MOSFET를 내장한 고효율 AC-DC 컨버터 IC BM2Pxxx 시리즈：기존 AC-DC 컨버터의 과제는 효율과 사이즈

로옴은 기존 AC-DC 컨버터의 과제를 해결하기 위해 BM2Pxxx 시리즈를 개발하였습니다. 총 24기종의 BM2Pxxx 시리즈는 출력 파워 트랜지스터와 다양한 보호 기능을 내장함으로써, 매우 소형임과 동시에 Energy Star 6.0을 만족하는 고효율을 실현하였습니다. 이 AC-DC 컨버터 IC의 새로운 시리즈에 대해 조금 더 자세히 알기 위해, 로옴의 어플리케이션 엔지니어를 인터뷰하였습니다.

－AC-DC 컨버터용 IC인 BM2Pxxx 시리즈가 개발됨에 따라, 기존 AC-DC 컨버터의 과제를 해결할 수 있었다고 들었습니다. 그럼 우선, 기존 AC-DC 컨버터의 과제에 대해 알려주십시오.

AC-DC 컨버터는 매우 다양하며 출력전력도 폭넓습니다. 과제에 대한 이야기를 하기 전에, 먼저 BM2P 시리즈가 타겟으로 하는 사양 및 시장에 대해 설명드리겠습니다. BM2Pxxx 시리즈는 기본적으로 25W까지의 절연형 또는 비절연형 플라이백 AC-DC 컨버터를 구축할 수 있습니다. 25W는 12V일 경우 2A, 5V일 경우 5A로 비교적 작은 전원입니다.

－구체적인 어플리케이션을 알려주시면 이해하기 쉬울 것 같습니다.

예를 들어 AC 어댑터, 가전, 사무기기 등입니다. 이러한 분야의 기기는 최근의 저전력 요구에 따라 기본적으로 저소비전력이 요구됩니다. 또한, 대기 시를 포함한 효율 향상, 그리고 스페이스 절약 관점에서 소형화에 대한 요구가 높습니다.

－DC-DC 컨버터, 특히 휴대기기에 사용되는 것은 90%를 넘는 고효율이 당연시되고 있어, 효율 향상은 이제 한계에 이르렀다는 견해도 있는데, AC-DC 컨버터는 다른가요?

말씀하신 대로 DC-DC 컨버터는 매우 고효율이며 소형화되어 있습니다. 단지, DC-DC 컨버터의 입력전압은 높더라도 수십V인 반면, AC-DC 컨버터는 입력이 AC이므로, 위에서 예로 든 기기의 전원이 되는 상용 전원은 공칭 100VAC~230VAC로 고압입니다. 스위칭 방식의 변환 과정에서는 입력된 AC 전압을 정류하여 DC화하기 때문에, 약 1.4배인 140VDC～320VDC 이상이 됩니다. 이러한 고전압을 취급하기 위해서는 파워 반도체가 사용됩니다. 구체적으로는 트랜지스터 및 다이오드이며, 이러한 제품은 효율을 높인다기 보다 손실을 작게 한다는 표현이 이해하기 쉬울 것 같습니다.

－기존의 AC-DC 컨버터는 효율이 어느 정도입니까?

일률적으로는 말하기 어렵지만, AC 어댑터를 예로 들면, 기존의 스위칭 방식의 효율은, 아무리 좋은 제품이라도 80% 전후입니다. AC 어댑터는 AC-DC 컨버터 그 자체이지만, 일반적으로 사무기기 등에서는 AC-DC 컨버터 이전에 전자 회로용 저전압 전원으로서 DC-DC 컨버터에 연결됩니다. 기기 전체로서의 전원 효율을 고려하면, 모든 전원의 효율을 향상시킬 필요가 있기 때문에 이미 DC-DC 컨버터는 상당한 고효율을 달성하고 있습니다. 따라서 AC-DC 컨버터의 효율 향상이 급선무가 되는 것입니다.

－AC-DC 컨버터가 부품 사이즈가 크고 입체적인 것은, 고내압 부품에 관련이 있기 때문에 어쩔 수 없는 것이 아닐까요?

정류기 및 콘덴서, 스위칭 트랜지스터 등 고전압을 취급하는 부품 및 방열기 등의 물리적 사이즈는 어쩔 수 없습니다. 그러나, 제어 방법을 통해 발열을 작게 하거나, 소형 주변 부품을 사용할 수 있도록 하는 방법은 가능합니다. 또한, 보호 기능 등을 전원 IC에 집적하여 부품 수를 줄일 수도 있습니다. 물론, 전원 IC도 소형화가 가능합니다. 따라서 결론적으로 소형화는 가능합니다. 이와 같이 지금까지 불가능했던 것을 가능하게 하는 것이 바로 엔지니어의 일인 것입니다.

－그러면, 기존 AC-DC 컨버터의 과제는 효율 개선과 소형화이며, BM2Pxxx 시리즈는 그 솔루션이라고 할 수 있겠군요.

25W 클래스까지의 AC-DC 컨버터라는 전제가 있긴 하지만, 그렇다고 할 수 있습니다. 효율 개선과 소형화가 중요한 과제입니다. 덧붙여 말하자면, 대기 시 전력 삭감도 큰 과제입니다. Energy Star라는 OA 기기의 국제 에너지 절약 기준에 대해 잘 아시겠지만, 사무기기 등은 이 기준을 만족해야 합니다. 이러한 점도 고려하여 BM2Pxxx 시리즈를 개발하였습니다.

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