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[인터뷰] TI, EMI 혁신 실현하는 DC/DC 벅 컨트롤러의 A to Z

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[헬로티=서재창 기자]


텍사스 인스트루먼트(이하 TI)가 능동형 전자방해잡음(EMI) 필터를 통합해 전원 솔루션의 크기와 설계비용을 줄이는 DC/DC 벅 컨트롤러 제품군을 출시했다고 밝혔다. 다양한 분야에 적용 가능한 이 제품군은 올해 4분기에 양산 계획을 앞두고 있다. 전자기술 5월호에서는 해당 제품군에 대한 소개와 기술 배경에 대해 TI 담당자와 진행한 인터뷰를 담아봤다. 



Q : EMI 감소는 전원 설계 시 제품 성능 개선을 위한 필수 요인이 되고 있다. 일반적으로, EMI에 따라 제품 성능에서 어떤 차이를 보이는가?


A : 전자파 간섭(EMI)이 주변 회로의 감도 수준보다 이하로 통제되지 않는다면, 주변 전기 회로에 문제가 발생할 수 있다. EMI는 두 가지 형태로 나타날 수 있다. 아래 그림은 모터 드릴과 동일한 전원 공급 장치에 연결된 라디오를 보여준다. 


모터 드릴과 라디오는 하나의 전원 콘센트에 연결돼 있어 전도체를 통해 민감한 라디오 시스템은 모터 드릴로부터 영향을 받게 된다. 또한, 모터 드릴은 공중으로도 전자기 방사선을 통해 라디오의 작동에 영향을 미친다. 



▲전도체와 방사체로부터 발생하는 전자파 간섭


최종 디바이스의 제조업체가 다양한 출처의 부품을 통합할 때, 전자파 간섭을 발생시키는 회로와 전자파에 민감한 회로가 서로 공존하고 제대로 작동할 수 있도록 보장하는 유일한 방법은 공통 표준을 확립하는 것이다. 이러한 표준은 전자파 간섭을 일정한 수준으로 제한하고 전자파에 민간한 회로가 일정한 수준의 전자파 간섭을 견딜 수 있도록 한다. 


전자파 간섭 표준으로 차량용 애플리케이션을 위한 ‘CISPR 25’와 산업용 애플리케이션을 위한 ‘CISPR 32’ 표준 규격이 정립돼 있다. CISPR 표준은 EMI 완화 기술의 목표 성능에 영향을 미치기 때문에 EMI 설계 시 매우 중요하다. 


저 EMI 설계에 대한 가장 엄격한 업계 표준은 CISPR 25 Class 5 차량용 EMI 표준이다. LM25149-Q1 및 LM25149 벅 컨트롤러는 엔지니어가 여러 주파수 대역에서 전도 EMI를 완화하여 이러한 표준을 충족할 수 있도록 돕는다.


Q : LM25149-Q1과 LM25149 컨트롤러에 대한 간략한 소개 및 개발이 진행됐던 과정은?


A : LM25149-Q1과 LM25149는 능동 EMI 필터(AEF)와 듀얼 랜덤 분산 스펙트럼(DRSS) 기술을 통합해 외부 EMI 필터가 차지하는 면적을 반으로 줄이고, 다중의 주파수 대역에 걸쳐 전원 솔루션의 전도 EMI를 55dBµV까지 낮출 수 있다.


차량용 운전자보조시스템(ADAS), 인포테인먼트, 클러스터, 빌딩 자동화, 항공우주, 방위 애플리케이션 등에서 전자 부품 비중이 계속해서 늘어나면서, 전원 설계 시 EMI를 낮추는 것이 점점 더 중요한 설계 과제가 되고 있다. 


전도 EMI 요건을 충족하기 위한 통상적인 방법은 외부 수동 EMI 필터의 크기를 늘리는 것이지만, 이 방법은 전반적인 전원 솔루션의 크기를 증가시킨다는 한계가 있다. LM25149-Q1 및 LM25149 벅 컨트롤러는 AEF를 통합함으로써 엔지니어들이 EMI 요건을 수월하게 충족하면서 전원 솔루션의 전력 밀도를 높일 수 있다는 이점이 있다.


▲LM25149-Q1과 LM25149 두 제품 모두 필터 크기를 줄이면서 EMI 절감이 가능해졌다. 


Q : LM25149-Q1과 LM25149 컨트롤러의 가장 큰 특징은 EMI뿐 아니라 솔루션 크기도 줄이는 혁신적인 변화가 있었다는 점이다. 이를 가능케 했던 기술적 배경은 무엇이었나?


A : TI는 EMI를 줄일 수 있는 확산 스펙트럼, 능동 EMI 필터 기능, 제어 권선, 패키지 혁신, 통합 입력 바이패스 커패시터, 실제 슬루율 제어 기술 등 다양한 기능과 기술을 제공한다.  


EMI에 최적화된 TI의 전원 관리 디바이스와 기술의 조합을 통해 전원 제품 설계 시 재작업 없이 산업 표준을 수월하게 충족할 수 있다. TI 제품은 전력 밀도나 효율을 저하시키지 않고 최종 디바이스의 EMI 한도를 유지할 수 있도록 해준다.


Q : 이번 제품은 크기를 줄임과 동시에 비용 절감 효과까지 보인다. 이외에도 전원 설계 시 해당 제품의 적용으로 얻을 수 있는 장점에 대해 알고 싶다.  


A : 크기와 비용 절감의 이점 외에도 LM25149-Q1과 LM25149 벅 컨트롤러는 다중의 주파수 대역에 걸쳐 전도 EMI를 낮추므로 엔지니어들이 EMI와 관련된 가장 엄격한 표준 요건을 수월하게 충족할 수 있도록 한다. 


AEF가 150kHz~10MHz의 저주파 대역에서 전도 EMI를 감지하고 낮추므로, AEF를 사용하지 않는 솔루션에 비해 440kHz의 스위칭 주파수에서 EMI를 최대 50dBµV까지 낮출 수 있으며, 통상적인 수동 필터를 사용하는 솔루션에 비해서는 20dBµV까지 낮출 수 있다. 또한, 이 두 설계 시나리오에서 DRSS 기술을 사용하면 저주파 및 고주파 대역에서 EMI를 5dBµV 더 낮출 수 있다. 


LM25149-Q1과 LM25149 컨트롤러는 인터리브 듀얼 위상 동작이 가능하고 부트스트랩 다이오드, 루프 보정 회로, 출력 전압 피드백 소자들을 통합함으로써 전력 밀도를 추가적으로 높일 뿐 아니라 설계 복잡성을 낮춘다. 또한, 선택적으로 외부 피드백 소자와 루프 보정 회로를 사용해 설계를 최적화할 수 있다.


Q : 컨트롤러 개발에 있어 타사와 차별화되는 TI만의 경쟁력은 무엇인가?


A : LM25149-Q1 및 LM25149는 업계 최초로 능동 EMI 필터를 통합한 디바이스로서, 엔지니어가 최저 EMI 전원 공급 솔루션을 설계할 수 있다는 점이다. 



Q : LM25149-Q1과 LM25149 컨트롤러 생산을 기반으로 주력하고자 하는 산업 분야나 시장은?


A : LM25149-Q1은 차량용 애플리케이션, LM25149는 산업용 애플리케이션에 적용될 수 있다. 구체적인 애플리케이션 분야로는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS), 자동차 인포테인먼트 및 클러스터, 빌딩 자동화, 항공우주 및 방위 설계 등이 있다.


Q : 한편, 차량용 반도체 품귀 현상은 오는 3분기까지 이어질 것으로 전망된다. 반도체 수요 부족에 대비하는 TI의 반도체 제조 및 유통 전략이 궁금하다. 


A : TI는 차량용 반도체 시장의 상황을 이해하고 있으며, 고객이 필요로 하는 디바이스를 제공하기 위해 최선을 다하고 있다.


Q : LM25149-Q1과 LM25149 컨트롤러는 오는 4분기에 양산을 앞두고 있다. 양산 절차를 비롯해 TI의 2021년도 하반기 주요 계획과 향후 달성하고자 하는 목표는 무엇인가?


A : TI 42V용 및 80V용 새로운 동기식 벅 컨트롤러 제품군을 시장에 출시할 예정이다. 이러한 새로운 컨트롤러는 엔지니어가 낮은 EMI 및 높은 전력 밀도와 관련된 까다로운 시스템 수준의 성능 목표를 충족할 수 있도록 지원할 것으로 보인다. 






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