[제품 리뷰] 로옴, 1700V 내압 SiC MOSFET 내장 AC/DC 컨버터 IC
  • 2021-06-17
  • 박종배 기자, jbpark@elec4.co.kr

로옴(ROHM) 주식회사는 대전력을 취급하는 범용 인버터 및 AC 서보, 산업용 에어컨, 가로등과 같은 산업기기용으로, 1700V 내압 SiC MOSFET 내장 AC/DC 컨버터 IC「BM2SC12xFP2-LBZ」를 개발했다.

압도적인 저전력 성능을 자랑하는 SiC MOSFET와 산업기기의 보조 전원에 최적화된 제어 회로를, 업계 최초로 소형 면실장 패키지 (TO263)에 내장한 IC로서 저전력 AC/DC 컨버터 개발이 용이하다.



기존에는 실현이 불가능했던 기판에 대한 자동 실장이 가능해짐과 동시에, 교류 400V, 48W 출력까지의 보조 전원에 채용하는 경우 일반품을 채용한 구성에 비해 극적인 부품수 삭감 (12개 제품과 방열판을 1개의 제품으로 대체)을 실현함으로써 부품 고장 리스크도 저감되었으며, SiC MOSFET를 통해 최대 5%의 전력 고효율화를 달성했다. 이에 따라, 공정에서의 실장 비용을 대폭 삭감할 수 있어, 극적인 소형/고신뢰성/저전력 솔루션을 제공할 수 있다.

2021년 5월부터 샘플(샘플 가격 1,500엔/개, 세금 불포함) 출하를 개시하였으며, 2021년 10월부터 월 10만개의 생산 체제로 양산을 개시할 예정이다. 또한, 본 제품과 평가 보드 「BM2SC123FP2-EVK-001」의 온라인 판매를 개시하였으며, Chip One Stop, CoreStaff 등 온라인 부품 유통 사이트에서 1개부터 구입이 가능하다.

앞으로도 로옴은 SiC 등 최첨단 파워 반도체※4와 최첨단 아날로그 제어 IC를 개발함과 동시에, 이러한 제품을 최적화하는 솔루션을 제공함으로써, 산업기기의 저전력화 및 시스템 최적화에 기여해 나갈 것이다.

어떻게 만들게 됐나

최근 에너지 절약에 대한 의식이 높아짐에 따라, 교류 400V를 취급하는 산업기기에 있어서, 고전압 대응, 저전력화, 소형화가 가능한 SiC 파워 반도체의 채용이 추진되고 있다. 반면에 산업기기에는 메인 전원 회로와 더불어 각종 제어 시스템에 전원전압을 공급하는 보조 전원이 내장되어 있으며, 설계 공수의 관점에서 이러한 보조 전원에는 내압이 낮은 Si-MOSFET 및 손실이 큰 IGBT가 여전히 널리 채용되고 있어, 저전력화에 있어서 큰 과제였다.

로옴은 이러한 과제에 대응하여 2019년에 고내압 저손실 SiC MOSFET를 내장한 AC/DC 컨버터 IC를 개발하는 등, 업계에 앞서 SiC 파워 반도체의 성능을 최대화시키는 IC를 개발하고 있다.





어떤 특징 있나

「BM2SC12xFP2-LBZ」는, 1700V 내압 SiC MOSFET와 이를 구동하기 위한 게이트 드라이브 회로 등 산업기기의 보조 전원용으로 최적화된 제어 회로를, 1패키지에 내장했다. 하기와 같은 특징을 실현함으로써 저전력 AC/DC 컨버터의 개발이 용이하고, 공정에서의 실장 비용을 대폭 삭감함과 동시에 산업기기에 소형 / 고신뢰성 / 저전력 솔루션을 제공한다.



1. 업계 최초 48W까지 대응 가능한 면실장 패키지 제품으로, 공정에서의 실장 비용 삭감에 크게 기여


SiC MOSFET 내장을 위해 개발된 면실장 패키지 「TO263-7L」을 채용했다. 소형과 동시에 대전력을 취급하는 패키지의 안전성 (연면 거리)을 충분히 확보하여, 면실장 패키지 제품으로서 방열판 없이 48W (24V, 2A 등) 출력까지 대응 가능하다. 이러한 범위의 제품으로 기존에는 실현할 수 없었던, 기계를 사용한 기판 자동 실장이 가능해짐에 따라, 부품수 삭감의 메리트와 함께 공정에서의 실장 비용 삭감에 크게 기여한다.

2. 최대 12개 제품과 방열판을 1개의 제품으로 대체하여, 압도적인 소형화 실현

1패키지화를 통해, 일반적인 Si-MOSFET를 채용한 디스크리트 부품 구성에 비해 최대 12개의 제품 (AC/DC 컨버터 제어 IC, 800V 내압 Si-MOSFET×2, 제너 다이오드×3, 저항기×6)과 방열판을 하나의 제품으로 대체하여 극적인 부품수 삭감을 실현했다. 또한, SiC MOSFET는 고내압으로 고전압 노이즈에 강하므로, 노이즈 대책 부품도 소형화할 수 있다.



3. 공수 및 리스크 저감과 함께 다양한 보호 기능도 탑재하여, 극적인 고신뢰화 실현


1패키지화를 통해, 클램프 회로 및 드라이브 회로의 부품 선정 및 신뢰성 평가를 위한 공수 삭감, 부품 고장 리스크 저감, SiC MOSFET 채용에 대한 개발 공수 삭감 등을 한번에 실현할 수 있다. 또한, SiC MOSFET 내장으로 실현한 고정밀도의 온도 보호 (Thermal Shutdown) 이외에도 과부하 보호 (FB OLP) 및 전원전압 단자의 과전압 보호 (VCC OVP), 과전류 보호, 2차측 전압의 과전압 보호 등 각종 보호 기능을 탑재했다. 이와 같이 연속 구동의 산업기기 전원에 필요시되는 다양한 보호 기능을 탑재하여, 고신뢰화를 실현한다.

4. SiC MOSFET의 성능을 최대화하여, 극적인 저전력화 실현

신제품에 탑재된 SiC MOSFET 구동용 게이트 드라이브 회로를 통해 SiC MOSFET의 성능을 최대한으로 발휘시켜, 일반적인 Si-MOSFET 채용 구성 대비, 최대 5% 전력 변환 효율의 고효율화를 실현했다 (2021년 6월 로옴 조사). 또한, 본 제품의 제어 회로에는 일반적인 PWM 방식에 비해 Low Noise로 고효율 동작이 가능한 의사 공진 (Quasi-Resonant) 방식을 채용하여, 산업기기에 대한 노이즈의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.





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