TI, 업계에서 가장 높은 전력밀도 제공하는 12V, 10A, 10MHz DC/DC 컨버터 IC 출시

TI코리아 차영길 이사는 전력변환의 트렌드로서 에너지 효율, 통합, 고전압, 전력밀도 이 4가지를 꼽고, 새로운 TPS54A20은 이 4 가지를 충족시킨다고 말했다.

아날로그 IC 및 임베디드 프로세서 개발을 주도하는, 반도체 설계 제조업체 TI(Texas Instruments)가 지난 6월 1일 자사 사무실에서 기자간담회를 열고, 50A/㎤ 이상의 전류밀도를 제공하는 업계 최초의 12V, 10A, 10MHz 직렬 커패시터 벅 컨버터 IC를 출시했다. 이러한 전류밀도는 현재 이용할 수 있는 다른 12V 전원관리 소자 또는 솔루션에 비해 4배 높은 성능을 달성한다는 것이 특징이다.

TI가 발표한 TPS54A20 SWIFT 동기식 DC/DC 컨버터 제품은 고유한 인터리빙 방식의 토폴로지를 적용하여 8V~14V 입력 및 10A 출력 애플리케이션에 요구되는 특수한 자기소자나 복합 반도체를 사용하지 않고서 위상 당 최대 5MHz에 이르는 고속 스위칭 동작이 가능하다.

또한 TI의 WEBENCH 파워디자인 툴을 통해 이 스텝다운 컨버터를 사용함으로써, 공간 및 높이가 제약적인 POL(point of load) 통신 및 네트워킹 전원장치 설계에 적합하며, 개발시간 단축이 가능하다.

TI의 WEBENCH 디자이너 및 파워 아키텍처는 업계에서 유일하게 온라인 환경을 지원하는 툴로서, 전체 회로설계 및 시뮬레이션, 최적화된 풋프린트, 가격 및 효율성의 이점을 제공하며, CAD 툴로 도면과 PCB 레이아웃 파일을 직접 다운로드할 수도 있다. 이날 발표를 담당한 TI코리아 차영길 이사는 이 WEBENCH는 TI의 가장 큰 경쟁력으로, 고객에게 큰 이점을 제공한다고 설명했다.

차 이사는 전력변환의 트렌드로서 에너지 효율, 통합, 고전압, 전력밀도 이 4가지를 꼽고, 새로운 TPS54A20 SWIFT 동기식 DC/DC 컨버터 제품은 이 4가지를 충족시킨다고 말했다.

TPS54A20

(그림 1) 500kHz로 동작하는 12VIN 10AOUT 벅 컨버터(a)와 위상 당 2MHz로 동작하는 직렬 커패시터 벅 컨버터(b)의 크기 비교

(그림 2) 500kHz로 동작하는 12VIN 10AOUT 벅 컨버터(a)와 위상 당 2MHz로 동작하는 직렬 커패시터 벅 컨버터(b)의 높이 비교

차 이사가 설명한 TPS54A20의 특징은 3가지로 정리된다.

첫 번째는 소형크기다. 이 제품은 소형 HotRod QFN(quad flat no-lead) 패키지로 제공되며, 경제적인 비용의 작은 2MHz~5MHz 인덕터로 131mm2의 솔루션 크기를 달성할 수 있다. 이는 유사 500kHz DC/DC 컨버터 설계보다 50%나 적은 면적을 차지한다.

레귤레이터의 크기를 줄이는 한 가지 확실한 방법은 동작주파수를 높이는 것이다.

대부분의 POL(point-of-load) 전압 레귤레이터는 벅(스텝다운) 토폴로지를 사용한 스위칭 컨버터이므로, 스위칭 주파수를 높이면 레귤레이터의 설계사양에 따라 요구되는 인덕턴스 및 커패시턴스를 줄일 수 있다. 인덕터와 커패시터는 [그림 1] (a)에서 확인하듯이 DC/DC 컨버터에서 대부분의 공간을 차지하므로, 이 방법이 상당히 효과적일 수 있다. 그러나 무턱대고 주파수를 높였다가는 전력손실이 증가할 수 있다. 스위칭 동작이 일어날 때 마다 에너지가 손실되기 때문이다.

결과적으로 주파수에 따라 스위칭 손실이 증가하게 되고, 이로써 변환효율이 저하되고 열 발생이 중대한 문제가 될 수 있다. 그러므로 오늘날 대부분의 컨버터에서는 주파수가 수백 킬로헤르츠대로 제한적이다. 1MHz 이상으로동작하는 기기들은 일반적으로 저전압(5V 이하) 및 저 전류(1A 미만)이다.

이 때문에 TI는 지난 수십 년에 걸쳐서 산업의 동력으로 사용되어온 벅토폴로지에서 탈피하여 고전압 변환율 POL(point-of-load) 애플리케이션을 위해 최적화된 새로운 DC/DC 컨버터 토폴로지를 선보였다.

두 번째는 낮은 프로파일이다. 높이가 2mm 미만이므로 크기, 무게 및 BOM(bill of materials)을 절감할 수 있고, 소형 10A 전압의 레귤레이터를 PCB(printed circuit board) 후면에 탑재할 수 있다. 이에 따라 개발자들은 산업용 서버나 여타 공간제한적인 애플리케이션에서 TPS54A20의 소형 크기의 이점을 활용할 수 있다.

세 번째는 메가헤르츠(MHz) 대의 스위칭 동작주파수다. 14ns 최소 온타임(on-time)이 가능하기 때문에, 효율이나 EMI(electromagnetic interference) 성능저하 없이 4/7/10MHz 동작이 가능하며, DDR(double-data-rate) 4 메모리 애플리케이션을 위한 1.2V 출력전압을 제공한다.

TI코리아는 이 TPS54A20는 공간과 높이가 제한되어 있는데 사용할 수 있게 설계되었다고 말하고, 서버와 텔레콤/데이타콤, 의료, 테스트&측정 애플리케이션에 적합하다고 설명했다.

<월간 무인화기술 2016년 7월호>

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - TI, 업계에서 가장 높은 전력밀도 제공하는 12V, 10A, 10MHz DC/DC 컨버터 IC 출시