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엔지니어 인터뷰

차량용 세컨더리 전원으로 개발된 동기정류 강압 DC/DC 컨버터

자동차기기에 있어서 세컨더리 전원의 메리트

BD9S 시리즈 –제1장–

주목 키워드
  • 세컨더리 전원
  • 입력내압
  • 차량용
  • 강압비

BD9S 시리즈는 차량용 전자기기의 저전력화와 소형화를 위해 개발되었으며, LDO와 동등한 부품수와 실장 면적으로, 효율과 공급 전력을 대폭 향상시킬 수 있다고 합니다.
이러한 키 포인트에 대해, 로옴의 필드 어플리케이션 엔지니어인 하라다 쇼이치씨를 인터뷰하였습니다.

-BD9S 시리즈의 개요에 대한 설명에 앞서, 「차량용 세컨더리 전원」의 의미에 대해 알려주십시오.

우선 「차량용」의 의미를 설명하겠습니다. 본 시리즈는 최근 차량용 IC의 규격으로 실질적인 업계 표준인 AEC-Q100에 대응하고 있으며, 동작온도 범위의 정격에서도 자동차기기의 요구에 대응 가능하도록 -40℃~+125℃로 설정하였습니다.
또한, 생산 공정 및 품질 관리, 그리고 공급면에서도 로옴의 오토모티브 사양에 근거하고 있으므로, 「차량용」이라고 확실히 표기한 것입니다. 물론, 자동차기기 이외에서도 사용이 가능한 제품입니다.

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세컨더리 (secondary)」는, 자동차 배터리를 직접 입력으로 사용하지 않고, 별도의 레귤레이터로 강압된 전압을 입력으로 사용하는 것을 전제로 한 사양이므로, 세컨더리라고 부르는 것입니다. 여러가지 호칭이 있겠지만, 여기에서 포인트는 배터리부터 2단째 이후의 전원이라는 점입니다. 자세한 내용은 뒤에서 설명하도록 하겠습니다.

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-출력전압의 사양은?

BD9S 시리즈는 동기정류 타입의 강압 DC/DC 컨버터로, 스위칭 주파수는 2.25MHz입니다. 칩에 집적 가능한 회로 및 소자는 최대한으로 탑재하였습니다. 출력 트랜지스터도 내장하였으며, 구성은 Top이 Pch, Bottom이 Nch입니다. 출력전압은 고정 1.2V, 1.5V, 1.8V가 구비되어 있습니다.
출력전류는 각 출력전압에 따라 2A와 3A의 2기종이 있으며, 1.2V 제품에는 1A 출력의 기종이 추가되어, 현재 총 7기종을 구비하고 있습니다. 가변 출력 제품도 개발중입니다.

-입력전압 사양은?

BD9S 시리즈의 입력전압 범위는 2.69V~5.5V입니다. 이 부분이 앞서 설명한 「세컨더리」와 직접 관련된 부분입니다. 차량용 전자기기에서는 5V 또는 3.3V를 주전원으로 하는 경우가 많으며, 승용차의 경우 12V 배터리에서 직접 5V 또는 3.3V로 변환하는 것이 일반적입니다.

배터리 전압에서의 변환을 프라이머리라고 부르는 지에 대한 여부는 제쳐두고, 이러한 1단째의 DC/DC 컨버터는 변동이 큰 12V 배터리 출력을 입력전원으로 사용하므로, 일반적으로는 입력내압 40V 정도의 제품이 사용됩니다.
반면에 BD9S 시리즈의 입력전압 범위는 2.69V~5.5V이므로, 1단째가 변환한 5V 및 3.3V를 1.2V, 1.5V, 1.8V와 같이 더 낮은 전압으로 변환하는, 2단째의 DC/DC 컨버터로서 사용하는 것을 목적으로 하고 있습니다.

-조금 주제에서 벗어나는 질문같지만, 2단이 필요한 이유는 무엇입니까?
배터리 전압에서 직접 1.2V와 같은 저전압을 생성할 수도 있을 것 같은데요.

물론 가능하기는 하지만, 몇가지 단점이 있습니다.
앞서 설명한 바와 같이, DC/DC 컨버터를 배터리에 직접 연결하기 위해서는, 12V 배터리의 경우 40V 정도의 입력내압이 필요합니다. 즉, 고내압 전원 IC가 필요하므로, 외장 부품 역시 그에 상응하는 제품이 필요하게 되어, 사이즈와 비용이 증가할 수 밖에 없습니다.
또한, 기술적인 관점에서는 강압비가 높으면 제어 및 발열로 인한 제한이 발생할 가능성이 있습니다. 따라서, 5V 메인 전원 이하의 전압은 5V에서 세컨더리 전원으로 강압하는 편이 유리한 경우가 많습니다.

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-다음으로 출력전압에 대해 질문하겠습니다.
출력전압이 1V대로 낮게 설정되어 있는데, 어떤 디바이스에 사용하기 위한 것입니까?

고정 출력으로서 설정되어 있는 1.2V, 1.5V, 1.8V는, 예를 들어, 저전압 구동의 마이컴이나 DDR 메모리의 전원에 대응합니다. 참고로, 1A~3A의 출력전류는 대략 이러한 디바이스가 필요로 하는 수치입니다.
현재 가변 출력 제품도 개발중이므로, 앞으로 그 대응 범위가 더욱 확대될 것입니다.

※본 기사는 2018년 10월 시점의 내용입니다.

차량용 세컨더리 전원으로 개발된 동기정류 강압 DC/DC 컨버터

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