기술기고문
16μA 정지 전류를 특징으로 하는 듀얼 채널 8.5A 18V 동기 스텝다운 Silent Switcher 디바이스
동 왕(Dong Wang), 애플리케이션 매니저(Applications Manager), 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
머리말
LT8652S는 듀얼 채널 동기 모노리딕 스텝다운 레귤레이터로서, 3V~18V 입력 범위로 동작한다. 양쪽 채널로 최대 8.5A의 연속 전류를 제공하며, 각 채널로 최대 12A에 이르는 부하를 지원할 수 있다. 피크 전류 모드 제어에 극히 낮은 20ns 최소 온(on) 시간을 결합함으로써, 높은 스위칭 주파수에서도 높은 스텝다운 비율이 가능하다. 빠르고 깨끗하고 오버슈트가 낮은 스위칭 에지는 높은 스위칭 주파수에서도 고효율 동작을 가능하게 하고, 이것은 전반적인 솔루션 크기를 소형화하는 것으로 이어진다.
LT8652S는 EMI를 낮추면서 솔루션 크기를 소형화한다는 점이 여타 솔루션들과 차별화된다. 고유의 Silent Switcher® 2 아키텍처를 적용해서 EMI를 최소화하고 높은 스위칭 주파수에서도 높은 효율을 달성한다. 또한 이 아키텍처는 바이패스 커패시터를 패키지 내부로 통합함으로써, 높은 di/dt 루프를 최적화된 레이아웃으로 공장에서 만들어 제공한다. 그러므로 애플리케이션 측면에서는 레이아웃에 민감하지 않게 되므로 제품이 선전하는 EMI 성능을 손쉽게 달성할 수 있다. LT8652S는 턴키 솔루션에 가까운 것으로서, 잡음에 민감한 애플리케이션에 사용하기에 적합하다.
배터리를 사용해서 작동하는 애플리케이션으로는 경부하와 무부하 휴지 시의 전류 소모가 중요한 파라미터이다. 이러한 전류를 최소화함으로써 배터리 사용 시간을 연장할 수 있다. 많은 애플리케이션이 대부분의 시간을 휴지 상태로 보낸다. LT8652S는 Burst Mode® 동작에서 정지 전류가 16µA로 극히 낮으므로, 배터리 시간을 연장한다. 또한 상측 및 하측 N-채널 MOSFET을 통합함으로써 놀랄 만한 경부하 효율을 달성한다. 또한 LT8652S는 강제 연속 모드를 사용해서 전체적인 출력 부하 범위에 걸쳐서 주파수 고조파를 제어하고, 확산 스펙트럼 동작으로 EMI 방사를 추가적으로 감소시킨다.
LT8652S는 내부 보정이나 외부 보정을 사용할 수 있다. 내부 보정은 외부적으로 필요한 부품들을 최소화하므로 솔루션 크기를 줄일 수 있다. VC 핀을 통한 외부 보정은 높은 스위칭 주파수 동작 시 빠른 트랜션트 응답이 가능하도록 한다. VC 핀들은 또 병렬 단일 출력 동작을 위해서 채널들 간에 전류 공유를 간소화한다. CLKOUT 핀과 SYNC 핀을 사용해서 다중의 LT8652S를 동기화해서 전류 용량을 확대할 수 있다. 저전압 고전류 애플리케이션으로 부하에서 엄밀한 출력 전압 레귤레이션을 달성하도록, 차동 출력 전압 검출 기능을 사용해서 켈빈 배선을 하고 출력 커패시터로부터 직접적으로 출력 전압 검출과 피드백을 할 수 있다.
일부 고전류 애플리케이션에서는 텔레메트리와 진단 용도로 출력 전류 정보가 필요하다. 부하로 손상을 가하는 것을 방지하기 위해서는 동작 온도에 따라서 최대 출력 전류를 제한하는 디레이팅이 필요할 수 있다. LT8652S의 IMON 핀들을 사용해서 부하 전류를 모니터링하고 낮출 수 있다. IMON에서 GND로 양의 온도 계수 서미스터를 사용해서 부하 기반 또는 보드 온도 기반 디레이팅을 프로그램 할 수 있다. LT8652S가 IMON 핀 전압을 내부 1V 레퍼런스와 비교해서 부하나 보드 온도를 제어한다. IMON이 1V 아래로 떨어지면 아무런 영향을 미치지 않는다.
그림 1: EMI 방사가 극히 낮은 듀얼 출력 LT8652S를 기반으로 한 12V 대 3.3V 및 1.2V 동기 스텝다운 컨버터
회로 설명
그림 1은 2MHz 스위칭 주파수로 3.6V~18V 입력으로 3.3V/8.5A 및 1.2V/8.5A를 제공하는 회로를 보여준다. 각 채널로 최대 12A의 연속 부하 전류를 공급할 수 있다. 전체적인 솔루션을 완성하기 위해서 인덕터와 몇 개의 수동 부품을 비롯한 소수의 추가적인 부품만을 필요로 한다. 그림 2에서는 그림 1의 회로로 94% 피크 효율을 달성한다는 것을 알 수 있다.
그림 2: LT8652S 기반 12V 입력 대 3.3V/1.2V 동기 스텝다운 컨버터의 부하 전류 대비 효율
차동 전압 검출로 엄밀한 부하 레귤레이션
고전류 애플리케이션에서는 PCB 트레이스가 길어질수록 상당한 전압 강하가 발생된다. 저전압 고전류 부하를 위해서는 출력 전압을 매우 엄밀하게 제어해야 하는데, 이러한 전압 강하가 심각한 문제가 될 수 있다. LT8652S는 차동 출력 전압 검출 기능을 사용해서, 고객이 켈빈 배선을 하고 출력 커패시터로부터 직접적으로 출력 전압 검출과 피드백을 할 수 있다. 이렇게 해서 ±300mV의 출력 접지 라인 전위를 교정할 수 있다. 그림 3은 차동 검출 기능을 사용해서 그림 1의 양쪽 채널로 부하 레귤레이션을 보여준다.
그림 3: 부하 레귤레이션과 CVCC 동작 성능
높은 스위칭 주파수에서도 극히 낮은 EMI 방사와 열 성능 향상
많은 전자 환경에서 EMI/EMC 적합성을 달성하는 것이 중요한 문제가 되었다. LT8652S는 MOSFET을 통합하고, 첨단 프로세스 기술을 적용하고, 최대 3MHz 주파수로 동작할 수 있으므로, 빠르고 깨끗하고 오버슈트가 낮은 스위칭 에지를 달성하고, 이로 인해 높은 스위칭 주파수에서도 높은 효율로 동작이 가능하며, 전반적인 솔루션 크기를 소형화하는 것으로 이어진다. 첨단 Silent Switcher 2 기술을 적용하고 핫루프 커패시터를 통합함으로써 최상의 EMI 성능을 제공하면서 스위칭 손실도 낮춘다. 스위칭 주파수의 확산 스펙트럼 동작 역시 EMI 시험을 통과하는 데 도움이 된다. 핫루프 커패시터를 통합함으로써 회로가 보드 레이아웃과 레이어에 민감하지 않게 만든다. 그림 4와 그림 5는 그림 1의 애플리케이션으로 CISPR 22 및 CISPR 25 Class 5 EMI 성능을 보여준다.
그림 4: 그림 1 회로로 CISPR 22 복사 EMI 성능
그림 5: 그림 1 회로로 CISPR 25 Class 5 복사 EMI 성능
맺음말
LT8652S는 전력 MOSFET과 보정 회로를 통합한, 사용하기 편리한 모노리딕 스텝다운 레귤레이터 제품이다. 높은 스텝다운 비율, 높은 부하 전류, 낮은 EMI 잡음을 요구하는 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 16µA 정지 전류와 Burst Mode 동작을 특징으로 하므로 배터리를 사용한 스텝다운 컨버터에 사용하기에 이상적으로 적합하며 배터리 대기 시간을 크게 연장할 수 있다. 300kHz~3MHz의 스위칭 주파수 범위는 대부분 산업용 및 자동차 애플리케이션에 적합하다. MOSFET을 통합하고 3MHz 스위칭 주파수를 사용할 수 있으므로 최종적인 솔루션 크기를 최소화한다. CISPR 22 및 CISPR 25 결과를 보면, 복사 EMI 성능이 매우 엄격한 EMI 요건을 충족한다는 것을 알 수 있다. 또한 LT8652S는 Silent Switcher 2 아키텍처를 적용함으로써 성능이 레이아웃 변경이나 업데이트에 영향을 받지 않는다는 점에서 또한 보드 설계를 간소화한다.
저자 약력
동 왕(Dong Wang)은 Analog Devices의 전원 제품 애플리케이션 엔지니어이다. 2013년에 Linear Technology(현 ADI)에서 경력을 시작했다. 비절연형 모노리딕 스텝다운 컨버터 제품의 애플리케이션 지원을 맡고 있다. 고주파 전원 변환, 분산 전원 시스템, PFC 기법, 저전압 고전류 변환 기법, 고주파 자기 소자 통합, 컨버터 모델링 및 제어를 비롯해서 전원 관리 솔루션 및 아날로그 회로와 관련해서 다양한 경험을 쌓고 있다. 중국 항저우의 저장 대학에서 전기공학 박사학위를 취득했다. 궁금한 점은 dong.wang@analog.com으로 문의.
머리말
LT8652S는 듀얼 채널 동기 모노리딕 스텝다운 레귤레이터로서, 3V~18V 입력 범위로 동작한다. 양쪽 채널로 최대 8.5A의 연속 전류를 제공하며, 각 채널로 최대 12A에 이르는 부하를 지원할 수 있다. 피크 전류 모드 제어에 극히 낮은 20ns 최소 온(on) 시간을 결합함으로써, 높은 스위칭 주파수에서도 높은 스텝다운 비율이 가능하다. 빠르고 깨끗하고 오버슈트가 낮은 스위칭 에지는 높은 스위칭 주파수에서도 고효율 동작을 가능하게 하고, 이것은 전반적인 솔루션 크기를 소형화하는 것으로 이어진다.
LT8652S는 EMI를 낮추면서 솔루션 크기를 소형화한다는 점이 여타 솔루션들과 차별화된다. 고유의 Silent Switcher® 2 아키텍처를 적용해서 EMI를 최소화하고 높은 스위칭 주파수에서도 높은 효율을 달성한다. 또한 이 아키텍처는 바이패스 커패시터를 패키지 내부로 통합함으로써, 높은 di/dt 루프를 최적화된 레이아웃으로 공장에서 만들어 제공한다. 그러므로 애플리케이션 측면에서는 레이아웃에 민감하지 않게 되므로 제품이 선전하는 EMI 성능을 손쉽게 달성할 수 있다. LT8652S는 턴키 솔루션에 가까운 것으로서, 잡음에 민감한 애플리케이션에 사용하기에 적합하다.
배터리를 사용해서 작동하는 애플리케이션으로는 경부하와 무부하 휴지 시의 전류 소모가 중요한 파라미터이다. 이러한 전류를 최소화함으로써 배터리 사용 시간을 연장할 수 있다. 많은 애플리케이션이 대부분의 시간을 휴지 상태로 보낸다. LT8652S는 Burst Mode® 동작에서 정지 전류가 16µA로 극히 낮으므로, 배터리 시간을 연장한다. 또한 상측 및 하측 N-채널 MOSFET을 통합함으로써 놀랄 만한 경부하 효율을 달성한다. 또한 LT8652S는 강제 연속 모드를 사용해서 전체적인 출력 부하 범위에 걸쳐서 주파수 고조파를 제어하고, 확산 스펙트럼 동작으로 EMI 방사를 추가적으로 감소시킨다.
LT8652S는 내부 보정이나 외부 보정을 사용할 수 있다. 내부 보정은 외부적으로 필요한 부품들을 최소화하므로 솔루션 크기를 줄일 수 있다. VC 핀을 통한 외부 보정은 높은 스위칭 주파수 동작 시 빠른 트랜션트 응답이 가능하도록 한다. VC 핀들은 또 병렬 단일 출력 동작을 위해서 채널들 간에 전류 공유를 간소화한다. CLKOUT 핀과 SYNC 핀을 사용해서 다중의 LT8652S를 동기화해서 전류 용량을 확대할 수 있다. 저전압 고전류 애플리케이션으로 부하에서 엄밀한 출력 전압 레귤레이션을 달성하도록, 차동 출력 전압 검출 기능을 사용해서 켈빈 배선을 하고 출력 커패시터로부터 직접적으로 출력 전압 검출과 피드백을 할 수 있다.
일부 고전류 애플리케이션에서는 텔레메트리와 진단 용도로 출력 전류 정보가 필요하다. 부하로 손상을 가하는 것을 방지하기 위해서는 동작 온도에 따라서 최대 출력 전류를 제한하는 디레이팅이 필요할 수 있다. LT8652S의 IMON 핀들을 사용해서 부하 전류를 모니터링하고 낮출 수 있다. IMON에서 GND로 양의 온도 계수 서미스터를 사용해서 부하 기반 또는 보드 온도 기반 디레이팅을 프로그램 할 수 있다. LT8652S가 IMON 핀 전압을 내부 1V 레퍼런스와 비교해서 부하나 보드 온도를 제어한다. IMON이 1V 아래로 떨어지면 아무런 영향을 미치지 않는다.
그림 1: EMI 방사가 극히 낮은 듀얼 출력 LT8652S를 기반으로 한 12V 대 3.3V 및 1.2V 동기 스텝다운 컨버터
회로 설명
그림 1은 2MHz 스위칭 주파수로 3.6V~18V 입력으로 3.3V/8.5A 및 1.2V/8.5A를 제공하는 회로를 보여준다. 각 채널로 최대 12A의 연속 부하 전류를 공급할 수 있다. 전체적인 솔루션을 완성하기 위해서 인덕터와 몇 개의 수동 부품을 비롯한 소수의 추가적인 부품만을 필요로 한다. 그림 2에서는 그림 1의 회로로 94% 피크 효율을 달성한다는 것을 알 수 있다.
그림 2: LT8652S 기반 12V 입력 대 3.3V/1.2V 동기 스텝다운 컨버터의 부하 전류 대비 효율
차동 전압 검출로 엄밀한 부하 레귤레이션
고전류 애플리케이션에서는 PCB 트레이스가 길어질수록 상당한 전압 강하가 발생된다. 저전압 고전류 부하를 위해서는 출력 전압을 매우 엄밀하게 제어해야 하는데, 이러한 전압 강하가 심각한 문제가 될 수 있다. LT8652S는 차동 출력 전압 검출 기능을 사용해서, 고객이 켈빈 배선을 하고 출력 커패시터로부터 직접적으로 출력 전압 검출과 피드백을 할 수 있다. 이렇게 해서 ±300mV의 출력 접지 라인 전위를 교정할 수 있다. 그림 3은 차동 검출 기능을 사용해서 그림 1의 양쪽 채널로 부하 레귤레이션을 보여준다.
그림 3: 부하 레귤레이션과 CVCC 동작 성능
높은 스위칭 주파수에서도 극히 낮은 EMI 방사와 열 성능 향상
많은 전자 환경에서 EMI/EMC 적합성을 달성하는 것이 중요한 문제가 되었다. LT8652S는 MOSFET을 통합하고, 첨단 프로세스 기술을 적용하고, 최대 3MHz 주파수로 동작할 수 있으므로, 빠르고 깨끗하고 오버슈트가 낮은 스위칭 에지를 달성하고, 이로 인해 높은 스위칭 주파수에서도 높은 효율로 동작이 가능하며, 전반적인 솔루션 크기를 소형화하는 것으로 이어진다. 첨단 Silent Switcher 2 기술을 적용하고 핫루프 커패시터를 통합함으로써 최상의 EMI 성능을 제공하면서 스위칭 손실도 낮춘다. 스위칭 주파수의 확산 스펙트럼 동작 역시 EMI 시험을 통과하는 데 도움이 된다. 핫루프 커패시터를 통합함으로써 회로가 보드 레이아웃과 레이어에 민감하지 않게 만든다. 그림 4와 그림 5는 그림 1의 애플리케이션으로 CISPR 22 및 CISPR 25 Class 5 EMI 성능을 보여준다.
그림 4: 그림 1 회로로 CISPR 22 복사 EMI 성능
그림 5: 그림 1 회로로 CISPR 25 Class 5 복사 EMI 성능
맺음말
LT8652S는 전력 MOSFET과 보정 회로를 통합한, 사용하기 편리한 모노리딕 스텝다운 레귤레이터 제품이다. 높은 스텝다운 비율, 높은 부하 전류, 낮은 EMI 잡음을 요구하는 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 16µA 정지 전류와 Burst Mode 동작을 특징으로 하므로 배터리를 사용한 스텝다운 컨버터에 사용하기에 이상적으로 적합하며 배터리 대기 시간을 크게 연장할 수 있다. 300kHz~3MHz의 스위칭 주파수 범위는 대부분 산업용 및 자동차 애플리케이션에 적합하다. MOSFET을 통합하고 3MHz 스위칭 주파수를 사용할 수 있으므로 최종적인 솔루션 크기를 최소화한다. CISPR 22 및 CISPR 25 결과를 보면, 복사 EMI 성능이 매우 엄격한 EMI 요건을 충족한다는 것을 알 수 있다. 또한 LT8652S는 Silent Switcher 2 아키텍처를 적용함으로써 성능이 레이아웃 변경이나 업데이트에 영향을 받지 않는다는 점에서 또한 보드 설계를 간소화한다.
저자 약력
동 왕(Dong Wang)은 Analog Devices의 전원 제품 애플리케이션 엔지니어이다. 2013년에 Linear Technology(현 ADI)에서 경력을 시작했다. 비절연형 모노리딕 스텝다운 컨버터 제품의 애플리케이션 지원을 맡고 있다. 고주파 전원 변환, 분산 전원 시스템, PFC 기법, 저전압 고전류 변환 기법, 고주파 자기 소자 통합, 컨버터 모델링 및 제어를 비롯해서 전원 관리 솔루션 및 아날로그 회로와 관련해서 다양한 경험을 쌓고 있다. 중국 항저우의 저장 대학에서 전기공학 박사학위를 취득했다. 궁금한 점은 dong.wang@analog.com으로 문의.
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