TI, 차세대 차량용 및 산업용 애플리케이션의 EMI 문제 해결하는 신제품과 솔루션 발표

2021.04.09. 14:51:40

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TI(Texas Instruments)는 4월 8일 온라인 브리핑을 통해, 차세대 차량용 및 산업용 설계에서 시스템 비용을 절감하고 EMI 표준 요건을 빠르게 달성할 수 있게 지원하는 신제품과 솔루션들을 소개했다. 이 자리에서 TI는 전원 솔루션의 크기를 축소하고 EMI 를 낮출 수 있는 새로운 동기형 DC/DC 벅 컨트롤러 LM25149-Q1과 LM25149 제품을 새롭게 선보이면서, 차량용 맟 산업용 설계에서 요구되는 EMI 요건을 더 작은 부피로, 더 빠르게 구현할 수 있는 솔루션 포트폴리오를 확장한다고 밝혔다.

차량용 운전자보조시스템(ADAS), 인포테인먼트, 클러스터, 빌딩 자동화, 항공우주, 방위 애플리케이션 등에서 전자 부품 비중이 계속해서 늘어나면서, 전원 설계 시 더 작고 단순한 형태의 시스템 구현으로 애플리케이션에 요구되는 EMI 요건을 충족시키는 것이 중요한 설계 과제가 되고 있다. 그리고 TI는 신제품인 LM25149-Q1과 LM25149에서, 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 55dBuV까지 낮출 수 있다고 소개했다. 이를 통해 엔지니어들은 EMI 요건을 수월하게 충족하면서, 전원 솔루션의 전력 밀도를 높일 수 있다.

또한 TI는 다양한 애플리케이션들에서 시스템 비용 및 EMI 표준 요건을 빠르게 달성할 수 있게 돕는 제품들에 대해서도 소개했다. 이 중, LMQ61460 동기형 벅 컨버터는 바이패스 커패시터와 유사 랜덤 분산 스펙트럼을 통합해 EMI를 낮추고 피크 방사를 감소시키며, TPS25850-Q1 충전 포트 컨트롤러는 2.2MHz 동작의 스위칭 성능과 함께 분산 스펙트럼 주파수 디더링을 사용해 EMI를 감소시킨다. 또한 LM5157-Q1 비동기형 부스트 컨버터는 듀얼 랜덤 분산 시스템, 외부적 클록 동기화, 2.2MHz 스위칭 등 다양한 종류의 EMI 완화 기법을 제공하며, UCC12050 절연형 DC/DC 컨버터는 TI 고유의 통합 트랜스포머 기술을 사용해 개발된 최초의 디바이스다.

▲ TI는 빠르게 구현할 수 있는 더 작은 솔루션으로 EMI 문제를 해결할 수 있게 돕는다 (자료제공: TI)

▲ 신제품 LM25149-Q1과 LM25149의 주요 특징 (자료제공: TI)

세실리아 스미스(Cecelia Smith) TI 부스트 및 다중채널 DC/DC 사업 부문 부사장 겸 매니저는 이 자리에서, 현재 차량용 및 산업용 애플리케이션 전반에서 전자 부품의 비중이 지속적으로 높아지고 있으며, 이에 따라 EMI 감소가 중요해지고 있고, 더 스마트하고 손쉬운 EMI 관리 기능의 수요가 증가하고 있다고 밝혔다. 그리고 TI는 반도체 혁신, 새로운 모델링 기법, 패키징 개발 등을 통해, 시스템의 비용을 절감하면서 빠르게 EMI 표준 요건을 달성할 수 있게 돕는 솔루션들을 제공하고 있다고 소개했다. 또한 TI는 관련 제품 뿐 아니라, webench의 EMI 시뮬레이션 툴이나 포괄적인 EMI 관련 자료, 디자인 과정 전반에서 사용할 수 있는 EMI 테스트 역량에 이르기까지 다양한 지원을 제공한다고 덧붙였다.

TI가 발표한 신제품 LM25149-Q1과 LM25149는 능동 EMI 필터(AEF)와 듀얼 랜덤 분산 스펙트럼(DRSS)기술을 통합해 외부 EMI 필터가 차지하는 면적은 절반으로, 부피는 75% 이상 줄일 수 있게 하면서 다중의 주파수 대역에 걸쳐 전원 솔루션의 전도 EMI를 55dBuV까지 낮출 수 있게 한 것이 특징이다. CISPR 25 Class 5 차량 EMI 요건을 충족시킴에 있어, AEF는 가 150kHz~10MHz의 저주파 대역에서 전도 EMI를 감지하고 낮추므로, AEF를 사용하지 않는 솔루션에 비해 440kHz의 스위칭 주파수에서 EMI를 최대 50dBuV까지 낮출 수 있으며, 통상적인 수동 필터를 사용하는 솔루션에 비해서는 20dBuV까지 낮출 수 있다. 또한, 이 두 설계 시나리오에서 DRSS 기술을 사용하면 저주파 및 고주파 대역에서 EMI를 5dBuV 더 낮출 수 있다.

전원 솔루션의 EMI를 낮추고 솔루션 크기를 줄인다는 서로 상충되는 요구들을 모두 달성하는 데 있어, TI의 LM25149-Q1과 LM25149 벅 컨트롤러는 수동 EMI 필터가 차지하는 면적과 부피를 줄일 수 있어, 까다로운 EMI 요건을 충족하면서 동시에 솔루션 크기를 축소할 수 있게 한다. 특히, TI는 이 제품들이 경쟁 솔루션들에 비해 440kHz에서 프론트엔드 EMI 필터의 면적을 약 50%까지 줄일 수 있으며, 부피는 75% 이상 줄일 수 있다는 점을 강조했다. 또한, AEF를 통합함으로써 필터링에 필요한 수동 부품의 크기를 줄이고 비용을 낮출 수 있기에 전원 설계 시 EMI는 낮추면서 크기는 최소화할 수 있다는 이점이 있다고 덧붙였다.

한편, 새로운 벅 컨트롤러 제품은 EMI를 보다 더 낮추기 위해 주파수를 외부 클록에 동기화하여 EMI에 민감한 애플리케이션에서 불필요한 비트 주파수를 감소시킬 수 있다. 또한 인터리브 듀얼 위상 동작이 가능하고 부트스트랩 다이오드, 루프 보정 회로, 출력 전압 피드백 소자들을 통합함으로써 전력 밀도를 추가적으로 높일 뿐만 아니라 설계 복잡성과 비용을 낮춘다. 이 외에도, 선택적으로 외부 피드백 소자와 루프 보정 회로를 사용해 설계를 최적화할 수 있다. 제품은 열성능이 강화된 3.5mm x 5.5mm 24핀 VQFN 패키지로 제공되며, 평가 모듈 LM25149-Q1EVM-2100 을 통해 차량용 애플리케이션에서의 LM25149-Q1의 성능을 평가할 수 있다.

▲ LMQ61460 동기형 벅 컨버터는 바이패스 커패시터와 유사 랜덤 분산 스펙트럼을 통합한 것이 특징이다 (자료제공: TI)

▲ LM5157-Q1 비동기형 부스트 컨버터에서는 다양한 EMI 완화 기법이 제공된다 (자료제공: TI)

TI의 LMQ61460 동기형 벅 컨버터는 디바이스에 바이패스 커패시터와 유사 랜덤 분산 스펙트럼을 통합해 EMI를 낮추고 피크 방사를 감소시키며, 초저EMI를 요구하는 산업용 애플리케이션이나 차량용 애플리케이션에 최적화되어 있다. 또한 이 제품은 3~36V의 넓은 동작 입력 전압 범위와 함께 최대 42V까지 견딜 수 있어 입력 서지 보호 설계에 용이한 특징을 제공하며, HotRod 패키지와 최적화된 핀아웃을 통해 스위치 노드의 링잉을 최소화했다. 이 외에도, 효율 향상을 위한 외부 바이어스 옵션이 제공된다.

TPS25850-Q1 듀얼 포트 3A DC/DC 충전 포트 컨트롤러는 2.2MHz 동작의 스위칭 성능과 함께 분산 스펙트럼 주파수 디더링을 사용해 EMI를 감소시킨다. 이 제품은 USB Type-C와 배터리 충전 포트를 인식하고 제어하는, 경쟁 제품보다 솔루션 크기가 37% 작은 고도로 통합된 솔루션으로, 엄격한 EMI 검증 시험을 수월하게 통과할 수 있으며 외부 인덕터 크기를 감소시키는 400kHz 및 2.2MHz 레퍼런스 디자인을 제공해, 빠르게 EMI 인증을 통과하고 디자인을 진행할 수 있게 한다. 이 외에도 스마트한 열 관리로 커넥티드 디바이스의 과열 셧다운 상황이 발생될 위험성을 낮춘다.

LM5157-Q1 비동기형 부스트 컨버터는 듀얼 랜덤 분산 시스템(DRSS), 외부적 클록 동기화, 2.2MHz 스위칭 등 다양한 종류의 EMI 완화 기법을 제공하는 것이 특징인, 넓은 전압 입력 범위에서 동작하는 6.5A 2.2MHz 비동기형 부스트 컨버터다. 이 제품은 1.5V 최소 입력 전압의 까다로운 자동차 콜드 크랭크 조건도 지원하며, 유연한 토폴로지를 가지고 있어 다양한 차량용 애플리케이션에서 부스트, SEPIC, 플라이백 컨버터 등 다양한 구성으로 사용할 수 있다. 이 외에도, 6A의 높은 스위칭 전류로 컨트롤러를 필요로 하는 더 많은 애플리케이션의 컨버터로 활용하면서 BOM과 부품 수를 감소시킬 수 있다.

UCC12050 500mW 고효율 절연형 DC/DC 컨버터는 TI 고유의 통합 트랜스포머 기술을 사용해 개발된 최초의 디바이스로, 업계 최저 수준의 EMI를 달성한다. 이 제품은 일차-대-이차 커패시턴스가 낮은 트랜스포머를 통합해 초저 EMI를 달성하며, 절연을 필요로 하는 산업용 애플리케이션의 전원 솔루션 크기를 80%까지 줄일 수 있게 한다. 또한 산업용 애플리케이션에서의 활용을 위해 넓은 온도 범위와 8mm 연면거리 및 공간거리를 통한 강화 절연을 제공해, 접지 전위 차이에 대한 보호도 제공한다고 소개했다.