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업계 최초! 48V에서 3.3V로 직접 강압 가능한 DC/DC 컨버터 IC 기술 확립
자동차 및 산업기기의 안정 동작 및 고효율화, 소형화, 설계 부하 경감에 기여

2016년 4월 14일

＜개요＞

로옴 주식회사 (본사 : 교토)는 자동차 및 산업기기 등에서 수요가 높아지고 있는 48V 등의 높은 입력전압에서 3.3V 및 5V 등의 저전압으로 직접 강압이 가능한 DC/DC 컨버터 IC 기술을 확립하였습니다.

본 기술은 고내압 MOSFET를 내장하여 80V 고내압을 실현함과 동시에 독자적인 펄스 제어 기술을 통해 업계 최소의 스위칭 ON 시간인 20ns를 달성하였습니다. 이에 따라, 2MHz의 고정 스위칭 주파수를 사용하면서 48V에서 3.3V로 안정적으로 강압할 수 있는 전원 시스템을 실현합니다.

강압비를 대폭 향상시킴으로써 세컨더리 전원 IC 등을 통한 중간 변환이 필요없으며, 전류 모드 제어에 의한 위상보상도 간단히 실현하여, 각종 어플리케이션의 고효율화 및 소형화, 설계 부하 경감에 크게 기여합니다.

이번 기술의 성과는 2016년 4월 20일 (수)~22일 (금) 일본 치바현의 마쿠하리 멧세에서 개최되는「TECHNO-FRONTIER 2016」에서 엔지니어의 기술 프레젠테이션으로 소개할 예정입니다.

향후, 본 기술을 활용한 제품을 2016년중에 샘플 출하를 목표로 개발함과 동시에, 아날로그 파워 기술을 구사한 고효율 ㆍ 고성능 전원 기술 개발을 가속화하여 사회의 에너지 절약화에 기여해 나갈 것입니다.

＜배경＞

최근, 에너지 절약에 대한 의식이 높아짐에 따라, 모든 분야에서 전력 변환 손실을 저감하기 위한 활동이 추진되고 있습니다. 자동차 분야에서는 기존의 12V 전원 시스템에 비해 연비 개선 효율이 높고, 안전성을 고려한 48V 전원 시스템을 탑재한 하이브리드 자동차가 주목을 모으고 있습니다.

그러나, 일반적으로 48V에서 자동차기기용 MCU 및 제어 시스템을 구동하기 위해 필요한 3.3V 및 5V로 직접 강압할 수 있는, 강압비가 높은 전원 IC는 존재하지 않습니다. 따라서 12V 등의 중간 전압을 만들어, 2단계에 걸쳐 강압할 필요가 있었습니다. 한편, 라디오 대역에 대한 영향을 방지하기 위해 2MHz 이상의 고주파 동작도 요구되고 있습니다.

이러한 "고입력, 저출력, 고주파 동작"과 같은 시장 요구를 실현하기 위해서는 스위칭 ON 시간을 단축시킬 필요가 있으나, 기존의 방법으로는 노이즈로부터 영향을 받기 쉬워 스위칭 ON 시간의 극소화가 어려웠습니다.

업계 최소 스위칭 ON 시간으로 고효율, 소형화, 설계 부하 경감에 기여

현재의 구성 (2chip 구성)과 새로운 구성 (1chip 구성)

＜특징＞

펄스 폭 기존품의 1/6

1. 업계 최소 스위칭 ON 시간 실현으로,
     안정된 전압 강하 가능

단시간에 펄스를 제어하는 로옴의 독자적인 기술을 활용함으로써 기존품 대비 1/6인 업계 최소의 스위칭 ON 시간 20ns를 달성하였습니다. 이에 따라, 전원 시스템의 48V에서 각 기능을 구동시키는데 필요한 3.3V로 안정된 전압을 출력할 수 있습니다. 또한, 라디오 AM 대역인 1.84MHz (MAX) 범위 밖인 2MHz로 구동 주파수를 고정하여, 주파수 간섭에 대한 우려도 없습니다.

부품수가 적어 위상보상이 간단

2. 전류 모드 제어로 위상보상을 간단히 실현

DC/DC 컨버터와 같은 스위칭 전원은 피드백 제어 회로를 가지고 있으며, 이상 발진을 방지하기 위해 위상보상이 필수적입니다. 전류 모드 제어는 간단히 위상보상을 설정할 수 있지만, 스위칭 ON 시간이 짧아져 제어 자체가 어렵다는 과제가 있습니다. 본 IC는 짧은 펄스 폭에서 전류 제어가 가능한 전류 모드 제어를 채용하여, 위상보상을 간단히 실현함으로써 세트의 설계 부하 경감에 기여합니다. 2개의 부품만으로 폭넓은 입력전압 범위에서 안정된 동작을 실현할 수 있습니다.

기존품의 약 4.6배

3. 높은 입력전압 범위로 폭넓은 어플리케이션에 대응

로옴의 고내압 MOSFET를 채용함으로써 기존품 대비 약 4.6배의 12~65V로 입력전압 범위를 확대하는데 성공하였습니다. 이에 따라 자동차기기에서 산업기기까지 폭넓은 어플리케이션에 대응할 수 있습니다.

패키지 : VQFN24SV4040

4. 방열성이 높은 소형 패키지 채용

고내압으로 인해 방열이 문제가 되어, 소형화가 어려웠습니다. 그러나, VQFN24SV4040은 이면 방열이므로,  4.0 × 4.0 × 1.0mm의 패키지 채용이 가능하여 기존품 대비 54％의 소형화를 실현하였습니다.

5. 각종 보호 기능을 탑재하여 안전성 확보

기존품과 동일하게 하기와 같은 보호 기능을 탑재하여, 안전하게 IC를 구동시킬 수 있습니다.

  • AEC-Q100 대응
  • 과전류 보호 기능
  • 저입력 오동작 방지 기능
  • 고입력 오동작 방지 기능
  • 출력 과전압 보호 기능
  • 온도 보호 기능
  • 부하 단락 보호 기능

＜용어 설명＞

*1) DC/DC 컨버터
전원 IC의 일종. 직류 (DC)에서 직류로 전압을 변환. 일반적으로 전압을 낮추는 강압, 전압을 높이는 승압이 존재한다.

*2) 펄스
일정한 폭을 지닌 구형파. 펄스의 폭을 변동시켜 전류 및 전압을 제어할 수 있다.

*3) 위상보상
전원 회로를 안정적으로 동작시켜, 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 필요한 회로.

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