[편집자주]최근 ST마이크로일렉트로닉스는 ST의 최신 기술이 적용된 M0-9 HSD series를 발표했다. 주로 차량 내 Relay/Fuse 대체, 모터 제어, 전원 분배 및 차량용 전구(Bulb)를 제어하는데 사용되는 이 제품은 전작들에 비해 보다 작아진 패키지 사이즈와 향상된 전류 감지 정확도로 향후 오토모티브 시장에서 수요가 급증할 것으로 기대가 모아진다. 이에 본지는 지난 10월13일 ‘VIPower High Side Driver M0-9 소개와 HSD 선택가이드’를 주제로 발표한 ST마이크로일렉트로닉스 오토모티브팀의 김연수 차장과 인터뷰를 통해 VIPower High Side Driver M0-9에 대해 자세히 들어보는 자리를 마련했다.
 
■ VIPower High Side Driver 제품군에 대해 소개를 부탁드린다. 또한 새롭게 개발된 M0-9은 M0-7과 어떤 차이점이 있는지 궁금하다

ST의 High Side Driver는 VIPower(Vertical Intelligent Power) 기술을 기반으로 하는 SPI 통신으로 제어되는 제품과 Control Pin을 이용해 제어되는 제품으로 구성돼 있다.

VIPower는 ST가 개발하고 1993년부터 생산 중인 기술이다. 해당 기술은 중/고출력 자동차 부하에 대한 제어, 보호 및 진단 기능을 제공한다. 이 기술은 수직 이중 확산 MOS 전원장치와 자체 온도 및 전류 센서, 아날로그 믹스 전력(Power-Analog-Mixed) 설계용 CMOS와 HV부품을 결합한다.

이 기술의 최신 구성에서는 TrechFET 전원장치가 통합돼 이전 DMOS 구조에 비해 Ron 저항이 35% 낮다.

이번에 소개해 드린 High Side Driver 제품들은 ST의 최신 기술이 적용된 M0-9 Series로 기존의 M0-7 기술이 적용된 제품들에 비해 더 작아진 패키지 사이즈와 향상된 전류 감지 정확도를 갖추고 있다.

SPI로 제어하는 제품은 세계 최초로 디지털 전류 감지 기능을 탑재한 제품으로 기존의 MCU의 ADC 기능을 사용해야 하는 아날로그 방식에 비해 외부 소자 절감 및 MCU의 작업량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 다양한 전류 용량의 다채널(4채널/6채널) 제품들이 동일한 QFN 패키지(6x6)로 구성돼 설계 변경 시 용이하게 대처할 수 있으며, 작은 패키지 사이즈 덕분에 실장 공간에도 유리한 장점이 있다.

Control pin으로 제어가 되는 제품군은 Low Rdson(4mΩ)부터 High Rdson(80mΩ)까지 모두 같은 패키지 (PSSO-16)로 구성돼 효율적인 설계 적용이 가능하며, 기존의 M0-7 시리즈와도 호환이 가능한 관계로 보다 다양한 요구 사양에 대한 대응이 가능하다.

■ M0-9 HSD 제품군은 오토모티브 용도로 알고 있다. 차량 내에서 활용 분야 및 기존 제품대비 장점을 알고 싶다. 또한 오토모티브 이외의 산업용 용도로 사용이 가능하다면 적용 가능 영역이 어떻게 되는지 알고 싶다

HSD 제품군은 Resistive, Capacitive 및 Inductive Load를 제어하는 목적으로 사용된다.

주로 차량 내 Relay/Fuse 대체, 모터 제어, 전원 분배 및 차량용 전구(Bulb)를 제어하는데 효과적으로 사용되고 있다.

해당 제품군은 AEC-Q100 인증을 바탕으로 오토모티브용 제품으로 출시됐으나, 애플리케이션 상 검토했을 때 해당 산업 분야의 신뢰성 조건에 적합하다 판단될 시 문제없이 사용할 수 있다.

■ M0-9 HSD 선정시 고려사항은

M0-9 HSD를 선정할 시, 가장 우선적으로 고려해야할 부분은 제어할 부하의 요구 조건이다.

SPI로 제어가 필요한지, 단순 GPIO로 제어가 필요한지 파악한 후, 부하의 정격 전력 및 특성을 확인해야 한다.

디바이스의 Rdson 값과 방열 조건에 따른 Power dissipation에 따라 제어 가능한 허용 전류가 달라지기 때문에 가장 우선적으로 부하의 동작 전류를 고려해야 한다.

동작 전류를 제어 가능한 제품을 이론 검토해 선정했다면, 부하의 특성(Resistive, Capacitive 및 Inductive)을 확인해 돌입 전류 및 역기전력에 의한 디바이스 내 영향성 또한 확인이 필요하다.

데이터시트 내 제공하는 관련 Factor로 이론적 검토도 가능할 뿐만 아니라, 해당 특성들에 대한 부분은 ST 홈페이지에서 무료로 제공되는 TwisterSIM으로 시뮬레이션 사전 검토가 가능하다.

■ M0-9은 기존 M0-7 제품과는 다르게 내부 PWM엔진이 내장돼 있는 것으로 알고 있다. 실제 애플리케이션 설계시 장점과 유의점은

M0-9 SPI 제품은 기존 M0-7 SPI 제품 대비 PWM 엔진이 내장돼 있어 사용자 측에서 설계 시 편의성이 향상됐다.

해당 기능은 외부에서 기준 PWM 주파수를 인가하면 레지스터 세팅만으로 유저 측에서 원하는 주파수 출력을 얻을 수 있다. 기준 PWM 주파수가 없을 시 내부 Fall back Frequency (typ. 400Khz)로 동작하며, 해당 기능을 사용할 시 MCU의 작업량을 줄일 수 있는 게 장점이다.

더불어 PWM 엔진에서 Priority Management로 명명되는 기능을 지원하며, 이는 PWM 출력 시 인식할 Edge(Failing or Rising)를 선택해 IC 자체적으로 모니터링할 Output을 확인, 순차적으로 실시간 모니터가 가능한 기능이다.

■ Operating modes에 대한 설명을 부탁드린다

M0-9 SPI 제품의 구동 모드는 총 7가지로 볼 수 있다.

Startup Transition, Reset Mode, Sleep-Mode-1, Sleep-Mode-2, Fail-safe Mode, Normal Mode 및 Stand By Mode로 각 모드 별 진입 케이스가 세분화돼 있으며, 각 모드에 대한 진입 조건 및 특징은 주요 전원 상태와 SPI 명령어를 통해 진입하게 된다.

해당 부분의 순서도는 데이터 시트내 명기되어 자세히 제공되고 있다.

주요 특징을 가진 모드에 대해 간략히 말씀드리면, Normal Mode는 디바이스의 제어 및 진단이 SPI를 통해 가능하며, Watchdog toggling이 디바이스에서 명기된 일정 시간내 이루어지지 않을 시, MCU 오동작으로 인지해 Fail-Safe mode로 진입하게 된다.

해당 모드는 Direct input으로 출력 제어가 가능한 Limp-home 모드를 지원한다.(Reset mode, Stand By Mode 동일)

■ M0-9 HSD 사용시 함께 사용했을 때 최적의 성능을 내기 위한 제품들에는 어떤 제품들이 있는지

12V 시스템의 5V 및 3.3V 전압 레벨로 구동 가능한 M0-9 HSD은 어떤 제품들과 호환성에 문제가 없어, 유저 측에서 애플리케이션 조건에 맞게 사용하기에 유용하다.

더욱이 M0-7 HSD와 Pin to Pin이 가능하기 때문에 세대교체 및 여러 종류의 제품을 조건에 맞게 선택할 수 있는 장점을 가지고 있다.

추가로 M0-9 SPI 제품은 AUTOSAR complex device driver가 지원될 예정에 있다.

■ E4DS NEWS 독자 여러분께 마지막으로 한 말씀 부탁드린다

ST는 새로운 애플리케이션과 급변하는 시장에 적응하기 위해 기술을 지속적으로 개발하고 있다.

그 예로 VIPower는 ST가 개발해 1993년 M0-1 테크놀러지를 시작으로, 지금까지도 새로운 기술들이 발전돼 더 작은 패키지에 더 다양한 기능과 더 낮은 구동 전류로 경쟁력 있는 제품들을 출시하고 있다.

또한 품질에 있어서도 사내 기술 개발자, IC 설계자, 패키지 설계자, 애플리케이션 엔지니어 및 제조 모두 엄격한 품질 표준에 따라 모든 제품의 전체 과정과 라이프사이클을 철저히 관리하고 있다.

ST VIPower HSD 제품군에 앞으로도 많은 관심 부탁드리며, 문의사항이나 요청사항이 있으시면 ST 대리점이나 ST 한국지사로 언제든지 연락 부탁드린다.