원격감지는 이동통신에서 중요한 ASIC 및 프로세서의 까다로운 정확도 요건을 충족시키기 위해 널리 사용된다. 이 글에서는 전원 기판(power-plane) 공간 부족, 부품 배치, 기생 저항, 전위 진동(potential oscillations) 등 원격감지를 설계할 때 고려해야 할 사항들에 대해 기술한다. 실제 사례를 통해 고주파수(HF) 바이패스 커패시터가 원격감지와 관련된 진동을 줄이는 데 얼마나 효과가 있는지 알아본다.

글 | 타이거 주 (Tiger Zhou), 수석 애플리케이션 엔지니어
텍사스 인스트루먼트

설계자는 고성능 이동통신 애플리케이션을 설계할 때 대형 인쇄회로기판(PCB)에 전력을 분배해야 하는 문제에 자주 봉착하게 된다. 중요한 ASIC과 프로세서를 배치하기 위한 공간을 확보하기 위해 전원공급장치는 주로 보드의 모서리나 가장자리에 놓이곤 한다. 특히, 저전압 고전류 애플리케이션에서는 전원 경로의 저항 강하를 보정하기 위해 원격감지가 사용되곤 한다. 주의하지 않으면, 전원 경로의 기생 저항과 함께 부하(load)의 동적 속성이 전원공급장치의 작동에 영향을 줄 수 있다. 

전원 - 경로 임피던스 감소
가용한 전원 기판을 이용하면, DC 전압 경사도를 조절 허용오차 이내로 줄일 수 있다. 전원 기판은 DC-조절 정확도를 도와 전원 경로에 따른 저항 강하를 낮춤으로써 시스템 효율을 개선시켜준다.

출력 정전용량 분할
게이트 드라이버와 같은 동적 부하는 전원과 원격 부하 사이의 출력 전정용량을 분할해야 한다. 원격 부하에 위치한 출력 정전용량(capacitance)은 동적 부하에 바이패스 커패시터 역할을 하며, 분배 경로의 리플/잡음을 줄여준다. 이것은 또한 원격 감지 지점에서의 출력 전압을 안정시켜, 모니터링 회로와 감지 회로를 둘 다 더욱 정밀하고 안정적이게 만들어준다.

고주파수 바이패스 커패시터
로컬 전원공급장치에 고주파수 바이패스 커패시터를 추가하는 것도 도움이 된다. 요즘 출시되는 컨버터에는 원격감지를 위해 차동 증폭기가 장착돼 있는 경우가 많다. 두 개의 감지 레지스터는 원격 측 근처에 위치하고 있으며, 차동 회로를 통해 부하 전압을 컨트롤러로 다시 연결해준다. 그림 1처럼, 텍사스 인스트루먼트(TI)의 TPS40400 동기식 벅 컨트롤러는 전용 차동 증폭기를 이용해 전원 경로의 기생 저항(RP)에서 전압 강하를 보정한다.



전용 차동 증폭기가 없더라도 여전히 전원공급장치를 원격 감지할 수 있다. 원격감지 레지스터는 부하 전압을 다시 컨버터로 연결하여 부하 전압과 기준 전압을 비교한 후, 출력 전압을 조절할 수 있다. 그림 2는 부하를 원격 감지하여 기생-저항(RP) 전압 강하가 있을 때 출력을 조절하도록 구성된 TI의 TPS62110 스텝다운 컨버터에 관한 그림이다.

그러나, 동적 부하가 그림 2처럼 적용되면 원격감지 라인이 그 동적 전압을 포착해 기생 저항(RP)의 전압 강하를 보정하려고 한다. 이 때 컨트롤러 전파 지연으로 인해 저주파수 진동이 생길 수 있다. 이것은 스위칭 파형에서 약간의 지터링(jittering)으로 나타나며, 출력 쪽에 높은 리플이 초래한다. 고주파수 바이패스 커패시터(CBypass)라면 이러한 상황을 손쉽게 개선할 수 있다. 이것은 DC 원격감지의 특성을 유지하면서도 고주파수 동적 전압을 여과해낸다.




TPS62110 스텝다운 컨버터에서 1 μF 바이패스 커패시터로 7 V 게이트-드라이브 전원공급장치를 테스트했다. 그림 3은 바이패스 커패시터를 사용하지 않았을 때 발생하는 33 kHz 진동에서의 출력 리플을 보여주고 있다. 그림 4는 1 μF 바이패스 커패시터를 추가했을 때 출력 전압에서 33 kHz 진동이 완전히 사라지고, 조절 전압의 0.3%인 20 mV로 출력 리플이 낮아지는 것을 보여주고 있다.
 

TI, 리튬 배터리용 다중소재 멀티셀 배터리 가스 게이지 TI는 고유의 임피던스 트랙(Impedance Track™) 용량 측정 기술을 이용한 다중소재 멀티셀 배터리 관리 가스 게이지 회로 제품군의 첫 번째 제품을 출시했다. bq34z100 전력관리 칩은 2~16셀 배터리 팩의 다양한 유형의 리튬이온 및 인산철리튬 배터리에 이용 가능한 업계 최초의 가스 게이지 제품으로써, 의료 장비, 전동 공구, e바이크, UPS(Uninterruptible Power Supplier)와 같은 애플리케이션에서 배터리 사용 시간을 연장해준다. 한편 TI는 올해 안에 납축전지, 니켈 카드뮴 및 니켈수소 배터리에 이용할 수 있는 새로운 가스 게이지 제품을 소개할 예정이다.