스위칭 손실 혁신

뛰어난 장치 성능 및 FoM을 달성하려면 반도체 기술에 투자하는 것은 분명히 필요합니다. 여기에는 기존 기술의 발전 또는 고압측 스위칭 애플리케이션용 GaN(질화 갈륨) 기술과 같은 근본적으로 성능이 더욱 뛰어난 새로운 물질 개발이 포함될 수 있습니다.

그림 7에서는 TI(텍사스 인스트루먼트)의 다양한 전력 처리 기술을 사용하는 3.3V와 1.8V 벅 컨버터를 비교합니다. TPS54319는 TI의 이전 전력 처리 노드를 사용하는 반면 TPS62088은 RQ FoM이 낮은 TI의 최신 전력 처리 노드를 사용합니다. 효율성 곡선이 보여주는 것과 같이 TPS62088은 거의 동일한 효율성을 유지하면서 2MHz에서 스위칭하는 TPS54319와는 달리 4MHz에서 스위칭이 가능합니다. 이를 통해 외부 인덕터의 크기를 절반으로 줄일 수 있습니다. 추가로 TI의 신규 전력 처리 노드를 통해 R_SP가 크게 감소할 수 있고, 전체 패키지 크기가 4mm²에서 0.96mm²까지 감소합니다. 이 크기 감소는 전력 밀도 관점에서 매우 매력적이지만 온도 증가와 관련된 문제가 발생하기에 이 문제를 다음 섹션에서 다룰 예정입니다.

TPS54319는 2MHz에서 스위칭하고 TI의 이전 전력 처리 노드를 사용합니다. 반면 TPS62088은 4MHz에서 스위칭하고 스위칭 FoM이 개선된 TI의 최신 전력 처리 노드를 사용합니다.

그림 7 3.3V와 1.8V 벅 컨버터의 DC/DC 효율성 비교.

GaN의 고유한 역복구 제로, 낮은 출력 전하 및 높은 회전율의 조합 덕분에 브리지리스 역률 수정과 같은 새로운 토템 폴 토폴로지가 가능합니다. 이러한 토폴로지는 실리콘 MOSFET에서 달성할 수 없는 높은 효율성 및 전력 밀도가 가능합니다. 그림 8에서는 600V에서 업계 최고의 SiC(실리콘 카바이드) 및 슈퍼정션 실리콘 장치 중 일부와 TI의 GaN 기술을 직접 비교합니다. TI GaN 기술은 훨씬 더 낮은 손실을 제공하여 더 높은 주파수를 구현합니다.

VIN = 400V	TJ = 110°C
IIN = 10A

그림 8 스위칭 에너지 손실 비교.