IR2153 + IRF740을 이용한 SMPS 실험에 성공하다

어제 토요일을 맞아서 만능기판에 아주 간단한 회로를 꾸몄다. 다음 링크의 회로도를 참조하여 최초의 정류회로와 고주파 트랜스 사이에 들어가는 스위칭 회로를 만든 것이다.

Simple non-regulated supply 2x35V 350W for audio amplifier

실제로 만든 것은 다음 사진에서 빨강 점선 상자로 둘러친 부분에 불과하다. 그 아래에 보인 IR2153 점검용 보드는 이번 제작에서 일등공신 역할을 하였다.

제작에 대한 모든 정보와 이미 만들어진 회로 및 부품은 제이앨범의 어느 친절한 회원으로부터 무상으로 얻은 것이다. 원래 여기에는 컴팩트형광등에서 적출한 기판을 개조한 발진회로가 들어있었으나 내가 잘못 건드려서 망가뜨리고 말았다. 고전압을 잘못 다루어서 조그만 사고를 친 것이었는데 부끄러워서 그 사연을 다 기록할 수는 없다.

그래서 IR2153과 IRF740을 이용한 아주 간단한 회로를 만들어 보았는데 전혀 작동을 하지 않았다. 사전에 실체 배선도를 그리고 이에 맞추어서 공들여 납땜을 했는데 고주파 트랜스의 2차에서 전압이 잡히질 않는 것이었다. 도대체 문제가 무엇을까. 일단 방바닥에 어지럽게 널린 '가내수공업'의 흔적을 모두 정리하고 잠자리에 들었다.

그리고 오늘 아침, 어제 만든 기판을 앞뒤로 뒤집어가면서 도대체 무슨 실수가 있었는지 확인해 보았다. 범인은 아주 쉽게 잡혔다. IR2153에 전원을 공급하는 39 kOhm 저항을 100 uF 캐피시터에 연결하는 것을 빼먹은 것이었다.

납땜을 수정한 다음 220 V에 연결하기에 앞서서 안전을 위해서 220 V:26V 트랜스를 통해서 전원을 연결하였다. 전원 전압을 낮추면 조금이라도 더 안전하게 작업을 할 수 있을 것으로 생각하였던 것이다. 그러나 고주파 트랜스에서는 전혀 전압이 검출되질 않았다.

무엇이 문제일까.. 전원을 넣은 채로 한참 고민을 하고 있는데 IR2153을 소켓에 꽂지 않은 것을 발견하였다. 상태가 정상인지를 확인하기 위해 점검용 보드에 IC를 꽂아놓고는 다시 원래 자리에 돌려놓지를 않았던 것이다. 그런데 MOSFET에서 열이 펄펄 나고 있었다. 방열판을 임시로 고정하느라 사용한 핫멜트가 다 녹아내릴 지경이었다. IR2153이 없는 상태였으니 말하자면 MOSFET의 게이트가 오픈된 상태에서 직렬로 연결된 드레인-소스 사이에 직류 약 36 볼트가 걸려있었던 것이다. IRF740은 드레인-소스 사이에 걸린 최대 400 V까지의 전압을 제어할 수 있지만 이는 게이트에 제대로 전압을 걸어 준 상태에서나 가능할 것이다.

재빨리 전원을 끊고 MOSFET을 식힌 뒤 디지털 멀티미터로 점검을 해 보았다. 다행히 정상이었다. 만약 IR2153을 소켓에 끼우지 않은 상태에서 220 V를 그대로 걸었다가는 어떤 일이 벌어졌을지 모른다. 가슴을 쓸어내리면서 IR2153을 꽂은 뒤 다시 입력측에 AC 26 V를 걸어 보았다. 고주파 트랜스 2차에서는 전압이 거의 잡히지 않았다. 이건 또 왜 이런가? 다시 곰곰이 그 원인을 생각해 보았다. AC 220 V를 전원으로 공급하는 경우 정류를 거치면 300 V에 가까운 직류가 발생한다. 이를 IR2153의 전원으로도 공급해 주어야 하므로 수십 kOhm의 저항(나의 경우는 39K 2W)을 거쳐서 1번 핀에 접속이 된다. 하지만 전원으로 AC 26 V를 걸어주면 39K 저항을 거쳐서는 IR2153에 충분한 전압을 공급하지 못한다. IR2153을 사용한 12 V / 230 V 인버터 회로의 사례를 보라(링크). 직류 12 V가 그대로 1번 핀에 들어간다. 그러니 AC 220 V를 걸어야 할 곳에 AC 26 V를 거는 것으로는 회로의 정상 작동 여부를 알 수가 없었던 것이다.

최종 점검은 결국 220 V를 연결해야 하는 것이다. 아무런 일이 없기를 기대하면 조심스럽게 220 V를 연결하였다. 반도체 칩이나 전해 캐패시터가 터져나가는 일에 익숙해져서 이제는 전원을 넣을 때 일부러 고개를 돌린다. 터져나간 칩 조각이나 전해액이 눈에 들어가는 것을 막기 위해서이다. 노안이 와서 공작을 할 때에는 안경을 쓰는 것도 도움이 될 것이다. 조심스레 전원을 넣었다. 220 V에 연결한 1 A 퓨즈가 돌입전류에 의해 순간적으로 빨갛게 되었다가 식는 모습이 보였다. 아마도 3 A 정도로 바꾸어야 할 것 같다. 회로에서는 아무런 소리도 나지 않았다. 고주파 트랜스 2차에 디지털 멀티미터를 대 보았다. 생전 처음 보는 표시다!

-1. . .

이게 뭐지? 수십 kHz의 고주파라서 그런가? 그렇다면 2차측을 정류하여 나오는 전압을 측정해 보는 수밖에 없다. 고주파 트랜스 1차는 총 70회, 2차에는 18회 - 중간탭 - 18회가 감긴 상태이며, 전파정류회로가 2차에 연결된 상태이다.

정류회로를 거친 최종 출력단에는 DC 36.1 V가 검출되었다. 성공이다! 그동안의 좌절이 보람으로 바뀌는 순간이었다. 하지만 앞으로도 다음의 숙제가 남았다.

• 고주파 트랜스를 직접 감아서 원하는 DC 전압 만들기
• 인턱터를 2용한 2차 출력 필터 만들기(PC용 파워 서플라이에서 원하는 부품을 얻을 수 있을 것이다)
• 고주파 교류를 직접 진공관 히터에 공급해 보기(교류 6.3 V 실효치에 해당하는 출력을 얻기 위해 시행착오를 겪어야 한다)