[헬로티]
로옴(ROHM) 주식회사는 태양광 인버터 및 FA 인버터, 축전 시스템 등 대전력을 취급하는 산업기기 인버터용으로 절연형 플라이백 DC/DC 컨버터 제어 IC ‘BD7F 시리즈’ (BD7F100HFN-LB/BD7F100EFJ-LB/BD7F200HFN-LB/BD7F200EFJ-LB)를 개발했다. 여기서 플라이백은 회로 형태의 일종을 뜻하며, 절연 전원 구성에 사용된다. 100W 정도까지의 용도에 적합하고 부품 수 및 비용 면에서 우수하다. 이외에도 포워드 방식 등이 있으며, 이를 구성하는 디바이스의 진화가 절연 전원의 소형화 및 고효율화를 실현한다.
기존에는 플라이백 방식의 절연 전원 제어에 포토커플러가 사용됐지만 소비전류, 온도 변화, 수명 면에서 과제가 있었다. 포토커플러는 입력된 전기 신호를 발광 소자를 통해 빛으로 변환한 후, 수광 소자가 다시 전기 신호로 변환하는 전자부품이다. 입력 측과 출력 측은 전기적으로 절연되어 있어 전기 신호에 의한 노이즈 및 감전을 방지하면서 신호를 전달할 수 있다.
‘BD7F 시리즈’는 이러한 포토커플러를 삭제함으로써 플라이백 구축을 위한 부품 수를 약 50% 저감할 수 있으며, 시스템의 소형화와 더불어 저전력화, 고신뢰화를 동시에 실현할 수 있다. 또한, 새롭게 개발한 적응형 온 타임 제어를 채용함으로써 절연 전원 제어 IC의 과제였던 부하 응답 특성을 개선했다. 전압 변동 200mV 이하를 실현해 신뢰성 향상에도 기여한다.
전자기기에는 인체 보호 및 시스템 보호를 위해 대부분 절연 기능이 탑재되어 있다. 최근 보급이 진행되고 있는 태양광 인버터 및 축전 시스템 등 고전압·대전력을 취급하는 산업기기도 예외가 아니다. 이러한 산업기기의 경우, 장기간 연속 가동이나 고온 조건에서의 가동 등, 까다로운 사용 환경 조건이 더해짐에 따라 신뢰성에 대한 요구가 더욱더 높아지고 있다.
지금까지 절연 전원의 제어 부품에는 포토커플러 등 많은 구성 부품이 사용되었지만, 회로 규모 및 경년변화 등 신뢰성에 대한 개선이 요구되고 있다.
고신뢰성 절연 기능 간단히 실현
‘BD7F 시리즈’는 혹독한 환경에서 오랫동안 연속적으로 가동해야 하는 산업기기에 적합한 절연 전원 제어 IC이다. 파워계 최첨단 BiCDMOS 프로세스를 활용하고 아날로그 설계 기술을 구사함으로써 1차 측에서 2차 측의 전압·전류를 검출할 수 있다.
전력원에서의 감전을 방지하기 위해 AC 어댑터 등에 내장된 절연 기능을 통해 직접적인 전류 경로 차단이 요구되는데, 이때 전력원에서 절연 기능까지가 1차 측, 절연 기능에서 애플리케이션까지가 2차 측이다.
이에 따라, 기존에는 2차 측 전압·전류 검출을 위해 필요했던 포토커플러 또는 트랜스의 3차 권선과 이를 구성하기 위한 부품이 필요 없으므로 부품 수를 약 50%로 저감할 수 있어 소형화, 저전력화, 신뢰성 향상을 동시에 실현할 수 있다.
▲ 그림 1. 포토커플러가 필요 없으며 저항 1개로 절연 전원 안정화
▲ 표 1. BD7F 시리즈 라인업
적응형 온 타임 제어로 부하 응답 특성 개선
지금까지 절연 전원 제어 IC에는 순간적인 부하 전류 변동에 따라 출력전압이 크게 변동한다는 과제가 있었다. 기존의 비절연형 전원 제어 IC에서 실적을 보유한 온 타임 제어를 절연형 전원 제어 IC에 새롭게 응용했다.
▲ 그림 2. 적응형 온타임 제어 효과
이러한 적응형 온 타임 제어를 통해 일반 제어 방식에 비해 65% 이하인 출력전압 변동 200mV(부하 전류 1A, 턴온 100㎲일 때)를 실현해, 순간적인 부하 전류 변동에 대해 부하 응답 특성을 개선함으로써 신뢰성 향상에 기여한다.
이 시리즈와 더불어, 대표 제품인 ‘BD7F100HFN-LB’의 평가 보드 ‘BD7F100HFN-EVK-001’도 판매되고 있다. 이 평가보드를 통해, BD7F100HFN-LB를 탑재한 입력전압 24V, 출력전압 5V, 출력전류 800mA의 절연 전원을 간단히 평가할 수 있다.
▲ 그림 3. 평가 보드 BD7F100HFN-EVK-001
정리 : 김희성 기자 (npnted@hellot.net)
