더 다양한 기능 구현하려면 '더 많은' 전력 필수
I2R 손실, "시스템 효율에 악영향" 전력 흐름 방해
48V, 효율성과 안정성 동시에 챙기는 안전한 전압

최근 애플리케이션 제품 설계 시 요구되는 사항들이 전보다 까다로워졌다. 시장에서 애플리케이션 제품에 기대하는 바가 커졌기 때문이다.
데이터가 자원인 4차 산업혁명 시대와 5G 통신의 상용화가 도래하면서 오늘날의 애플리케이션 제품은 기본적으로 막대한 양의 데이터를 빠르게 처리해야만 한다. 또 초고속 통신과 장기간 실행도 염두 해야 한다. 더 높은 토크와 더 밝은 조명은 말할 것도 없다.

이러한 다양한 기능을 ‘더 많이’ 제공하기 위해서는 '더 많은' 전력의 공급이 필요하다. 일반적으로 한 제품에 더 많은 전력을 제공하는 것은 크기와 무게 때문에 매우 제한적이다. 따라서 기존 배전을 12V에서 48V로 전환하는 기업이 증가하는 추세다.


여러 장점으로 12V를 대체하는 48V
I2R 손실로 발생한 열은 시스템 효율에 악영향을 미치는 동시에 케이블, 커넥터, PCB 등의 전력 흐름을 방해할 수 있다.

최근 서버의 프로세서 전력은 100W, 200W, 심지어 300W 이상으로 늘어났다. 이렇게 증가한 전력을 여러 서버 프로세서에 배전했을 때, 전보다 더 많은 I2R 손실이 발생한다. 여기서 더 높은 전압을 배전한다면 I2R 손실을 감소할 수 있다.
전력 손실은 전류의 제곱과 매체의 저항에 비례한다. 따라서 48V 배전은 12V 배전보다 전력 손실이 16분의 1이나 적고 커패시터 볼륨도 4분의 1로 줄일 수 있어 에너지 효율 측면에서 우월하다.


왜 더 높은 60V나 72V가 아닌 48V 인가?
48V가 12V보다 I2R 손실이 적다면, 48V보다 높은 전압을 배전하면 손실을 더 줄일 수 있지 않을까?

그렇지 않다. 60V 이상을 배전하면 인체에 해를 끼친다. 따라서 안전 조치를 취해야 하므로 효율성이 떨어진다. 효율성과 안전성을 모두 고려했을 때 48V는 12V를 대체할 최적의 전압이다.

바이코 코리아의 정기천 지사대표는 "DC 전원은 입출력 변환 범위가 있는데 48V의 입출력 변환 범위는 최대 60V에 이른다"라며, "여러 국제안전 규격에서는 60V까지를 인체에 해가 크지 않은 전압으로 규정하고 있어 업계에서는 48V를 가장 효율적이고 안전한 전압의 하나로 보고 있다"라고 설명했다.
즉, 안전을 고려할 때 48V는 가장 효율적인 전압이다.

60V보다 낮은 전압을 사용하는 것은 12V 사용에 대한 운용 요구 사항을 참조하면서 SELV(Safety Extra Low Voltage, 안전 초저전압)를 고려한 것이다. 따라서 48V 배전 방식은 SELV 문제없이 I2R 손실을 최소화한다.


일찌감치 48V DC 전원을 규격화 한 통신 업계
오늘날 통신 업계의 시작은 유선 전화의 상용화부터다. 근대식 전화 및 전화 교환기는 48V를 사용한 최초의 사례다. 알렉산더 그레이엄 벨이 상용화한 최초의 유선 전화기는 12V였으며 여러 요건을 고려한 끝에 48V를 채택하게 되었다.

12V를 사용하는 다른 업계와 달리 통신 업계에서 48V를 사용하는 이유는 무엇일까? 통신 서비스는 안정성이 최우선이다. 그 어떤 서비스 이용자도 통신이 도중에 끊기는 걸 원하지 않는다. 통신이 자주 끊긴다면 소통이 단절되는 건 물론이고 막대한 경제적 손해를 끼칠 수도 있다.

48V는 안정성이 높다. 48V는 동작 전압의 비율로 따질 경우 거리에 따른 전압 손실이 적고 게이지 와이어에 대한 요구 사항이 적을뿐만 아니라 배터리 백업이 간단하다.

48V는 통신 업계 밖에서도 채택 비율이 높아지고 있다. 낙뢰나 서지에 대한 요구 사항이 없고, 30V~60V의 입출력 변환 범위로 인해 많은 엔지니어들이 긍정적인 평가를 내리고 있기 때문이다.

대표적으로 데이터 센터, 오토모티브, LED 조명, 전동 공구와 같은 분야에서 48V가 채택되고 있다.

48V는 이제 새로운 12V이다.

<"12V 전원을 48V 전원으로 대체하는 기업들"에서 계속>