글/ 잉 쳉(Ying Cheng), 전력 제품 사업부 수석 애플리케이션 엔지니어,
리니어 테크놀로지(Linear Technology Corp.)
전력 소모는 높은 전류 요건을 갖지만 공간이 제한된 산업용 및 자동차 애플리케이션을 위한 DC/DC 컨버터 설계자가 당면하는 중요한 문제이다. 고성능 디스크리트 부품을 이용해 높은 효율의 레귤레이터를 생산하는 것은 가능하지만, 이러한 방법은 비용과 솔루션 풋프린트로 인해 적용하기 어렵다.
LT8612/LT8613 고효율 벅 레귤레이터는 필요한 모든 부품을 단일 IC에 통합함으로써 높은 스텝다운 비가 요구되는 경우에도 DC/DC 컨버터 크기를 크게 줄일 수 있다. 또 이들 디바이스는 병렬로 구성할 수도 있어 출력 전류 성능을 높이고 부하와 발열을 분산시킬 수 있다.
또한 LT8612/LT8613 레귤레이터는 극히 낮은 무부하 전류로 배터리 수명을 극대화하고, 높은 스위칭 주파수로 솔루션 크기를 최소화하면서 잡음에 민감한 주파수 대역을 피할 수 있다는 장점이 있다.
3mm × 6mm 패키지의 고효율 42V, 6A 레귤레이터
LT8612/LT8613은 단일칩 방식의 42V, 6A 스텝다운 레귤레이터이다. 내장된 고효율 전력 스위치는 낮은 전력 소모로 과열을 발생시키지 않으면서 이 스위치와 함께 부스트 다이오드, 내부 보상 및 모든 필요한 회로를 초소형 3mm × 6mm QFN 패키지에 통합할 수 있다.
그림 1은 정격 5V/30W LT8612 컨버터를 보여준다. 컨버터의 효율과 전력 손실은 그림 2에 나와 있다. 24V의 입력 전압에서도 LT8612는 30W 출력을 생성할 수 있으며 온도 상승이 50°C를 넘지 않는다. 부하 스펙트럼의 다른 쪽 끝에서 LT8612/LT8613은 낮은 리플의 버스트모드(Burst Mode®) 동작을 이용해 매우 낮은 부하 조건에서 효율을 향상시킨다.
LT8612/LT8613의 최소 온(on) 시간은 40ns 정도로 낮으므로 높은 스위칭 주파수에서도 높은 VIN/VOUT 비를 구현할 수 있다. 최대 2.2MHz의 높은 스위칭 주파수는 전력 인덕터와 출력 커패시터의 크기와 값을 최소화한다. 뿐만 아니라 인덕터는 출력 부하 요구사항에 맞추어 정확하게 크기를 조정할 수 있으므로 설계 오버헤드를 제공하기 위한 더 큰 인덕터를 사용할 필요가 없어 디바이스의 고속 피크 전류 모드 아키텍처와 견고한 스위칭 설계를 가능하게 한다.
다위상 설계로 출력 전류 성능 향상
6A가 넘는 부하는 자동차 및 산업용 애플리케이션에서 드물지 않게 볼 수 있다. 이와 같이 비교적 높은 전류 조건에서 다위상 설계는 LT8612/LT8613 레귤레이터의 출력 성능을 확장할 수 있게 한다.
LT8613은 모니터 및 제어 핀을 갖는 레일-투-레일 전류 감지 증폭기가 내장돼 정밀한 입력 또는 출력 평균 전류 레귤레이션을 달성할 수 있다. 이 전류 루프는 ISP/ISN 핀의 전압이 ICTRL 핀에 의해 설정된 전압을 초과하지 않도록 내부 스위치 전류 제한을 조절한다. 또 다른 IMON 핀은
LT8612/LT8613의 최소 온(on) 시간은 40ns 정도로 낮으므로 높은 스위칭 주파수에서도 높은 VIN/VOUT 비를 구현할 수 있다. 최대 2.2MHz의 높은 스위칭 주파수는 전력 인덕터와 출력 커패시터의 크기와 값을 최소화한다. 뿐만 아니라 인덕터는 출력 부하 요구사항에 맞추어 정확하게 크기를 조정할 수 있으므로 설계 오버헤드를 제공하기 위한 더 큰 인덕터를 사용할 필요가 없어 디바이스의 고속 피크 전류 모드 아키텍처와 견고한 스위칭 설계를 가능하게 한다.
다위상 설계로 출력 전류 성능 향상
6A가 넘는 부하는 자동차 및 산업용 애플리케이션에서 드물지 않게 볼 수 있다. 이와 같이 비교적 높은 전류 조건에서 다위상 설계는 LT8612/LT8613 레귤레이터의 출력 성능을 확장할 수 있게 한다.
LT8613은 모니터 및 제어 핀을 갖는 레일-투-레일 전류 감지 증폭기가 내장돼 정밀한 입력 또는 출력 평균 전류 레귤레이션을 달성할 수 있다. 이 전류 루프는 ISP/ISN 핀의 전압이 ICTRL 핀에 의해 설정된 전압을 초과하지 않도록 내부 스위치 전류 제한을 조절한다. 또 다른 IMON 핀은 ISP/ISN 핀을 통해 측정되는 평균 전류를 모니터링하는 데 사용된다. 이 전류 제어 기능은 추가적인 제어 회로 없이도 여러 개의 LT8613 간에 정밀한 전류 공유를 가능하게 한다.
그림 3은 최대 16A 출력을 제공하는 병렬 연결된 3개의 LT8613을 보여준다. 맨 위의 LT8613은 마스터 레귤레이터이며 출력 전압이 4V로 설정된다. 다른 2개의 LT8613은 슬레이브 레귤레이터이며 출력 전압이 4V보다 약간 높게 설정된다.
3개의 LT8613 레귤레이터 간에 전류를 공유하기 위해 마스터 LT8613의 IMON 핀이 슬레이브 LT8613의 ICTRL 핀에 연결된다. 3개의 LT8613 레귤레이터는 LTC6909 발진기에서 발생하는 3상 700kHz 클록 신호(120° 위상차)로 동기화된다. 그림 4는 이 3상 LT8613 설계의 열 영상을 보여준다. LT8613 온도의 유사성이 3개 위상 간에 균등한 전류 공유가 이루어지고 있다는 것을 나타낸다. 이 설계의 효율은 그림 5에서 볼 수 있다.
결론