‘BM2SCQ12xT-LBZ’로, 교류 400V 산업기기의 대폭적인 소형화·고신뢰화·저전력화에 기여

[인더스트리뉴스 최홍식 기자] ‘BM2SCQ12xT-LBZ’는 AC/DC 컨버터 IC로서는 세계 최초로, 압도적인 에너지 절약 성능을 자랑하는 SiC MOSFET를 내장하고 있다. 디스크리트 부품으로 구성할 경우의 설계 과제를 해결함으로써, 저전력 AC/DC 컨버터를 간단하게 개발할 수 있는 제품이다.

산업기기의 보조 전원용으로 최적화된 제어 회로와 SiC MOSFET의 1패키지화를 통해, 일반품 구성 대비 대폭적인 부품수 삭감(12개 부품과 방열판을 1개의 부품으로 삭감)과 부품 고장 리스크 저감, SiC MOSFET 채용에 대한 개발 공수 삭감 등을 동시에 실현했다.

또한, 기존품 대비 최대 5%의 전력 고효율화(전력 손실로 치환하면 28% 삭감)를 실현할 수 있다. 따라서, 산업기기의 대폭적인 소형화와 고신뢰성, 저전력화에 기여할 수 있다. 이 제품은 2019년 1월부터 샘플 출하를 개시했으며, 2019년 5월부터 월 10만개의 생산 체제로 양산을 개시할 예정이다.

로옴은 최근 에너지 절약 의식 고조와 관련 제품을 선보이고 있다. 교류 400V를 취급하는 산업기기에 있어서, 기존의 Si 파워 반도체에 비해 고전압 대응, 저전력화, 소형화가 가능한 SiC 파워 반도체의 채용을 추진하고 있다.

그동안 산업기기에는 메인 전원 회로와 더불어, 각종 제어 시스템에 전원전압을 공급하는 보조 전원이 내장돼 있으며, 이러한 보조 전원에는 내압이 낮은 Si-MOSFET 및 손실이 큰 IGBT가 널리 채용되어, 저전력화에 큰 과제가 있었다.

로옴은 이러한 과제에 대해 2015년에 세계 최초로 고내압·저손실의 SiC MOSFET를 구동하는 AC/DC 컨버터 제어 IC를 개발하는 등 업계를 이끌어왔다. 그에따라 SiC 파워 반도체의 성능을 최대한으로 발휘시키는 IC를 개발해왔다. 이번에 개발한 제품은 산업기기의 SiC MOSFET 채용 AC/DC 컨버터의 보급을 촉진하는 SiC MOSFET를 내장한 세계 최초의 AC/DC 컨버터 IC이다.

신제품 ‘BM2SCQ12xT-LBZ’는 SiC MOSFET 내장을 위해 개발된 전용 패키지를 채용했다. SiC MOSFET 구동용 게이트 드라이브 회로 등 산업기기의 보조 전원용으로 최적화된 제어 회로와 1700V 내압 SiC MOSFET를 내장하고 있다.

세계 최초의 1700V 내압 SiC MOSFET 내장 AC/DC 컨버터 IC로서, 하기의 특징을 실현함으로써, 교류 400V 산업기기에 소형화 및 고신뢰성, 저전력을 제공하여 SiC MOSFET 채용 AC/DC 컨버터의 용이한 도입에 기여한다.

최대 12개 부품과 방열판을 1패키지화 해, 압도적인 소형화 실현

이번에 개발된 제품은 1패키지화를 통해 일반적인 Si-MOSFET를 채용한 디스크리트 부품 구성에 비해, 최대 12개 부품 (AC/DC 컨버터 제어 IC, 800V 내압 Si-MOSFET×2, 제너 다이오드×3, 저항기×6)과 방열판을 1패키지화 했다. 이로써 대폭적인 부품수 삭감을 실현했다. 또한, SiC MOSFET가 고내압으로 고전력 노이즈에 강해, 노이즈 대책 부품도 소형화할 수 있다.

공수 및 리스크 저감과 동시에 보호 기능을 탑재해, 대폭적인 고신뢰화 실현

1패키지화함으로써, 클램프 회로 및 드라이브 회로의 부품 선정 및 신뢰성 평가의 공수 삭감, 부품 고장 리크스 저감, SiC MOSFET 채용에 대한 개발 공수 삭감 등을 동시에 실현할 수 있다.

또한, SiC MOSFET를 내장함으로써 실현한 고정밀도 과열 보호 (Thermal Shutdown) 이외에도 과부하 보호 (FB OLP) 및 전원전압 단자의 과전압 보호 (VCC OVP), 과전류 보호, 2차측 전압의 과전압 보호 기능이 탑재돼 있다. 연속 구동하는 산업기기의 전원에 필요한 다채로운 보호 기능을 탑재함으로써, 신뢰성 향상에 기여한다.

SiC MOSFET의 성능을 최대화 해, 대폭적인 저전력화 실현

신제품에는 앞서 언급했듯이 SiC MOSFET가 탑재돼 있다. 이에 따라 구동에 최적인 게이트 드라이브 회로를 통해 SiC MOSFET의 실력을 최대한으로 발휘시킴으로써, 일반적인 Si-MOSFET 채용품 대비, 최대 5%의 고효율화를 실현했다.

또한, 본 제품의 제어 회로에는 일반적인 PWM 방식에 비해 low noise로 고효율 동작이 가능한 의사 공진 (擬似共振) 방식을 채용해, 산업기기에 대한 노이즈의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

고내압 영역에서 SiC MOSFET는 Si-MOSFET에 비해 ‘스위칭 손실 및 도통 손실이 적다’, ‘대전력 대응이 가능하다’, ‘온도 변화에 강하다’는 장점이 있다. 따라서, AC/DC 컨버터 및 DC/DC 컨버터 등에 채용될 경우 전력 변환의 고효율화, 방열 부품의 소형화, 고주파 동작에 의한 코일의 소형화 등, 저전력화 및 부품수 삭감 · 실장 면적 삭감을 실현한다.

앞으로도 로옴은 SiC 디바이스 등의 파워 반도체와, 파워 반도체를 제어하기 위한 IC를 개발해, 최적화된 제품을 제공함으로써, 산업기기의 저전력화 및 시스템의 최적화에 기여해 나갈 것이다.

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