본 게시글은 ADI의 사일런트 스위처 기술에 대한 주요 내용과 자주 묻는 질문을 다룹니다. 웨비나, 자료 및 관련 컨텐츠에 대한 링크는 게시글 마지막에 있습니다. 녹화된 웨비나 시청을 위해 등록하신 고객분들에게는 파워포인트 발표 자료가 제공될 것입니다.
웨비나 정보
회사명: ADI (Analog Devices Inc.)
교육 일자: 2/16/2023
발표자: Daniel Cheng – 디자인 엔지니어링 선임 매니저
- Daniel Cheng은 ADI의 멀티마켓 전원 사업부 선임 매니저로, 고성능 스텝 다운 스위칭 레귤레이터와 혁신적인 사일런트 스위처 기술을 개발하는 팀을 이끌고 있습니다. 그는 2007년 Linear Technology에 입사하여 2017년 ADI에 인수 이후 현재까지 재직 중이며, 캘리포니아 대학교 버클리에서 전기공학과 컴퓨터과학(Electrical Engineering and Computer Sciences, EECS) 학위를 받았습니다.
사일런트 스위처 기술 - 웨비나 발표로부터 발췌
주요 내용:
1) 사일런트 스위처 1형
- 매우 낮은 EMI 방사
- 높은 스위칭 주파수(fsw)에서의 높은 효율
2) 사일런트 스위처 2형 (차세대)
- 작은 솔루션 크기를 위해 커패시터 통합
- 핫 루프(hot loop)가 내부 접지면이어서 EMI를 저감
- 외부 부품 감소로 PCB 레이아웃에 민감한 정도를 줄여줌
3) 사일런트 스위처 3형 (신규)
- 사일런트 스위처 2형과 동일한 이점을 갖지만 10Hz~100kHz 대역의 초저주파 잡음 개선
- 초고속 과도 응답
ADI가 특허를 받은 사일런트 스위처® 기술은 본딩 와이어에서 구리 필러(copper pillar)로 된 플립 칩으로 내부 설계를 변경하여 기생 인덕턴스가 감소되었습니다. "핫 루프"를 두 개의 작은 루프로 분할하여 고조파의 에너지를 감소시켰습니다. 두 개의 루프가 상대방의 자기장을 서로 상쇄하도록 하여 EMI를 방지하고 있습니다. 내부 스위치 구동기로 인해 스위칭 전력 손실을 최소화하여 빠르고, 깨끗한 스위칭 에지를 가능케 합니다. 이 웨비나는 SS(Silent Switcher, 사일런트 스위처)1, SS2 그리고 SS3에 대한 SS 기술에 초점을 맞추고 있습니다. SS-PMBus 제품군은 PMBus를 통해 디지털 프로그래밍 및 원격 측정이 추가적으로 가능합니다. 이 제품군에 대해서는 나중에 다루도록 하겠습니다.
사일런트 스위처 - 웨비나 발표로부터 발췌
LT8614에 구현된 자기장 상쇄 기술이 적용된 구리 필러 플립 칩 설계는 LT8610과 같은 이전의 와이어 본딩 칩 설계에 비해 스위치 노드 링잉에 있어 상당한 개선을 보여줍니다. 아래 그래프를 참조하십시오.
웨비나 발표로부터 발췌
플립 칩 설계와 기존의 와이어 본딩 설계 사이에 수행된 EMI 방사 잡음 테스트의 결과는 10~20dB의 감소라는 상당한 개선을 보여줍니다.
사일런트 스위처 – 웨비나 발표로부터 발췌
사일런트 스위처 파워트레인은 상승 스위치 에지 직전에 양쪽 전원 FET가 모두 꺼지는 시간을 의미하는 데드 타임(dead-time)이 거의 없는 혁신적인 기술입니다. 이러한 데드 타임의 감소는 바디 다이오드(body diode) 전도가 없기 때문에 전력 손실을 크게 감소시키고, 역 회복 전하를 최소화 시킵니다. 그 결과, 사일런트 스위처 파워트레인은 높은 스위칭 주파수에서 우월한 효율을 제공하며, 보다 절제된 스위칭 에지를 가능하게 합니다.
사일런트 스위처 – 웨비나 발표로부터 발췌
SS2는 차세대 스위처로 LQFN 패키지로 나오며 내장형 커패시터가 특징입니다. 주요 장점 중 하나는 모든 핫 루프가 접지되어 있어서 전자기 간섭(EMI)을 줄입니다. 게다가, 내장된 커패시터는 외부에 필요한 커패시터 부품 수를 줄여, 솔루션 크기가 작아지고 PCB 레이아웃에 민감한 정도를 줄여줍니다. 이러한 기능은 전자 제품 응용 분야에서 높은 효율을 찾는 사람들에게 SS2를 매력적인 옵션으로 만듭니다.
사일런트 스위처2 – 웨비나 발표로부터 발췌
신규인 SS3는 10Hz에서 100kHz 사이의 초저주파 잡음을 해결하도록 설계되었습니다. 거론되는 잡음의 유형은 고유한 소자 잡음 또는 열 잡음입니다. SS3는 낮은 드롭아웃(Low Dropout, LDO) 레귤레이터 대신 보다 효율적인 대안을 제공하는 대체품으로 사용될 수 있습니다. 게다가, 이 스위처는 직접 구동이 가능하며, 이는 별도의 외부 부품 없이 직접 부하를 구동할 수 있다는 뜻입니다. 또한, LT8625SP 및 LT8627SP와 같은 사일런트 스위처3 SP형은 다이 윗면이 노출되어 있어서 방열판을 통해 열을 더욱 잘 전달하여 열 성능을 향상시킬 수 있습니다.
사일런트 스위처3 – 웨비나 발표로부터 발췌
SS 제품군 포트폴리오를 아래에서 확인할 수 있습니다. 또한 SS3 계열은 현재 더 높은 전압과 전류 사양으로 확장되고 있습니다.
사일런트 스위처 – 웨비나 발표로부터 발췌
Q&A
고주파 스위칭 잡음을 어떻게 감소시키나요?
부품의 스위칭 주파수(fsw)를 증가시키면, (Cin, Cout 그리고 L과 같은) 외부 부품을 더 작은 부품을 활용해 높은 루프 대역폭으로 보다 빠른 응답 시간을 달성할 수 있으며, AM 라디오 대역보다 높은 1.8MHz 이상의 스위칭 주파수가 요구되는 자동차 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
데드 타임이 0인 이유는?
고주파 스위칭으로, (바디 다이오드 전도가 없어서) 전력 손실이 적고 역 회복 전하가 최소화됩니다.
수많은 산업이 48V 버스로 전환하고 있는 상황에서, 60V 이상의 Vin을 처리할 수 있는 스위처도 생산할 계획인가요?
네! LT8641, LT8645S가 가능한 옵션입니다.
컨버터의 버스트 모드(Burst Mode)와 관련하여, 노이즈에 어떤 영향을 미치나요?
"10-100 kHz 범위의 신호 조절(signal conditioning)이 수반되는 설계를 자주 하는데, 버스트 모드 또는 경부하 모드(Light Load Mode)는 스위칭 주파수가 신호 범위 내로 흘러 들어가게 만들어, 그 결과 10-100 kHz 범위에 간섭이 발생하는 것을 관찰하곤 합니다.
맞습니다. 만약 여러분의 응용 분야가 10-100kHz에 매우 민감하다면 버스트 모드 동작을 사용하지 말고, 대신 FCM(Forced Continuous Mode, 강제 연속 모드)을 사용하는 것을 추천합니다. 안타깝게도 이렇게 하면, 낮은 부하 효율과 트레이드 오프하게 됩니다. 여러분의 신호 조절 응용 분야에 매우 흥미로울 수 있으니, 계속해서 사일런트 스위처3의 토론에 주목해 주십시오!
PCB에 방열판 또는 넓은 카파(copper) 면적이 필요한가요?
열적 성능은 항상 PCB에 어느 정도 의존적입니다. 규격서의 그래프/사양은 4층에 4"x3" 크기의 PCB인 표준 평가 기판에 기반하고 있습니다. 간단히 언급하였던 SP형 부품 외에는 열적 성능 데이터를 위해 방열판을 필요로 하지 않습니다.
LDO가 무엇인가요?
낮은 드롭아웃 레귤레이터 (또는 선형 레귤레이터)
새로운 칩의 단점은 무엇인가요?
SS3와 관련하여 주목해야 할 가장 중요한 점은 저잡음을 달성하기 위해 더 많은 대기 전류(iq)를 소비해야 한다는 것입니다. 따라서, 부하 효율이 매우 낮지만 iq가 매우 낮은 SS1 및 SS2 부품에 비해서는 낮지 않을 것입니다.
SS3는 경부하에서도 저주파 잡음 성능을 유지하나요?
일반적으로 고객들은 프로그래밍한 전(full) 스위칭 주파수(fsw)를 유지하기 위해 이러한 부품들을 강제 연속 모드로 사용하며, 경부하에서도 마찬가지입니다.(트레이드 오프로 낮은 부하 효율이 나빠집니다)
(Vin > 42V인) 고전압 응용 분야를 위한 SS3에 대한 계획이 있나요?
네! 40Vin / <2A인 SS3가 로드맵에 있으며 곧 출시될 것입니다. 1A 18V SS3 부품도 곧 출시될 것입니다.
사일런트 스위처는 항공우주 또는 방사선 경화(Radiation Hardened, Rad-Hard) 용도로 만들어졌나요?
SS3는 Rad Hard 인증을 받지는 않았지만, Rad Hard 시험을 통과한 것으로 보여지나 현재 사용할 수는 없습니다. 관심이 있는 분들은 space@analog.com로 문의해 보십시오.
SS 제품군의 온도 범위가 어떻게 되나요?
일반적으로 ADI의 부품은 -40C~150C입니다. 일부 부품은 내장된 커패시터의 온도 정격 때문에 125C로 제한됩니다. 정격이 -55C까지 내려가는 부품의 수는 많지 않습니다.
SS 제품군을 위한 평가 개발 기판이 있나요?
네!, 평가 기판은 여기에서 찾을 수 있습니다.
LT8625S의 규격서를 구할 수 있나요?
analog.com에 짧은 버전이 있습니다. 전체 버전을 요청할 수도 있으며, 고객 NDA를 필요로 합니다.
차량용 AEC-Q100 부품은 언제 출시되나요?
현재 사용 가능한 부품들을 DigiKey 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.
자료 및 관련 컨텐츠에 대한 링크:
웨비나: Achieving Ultra-low Noise Switch-Mode Power Supplies with ADI’s Silent Switcher Technology
웨비나 센터: 무료, 라이브 및 온 디맨드 웨비나 | DigiKey
사일런트 스위처 자료: Silent Switcher® Technology | Analog Devices
Analog Devices, Inc. - Analog Devices 공급업체 센터 | DigiKey
평가 기판 - 평가 기판 - DC/DC 및 AC/DC(오프라인) SMPS 평가 기판 | DigiKey
영문 원본: ADI’s - Silent Switcher Technology - Post Webinar & FAQ’s