POS 단말기용 기판 커스텀 전원 개발 사례 | 기존 전원과의 호환 설계 / PFC / 순정전 시퀀스

POS 단말기용 기판 커스텀 전원의 풀 커스텀 개발 사례. 타사 제품의 기존 기판 전원을 대체함에 있어 기계·전기·접속·동작 각 측면에서의 호환성 확보를 전제로 사양을 확정했습니다. PFC 탑재, 프린터의 반복적인 피크 부하에 대한 내량, 순간 정전 시 단계적인 정지 시퀀스, 방습제 도포를 허용하는 기판 설계까지, 상호 조율이 필요했던 쟁점을 정리해 소개합니다.

현행 기판 전원을, 세트 측을 변경하지 않고 교체하고 싶다 ―― 커스텀 전원을 검토 중이신 설계 담당자께

이미 시장에 출시된 장비의 전원을 전환하는 경우, 어려운 점은 대체 전원을 찾는 것이 아닙니다. "지금과 동일하게 동작하는 것"을 어떻게 정의할 것인가라는 점입니다.

출력 전압과 전류가 맞으면 끝나는 문제가 아닙니다. 커넥터의 핀 배열, 제어 신호의 송수신, 순간 정전이 발생했을 때의 정지 절차, 피크 부하의 내량. 이 중 하나라도 현행품과 다르면 세트 측의 소프트웨어나 기판을 수정해야 합니다. 현행품이 문제없이 유통되고 있는 이상, 변경을 결정한 측이 책임을 지게 되므로 전환 판단은 미뤄지기 쉽습니다.

본 사례는 매장 단말기(POS 단말기)용 커스텀 전원(기판 타입 스위칭 전원)을 타사 현행품에서 전환함에 있어, 현행 전원과의 호환성을 전제 조건으로 사양을 구체화한 개발 사례입니다. 장비는 옥외 설치 인클로저에 내장되며, 전원은 인클로저 내부에 실장됩니다. 이하, 조율이 필요했던 쟁점을 중심으로 설명드립니다.

커스텀 전원은 고객 장비에 맞추어 형상·용량·특성을 전용 설계하는 전원입니다. 표준품 개조로 충분한지, 신규 설계가 필요한지. 그 기준은 호환성을 어디까지 요구하느냐에 따라 결정됩니다.

1 "현행품과의 호환"의 내용을, 착수 전에 문서화한다

고객의 전제 조건은 "현행 전원과의 호환성이 필수"라는 한 가지였습니다. 이 한마디를 그대로 받아들이면 설계 후반에 인식 차이가 드러나게 됩니다. 당사에서는 견적 이전 단계에서 호환의 대상을 다음 네 가지로 나누어 확인하고 있습니다.

본 건에서는 AC 입력, DC 출력, 팬용 각 커넥터에 대해 현행 제품의 품번과 핀 배열을 목록으로 제시해 주셨습니다. 아울러 "각 커넥터는 동등품으로 대응해도 무방하다"는 판단도 받았습니다. 부품 공급이 불안정한 시기에 품번을 한 회사로 고정한 채 설계를 진행하면, 조달 사정만으로 일정이 변동됩니다. 동등품을 허용하는 범위를 사전에 정해 두는 것은 양산 시작 후의 공급 리스크를 낮추는 의미에서도 효과적입니다.

놓치기 쉬운 점: 커넥터의 실장면(한 면에 집약할지, 양면에 분산할지)은 전기적 사양서에 기재되지 않는 경우가 있습니다. 그러나 케이블 배선 경로와 조립 공정에 직결되므로, 이후에 변경하면 기판 레이아웃을 다시 해야 합니다. 배치 제약은 최초 히어링에서 확인해야 할 항목입니다.

② 정지 시퀀스의 규정--순간 정전에 어떻게 대응할 것인가

본 건에서 가장 면밀한 검토가 필요했던 부분은 AC 입력이 끊어졌을 때의 동작이었습니다. 결제나 기록을 다루는 장치에서는 전원이 꺼지는 것 자체보다도, 세트 측이 전원 차단을 사전에 통지받지 못하는 것이 문제가 됩니다.

고객이 지정한 단계별 동작은 다음과 같습니다.

이 "흡수하는 시간"과 "예고 후 출력을 유지하는 시간"은 전원 측의 보유 용량(홀드업) 설계와 직결됩니다. 1차측 콘덴서 용량, 2차측 부하 조건, 검출 회로의 응답 시간을 함께 충족해야 하므로, 값이 수 밀리초만 변해도 부품 구성이 달라집니다. 사양서의 한 줄이 원가와 기판 면적 모두에 영향을 미치는 항목입니다.

기동 측에 대해서도 마찬가지로, 원격 제어 신호의 취급을 규정했습니다. AC 인가와 동시에 기동하는 계통과, 세트 측의 제어 신호를 받은 후 기동하는 계통을 분리하고, 제어 신호가 공급되지 않는 한 주 출력은 내지 않는 구성으로 했습니다. 신호의 전압 레벨에 대해서는 향후 하위 호환을 고려하여 여유를 둔 입력 사양으로 했습니다.

확인해 두어야 할 항목: 제어 신호는 "어느 쪽에서 출력하는가(전원 측인가 세트 측인가)", "액티브가 High인가 Low인가", "전압 레벨은 얼마인가"의 세 가지가 갖추어져야 비로소 사양이 됩니다. 본 건에서는 냉각 팬의 회전 검출 신호처럼, 팬 기종 선정이 아직 확정되지 않아 논리가 정해지지 않은 신호도 있었습니다. 이 경우에는 어느 쪽 논리에도 대응할 수 있는 회로 구성으로 해 둘 것인지, 또는 확정 시기를 일정에 반영해 둘 것인지를 착수 전에 정해 둡니다.

3 피크 전류는 "최대값"이 아니라 "파형"으로 결정한다

POS 단말기에는 영수증 프린터가 탑재됩니다. 인쇄할 때마다 서멀 헤드와 모터가 전류를 끌어오기 때문에, 평균 소비전력으로 예상되는 값을 훨씬 초과하는 피크가 짧은 주기로 반복 발생합니다.

본 건에서 고객이 제공한 것은 수치가 아니라 실기 프린터로 측정한 전류 파형이었습니다. 피크값에 더해 해당 피크가 어느 정도의 비율(Duty)로 지속되는지도 확인할 수 있습니다. 과전류 보호를 어디에서 동작시킬지는 이러한 반복 조건을 포함해 결정해야 합니다.

피크값만 보고 보호 지점을 설정하면 두 가지 실패가 발생합니다. 보호 지점을 낮게 설정하면 정상 인쇄 동작에서 전원이 차단되고, 높게 설정하면 원래 보호해야 할 이상을 놓치게 됩니다. 당사는 현행 전원의 보호 동작 지점과 실측 파형을 모두 기준으로 하여 동등한 Duty 및 피크를 가진 과전류를 견딜 수 있는 설정으로 하였습니다.

또한 당사는 이러한 반복 피크 부하에 대응한 전원을 표준 라인업으로도 갖추고 있습니다. 풀 커스텀의 경우에도 표준품에서 축적한 회로 설계와 평가 노하우를 그대로 활용할 수 있으므로, 처음부터 검토를 시작하는 경우와 비교해 설계의 정확도를 높일 수 있습니다.

피크 부하 대응 AC 어댑터 목록 보기

4 구현 환경의 조건 -- 방습제 도포와 냉각 방식의 미확정

요구 사양에는 "옥외 설치"라고 기재되어 있었습니다. 기판 전원 자체에 방수·방진을 요구할지, 혹은 케이스 측에서 보호할지에 따라 설계는 크게 달라집니다. 확인한 결과, 방수·방진은 케이스 측에서 확보하는 방침이며, 전원은 케이스 내부에 실장하는 기판 단품이면 된다는 답변이었습니다.

다만 여기서 실제 운용을 고려한 조건이 추가되었습니다. 기판 표면에 방습제(코팅 재료)를 도포할 가능성이 있으므로, 그에 대한 저해 요인을 설계 단계에서 제거해 두었으면 한다는 내용입니다. 옥외 설치 장치의 경우, 케이스로 대책을 마련하더라도 결과적으로 전원 부분에만 방습 처리를 추가하는 운용이 이루어질 수 있다는 시장 경험에 근거한 요청이었습니다.

방습제 도포를 전제로 할 경우, 가동부가 있는 부품이나 조정용 반고정 저항, 방열 경로의 확보 등 사전에 고려해야 할 사항이 있습니다. 양산 시작 후 도포가 결정되면 부품 선정부터 다시 해야 할 수도 있습니다. "도포할 수도 있다"는 단계에서 공유해 주신 점이 되돌림을 방지하는 데 효과적이었습니다.

냉각에 대해서도 장치 측에서 팬 탑재 여부를 검토 중인 상황이었습니다. 이에 따라 고객으로부터 팬 없이도 성립하는 열 설계로 할 것을 조건으로 제시받았습니다. 강제 공랭을 전제로 부품 배치를 최적화하면, 팬이 없는 구성으로 변경되는 시점에 온도 여유가 부족해집니다. 냉각 방식이 미확정인 단계에서는 더 엄격한 조건을 기준으로 설계하는 판단이 필요합니다.

⑤ 일정과 초기 비용에 대한 생각

커스텀 전원 개발은 시제품을 한 번에 끝낸다는 전제로 일정을 수립할 수 없습니다. 당사에서는 다음과 같은 단계를 거쳐 진행합니다.

고객에게 일정을 제시할 때는 개발 완료까지의 기간뿐만 아니라,샘플을 전달할 수 있는 시기와부자재 조달을 시작할 수 있는 시기를 구분하여 안내하고 있습니다. 양산 시작일로부터 역산했을 때 실제로 중요한 것은 후자이기 때문입니다. 부자재의 조달 기간을 파악하고 있다면, 어느 단계에서 내시를 받으면 맞출 수 있는지 사전에 설계할 수 있습니다.

초기 비용에 대해서는 기판 금형·필름·지그 등 개발에 필요하다고 예상되는 비용을 포함한 형태로 제시하고 있습니다. 항목을 사후에 추가하는 방식은 사내 결재 과정 중 금액이 변동되어 의사결정 자체가 중단될 수 있기 때문입니다. 개발 도중 추가가 필요해진 경우에는 그 시점에서 개별적으로 상담하는 방식으로 운영하고 있습니다.

환율 처리에 대해:복수의 조달처를 비교 검토하는 경우, 견적 통화가 엔화와 외화로 혼재되어 있으면 비교 기준이 일치하지 않습니다. 당사는 요청에 따라 외화 기준 견적 제시에도 대응하고 있습니다. 비교 검토 단계에서 상담해 주시기 바랍니다.

개발 사례 요약

이와 같은 고민이 있으신가요

당사는 1989년 창업 이래 AC 어댑터 및 스위칭 전원 제조사로서 설계부터 제조, 양산 후 애프터서비스까지 자체적으로 담당해 왔습니다. 커스텀 전원에 대해서는 출력 3W부터 1.5kW까지 소량부터 상담에 대응하고 있습니다. 기판 타입의 오픈 프레임 전원도 표준 라인업으로 갖추고 있어, 표준품 개조로 대응 가능한 범위인지 신규 설계가 필요한지에 대한 판단부터 지원해 드립니다.

사양이 확정되지 않은 단계라도 기존 제품의 자료를 제공해 주시면 호환성의 쟁점을 정리하여 제안해 드립니다.

문의사항는 여기

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※본 사례는 고객의 허가 범위 내에서 게재하고 있습니다. 기업명･제품명･모델명･수량･가격･구체적인 수치 사양은 비공개로 하고 있습니다.
※기재된 내용은 검토 시점의 것이며, 실제 사양･일정은 프로젝트마다 다릅니다.