2017년 7월 28일 금요일

T 심층인터뷰

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초소형 기기 설계시 당신에게 꼭 필요한 전력 소자는 ‘바로 이것’

- 초소형기기 배터리 수명에 영향 끼치려면 nA급 전류 필요
- 낮은 대기전류와 트루 셧다운 제공하는 맥심 MAX17222 추천

휴대용 전자기기를 가지고 다니면서 보조배터리로 충전하는 것을 흔치 않게 볼 수 있다. 이제는보조배터리를 챙겨 가지고 다니는 일이 자연스러워졌다. 그만큼 노트북이나 스마트폰 이 밖의 휴대용 전자기기를 구입할 때 배터리 수명과 무게는 중요한 고려사항이 되었다.
 
새로운 웨어러블 스마트 워치 이어폰 비디오 게임 컨트롤러 IoT 모바일 기타 커넥티드 제품들은 점점 소형화 되고 배터리 수명이 얼만큼 지속되는지가 선택의 기준이 되어가고 있다. 특히 장기간 안정적으로 작동해야 하는 기기의 경우 배터리 수명이 더 중요하다. 이러한 배터리 수명을 결정하는 요인은 무엇일까.
 
상당수의 IoT 노드 기기는 제조된 이후 사용자가 사용하기 전까지 셧다운(shutdown) 모드로 보관된다. 이 같은 기기는 배터리 수명 주기 대부분을 대기 모드로 지내며 주기적으로 깨어나 특정 작동을 수행하거나 클라우드에 데이터를 전송한다. 운동할 때 사용하는 웨어러블 피트니스 모니터링 기기가 대표적 사례다. 기기가 대기 모드일 때 전력을 절감하는 법을 찾아야 배터리 수명을 효과적으로 줄일 수 있다.
 
배터리 수명의 영향 미치는 대기 전류
 
설계자는 마이크로컨트롤러(MCU)와 같은 중앙 제어 장치의 동작 휴면 동면 대기 전류를 기반으로 배터리 수명을 측정한다. 관련 센서와 무선 통신 역시 MCU와 함께 작동한다. 전원 공급 장치는 스텝업 스텝다운 컨버터나 LDO(low-dropout)와 같은 레귤레이터로 구성된다. 일부 전원 공급 장치는 다수의 전력 아키텍처 또는 배터리 충전기까지 포함한 전력관리반도체(PMIC)를 포함한다. 배터리 실행 시간은 결국 각 전력 모드에서 소비된 시간에 영향을 받는다.
 
전원 공급이 대기 모드 상태일 때 전력 소비는 대기 전류(IQ)로 결정된다. 동작하기 전 준비상태를 유지하는데 소비되는 전력으로 전기플러그를 꽂아 놓고 실제 사용하지 않더라도 소모되는 전력을 말한다.
 
대기 전류가 낮을수록 배터리 수명을 늘릴 수 있다. 초소형 설계를 고려하면 낮은 대기 전류와 작은 폼팩터를 구현하는 것이 필요하다. 소비자와 설계자는 더 작고 가벼운 제품을 선호한다. 일반적으로 배터리가 전체 보드에서 가장 크고 무겁다. 효율적으로 전력관리를 하려면 배터리 용량과 크기 사이의 균형을 맞춰야 한다. 현재 사용하는 웨어러블 모바일 IoT 설계는 밀리암페어(mA)급 전류조차 배터리 수명에 영향을 줄 정도로 낮지 않다. 나노암페어(nA)급 전류가 필요하다.
 
부스트 컨버터는 출력 전압이 전원 전압이 큰 DC-DC 컨버터다. 배터리 수명을 늘리는 최적의 부스트 컨버터는 셧다운 시 입력에서 전류 출력을 차단함으로써 최종 제품의 효율을 개선하고 수명을 연장한다.

맥심의 초저 대기 전류(300nA)와 트루 셧다운 기술을 장착한 부스트 DC-DC 컨버터는 긴 배터리 수명이 필요한 애플리케이션에 적합하다. ‘MAX17222’ 나노파워 부스트 레귤레이터는 인덕터 전류 제한이 0.5A다. 부하 전류에 따라 최저 400mV 입력 전압에도 출력이 계속 조정되는 포스트-스타트업 ETP 기능을 제공한다. 또 0.88 x 1.4mm2 6범프 WLP와 6핀 uDFN 패키지 형태로 이용 가능하고 최대 95% 효율로 발열을 최소화한다.

 MAX17222 블록다이어그램
 
맥심 측은 “MAX17222는 낮은 대기 전류 트루 셧다운 낮은 입력 전압 범위 µA급의 고효율이 결합돼 긴 작동 시간을 보장하는 제품을 만들 수 있다”며 강조했다.


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[출처: e4ds.com]