정을 이수하려면 다음 장비가 필요하다.

1. 전력계

2. 프로그래밍 가능한 AC 소스

3. 전자 부하

4. 디지털 멀티미터 2 개(둘 중 하나는 고분해능 전류 미터)

전원공급기에 대한 에너지 효율 적합성 측정은 입력 및 출력 케이블의 전력 손실을 포함하는

시스템 레벨 테스트이다. 따라서 사용하는 케이블이 최종 제품에 제공되는 케이블과 동일해야

한다. 이러한 테스트에서는 출력 부하와 입력 라인 전압이 바뀌는 동안 온도 안정화 시간이 오래

걸리기 때문에 테스트를 완료하는 데 1~2 시간이 걸리게 된다. 또한 디자인을 변경할 때마다

이러한 테스트를 반복해야 한다.

테스트 정확도 확보 이 사양으로 적합성을 테스트하려면 전원공급기의 무부하 입력 전력 및 능동 모드 효율을 모두

측정해야 한다.

효율을 계산하려면 입력 전력과 출력 전력을 모두 측정해야 한다.

http://www.powerint.kr/piUniversity

PI University 강의 노트

에너지 효율 표준 준수 테스트 2페이지

PIU-103(개정: 2009 년 10 월) www.powerint.kr/PIUniversity Power Integrations, Inc.

출력 전력 효율 =

입력 전력 입력 전력을 측정할 때 벽면 콘센트 및 Variac 대신 프로그래밍 가능한 AC 소스를 사용하면

테스트가 정확한 입력 전압에서 수행되고 유입되는 파형이 50 또는 60Hz 의 완전한 사인 곡선을

이루게 된다.

왼쪽에 나와 있는 벽면 콘센트 및 Variac 의 원시(Raw) AC 전력은 왜곡될 뿐 아니라 측정에

부정확도와 불확실도를 야기한다. 이와 비교해 오른쪽에 표시된 프로그래밍 가능한 AC 소스의

출력은 순수한 사인 곡선이다.

원시 메인 AC 품질과 프로그래밍 AC 전원 간의 비교 역률 = 전압 파형과 전류 파형 간의 위상각 코사인 φ

전력계는 전압 파형과 전류 파형 간의 각도 코사인 φ인 역률의 효과를 측정 및 포함하므로 입력

전력을 측정하는 데 사용된다.

에너지 효율 표준에서는 전력 측정치 0.5W 이상에 대해서는 2% 미만을, 0.5W 미만인 경우에는

10mW 미만의 입력 전력 측정 불확실도를 요구하고 있다.

에너지 효율 표준 전력 측정 불확실도 요구 사항 불확실도 전력이 0.5W 이상인 경우 2% 미만 불확실도 전력이 0.5W 미만인 경우 10mW 미만

현재 Yokogawa WT210 을 비롯하여 다른 여러 유형 및 모델이 적절한 구성에서 이러한 요구

사항을 충족한다.

전력계에는 전류 감지 요소와 전압 감지 요소가 모두 포함되어 있다. 전압 감지 요소는 입력 전류

감지 요소 앞이나 뒤에 구성할 수 있다. 전력계에서 이러한 구성을 설정 및 변경하는 방법에 대한

정보는 관련 사용자 매뉴얼에서 확인할 수 있다. 낮은 부하 또는 무부하 전력 측정의 경우 전압

감지 요소를 전류 감지 요소 앞에 연결하면 보다 뛰어난 정확도를 얻게 된다.




전류와 전압을 모두 감지하는 전력계 낮은 부하 또는 무부하 측정의 경우 전압 감지

요소를 전류 감지 요소 앞에 연결

이렇게 하면 전류 감지 요소에서 전압 감지 요소를

흐르는 전류를 측정하지 못하게 된다. 무부하 입력

전력을 측정하는 경우 전압 감지 요소에서 소모하는

전력이 대개 허용 가능한 10mW(230VAC)보다 높기

때문에 이는 불확실도 요구 사항을 충족하는 데

매우 중요한 역할을 한다.

전력계의 전압 요소에서 소모하는 전력을

측정하려면 전압 요소를 전류 요소 뒤에 배치하고,

전력계 출력에서 모든 부하를 제거한 후 프로그래밍 가능한 AC 소스를 사용하여 230VAC 를

적용한다.

이 예의 경우 전력계에서 측정된 입력 전력은 26.7mW 이다. 이는 전압 감지 요소에서 소모한

전력(230VAC)에 해당되며, WT210 의 전압 감지 요소에 대해 지정된 2MΩ의 입력 임피던스와

일치한다.

고전력 디자인 고전력 디자인의 경우 전압 감지 요소의 이러한

전력 손실은 무시할 만한 수준이며, 전압 감지

요소를 전원공급기 입력과 가장 가까운 전류 감지

요소 뒤에 연결해야 한다. 이렇게 하면 전류 감지

요소의 전압 강하와 전력계의 내부 배선이 전력

측정 시 잘못 포함되지 않는 것은 물론 효율 계산

결과가 낮아지는 것도 방지할 수 있다.

보다 안정적인 결과를 얻으려면 전력계를 32 개

샘플에 대해 평균으로 설정한다.

전력계의 전압 감지 요소에서 소모하는 전력 측정

고전력 측정의 경우 전압 감지 요소를 전류 감지

요소 뒤에 연결




출력 전력을 측정하려면 출력 케이블의 끝에 연결된 두 개의 멀티미터(하나는 출력 전압 및 다른

전류를 측정하도록 설정된 것)가 필요하다. 전류 측정에 사용 가능한 가장 높은 분해능의 미터를

사용한다. 출력 전력은 완전한 DC 이므로 출력 전압과 출력 전류를 곱해 계산하기만 하면 된다.

DC 전력 = 볼트(V) x 암페어(A) 출력 전력 = 출력 전압 x 출력 전류

PI 의 효율 적합성 계산기 사용 무부하 및 능동 모드 효율의 대상은 전원공급기의 명판 등급을 통해 구한다. 파워

인테그레이션스의 효율 준수 계산기(Efficiency Compliance Calculator)를 사용하여 명판 전력

등급을 입력함으로써 특정 애플리케이션에 대한 대상 값을 얻으면 된다.

파워 인테그레이션스의 외장형 전원공급기 효율 적합성 계산기

측정을 마쳤으면 결과를 계산기에 입력하여 자신의 EPS 가 현재 적용 가능한 전 세계 에너지

효율 규정을 준수하는지 확인한다. 공칭 명판 등급은 전원공급기 케이스에 표시된 정격 출력일

뿐이다. 이 값은 실내 온도 및 정상입력에서 전원공급기의 최소 정격 출력 전력이다.

예를 들어, 명판 등급이 5V, 350mA 인 정전압 및 정전류 충전기는 최소 5V, 350mA 를 제공한다.

http://www.powerint.kr/green-room




디자인에 대한 명판 출력 전력 등급을 효율 준수

계산기에 입력하고 디자인에 적용 가능한 에너지

표준 적합성에 대한 대상 값을 확인한다. 범용

입력 전압이 허용되는 디자인의 경우 115VAC,

60Hz 및 230VAC, 50Hz 에서 모두 측정한다.

단일 입력 전압 디자인에서는 115 또는

230VAC 의 정상입력전압에서만 측정해야 한다.

범용 입력에 맞게 등급이 지정된 5V, 350mA

휴대폰 충전기를 샘플로 테스트해 보기로 하자.

첫 번째로 실행하는 일련의 테스트에서는 115VAC, 60Hz 에서 이 전원공급기의 능동 모드 효율을

측정한다. 능동 모드 효율은 정상입력전압 및 정상입력 주파수에서 명판 등급의 25%, 50%, 75%

및 100%로 측정된 효율의 평균으로 정의된다.

능동 모드 효율 ηavg = eff25 + eff50 + eff75 + eff100

4

η = 효율

이 충전기의 명판 부하 등급은 350mA 이다. 따라서 효율은 다음 전류에서 측정해야 한다.

전체 부하: 350mA

75% 부하: 262mA

50% 부하: 175mA

25% 부하: 88mA

첫 번째 측정은 100% 부하에서 수행해야 하며, 이후 30 분간 웜업(Warm-up) 시간을 가진다.

전원공급기를 AC 소스에 연결하고 60Hz, 115VAC 입력을 적용한다. 전원공급기에 가해지는

부하를 전체 부하로 높이고, 회로가 열적 평형에 도달하고 입력 전력 판독 결과가 안정화될

때까지 30 분 이상 기다린다. 측정 결과를 기록하기 전에 오실로스코프 프로브나 다른 미터가

회로에 연결되어 있지 않은지 확인한다.

이 단계를 비롯한 테스트 전반에 걸쳐 전력계의 전압 및/또는 전류 범위를 수동으로 설정해야

범위가 자동으로 지정되고 결과에 변동이 발생하는 현상을 막을 수 있다. 운영자 매뉴얼을

참조하여 가장 높은 정확도를 얻을 수 있는 범위를 확인한다.

그런 다음 전력계에서 첫 번째 전력 판독 결과를 확인한다. 5 분을 기다렸다가 두 번째 판독

결과를 살펴본다. 두 판독 결과 간의 차이가 5% 미만이면 두 번째 측정 결과를 기록한다. 반면

차이가 5% 이상이면 입력 전력을 적분하여 이 결과를 시간으로 나누어야 한다.

충전기 명판 등급




적분 입력 전력 계산 절차 입력 전력이 시간에 따라 달라지는 디자인(예를 들어, 부하가 정상 작동 도중 가변 부하를

끌어들이는 경우)의 입력 전력을 측정하려면 다음 단계에 따라 입력 전력을 적분해야 한다.

1. 전력계를 적분 모드로 설정한다.

2. 전력계의 적분 간격을 설정하여 약 1 회의 전체 가변 입력 전력 사이클을 캡처한다. (기간이 길수록 결과가 더 정확해진다. 파워 인테그레이션스에서는 대부분의 애플리케이션에 대해 1 분 동안 적분할 것을 권장한다.)

3. 전력계에 W-hr 로 표시된 입력 에너지를 확인한다.

4. 이 수치를 적분 간격으로 나누고 약분되도록 시간 단위를 조정한다. 예를 들면 다음과 같다.

Ein(W – hr) 60 분 간격(1 분)

* 1 시간

= Pin(W)

파워 인테그레이션스 디바이스를 사용하는 디자인의 경우 입력 전력에 변화가 발생하는 일이

거의 없으며 변화가 발생할 경우 디자인에 문제가 있음을 나타낼 수도 있다.

위의 예에서 출력 전류는 0.35A 로 기록되며 멀티미터의 출력 전압은 6.124V 로 나와 출력

전력은 2.14W 가 된다.

그런 다음 아래와 같이 효율을 계산한다.

Pout 전체 부하 시 효율 = Pin

2.14W = 3.14W = 68.2%

다음으로, 부하를 75%(또는 262mA)로 조정한다. 전력계의 평균화 기능을 사용하는 경우 새로운

판독 결과가 안정화될 때까지 1 분 이상 기다렸다가 전력계의 입력 전력을 기록한다. 5 분간

기다렸다가 다시 판독 결과를 기록한다. 차이가 5% 미만이면 두 번째 입력 전력 측정 결과를

계산에 사용하고, 5% 이상이면 안정화될 때까지 5 분 간격으로 입력 전력을 계속 샘플링한다.

위의 예에서 출력 전류는 0.262A 로 기록되며 멀티미터의 출력 전압은 6.502V 로 나와 출력

전력은 1.704W 가 된다.

그런 다음 아래와 같이 효율을 계산한다.

1.704W 75% 부하 시 효율 =

2.42W = 70.4%




50% 및 25% 부하 레벨에 대해서도 이 절차를 반복한다.

무부하 입력 전력 측정 마지막으로, 디자인의 무부하 입력 전력을 측정한다. 전원공급기에서 출력 부하 및 모든 출력

멀티미터의 연결을 해제한다. 아직 전압 감지 요소가 전류 감지 요소 앞에 오도록 전력계를

구성하지 않은 경우에는 AC 입력을 끄고 전압 요소가 전류 요소 앞에 오도록 배치한다.

전력계에서 첫 번째 전력 판독 결과를 확인한다. 그런 다음 5 분을 기다렸다가 두 번째 판독

결과를 살펴본다. 두 판독 결과 간의 차이가 5% 미만이면 두 번째 판독 결과를 기록하고, 5%

이상이면 입력 전력을 다시 적분하고 적분 시간으로 나눠야 한다. 이 측정을 수행하는 방법은

앞에서 설명한 절차를 참조하면 된다.

230VAC 에서 테스트 이제 115VAC 에서의 테스트가 모두 완료되었다. 따라서

부하 및 출력 멀티미터를 다시 연결하고 입력 전압을

230VAC 로 높인다. 새 라인 전압에서 이전의 모든

테스트를 반복한다. 계속하기 전에 전력 범위에 맞게

전력계를 적절히 설정하는 것을 잊지 않도록 한다. 예에

사용되는 전체 데이터 세트는 오른쪽에 나와 있다.

PI 효율 준수 계산기에 결과 입력 모든 데이터를 수집했으므로 이제 효율 준수 계산기에

입력하면 된다. 맨 위 입력 필드에 명판 사양을 입력한 후

창 왼쪽에 있는 열에 테스트 데이터를 입력한다.

계산기에서는 전체 부하 레벨에서

능동 모드 효율을 동일하게 가중된

효율 평균으로 계산한다. 창

오른쪽의 필드에는 다양한 효율

표준과 함께 능동 모드 효율 및

무부하 입력 전력에 대해 계산된

적합성 요구 사항이 나타난다. 또한

계산기에서는 결과를 이러한 요구

사항에 대해 비교하고, 요구 사항의

충족 여부에 따라 비교 결과를

빨간색 또는 녹색으로 강조

표시한다.

전체 데이터 테이블

PI 효율 적합성 계산기에 입력된 데이터




수계산 및 반올림 이러한 값을 직접 계산하는 경우 무부하 요구 사항 및 능동 모드 효율 모두에 대해 표준 요구

사항이 두 자리까지 반올림된다.

다음은 12V, 1.1A 전원에 대해 ENERGY STAR 공식을 사용한 최소 효율 계산의 예이다.

명판 전력 = 12V x 1.1A = 13.2W ηmin ≥ [0.0626 x Ln x (13.2)] + 0.622

≥ 0.784 또는 78.4% ≥ 0.78 또는 78%(두 자리까지 반올림)

측정된 값도 반올림된다. 다음은 12V, 1.1A 전원에 대해 측정된 결과를 사용한 반올림의 영향을

보여 주는 예이다.

ηavg = eff25 + eff50 + eff75 + eff100 4

= 79.2 + 78.4 + 75.9 + 80.5 4

= 0.785 또는 78.5%

= 0.79 또는 79%(두 자리까지 반올림)

따라서 능동 모드 효율이 78.5%로 계산되는 경우 79%로 반올림되어 에너지 효율 표준 요구

사항에 대해 비교된다. 위의 경우에서는 전원공급기가 요구 사항을 충족하지 못하고 있다.

입력 전압 변경 시 유의할 팁 무부하를 측정하는 경우 테스트 도중 입력 전압을

변경할 때는 항상 출력에 전체 부하를 적용한다. 입력

전압이 하이 라인에서 로우 라인으로 강하할 때

출력에 부하가 연결되어 있지 않으면 입력 벌크

캐패시터는 AC 입력에서 전력을 소모하기 전에 한

동안 DC 버스 전압을 제공하게 된다.

이렇게 되면 전원공급기에서 오랫동안 무부하 입력

전력인 0W 가 발생하게 된다. 이 때문에 전체 부하가

적용된 전원공급기로 시작한 다음 모든 출력 부하를

제거하여 측정을 하는 것이 가장 좋다.

세부 정보 에너지 효율 표준 및 관련 기관 링크는 그린 룸에서 확인할 수 있다. 이 과정에 설명된 정보와

관련하여 궁금한 사항이나 의견이 있는 경우 [email protected] 으로 이메일을 통해

문의하면 된다.

무부하 조건에서는 입력 벌크 캐패시터가

방전되기까지 많은 시간이 소요됨

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