반도체 전문 온라인 매거진 - 올포칩

전력용 반도체 전문회사인 인터내셔날 렉티파이어 코리아(International Rectifier Korea : IR 코리아 대표 안윤섭)는 전기통신 및 네트워킹 시스템에 사용되는 입력전압 48V, 출력 150W짜리 BMP(Board-Mounted Power: 보드 탑재 전력) 컨버터의 기반이 되는 분산전력 아키텍처에 신개념을 도입한 첫 DC 버스 컨버터 칩셋 제품군을 출시했다. IR의 DC 버스 컨버터 칩셋은 총 효율, 전력밀도 및 단순성에서 성능기준을 세운 아키텍처로 1.7 in2(=4.32cm2)보다도 작은 회로 풋프린트가 20A/150W 출력에서 96% 이상의 효율을 전달한다. 이 칩셋은 그 동안 업계 표준이었던 쿼터브릭(벽돌 1/4) 크기의 폼팩터(반도체에서 외형의 크기를 나타내는 말) 대비 크기가 53% 축소되었고 절연 컨버터 속의 소자수를 약 50여 개에서 20개로 줄였다. 이 신형 칩셋은 하나의 제어 IC IR2085S와 1차 및 2차부의 HEXFET 전력MOSFET인 IRF7493 및 IRF6603 및 1차부 바이어스용 IRF7380과 2차부 게이트 클램프용 IRF9956로 구성됐다. 이 칩셋은 비절연 POL 컨버터에 전원을 공급하는 중간 버스전압이 포함된 DPA(2단 분산전력 아키텍처)의 절연형 프런트엔드(전단부)용으로 설계됐다. 통상 POL이 입력전압 수용 범위가 상대적으로 넓고 필요한 만큼 부하조절 기능을 제공하므로 2단 DPA 는 엄격한 조절기능을 갖춘 중간 버스전압을 요구하지는 않는다. 뿐만 아니라, 더 높은 전력이 요구될 경우에는 다수의 DC 버스 컨버터 칩셋을 병렬로 구성할 수 있다. IR 코리아 안윤섭 사장은 “IR의 DC 버스 컨버터 칩셋 구조를 사용하면 중간 단계 출력을 조정할 필요가 없어 비싼 피드백 회로를 제거할 수 있다”라며 “따라서, 전체 솔루션이 덜 복잡해 지고 소자수도 감소되어 변환에 필요한 보드공간을 줄이면서 96%를 상회하는 효율을 얻게 된다”라고 했다. 제어 IC인 IR2085S는 DC 버스 컨버터 칩셋 아키텍처의 핵심으로 약 50%의 고정 듀티사이클과 자체 발진 제어 방식을 가지고 있다. IR2085S는 2개의 SO-8 패키지 소자를 대체하며 DPA 애플리케이션용으로 최적화된 칩이다. 시동 중 급격한 전류 증가를 제한하기 위해 듀티사이클을 5ms 동안 제로에서 50%까지 점진적으로 올려주고 시동 과정 내내 상측 및 하측 MOSFET에 인입되는 펄스폭을 똑같이 유지시켜주는 소프트스타트 커패시터를 내장하고 있는 점이 주요 특징이다. 상측과 하측 하프 브리지용 펄스는 변압기가 동작 중 균형을 잃지 않도록 하기 위해 ±25ns(나노초) 이내로 맞춰져 있다. 다른 특징으로는 슛스루(관통) 전류 방지를 위해 50ns에서 200ns까지 조절 가능한 데드타임과 IR의 차세대 저전하 1차부 MOSFET과 최적으로 연동되는 ±1A 게이트 구동 전류를 들 수 있다. 데드타임은 2차부 몸체 다이오드의 전도량 제한용으로도 적용될 수 있어 효율을 극대화시킨다 IR2085S는 설계의 유연성을 위해 스위칭 주파수를 500kHz까지 프로그램할 수 있다. 스위칭 주파수가 더 높을수록 출력전압의 리플이 감소하며 손실과 크기가 작은 자기(마그네틱) 소자를 사용할 수 있게 된다. 회로 설계자는 단 2개의 외부 소자로 특정 용도의 회로에 맞게끔 스위칭 주파수와 데드타임을 독립적으로 조절할 수 있다. 최대 DC +100V의 부트스트랩(초기적재) 동작 및 저전압 VCC 공급 방지용으로 설계된 플로팅(부동) 채널도 특징중의 하나다. IR2085S는 높은 dv/dt(시간당 전압변화율) 내성을 가진 새로운 고전압, 고주파 레벨 시프트(편이) 기술을 사용한다. 하프브리지의 하측 MOSFET이 잘못 켜지는 것을 방지하기 위해 50V/ns 범위의 높은 내성을 가지므로 스위칭 속도도 보다 빨라진다. 하프브리지 구성의 1차부에는 SO-8 패키지의 80V 정격 IRF7493 MOSFET 2개가 적용되어 있다. 이 칩은 하프브리지로 연결되었을 때 동작상태 저항과 게이트 전하가 낮은데 최대 스위칭 성능을 위한 게이트 소스간 전압 10V, 총 게이트 전하 31nC, 게이트 드레인간 전하 12nC 조건에서 15mΩ(최대)이다. 자체구동 정류 구조의 2차부에는 DirectFET 패키지의 정격 30V IRF6603 MOSFET 2개가 사용된다. 이 칩은 동작상태 저항이 낮고 패키지의 열적 특성이 향상됐다. 전류 용량과 효율을 최대로 올리기 위해 게이트 소스간 전압 10V에서 동작저항 3.9mΩ(최대), PCB로의 열저항 1°C/W를 가진다. IR 신형 아키텍처는 2개의 바이어스 소자를 사용한다. IRF7380 듀얼 80V MOSFET은 문턱전압 정합성이 유사하여 새로운 바이어스 방식의 1차부에 사용된다. IRF9956 2차부 듀얼 MOSFET은 구동전압을 7.5V로 단속하면서 2차부 동기식 정류MOSFET의 게이트 클램프 역할을 한다. <문의 : 02-557-7613>