Ender 3 V3 SE Klipper 전환 기록 (6) - BTT Pi 전원 통합

프린터를 구동하기 위해 프린터 본체의 전원과 호스트의 전원을 별도로 관리하는 것은 상당히 번거롭다. 한편 일반적으로 프린터의 PSU는 출력에 약간의 마진을 둔다. 그리고 BTT Pi 같은 SBC는 프린터 전체 소모 전력에 비하면 상당히 적은 전력을 소모하는 편이다. 즉, 프린터 PSU의 여유 전력으로 BTT Pi에 전원을 공급할 수 있고, 이러면 프린터 본체의 전원과 호스트의 전원을 별도로 관리할 필요가 없어진다.

시작하기 전 주의

이 글에서는 프린터의 PSU를 열고 전원 배선을 추가하는 작업을 다룬다. 전원 배선 작업 경험이 없거나 AC/DC 전원과 PSU의 구조를 이해하지 못한다면 따라하지 않는 것을 강력히 권장한다. 작업할 때는 전원 스위치만 끄지 말고 반드시 전원 플러그를 분리해야 하며, 아래에서 설명하는 DC 출력 단자 외에는 건드리지 않아야 한다.

준비물

먼저 전원 선이 필요하다. 24V를 사용하기 때문에 전류가 꽤 낮은 편이라, 꼭 두꺼운 전선을 쓸 필요는 없다. 다만 압착 시 어느 정도 두꺼운 전선이 편리할 수는 있다. 나는 20 AWG를 사용했다. DC 전원을 다루기 때문에 추후 알아보기 쉽게 빨간색/검정색 조합의 2가닥의 선을 권장한다.

Ender 3 V3 SE의 순정 PSU를 보면 V+/V- 단자가 각각 두 개씩 있고, 이 중 하나만 사용 중이다. 남는 단자에 BTT Pi의 전원을 물리면 되는데, 이를 위해서는 포크형 단자(링형 단자도 가능하지만, 이 목적에는 오버킬이며 불편한 경향이 있다.)를 2개 준비해야 한다. SV1.25-4 단자를 사용하니 잘 연결되는 것을 확인했다.

BTT Pi 측을 보면 외부 전원을 공급받기 위한 스크류 단자가 위치해 있다. 그러나 연선을 그대로 여기에 연결하는 것은 가급적 피하는 것이 좋다. 가장 좋은 방법은 페롤 단자를 쓰는 것이다. 나는 당장 가진 것이 없어 단선인 UTP를 잘라 1페어씩 한 단자에 연결했지만, 이는 임시 조치이며 권장하는 방법은 아니다.

포크형 단자와 페롤 단자 모두 연결하려면 각 단자에 맞는 압착기가 필요하다. 플라이어 등으로 억지로 압착하거나 적합하지 않은 압착기를 사용하면 단자가 뭉개지기만 하고 전선이 쉽게 분리될 수 있다. 게다가 압착 불량이나 느슨한 체결은 접촉 저항을 높여 발열의 원인이 될 수도 있다. 나는 가지고 있던 압착기로 단자를 정상적으로 압착하지 못해 부득이하게 납땜했지만, 이 역시 권장하는 방식은 아니다.

추가적으로 BTT Pi의 공식 사양은 12~24V 입력을 지원하지만, 사용자 후기를 찾아보면 24V에 장기간 직결해도 문제없었다는 사례와 24V 연결 후 전원부가 고장났다는 사례가 함께 보였다. 고장의 원인이 보드 설계나 생산 편차, 전원 투입 시의 서지 등 무엇인지는 확인하지 못했다. 다만 벅 컨버터를 추가하는 비용이 크지 않고 Klipper는 호스트의 전원 안정성이 중요한 만큼, 나는 위험을 줄이기 위해 12V로 강압하여 공급하기로 했다.

마지막으로 멀티미터를 준비하는 것이 좋다. 특히 가변형 벅 컨버터는 출고 상태의 출력 전압이 일정하다고 가정할 수 없으므로, BTT Pi를 연결하기 전에 출력 전압을 반드시 측정해야 한다. 나는 12V 고정형을 쓰긴 했지만, 이 경우에도 배선 실수나 컨버터 고장 등 만약의 상황에서 BTT Pi를 보호하기 위해 측정해 보는 것이 유리하다.

프린터 하판 분리

프린터의 전원 플러그를 분리한 후 눕히고 하판을 분리한다. 참고로 국내에서 사용하는 플러그와 콘센트는 L/N의 방향이 고정되지 않으며, 이 프린터의 전원 스위치가 두 극을 모두 차단하는 구조인지도 확인하지 않았다. 따라서 스위치만 끈 상태에서는 내부의 한쪽 선에 전압이 남아 있을 가능성을 배제할 수 없다. 반드시 플러그를 분리해야 한다.

전원선이 연결되는 위치에 PSU가 존재한다. 단자들은 두 구역으로 나뉘어 있다. 3개의 단자가 있는 곳은 AC 입력 단자(L/N/접지)이며 절대 건드리지 않는다. 4개의 단자가 있는 구역은 DC 출력이고, 마킹을 보면 V+/V-로 나뉘어 있다. 각각 한 곳씩 비어 있는데, 이곳이 단자를 연결할 위치이다.

배선 및 벅 컨버터 연결

각 전선의 한쪽 끝에 포크 단자를 연결하고, 앞서 확인한 V+/V- 단자에 극성을 맞춰 연결한다. 연결한 뒤에는 단자가 확실히 고정되었는지 가볍게 당겨 확인하고 나사도 다시 점검한다. 느슨한 단자는 발열이나 오동작의 원인이 될 수 있다.

이 배선은 우측 Z 레일 하단에 위치하는 구멍을 통해 밖으로 보냈다. 기본적으로 이 위치는 사용하지 않기 때문에 막혀 있을 수 있는데, 드라이버 등으로 눌러 주면 뚫린다.

나는 발열을 고려해 벅 컨버터를 프린터 밖에 두기로 했다. 밖으로 뺀 전선을 적당한 길이에서 잘라 벅 컨버터의 입력에 극성을 맞춰 연결한다.

테스트

아직 BTT Pi는 연결하지 않은 상태에서 벅 컨버터의 출력을 먼저 점검한다. 배선과 단자 체결 상태를 다시 확인한 뒤 프린터의 전원을 연결하고, 멀티미터로 벅 컨버터의 출력 극성과 전압을 측정한다. 12V가 정상적으로 측정되는 것을 확인한 후 다시 전원 플러그를 분리한다.

BTT Pi 연결

전원 플러그가 분리된 것을 확인한 뒤 벅 컨버터의 출력과 BTT Pi의 전원 입력을 연결한다. BTT Pi의 스크류 단자 옆에는 GND/12V 마킹이 있으므로 이를 보고 극성을 맞춘다. 페롤 단자가 있다면 BTT Pi에 연결되는 전선 끝에 압착한다. 나는 앞서 언급했듯이 UTP의 단선을 임시로 사용했다.

작동 테스트

다시 프린터의 전원 플러그를 연결하고 전원을 켠다. 정상적으로 배선되었다면 BTT Pi도 즉시 켜져야 한다. BTT Pi가 정상적으로 부팅되는 것을 확인한 뒤 다시 전원 플러그를 분리하고, 배선이 눌리거나 움직이는 부분이 없는지 확인하면서 하판을 덮는다. 이후 프린터를 다시 세우면 된다.

후기 및 다음에 다룰 내용

이제 두 전원을 따로 다룰 필요 없이, 프린터 전원만 연결하면 호스트까지 함께 작동 가능하게 되었다. 물론 BTT Pi가 프린터를 켤 때 항상 같이 켜지기 때문에 가끔 불편한 상황이 생기기도 하지만, 그럼에도 전원을 별도로 관리할 필요가 없다는 점은 분명 편리했다.

한편 이 작업의 목표 중, BTT Pi의 위치를 순정 디스플레이 자리인 프린터 우측으로 바꾸는 것도 있었다. 그리고 순정 디스플레이는 UART를 통해 프린터와 통신하는데, 이것을 BTT Pi와 프린터 간 통신에 쓸 수 있다. 이렇게 하면 다소 거추장스러웠던 USB A to C 케이블을 제거할 수 있다. 그러나 이 작업 전, 현재의 순정 디스플레이를 살리는 포크에서 이 기능이 없는 포크로 넘어가야 한다. 다음에는 이 내용에 대해 다루어 보는 간단한 포스트를 작성할 계획이다.