TPS61094 벅/부스트 컨버터, 저전력 산업용 애플리케이션에 최적

대기 모드에서 높은 배터리 효율을 달성하기 위해서는 전원 출력을 엄격하게 관리하면서 극도로 낮은 전류를 유지하는 전원 솔루션이 필요하다. 

이를 중요하게 여긴 TI(텍사스 인스트루먼트)는 초저 I_Q 기술 및 제품을 만드는데 배터리 사용 시간을 극대화하고 낮은 전력을 소모하도록 초점을 두었다.

이 업체가 최근 발표한 양방향 TPS61094 벅/부스트 컨버터는 정동작 전류(I_Q)가 60nA로 극히 낮은 제품이다. 경쟁 부스트 컨버터에 비해 I_Q가 1/3에 불과한 수준이라고 강조한 TI는 3가지 접근법으로 제품 개발에 나섰다.


트로이 콜먼(Troy Coleman) 총괄 매니저와 홍훼이 옌(Honghui Yan) 제품라인 매니저

우선, 낮은 수준의 상시 전력이다. 누설이 극히 낮은 프로세스 기술과 혁신적인 제어 토폴로지를 사용해서 배터리 사용 시간을 연장했다는 것. 두 번째는 빠른 응답 시간이다. 빠르게 기동하는 비교기와 제로 I_Q 피드백 제어를 사용해서 전력 소모를 늘리지 않으면서 빠른 동적 응답을 달성했다. 마지막으로 폼팩터 크기를 줄이는 것이다. 저항과 커패시터의 크기를 축소해 정동작 전류에 영향을 미치지 않으면서 공간 제약적 애플리케이션에 통합하도록 했다. 

새로 출시된 TPS61094 벅/부스트 컨버터는 슈퍼커패시터 충전을 위한 벅 모드를 통합하는 동시에 I_Q가 극히 낮기 때문에, 일반적으로 사용하는 하이브리드 레이어 커패시터(HLC: Hybrid-layer Capacitors)에 비해서 배터리 수명을 20%까지 연장할 수 있다. 

높은 출력 전류와 낮은 I_Q로 배터리 수명 연장

슈퍼커패시터의 충전과 방전은 스마트 계량기, 연기 감지기, 비디오 도어벨 등 배터리로 구동되는 산업용 애플리케이션이나 의료용 애플리케이션의 지속적인 작동에 중요한 피크 부하 및 예비전력 관리에 도움을 준다. 

3일, 온라인 간담회에 참석한 트로이 콜먼(Troy Coleman) TI 전원 스위치, 인터페이스 및 조명 부문 부사장 겸 총괄 매니저는 “TI는 전력 공급에서 초저 I_Q를 달성하기 위해 지난 수십 년에 걸쳐서 시간 절약 및 비용 효율을 위한 혁신에 투자해 왔다”고 밝혔다. 



배터리로 작동되는 시스템을 설계하는 엔지니어들이 흔히 직면하는 설계 과제는 밀리암페어나 마이크로암페어 대역에서 무부하 또는 경부하 조건으로 높은 효율을 달성해야 하는 것이다. 이를 위해서는 전원 장치를 통해 출력을 조절하면서 전원 전류를 나노암페어 대역으로 극히 낮게 유지해야 하는데 TPS61094는 기존에 상충하던 두 가지 장점을 모두 제공한다는 차별성이 있다. 다시 말해 통합형 벅/부스트 컨버터를 통해 설계를 간소화하고 높은 출력 전류와 낮은 I_Q로 배터리 수명을 연장한다. 

역시 온라인 간담회에 참석한 홍훼이 옌(Honghui Yan) TI 부스트 컨트롤러 및 컨버터 솔루션 제품 라인 매니저는 “슈퍼커패시터 충전 기능을 통합하여 초저 I_Q 를 제공하는 양방향 벅부스트 컨버터는 스마트 계량기와 같이 배터리로 구동되는 산업용 애플리케이션의 피크 부하 및 예비전력을 관리한다”며, “통합형 벅/부스트 컨버터를 통해 설계를 간소화하고 높은 출력 전류와 낮은 I_Q로 배터리 수명을 연장할 수 있다”고 말했다. 

현재 리튬염화티오닐(Li/SOCl₂) 배터리 기반 설계는 비싸고 충전 전류 제어에 최적화되지 않은 HLC를 사용해 피크 부하를 관리하는 경우가 많다. 이에 따라 엔지니어들은 피크 부하를 관리하기 위해 HLC를 슈퍼커패시터로 대체할 수 있게 되고, 단일 배터리로 10년 이상 작동해야 하는 애플리케이션에서 배터리 수명을 20%까지 연장할 수 있다는 것. 

또, TPS61094는 정전 시에 안전하게 전원을 차단하거나 마지막까지 통신을 해야 하는 애플리케이션을 위한 예비 전력을 제공할 수 있다. 이처럼 추가적인 출력 전류를 제공하므로 TPS61094는 협대역 사물 인터넷(NB-IoT), LTE-M, Wi-SUN, MIOTY, 블루투스, 무선 M-Bus 같은 무선 표준을 더 넓은 입력 전압 범위로 지원할 수 있다. 예를 들어 0.7V에 이르는 낮은 입력 전압으로 250mA 이상의 출력 전류를 지원할 수 있다.