컨버터 IC 시장동향
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▶ 전 세계 파워 관리 시장 규모와 분야별 시장 분포
TI, 효율 최고 96% 전력 관리 IC지난해 파워 분야에서 전년대비 26%라는 괄목할 만한 성장을 기록한 TI는 지난달, 리튬이온 구동형 멀티미디어의 수명을 연장하는 벅 부스트 DC/DC 컨버터 IC를 발표했다.특히 이 제품은 1.8V까지 하강하는 입력 전압 범위에서 최고 96%의 효율성을 달성한다고 회사 측은 밝혔다.
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▶ TI의 TPS6300 벅 부스트 컨버터
TI의 TPS63000 벅 부스트 컨버터는 3.3V 출력의 표준형 고효율 벅 컨버터와 비교해 최고 28%의 작동시간을 제공한다.이 IC는 1.2V의 낮은 출력 전압을 조정할 수 있는 스텝 업 및 스텝 다운 DC/DC 컨버전을 구현하며, 30μA 미만의 낮은 무부하 전류를 지원하는 TPS63000은 동작이 정지될 수 있는 저전력에서 전력 절감 모드로 전환되며, 컨버터를 고정 스위칭 주파수(1.5MHz)에서 작동시킨다. 이 때 컨버터는 배터리 드레인을 최소화시키기 위해 작동하지 않을 수도 있다.매우 작은 사이즈의 2.2μH 인덕터를 구현하는 이 제품은 향후 초소형 칩 패키지로도 출시할 계획이다.
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▶ TI 한철 부장
"결국 파워에서는 열 문제, 즉 누가 효율이 가장 뛰어난 제품을 만드냐가 관건이다"-TI 한철 부장지난달 열린 기자간담회 자리에서 TI코리아의 한철 부장(아날로그 마케팅)은 “파워 분야에서 지난해 14%의 시장을 차지한 TI는 이번에 출시된 전원 관리 IC에서도 고효율을 높이는 데 중점을 두었다”고 설명했으며 “리튬 이온 파워 시스템에서 가장 큰 문제는 열이기 때문에 결국 효율 문제가 부각된다. 중요한 것은 누가 가장 효율이 뛰어난 IC를 개발하느냐이다”고 밝혔다.일반적으로 배터리 전압 범위가 3.6V~7V까지 유지돼 왔으나 최근에는 배터리 수명이 늘어나면서 3.0V까지 떨어졌고 차세대 배터리에서는 2.3V까지 떨어지게 된다. 이 부분이 벅 부스트 컨버터의 필요성이 생기는 지점이기도 하다. 이에 따라 기존의 스텝다운 컨버터를 썼을 때 버려지는 3.0V 이하의 전력을 사용할 수 있는 것이다.한 부장은 “MOSFET 스위치 주파수 스위칭 높여서 인덕터 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있었다. 주파수가 높아지면서 발생하는 열문제 등은 회로설계 기술로 최소화 시켰다”고 말했다.맥심, 듀얼 출력 제공하는 DC-DC 컨버터맥심(Maxim)의 MAX5072도 벅 부스트 듀얼 출력 기능을 제공하는 DC-DC 컨버터이다. 각 출력이 벅 컨버터 또는 부스트 컨버터로 구성할 수 있는 이 제품은 5.5V~23V의 넓은 입력 전압 범위를 가졌다.
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▶ 맥심 MAX5072 벅 부스트 컨버터
이에 따라 xDSL 모뎀 애플리케이션 내 소자에 전력을 제공하기 위해 저가 AC 어댑터를 사용할 수 있다. 각 출력은 ±1%의 출력 전압 정확도로 벅 모드에서 최저 0.8V까지, 부스트 모드에서 최대 28V까지 프로그래밍이 가능하다.벅 모드에서, 컨버터 1과 컨버터 2는 각각 2A 및 1A를 제공할 수 있다. 각 컨버터의 출력 스위칭 주파수는 xDSL 주파수 동작 대역에서 고조파를 피하기 위해 200kHz~2.2MHz 범위에서 프로그래밍이 가능하다.각 출력은 180° 위상 회로 동작하므로 입력 커패시터 리플 전류, 크기 및 비용이 감소된다고 회사 측은 밝혔다. 특히 이 제품은 돌입 전류를 줄이는 내부 디지털 소프트 스타트를 포함하고, 파워업 시 출력 전압의 단조 상승을 보장한다. 또한 입력 전압이 프로그래밍된 전압 미만으로 떨어지면 로우가 되는 “dying gasp” 출력을 갖추고 있다.컨버터 제품의 영업을 담당하고 있는 맥심의 이인성 부장은 “맥심 제품은 고성능 Bi-CMOS 공정을 사용해 고주파 구동이 가능하며, 이에 따라 주변 인덕터나 커패시터 사이즈를 획기적으로 줄이고 있다”고 말했다.이와 함께 TFT LCD를 위한 스텝 업 DC-DC 컨버터도 맥심이 기대를 크게 하는 제품이다. TFT LCD에 레귤레이트된 전원 전압을 제공하는 이 제품(MAX8752)은 n채널 전력 MOSFET이 내장된 전류 모드, 고정 주파수, 펄스폭 변조(PWM) 회로를 통합하고 있어 고효율 및 신속한 과도 응답을 제공한다. MAX8752의 입력 전원 전압 범위는 1.8V~5.5V이다.이 제품은 1.2MHz의 스위칭 주파수로 동작하므로 초소형 인덕터 및 ESR이 낮은 세라믹 커패시터를 사용할 수 있다. 전류 모드 구조는 LCD 소스 드라이버 애플리케이션에서 요구되는 펄스 부하에 신속한 과도 응답을 제공한다. 14V 내부 MOSFET은 최대 13V의 출력 전압을 발생시킬 수 있다고 회사 측은 설명했다.이 부장은 “노트북의 모니터가 CCFL에서 LED로 바뀌면서 LED 백라이트 시장도 확대되고 있다. 이에 LED 드라이버 IC도 많이 쓰이고 있지만 부스트 컨버터 수요도 많이 늘어나고 있다”고 말했다.LTC, 싱크로너스 벅 부스트 DC/DC 컨버터리니어 테크놀로지는 지난달 싱크로너스 벅 부스트 컨버터(LTC3532)를 출시했다. 이번에 개발된 제품은 최대 500mA의 출력 전류를, 입력이 출력보다 크거나 작거나 또는 동일한 조정 출력으로 제공할 수 있다.
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▶ 리니어테크놀로지의 LTC3532 벅 부스트 컨버터
이 제품은 모든 동작 모드에서 연속 전송이 가능해 배터리 전압이 출력 이하로 떨어질 때에도 정전압을 유지해야 하는 단일 셀 리튬이온 또는 멀티셀 알카라인/NiCad/NiMH 애플리케이션에 적합하다고 회사 측은 밝혔다. 대부분의 경우 배터리 런타임을 20% 이상 향상시킬 수 있다는 설명이다.스위칭 주파수는 저잡음을 제공하고, 최대 2MHz까지 프로그래밍이 가능하므로 외부 부품의 크기를 최소화 할 수 있어 일반 휴대용 애플리케이션에서 요구되는 초소형 솔루션 풋프린트를 제공한다.LTC3532는 2개의 N채널 MOSFET과 2개의 P채널 MOSFET을 포함하고 있어 최고 93%의 높은 효율을 제공한다. 자동 버스트모드(BurstModeTM) 동작 방식을 이용해 사용자는 버스트모드가 시작하는 곳의 부하 전류를 프로그램 할 수 있다.버스트모드 동작은 대기 전류 소모량이 35uA에 불과하며, 셧다운 전류는 1uA 미만으로 배터리 런타임을 연장할 수 있다. 애플리케이션이 잡음에 민감한 경우 MODE 핀은 또한 잡음과 RF 간섭을 줄일 수 있도록 강제 연속 동작을 실행할 수 있도록 구성될 수 있다.버스트 모드(Burst Mode)는 LTC 특허로 요점은 부하전류가 적을 때 컨버터의 효율을 높이기 위한 기술이다. LTC의 거의 모든 모놀리식 컨버터(스위치 내장형 IC)에는 버스트 모드가 적용돼 있다."버스트 모드 특허기술을 이용해 스위칭 손실을 줄였고, 안정적이라는게 최대 장점이다"-LTC 양일수 과장LTC의 양일수 과장은 “현재 경쟁이 치열하게 벌어지고 있는 포터블 분야에서 가장 중요한 것은 배터리 문제이다. 리튬이온을 쓰든 아니면, 리튬 폴리머를 쓰든 간에 모두 전압 컨버팅이 필요한데 LTC의 벅 부스트 컨버터 제품은 버스트 모드 특허기술을 이용해 스위칭 손실을 줄여주는 것은 물론 안정적이라는 장점이 있다”고 말했다.이 회사는 이에 앞서 내부 1.4A 파워 스위치를 포함한 초소형 6핀 2mm×3mm DFN 패키지 형태의 전류 모드 PWM 스텝다운 DC/DC 컨버터(LT3493)을 선보였다. 이 신제품은 입력 범위가 3.6V~36V이고, 40V의 과도현상을 견딜 수 있기 때문에 트랜스포머, 24V 산업용 서플라이 및 자동차 배터리를 포함한 다양한 전원으로부터 전력을 레귤레이트 하는데 이상적으로 활용될 수 있다. 자동차 애플리케이션의 경우, 이 제품은 4V 미만의 입력으로도 쉽게 동작이 가능하다.이처럼 각 업체가 최근 내놓고 있는 벅 부스트 컨버터는 시장 잠재력은 있지만 아직까지는 초기 단계라는 것이 전반적인 의견이다. 대부분 벅 컨버터나 부스트 컨버터, LDO 등이 사용되는 현재의 애플리케이션에서 벅 부스트 컨버터의 적용 분야가 한정적이라는 얘기다.맥심 이인성 부장은 “현재 벅 부스트 IC 시장은 시장이라고 말할 정도도 아니다. 전원 어댑터에 제한적으로 사용하고 있는 상황이어서 애플리케이션의 확대를 지켜봐야 한다”고 지적했다. LTC의 양일수 과장도 “내비게이션이나, DMB까지 탑재되고 있는 PMP 등에도 일부 적용되고 있기는 하지만 지금은 하드웨어 전원 분야에 제한적으로 들어가고 있다”고 말했다.NS, ST, 페어차일드 등도 전력관리 IC 강화이 외의 컨버터 IC 제품으로 내셔널 세미컨덕터(NS)가 소형 2MHz, 600mA DC-DC 컨버터를 올초에 출시했으며 SM마이크로일렉트로닉스(ST)가 휴대용 멀티미디어 시스템의 배터리 수명을 극대화하는 고집적 전력 관리 칩 출시했다.NS의 LM3674는 휴대전화, PDA, MP3 플레이어, 휴대용 기기, W-LAN, 디지털 스틸 카메라, 휴대용 하드 디스크 드라이브 등과 같은 핸드헬드 디바이스에 적합한 제품이다.하나의 리튬-이온 전지로 저전압 회로를 구동하고 2.7V~5.5V의 입력 전압 레일을 구동할 수 있도록 최적화되어 있는 이 제품은 전체 입력 전압 범위에서 최대 600mA 부하 전류를 제공한다고 회사 측은 설명했다.PWM 조작 도중 피크 투 피크(Peak-to-Peak) 전압 리플이 5mV 미만인 저노이즈 고정 주파수 모드에서 작동하며 내부 동기식 조정이 PWM 조작 중 높은 효율을 제공한다. 또한 셧다운 시 디바이스가 꺼져 배터리 소비를 0.01μA(통상)로 줄여준다. 높은 스위칭 주파수 덕분에 2.2uH 인덕터 하나와 소형 세라믹 커패시터 2개만을 사용하면 된다.ST의 STw4810은 초소형 단일 칩 전력 관리 제품이다. 휴대전화 및 PDA 같은 멀티미디어 휴대용 제품에 사용되는 ST의 Nomadik™ 프로세서인 STn881x를 비롯한 각종 멀티미디어 APE와 함께 사용하도록 설계된 점이 특징이다.STw4810은 여러 DC-DC 컨버터와 프로그래머블 레귤레이터 뿐만 아니라 종합적인 USB-OTG(USB On-The-Go)를 통합하였으며 주요 메모리 카드 인터페이스를 지원하고 프로세서 공급 모니터링 및 리셋 제어가 가능하다.STw4810은 두 개의 독립적인 DC-DC 스텝 다운 컨버터를 포함하여, 주전원에 최고 600mA에서 1~1.5V를 제공하며 I/O 기능 및 일반 기능에 600mA에서 1.8V를 제공한다. 프로그래머블 LDO 레귤레이터는 보조 제품 및 주변장치에 전력을 공급한다.페어차일드 반도체는 지난해 말 최신 IMVP(Intel Mobile Voltage Positioning) 스펙을 이용해 노트북에서 효율성과 공간 절약을 최적화시키도록 설계된 동기식 벅 컨버터 칩 셋을 발표했다.페어차일드의 PowerTrench MOSFET 기술이 사용된, 하이-사이드 컨트롤 MOSFET(FDS6298) 및 로우-사이드 동기식 MOSFET(FDS6299S)은 칩 셋 형태로 동기식 벅 컨버터 애플리케이션에서 향상된 전류 밀도 및 효율성을 제공한다. 신속한 스위칭이 특징인 FDS6298과 낮은 RDS(on)의 FDS6299S는 하이-엔드 통신 장비와 같은 애플리케이션에서 고전류 POL(point-of-load) 컨버터에 매우 적합한 정합 쌍으로써 장점을 제공한다.Briefing / IRIR, 시스템 효율 개선하는 컨버터 ICIR1167 SmartRectifier…부품수·온도 줄여줘“AC-DC 전력 컨버터용 IC는 아주 간단한 구조를 가진 고효율 솔루션이다. IR의 HVIC 기술을 적용한 이 제품은 고객에게 부품 수는 물론, 시스템 효율 1% 개선해준다”지난달 SmartRectifier IC 출시에 맞춰 방한 한 마리오 바텔로(Mario Battello) SMPS 담당 마케팅 매니저는 파워가 높아지고 있는 디지털 기기의 시스템 효율성에 주목했다.
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▶ 기자 간담회 모습
인터내셔날 렉티파이어(IR)가 이번에 발표한 AC-DC 전력 컨버터용 IR1167 SmartRectifier IC가 고전력 플라이백 및 진형 하프 브리지 컨버터 회로에서 보조 동기식 정류 효율을 개선해 더 작고 열효율이 우수한 설계를 가능하게 해준다는 것이다.독점 HVIC기술 적용이에 따라 랩톱, 미니 PC, LCD/PDP TV, 게임기, 디지털 컴퓨팅 및 홈 엔터테인먼트 시스템에 폭넓게 적용할 수 있다.IR 코리아의 허기병 대표는 “100W~300W 플라이백 회로에서 전통적인 복잡하고 크기가 큰 전류 변환기 제어 회로는 SR MOSFET를 통한 극성 변화를 검출하기 위해 큰 리버스 전류가 필요하기 때문에 에너지 낭비를 초래한다”고 지적하며 “이에 반해 IR의 IR1167는 SR MOSFET에서 전압 임계값을 직접적으로 정밀하게 검출하는 새로운 기술을 채택하고 있어 빠르고 정확한 제어가 가능하다”고 강조했다.이 제품은 모든 MOSFET 게이트 유형과의 호환성을 제공하는 IR의 독점 HVIC 기술을 사용하며 IR의 다양한 30V~200V SR MOSFET에 대한 직접 연결을 제공한다.IRF7853, IRFB4110, IRFB4110, IRFB4227 등과 같이 최적화된 on-resistance 및 게이트 전하 특성을 갖는 IR의 MOSFET과 함께 이 제품을 사용할 경우, 한층 성능이 향상된다는 이점이 있다. 이러한 최적화된 MOSFET는 IR1167과 함께 사용될 때, 토털 칩셋 솔루션의 역할을 하여 SR 회로에서의 효율성과 전력 밀도가 극대화된다.
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▶ IR의 Smart Rectifer
새로운 IC는 1차 제어와 별개로 동작하므로 다양한 변환기 스위칭 모드와 정전 용량 출력 필터가 사용되는 분야에 사용할 수 있다. Smart Rectifier 기술은 SR MOSFET에서 방출되는 손실을 절반으로 줄여주기 때문에 필요한 MOSFET이 적어진다.INTERVIEW / 엄기훈 싱쿼 지사장경쟁사보다 신뢰도 2배 자신통신용, 의료용 분야 확대…올 100% 성장 목표싱쿼(Synqor)는 국내지사 설립 때부터 모듈형 DC/DC 컨버터의 큰 부피와 저효율 고비용의 주범으로 지목돼온 히트싱크와 에폭시를 없앤 일명 ‘오픈프레임’ 컨버터로 주목을 받아온 기업이다. 이 같은 이유로 특화된 제품을 만드는 회사들이 먼저 찾는 기업이 됐다.“우리는 고가 고성능 제품을 주로 취급한다. 통신용 제품이 많이 나가고 있으며 반도체 테스트, 의료기기에도 많이 적용되고 있다. 특히 이런 제품은 노이즈 문제에 민감하기 때문에 특수한 모듈을 쓰지 않으면 신뢰성에 문제가 생긴다.”몇 년 전만해도 표준 제품이 없었던 국내 산업에서는 저가 제품을 구입, 조립해서 사용했으며 이 과정에서 신뢰성 문제가 발생했다.“싱쿼의 제품은 전 세계에서 검증된 제품이다. 성능이나 가격은 비슷하지만 경쟁사에 비해 신뢰도가 2배 높다고 자부한다. 이는 무엇보다 생산관리를 최우선으로 생각하는 싱쿼의 차별성이 있기 때문이다.”현재 한국 지사와 함께 일본 지사도 관리하는 엄 지사장은 성장하고 있는 와이브로나 DMB 분야에 많은 기대를 걸고 있으며 향후에는 의료기기 시장도 확대해 나갈 예정이다. 일본 시장은 계측기에 집중하는 것이 다르다면 다른 상황이다.싱쿼코리아는 이를 바탕으로 2005년에는 전년도에 비해 50%의 성장세를 기록했고 올해는 100% 성장을 목표하고 있다.INTERVIEW / 김정삼 인터실 차장화이트 LED용 전력 IC에 큰 관심모바일 차저 IC 비중 커, 벅 부스트 제품도 계획삼성전자가 기존 냉음극형광램프(CCFL) 방식의 기존 BLU(백라이트유닛)을 LED BLU로 대체한 노트북용 LCD 패널에 이어 TV용 패널도 잇따라 선보이자 전력 관리 IC 업체들도 바빠졌다. 인터실(Intersil)의 김정삼 차장도 이 시장에 대한 기대가 큰 사람 중의 한 명이다.“CCFL이 화이트 LED로 넘어가면서 부스트 컨버터의 필요성도 커졌다. 노트북 같은 경우, 색재현성이 중요하기 때문에 화이트 LED의 전류 조절을 안정적으로 해야 한다. 특히 LED 고 전류가 변하는 상태가 존재하는데 이를 조절하기 위해 타사는 외부에 별도 장치를 두거나 아예 없지만 인터실은 IC에 별도 스위치를 만들어 일정한 주파수를 유지할 수 있도록 한다.”원래 스페이스(우주항공), 밀리터리 분야에서 기술력을 쌓아온 인터실은 LCD의 Op 앰프, 파워 부스트 컨버터 등에서 강점을 보이고 있다.“LDO, 벅 컨버터의 단가 경쟁력에서는 최고라고 자부”하는 김 차장은 “인터실의 파워 제품은 모바일, MP3, PMP 등의 모바일 차저 IC가 최근 많이 공급되고 있다”고 말했다.김 차장이 말하는 인터실의 경쟁력은 고객 요구에 만족시킬 수 있는 가격과 제품 스펙이다.“지난 1분기 모바일 시장은 상황이 좋지 않았다. 현재로서는 시장을 리드할 수 있는 새로운 모델이 나오는 5월이 지나봐야 할 것 같다.”김 차장은 이와 함께 최근 많이 얘기되고 있는 벅 부스트 컨버터 제품도 곧 선보이게 될 것이라고 말했다.
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