고속 해적 룰렛 사이트 표준 'MIPI'란?？모바일 테두리 돌출、자동차에도 적용 전환 효율 및 방열 특성이 높은 소형 DC-DC 컨버터 모듈、고성능 디지털 LSI의 해적 룰렛로 향하는
2019.09.12
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DC-DC 컨버터 IC 및 인덕터、콘덴서、저항기 등을 하나의 패키지에 담은 해적 룰렛(전원 모듈)。프로세서 및 FPGA、GPU、SoC、ASIC과 같은 고성능 디지털 LSI에 전력을 공급하는 POL(Point of Load) 컨버터로서、컴퓨터 및 통신 기기、산업 장비、의료 기기 등에서의 채용 사례가 급증하고 있음。자인 일렉트로닉스도、해적 룰렛을 제품화하는 제조업체 중 하나입니다。2016년 12월 제1탄 제품 출시、그리고 2019년 9월에 만나서 제2탄의 3개 제품을 동시에 시장에 넣었다。이번에는、제2탄 제품의 특징 및、기술적 신규성、대상 시장 등에 대해 설명。
모듈화로의 움직임 가속
컴퓨터 및 통신 기기、산업 장비、의료기기 등에서 '두뇌' 역할을 하는 프로세서 및 FPGA、SoC、 ASIC、GPU、DSP와 같은 디지털 LSI。이러한 고성능 디지털 LSI에 전력을 공급하는 DC-DC 해적 룰렛를 일반적으로 'POL(Point of Load) 해적 룰렛'라고 부른다。
이 해적 룰렛에서 현재、'모듈화'로 향하는 움직임이 가속화됨。모듈화란?、DC-DC 컨버터 IC 및 인덕터、콘덴서、저항기 등을 하나의 패키지에 보관。DC-DC 컨버터 회로를 구성하는 대부분의 부품을 하나의 모듈에 맞추기、전자 기기 제조업체는 전원 회로 설계 작업이 더 이상 필요하지 않습니다、기판에 장착하기만 하면 됩니다。
모듈화가 진행되는 배경으로、두 개의 큰 추세가 있습니다。하나는、아날로그 기술자가 감소함。다른 하나、기기 개발의 리드 타임이 짧아지고 있는 것。사람도 없고、시간 없음。이산 부품을 수집하여 DC-DC 컨버터 회로를 설계하는 경우、제품 개발 일정을 준수할 수 없음。그래서 부품 비용은 다소 높아지지만、인력 부족에 대한 대응 및 시간 단축을 목적으로 해적 룰렛을 채용하는 사례가 늘고 있다。
이 해적 룰렛에서 현재、'모듈화'로 향하는 움직임이 가속화됨。모듈화란?、DC-DC 컨버터 IC 및 인덕터、콘덴서、저항기 등을 하나의 패키지에 보관。DC-DC 컨버터 회로를 구성하는 대부분의 부품을 하나의 모듈에 맞추기、전자 기기 제조업체는 전원 회로 설계 작업이 더 이상 필요하지 않습니다、기판에 장착하기만 하면 됩니다。
모듈화가 진행되는 배경으로、두 개의 큰 추세가 있습니다。하나는、아날로그 기술자가 감소함。다른 하나、기기 개발의 리드 타임이 짧아지고 있는 것。사람도 없고、시간 없음。이산 부품을 수집하여 DC-DC 컨버터 회로를 설계하는 경우、제품 개발 일정을 준수할 수 없음。그래서 부품 비용은 다소 높아지지만、인력 부족에 대한 대응 및 시간 단축을 목적으로 해적 룰렛을 채용하는 사례가 늘고 있다。
효율과 방열에 중점
자인 일렉트로닉스에서는、이런 추세에 대응하기 위해、2016년 12월 벅-해적 룰렛 시장에 진입함。제1탄 제품으로 투입한 것은 'THV81800'입니다。입력 전압 범위는 7.5~28V에서、출력 전압은 0.85~4.0V 범위에서 설정할 수 있습니다。최대 출력 전류는 8A。외형 치수가 15mm×15mm×2.82mm LGA 패키지에 넣었다。
이 제1탄 제품에 중점을 둔 것은、부하 과도 응답 특성。일반적으로、프로세서 및 FPGA와 같은 고성능 디지털 LSI에서、작동 모드 등이 변경되면、그에 따라 부하 전류도 크게 변합니다。POL 변환기는 이 변화에 따라、안정된 전압을 계속 공급해야 합니다。이것을 가능하게 하는 것은 빠른 부하 과도 응답 특성이다。제1탄 제품에서는、이 회사의 독자적인 DC-DC 해적 룰렛 제어 기술 'Transphase'를 채택하여、산업 최고 수준의 부하 과도 응답 특성 달성。
제2탄 제품 중 하나、가장 중요한 특성을 변경했습니다。이번에 중점을 둔 것은、변환 효율과 방열 특성。변환 효율과 방열 특성을 어떻게 향상시켰는지。일반적으로、DC-DC 해적 룰렛의 변환 효율에서、최신 회로 기술을 활용하여 스위칭 손실 및 데드 타임 손실 감소、또는 MOSFET과 같은 스위칭 소자와 인덕터에서 발생하는 손실을 줄이는 것이 효과적。가장 MOSFET 손실에 대해、기술적으로 상당히 극한까지 도달했습니다、MOSFET의 손실을 그 어느 때보다 크게 줄이는 것은 어렵습니다。물론、새 스위칭 소자인 GaN(질화갈륨) FET를 사용하면、감소할 여지가 있지만、현재 GaN FET 자체의 비용이 높음。
그곳에서 인덕터에 주목했다。인덕터 손실을 줄이려면、권선의 DC 저항(DCR)을 줄이는 것이 중요하지만、DCR의 작은 인덕터를 선택할 때、인덕터 크기가 커집니다。일반 용품을 채택한 것은、상당히 시장 요구 크기에 맞추기가 어렵습니다。여기서 이번에는、해적 룰렛에 가장 적합한 맞춤형 인덕터를 새롭게 채택했습니다。
이 제1탄 제품에 중점을 둔 것은、부하 과도 응답 특성。일반적으로、프로세서 및 FPGA와 같은 고성능 디지털 LSI에서、작동 모드 등이 변경되면、그에 따라 부하 전류도 크게 변합니다。POL 변환기는 이 변화에 따라、안정된 전압을 계속 공급해야 합니다。이것을 가능하게 하는 것은 빠른 부하 과도 응답 특성이다。제1탄 제품에서는、이 회사의 독자적인 DC-DC 해적 룰렛 제어 기술 'Transphase'를 채택하여、산업 최고 수준의 부하 과도 응답 특성 달성。
제2탄 제품 중 하나、가장 중요한 특성을 변경했습니다。이번에 중점을 둔 것은、변환 효율과 방열 특성。변환 효율과 방열 특성을 어떻게 향상시켰는지。일반적으로、DC-DC 해적 룰렛의 변환 효율에서、최신 회로 기술을 활용하여 스위칭 손실 및 데드 타임 손실 감소、또는 MOSFET과 같은 스위칭 소자와 인덕터에서 발생하는 손실을 줄이는 것이 효과적。가장 MOSFET 손실에 대해、기술적으로 상당히 극한까지 도달했습니다、MOSFET의 손실을 그 어느 때보다 크게 줄이는 것은 어렵습니다。물론、새 스위칭 소자인 GaN(질화갈륨) FET를 사용하면、감소할 여지가 있지만、현재 GaN FET 자체의 비용이 높음。
그곳에서 인덕터에 주목했다。인덕터 손실을 줄이려면、권선의 DC 저항(DCR)을 줄이는 것이 중요하지만、DCR의 작은 인덕터를 선택할 때、인덕터 크기가 커집니다。일반 용품을 채택한 것은、상당히 시장 요구 크기에 맞추기가 어렵습니다。여기서 이번에는、해적 룰렛에 가장 적합한 맞춤형 인덕터를 새롭게 채택했습니다。
전용 인덕터 신규 채용
맞춤형 인덕터、모양에 특징이 있음。전체 인덕터의 모양은、케이스 모양으로 가공된 얇은 직육면체、그 부분에 권선(코일)이 묻혀 있습니다。더、직육면체의 일부에 함몰부(캐비티)가 설치되어 있습니다、그 바로 아래에 기판에 실장된 DC-DC 컨버터 IC나 커패시터、저항 등이 배치됨。이 방법으로 스텝 다운 해적 룰렛이 완성된다 (그림 1)。
이 모양에 도달한 이유는 2가지。하나는、굵은 권선을 사용할 수 있는 것。채용한 인덕터의 권선은 평각선으로、일반 원형 선보다 단면적이 커지므로 DCR이 낮아집니다。이 때문에、일정한 인덕턴스를 확보하면서 DCR을 줄이는 데 성공했습니다。
다른 하나는 방열 특성을 향상시키는 것입니다。전체 인덕터는、코어 재료로 형성됨。이 코어가 자성 재료로서 인덕터의 특성을 향상시키는 동시에、방열판 역할을 맡는다。게다가、DC-DC 해적 룰렛 IC와 코어를 밀착시키기 위해、열전도율이 높은 접착제로 틈을 채웠습니다。이것으로、한 곳에서만 온도가 높아지는 핫스팟의 발생을 피할 수 있다(그림 2)。전력 손실로 인한 국부 발열이 인덕터에서 균일화되기 때문、온도 디레이팅이 필요한 경우가 적습니다。
이런 신개발 인덕터를 채택하여、에폭시 수지로 몰딩하는 기존의 구성과 비교하면、변환 효율을 2% 이상 향상시킬 수 있습니다。
그림 1 전용 인덕터를 채용한 강압형 해적 룰렛의 구조와 4개의 특징
이 모양에 도달한 이유는 2가지。하나는、굵은 권선을 사용할 수 있는 것。채용한 인덕터의 권선은 평각선으로、일반 원형 선보다 단면적이 커지므로 DCR이 낮아집니다。이 때문에、일정한 인덕턴스를 확보하면서 DCR을 줄이는 데 성공했습니다。
다른 하나는 방열 특성을 향상시키는 것입니다。전체 인덕터는、코어 재료로 형성됨。이 코어가 자성 재료로서 인덕터의 특성을 향상시키는 동시에、방열판 역할을 맡는다。게다가、DC-DC 해적 룰렛 IC와 코어를 밀착시키기 위해、열전도율이 높은 접착제로 틈을 채웠습니다。이것으로、한 곳에서만 온도가 높아지는 핫스팟의 발생을 피할 수 있다(그림 2)。전력 손실로 인한 국부 발열이 인덕터에서 균일화되기 때문、온도 디레이팅이 필요한 경우가 적습니다。
그림 2 높은 방열 특성 실현
이런 신개발 인덕터를 채택하여、에폭시 수지로 몰딩하는 기존의 구성과 비교하면、변환 효율을 2% 이상 향상시킬 수 있습니다。
고전력 밀도의 해적 룰렛 실현 가능
이번에는、최대 출력 전류가 다른 3개 제품을 준비했다(표 1)。6A 출력 제품 "THPM4301A"、8A 출력 제품 'THPM4401A'、12A 출력 제품 'THPM4601A'。6A 출력 제품의 입력 전압 범위는 2.95~6V。입력 전원으로 5V 중간 버스 전압을 가정。8A 출력 제품의 입력 전압 범위는 4~28V。12A 출력 제품은 4~16V입니다。모두 12V 중간 버스 전압을 입력 전원으로 가정。외형 치수는、6A 출력 제품 9.1mm×11mm×2.8mm、8A 출력 제품은 9.2mm×15.2mm×3mm、12A 출력 제품은 15.2mm×15.2mm×3.2mm 모두 작음。스위칭 주파수는、6A 출력 제품과 8A 출력 제품이 약 750kHz、12A 출력 제품이 약 1MHz가 됨。
전용 인덕터를 채용한 이점은、높은 변환 효율과 방열 특성을 얻는 것 외에도 두 가지。첫 번째、방사 전자기 노이즈(EMI)를 낮게 억제할 수 있다。DC-DC 해적 룰렛 IC 등을 실장한 기판을 자성 재료로 이루어진 인덕터로 완전히 덮음、외부로 방출되는 EMI를 봉인했기 때문。경쟁사에 비해 약 10dB 정도 줄일 수 있습니다。
둘째、방열 특성이 높기 때문에、모듈의 외형 치수는 작지만、더 많은 전류를 디지털 LSI에 공급할 수 있다는 것。바꾸어 말하면、전력 밀도가 높은 해적 룰렛를 실현할 수 있게 됨。
이번、특히 중시된 특성인 변환 효율 및 방열 특성에 대해서는、경쟁 타사 제품을 크게 초과함。일반 프로세서 및 FPGA、SoC、ASIC 등을 향한 해적 룰렛에 적용하면、변환 효율 및 방열 특성、전력 밀도가 높은 점 등이 전자기기 설계에 크게 기여하는 것은 틀림없다。
특정 애플리케이션으로、의료용 전자 기기 및 반도체 테스터、반도체 검사 장치、측정기、분석 장비、통신 기기、방송/영상 기기、FA 기기、산업용 로봇 등을 가정합니다。
표 1 해적 룰렛 3 제품 사양
전용 인덕터를 채용한 이점은、높은 변환 효율과 방열 특성을 얻는 것 외에도 두 가지。첫 번째、방사 전자기 노이즈(EMI)를 낮게 억제할 수 있다。DC-DC 해적 룰렛 IC 등을 실장한 기판을 자성 재료로 이루어진 인덕터로 완전히 덮음、외부로 방출되는 EMI를 봉인했기 때문。경쟁사에 비해 약 10dB 정도 줄일 수 있습니다。
둘째、방열 특성이 높기 때문에、모듈의 외형 치수는 작지만、더 많은 전류를 디지털 LSI에 공급할 수 있다는 것。바꾸어 말하면、전력 밀도가 높은 해적 룰렛를 실현할 수 있게 됨。
이번、특히 중시된 특성인 변환 효율 및 방열 특성에 대해서는、경쟁 타사 제품을 크게 초과함。일반 프로세서 및 FPGA、SoC、ASIC 등을 향한 해적 룰렛에 적용하면、변환 효율 및 방열 특성、전력 밀도가 높은 점 등이 전자기기 설계에 크게 기여하는 것은 틀림없다。
특정 애플리케이션으로、의료용 전자 기기 및 반도체 테스터、반도체 검사 장치、측정기、분석 장비、통신 기기、방송/영상 기기、FA 기기、산업용 로봇 등을 가정합니다。