오늘날의 하이엔드 통신 시스템 설계자들은 더 많은 기능을 지원하면서 더욱 낮은 프로세싱 코어 전압 수준을 만족시키는 파워 서플라이 솔루션을 요구하고 있다. 또한 하이엔드 시스템의 경우 특히, PCB 설계 및 레이아웃 비용이 상당히 많이 들어가기 때문에 보드 공간이 중요한 부분을 차지한다. 뿐만 아니라 새로운 세대의 DSP, FPGA, 마이크로컨트롤러 및 메모리 모듈 간에 데이터 속도가 높아짐에 따라 간섭을 줄이고 데이터 무결성을 보장하기 위해서 PCB는 고품질의 레이아웃과 트레이싱을 확보해야만 한다.파워 시스템의 도전과제- 복잡성 증가- 더 광범위한 입력전압- 더 작은 공간에 더 높은 전력밀도 실현 초고속 과도응답 수준 요구- 가격 대비 성능이에 대해 TI코리아, 리니어 테크놀로지(Linear Technology), Artesyn Technologies 등이 초고속 과도응답(ultra-fast transient response)의 고성능 파워 모듈을 잇따라 출시하는 등 하이엔드 시스템 시장의 요구에 응답하고 있다.특히 리니어 테크놀로지는 최근 경쟁력 있는 콤팩트한 패키지에 완전한 스텝다운 파워 서플라이(SMPS)를 제공하는 DC-DC μModuleTM 제품군을 발표하며 자사 최초의 파워 모듈 시장 진출을 공표했다.파워 모듈 유저에게 비절연형 POL(point-of-load) 보급에 앞장서고 있는 TI도 최근 과도부하에 대한 응답성을 조절할 수 있는 DC-DC 컨버터 「T2 시리즈」를 탑재 한 비절연형 POL 전력 모듈을 발표했다. T2 시리즈는 TI의 기존 PTH 시리즈와 달리 두 가지 기능을 새롭게 추가했다.하나는 과도부하에 대한 응답성을 외장형 저항으로 조절할 수 있는 ‘TurboTransTM’ 기술이고, 또 하나는 여러 개의 T2 시리즈의 동작 주파수를 외부 주파수에 동기화시키는 ‘SmartSinc’ 기술이 그것이다. 또한 PWM 컨트롤러, FET 등 DC-DC 컨버터를 구성하는 각 부품의 집적화와 DC-DC 컨버터의 변환효율을 개선함으로써 기판의 설치 면적을 기존 PTH 시리즈의 절반으로 줄였다.POLATM(Point-of-Load Alliance) 표준과 호환되는 T2 시리즈에는 입출력 전압 및 부하 전류가 다른 6개 제품이 갖춰져 있다(표 1 참조).고속의 과도응답 및 낮은 출력 커패시턴스TI의 TurboTrans 기술은 출력 센스 단자와 TurboTrans 단자간에 외장형 저항을 이용해 응답성을 조절하는 기능이다. 저항값을 조절하는 것으로 과도부하에 대한 응답성을 확보하고, 출력 커패시터의 용량을 줄일 수 있다. 따라서 출력 커패시터에 저 ESR 제품을 사용했을 경우라도 안정성을 유지할 수 있다고 한다. TurboTrans를 이용하지 않을 경우에는 TurboTrans 단자를 개방한다. TurboTrans 기능을 이용한 상태와 이용하지 않고 있는 상태를 비교하면, 과도부하시 출력 전압 변동 폭을 같은 정도로 하기 위해 필요한 출력 커패시터 용량을 최고 1/8 정도로 감소시킬 수 있다(그림 1 참조).SmartSinc는 여러 개의 T2 시리즈의 동작 주파수를 동기화하고 노이즈를 저감할 수 있다. 동작 주파수가 다른 복수의 스위칭 전원을 같은 전원으로 동작하면, 반사 노이즈에 의해 비트 주파수(beat frequencies)가 출력 전압에 나타날 경우가 있다. SmartSinc는 각각의 동작 주파수를 동기화함으로써 이를 억제할 수 있다. 동기가 가능한 주파수 범위는 제품에 따라 다르다.T2 시리즈의 출력 전압의 허용오차는 ±1.5%(50A 제품은 ±3.0%)이다. 사양 온도범위는 -40℃∼+85℃. 출력 전압의 제어 방법은 전류 검출에 의한 PWM 제어이다. 이밖에 주요 기능으로서는 시퀸스(order)를 제어하는 ‘Auto-TrackTM’ 시퀀싱과, Previas 상태에서의 기동시 로 사이드 FET에 의한 전류의 흡수를 막는 ‘Start-up into pre-bias’ 등이 있다. 또한 그라운드 전위의 불안정에 의한 동작의 영향을 막기 위해 출력 전압을 차동전압으로 검출한다.리니어 테크놀로지는 지난 10월 한개의 저항만을 이용해 완벽한 파워 서플라이를 구현할 수 있는 초소형 풋프린트 크기의 LTM4600 μModuleTM을 출시했다.LTM4600은 리니어가 개발한 μModuleTM DC-DC 컨버터 제품군에 속하는 최초의 제품으로 내부에 동사의 DC-DC 컨트롤러 및 파워 MOSFET, 인덕터, 바이패스 커패시터, 위상 보상 회로 등을 내장했다.이처럼 인덕터가 내장되어 있어 피크 인덕터 전류, 인덕턴스 값, 인덕터 종류, 포화, 핵심 재료와 관련된 계산을 할 필요가 없다. 그리고 리니어의 싱크로너스 N 채널 MOSFET은 14A의 피크 전류를 제공할 수 있으며 최대 28V의 고전압에서도 동작한다. 또한 동작 효율성을 높이기 위해서 싱크로너스 컨트롤러 및 2개의 MOSFET 게이트 드라이버를 갖추고 있다.특히 외형 사이즈 15mm×15mm×2.8mm의 LGA 패키지는 125℃의 최고 사용온도에서 20℃/W의 열 임피던스를 제공한다.LTM4600은 연속시 10A, 피크시 14A의 출력전류를 제공한다. 저항은 0.6V~5V 범위의 출력전압을 설정하는데 사용된다.LTM4600에는 입력전압 범위가 4.5V∼20V인 LTM4600EV와, 입력전압 범위가 4.5V∼28V인 LTM4600HVEV가 있다. 출력전압은 모두 0.6V∼5V로, 유저가 외장형 단일 저항을 이용해서 설정할 수 있다.동기 정류 방식을 채용하고 있어 변환효율은 최대 92%. 단락보호와 과전압보호 기능도 탑재하고 있다. 이 모듈 2개를 병렬로 연결하면 20A의 출력전류를 얻을 수 있다.LTM4600의 출력 전압의 허용오차는 1.5%. 사용 온도범위는 -40℃∼+85℃이다. LTM4600EV와 LTM4600HVEV는 1,000개 기준으로 개당 각각 16.50달러 및 19.50달러이다.리니어는 향후 μModule 제품들을 3.3V 이하의 입력전압, 10W 이하의 출력전력, 225mm2의 사이즈, 초저잡음, PolyPhaseTM(최대 60A의 출력전류), 부스트/벅 부스트 변환과 같은 시스템 요구사항을 충족시킬 계획이다.Artesyn Technologies는 8종의 표면실장형 비절연 POL DC/DC 컨버터를 지난 6월 발표했다. 출시된 PTV 시리즈 컨버터는 POLA 표준과 완벽하게 호환되기 때문에 사용자들이 여러 가지 공급 소스를 사용할 수 있도록 유연성과 안전성을 제공할 뿐만 아니라, 차지하는 면적을 극도로 최소화한 모듈에 최신 전력 변환 및 제어 기술을 집약시킨 제품이다.시리즈 중에서 가장 작은 모델인 PTV03010은 차지하는 PCB 공간이 1.9cm2이며 입력전압 3.3V, 출력전류 8A의 제품이다.Artesyn의 모든 PTV 및 PTH 시리즈 POL 컨버터에는 전력을 높이고 내리는 도중에 여러 개의 컨버터가 서로 간에 또는 외부 전압을 추적할 수 있도록 해주는 Auto-TrackTM 전력 시퀀싱 기능이 있다.또한, 컨버터에 프리바이어스 시작 기능이 있어서 전력을 높일 때 멀티레일 장치로부터 나오는 feed-through가 컨버터 출력에 전압을 발생시킬 가능성이 있는 경우에도 사용할 수 있다.Artesyn의 PTV 시리즈 POL 컨버터는 OEM 업체들에게 다양한 선택의 폭을 제공하여 보드 레벨 설계를 간소화할 수 있도록 해준다. 이 컨버터에는 설계할 때 중급 버스 전압을 선택할 수 있도록 8A, 16A 및 18A의 출력전류와 3.3V, 5V 또는 12V의 공칭 입력전압을 제공한다.또한, 컨버터에는 폭넓게 조절할 수 있는 출력전압 기능이 있어서 거의 모든 저전압 실리콘의 공급 요구사항을 충족시킬 수 있다.3.3V 입력 PTV030xx 제품은 출력전압을 0.8~2.5VDC 범위에서, 5V 입력 PTV050xx 제품은 0.8~3.6VDC 범위에서, 그리고 12V 입력 PTV120xx 제품은 1.2~5.5VDC 범위에서 원하는 대로 설정할 수 있다.이밖에도 매우 낮은 저전압 실리콘에 사용할 수 있도록 출력 범위가 0.8~1.2VDC 사이인 12V 입력 PTV050xx 제품도 있다.더 높은 수준의 전력 솔루션을 필요로 하는 IBA(intermediate bus architecture)용으로 적합한 12V 입력 모델은 Artesyn에서 최근에 발표한 IBC25A 300W 1/8 브릭 중급 버스 컨버터와 호환된다. 게다가 POL 컨버터의 시퀀싱 기능을 사용하면 시퀀싱 기능을 제공하기 위하여 여러 개의 절연 브릭이나 외부 회로를 사용하지 않고도 복잡한 분산 전력 구조를 구현할 수 있기 때문에 개발기간과 비용을 줄일 수 있다.PTV 시리즈는 주로 출력 전류 기능과 물리적인 크기에 따라 구분되는 두 가지 범주의 비절연형 POL 컨버터로 구성된다. 각 범주에는 3.3V, 5V 및 12V의 공칭 입력 전압을 제공하는 모델이 포함된다.차지하는 면적이 22.9mm×8.4mm 밖에 안되고 설치 높이가 10.2mm인 PTVxx010 컨버터는 최대 8A의 출력 전류와 함께 94%의 변환효율을 제공한다. 더 높은 출력을 제공하는 PTVxx020 컨버터는 크기가 44.4mm×8.9mm×12.7mm이고, 18A 출력 기능이 있는 모델이 여기에 포함된다. 사용 온도범위는 -40℃∼+85℃이다.10,000개 주문 수량 기준으로 8A POL 컨버터인 PTV03010WAH 가격은 6.50달러부터 시작되고, 18A 출력 기능이 있는 PTV05020WAH POL 컨버터는 11.00 달러이다.POLATM(Point Of Load Alliance)정보통신 기기 메이커 등 파워 모듈 유저에게 비절연형 POL을 보급하기 위해 2003년 6월 설립된 기업 연합단체이다. 연합의 목적은 POL 컨버터의 성능을 향상하기 위해 선도 기술을 표준화하는 것이며, 이로 인하여 상호운용성과 디자인 융통성을 확보하는 것이다. 이 목적을 위해 연합에 소속된 5개의 업체들은 서로 동일한 기능, 핀아웃 그리고 폼팩터의 POL 컨버터를 개발하고 있다. 현재 이 단체에는 Artesyn Technologies, Texas Instruments, Emerson Network Power의 Astec Power를 비롯해 Ericsson Power Modules와 무라타제작소가 가입해 있다.
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