[하드웨어 뜯어보기] 전원/펌웨어 #36 - 전원공급장치(PSU)

두뇌를 깨우는 에너지의 심장

전압/전류/레일/효율을 통해 시스템의 생명을 유지하는 파워 서플라이의 내부 구조

핵심요약
PSU는 AC 전기를 DC로 바꿔 CPU, GPU, 스토리지 등 모든 부품에 깨끗한 전력을 공급한다.
Active PFC, 변압부, DC-DC 변환, 레일 구조가 안정적인 전압을 만든다.
전압의 품질은 PC 성능과 수명에 직접적인 영향을 준다.
80 PLUS 효율 등급은 전력 손실, 발열, 소음과 직결된다.
OVP/OCP/SCP 같은 보호 회로가 시스템을 “죽음에서” 지켜준다.

 

전원공급장치(PSU)

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1. PSU는 무엇인가?

핵심 문장: PSU는 컴퓨터의 ‘심장’이자, 모든 부품의 생명 활동을 유지하는 에너지 공급원이다.

 

컴퓨터는 CPU·GPU·램·SSD 등 고성능 부품으로 이루어져 있지만, 이 모든 부품은 전원이 없다면 아무것도 할 수 없습니다.

 

PSU(Power Supply Unit)는

• 벽에서 들어오는 AC(교류) 전기 → PC 부품이 사용하는 DC(직류) 전기로 바꾸어 주며, 전압을 정밀하게 조절해 안정적·청정한 전력을 제공합니다.

PSU의 품질은 시스템의 성능, 오버클럭 여유, 저장장치 안정성, 전체 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

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2. PSU 내부 구조 - 전력을 다듬어 공급하는 과정

PSU는 단순히 “전기만 공급하는 박스”가 아닙니다. 정확히는 전력을 정제하는 발전소와 정수처리장의 기능을 동시에 담당합니다.

 

PSU의 핵심 단계는 다음과 같습니다.

1. EMI 필터 – 잡음 제거
2. 정류부(Bridge Rectifier) – AC → DC 변환
3. PFC(Power Factor Correction) – 전력 효율화
4. 1차 변압부(Switching Transformer)
5. DC-DC 변환기 – 12V → 5V/3.3V 변환
6. 레일(Rail) 출력
7. 보호 회로(OPP/OVP/OCP/SCP 등)

2-1. EMI 필터 - “잡음을 차단하는 관문”

컴퓨터는 여러 고주파를 만들기 때문에 EMI(전자파 간섭)를 억제하지 않으면 주변 장치나 회로에 장애를 줍니다.

 

EMI 필터는 다음을 모두 차단합니다.

• 외부 잡음이 PSU 안으로 들어오는 것
• PSU의 고주파 신호가 외부로 나가는 것

2-2. 정류부 - AC → DC

가정용 전기는 AC이므로 이를 DC로 변환해야 부품이 사용할 수 있습니다. 브리지 정류 회로가 이를 담당하며 초기 변환 과정에서 가장 많은 열이 발생하는 구간입니다.

2-3. PFC 회로 - 전기료 절약 + 안정성

Active PFC는 다음과 같이 전체 시스템의 안정성을 높입니다.

• 전력 손실을 줄이고
• 전압 변동을 최소화하고
• 전류를 매끄럽게 만듦

대부분의 고급 PSU는 Active PFC를 채택합니다.

2-4. 스위칭 변압(SMPS) - 전력을 원하는 수준으로 줄이는 핵심

PSU 내부는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 구조입니다.

 

이 방식은 아래와 같은 특징이 있습니다.

• 고주파 스위칭
• 작은 변압기
• 높은 효율

고전압 DC > 트랜스포머 > 저전압 DC로 전력이 정교하게 변환됩니다.

2-5. DC-DC 변환 - 최신 PSU의 필수 구조

과거 PSU들은 5V/3.3V를 트랜스포머에서 직접 분기했지만, 최신 PSU는 모두 12V 단일 레일 + DC-DC 변환기 구조를 사용합니다.

 

이 방식의 장점은 다음과 같습니다.

• 출력 전압 품질 우수
• 부하 변화에 강함
• 최신 CPU·GPU의 요구에 최적
• 안정성 향상

2-6. 레일(Rail) 구조 - 전압이 흘러가는 통로

Rails: 12V / 5V / 3.3V

• 12V: CPU, GPU, 메인보드 VRM, SSD
• 5V: USB, 일부 저장장치
• 3.3V: 메모리, 칩셋 일부

싱글 레일 vs 멀티 레일

• 싱글 레일: 강력한 출력 가능, 관리 단순
• 멀티 레일: 과전류 분산에 유리, 안전성 향상

각 PSU 제조사마다 설계 철학이 다릅니다.

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3. 효율 - 80 PLUS 인증

PSU 효율은 소비 전력의 몇 %를 실제 전력으로 전달하느냐입니다.

80 PLUS 등급

• White
• Bronze
• Silver
• Gold
• Platinum
• Titanium

효율이 높을수록

• 전력 낭비 ↓
• 발열 ↓
• 팬 소음 ↓
• 시스템 안정성 ↑

특히 80 PLUS Gold 이상은 고성능 PC에서 사실상 표준이 되었습니다.

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4. 전원의 품질이 성능에 미치는 영향

핵심 문장: 전압이 흔들리면 성능이 흔들린다.

 

전압 품질은 다음과 같은 요소로 측정됩니다.

• Ripple(리플): 출력에 섞이는 작은 파형(잡음)
• Voltage Droop(전압 강하)
• Line Regulation
• Load Regulation

리플이 너무 크면 아래와 같은 현상을 초래합니다.

• SSD 오류
• 메모리 오작동
• GPU 아티팩트
• 시스템 전체 불안정

그래서 전원은 절대로 아껴서는 안 되는 부품입니다.

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5. 보호 회로 - 시스템을 죽음에서 지키는 안전장치

PSU는 다음과 같은 보호 회로를 내장합니다.

• OVP (Over Voltage Protection)
• OCP (Over Current Protection)
• OPP (Over Power Protection)
• UVP (Under Voltage Protection)
• SCP (Short Circuit Protection)
• OTP (Over Temperature Protection)

이 기능들이 없다면 전원 이상 한 번에 수십만 원짜리 CPU·GPU가 순식간에 사망합니다. 좋은 PSU가 필수인 이유입니다.

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6. 비유하자면 - “심장과 혈관 시스템”

컴퓨터 부품은 사람으로 치면 각각의 장기라고 할 때, PSU는 심장과 혈관 시스템의 역할입니다.

• 전압 = 혈압
• 전류 = 피의 양
• 레일 = 혈관
• 리플 = 불규칙한 맥박
• 보호 회로 = 백혈구/면역 반응

깨끗하고 안정적인 전력을 공급해야 CPU·GPU라는 두뇌와 근육이 제대로 작동합니다.

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7. 기술 발전의 역사 - 무거운 변압기 > SMPS > 고효율·저발열 PSU

과거 컴퓨터 전원은 무겁고 비효율적인 변압기 기반이었지만 SMPS의 등장으로 가벼워지고, 효율적이고, 고출력 지원이 가능해졌습니다.

 

오늘날은 DC-DC 구조, 80 PLUS 고효율, 고품질 캐패시터(Japanese Caps)가 전원공급장치 기술의 중심입니다.

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8. 오늘날 활용 - 게이밍·서버·AI 시스템

PSU는 단순한 소비자 부품을 넘어 핵심 인프라로 발전하고 있습니다.

• 게이밍 PC
• 워크스테이션
• GPU 서버
• NAS
• AI 서버 팜

특히 AI 서버는 GPU 수십 개를 구동하기 위해 고출력, 고효율 PSU (Platinum/Titanium)를 필수로 사용합니다.

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9. 요약

• PSU는 AC를 DC로 변환하는 시스템의 심장
• SMPS·PFC·DC-DC 변환·레일 구조가 안정적 전원을 만든다
• 효율·리플·보호 회로는 시스템 안정성을 결정
• 80 PLUS 등급은 발열·전력효율·소음과 직결
• 좋은 PSU는 PC 수명을 크게 늘려준다

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10. 다음 편 예고

다음 글에서는 전원이 들어온 뒤, 시스템이 어떻게 자신을 깨우는지 펌웨어의 세계를 탐구합니다.

 

다음 글 : [컴퓨터 과학/전원∙펌웨어] - [하드웨어 뜯어보기] 전원·펌웨어 #37 - BIOS와 UEFI의 탄생

[하드웨어 뜯어보기] 전원·펌웨어 #37 - BIOS와 UEFI의 탄생