50V/20A급 리니어 DC 디지탈 가변 파워서플라이(전원공급기) 만들기
- 1.5K 수지형 링코어 + DPS5020 조합 -



DPS5020은 최대 50VDC 20A의 전원을 컨트롤 할 수 있는 모듈이다.
지난 광군절때 디지탈 파워서플라이에 대한 호기심에 구입후, 조립과 블루투스 그리고 PC를 컨트롤 하기 위한 포스팅을 한 바 있다.




하지만, 이를 스펙것 온전하게 사용하려면 그에 준하는 전원 소스가 있어야 한다.
보통 에머슨의 파워 SMPS를 많이 이용하는데 솔직히 덩치나 그 가격이 만만찮다.

그래서 고민하던 차.. 이홈카페의 '해운대'라는 아이디를 사용하시는 분이 링코어로 직접 만들어 사용하신 걸 보고 따라서 만들어 보았다.



먼저 준비물이다.

하이박스 150X200X130
링코어 1K이상
2차 권선용 14AWG 전선(허용전류 20A)
브릿지 다이오드 KBPC3510
방열판
63V 10000uF 커패시터

스위치,
바나나잭
퓨즈 및 퓨즈 소켓
220V 소켓

그 밖의,,,
12V 팬,
모터 PWM Controller,

+
하이박스, 브릿지 다이오드와 콘덴서, 그리고 2차권선을 제외한 나머지 부품들은,,
모두 폐기기들에서 적출한 재활용했다.



.
.
.



먼저 정류회로의 기본은 다음과 같다.

src : https://www.allaboutcircuits.com/textbook/experiments/chpt-5/rectifier-filter-circuit/

AC 교류가 다이오드 4개를 (브릿지 다이오드) 이용하여 사인파의 음수 쪽이 플러스쪽으로 뒤집히는 DC(맥류) 가 되고,
커패시터를 거쳐 평활이 되어 비교적 평탄화된 DC 전압을 만드는 것이다.



위 기본이 되는 정로회로를 토대로 부품을 연결한 배선도는 다음과 같다.


출렁임을 최대한 줄이기 위해 커패시터의 정전용량을 10000uf를 사용했다.
다만 그만큼 전원 OFF시 방전시간이 오래걸리는 단점이 있기는하다.

여기에 보완 회로를 추가로 달 수는 있겠으나,,
방법도 잘 모르겠고, 20A급의 전류를 컨트롤하는 것이 쉽지 않아 최종 출력 품질(?)은 DPS5020에게 일임한다.
DPS5020의 입력 전원의 품질이 나쁘더라도 출력측 전압 품질은 같지 않겠나 싶은 생각에서다.









이하 그 제작 로그다.

먼저 트랜스포머 작업을 진행했다.
링코어(정확히는 트로이달 코더, troidal core)로 스폿용접기를 만들려고 수집해 둔 수지형 1.5K 구리 링코어다.
1K급만 되어도 충분한데 수지형 1.5K링코어는 2K급의 성능이라 살짝 아깝다는 생각이 든다.


만드는 방법
스폿용접기를 제작 방법과 대동소이하다.
단권형 트랜스라 110V 출력을 위한 중앙(센터탭)을 그대로 이어주고, 양 끝단에 220V를 물려주면 된다.

스폿용접기는 5~7V 정도에 대전류를 위해 35sq 이상의 두꺼운 2차권선을 사용하지만,
2차 권선을 더 감아 40V 정도까지 올려 주는 것만 차이가 난다.

테스트를 위해 먼저 10바퀴 정도를 감아보니 7.88V가 측정되었다.
대략 50턴 정도를 감아야한다는 계산이 나온다.

링코어마다 1턴에 유도되는 전압은 제각각이고, 효율이 좋은 녀석일 수록 1턴시 전압이 높다.




정확한 턴수는 세지 않아 잘은 모르겠으나 계산해보면 50바퀴 이상이지 싶다.
감으면서 사진과 같이 전압을 42V 근처로 맞추었다.

정류전 2차측에 유도된 전압이 실효전압이겠으나,,
정류 후 최대(Vmax) 전압값이 root 2 만큼 높아지기에 60V 이상에서 DPS5020의 소손을 막기 위해서다.
(DPS5020의 최대 입력전압은 60V이다.)


일단 이렇게 트랜스포머의 준비는 끝났다.
이대로 앞선 배선도와 같이 브릿지 다이오드와 콘덴서만 달아주면 소위 60V/25A의 아답터가 된다.
브릿지 다이오드에서 2V 정도의 전압강하가 발생하지만, 이론적으론 그렇다.


추가로, 링코어 1차 권선에 220V를 흘리면 우~웅하는 소리가 나는 것들이 있다.
필자도 미세하게 들리는데 자기장의 영향으로 1차권선이 떨면서 나는 소리인데 사용에 크게 지장은 없다고 알려져 있다.
소리를 잡으려면 1차 권선을 고착화 시키는 에폭시와 같은 물질로 도포하면 된다고 한다.
이를 '함침'이라고 한다.




제작기


사용한 150X200X130 크기의 컨트롤 박스로,
수지형 1.5K 링코어가 타이트하게 들어간다.

저렴저렴한걸로 준비하다보니 마감이 조금 허접한 편이다.
아이러니 하게도 상대적으로 다른 제품들에 비해 두께가 얇아 가공은 편한편이다.



세로의 길이가 타이트해서,,
사진과 같이 상하단 2차 권선을 비껴 감아서 케이스에 장착이 가능했다.








사용한 220V 소켓
폐 컴퓨터 파워에서 적출해서 재활용했다.
전원 노이즈 제거용 필터로 커패시터 들이 붙어 있는데 제거하지 않고 그대로 사용했다.



220V 소켓 위치를 잡고 홀가공

가공은 드레멜을 이용했다.
드레멜이 없다면 드릴에 비트를 고정하고 라인따라 구멍을 낸 후에 칼로 자르고 마무리하기도 한다.

장착후 나중에 나사로 고정하면 된다.








회로 보호를 위해 퓨즈를 달아주었다.

1.5K 링코어를 기준으로 1차 전압이라 7A(1,500/220) 이상의 퓨즈를 달아주면 된다.

사용한 퓨즈 소켓은 변압기에서 적출했고,
유리관 퓨즈는 폐전자렌지에서 적출한 10A 급을 사용했다.



장착한 모습이다.

녹색의 케이블은 접지케이블로,
케이스에 연결하여 누전을 탐지하면 집안 차단기와 공조하여 두꺼비집을 트립하기 위함이지만,,
일단 케이스가 플라스틱이라 연결해줄 부위가 마땅치않다.


혹시 쓸일이 있을까 싶어 사이드에 조그맣게 XT60 암단자를 달아주었고,
일단 봉인했다.

+
DPS5020과 같은 전원이 필요한 컨트롤러 모듈이 또 하나 있다면 병렬로 사용할 목적이다.
위치는 아래 완성된 사진으로 확인



상단 커버 가공

마스킹테잎을 붙이고, 전체적으로 밑그림을 그려보았다.



밑 그림대로 홀가공을 한다.



PC 연동 프로그램을 위한 USB 모듈 장착을 위한 홀가공



구석에 이와 같이 장착됨.




기본 부품들을 장착한 상태다.



추가로 이전에 조립한 DPS5020케이스에서 입력 전원 스위치 모듈을 추가했다.
이 보드를 그대로 사용한 이유는 평활회로의 커패시터 용량이 커서 ON/OFF 및 팬 컨트롤을 위한 전원을 입력받기 위해서다.

이 모듈이 없다면,
팬 전원을 위해 에나멜선 혹은 얇은 케이블을 코어에 추가로 감아 12V 혹은 5V를 만들어 작업할 수 있다.







부품용 팬들 중 적당한 사이즈의 골라 위치를 잡고 가공



오른쪽에 정류브릿지와 커패시터를 배치했다.
정류브릿지는 방열판과 함께 들어가지 않아 방열판만 밖으로 뺐다.
케이스와의 유격을 방지하기 위해 글루건으로 추가 마감했다.



모듈들을 간단하게 설명한 그림이다.
아무래도 DC잭이 편해서 바나나잭에 병렬로 대전류 DC잭 하나를 달아주었다.


참고로,
DPS5020의 PC와 블루투스를 한꺼번에 장착하기 위해서는 추가 작업이 필요하다.

작업을 위해서는 6PIN 토글스위치가 추가로 필요하다.
필자는 이전에 작업한 것을 그대로 옮겨 달았다.
관련 회로는 아래 참고글에 자세히 기술되어 있으니 참고하면 될 것 같다.




전체그림이다.


박스를 조금 자른 후 은박지로 두르고 테이핑해서 회로와
혹시모를 전자파로 회로에 이상증상을 막았다.








완성



↓↓↓


상단 커버이지만, 세워서 사용할 생각이라 전면부다.
늘 그렇듯이 라벨지에 각각 스위치와 단자에 라벨을 붙여주었다.

이런식으로 세워서 사용할 생각이다.




뒷면이다.
상단부터 모터 속도 조절을 위한 다이얼,
퓨즈,
그리고 220V 인입 소켓이다.



가로 세로 6cm의 12V 팬이다.


왼쪽의 팬이 돌아 공기가 유입되고, 상단 커버의 반대편으로 나갈 수 있도록 했다.

테스트 샷을 애니메이션으로 만들어 보았다.








케이스 위치상 방열판을 밖으로 뺀 모습이고,,
노란색의 XT60 단자는 DPS5020을 거치지 않은 입력 소스 전원으로 일단 위험하니 봉인처리 했다.

노파심에 라벨지로 경고 문구까지 달아주었다.



테스트


전원 연결후 팬이 도는 모습이다.



블루투스로 스마트폰 앱으로 연결한 모습



4.2V 10A로 설정하고, 전압을 측정해보니 4.203v 로 측정됨.

실효전력 위인 50V는 아주 미세한 전압 드롭이 있는 듯 싶다.
킥보드와 같은 50V가까운 배터리팩이 없어 아직 쓸일이 없기는 하다.



4.2V 밸런싱 트레이에 연결 테스트
2차전지인 리튬이온배터리 18650을 10개를 병렬로 연결하여 충전하는 모습이다.

50V 20A로 부하를 걸어서 테스트할 것이 마땅찮다. ㅎ



USB로 PC로 연동하여 실행한 프로그램이다.
PC 연동도 잘된다.





전원의 품질은 잘 모르겠으나,
일단은 크게 문제없이 동작해 보인다.

이렇게 50V 20A까지 지원하는 엄청 큰 용량의 DC 디지탈 전원공급기가 완성되었다.
비슷한 스펙의 리니어 파워 서플라이가 백오십만원 상당의 고가라, 이렇게 저렴하게 만들 수 있었다는 점에 의미를 둔다.

아직 어떠한 문제점이 있는지 알기는 어렵고,
사용해보면서 문제점이 보이면 또 보완해보고 업데이트 할 생각이다.


끝!!





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