저전력 DC/DC 컨버터용 3D 전력 패키징®

이러한 방식의 스루홀 DC/DC 컨버터는 매년 수백만 대씩 판매되고 있지만, RECOM의 장기적인 목표는 다른 현대식 SMT 구성 요소처럼 취급, 배치 및 납땜이 가능할 뿐만 아니라 오늘날의 슬림 라인 제품에 필적하는 낮은 프로파일을 가진 버전을 개발하는 것이었습니다. 그러나 이산형 설계보다 모듈의 장점을 실현하려면 설치 공간이 여전히 작아야 합니다. 이를 위해 비절연 DC/DC 스위칭 레귤레이터와 절연형 컨버터 모듈은 3D 조립 기술을 통합하여 Z 방향을 활용해야 합니다.

RECOM RPH-3.0은 공간 절약형 10 x 12 x 4mm QFN SMD 패키지 내에 캡슐화된 소형 3A 전원 모듈입니다. RECOM의 ‘Power Packaging’ 철학을 내포한 이 모듈은 차폐형 인덕터를 통합하고 제어 IC용 플립칩 마운트를 사용하여 우수한 전기 및 열 효율성을 보장합니다.

이 모듈은 4.5V~55V DC에 걸친 매우 광범위한 전압 범위를 자랑하며, 36V 또는 48V 리튬 이온 배터리 또는 5V, 12V, 24V, 48V 전원 공급 레일과 같은 다양한 전원을 수용합니다. 사용자는 두 개의 저항기를 사용해 1V~15V 범위 이내의 출력 전압을 편리하게 구성할 수 있으며, 하나의 저항기로 100kHz~1,000kHz의 작동 주파수를 설정할 수 있습니다.

온/오프 제어, Power Good 신호, 소프트 시동 기능 및 단락, 과전압, 과열, 과부하에 대한 강력한 보호 메커니즘 등 다양한 기능을 갖춘 이 모듈은 신뢰할 수 있는 작동을 보장합니다. 까다로운 조건에서도 작동 무결성을 유지하여 적절한 감속과 함께 최대 125°C의 주변 온도를 견딜 수 있습니다.

더 높은 전력에서 RECOM RPMB/RPMH 시리즈는 열적으로 향상된 25패드 LGA 패키지 11.7mm x 12.19mm x 3.75mm의 30W 부품의 예입니다. 이러한 전력 밀도는 우수한 열전도율과 사용 가능한 공간의 효율적인 사용을 위해 플러그드 및 블라인드 비아를 활용하는 다층 내부 PCB로 달성됩니다.



구조는 낮은 EMI를 위해 여섯 면의 금속 쉴딩으로 둘러싸인 네 개의 레이어 PCB로 이루어져 있습니다. 이러한 유형의 구조는 낮은 프로파일을 가지고 있지만, 주변 온도가 +85°C를 초과하는 환경에서 전체 전력을 제공하기 위해 적절한 열 분산을 위해 약 1.4 cm² 이상의 실제 공간이 필요합니다. RPM/RPMB/RPMH 디자인의 장점은 복잡한 구조가 모두 모듈 내부에 있으므로 최종 사용자가 고가의 플러그드 비아를 사용하지 않고도 저렴한 이중 레이어 PCB를 사용할 수 있으며, 강제 공기(팬) 냉각 없이도 고성능, 매우 콤팩트한 SMT 온보드 전원 공급 장치를 활용할 수 있다는 것입니다.

세 가지의 RPM 시리즈가 있으며, 모두 교환 가능하도록 동일한 패드 디자인을 갖추고 있습니다:

비절연 DC/DC 스위칭 레귤레이터 사용은 초기에는 비효율적인 '3단자' 선형 레귤레이터를 대체하면서 '벅' 또는 '스텝다운' 형식으로 확산되었지만, 현재는 CPU, GPU 및 SoC 장치와 같은 고도로 통합된 IC에 로컬 저전압 레일 세트를 제공하기 위해 온보드 PoL(Point of Load) 레귤레이터로 널리 사용되고 있습니다. 이상적으로 이러한 온보드 PoL 레귤레이터는 최신 IC의 정확한 규정 및 노이즈 요구 사항을 충족해야 하지만, 완전한 부하 하에서는 여전히 시원하게 작동해야 합니다. 요구되는 높은 효율을 달성하기 위해서는 전통적으로 상대적으로 느린 스위칭 주파수와 결과적으로 큰 출력 인덕터가 필요했는데, 이는 최소 풋프린트 및 높이 치수를 갖는 데 필요한 것과는 정반대입니다. 그러나 향상된 반도체 기술, 고급 컨버터 토폴로지 및 더 나은 자성 재료를 통해 스위칭 주파수를 MHz 범위로 상향 조정하면서도 작은 통합 인덕터로 우수한 효율성을 유지할 수 있었습니다. 이를 통해 컨버터 설계자는 패키지 내부에 통합된 인덕터를 사용하더라도 패키지를 창의적으로 사용할 수 있으며 놀라운 소형화를 달성할 수 있었습니다. 예를 들어, RECOM RPX 시리즈는 2mm 높이의 QFN 패키지에서 4.5mm x 4mm의 풋프린트를 제공하지만 최대 90% 이상의 피크 효율로 최대 4A의 출력 전류를 제공합니다. 1.5A RPY-Q는 3mm x 5mm x 1.6mm 높이로 훨씬 더 작습니다. 이와 같은 높은 전력 밀도는 리드프레임의 저비용 플립칩과 오버 몰딩이 있는 통합 인덕터 구성을 통해 달성되며, 이는 엄격한 스위칭 전류 루프가 QFN 패키지에서 매우 낮은 EMI를 생성하고, 이와 더불어 QFN 패키지에서 높은 전력 밀도와 최적화된 열 성능을 제공하므로 이산 솔루션으로는 충족할 수 없습니다. RPY-Q 및 RPX-Q 변형은 솔더 조인트의 자동 광학 검사를 위한 옵션인 '습식' 측면을 포함하여 자동차 표준 AEC-Q100에도 적합합니다.

RPL-1.0, RPL-3.0 및 RPL-5.0은 초소형 3 x 3mm LGA 패키지에 내장형 인덕터를 포함한 전원 모듈입니다. 이들 제품은 크기가 작은데도 입력 및 출력 MLCC 축전기와 출력 전압 설정 저항기 두 대만 있으면 온전하게 작동하는 전원공급 장치가 완성되는 완전한 전원 모듈입니다. 3A, 5A 버전의 경우 출력 트랙에서 발생한 모든 I²R 손실을 감지 입력이 보상하고, 모든 버전에 Enable과 Power Good 연결이 제공되어 분산식 전원 아키텍처에서 간단한 전력 레일 시퀀싱을 할 수 있습니다. 내장 LDO 레귤레이터가 풀업이나 외부 컨트롤 로직에 적합한 3.3V DC/20mA 출력을 제공합니다.

고전류형인 RPL-10, RPL-20은 콤팩트한 7 x 7mm LGA 패키지에 내장형 인덕터를 포함한 전원 모듈입니다. 크기는 작지만 완전한 전원 모듈로, 수동 저항기와 축전기 몇 대만 있으면 완벽하게 작동하는 전원공급 장치가 완성됩니다. RPL-10과 RPL-20에는 Enable, Tracking 및 Power Good 연결이 제공되어 분산식 전원 아키텍처에서 간단한 전력 레일 시퀀싱을 지원하며, 작동 주파수와 스타트업 시간도 조절할 수 있습니다.

RPL 시리즈는 부하 과도현상에 빠르게 대응하기 위한 상시 온타임(on-time) 컨트롤러를 사용하고, 별도의 느린 제어 루프를 통해 출력 안정성을 제공하므로, 과도 응답을 저해하지 않고도 정확하게 부하를 조절할 수 있습니다. 따라서 이들 제품은 마이크로컨트롤러, 라디오, 펄스 전류 이미징 시스템과 같이 동적 부하가 매우 높은 장치에 전원을 공급하는 데 적합합니다.

RPZ-0.5 및 RPZ-1.0 버전은 2mm x 2mm QFN 패키지로, 입력 전압 범위는 2.3V에서 5.5V까지 수용 가능하여, 3.3V 또는 5V 고정 공급 전압 또는 단일 리튬 이온 셀을 사용할 수 있습니다. 0.5A 또는 1A 출력 전압은 0.6VDC에서 5.25VDC까지의 범위에서 두 개의 저항을 사용하여 설정할 수 있습니다. RPZ-2.0 및 RPZ-3.0 버전은 2.5mm x 3.5mm QFN 패키지로, 입력 전압 범위는 2.75V에서 6V까지 수용 가능하여, 3.3V 또는 5V 고정 공급 전압 또는 단일 리튬 이온 셀을 사용할 수 있습니다. 2A 또는 3A 출력 전압은 0.6VDC에서 5.5VDC까지의 범위에서 두 개의 저항을 사용하여 설정할 수 있습니다. RPZ-6.0 버전은 4 x 6mm QFN 패키지로, 입력 전압 범위는 최대 7VDC에서 최소 2.75VDC까지 수용 가능하여, 3.3V 또는 5V 고정 공급 전압 또는 단일 리튬 이온 셀 또는 6V 배터리를 사용할 수 있습니다. 6A 출력 전압은 0.6VDC에서 6.65VDC까지의 범위에서 두 개의 저항을 사용하여 설정할 수 있습니다.

RPZ 시리즈 내부 컨트롤러는 출력 안정성을 위해 별도의 느린 제어 루프와 결합된 갑작스러운 부하 과도에 대한 빠른 반응을 위해 일정한 온타임 제어를 사용하여 과도 응답을 손상시키지 않고 정확한 부하 조절을 제공합니다. 따라서 마이크로컨트롤러, 라디오 또는 펄스 전류 이미징 시스템과 같은 동적 부하에 전력을 공급하는 데 특히 적합합니다.

DC/DC 컨버터의 RS12-Z 시리즈는 고급 패키징 및 열 설계가 적용된 평면형 변압기 기술을 활용하여 SIP8 형식의 동급 최고 전력 밀도를 달성합니다. 금속 케이스의 경우 이 시리즈는 고효율이며 대류 냉각만으로(24V 입력) 75°C의 최대 12W 부하에서 작동합니다. Pinout은 SIP8 형식의 3W 및 6W 부품에 대한 역호환성을 갖춘 업계 표준입니다. EN 55032 EMC 규정 준수, 클래스 A 또는 B를 달성하려면 최소한의 외부 필터링이 필요합니다. 부품에는 지속적인 단락 보호뿐만 아니라 출력 트림 기능과 전압 차단 하에서의 입력도 포함되어 있습니다.

부품은 여러 공칭 전압을 포함하는 넓은 입력 범위가 필요할 때 이상적입니다.

이 DC/DC 컨버터는 RECOM 고유의 3D 패키징 기술을 갖추고 있습니다. 맞춤형 플라스틱 몰딩은 부품의 상단 표면을 형성하는 컨트롤 PCB를 지지하는 반면, 절연 변압기는 아래에 장착되어 제품군에 따라 높이가 5.8~8.5mm로 전체적으로 최소 풋프린트를 달성합니다. 오픈 프레임 구조는 표면 장착 리플로우 프로파일이 화분에 심하거나 몰딩된 부품에 비해 너무 심할 경우 특별한 가치가 있습니다. R1SX 시리즈는 최대 100°C의 1W에서 단일 출력을 제공하는 반면 R1DX는 이중 출력을 제공합니다. 두 부품 모두 3kV/1초 격리로 기관 인증을 받았습니다. R1ZX 시리즈는 R1SX와 유사하지만 2kV/1초 격리로 정확하고 저소음 출력을 위한 선형 레귤레이터가 포함되어 있습니다. R2SX 시리즈는 최대 75°C에서 2W(감속 시 100°C)를 제공하며 3kV/1초를 견딜 수 있습니다.

이 포장 형식의 모든 장치는 산업 표준 및 호환 핀 배치를 갖추고 있으며, 버스 아이솔레이터, 산업 제어 및 배터리 관리 시스템에서 사용하기에 이상적입니다.

지금까지 설명된 예는 격리되지 않은 컨버터였습니다. 안전 기관 인증 격리가 필요한 경우, 내전압 외에도 최소 크리지 및 클리어런스 거리가 정의됩니다. 예를 들어, 주 시스템 전압이 있는 의료 애플리케이션에서는 두 가지 환자 보호 측정(2MOPP)에 대해 입력과 출력 사이에 8mm 크리지가 필요합니다. 이러한 최소 패키징 치수를 감안할 때, 전원 칩렛 및 컨트롤 칩렛으로 구성된 내부 다이가 DVE SOIC-16 리드 프레임에 와이어 본딩된 다음 RECOM RxxCT(E) 및 RxxC05TE 부품과 같이 기존에 과식 성형된 보다 전통적인 접근 방식을 취할 수 있습니다. 이러한 DC/DC 컨버터의 변압기는 최대 5k VAC/1분 격리 전압을 달성하고 강화된 2MOPP 격리를 달성하는 독점적이고 매우 낮은 프로파일의 평면형 설계입니다. 이러한 부품의 전체 높이는 2.50-2.65mm에 불과하므로 격리된 DC/DC 컨버터의 높이가 다른 모든 SMT 구성 요소보다 높지 않으므로 카드형 애플리케이션에 적합합니다. RxxCT(E) 및 RxxC05TE 시리즈는 컷 테이프(-CT) 또는 테이프-앤-릴(-R) 패키징 옵션으로 제공됩니다.

초소형 5 x 4mm x 1.2mm LGA 패키지로 제공되는 절연형 SMD DC/DC 컨버터 RxxC1TFxxS입니다. 입력 전압 범위는 3.3V 및 5V 레일을 모두 포괄하며, 조정 및 보호 출력은 3.3V 또는 5V에 대해 핀을 선택할 수 있습니다. 이 부품은 정격 감소 없이 3kVAC/1s 절연과 -40°C~+80°C의 광범위한 작동 온도 범위를 제공합니다. 완전 자동화된 제조 덕분에 절연형 통신 포트, 산업 자동화, IoT 애플리케이션, 센서 절연과 같이 신뢰성이 높은 산업 응용 분야에 특히 적합합니다.