도시바, 사물인터넷 애플리케이션용 고효율 다중 출력 직류-직류 변환기 개발
그림1: 직류-직류 변환 효율과 출력
전원 공급을 동전 타입의 소용량 리튬이온 배터리에 의존하는 IC는 사물인터넷 애플리케이션에서 점점 더 폭 넓게 사용되고 있으며, 각 회로에서 최소한의 공급 전압으로 작동되어 전력을 절약할 필요가 있다. 종전의 직류-직류 변환기에서 다중 전압을 공급하려면 다중 외부 인덕터(multiple external inductor)가 필요했지만, SIMO 직류-직류 변환기는 외부 인덕터 하나만 있으면 된다. 기기의 생산 원가와 크기를 줄일 수 있다는 이런 장점 때문에 SIMO 직류-직류 변환기에 대한 연구개발이 활발하게 이루어졌다.
사물인터넷 기기는 대부분의 전력이 대기 모드(전력 소모가 1 mW 이하)에서 소모되고, 전력의 일부만 작동 모드(전력 소모가 수 십 mW)에서 소모되기 때문에, SIMO 직류-직류 변환기는 광범위한 부하 범위와 높은 전환 효율성을 지원해야 한다. 그러나 종래의 SIMO 직류-직류 변환기는 사물인터넷 애플리케이션용으로 설계되지 않았고, 폭넓은 부하 범위와 실용적인 효율성을 지원할 수 없었다.
도시바는 저 부하 범위 내에서의 SIMO 직류-직류 변환기 효율성을 개선하고, 상당히 민감한 기존의 제어회로 비교기(comparator)를 논리 게이트[1]로만 이루어진 새로운 제어회로로 대체해 전력 소모를 줄였다. 또한 새로 고안된 작동모드에 따라 출력 채널에 전류를 배분하는 스위치의 스위칭 주파수(switching frequency)를 줄였다. 결과적으로, 도시바의 새로운 SIMO 직류-직류 변환기는 부하전력이 5 μW가 넘을 때는 80% 이상, 그리고 1 μW일 때는 약 65%의 효율성을 달성한다.
아울러 도시바는 수 십 mW의 부하 범위에서도 효율성을 향상시켰다. 종래의 아날로그 제어는 SIMO 직류-직류 변환기의 출력 채널 간 간섭을 막기 위해 채널을 전환하기 전에 상대적으로 긴 대기시간이 필요했는데, 이로 인해 수 십 mW의 부하 범위에서는 효율성이 크게 떨어졌다. 새로운 SIMO 직류-직류 변환기는 디지털 피드백 제어(digital feedback control)를 통해 대기시간을 최소화한다.
위 도해는 1 μW에서50 mW에 이르는 부하 범위에서 65~86%의 실질적인 효율성을 달성하는 도시바의 SIMO 직류-직류 변환기 특성을 보여주고 있다(도해1). 전환 효율성이 60%를 넘는 부하 범위는 종래의 SIMO 직류-직류 변환기의 부하 범위보다 100배 더 넓은 것으로, 새로운 SIMO 직류-직류 변환기는 동전 타입 리튬이온 배터리로 작동되는 사물인터넷 기기의 배터리 수명을 늘려준다.
도시바는 앞으로 BLE(Bluetooth® low energy)를 비롯한 사물인터넷 기기용 저-전력 IC에 SIMO 직류-직류 변환기를 사용할 계획이다.
[1] 논리적 작동을 수행하는 회로
Bluetooth® 워드 마크 및 로고는 Bluetooth SIG가 소유한 등록 상표이다.
도시바 코퍼레이션(Toshiba Corporation) 개요
도시바 코퍼레이션(Toshiba Corporation)은 첨단 전자/전기 제품 및 시스템을 통해서 더욱 청정하고 안전한 일상생활을 지속시켜 주는 에너지 분야, 생활의 질을 지속시켜 주는 인프라 분야, 그리고 첨단 정보사회를 지속시켜 주는 스토리지 제품 등 3개의 전략적 사업에 세계적인 역량을 펼치고 있는 포춘지 선정 500대 글로벌 기업 중 하나이다. 도시바는 그룹의 기본 약속인 ‘인류에 헌신, 미래에 헌신’을 바탕으로 하여 국제 경영을 장려하고 있으며 미래의 세대들이 더 나은 삶을 사는 세상을 실현하기 위해 헌신하고 있다.
1875년 설립된 도시바는 현재 전 세계에 18만 8000여 명의 임직원을 보유하고 있는 550여개의 연결기업으로 구성된 글로벌 네트워크의 중심이며, 연간 매출은 5조 6000억 엔(미화 500억 달러, 2016년 3월 31일 현재)을 상회하고 있다. 자세한 사항은 도시바 웹사이트(www.toshiba.co.jp/index.htm)에서 확인할 수 있다.
비즈니스 와이어(businesswire.com) 원문 보기: http://www.businesswire.com/news/home/20161108006360/en/
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웹사이트: http://www.toshiba.co.jp/index.htm
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