로옴, 업계 최초 48V에서 3.3V로 직접 강압 기술 확립

자동차/산업기기의 안정 동작 및 고효율화, 소형화, 설계 부하 경감
  • 편집부
  • 2016-06-21 오전 10:15:37

로옴(ROHM)이 자동차 및 산업기기 등에서 수요가 늘고 있는 48V 등의 높은 입력 전압에서 3.3V 및 5V 등의 저전압으로 직접 강압(Step-Down)이 가능한 DC/DC 컨버터 IC 기술을 확립했다.

이 기술은 고내압 MOSFET을 내장해 80V 고내압을 실현함과 동시에 독자적인 펄스 제어 기술을 통해 업계 최소의 스위칭 ON 시간인 20 ns를 달성했다. 이에 따라, 2 MHz의 고정 스위칭 주파수를 사용하면서 48 V에서 3.3 V로 안정적으로 강압할 수 있는 전원 시스템을 실현한다.

강압비를 대폭 향상시킴으로써 세컨더리 전원 IC 등을 통한 중간 변환이 필요 없으며, 전류 모드 제어에 의한 위상 보상도 간단히 실현해 각종 애플리케이션의 고효율화와 소형화, 설계 부하 경감에 크게 기여한다. 로옴은 이 기술을 활용한 제품인 BD51180 TL을 2016년 중에 샘플 출하하는 것을 목표로 박차를 가하고 있다.

 

자동차 분야에서는 기존의 12 V 전원 시스템에 비해 연비 개선 효율이 높고, 안전성을 고려한 48 V 전원 시스템을 탑재한 하이브리드 자동차가 주목을 받고 있다. 그러나 일반적으로 48 V에서 차량용 MCU 및 제어 시스템을 구동하기 위해 필요한 3.3 V 및 5 V로 직접 강압할 수 있는, 강압비가 높은 전원 IC는 존재하지 않았다. 따라서 12 V 등의 중간 전압을 만들어 2단계에 걸쳐 강압할 필요가 있었다. 한편, 라디오 대역에 대한 영향을 방지하기 위해 2 MHz 이상의 고주파 동작도 요구되고 있다.

이러한 ‘고입력, 저출력, 고주파 동작’과 같은 시장 요구를 실현하기 위해서는 스위칭 ON 시간을 단축시킬 필요가 있으나, 기존 방법으로는 노이즈로부터 영향을 받기 쉬워 스위칭 ON 시간의 극소화가 어려웠다.

로옴은 단시간에 펄스를 제어하는 독자적인 기술을 활용함으로써 기존 대비 1/6인 업계 최소의 스위칭 ON 시간 20 ns를 달성했다. 이에 따라, 전원 시스템의 48 V에서 각 기능을 구동시키는 데 필요한 3.3 V로 안정된 전압을 출력할 수 있다. 또한 라디오 AM 대역인 1.84 MHz(max.) 범위 밖인 2 MHz로 구동 주파수를 고정해 주파수 간섭에 대한 우려도 없다.

DC/DC 컨버터와 같은 스위칭 전원은 피드백 제어 회로를 가지고 있으며, 이상 발진을 방지하기 위해 위상 보상이 필수적이다. 전류 모드 제어는 간단히 위상 보상을 설정할 수 있지만, 스위칭 ON 시간이 짧아져 제어 자체가 어렵다는 과제가 있다. 이번에 확립한 DC/DC 컨버터 IC 기술은 짧은 펄스 폭에서 전류 제어가 가능한 전류 모드 제어를 채용해 위상 보상을 간단히 실현함으로써 세트의 설계 부하 경감에 기여한다. 2개의 부품만으로 폭넓은 입력전압 범위에서 안정된 동작을 실현할 수 있다.

로옴은 자사의 고내압 MOSFET을 채용함으로써 기존 제품 대비 약 4.6배인 12~65 V로 입력전압 범위를 확대하는 데 성공했다. 이에 따라 자동차기기에서 산업기기까지 폭넓은 애플리케이션에 대응할 수 있다.

기존 제품의 경우, 방열 문제로 인해 소형화가 어려웠으나, VQFN24SV 4040은 이면 방열이므로, 4.0×4.0×1.0 mm의 패키지 채용이 가능해 기존 제품 대비 54%의 소형화를 실현했다.

이 외에 각종 보호 기능을 탑재해 안전성을 확보했다. AEC-Q100 준수와 더불어 과전류 보호, 저/고 입력 오동작 방지, 출력 과전압 보호, 온도 보호, 부하 단락 보호 등 기존 제품과 동일한 보호 기능을 제공한다. 

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