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산업용 시스템 설계 온도 낮추는 '통합 데이터와 전원 절연'
이나리 기자 | 승인 2017.05.11 10:02

[EPNC=이나리 기자] 공장 자동화와 그리드 인프라 장비와 같은 산업용 애플리케이션에 대한 요구가 많아짐에 따라 시스템에 더 많은 기능을 추가해야 하는 필요성도 함께 증가하고 있다. 이에 따라 다양한 회로에 전력을 공급하는 전원 관리 시스템은 시스템의 온도를 높이지 않으면서 최적의 성능을 달성해야 하는 부담이 가중되고 있다.

아이솔레이터를 사용해 시스템의 저전압 부분을 고전압 부분으로부터 데이터 아이솔레이터는 손쉽게 신호 절연을 제공할 수 있지만 데이터 절연만으로는 충분하지 않으며 전원도 함께 절연해야 한다. 어떤 경우에는 2개의 절연 전원이 제공돼 아이솔레이터의 1차측과 2차측에 직접 전력을 공급하기도 하지만, 애플리케이션에 2차 전원이 없는 경우도 있다. 이러한 경우 1차 전원으로부터 절연되는 2차 전원을 생성해야 한다.

[그림 1]은 개별 부품을 사용하여 절연 전원 공급 장치를 구축하는 솔루션을 보여준다. 1차 전원으로부터 동작하는 변압기 드라이버는 절연 트랜스포머의 1차 권선을 구동하기 위해 푸시 풀 신호를 발생시킨다. 권선비에 따라 변압기는 원하는 만큼의 2차 전압을 제공한다. 변압기 다음에 정류기 다이오드는 정류를 도와주고, 이어 레귤레이터는 리플을 줄이도록 도와준다. 정류기의 출력이 시스템 성능에 충분할 경우, 레귤레이터를 아예 제거할 수도 있다.
 

[그림 1] 개별 부품을 이용한 절연 전원

이 솔루션은 외부 변압기(transformer)로 인해 우수한 전력 전송 효율을 제공하지만, 여러 개의 부품을 사용함으로써 시스템 비용과 보드 공간을 증가시킨다. 시스템에 여러 개의 아이솔레이터를 사용하는 경우 역시 아이솔레이터의 수에 맞춰 디스크리트 회로를 똑같이 만들어야 하므로, 시스템 비용과 보드 공간이 증가한다.

절연 신호와 전원을 제공하는 단일 칩 솔루션은 이러한 문제들을 해결할 수 있다. [그림 2]는 TI의 절연된 데이터와 전원을 제공하는 ISOW7841다. 이 디바이스는 절연 전원을 생성하기 위한 외부 부품을 필요로 하지 않는다. 통합된 DC/DC 컨버터는 최대 650mW의 절연된 출력 전력을 제공하며, 이 통합으로 보드 공간과 솔루션 비용이 절감된다.
 

[그림 2] ISOW7841의 ADC 감지 애플리케이션을 위한 절연 전원과 SPI

이러한 통합으로 인해 디바이스와 시스템의 온도를 상승시켜 시스템 고장을 유발하지 않을까 란 의심을 할 수 있으나 그럴 필요는 없다. 다른 통합 솔루션과 비교했을 때 전원을 통합한 ISOW7841 강화 아이솔레이터는 80% 더 높은 효율을 제공한다 [그림 3]. 높은 효율의 전력 전송은 낮은 온도를 유지하면서 더 많은 출력 전력을 구동할 수 있게 하고, 다른 디바이스를 구동하는데 필요한 추가 전력을 제공한다. 또한, 높은 효율은 과열 없이 여러 채널을 보다 가깝게 배치하는데 도움을 준다.

[그림 3] ISOW7841과 경쟁 솔루션의 효율 비교

이나리 기자  narilee@epnc.co.kr

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