2009년 6월 12일 금요일

그린박스 1/6 - ATX 파워(DC2DC) 자작


오랬만에 대형 포스팅 갑니다. 스크롤 압쀍 주의!


1. 들어가며


작은 PC를 만들어 보신 분들은 아시겠지만, 작게 만드는데 가장 큰 걸림돌은 "파워" 입니다.


PC의 눈부신 성능 향상에 따라 더 높은 용량의 파워(요즘은 500W가 기본이더군요 ㅎㄷㄷ)가 필요하게 되었습니다. 이 말은 -대개- 파워 유닛 안에 더 "큰" 부품들과, 방열판, 팬등이 필요하게 된다는 말이죠. 파워 역시 발전하여 예전과 같은 크기에서 용량을 키우는데 성공하고  있지만, 작아지는데는 별로 진전이 없어 보입니다.


저 역시 이전 홈서버에서 가장 아쉬웠던 크기, 소음 모두 파워서플라이(110W AC2DC) 때문이었습니다. :(


하지만, 저전력 시스템에선 이런 고용량의 파워가 필요 없습니다.


via와 intel atom 보드들은 대개 20~40w 정도의 전력만을 필요로 합니다. 하지만, AC에서 DC로 변환하는 부분이 크기 때문에 AC2DC부분은 아답터에게 맡기고, 아답터에서 나온 DC단전원을 PC가 필요로 하는 다양한 전압들로 변경해 사용하면 더욱 -케이스 안에 들어가는-크기를 줄일 수 있습니다.


이런 파워 유닛들이 DC2DC(DC to DC)라는 이름으로 팔리고 있습니다. 검색해 보니 80W~100W의 DC2DC를 3~5만원 사이에 구입할 수 있었습니다. 헌데... 아답터 제외 가격이더군요.


2. 왜 만들었나


100W라면 적어도 12V 10A (12*10  = 120W)가  필요할 것 같은데 알아보니 비현실적인 가격이더군요. T-T 어느정도의 아답터가 필요한지 파코즈에 게시판 문의를 해 본 결과 60W급이면 충분하다! 라는 경험들을 확인하였습니다.


이  사실을 알고 나니, 60W급의 -더 싼- DC2DC가 없다는게 괘씸해서 DIY해 보기로 했습니다. 그리고 DIY결과 아답터 포함 2만원 안에서 만들 수 있었습니다. -_-=b


더 자세한 전력필요량을 찾아본 결과 via에서 자사 보드들에 대해 정리해둔 문서: Mini-ITX Power Solutions(PDF)를 찾을 수 있었습니다. 문서상 제가 사용할 Evem보드와 비슷한 EPIA800의 경우 idle 시 10W, max load 시 22W를 사용함을 확인할 수 있었습니다.



요즘의 ITX 보드들에서는, max load시 atom보드가 via 보드보다 더 낮은 W를 소모하지만(좋지만), IDLE시는 더 높은 W를 소모하는데(나쁜데), 이유는 아톰 CPU자체는 초저전력이나 메인보드 칩셋(i945)에서 기본으로 20W정도를 사용하기 때문입니다. 파코즈의 저전력 포럼에 945보드가 메롱이라.. 라는 댓글들이 바로 이 때문 입니다.


또한, 그럼에도 불구하고, 구입할 수 있는 거의 모든 인텔 아톰보드들이 945를 쓰고 있다는 점이 참 안타깝네요. 별로 팔 마음이 없나봐요. :(



위 문서에는 차량용 PC에 대한 유용한 정보들도 다수 포함되어 있으므로 꼭 via제품을 사용하지 않더라도 초소형 PC에 관심이 있으시면 읽어보시길 권해 드립니다.


3. 설계&제작


PC용 전원 (ATX)는 12V,5V,3.3V,-12V,-5V 로 이루어진 복합 전원으로, 전체 전력량은 각 전원별(V) 전류(A)의 곱을 더해서 계산합니다. 예로, 판매중인 DC2DC들의 상세 스펙을 보면 아래와 같습니다:



  • 120W DC2DC : 12V 6A, 5V 5A, 5VSB 1.5A, 3.3V 5A, -12V 0.1A

  • 80W DC2DC :12V 5A, 5V 3A, 5VSB 1A, 3.3V 3A, -12V 0.1A


위 용량을 목표로, 인터넷상의 자작 ATX회로들은 거의 모두 찾아봤습니다. 그 중 CAR PC 전문 사이트인 PC4CAR의 DIY게시판에서 많은 자료를 참고 했습니다. 기성품의 DC2DC가 나오기 전(불과 몇년 전) 카피씨 동호인들은 대개 자작으로 DC2DC를 만들어 썼었습니다.


하지만 제 필요에 딱 맞는 회로도는 없어서, 여러 회로도를 참조하고, 시행착오(링크1, 링크2)를 거쳐 회로도를 그렸습니다. (클릭하면 크게 보임)



회로도 상에는 3A급 레귤레이터인 LM2576시리즈를 사용했는데, 그 이상의 전류를 제공하는 레귤레이터는 구하기가 무척 힘들더군요. 다행히 LM2576은 쉽고 싸게 (개당 2000원 미만) 구할 수 있었습니다.


우선 -12V는 일부 펜3 보드 이후 사용되지 않으므로 제외, 12V 5A는 CPU전원을 12V로 쓰는 경우를 위해 준비된 것으로 보입니다. 저전력 시스템의 경우 CPU전원은 3.3V에서 사용하고 있기에 3A로 줄였습니다. 계산해 보면:


12*3 + 5*3 + 3.3*3 + 5 = 65.9 W


Power Good과 Power On 단자는 TTL 입/출력 단자로 ATX Power Spec을 참조해 설계하였습니다. 인터넷상에서 잘못 구현된 PowerOn 회로를 참조하는 바람에 여기서도 시행 착오가 좀 있었는데, 그래도 마이컴 가지고 논 짬밥덕에 쉽게 해결할 수 있었습니다. 회로도 참고하세요.


스위칭 레귤레이터이다 보니 코일이 필요합니다. 미리 사 둔 100uH 3A급 코일을 사용해 보니 5V레일의 LM2576과 코일이 급격히 뜨거워 지는 걸 확인하고 5A급으로 교체하였습니다.



이렇게 뭔가 미친듯이 뜨거워 지는 걸 감지하는 방법으로, 전 냄새를 맡습니다.


회로에서 다리미 가열되는 것 같은 냄새가 난다면 100% 잘못 되고 있더군요.


이 경우 얼른 전원을 제거하고 조심스레 발열처를 찾아 봅니다.



여기서 사용된 5A급 코일의  경우 꽤 덩치가 큰 편이라, 크기를 줄이기 위해 LM2576등은 smd를 사용해 보드 밑면으로 위치하게 아트웍 했습니다.



보드의 크기는 가로세로 7cm를 넘지 않습니다. :)


기성품들이 12V 아답터를 주 전원으로 쓰는데, -이는 차량 전원이 12V인 것에 기인한 것으로 보입니다.- 제 경우 좀 더 안정적인 전원을 위해 옥션에서 웰트로닉스 19V 3.16A 아답터를 구입해 사용했습니다. 국산 아답터로 마무리도 품질과 마무리 모두 우수합니다!


차량 전원은 시동시 매우 불안하기 때문에 이를 보완해주는 회로(12V정전압을 위한 StepUp 컨버터나, 부팅 지연을 위한 마이컴등)들이 필요하지만, 제 경우 이 또한 제외할 수 있었습니다. :)


회로도와 아트웍은 아래 링크에서 이글캐드 파일로 받으실 수 있습니다:



Parts list



  • 1N5822, 3ea

  • LM2576D2T-3.3 LM2576S-XX 와 LM2576D2T-XX는 호환부품 입니다.

  • LM2576S-5.0

  • LM2576S-12

  • 5566-20A(무색)

  • KIA7805AF

  • TC21MM101M5A

  • BI-508GS(5.08mm pitch) 2P

  • 1k  ohm 1/4w , 2ea

  • 4k7  ohm 1/4w , 1ea

  • 10k  ohm 1/4w , 1ea

  • 1n4004, 1ea

  • 2n2907, 1ea

  • 100nF ceramic cap, 6ea

  • 1500uF electric cap 25V, 3ea

  • 450uF electric cap 35V, 2ea

  • 100uF electric cap 35V, 2ea

  • 5 pie LED, 1ea


4. 터지나 테스트...


왜 그런지는 모르지만, BIOS에 들어가 있으면 최대 로드가 걸리므로 전원을 테스트하기 최적입니다.


실험 결과.. 안 터졌습니다. :)



전원 유닛에 방열판이 없다는 우려가 있었고, 실제로 팬 없이 뜨거워(70~80도?)지는 문제가 있었는데, 팬을 하나 붙이니 완전 시원하게 유지할 수 있었습니다. 아무래도 팬 하나는 달아야 할 듯 하네요.



케이스를 알루미늄으로 할 수 있다면, 바닥면의 IC들을 케이스에 밀착시켜 케이스를 방열판으로 사용하면 더 좋을 것 같네요.



이것으로 전원은 해결! 다음 포스팅에는 하드디스크를 골라 보겠습니다. :)