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엔지니어 인터뷰

48V에서 3.3V로 직접 강압 가능한 DC/DC 컨버터 IC Part 2

48V 하이브리드 시스템 전원 심플화를 통해
손실 저감

주목 키워드
  • 2단계
  • 1단계
  • 효율
  • 실장 스페이스
  • 부품수
  • 손실
  • 신뢰성
  • 공수
  • AEC-Q100
  • Nch MOSFET 내장
  • 승압 다이오드

-기존 컨버터 IC의 대부분이 대응할 수 없다면, 현재의 48V 시스템 전원은 어떻게 강압하고 있는 것인가요?

대부분은 2단계의 강압 방식을 채용하고 있습니다. 예를 들어, 48V에서 12V로 강압한 후, 다시 12V에서 3.3V 등의 저전압으로 강압하는 방법입니다. 이 방법이라면 Part 1에서 예로 든 3개 회사의 IC의 경우, 48V에서 12V로의 강압에는 사용할 수 있으며, 12V에서의 강압은 기존의 12V 시스템에 대응 가능한 차량용 컨버터 IC를 사용할 수 있습니다.

-그럼, 로옴이 48V에서 직접 저전압으로 강압하는 것을 목표로 하는 이유는 무엇입니까?

2단계 방식이 1단계 방식으로 바뀌면 여러가지 메리트가 있습니다. 우선, 효율이 개선됩니다. 그리고 2개의 전원 회로가 1개로 해결되므로, 기판의 실장 스페이스부품수 삭감도 가능합니다.

-부품수 및 기판 스페이스의 삭감에 대해서는 쉽게 이해되었습니다. 그럼 효율은 어느 정도 개선되는 것입니까?

하기 예를 참조하여 주십시오.

이 예에서는 2단계 방식의 경우, 첫번째 단계에서 20%의 손실이 발생합니다. 그리고 두번째 단계에서는 또 15%의 손실이 발생하므로, 효율은 80%×85%=69%가 됩니다. 반면에 1단계 방식의 경우에는, 강압비가 높으면 효율은 저하되는 경향은 있지만, 그래도 2단계 방식보다 높은 효율을 충분히 기대할 수 있습니다.

-다른 메리트도 있습니까?

설계하는 회로가 하나 줄어드는 것이므로, 설계 및 평가의 공수가 줄어 시간을 단축할 수 있습니다. 물론 비용 삭감에도 기여할 수 있을 것입니다. 또 하나 중요한 포인트는 부품수가 줄어들면 신뢰성도 향상된다는 것입니다. 이는 특히 자동차기기에서 환영받을 수 있는 조건이라고 생각합니다.

-그럼, BD9V100MUF-C의 사양에 대해 설명해 주십시오.

하기를 참조하여 주십시오. 단, 사양은 갱신 가능성이 있으므로, 상세 사양에 대해서는 홈페이지를 참조하여 주십시오.

특징

  • ・AEC-Q100 대응
  • ・Nch POWER MOSFET 내장
  • ・소프트 스타트 기능
  • ・전류 모드 제어
  • ・과전류 보호 기능
  • ・저입력 오동작 방지 기능
  • ・온도 보호 기능
  • ・입력 과전압 보호 기능
  • ・출력 과전압 보호 기능
  • ・부하 단락 보호 기능
  • ・하이파워 소형 면실장 패키지

주요 사양

  • ・입력전압 범위 : 16V~60V
  • ・최소 ON 시간 : 9ns
  • ・출력전압 범위 : 0.8V~5.5V
  • ・출력전류 : 1A (최대)
  • ・동작 주파수 : 2.1MHz (Typ)
  • ・기준전압 : 0.8V±2% (모든 온도 범위)
  • ・셧다운 시 회로전류 : 0µA (Typ)
  • ・동작온도 범위 : -40°C~+125°C

패키지 W (Typ) × D (Typ) × H (Max)
VQFN24SV4040
4.00mm×4.00mm×1.00mm

특징으로는, 우선 자동차기기용이므로 AEC-Q100에 대응하고 있습니다. 이는 자동차기기용으로서 필수 항목입니다. 또한, 파워 스위치도 내장하고 있습니다. 고내압 DC/DC 컨버터 IC는 스위치가 외장인 제품이 많지만, BD9V100MUF-C는 외장 부품을 최저한으로 하여, 설계가 간단해지도록 고내압 Nch MOSFET를 내장하였습니다.

-상기 회로도는 기본적인 응용 회로 예인 것 같은데, 외장 부품이 적어 보입니다.

기본적으로 필요한 외장 부품은 입력과 출력의 콘덴서, 인덕터, 출력전압 설정용 저항 R1과 R2, 위상보상용 R3과 C1, 발진 주파수 설정용 저항 RRT, 내부 레귤레이터용 콘덴서, bootstrap용 RBOOT, CBOOT뿐입니다. 스위치의 MOSFET뿐만 아니라, bootstrap용 승압 다이오드도 내장하고 있습니다. 이와 같이 필요한 대부분의 보호 기능을 탑재하고 있습니다. 고내압이며 최소 ON 시간이 작다고 해서, 회로 구성 및 필요한 부품에 특별한 것은 일절 없습니다.

제어는 전류 모드입니다. 전류 모드는 고속 동작에 적합하며, 위상보상도 간단합니다.

출력전류는 1A로, 광범위한 어플리케이션에 대응 가능합니다. 또한, 입력전압 범위는 16V~60V이며, 출력전압 범위는 0.8V~5.5V입니다. 이 사양을 바탕으로, 높은 입력전압을 5V 이하의 저전압으로 직접 강압하는 제품임을 알 수 있습니다.

-마지막으로 어떻게 업계 최소 ON 시간을 실현했는지 알려주십시오.

특허 등의 관계로, 공개할 수 없는 내용이 대부분이므로 양해 부탁드립니다. 높은 강압비에 대응하기 위해서는 최소 ON 시간을 단축해야 한다는 것은 다들 알고 계실 것입니다. 기존의 제어 방법으로는 노이즈의 영향이나 회로 지연 등으로 인해 한계에 가까운 상황이었습니다. 이에 대해 로옴은 독자적인 아이디어와 기술로 한계를 뛰어넘었다고 할 수 있습니다.

-그럼 내용 정리를 부탁드립니다.

기본적으로는 48V 하이브리드 시스템을 의식한 강압 DC/DC 컨버터이지만, 산업기기 및 텔레콤 등의 고전압 어플리케이션에서 5V 이하의 저전압으로 직접 강압할 수 있는 IC입니다.

지금까지는 강압비가 높은 변환이 필요할 경우, 1단계만으로 변환하는 것을 포기하고, 2단계에 걸쳐 변환할 수 밖에 없었을 것입니다. 또한, 자동차기기의 경우, 라디오 등의 간섭을 피하기 위해 2MHz 이상의 스위칭 주파수가 요건이 되어, 48V 시스템에서는 2단계에 걸친 변환이 표준이라고 생각되었을 것입니다.

「BD9V100MUF-C」는 로옴의 독자적인 제어 기술을 통해 9ns의 최소 ON 시간을 실현하여, 2MHz 이상의 고속 스위칭일 때, 60V에서 5V 이하로의 강압을 1단계만으로 변환할 수 있게 되었습니다. 이 제품을 사용하면, 효율 개선, 소형화, 부품수 삭감, 그리고 신뢰성 향상 등 메리트가 많다는 점을 기억하여 주십시오.

-감사합니다.

※본 기사는 2017년 4월 시점의 내용입니다.

48V에서 3.3V로 직접 강압 가능한 DC/DC 컨버터 IC

  • Part 1

    엔지니어 인터뷰

    48V에서 3.3V로 직접 강압은 불가능?

    48V에서 3.3V로 직접 강압은 불가능?
    로옴은 자동차 및 산업기기 등에서 수요가 높아지고 있는 48V 등의 높은 입력전압에서 3.3V와 같은 저전압으로 직접 강압할 수 있는 DC/DC 컨버터 IC 「BD9V100MUF-C」를…

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