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. :)

댓글 11개:

  1. 파코즈 diy 게시판에 올라온게 수아파파님 글이었군요~

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  2. 아!! 멋진 실력이십니다 부러워요 ㅜㅜ

    저도 만등기판으로 평소에 이것저것 만들어보려고 시도는 하지만

    SMD 납땜은 너무 힘들어요 ....그래서 종종 포기 하곤 했는데

    감광기판 떠서 하시는 것보니, 감광기판 뜨는 법이 궁금해집니다.

    감광기판 뜨는 방법에 대해서 자세히 알려주실수 있을 런지요.

    그리고 쓰시는 드릴 이라던가 드릴사이즈 같은 것도 자세히

    부탁드립니다,

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  3. 남상욱 님/ 저도 SMD면 지례 겁먹던게 바로 엇그제인데. 이제 -드릴이 줄어든다는 이유로- 너무 소형이 아니면 꽤 선호하게 되었습니다. 빵판으로 따라올 수 없는 자작PCB의 장점이죠. :)
    자작 PCB(감광은 아니에요)에 대해 제가 정리한 내용들은 본 블로그의 검색창에 DIY-PCB로 검색해 보시면 됩니다.
    드릴은 전용 드릴 (3~4만원 가량)과 0.8, 1, 1.2, 1.5, 2.5, 3mm 드릴날들을 각 두개씩 구비하여 쓰고 있습니다. 실제 부품의 다리 두께에 따라야 겠지만, 익숙해 지면 패드 모양에 따라 드릴날을 고를 수 있습니다.

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  4. 안녕하세요.. ^^
    Parkoz 커뮤니티에서 이것저것 알아보다 여기까지 왔네요~
    제가 요번에 묻지마 프로젝트를 진행하는데요.. ㅎㅎ;;
    PC의 전원부를 파워서플라이가 아닌 DC to DC로 해결하려는데요..
    제가 아직 중학생이다 보니 전자회로 쪽 부분에는 익숙하지가 않네요 ^^;;
    이 회로에서 입력 + 부분에는 12V+ 가 입력되는건가요..?? 휴..
    어렵네요.. ㅠ_ㅠ... 가능하다면 님의 도움좀 많이 얻고싶습니다...
    네이트온은 son951013@nate.com 입니다 꼭 부탁드려요 ~!!!@@

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  5. Son Geon 님. 이 회로도 상에서의 입력은 16V이상이어야 되고 여기서는 19V를 사용했습니다. 묻지마 프로젝트에 상용 DC2DC를 사용하지 않는 이유를 물어보면.. 안되려나요? :$

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  6. 아 16V 입력이군요.. ^^.. 묻지마 프로젝트에 상용 DC to DC 이용하지 않는다는 이유로는 뭐... 학생이다보니 재료비 절감이라던가... 뭔가 내손으로 첨부터 끝까지 만들고싶다는 그런..?? 뭐 그런 뭔가 혼자 삽질해보고 느끼는 쾌감을 위해서랄까요 ㅎㅎ... 답변 감사합니다.. 16V 입력을 고려해보아야할지.. ㅎㅎ

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  7. Son Geon 님/ 금방 알게 되시겠지만 결코 싸지 않습니다. 10에 9번은 상용제품보다 훨씬 더 써서 훨씬 고물을 만들어 내죠. ㅋ
    말린다고 마를? 것 같지는 않고.. 그래도 한 말씀 드리자면...
    Welcome to the club. :)

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  8. 축하드립니다 드디어 성공하셨군요. 파워쪽은 될수 있으시면 smd를 쓰지 마시기 바랍니다. 쉽게 나가더라구요^^ 전압도 작고... 2576 뒤에 붙은건..음 옵션이라고 보시면 됩니다..온도등의 특성을 표시하는거죠..이건 몇도에서까지 정상 작동한다..이런거요..제가 파워쪽 하다 보니 이런것만 눈에 띄는 군요^^

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  9. passinger 님/조언 감사드립니다. 안그래도 적은 A를 쓰는 경우를 제외하면 smd type의 2576은 열 처리 때문에(방열판 붙이기) 곤란하다고 알게된 게기가 되었습니다. ^^;

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  10. 안녕하세요.^
    수아파파님의 파워서플라이 제작방법을 참고해서 저도 미니 서버를 완성했는데.... 리눅스는 무리라서 윈도우로 돌리고 있습니다.^
    혹시 우분투를 공부할만한 자료가 정리된 곳이라도 있을까요??
    그리고 질문이 하나 있는데 제가 PC2000E 보드를 사용중인데... 우분투 12.04를 설치하고 그래픽 드라이버를 잡으려니까 8.10버전의 드라이버라서 그런지 잡히지가 않습니다. ㄷㄷ.
    어떻게 방법이 없을까요?? 수아파파님은 이런데 고수라고 들었습니다. !
    감사합니다. 일단 파워라도 만들어서 .... ㅎ

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