[기술기고] 극히 통합적인 전원관리 IC를 사용해서 산업용 디자인 크기 축소 (下)

BOM과 PCB 풋프린트 축소

전원변환과 관리, 전원절연, 디지털 신호절연(SPI)을 단일의 IC로 통합함으로써 상당한 보드공간을 절약하고 BOM(bill of materials)을 줄일 수 있다. 바로 이러한 IC 제품으로써 Analog Devices의 ADP1031은 단일의 콤팩트한 LFCSP 7mm x 9mm 패키지로 이러한 모든 기능들을 통합했다.

ADP1031은 4.5V~60V의 넓은 전원 전압범위로 동작하고, 전원관리유닛(PMU)으로 절연형플라이백 레귤레이터, 반전레귤레이터, 벅컨버터의 3개 마이크로전력 DC-DC 컨버터를 포함한다. 총전력 공급용량은 최대 2.0W이고, 에너지효율은 80%에서 90% 사이다. 또다른 특징으로서 4개 양방향 고속 절연채널, SPI 인터페이스, 아나로그디바이스(Analog Devices)고유의 iCoupler 기술을 채택한 3개 절연형 범용 I/O 채널을 들 수 있다(그림 2).

이 전원관리 유닛 제품은 일련의 프로그래머블 플라이백 및 인버터 컨버터와 함께 소프트스타트 파워업 기능, 입력과 전류보호, 출력과 전압보호기능을 포함한다. 또한 ADP1031은 플라이백 컨버터로 내부적 MOSFET 스위치를 포함하고, 최소한의 외부 수동부품과 플라이백절연 1:1 비율 트랜스포머만을 필요로 한다. 모든 3개 전원영역으로 입력대출력 절연은 300V이다. 또한 ADP1031은 컨버터 수율을 제어할 수 있으므로 EMI 성능을 향상시킬뿐만아니라 CISPR11(EN 55011) Class B 복사방사요건을 수월하게 충족할 수 있다.

ADP1031은 Analog Devices AD5758 단일 채널 16비트 분해능 DAC IC와 함께 사용하기에 적합하도록 설계되었다(그림 3). ADP1031과 AD5758이 결합해서 기본적 300V 절연 요건을 충족하므로 엔지니어들이 설계시간을 단축하고 위험성을 낮출 수 있다.

트랜스포머와 인덕터 선택

ADP1031의 플라이백 컨버터를 위해서 트랜스포머 선택이 중요하다. ADP1031의 피드백 방식은 플라이백 트랜스포머로 피드백 권선을 필요로하지 않는다. 그러므로 일차 권선과 이차 권선만으로 이루어진다. 따라서 더 낮은 DCR과 더 낮은 누설 인덕턴스로 크기가 더 작은 트랜스포머를 사용할 수 있다.

특히 규격형으로 출시된 트랜스포머를 선택할 수 있으므로 설계 엔지니어의 일을 수월하게 한다. 또한 낮은 누설 인덕턴스와 DCR로 잘 설계된 소형 트랜스포머를 선택함으로써 EMI 특성과 에너지효율을 향상시킬 수 있다. 필요한 트랜스포머비율은 입력전압과 출력전압을 선택해서 결정할 수 있다.

아나로그디바이스(Analog Devices)와 협력해서 트랜스포머 전문 회사인 코일크래프트(Coilcraft)가 전적으로 ADP1031에 적합하도록 2개 트랜스포머 제품을 개발했다. Coilcraft WA8478과 Coilcraft YA9293으로서, 두 제품 모두 1:1 비율이고, 4.5V~60V 입력전압을 수용하고, 2250Vrms 절연이고, 기본 절연을 충족하는 연면거리 및 공간거리로 설계되었다.

뿐만 아니라 이들 트랜스포머 제품은 AEC-Q200 Grade 1 인증을 취득함으로써 주변 온도범위가 -40C~+125C에 이르는 자동차 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 공칭 누설 인덕턴스는 WA8478은 1.2H이고, YA9293은 1.62H이다.

아나로그디바이스의 AD5758 16비트 DAC IC의 벅컨버터 기능에는 코일 크래프트의 PA6594-AE 47H 인덕터가 적합하다. PA6594-AE 인덕터는 콤팩트한 풋프린트로 높이는 1.8mm에 불과하다.

오늘날의 공간 제약적인 디자인으로는 단일 패키지로 하나 이상의 기능을 통합한 IC와 적정한 크기의 수동 부품들을 선택함으로써 필요로 하는 PCB 공간을 축소할 수 있다. ADP1031은 7mm x 9mm 패키지로 전원관리와 직렬통신 절연을 통합함으로써 바로 이와 같은 요구를 충족한다. ADP1031과 함께 최적화된 코일 크래프트 트랜스포머를 사용해서 높은 성능을 달성하고 솔루션 크기를 줄일 수 있다.

글 / 마우저일렉트로닉스(Mouser Electronics) 사이먼더글비(Simon Duggleby)