GaN 디바이스 신뢰성 검증 지원… 고전압 절연 제품도 제공

고전압 애플리케이션을 설계하려면 고유한 일련의 과제가 있다. 이러한 과제를 해결하기 위해 텍사스 인스트루먼트(TI)의 전력 변환, 전류 및 전압 감지, 절연 및 실시간 제어 기술은 서로 협응하며 고전압 설계를 간소화하고 100V 이상의 최고 수준의 효율성과 안정성을 달성한다.


고전압 설계에 TI를 선택해야 하는 이유

• 내장된 신뢰성: 수십 년에 걸친 제조 경험을 통해 TI의 솔루션은 고전압 시스템에 필요한 안정성을 유지하면서 비용 및 성능에서 이점을 제공한다.
• 특수 장치 포트폴리오: 전력 변환에서 감지, 절연 및 실시간 제어에 이르기까지 TI의 아날로그 및 임베디드 디바이스가 함께 작동하여 고전압 설계를 간소화한다.
• 포괄적인 시스템 노하우: TI의 포괄적인 시스템 전문 지식과 설계 리소스는 고전압 설계를 간소화하고 시장 출시 시기를 단축하는 데 도움된다.

전기화가 보편화되고 접근성이 높아지면서, 전 세계에 걸쳐 더욱 많은 사람들이 매일 고전압 시스템과 상호 작용하고 있다. 예를 들어, 400V 또는 800V 배터리 팩에서 실행되는 전기차는 충전 시간을 개선하고 주행 범위를 확장하는 고전압 설계를 사용함으로써 전기차 도입을 저해하는 요인들을 없애는 데 도움을 주고 있다.

롤랜드 슈펠리히(Roland Sperlich) TI 부사장 겸 인터페이스 제품 총괄 매니저는 “고전압 시스템은 전기차, 재생 가능한 에너지원, 가전 제품, AC/DC 전원 어댑터 및 수많은 응용 분야에서 에너지 효율을 제공한다”며, “지구에 사는 인구 수는 점점 늘고 있으며, 우리는 한정된 자원을 서로 공유하고, 더욱 효율적으로 사용해야 한다. 효율성을 향상시키기 위한 창의적인 방법을 찾는 것은 필수”라고 말했다. TI의 혁신적인 기술은 고전압 시스템의 모든 기능 영역에 걸쳐 안전하고, 효율적이며, 안정적인 솔루션을 제공하고 있다.

• GaN 및 SiC(실리콘 카바이드) 같은 와이드 밴드갭(wide-bandgap) 물질은 고전압 시스템에서 효율적인 전력 변환을 가능하게 하고, 전력 손실을 줄이며 효율성을 높인다. 예를 들어, TI의 절연 게이트 드라이버는 전기차 온보드 충전기 및 트랙션 인버터의 SiC 스위치와 페어링하여 효율성을 높이고 드라이브 시스템의 무게, 크기 및 에너지 낭비를 줄인다.

• 고전압 시스템을 위한 센싱 및 모니터링 기술은 엔지니어가 전압을 정확하게 측정할 수 있게 함으로써 안전과 안정성을 높이는 데 도움을 준다. 이를 통해 설계자는 설계 마진(design margin)을 낮추고 전원 스위치를 최대 용량으로 사용하여 비용을 절감할 수 있다.

• 절연 회로는 인체 안전성에 영향을 주지 않으면서 전원 또는 신호가 장벽 전체에 걸쳐 전송되는 동시에 두 도메인을 전자적으로 분리하여 접지 전위차로부터 회로를 면역하고 잡음 내성을 향상시킨다. TI의 자기 및 정전식 절연 기술은 견고한 절연 장벽으로 안전한 고전압 시스템을 구현한다.

• 저지연 실시간 제어 기술은 GaN 또는 IGBT 스위치를 사용하는 복잡한 전원 토폴로지를 위한 안정적인 제어를 가능하게 하여 고전압 시스템의 견고성과 전력 밀도를 높여준다.



1. TI GaN

TI의 목표는 모든 엔지니어가 GaN 디바이스의 신뢰성을 검증할 수 있도록 하는 것이다. 그것이 바로 TI가 합동전자 디바이스 엔지니어링 카운슬(Joint Electron Device Engineering Council)의 JC-70 와이드 밴드갭 파워 일렉트로닉 변환 반도체(Wide Bandgap Power Electronic Conversion Semiconductors) 메인 위원회와 협력 관계를 맺고 GaN 기술채택을 확대할 수 있는 신뢰성과 검증, 데이터 시트 매개 변수 및 테스트 방법론에 대한 업계 표준을 개발한 이유이다.

• 개별 GaN FET보다 빠른 스위칭 속도: 일체형 드라이버가 탑재된 GaN FET는 스위칭 속도가 150V/ns까지 도달할 수 있다. 이러한 스위칭 속도가 저인덕턴스 패키지와 결합되면서 손실을 줄이고, 깔끔한 스위칭을 구현하면서 링잉을 최소화한다.

• 더 작은 자기 부품, 더 높은 전력 밀도: 빠른 스위칭 속도가 지원되는 GaN 디바이스를 사용하면 500kHz 이상의 스위칭 주파수를 달성할 수 있어 자기 부품 크기를 최대 60% 줄일 수 있고, 성능 향상과 시스템 비용 절감을 실현할 수 있다.

• 안정성을 위해 설계: GaN 디바이스는 독점 기술 기반 GaN-on-Si 프로세스와 4천만 시간이 넘는 신뢰성 테스트, 보호 기능을 바탕으로 고전압 시스템을 안전하게 보호할 수 있도록 설계되어 있다.

2. 절연

갈바닉 절연은 전기적으로 두 영역을 분리하여 전원이나 신호가 신체에 위험을 끼치지 않고 장애물을 넘어 전달되는 동시에 접지 전위차를 방지하고 노이즈 내성을 향상시키는 방법이다. 견고한 정전식 SiO2 절연 장벽, 통합 IC 변압기 기반 자기 절연을 비롯한 TI의 독점 절연 기술 포트폴리오는 성능에 영향을 주지 않으면서 VDA(Verband der Automobilindustrie), CSA(캐나다 표준 협회) 및 UL(Underwriters Laboratory) 표준을 초과 달성하는 데 도움된다.

• 시스템의 뛰어난 견고함과 안정성: TI의 고전압 절연 제품 포트폴리오는 낮은 지연 시간, 탁월한 공통 모드 과도 내성, 강력한 성능을 가지고 있다.

• 저렴한 시스템 비용: TI의 절연 기술은 재료 사양서를 줄이고시스템 비용을 낮추며 솔루션 크기를 크게 개선할 수 있다.

• 확장성: TI의 패키징 혁신과 전 세계 소유의 제조 풋프린트는 더 많은 아날로그 IC 기능에 기능적, 기본적, 강화된 절연기능을 제공하는 데 도움된다.


Best Product 3

 Best 1   TPS566242 : 업계에서 가장 작은 6A ECO 모드 동기 벅 컨버터
첨단 프로세스 기술 노드를 적용하여 우수한 열 성능 달성


TI의 TPS566242는 높은 전력 밀도를 달성하는 동기 벅 컨버터로, 3V~16V 입력 전압과 최대 6A 연속 전류를 지원한다.

SOT-563(DRL) 패키지를 적용한 업계 최초의 6A 디바이스이며, 크기가 1.6mm×1.6mm에 불과하다. 새로운 프로세스 노드를 적용해서 핀 레이아웃을 최적화하고 여러 기능을 통합하고 추가적인 접지 배선을 제공하여 PCB의 열 발산을 향상시킨다.

고도로 통합된 27.7mΩ 및 14.8mΩ RDSON FET 디자인은 스위칭 손실을 효과적으로 낮추고 최대 600kHz에 이르는 스위칭 주파수를 지원한다. TPS566242는 광대역 모니터링, 데이터 센터, 분산 전원 시스템에 사용하기에 적합하다.


 Best 2   TPS25985 : 가장 높은 피크 전류를 제공하는 eFuse
300A 이상의 엔터프라이즈 및 통신 시스템 디자인 보호



프로세스 기술 차원에서 더 높은 효율을 달성하는 것과 더불어, 회로 디자인을 개선함으로써 전력 밀도를 높일 수 있다.

디자이너들은 일반적으로 고전류 엔터프라이즈 애플리케이션을 보호하기 위해서 신뢰성이 우수한 디스크리트 핫스왑 컨트롤러를 사용했다. 하지만 최종 장비 제조사들과 이들의 고객들이 300A 이상의 많은 전류를 필요로 하는 서버 전원장치(PSU)와 같은 애플리케이션을 요구하기 때문에 디스크리트 전원 디자인 크기가 지나치게 커질 수도 있다.

TPS25985 eFuse는 0.59mΩ FET에 전류 감지와 모니터링 기능을 통합한 제품으로, 정확하고 빠른 전류 감지와 새로운 능동 전류 공유 접근법을 결합함으로써 높은 전류 공유 및 정확한 전류 모니터링 기능으로 온도 관리가 가능하고 시스템 견고성을 높인다.



 Best 3   LMG3522R030-Q1 : 게이트 드라이버가 통합된 상단면 냉각 GaN FET
산업용 및 시스템 수준의 열 솔루션 생성


서버 PSU 같은 고전력 애플리케이션의 경우, 상단면 냉각을 적용한 GaN 디바이스가 IC의 열을 제거하고 PCB 발열을 줄이는 데 효과적인 솔루션이다. 

TI의 LMG3522R030-Q1은 업계 최초로 게이트 드라이버를 통합하고 상단면 냉각 패키지를 적용한 디자인으로 더 높은 효율과 전력 밀도를 달성한다. LMG3522R030-Q1은 서버, 데이터 센터, 통신 장비, 산업용 애플리케이션의 2~5kW 전원 공급 디바이스에 적합하다. 우수한 열 성능을 달성하고, 과열 및 저전압 록아웃 보호 기능을 제공한다.