진공관앰프용 SMPS 제작

 

  2017년 부터  강박사님과 함께 SMPS제작을 시작하여, 여기 회원 여러분들도 같이 진행을 하였지만, 마무리가 되지 않은 상태로 접어 놓고 있었습니다.  2018년  가을 강박사님 출판기념회 전후를 기하여 앰프나  전원 제작에 흥미가 시들해져 몇 년을 인두에 전기를 넣지않고 지냈고 ,  2020년은  코로나로 시간이 사라진 듯했지만,  LA에  계신  정박사님이  1000V 용 SMPS  제작에 일차  성공하셨다는 소식을  여기에서  접하게 되었습니다.  정박사님의 요청으로 FSFR시리즈용 콘트롤 PCB를 강과하늘님이 제작해 주셔서 3년간 접어 놓았던  SMPS 제작에 대한  욕구가 되살아나게 되었습니다. 

 

 

  3년전에도 FSFR2100 Chip으로 SMPS를 한번 성공 시킨 적은 있었지만, 그 때에는 그냥 따라하기 수준으로 어쩌다가 작동되었지만 다시 재현이  되지않아 포기하고 있었습니다. FSFR2100은 PowerFET를 내장한 콘트롤러로 방열판 없이 200W정도 가능한 것으로 표시되어 있으며 구성이 간단하게 되어있습니다. 특히 이번엔 강과하늘님이 콘트롤 PCB를 제작해 주셔서 손 쉽게 접근할 수 있었습니다.

 

 

 

 

  첫번째 문제는 트랜스 제작입니다.  평소 트랜스 제작에는 누설인덕턴스를 줄이기 위해 별의 별 수를 동원지만,  이번에는 누설을 늘려야하는 문제에 봉착하게 됩니다. 누설이 적으면 별도의  코일을 추가하여 LLC를 구성하는 수가 있지만, 정박사님의 분할 감기 방법에  아이디어를 얻어 보빈의 1/3정도에 1차를 감는 방식으로  몇 번의 실패 끝에 원하는 누설량인 120uH 정도의 Lr을 얻을 수가 있어 별도의 코일 없이 트랜스 하나로 가능하게 되었습니다. 트랜스는 삼화전자의 ER3541 Ae 109mm 으로 200W는 나올 수 있을 것으로 판단됩니다.  고전압 출력이 필요하므로 처음에는 40T:90T 비율로 감아보았지만 전압 조절을 위하여  Stacked winding 방법을 따라  1차:40T 2차 8T+76T로 수정하여  Lr 118uH /  Lm 580uH   m= 5 정도 되는 트랜스가  나왔습니다. 

 

 

약간 확대해 올렸숩니다 KDK

 

  트랜스가  완성되면 그에 맞는 콘트롤러의 주파수 대역을 설정하여야 한다.  미리 제공된 계산식에 수치를 넣어 Cr을 선정한 후 공진주파수가  정해지면 출력 전압및  출력 회로구성에 따라 부하량에 따라 증폭률이 구해지면 최저주파수와 최고주파수가 정해지고 Rmin/Rmax 등을  -  정확히 이해하지는 못하지만 식에 따라 답이 나오는대로 -  정하여 콘트롤 회로를 완성합니다.  FSFR2100 의 구동 전압은 12.5V 이상 23V 이하 여야합니다.  처음에는 12.2V 로  구동시키려다 구동이 안되어 몇 일을 고생한 끝에 구동 전압을 알게 되었습니다. 문서에  친절히 써있지를 않아 강과하늘님의 도움으로 알아 내게되었습니다. 발진이  시작되면  전압은 나오게 되어있는데  원하는 전압을 끌어 내기엔 한가지 문턱이 더 존재합니다. 

 

  보통 SMPS전원에서는 부하에 따라 변동되는 전압을 조절하기 위하여 TL431을 이용한 Feedback 조절회로를 구성하고있습니다. 40V 이하의 저전압 회로에서는 쉽게 작동하지만 ,  300V이상의 고전압 출력 SMPS에서는 이  조절회로를 단순히  분압으로 구성해서는 작동 되지않고 저압출력을 이용하여  조절회로를 구성하여야만 합니다. 처음에는 400V 단일 출력전원을 구상했었지만, 구상을 변경 히터전압을 추가하여  30V 와 330V 가 출력되는 트랜스로 변경하였습니다. 30V 출력과 고압부를 쌓아 고압을 출력하여, 저압부나 고압부의 부하 변동에도 모두 출력전압이 조절되는 결과를 얻게 되었습니다. 저압부에 45W,  출력 고압부에 130W 정도의 부하에도 전압은 안정적이었습니다.

 

 

 

 

  이번 제작을 통하여 다양한 전압이  필요한 진공관 앰프의  전원을 좀 더  쉽게 해결할 수 있을 것으로 예상합니다.  특히 저항을 통한 전압강하시  발생하는 에너지 소비를 어느정도 보안할 수 있으며,  트랜스 크기와 무게를 감소시킬 수 있어 보입니다. 앞으로의  과제는 늘  대두되는 고주파 노이즈 제거와 뉘앙스의 차이점을 어떻게 해결할 것인가이며, 늘 따라 다니는 저주파 리플 제거를 위하여 PFC 부를  추가하는 것도 고려할만 합니다.  강과하늘님의  AC부와 보조전압부을 포함한 통합 PCB가 기다려집니다. ^^  

 

 

  끝으로 처음 SMPS 제작에 물고를 터주신 강박사님,  트랜스 제작에 큰 아이디어와 많은 지식을 전달해주신 정박사님, PCB를 제작해 주셔서 SMPS제작에 쉽게 접근할 수 있게 해주신 -수년간  SMPS관련 제작연구에  정진해오신 - 강과하늘님 외에 SMPS를 완성하기까지 도움을 주신  많은 분들께  고마움을 전하는 바입니다.   고맙습니다.

 

=======  추   가  =========

30분정도 Full Power로  작동 시키면 공진캡에  발열이 심해 손으로 잡으면 뜨겁습니다. 라파캡에서  세라믹 630V용으로 변경후 발열이 현저히 줄었습니다.