TI 코리아,  웨어러블 및 IoT 제품을 위한 최소형, 최저 전력 배터리 관리 솔루션 bq25120 출시

TI  코리아가 웨어러블 및 사물인터넷(IoT)을 위한 고집적 배터리 관리 솔루션인 bq25120을 출시한다.

bq25120은 선형 충전, 구성 가능한 LDO, 부하 스위치, 벅 컨버터, 푸시버튼 제어 및 배터리 전압 모니터링이 모두 칩 하나에 통합되어 있다. 3.6V~4.65V의 배터리와 5mA~300mA의 고속 충전 전류를 지원하므로 웨어러블 및 사물인터넷(IoT) 애플리케이션에서 배터리를 고갈시키지 않으면서 “상시 접속(always on)” 기능을 유지할 수 있다. 또한 벅 컨버터를 사용하여 1.8V로 동작하며, 정지 전류(Iq)가 업계에서 가장 작은 700nA로서 전력 소모를 줄여 배터리 사용 시간을 최적화한다. 

TI 코리아에서 파워 분야를 담당하고 있는 안병남 부장은 신제품 bq2512 칩이 배터리 충전 IC라기보다는  웨어러블이나 IoT 제품을 겨냥한 배터리 통합 매니지먼트 솔루션이라고 말한다. 안병남 부장으로부터 bq25120 칩에 대한 상세한 설명을 들어본다.

“bq25120은 애플리케이션 측면에서 IoT 쪽은 물론 블루투스 헤드폰, 블루투스 헤드셋 그리고 심박 센서(HRM)를 내장한 헬스류의 웨어러블 기기들에 모두 적용된다. 웨어러블 쪽은 기존의 스마트폰이나 태블릿 등에 비해 크기가 작기 때문에 배터리 용량도 작다. 따라서 이에 적합한 배터리 관리 솔루션이 필요하다. 사실 현재 반도체 업체에서 나오는 충전 IC들은 주로 스마트폰 쪽에 초점을 맞추다 보니 충전 전류가 1A~2A 이상이다. IoT나 웨어러블 쪽에서는 이런 충전 IC로는 고성능을 기대할 수 없다. 웨어러블은 통상적인 배터리 총 용량이 200mA~300mA 정도 밖에 안 되기 때문이다. 이 같은 경부하에서 고효율, 고성능을 달성하는 웨어러블에 적합한 솔루션이 필요한 것이다." 

bq25120은 기존의 웨어러블용 충전 IC 가 갖는 파워 패스와 같은 기본적인 기능에 부가적인 기능이 많이 추가되었다. 그러한 부가 기능 중 하나로서 시스템 전력을 공급하기 위해 1.8V의 DC/DC 컨버터 블록이 통합되어 있으므로 사용자들이 별도의 DC/DC 컨버터를 설계해 넣을 필요가 없다. 출력전압을 1.1V~3.3V까지 조절할 수 있으며, 대기 모드의 전류가 50nA에 불과하다. 이는 배터리의 긴 수명을 보장해 주는 중요한 요소가 된다. 

bq25120에 통합되어 있는 DC/DC 컨버터는 'direct control seamless'라고 하는 TI의 독자적인 제어 방식이 적용되어 있다. 이는 전압 모드와 히스테리시스 제어(histerisis control)라고 하는 두 방법을 융합시킨 제어방식으로서, 부하 응답 특성이 매우 빠르다는 장점을 갖는다. 또한  10uA 이하의 경부하에서도 시스템 성능의 80% 정도를 보장한다. 스위칭 주파수를 3MHz까지 높였기 때문에 사용자 입장에서는 좀더 작은 출력 LC 필터를 구성할 수 있다. 이처럼 고성능의 벅 컨버터 덕분에 시스템을 좀더 최소화 할 수 있는 장점을 갖는다.

디폴트 전압은 1.8V이지만, 이 IC는 I2C 인터페이스를 통해서 AP나 마이크로프로세스와 통신함으로써 출력 전압을 예컨대 1.1V~3.3V까지 약 100mV씩 단계적으로 조정할 수 있다. AP가 출력 전압을 이렇게 100mV 씩 스텝업, 스텝다운 함으로써 시스템에 보다 적합한 전압을 설정해 사용할 수 있으며, 사용자 입장에서는 전체 시스템을 보다 지능적으로 꾸밀 수 있다. 

정지 전류(quiescent current)도 700nA로서 매우 작다. 정지 전류를 1 uA 이하로 떨어뜨리기란 쉽지 않은 일로서, bq25120 은 TI 제품군 내에서도 매우 작은 정지 전류를 제공하는 제품이다. 이처럼 정지 전류가 작아지면 전체적인 시스템 효율성이 높아져 웨어러블이나 IoT 제품들의 배터리 수명이 길어진다.

또한 푸시버튼 컨트롤러(pushbutton controller)도 통합되어 있다.  이는 AP가 매뉴얼 리셋 기능은 물론 리셋 기능도 제어하여 시스템을 온오프할 수 있도록 함으로써 배터리 수명을 더욱 연장시켜 준다. 

bq25120 에는 이밖에 배터리 전압을 감지하는 전압 모니터링 블록도 통합되어 있다

메인 기능이라고 할 수 있는 충전기의 시각에서 본다면, 충전기 전압을 외부 회로를 통해 설정할 수도 있고 혹은 AP와의 I2C 커뮤니케이션을 통해 설정할 수도 있다. 물론 충전 전류도 외부에서 설정하거나 혹은 I2C로 제어할 수 있다. 회로 보호라는 개념에서는 입력 전류 제한값도 외부 또는 I2C를 통해 설정할 수 있다.

bq25120에 또 하나 추가된 기능은 로드 스위치 기능을 하는 LDO이다. 웨어러블 같은 경우 파워가 항상 켜져 있어야 하는 시스템도 있겠지만, 예컨대 BLE나 무선 쪽에서는 통신할 때만 파워가 켜지는 시스템이 필요하다. 이런 경우에는 LDO를 통해 연결하고 필요할 때만 출력 전압을 줄 수 있다.

bq25120에서 또 하나 강조하고 있는 부분은 종료임계 전류(termination current)를 500uA까지 낮췄다는 점이다. 이는 기술적으로 상당히 발전된 것으로서 아무리 작은 배터리를 쓰더라도 배터리의 전체 용량을 쓸 수 있게 해준다. 또 하나 중요한 점은 종료임계 전류의 정확성이 상당히 높다는 것이다. 이처럼 종료임계 전류의 절대 레벨이 낮고 정확하게 관리되므로 배터리를 충분히, 그리고 좀더 길게 쓸 수 있다. 

이 밖에 bq25120은 50nA의 출하 모드(shipping mode)도 보장해 준다. 이는 IC 내부적으로도 배터리에서 전체 시스템으로 가는 패스를 제어한다는 의미이다. 

bq25120은 크기가 2.5mm x 2.5mm로서 상당히 작은  편이다. 현재의 시장에서는 이렇게 충전 전류가 300mA 정도 되는 특화된 솔루션을 찾아보기는 힘들다. 설령 있다고 해도 bq25120보다는 큰 편이다. 파워 패스는 물론 DC/DC 컨버터, LDO 등의 기능들이 통합되어 있으면서 2.5mm x 2.5mm 크기라는 것은 크기가 중요한 웨어러블 쪽에서는 상당히 매력적인 이점이 아닐 수 없다.

안 부장은 "이처럼 bq25120은 IC 안에 여러 기능들을 집적함으로써 PMIC화 되었다고 볼 수 있다. 갈수록 액세서리 류가 늘어나는 추세이므로 이 웨어러블 전용 IC를 개별 솔루션(discreet solution)으로 사용하는 디자인 회수는 늘어날 것으로 보인다.”고 말했다.