최근 전기 및 하이브리드 전기 자동차, 풍력, 태양광 등 발전 인버터, 고전압 리튬 배터리 팩과 같은 고전력 애플리케이션 테스트에 대한 요구사항이 늘면서 고전력 전원공급기에 대한 수요가 증가하고 있다. 본고에서는 범용의 전원공급기로 대역폭을 효과적으로 확장하여 고전력 애플리케이션의 테스트 요구 사항을 충족하는 전원공급기에 대하여 알아본다.

개요
많은 애플리케이션에서 낮은 AC 임피던스 캐패시턴스성 부하에 정현파 전압 파형을 인가한다. 예를 들어 자동차 스테레오 시스템의 잡음 제거 기능을 테스트하기 위해 차량 얼터네이터의 노이즈를 에뮬레이팅 해야 할 때 이러한 기능이 필요할 것이다. 이러한 애플리케이션은 1 mF 에서1 F까지의 캐패시턴스성 부하에 대해 500 mV의 피크-피크 진폭으로 최대 20 kHz까지의 파형을 생성해야 하기도 한다.
상대적으로 높은 주파수의 파워 소싱을 전원 공급기에서 수행해야 하기 때문에 일반적으로 이런 유형의 테스트인 경우 DC 전압을 제공하는 전원 공급기와 파형의 AC 부분을 소싱하는 높은 대역폭의 전력 증폭기를 함께 써야 한다. 출력을 조절하는 기능이 있는 프로그래밍 전원 공급기의 경우, 극소수만이 감쇠 없이 충분히 높은 주파수 대역폭을 소싱 할 수 있으며, 오디오 전력 증폭기는 이러한 낮은 임피던스 부하를 구동할 만큼 충분한 소싱 능력이 없다. 이러한 이유로 이와 같은 형태의 셋업에서 사용되는 전력증폭기는 종종 고가이며 애플리케이션에 의존적이다.
만약 이와 같은 테스트에 범용의 프로그래밍이 가능한 전원 공급기를 사용할 수 있다면, 이 같은 특수한 고가의 증폭기가 필요 없다. 또한 DC 전압 및 AC 부분이 한 디바이스에서 공급 될 수 있기 때문에 테스트 셋업을 훨씬 더 간단히 할 수 있다.
다행히도 출력하려는 정현파의 주파수가 전원공급기의 프로그래밍 대역폭 제한을 넘더라도 프로그래밍은 가능하다.    
프로그래밍 가능한 전원 공급기의 대역폭 스펙보다 큰 주파수의 정현파 전압 파형을 프로그래밍 하면 파형의 AC 부분이 감쇠될 뿐이다. 감쇠는 예측이 가능하기 때문에 대역폭을 넘어서는 주파수에 따른 AC 감쇠를 수량화 할 수 있다. 각 주파수 별로 감쇠 보정 값을 계산하는 것으로 프로그래밍 대역폭 스펙보다 큰 주파수의 파형을 원하는 진폭으로 소싱 할 수 있다. 즉, 조금 싸고, 조금 느린 전원공급기의 대역폭을 효과적으로 확장하여 정현파를 생성할 수 있다.

전원공급기 대역폭
전원 공급기의 프로그래밍 대역폭이 제한되는 주 원인은 제어 대역폭 때문이다. 제어 대역폭은 전압을 제어하는 피드백 시스템의 제한으로 인하여 감쇠가 시작되는 주파수이다. 예를 들어 상대적으로 느린 정현파 파형을 프로그래밍 하고, 이 주파수가 전원공급기의 제어 대역폭 이내라면 피드백 시스템은 출력 전압이 레퍼런스 입력(reference input: 설정값) 을 쉽게 쫓아 가도록 제어한다. 하지만 제어 대역폭을 뛰어넘는 빠른 정현파 파형을 프로그래밍 하려고 한다면 레퍼런스 입력을 쫓아갈 수 없게 되고, 보정을 할 수 없게 돼 출력은 레퍼런스 입력에 대해 감쇠 및 지연 될 것이다. 이러한 피드백 보정은 전원공급기의 안정성을 보장하기 위해 설계에 의해서 제한되므로 이 보정을 수정하는 것이 가능할 수도 있고 아닐 수도 있다.

로드(load) 셋업에 의한 감쇠
고려해야 할 감쇠에 대한 또 다른 부분은 부하와 결선이다. 만약 직렬 저항과 인덕턴스, 대용량 캐패시턴스를 갖는 긴 길이의 결선을 가지고 있다면 2-pole의 LC필터가 형성 될 것이다. 전원 공급기 자체로는 무한한 대역폭을 갖춘 이상적인 전압원이라 하더라도 캐패시턴스성 부하 측에서 보여지는 정현파 전압은 LC 필터의 끝단 주파수 이상에서는 상당히 감쇠될 것이다. 관심 주파수에서 저항, 캐패시터 및 인덕터의 값과 각각의 임피던스를 계산하여 결선 및 부하 구성으로 인한 감쇠량의 주파수 응답을 예측할 수 있다.
예를 들어 10 mΩ 의 직렬 저항(R), 20 mF의 캐패시턴스(C) 그리고 1 μ H 인덕턴스(L) 가 있는 결선을 가지고 있다면, 전원 공급기 단자 전압에서 부하 전압까지의 게인은 쩁 1.6 kHz 에서부터 롤 오프 하기 시작할 것이며 빠르게 40 dB/decade의 비율로 감쇠 될 것이다 (그림 1 참조). 직렬 저항은  값에 영향을 주지 않지만 LC 필터를 댐핑하게 된다. 이러한 예시에서 1.6 kHz의 주파수로 프로그래밍된 정현파 파형은 단자에서 부하까지 2의 배수로 감쇠되고 5 kHz의 파형은 20의 배수로 감쇠되며, 16 kHz의 파형은 200의 배수로 감쇠 한다. 부하 및 리드 셋업으로 인한 감쇠율과 전원 공급기의 제어 대역폭으로부터 나오는 감쇠가 곱해져 전체 감쇠가 된다.
인덕턴스와 커패시턴스를 최소화시키면 감쇠가 시작되는 주파수를 높일 수 있을 것이다. 결선 길이 1 인치당 인덕턴스는 약 20 nH 이며, 따라서 접속을 짧게 가져간다면 인덕턴스를 더욱 낮출 수 있다. + 선과 - 선을 서로 꼬게 되면 주어진 길이에서 인덕턴스를 반 정도 줄일 수 있으며, 특수한 낮은 인덕턴스 케이블을 사용하면 더욱 더 낮출 수 있다. 만약 DUT(Device Under Test)가 특정 캐패시턴스 값을 필요로 할 경우 캐패시턴스를 낮추는 것은 어려울 수 있다. 캐패시터의 ESR(Equivalent
 Series Resistance : 등가직렬저항)은 감쇠를 제한 할 수 있지만, ESR은 캐패시터의 순기능(로드 단에서의 순간적 전압 강하(transient drop) 방지, 전원 공급기의 전압 노이즈의 필터링)을 제한하게 된다.

감쇠보정
만약 위에서 언급한 대역폭 제한을 초과하는 주파수에 특정 진폭을 갖는 정현파 파형을 프로그래밍 하고 싶다면, 각 주파수에서 얼마나 많은 감쇠가 발생하는지를 계산하거나 측정해야 한다. 기본적인 아이디어는 처음에 특정 주파수에서 원하는 진폭과 함께 파형을 프로그래밍 하고, 부하에서 출력 파형의 AC 진폭을 측정하고 감쇠율을 얻기 위해 출력 진폭으로 프로그래밍 된 진폭(설정진폭)을 나누는 것이다. 이 주파수에서 프로그래밍 시에는 프로그램 파형을 구해진 감쇠 값으로 보정해 주면 된다(그림 2 참조). 특정 부하 구성시에 주파수별 감쇠율 테이블을 만들어 두면, 동일 조건에서 자동적으로 감쇠를 보상할 수 있다. 
근래의 다소 진보된 프로그래밍 가능한 전원 공급기는 출력 제어 대역폭보다 훨씬 큰 측정 대역폭과 디지타이징 기능을 갖추고 있다. 이러한 공급기들은 증폭을 측정하는 오실로스코프 없이도 감쇠 대 주파수 측정 과정을 스스로 수행 할 수 있다. 예를 들어 MATLAB이나 MS엑셀 VBA에서 루틴을 작성해서 주어진 주파수의 정현파를 출력하고, 출력 전압을 전원 공급기에서 디지타이징 하여 출력에 대한 실제 진폭을 측정 및 계산할 수 있으며, 그 결과로 나타난 감쇠를 계산할 수 있다. 이러한 과정을 반복 하면 측정 대역폭에서 허용되는 최대 주파수까지 주파수 대 감쇠 세트 리스트를 구할 수 있다. 이런 세트 리스트는 셋업 주파수가 자주 바뀌는 경우 특히 유용하다. 셋업 주파수가 바뀔때마다 주파수 응답을 빨리 재 계산해야 되기 때문이다. 이 기능이 있는 전원 공급기 제품군의 대표적인 제품은 애질런트 N7900 시리즈 진보형 전원 시스템(Advanced Power System: APS)이다.

진폭 보정에 대한 실질적 제한
부하 및 리드 셋업이 포함된 전원공급기의 진폭 감쇠를 보정하는 기술은 몇 가지 한계를 가지고 있다. 24-VDC 등급의 전원공급기를 이용해서 12-VDC오프셋의 5-Vpp 20 kHz 파형을 프로그래밍 한다고 가정해보자. 언뜻 보기에 부하 전압이 최대 14.5 V, 최소 9.5 V 이기 때문에 전원공급기 사용 범위 안에 있는 것으로 보일 것이다. 하지만 보정해야 하는 감쇠 때문에 사용이 불가능 할 수도 있다. 만약 프로그래밍 대역폭이 2 kHz 라면, 안정적인 제어 루프의 경우, 전원 공급기 제어 대역폭으로 인해 20 kHz에서의 감쇠는 약 14가 된다.
결선연결이 1 μ H 의 인덕턴스와 10 mΩ 의 저항, 1 mF 캐패시턴스를 가지고 있다면, 부하 및 결선연결로 인한 감쇠율은 약 5가 될 것이다. 총 감쇠는 14X5=70 이 된다. 이론적으로는 출력에서 원하는 진폭을 만들기 위해 350-Vpp가 되는 파형의 사인 곡선 부분을 프로그래밍 해야 할 것이다. 확실히 이 전원 공급기(24 VDC)로는 이렇게 큰 값을 프로그래밍 할 수 없다. 보정된 전압 프로그래밍 파형이 공급기 능력에 초과되지 않는 지 혹은 전원 공급기로 원하는 파형을 생성 할 수 있는 지 확인할 필요가 있다.
추가적으로, 전원 공급기 내에 있는 내부 보호용 전류 제한이 비교적 큰 진폭의 고주파 파형을 소싱할 수 있는 능력을 제한 할 수도 있다. 보정된 프로그램 진폭이 전원공급기의 스펙 안에 있다 하더라도 필요한 슬루율(slew rate:시간에 따른 전압 변화량)이 전원 공급기가 발생하기에 너무 높을 수 있다. 이 같은 파형을 프로그래밍 하려고 한다면 왜곡되어 삼각파나 비대칭이 될 수도 있다. 이러한 효과는 낮은 임피던스 부하와 높은 레벨의 DC 전류 소싱의 경우 최악이 된다. 만약 테스트에 낮은 왜곡이 요구된다면 실제 출력 파형이 깨끗한 정현파인지 확인 하는 것이 좋다.

결론
프로그래밍 가능한 전원공급기에서 대역폭을 확장하는 것은 예상했던 것보다 더 이점이 있다. 특히, 같은 테스트를 비싼 장비를 구매하지 않고도 수행할 수 있다.