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차세대 전원 모듈을 사용함으로써 전원 디자인 설계 간소화

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글 / 로버트 니꼴레띠(Robert Nicoletti), Manager, Strategic Application Engineering, Maxim Integrated

요약

견고한 이산적 전원장치 디자인을 설계하기 위해서는 숙련된 전문성을 필요로 하고 많은 시간이 소요된다. 전원 모듈은 플러그-앤-플레이로 즉시 사용할 수 있고 신뢰성이 뛰어난 디자인을 제공하므로 훨씬 더 빠르고 쉽게 프로토타입을 개발하고 제품을 출시할 수 있다.

오늘날 시장에 등장하고 있는 새로운 세대의 전원 모듈 제품들은 더욱 더 소형화된 SiP(systemin-package) 전원 솔루션으로서 더더욱 높은 집적도를 달성하고 있다. 프로세스 기술과 패키징 기술이 진화함에 따라서, 이들 디바이스가 더욱 소형화되고 더 높은 효율로 동작할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 이들 디바이스를 사용함으로써 오작동을 일으키지 않는 전원장치를 설계하기 위해서 해야 하는 까다로운 작업들을 피할 수 있게 되었다. 그럼으로써 시스템 디자이너들이 자신의 디자인의 중요한 측면에 좀더 집중할 수 있고 제품 출시 시간을 단축할 수 있게 되었다.

차세대 전원 모듈을 사용함으로써 전원 디자인 설계 간소화

전원 모듈의 가장 큰 이점은, 이러한 전원 모듈을 사용함으로써 시스템 디자이너들이 전원 디자인은 다른 이의 손에 맡기고 자신의 핵심적 IP에 좀더 집중할 수 있다는 것이다. 그런데 이제는 기존의 PCB 전원 모듈 및 브릭 제품들이 더더욱 성능이 우수하고 소형화된 “SiP(system-inpackage)” 모듈에 길을 내주고 있다.

이러한 차세대 전원 모듈 제품들은 오늘날 새로운 디자인으로 직면하고 있는 과제들을 해결한다. 기술이 진보함에 따라서 이러한 모듈을 사용하기가 더욱 더 편리하게 되었으며 그와 동시에 전반적인 크기를 소형화하고 전체적인 BOM을 줄일 수 있게 되었다. 이러한 차세대 모듈의 이점은 그 어느 때보다 더 높은 효율을 가능하게 하고, 각기 다른 전압 및 전류에 걸쳐서 핀-대-핀 호환이 가능하고, 비용을 낮추기 위해서 용이하게 이전이 가능하다는 것이다.

전원 디자인: 결코 쉽지 않은 작업

처음부터 시작해서 견고한 전원 디자인을 설계하기란 결코 쉽지 않은 작업이며, 특히나 스위칭 레귤레이터 IC를 포함하는 경우에는 더 어렵다. 이를 설계하기 위한 통상적인 방법은 개별 소자들을 복잡하게 혼합하는 것으로서, 그러려면 회로로 문제를 일으키지 않는 디자인을 설계하기 위해서 특수한 숙련성과 전문성을 필요로 한다. 전원 디자인에서 문제를 일으키면 제품 출시 시간을 지연시킬 수 있으며 이 문제를 해결하지 못하면 시스템이 현장에 설치된 후에 결함을 일으킬 수 있다는 점에서 곤란해질 수 있다.

뿐만 아니라 이산적 전원장치 디자인은 다수의 외부적 소자를 필요로 함으로써, 부품을 조달하고, 재고를 관리하고, 부품을 주문하고, 표면실장 탑재를 하기 위해서 많은 시간과 노력이 들어가야 하는데다, 그러한 부품의 입수가능성을 확보하기가 여간 까다로운 것이 아니다. 또한 이산적 전원 디자인은 더 넓은 PCB 레이아웃을 필요로 함으로써, 오늘날과 같이 그 어느 때보다 공간이 중요해진 시대에 귀중한 보드 면적을 많이 차지한다.

전원 모듈이 해결책

프로세스 기술이 갈수록 축소되고 IC 설계 기술과 패키지 집적 기술이 발전함에 따라서 이제는 모듈 업체들이 베이스 IC와 함께 전원 회로에 필요로 하는 다수의 수동 소자들을 단일의 소형화된 전원 솔루션으로 통합하는 것이 가능하게 되었다. 동기 스위칭 레귤레이터로 FET을 통합함으로써 이전 스위처 디바이스보다 크기가 더 소형화되고 효율과 정확도를 향상시킬 수 있게 되었다. 그런데 최신 세대의 전원 모듈 솔루션은 한 발 더 나아가서 이러한 새로운 동기 스위처에다 저항, 커패시터, MOSFET, 인덕터 등의 소자들까지 통합함으로써 사용하기 편리한 하이브리드 전원 모듈 솔루션을 제공한다. 이러한 전원 모듈 솔루션을 사용함으로써 솔루션 크기를 더더욱 소형화하고, 비용을 낮추고, 레이아웃 복잡성을 완화할 수 있게 되었다.......<중략>