40V 입력 3.5A 사일런트 스위처 저잡음 레귤레이터

자동차 및 산업용 애플리케이션에 적합

2018년 09월호 지면기사  /  글│ 종밍 예(Zhongming Ye), 전력제품 선임 애플리케이션 엔지니어, 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)

넓은 입력 및 출력 범위, 낮은 잡음을 제공하는 LTM8003은 산업용 로봇, 공장자동화, 항공전자, 자동차 시스템의 엄격한 표준을 쉽게 만족할 수 있게 한다.


EMI 설계 간소화

자동차, 교통, 산업용 애플리케이션은 잡음(noise)에 민감하며 낮은 EMI 전원 솔루션을 필요로 한다. 전통적인 접근법은 스위칭 에지를 늦추거나 스위칭 주파수를 낮춰 EMI를 제어한다. 그러나 두 방법은 모두 효율을 떨어뜨리고 최소 온/오프 시간을 증가시키며 대형 솔루션을 필요로 한다. EMI 필터나 금속 차폐를 이용하는 다른 솔루션은 필요한 보드 공간과 부품, 어셈블리에 상당한 비용을 요구하고 열 관리와 테스트를 복잡하게 한다.

ADI의 저잡음 μModule® 기술은 스위칭 레귤레이터 설계에 혁신을 제공한다. μModule 패키지 LTM8003 레귤레이터는 고유의 사일런트 스위처(Silent Switcher®) 아키텍처를 채택하여 EMI 방출을 최소화하면서 높은 스위칭 주파수에서도 고효율을 제공한다. 레귤레이터의 아키텍처와 μModule 디바이스의 내부 레이아웃은 레귤레이터의 입력 루프를 최소화하도록 설계됐다.

이러한 특성은 매우 빠른 스위칭 에지에서도 스위칭 노드 링잉(ringing)과 핫 루프에 저장된 관련된 에너지를 감소시킨다. 사일런트 스위칭은 탁월한 EMI 성능을 제공하는 동시에 ac 스위칭 손실을 최소화하므로 레귤레이터는 거의 효율 손실 없이 높은 스위칭 주파수에서 동작할 수 있다.

사일런트 스위처 아키텍처는 확산 스펙트럼(Spread Spectrum, SS) 주파수 동작과 결합하여 EMI 필터 설계와 레이아웃을 크게 간소화하므로 잡음에 민감한 환경에 이상적이다. 그림 1은 입력 측의 단순한 EMI 필터를 보여준다. 이를 통해 데모 회로는 여유 있게 CISPR 25 Class 5 표준을 통과할 수 있다(그림 2 참조).
 

3.5A 연속 출력 전류, 6A의 피크 전류


내장 레귤레이터는 안전하게 최대 6A 피크 출력 전류를 공급할 수 있으며, LTM8003이 공칭 12V 입력으로부터 3.3V 또는 5V에서 3.5A 부하를 연속적으로 지원하는 데 별도의 열관리(공기 흐름이나 히트싱크 등)가 필요 없다. 이는 산업용 로봇, 공장자동화, 자동차 시스템에서 배터리 구동 애플리케이션의 요구를 만족함을 의미한다.

-40℃~+150℃의 넓은 동작 온도 범위

자동차, 산업, 군사용 애플리케이션은 105 ℃ 이상의 주변 온도에서 연속적으로 안전하게 동작하는 전원 회로나 열 상승에 대비한 충분한 헤드룸을 필요로 한다. LTM8003H는 -40 ℃~+150 ℃의 내부 동작 온도 범위에 대한 규격을 만족하도록 설계됐다. 내부 과열보호(OTP) 기능이 접합부 온도를 모니터링하여 접합부 온도가 과열되면 스위칭을 중단한다.

그림 3a는 7V~40V의 넓은 입력 범위에서 동작하는 3.5A, 5V 솔루션을 보여준다. 공칭 12V 입력에서 열 성능은 그림 3b에서 볼 수 있다. 일반적인 효율은 12V 입력 및 2A 부하에서 92% 이상이다.



+3.5V~+35V 입력에서 네거티브 출력 -5V

그림 4는 공칭 12V 입력으로부터(최대 35V 입력) -5V, 4A 출력을 위한 솔루션을 보여준다. BIAS 핀은 GND에 연결된다.



결론


LTM8003은 사일런트 스위처 아키텍처를 채택하고 넓은 입력 및 출력 범위, 낮은 잡음을 제공하는 3.5A 스텝다운 μModule 레귤레이터이다. 3.4V~40V의 입력은 0.97V부터 18V까지 출력을 생성할 수 있으므로 배터리나 산업용 전원으로부터 중간 레귤레이션을 필요로 하지 않는다.

핀아웃은 FMEA를 준수하도록 특별히 설계되어 인접 핀 단락, 단일 핀 접지 단락 또는 핀 부동 상태 시 출력이 레귤레이션 전압 또는 미만을 유지한다. 리던던트 핀은 자동차 및 교통 애플리케이션 등에서 진동, 노후, 광범위한 온도 변화로 솔더 접합부가 느슨해지거나 개방될 경우 전기적 연결을 향상시킨다.



완전한 솔루션은 입력 및 출력 커패시터를 포함하여 LTM8003의 BGA 풋프린트인 6.25mm×9mm×3.32mm보다 그렇게 크지 않은 초소형 공간에 들어간다. 제품은 25μA(정격)의 무부하 전류, -40 ℃~+150 ℃(H등급)의 넓은 온도 동작 등의 향상된 특성으로 공간이 조밀하고 운영 환경이 혹독한 환경은 물론, 낮은 무부하 전류와 높은 신뢰성이 필수적인 환경에 이상적이다. 이러한 특징은 설계 노력을 최소화하고 산업용 로봇, 공장자동화, 항공전자, 자동차 시스템의 엄격한 표준을 쉽게 만족할 수 있게 한다.<끝>

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