TI의 전력 절감 솔루션과 GaN 기술 개발 로드맵

높은 전력 밀도와 안전성에 충전 속도까지 빠르게

[테크월드=선연수 기자] 전력 반도체에 요구되는 조건이 높아짐에 따라 기술도 고도화되고 있다. 특히, 전력 밀도를 높일 수 있으면 빠른 속도로 풀(Full) 충전할 수 있고, 전력 손실이 낮아 충전 온도를 낮춰 안정성을 확보할 수 있다.

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, 이하 TI)는 이런 요구 조건들을 충족하기 위해 전력 성능을 강화한 신제품을 지난 2일 온라인 기자 간담회를 통해 선보였다.

우수한 열 성능으로 안전하고 빠른 전력 솔루션 구현

벅 부스트 배터리 충전기

먼저, 벅 부스트 배터리 충전기인 BQ25790와 BQ25792는 입력 전력을 강화한 제품이다. 기존 대비 50% 향상된 전력 밀도 155mW/㎟와 30W 충전 전력으로 최대 97%까지 효율적인 고속 충전을 지원해 3배 빠른 충전 성능을 자랑한다.

USB Type C, PD, 무선 이중 입력 충전을 지원해 스마트 가전뿐만 아니라 산업용 애플리케이션, 의료용 기기 등에도 안전하게 사용할 수 있다.

DC/DC 벅 컨버터

DC/DC 벅 컨버터 제품인 TPS546D24A는 고전류 FPGA나 프로세서의 전원 공급 장치에 적용이 적합한 스택형 제품이다. 이는 외부 보상 부품을 최대 6개까지 덜어냄으로써 파워 서플라이 크기를 줄여 40~60A 범위의 다양한 애플리케이션을 지원할 수 있다. 와트(W)당 8.1℃로 열 저항이 낮아, 경쟁 제품 대비 13℃ 정도 낮은 온도에서 디자인을 구현할 수 있다.

MOSFET은 0.9mΩ에 불과한 낮은 수치를 가지며, 출력 전압의 오류가 1% 미만으로 정밀도가 높은 제품이다. TPS546D24A는 데이터센터, 기업용 컴퓨터, 무선 인프라, 유선 네트워크 등 다양한 분야에 적용할 수 있으며, 특히 85℃까지 안정성을 보장해 가혹한 환경에서의 솔루션 구현에도 편리하게 사용할 수 있다.

DC/DC 벅 파워 모듈

DC/DC 벅 파워 모듈인 TPSM53604는 36V, 4A 모듈로 5×5.5mm의 소형 쿼드 플랫 노리드(QFN) 패키지로 제공된다. 인덕터를 통합하고 있으며, 최대 95%의 효율성을 달성한다. 제품의 회색 부분에서 열이 발산되며, 우수한 열방출 성능을 통해 가혹한 환경에서도 원활하게 작동한다.

최대 105℃의 주변 온도에서도 동작하며, EMI에 최적화된 설계를 통해 CISPR 11 Class B 요건을 충족한다. TI 전력 관리 솔루션 부문 배터리 충전 제품 솔루션 담당 사무엘 웡(Samuel Wong) 매니저는 “엔지니어는 TPSM53604를 활용해 전력 공급 설계 크기를 30%까지 줄일 수 있고, 가혹한 환경의 산업용 애플리케이션에서는 전력 손실을 최대 50%까지 절감할 수 있다”고 설명했다.

절연형 DC/DC 전원 공급 장치

트랜스포머 통합 기술로 구현된 UCC12050/40는 절연형 DC/DC 전원 공급 장치로 경쟁 솔루션 대비 2배 높은 효율성과 전력 밀도를 지원한다. 초저 EMI로 일차 대 이차(Primary to Secondary) 캐패시턴스를 낮게 유지하며, 노이즈(Noise)로 인한 간섭도 줄여준다.

8mm의 연면 거리와 공간거리로 충분한 거리를 확보해 접지 전위 차이에 대한 보호기능과 안전성을 제공한다. 엔지니어는 이를 활용해 전력 솔루션의 크기를 최대 80%까지 줄일 수 있다. 이는 작은 솔루션이 요구되는 열차와 같은 교통 분야나 그리드 인프라에 활용될 수 있다. 또한, 안정성이 높은 제품으로 환자의 몸에 직접 닿는 의료 기기에도 적용할 수 있다.

TI의 GaN 기술 현황

TI의 GaN(갈륨나이트라이드) 기술은 150V/ns가 넘는 스위칭 속도를 달성하며, 2MHz 이상에서도 구동을 지원한다. 스위칭 손실을 최소화하며 3000만 시간이 넘는 테스트를 통해 우수한 신뢰성을 보장한다. 자체적으로 팹을 보유하고 있으며 이를 통해 외부적인 영향 없이 생산을 유지할 수 있다고 TI는 설명했다.

GaN과 관련한 TI의 첫 개발은 2010년이었으며, 2015년부터 다양한 산업용 애플리케이션에 TI의 솔루션이 적용되기 시작했다. TI BSR 사업부 마크 개리(Mark Gary) 부사장은 “2018년 지멘스와 함께 GaN 기술을 사용해 10kW 클라우드 지원 그리드 링크를 시연한 것이 TI의 기술적 마일스톤이 됐다”고 밝혔다. GaN은 충전 속도와 비용 효율 측면에서 장점이 있기에 그리드, 해양에너지, 자동차 분야 등 다양한 분야에서의 활용 전망을 가지고 개발 중이라고 덧붙였다.

TI는 엔지니어를 위해 웹사이트, 다양한 툴, 교육, 전원 설계 기초 자료, 온라인 전문가 등을 통해 다방면으로 지원하고 있다.

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