프로세서 성능 향상과 PCB 공간 축소로
과거보다 전자기기의 전원 설계 까다로워져
마이크로 모듈, 부품 통합해 전원 설계 간소화


5G, AI, IoT 등의 발전으로 데이터 활용량이 급증하면서 프로세서의 성능이 날로 높아지고 있다. 반면 그런 프로세서가 탑재되는 전자기기의 크기는 점점 작아지고 있다. 작은 폼 팩터에 많은 기능과 높은 성능을 구현한 제품에 대한 수요가 증가하고 있기 때문이다.

고성능 소형 전자기기 시스템을 개발해야 하는 개발자들은 특히 전원공급장치를 설계할 때 많은 과제에 직면하고 있다.

프로세서의 전원 요구사항이 늘었고, PCB 공간 제약으로 열 설계 조건이 복잡해졌다. 업계 전반적으로 전원공급장치 전문 엔지니어의 수가 줄어들면서 설계 전문성도 하락했다. 가까스로 설계했다 하더라도 최적의 부품을 찾아야 하는데 시장 출시 기한이 짧아져 여유도 없다.

그렇다면 미리 제작된 전원공급장치를 사용하면 개발 기한에 맞춰 시장이 원하는 성능의 전자기기를 내놓을 수 있지 않을까?

아나로그디바이스(ADI)의 마이크로 모듈(µModule®) 전력 제품은 고성능 아날로그 IC, 전력 스위치 및 수동 부품을 통합한 패키지형 솔루션이다. 마이크로 모듈 전력 제품은 이러한 구성 요소를 최적의 상태로 통합하여 작은 설치 공간에서도 고성능을 제공하도록 제작되었다.

ADI 등의 전력 제품을 유통하는 신방일렉트로닉스의 안태민 과장에게 마이크로 모듈이 어떻게 고객이 원하는 성능의 전원공급장치로 작동할 수 있는지에 대해 물었다.


Q. ADI의 마이크로 모듈은 어떠한 콘셉트로 제작된 제품입니까?
A. 마이크로 모듈은 ADI가 생산하는 모든 제품을 최적화하여 고객이 사용할 수 있도록 재배치 및 모듈화한 제품입니다. 마이크로 모듈이란 이름으로 소형 벅, 부스터, 배터리 차저, LED 드라이버 등의 제품이 개발 및 출시 중입니다. 모든 제품에 수동 소자가 통합되어 있어 간단한 전원 설계가 가능한 것이 특징입니다.

마이크로 모듈은 현재 원칩 전원 솔루션으로 알려져 있습니다. 그러나 ADI 마이크로 모듈 팀의 궁극적인 목표는 고객이 다양한 기능을 원칩으로 구현할 수 있도록 전원을 비롯한 각종 주변 부품을 최대한 집적한, 즉 간편한 최적화 솔루션을 만들어 제공하는 것입니다. 그 일환으로 ADI에서는 전원, 인터페이스를 기능을 추가한 마이크로 모듈도 출시하여 현재 공급 중입니다.


Q. 마이크로 모듈은 제공하는 전력 시스템 관리 측면에서 어떤 효용성을 제공합니까?
A. 발열은 내외부 소자의 동작 한계를 결정짓는 요소가 되기도 합니다. ADI의 마이크로 모듈은 경쟁사 제품 대비 단위 부피당 발열량이 적습니다. 따라서 전력 소비는 같더라도 방열판의 크기를 줄일 수 있으며, PCB 내부의 그라운드를 추가로 확보해야 하는 고민을 덜 수 있습니다. 개발자는 회로 면적을 최적화할 수 있고 레귤레이터의 전원 회로 설계 시 시스템의 발열을 낮추기 위한 여러 가지 고민을 덜 수가 있습니다. 개발 시간 단축은 물론이고 디자인 리소스도 최적화할 수 있습니다.


Q. 마이크로 모듈 내부에서 발생하는 열은 어떻게 제어됩니까?
A. 마이크로 모듈 내에서 가장 발열이 많이 나는 부품은 단연 인덕터입니다. 마이크로 모듈 레귤레이터 2세대 제품부터는 열 제어를 위해 인덕터에 방열판을 붙이고 외부로 드러내었습니다. 3세대부터는 인덕터 자체를 패키지 밖으로 노출하여 인덕터 자체가 히트싱크 기능을 할 수 있도록 제작되었습니다.

Q. 많은 부품을 집적한 만큼 마이크로 모듈 내부의 EMI/EMC 이슈가 있을 것 같은데, 이는 어떻게 해결했습니까?
A. ADI의 마이크로 모듈 같은 경우 낮은 EMI를 달성하기 위해 먼저 EMI 필터를 내장했습니다. 다음으로는 ADI 특허기술인 사일런트 스위처(Silent Switcher) 기술을 도입하여 회로설계 시 EMI 방사를 낮추는 데 초점을 맞추고 있습니다. 이에 따라 CISPR22(EN55022) Class B는 물론 자동차에 사용되는 규격인 CISPR25 Class 5까지도 만족할 수 있는 제품을 출시하고 있습니다.


Q. 마이크로 모듈 제품군이 3세대까지 나온 만큼 다양한 활용 사례가 있을 텐데요. 대표적인 적용 사례가 있다면 소개해주십시오.
A. 마이크로 모듈은 다양한 응용범위에서 사용할 수 있습니다. 대표적으로 몇 가지를 알려드리자면, 반도체 검사 장비에는 FPGA를 사용하는 시스템이 있는 데 여기에 마이크로 모듈이 사용됩니다.

주요 반도체 제조사들의 제조공정이 집적화되고 에너지 효율이 중요해지면서 저전력 반도체가 계속해서 출시되고 있습니다. 이러한 트랜드에 따라 저전압, 대전류를 필요로 하는 애플리케이션이 늘어나는 추세입니다.

반도체 검사 장비 외에 또 다른 분야로는 5G 통신장비를 들 수 있습니다. 이 시장 또한 메인 칩셋의 코어 입력 전압으로 1V 이하 100A 이상의 전류를 요구하는 경우가 있습니다. 슬립 모드로 전환 시 출력 전압을 가변하는 기능이 필요하기도 합니다.

ADI의 마이크로 모듈 레귤레이터는 단순히 전압을 변환하는 기능 외에도 입출력 전류 및 전압, 그리고 온도 등을 간편하게 디지털 방식으로 제어할 수 있는 기능들도 탑재되어 있습니다.


Q. 마이크로 모듈은 특히 어떤 엔지니어에게 유용합니까?
A. 전원 시스템을 설계하는 데 있어 여러 엔지니어가 노이즈나 EMI 같은 부분에서 어려움을 겪고 있습니다. 마이크로 모듈은 그런 부분들을 간편하게 만들어 주는 시스템입니다. 외부에 인덕터나 FET 위치를 잘못 달았을 경우, EMI 노이즈나 다른 노이즈들이 많이 낄 수 있는데 그런 부분들을 완벽하게 커버할 수 있는 디바이스라고 할 수 있습니다.