POS 단말기용 기판 맞춤형 전원 개발 사례|기존 전원과의 호환 설계･PFC･순간 정전 시퀀스

POS 단말기용 기판 커스텀 전원의 완전 맞춤형 개발 사례. 타사에서 제조한 기존 기판 전원으로부터 교체하기 위해 기계, 전기, 연결, 동작 각 측면의 호환성 확보를 전제로 사양을 확정했습니다. PFC 탑재, 프린터의 반복적인 피크 부하에 대한 내량, 순간 정전 시 단계적 정지 시퀀스, 방습제 도포가 가능하도록 한 기판 설계까지, 조율이 필요했던 쟁점을 정리하여 소개합니다.

장치 측을 변경하지 않고 기존 기판 전원장치를 교체하고자 하는--맞춤형 전원장치를 검토 중인 설계 담당자님께

이미 시장에 출시된 장치의 전원장치를 교체할 때 어려운 점은 대체 전원장치를 찾는 것이 아닙니다. "현재와 동일하게 작동하는 것"을 어떻게 정의할 것인가라는 점입니다.

출력 전압과 전류만 맞으면 된다는 단순한 문제가 아닙니다. 커넥터 핀 배열, 제어 신호 송수신, 순간 정전 발생 시의 정지 절차, 피크 부하 내량 등을 고려해야 합니다. 이 중 하나라도 기존 제품과 다르면 장치 측 소프트웨어나 기판을 수정해야 합니다. 기존 제품이 문제없이 공급되고 있는 이상 변경을 결정한 측에서 책임을 져야 하므로 교체 결정은 미뤄지기 쉽습니다.

본 사례는 매장 단말기(POS 단말기)용 맞춤형 전원장치(기판형 스위칭 전원장치)를 타사 기존 제품에서 교체하면서 기존 전원장치와의 호환성을 전제 조건으로 삼아 사양을 구체화한 개발 사례입니다. 장치는 옥외 설치용 케이스에 내장되며 전원장치는 케이스 내부에 장착됩니다. 아래에서 조율이 필요했던 쟁점에 따라 설명해 드리겠습니다.

맞춤형 전원장치는 고객의 장치에 맞춰 형상, 용량, 특성을 전용으로 설계하는 전원장치입니다. 표준 제품을 개조하는 것으로 충분한지, 새로 개발해야 하는지는 어느 수준까지 호환성을 요구하는지에 따라 결정됩니다.

1. "현행품과 호환"의 구체적인 내용을 착수 전에 문서화한다

고객의 전제 조건은 "현행 전원과의 호환성이 필수"라는 한 가지였습니다. 이 말을 그대로 받아들이면 설계 후반에 인식 차이가 드러나게 됩니다. 당사에서는 견적 전 단계에서 호환 대상을 다음 네 가지로 나누어 확인합니다.

본 건에서는 AC 입력, DC 출력, 팬용 각 커넥터에 대해 현행 제품의 모델명과 핀 배열을 목록으로 제시해 주셨습니다. 아울러 "각 커넥터는 동등품으로 대응해도 무방하다"는 판단도 내려 주셨습니다. 부품 공급이 불안정한 시기에 모델명을 한 업체로 고정한 채 설계를 진행하면 조달 사정만으로도 일정이 변경될 수 있습니다. 동등품을 허용하는 범위를 미리 정해 두는 것은 양산 시작 후의 공급 위험을 줄이는 데에도 효과적입니다.

간과하기 쉬운 점: 커넥터의 실장면(한쪽 면에 집중할지, 양면에 나누어 배치할지)은 전기 사양서에 기재되지 않는 경우가 있습니다. 그러나 케이블 배선과 조립 공정에 직결되므로 나중에 변경하면 기판 레이아웃을 다시 설계해야 합니다. 배치 제약은 최초 협의 시 확인해야 할 항목입니다.

2. 정지 시퀀스 협의--순간 정전에 어떻게 대응할 것인가

본 건에서 가장 면밀히 검토해야 했던 것은 AC 입력이 끊겼을 때의 동작이었습니다. 결제나 기록을 처리하는 장치에서는 전원이 꺼지는 것 자체보다 세트 측이 전원이 꺼질 것을 사전에 통보받지 못하는 것이 문제가 됩니다.

고객이 지정한 것은 다음과 같은 단계별 동작입니다.

이 "흡수하는 시간"과 "예고 후 출력을 유지하는 시간"은 전원 측의 유지 용량(홀드업) 설계와 직결됩니다. 1차 측의 커패시터 용량, 2차 측의 부하 조건, 검출 회로의 응답 시간을 함께 충족해야 하므로 값이 불과 몇 밀리초만 달라져도 부품 구성이 바뀝니다. 사양서의 한 줄이 원가와 기판 면적 모두에 영향을 미치는 항목입니다.

기동 측도 마찬가지로 원격 제어 신호의 처리 방식을 정했습니다. AC 인가와 동시에 기동하는 계통과 세트 측의 제어 신호를 받은 후 기동하는 계통을 구분했으며, 제어 신호가 공급되지 않는 한 주 출력은 내보내지 않는 구성으로 했습니다. 신호의 전압 레벨은 향후 하위 호환성을 고려해 여유를 둔 입력 사양으로 정했습니다.

확인해야 할 항목:제어 신호는 "어느 쪽에서 출력하는가(전원 측 또는 세트 측)", "High와 Low 중 어느 쪽이 활성 상태인가", "전압 레벨은 얼마인가"라는 세 가지가 모두 갖추어져야 비로소 사양이 됩니다. 본 건에서는 냉각 팬의 회전 검출 신호처럼 팬 기종 선정이 확정되지 않아 논리가 정해지지 않은 신호도 있었습니다. 이 경우에는 양쪽 논리에 모두 대응할 수 있는 회로 구성으로 할지, 확정 시기를 일정에 반영할지를 착수 전에 결정해 둡니다.

3. 피크 전류는 "최댓값"이 아니라 "파형"으로 결정한다

POS 단말기에는 영수증 프린터가 탑재됩니다. 인쇄할 때마다 서멀 헤드와 모터가 전류를 소모하기 때문에 평균 소비 전력으로 예상되는 값을 훨씬 초과하는 피크가 짧은 주기로 반복해서 발생합니다.

이번 건에서 고객이 제공해 주신 것은 수치가 아니라 실제 프린터로 측정한 전류 파형이었습니다. 피크값뿐만 아니라 해당 피크가 어느 정도의 비율(Duty)로 지속되는지도 파악할 수 있습니다. 과전류 보호를 어느 지점에서 작동시킬지는 이러한 반복 조건을 포함하여 결정해야 합니다.

피크값만 보고 보호 지점을 설정하면 두 가지 문제가 발생합니다. 보호 지점을 낮게 설정하면 정상적인 인쇄 동작 중에 전원이 꺼지고, 높게 설정하면 본래 보호해야 할 이상 상태를 감지하지 못합니다. 당사는 기존 전원 장치의 보호 동작 지점과 실제 측정 파형을 모두 기준으로 삼아 동등한 Duty와 피크를 가진 과전류를 견딜 수 있도록 설정했습니다.

또한 당사는 이러한 반복 피크 부하에 대응하는 전원 장치를 표준 라인업으로도 갖추고 있습니다. 풀 커스텀의 경우에도 표준 제품을 통해 축적한 회로 설계 및 평가 노하우를 그대로 활용할 수 있으므로 처음부터 검토를 시작하는 경우보다 설계의 정확도를 높일 수 있습니다.

피크 부하 대응 AC 어댑터 목록 보기

4. 구현 환경의 조건--방습제 도포와 냉각 방식 미확정

요구 사양에는 "옥외 설치"라고 기재되어 있었습니다. 기판 전원 자체에 방수 및 방진 성능을 요구할지, 아니면 함체 측에서 보호할지에 따라 설계가 크게 달라집니다. 확인 결과, 방수 및 방진은 함체 측에서 확보할 방침이며 전원은 함체 내부에 장착하는 단일 기판 형태면 된다는 답변을 받았습니다.

다만 여기에 실제 운용을 고려한 조건이 추가되었습니다. 기판 표면에 방습제(코팅재)를 도포할 가능성이 있으므로, 도포를 방해하는 요인을 설계 단계에서 미리 제거해 달라는 것이었습니다. 옥외 설치 장비는 함체에 대책을 적용했더라도 결과적으로 전원 부분에만 방습 처리를 추가하는 방식으로 운용되는 경우가 있다는 시장 경험에 따른 요청이었습니다.

방습제 도포를 전제로 할 경우, 가동부가 있는 부품이나 조정용 반고정 저항, 방열 경로 확보 등 사전에 고려해야 할 사항이 있습니다. 양산을 시작한 후 도포가 결정되면 부품 선정부터 다시 해야 할 수도 있습니다. "도포할 수도 있다"는 단계에서 공유해 주신 것이 재작업을 방지하는 데 효과적이었습니다.

냉각 방식 역시 장비 측에서 팬 장착 여부를 검토 중인 상황이었습니다. 이에 고객으로부터 팬 없이도 성립하는 열 설계로 할 것을 조건으로 전달받았습니다. 강제 공랭을 전제로 부품 배치를 최적화하면 팬이 없는 구성으로 변경되는 시점에 온도 여유가 부족해집니다. 냉각 방식이 확정되지 않은 단계에서는 더 가혹한 조건을 기준으로 설계해야 합니다.

5. 일정 및 초기 비용에 대한 고려 방식

맞춤형 전원 공급 장치 개발은 시제품 제작을 한 번에 끝낸다는 전제로 일정을 수립할 수 없습니다. 당사에서는 다음 단계를 거쳐 진행합니다.

고객에게 일정을 안내할 때는 개발 완료까지의 기간뿐만 아니라, 샘플을 전달할 수 있는 시기와 부자재 수배를 시작할 수 있는 시기를 구분하여 안내하고 있습니다. 양산 시작일로부터 역산했을 때 실제로 중요한 것은 후자이기 때문입니다. 부자재 조달 기간을 예측할 수 있다면 어느 단계에서 사전 발주 통보를 받아야 일정에 맞출 수 있는지 미리 계획할 수 있습니다.

초기 비용은 기판 금형, 필름, 지그 등 개발에 필요할 것으로 예상되는 비용을 포함하여 제시하고 있습니다. 항목을 나중에 추가하는 방식으로는 사내 결재 도중 금액이 변경되어 의사결정 자체가 중단될 수 있기 때문입니다. 개발 도중 추가 비용이 필요한 경우에는 해당 시점에 개별적으로 협의하는 방식으로 운영하고 있습니다.

환율 적용에 관하여: 여러 조달처를 비교 검토할 경우 견적 통화에 엔화와 외화가 혼재하면 비교 기준이 일치하지 않습니다. 당사는 요청에 따라 외화 기준 견적 제시도 지원하고 있습니다. 비교 검토 단계에서 문의해 주시기 바랍니다.

개발 사례 요약

이와 같은 고민은 없으신가요?

당사는 1989년 창립 이래 AC 어댑터 및 스위칭 전원공급장치 제조업체로서 설계부터 제조, 양산 후 애프터서비스까지 자체적으로 담당해 왔습니다. 맞춤형 전원공급장치는 출력 3W부터 1.5kW까지 소량 주문 상담도 지원하고 있습니다.기판 타입 오픈 프레임 전원공급장치도 표준 라인업으로 갖추고 있어 표준품 개조로 대응할 수 있는 범위인지, 신규 설계가 필요한지 판단하는 단계부터 도와드릴 수 있습니다.

사양이 정해지지 않은 단계라도 기존 제품의 자료를 보내 주시면 호환성 관련 사항을 정리하여 제안해 드리겠습니다.

문의사항는 여기에서

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*본 사례는 고객의 허가 범위 내에서 게재하고 있습니다. 기업명, 제품명, 모델 번호, 수량, 가격, 구체적인 수치 사양은 공개하지 않습니다.
*기재된 내용은 검토 당시의 것이며, 실제 사양 및 일정은 프로젝트마다 다릅니다.