표준 고전압 모듈로 시간 및 공간, 비용 절감

2020년 10월 25일

글/ 개리 보콕(Gary Bocock) 테크니컬 디렉터, XP Power

고전압 전원 공급 장치를 지정하는 시스템 전원 설계자는 세 가지 기본 옵션을 가지고 있다: (i) 제3자 공급업체로부터 맞춤식 공급 장치를 지정, 관리 및 조달, (ii) 사내 또는 계약 제조업체를 통해 설계, 관리 및 제조, 또는 (iiii) 심각한 위험을 감수하지 않고도 고전압 전원 공급 장치를 구축할 수 있는 옵션시스템 전력 수요를 충족하기 위해 선택한 표준 제조 블록 부품을 사용하여 고전압 설계 고유의 많은 난제를 경험할 수 있다. 이 설계 접근방식은 시스템 설계자가 사내에서 또는 표준 고전압 변환기의 제조자를 참여시켜 전체 고전압 전력 어셈블리를 생산함으로써 실현될 수 있다.

부품 고전압 출력 DC/DC 컨버터는 많은 제조업체들이 자사 제품에 고전압을 구현하고 사용하는 방식을 변화시켰다. 이러한 표준 고전압 DC/DC 컨버터 모듈은 소형화, PCB 장착, 캡슐화, 저노이즈 어셈블리로 표준 저전압 회로를 사용하여 완전히 제어 가능한 고전압 출력을 생성한다.

그림 1: 구성부품, 고전압 DC/DC 컨버터는 표준 저전압 회로를 사용하여 완전히 제어 가능한 고전압 출력을 생성한다.

표준 고전압 DC/DC 모듈은 보통 비례와 조절의 두 가지 특정 그룹으로 나뉜다. 표준 비례 부품은 저비용 DC에서 고전압 DC로의 다목적 변환을 제공한다. 출력 전압은 입력 전압에 정비례하며, 0.7V부터 최대 입력까지 광범위한 입력 범위에서 비례 출력을 제공하는 최고의 제품이다. 기본적으로 고전압 DC 출력은 고전압 DC 변압기처럼 입력 전압을 변화시켜 제어된다. 옵션에는 저비용 모듈 1개의 양극 및 음극 출력을 모두 제공하는 출력 센터 탭이 포함된다. 많은 비례 모듈은 DC 입력에서 출력 전압의 분리를 제공하여 동일한 모듈에서 양극 및 음극 전원 공급이 생성될 수 있도록 하며, 일부 애플리케이션에서 요구하는 대로 고전압 출력이 오프셋될 수 있도록 한다.

휴대용 응용 프로그램의 배터리 공급 또는 넓은 부하 범위와 같이 넓은 DC 입력에 대한 면밀한 제어가 필요한 응용 프로그램에는 조절된 DC - 고전압 솔루션이 필요하다.

표준 조절식 DC-고전압 DC 모듈은 일반적으로 0~5V 제어 입력을 통해 쉽고 선형적이며 정확한 저전압 외부 제어를 특징으로 한다. 이들은 지정된 입력 전압 및 부하 범위에 걸쳐 안정적이고 낮은 노이즈, 고전압 출력을 제공하며, 선형 저전압 제어 입력을 통해 공칭 출력 전압의 0~100%에서 완전히 프로그래밍할 수 있다. 추가 기능으로는 신호 레벨 전압 및 전류 모니터와 표준 저전압 회로에 쉽게 접속할 수 있는 기준 출력 등이 있다.

제어된 모듈에 대한 대안적 접근방식은, 특히 입력-출력 격리가 필요하거나 바람직한 경우, 표준 비례 모듈을 채택하여 제어 입력을 조정하거나 모듈에 대한 입력을 조정하여 출력 전압을 모니터링하고 부하 변화를 보상하는 외부 제어 루프를 구현하는 것이다.저비용, 저전압, 사전 준비 단계를 거치는 엠프. 그러한 제어 체계에 대한 설계 정보는 일반적으로 모듈 제조업체의 사용자가 이용할 수 있다.

분산형 전원 솔루션 접근법을 사용할 때, 전력 시스템 설계자는 소형 고전압 모듈을 간단히 꽂고 고전압 공급이 필요한 곳에 정확히 배치할 수 있으므로, 부피가 크고 섀시에 장착된 맞춤형 고전압 전원 공급 장치가 필요하지 않다. 또는 이러한 소형 다용도 모듈은 고전압 전원단계의 접지 커스텀 설계와 관련된 위험 없이 시스템 제어를 위한 저전압 출력물을 포함할 수 있는 중앙집중식 전원 솔루션에서 맞춤형 전력 수요에 대한 솔루션을 제공하는 제조 블록으로 사용될 수 있다.

고압 어셈블리의 소형화에 있어서의 진보, 테이블에서 구할 수 있는 다양한 고전압 DC/DC 컨버터와 결합되어, 시스템 설계자는 고전압 컨버터가 검증되고 검증되며, 디데이가 있다는 것을 확실히 알고, 전력 요건에 맞는 표준 고전압 모듈을 선택함으로써 이점을 누릴 수 있으며, 믿을 수 있고 쉽게 이용할 수 있다.

표준 기성품 고전압 DC/DC 컨버터는 전력 시스템 설계자에게 다음과 같은 여러 가지 강력한 이점을 제공한다.
1. 설계 주기 단축
고전압 모듈을 사용하면 맞춤식 고전압 전원 공급 장치를 검증하거나 장비 설계자가 직접 전체 공급 장치를 조사, 개발 및 검증하는 데 필요한 시간이 없어진다. 출력 전압 또는 전력 수준의 변화는 개발 중에 언제든지 쉽게 이루어지거나 시스템 옵션에 대해 구현되며, 변동에 대한 추가 리드 타임이 발생하지 않고 출시 기간을 단축할 수 있다.

2. 크기와 무게를 감소
고전압 DC/DC 컨버터는 기기 소형화에 활용되는 첨단 소재와 포장으로 기존 고전압 설계에 비해 공간이 현저히 적다. 이는 향상된 시스템 기능을 위한 추가 공간, 중앙집중식 전원 솔루션의 크기 감소 및 전체 시스템 볼륨의 잠재적 감소로 이어진다. 고전압 모듈의 제조에 사용되는 재료와 공정은 광범위한 전압과 전력 레벨에 걸쳐 제품을 사용할 수 있어 장기적인 신뢰성을 위해 잘 입증되었다.

3. 개발비용과 제조비용의 절약
PCB 장착 모듈은 일반적으로 섀시 장착이나 손배선을 위한 하드웨어가 필요하지 않아 조립 속도를 높이고 오류 위험을 줄인다. 표준 고전압 모듈은 이미 더 많은 볼륨에서 생산되고 있고 그에 따라 가격이 책정되기 때문에 사용자는 규모의 경제로부터 이익을 얻는다. 표준 제품을 사용하면 설계가 검증되고 신뢰성이 입증되었기 때문에 신뢰성 문제의 위험을 줄일 수 있다.

4. 유연성 향상
입증된 기본 설계 및 구성에 기초하여 위험성이 거의 또는 전혀 없이 수정 및 애플리케이션별 변동을 신속하게 생성할 수 있다. 서로 다른 제품 간의 공통 패키지 및 발자국은 시스템 개발 중에 전압 또는 전력 변화를 용이하게 한다.

5. 기관승인
대부분의 표준 고전압 모듈은 이미 규제 승인을 받았으므로 승인 프로세스를 더 빠르고 쉽게 만들 수 있다.

위에서 설명한 모든 이점은 최종 시스템 설계자가 자체 개발하든 모듈 제조업체 자체에서 수행하는 것이든 표준 고전압 모듈을 제조 블록으로 사용하여 도출한 맞춤형 전원 솔루션에 동일하게 적용할 수 있다.

이러한 이점을 고려할 때 표준 모듈 부품은 신뢰할 수 있는 솔루션 제조에 필요한 시간, 비용 및 프로세스에 문제가 있을 수 있는 맞춤형 고전압 공급에 대한 매력적인 대안을 분명히 제공한다. 원래 장비 제조업체는 고전압 전원 공급기의 전기, 기계 및 인터페이스 사양을 생성하고 견적을 구하며 공급업체를 선택해야 한다. 초기 NRE(비반복 엔지니어링) 수수료, 툴링 비용 및 설정 비용이 상당할 수 있으며, 첫 번째 사용자 지정 전원 공급 시제품의 납품에는 수개월이 걸릴 수 있으며, 생산 단위를 검증 및 공급하기 전에 이 과정을 반복할 수개월이 걸릴 수 있다.

시스템 설계자의 다른 고전압 공급 경로인 자체 설계 및 제조는 신뢰할 수 있는 고전압 변압기 설계, 고전압 구성 요소 선택, 고전압 PCB 배치, 캡슐화, 검증 및 특수 조립 절차의 과제를 제시한다. 이러한 도전은 신뢰할 수 있고 생산 가능한 전원 공급이 개발되기 전에 상당한 시간과 노력을 필요로 한다. 신뢰성 및 제조 가능성 문제는 종종 공정에서 늦게 나타나서 일정 이상으로 완료를 연장하고 제품 출시를 지연시킨다.

모든 고전압 설계의 위험인 장기 신뢰성을 반드시 고려해야 한다. 재료 특성, 환경 요인 및 제품 설계의 조합은 미실현, 계획되지 않은, 특히 바람직하지 않은 부작용을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 누설 전류는 시간이 지남에 따라 증가하여 결국 하드 아크 및 치명적인 고장을 초래할 수 있다. 과도한 누설 전류는 고임피던스 피드백 회로에서 오류를 발생시킬 수 있으며, 일반적으로 정밀도와 저소음이 요구되는 애플리케이션에서 시간 경과에 따른 전압 드리프트 및 안정성 문제를 야기할 수 있다. FR4 PCB 기판은 오염과 흡수된 습기에 특히 취약할 수 있다. 흡수된 습기는 FR4의 유리 변환 온도(Tg)를 낮춰 동적 열 조건을 가진 용도의 현장 고장에 어셈블리를 취약하게 만든다. 캡슐화 시스템의 불순물, 부정확한 충진제 또는 불완전한 충전제는 시간 및 온도에 따라 비선형적이고 불규칙한 누설 전류를 과도하게 유발하여 고전압 시스템을 잠재적으로 불안정하게 만들 수 있다.

이러한 과제를 고려할 때, 표준 규격의 기성 고전압 DC/DC 컨버터 모듈을 사용하면 고전압 전력 시스템 요구 사항에 대한 안정적이고, 저비용, 저위험, 빠른 출시 경로를 제공하는 일련의 이점을 얻을 수 있다.

논의한 바와 같이 고전압 DC/DC 컨버터는 또한 고전압 DC/DC 제조업체에 의해 맞춤형 솔루션으로 구성될 수 있으며, 단일 사용자 정의 어셈블리에서 입증된 빌딩 블록으로부터 애플리케이션별 고전압 전력 솔루션을 생산한다.

XP Power의 엔지니어링 서비스 그룹은 최종 장비 제조업체의 시스템 사양 요구사항을 참고하여 지상 고전압 전력 설계와 관련된 위험 없이 쉽게 통합할 수 있는 드롭인 애플리케이션별 하위 어셈블리를 생산하는 좋은 예다. 대표적인 솔루션으로는 AC 입력 공급장치, 특정 기계 설계 및 포장, 제어 전자장치, 인터페이스, 신호 및 경보, 고전압 공급을 역전시키는 기능, 디지털 통신 인터페이스 및 광범위한 표준 프로드로부터 일반적인 엔드 애플리케이션의 저전압 및 고전압 요구를 모두 결합하는 기능 등이 있다.