2부: 휴대전화의 진화와 모바일 컨버전스의 조건

투-스테이지 컨버전이 중간 전압을 생성하고 POL(Point of Load) 컨버터의 컨피규레이션을 최적화시켜 준다. POL 디자인이 대폭 개선되면서, 유효 범위내의 산업 표준 1/4 브릭과 1/8 브릭에서 기존 첫 번째 스테이지 컨버터를 확장시킬 수 있다. DC 버스 컨버터의 새로운 컨피규레이션은 전제 부품 수와 디자인 복잡성을 줄이면서 잠재적으로 컨버전 효율성을 높인다.낮은 손실, 온도 효율적인 MOSFET, 전용 풀-브릿지에서 하프-브릿지 컨트롤 IC를 제공할 수 있는 새로운 칩셋은 이러한 DC 버스 컨버터 기술의 잠재성을 최대화할 수 있다.컨트롤러 원리DC 컨버터에 대한 컨트롤 요구사항은 자체 오실레이팅 50% 듀티 사이클 원리 기반의 최적화된 컨트롤러 IC에 맞춰져 있으며, 절연된 DC-DC 컨버터 회로를 간단하게 하기 위해 고집적화 되어 있다. 예를 들면, 인터내셔널 렉티파이어의 IR2086S는 이전에 발표한 하프-브리지 애플리케이션용 IR20865S와 연결된 풀-브리지 컨트롤러 IC이다. 통합된 소프트-스타트 커패시터, 히컵(hiccup) 전류 제한 보호 및 슛스루(shoot-through) 전류 보호를 위해 조정 가능한 데드타임은 산업 표준 1/4 브릭에 비해 전체 보드 공간의 48%를 절약하고 60%까지 부품 수를 줄인다.확장된 온도 밸런스전력 밀도의 벤치마크를 얻기 위해 노력할 때, SO-8 같은 표준 패키지된 MOSFET 디바이스는 제한될 수 있다. 1차측에 SO-8을 사용하고 2차측에 DirecFET를 사용할 때와 출력 전력이 대폭 증가할 때, 1차측의 SO-8 패키지된 FET는 뜨거워질 수 있고 2차측의 FET는 비교적 차가운 상태로 남아있다. 그러므로 2차측 단독으로 DirectFET를 사용할 때 병렬 SO-8 패키지된 FET는 이득을 최대화하기 위해 1차측을 필요로 한다.그러나 이것은 상당한 수의 부품, 보드 공간이 필요하고 복잡성이 증가하며 재료 비용도 증가한다. 크게 감소된 DFPC(Die Free Packaging resistance), 와류 인덕턴스, 듀얼 사이드의 온도 레지스턴스 등 DirectFET 패키징의 이점은 높은 전기 효율성과 접합부 온도 증가를 방지하기 위해 생성된 열의 분산을 더욱 효율적으로 해준다. 이러한 이점을 얻으려면, 고전력 애플리케이션의 전체 컨버터 성능을 진정으로 최적화시키기 위해 1차측 소켓을 필요로 하며, 이를 통해 1차측의 온도 제약이 줄어들고 1차측의 온도가 대폭 낮아진다.DirectFET 디바이스는 현재 100V까지 전압률이 가능하며, 48V 시스템의 1차측 애플리케이션과 ETSI 36V~60V 및 36V~75V의 입력 범위의 일반 텔레콤에 적합하다. 하프-브리지 1차측 기술에서 100V SO-8을 사용하는 일반 8Vout 버스 컨버터와 비교하면, 100V DirectFET를 사용하는 것이 상당한 성능상의 이점을 얻을 수 있다.SO-8 솔루션이 적절한 최대 22mΩ의 온-스테이트 레지스턴스인 것에 비해 IRF6644100V DirectFET는 13mΩ 최대 온-스테이트 레지스턴스와 낮은 게이트 차지를 나타낸다. 220W일 때, SO-8은 표 1처럼 온도가 제한되며 컨버터 전력 레벨이 증가되기 위해 디바이스의 병렬이 필요하다.싱글 SO-8 디바이스일 때에 비해 IRF6644를 사용할 때 40°C까지 온도가 감소된다. 접합부 온도가 FIT율을 결정하는 핵심 요소이기 때문에 이것은 바로 높은 시스템 레벨의 안정성으로 이어진다. 더군다나, DirectFET를 사용해 더 최적화된 칩셋이 될 때 1차측과 2차측의 온도가 조화를 이룬다. 또, 100V DirectFET는 싱글 SO-8에 비해 대략 1% 높은 전기 효율성이 있으며, 이것은 버스 컨버터가 보통 첫 번째 인스턴스에서 95% 이상으로 동작하기 때문에 점진적으로 효율적인 게인이 가능하다. 회로에서, IRF6644 게이트 차지는 병렬의 두 개의 SO-8보다 작으며 220W(8Vout@27.5A)에서 95.7%의 효율성이 확장되며 부품 수와 보드 공간을 줄이면서 싱글 DirectFET가 두 개의 SO-8을 대체하도록 한다.그림 1은 8V 중간 버스의 ETSI 30~60V 컨버터를 위해 고안된 하프-브리지 DC 버스 컨버터를 보여준다. IR2085 하프-브리지 컨트롤러와 결합된 이러한 배열을 통해 대다수 DC 버스 컨버터에 적합한 칩셋이 효과적으로 구성된다. 최소 외부 부품이 필요하고 매우 공간 효율적인 구축이 가능하다.새로운 100V 디바이스인 IRF664와 IRF6655는 중간 전압 DirectFET 범위의 한 부분으로, RDS(ON) × 게이트 차지 이점을 25~45% 개선시켜준다.3G를 위한 이점또 다른 예로, 셀룰러 기지국 디자이너들은 풋프린트와 비용을 대폭 삭감하기 위해 3G 라이선스 소유에 대한 부담을 느낀다. 3G 기지국은 더 작아지게 되고 최근 2/2.5G 마스트 보다 좀더 밀접해진 공간이 가능하며, 작아진 피코셀까지 기지국 크기가 줄어든다. 동시에 피코셀당 1,000달러 이하로 대폭 낮아진 판매 가격으로 기지국의 경제성이 요구된다. 이렇게 급박한 시장의 수요를 맞추기 위해 여러 가지 측면에서 명백한 기지국 디자인의 난점이 있다.그림 2는 무선 기지국의 250W 무선 증폭기 전력 스테이지의 컨버터를 보여준다. 기지국은 절연된 28VDC 레귤레이티드 출력 서플라이를 필요로 하고, 1:1 풀-브리지 DC 버스 컨버터가 절연을 제공함에 따라 동기식 벅 프론트엔드가 레귤레이티드 28V 중간 전압을 제공한다. IRF6644및 IRF6655 100V DirectFET는 동기식 벅 컨버터에서 전기적 성능과 온도 성능을 향상시키고, 언레귤레이티드 풀-브리지 컨버터 스테이지로 들어간다.버스 컨버터 고유의 50% 듀티 사이클 동작은 자가 구동의 2차측 동기화 정류 기술을 사용하는 공개 루프 디자인을 간단하게 한다. 공간 효율적인 풀-브리지 동기화 정류기를 만들기 위해 4개의 IRF6614 40V 등급의 DirectFET는 곧바로 IR286S에 의해 컨트롤 된다. 2차측에서, 버스 컨버터의 50% 특성은 이러한 효율성 레벨에서 디바이스 동작에 중요한 요소인 효율성을 2% 낮아지게 하는 150V 혹은 200V 디바이스보다 100V의 IRF6644 MOSFET 사용이 가능하다.그림 2에서 보여진 파워 스테이지는 동작의 92.5%까지 효율성이 증가하고 경쟁사의 1/2 브릭 크기 솔루션보다 32% 작은 공간을 사용한다.결론현재의 DPA는 줄어든 공간, 더 높은 효율의 동작 및 적은 부품 수를 제공해야만 한다. 최신의 고전압 DirectFET 기술같은 전력 반도체는 고집적 컨트롤 IC 솔루션과 커플링되고 디자이너들이 성능과 안정성을 증가시키면서도 이러한 수요를 맞출 수 있게 해준다.요즘 나오는 최신 전자제품들을 살펴보면 개발동향과 관련해 한 가지 분명한 특징을 알 수 있다. 바로 휴대전화를 비롯해 PDA 및 기타 휴대기기에 카메라가 기능이 포함된다는 사실이다. 물론, 이것은 디지털 영상과 관련한 전자제품의 소형화 추세에 따른 것이다. 그러나 영상 관련 전자제품 자체는 작아지고 있는 것에 반해 이미지 픽셀 수는 계속 증가하고 있다. 고급 영상 품질에 대한 수요가 늘어나면서 이와 함께 카메라 플래시 기술의 발전 또한 요구되고 있는 상황이다.오늘날의 최첨단 휴대전화는 인터넷 웹브라우징, 무선 이메일 전송, 사진 촬영 및 스트리밍 비디오 기능까지 갖추고 있다. 하지만 휴대전화 제조업체들은 이러한 많은 고급 기능들을 소형 폼팩터에서 모두 구현함과 동시에 배터리 런타임을 극대화해야 하는 부담을 안고 있다.소비자들은 이렇게 카메라를 내장한 휴대전화를 선호하면서도 기능은 절대 일반 디지털 카메라에 뒤떨어지지 않을 만큼의 고품질 사진을 기대한다. 이를 위해 더욱 개선된 최신 이미지 센서 및 광학 사용에 대한 움직임은 활발한 편이나 고품질의 ‘플래시’ 조명은 아직 좀 더 고려해야 할 사항들이 있다. 플래시 조명은 좋은 품질의 사진촬영을 위해서 매우 중요한 부분이며, 소형 휴대전화에서 구현될 때에는 특별히 더욱 많은 주의가 필요하다.솔루션소비자 입장을 고려해 볼 때, 2메가픽셀급 카메라폰의 내장형 플래시에 있어서 가장 중요한 부분은 바로 솔루션 크기와 성능이었다. 실질적으로 가장 많이 쓰이고 있는 플래시 조명 기법은 백색 LED와 플래시램프이다. 표 1은 LED 및 플래시램프 기법에 대한 다양한 성능을 분류별로 비교해 놓은 것이다. LED의 여러 가지 장점 중 가장 두드러지는 것은 연속 동작 기능과 저밀도 지원 회로이다.그에 반해 플래시램프는 고품질 사진촬영을 위한 매우 중요한 특성을 지니고 있다. 플래시램프의 라인 소스 광출력은 포인트 소스 LED에 비해 몇 백배나 우수하므로 넓은 면적에서 고밀도의 빛이 쉽게 확산될 수 있다. 뿐만 아니라 플래시램프의 색 온도는 5500°K~600
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