[전력반도체] 전원 모듈 시장 이슈 (1) ‘고효율화’와 ‘환경 부하 경감’

[전력반도체] 전원 모듈 시장 이슈 (2) 환경 부하 경감 위한 2대 핵심기술

환경 부하 경감 기술 … USB Power Delivery

환경 부하를 경감하는 기술 중 하나로 기대를 모으는 것이 USB Power Delivery (USB PD)이다. USB PD는 USB 접속을 통해 최대 100W까지의 전력을 공급할 수 있으며, 각각의 기기의 전원전압에 따라 AC/DC 어댑터 등의 전원의 출력전압을 제어한다. 이에 따라, 기존에는 기기별 전원이 필요했지만, USB PD를 사용하면 1개의 전원을 공통으로 사용할 수 있다. 

또한 기존에는 기기간에도 데이터 통신이 중심이었지만, USB PD를 통해 서로 전력을 공급할 수 있다(그림 4). USB PD의 보급에 있어서는 USB 커넥터의 진화도 중요한 요소이다. 지금까지 타블렛 및 스마트폰에 보급되어 있는 Type-A/B 커넥터로는 최대 10W 정도이지만, 1Cell의 리튬이온 배터리의 충전을 전제로 하고 있으며, 충전측의 전원전압(USB VBUS)은 5V로 제한되어 있었다.

그림 4. USB PD를 통해 서로 전력을 공급할 수 있다

이러한 상황에서 Type-C 커넥터가 새롭게 등장해, USB PD와 조합하여 사용함으로써 전원전압을 5V로 제한하지 않고 최대 20V까지 증가시킴으로써 최대 100W까지 전력을 공급할 수 있게 되었다. 이에 따라, 지금까지 배터리 충전 등의 소전력 용도에서 기기 본체의 메인 전원으로서 이용할 수 있게 되었다. 또한 Type-C 커넥터는 앞뒤 관계없이 케이블 접속이 가능하게 되는 등 최대 전력 이외에도 계속 진화되어, 향후 USB 커넥터의 주류가 될 것으로 예상된다.

로옴은 기존의 USB Type-A/B 규격에 대응한 USB PD 제어 IC(BD92S 시리즈)와 더불어 최신 USB Type-C 규격 Rev1. 1과 USB PD 규격 Rev2. 0에 대응하는 USB PD 제어 IC(BM92T 시리즈)를 개발했다.
BM92T 시리즈는 기존의 10W 정도까지밖에 전력을 공급할 수 없었던 Type-C 대응 기기간 최대 100W (20V / 5A)까지의 수급전(受給電)이 가능하다. 이에 따라, PC나 TV 등 대전력이 필요한 기기에서도 USB 단자로부터의 급전 (給電)을 통해 동작이 가능하게 되었다(그림 5). 동시에 USB 단자의 기존 용도인 스마트폰 및 타블렛 등에서는 기존 대비 약 4배 이상의 급속 충전이 가능하다.

그림 5. 무선 충전 시스템 구성 이미지 및 Qi 규격 확장에 대한 개발 로드맵

또한 USB 통신 신호선에 영상 신호 입력이 가능한 Alternate-Mode 제어에도 대응하여, 영상 전용 포트가 필요하지 않으므로 전력 공급과 동시에 영상 신호를 출력하는 등 편리성이 높은 환경 구축에도 기여한다.

환경 부하 경감 기술 … 무선 충전

환경 부하를 경감하는 기술로서는 무선 충전이 주목 받고 있다. 타블렛 및 스마트폰 등의 모바일 기기가 보급됨에 따라 무선 데이터 전송이 당연하게 여겨지는 오늘날에도 전력 공급은 충전기(AC/DC 어댑터 등의 전원 모듈)에 의한 유선충전이 주류이다.

무선 충전은 이러한 유선 충전 및 기기 별 충전기를 구비하지 않아도 된다는 점에서 주목 받고 있으며, 폐기시에도 폐기물을 발생시키지 않는다는 점에서 환경적 메리트도 있다고 할 수 있다.
현재, WPC 및 PMA를 비롯한 무선 충전의 보급을 추진하는 규격 단체가 발족되고, 국제 규격이 책정됨에 따라 유럽, 미국을 중심으로 스마트폰 및 인프라에 대한 도입이 서서히 시작되고 있다.
로옴은 타블렛 및 스마트폰 등의 모바일 기기용으로 무선 충전 제어 IC (BD57015GWL : 수신·단말측, BD57020 MWV : 송신·충전측)의 개발을 추진하고 있다.

이 두 개의 제품은 무선 충전의 국제 규격 WPC(Wireless Power Consortium)의 최신 Qi 규격 Medium Power에 준거하는 칩세트로 타블렛 등 10W 수준의 어플리케이션에서 무선 충전을 실현한다.
또한 수신·단말측의 BD57015GWL은 북미 시장에서 전개하고 있는 무선 충전의 국제 규격 PMA(Power Matters Alliance)에도 대응하여, 자동 전환에 의한 WPC (10W)와 PMA (5W)의 듀얼 수전 (受電)을 실현한다.
전원 모듈 및 전원 회로는 앞으로 더욱 강화되는 효율 규제 및 환경 문제에 직면하게 될 것이다. 이러한 요구에 대응하기 위해서는 전원 모듈 및 전원 회로에만 국한하지 않고 전기제품 전체를 고려한 대책이 요구된다. 

로옴 LSI 상품개발본부 어플리케이션 엔지니어부 공저