ST마이크로일렉트로닉스, 컨슈머, 산업, 자동차 애플리케이션 지원 소형 전원공급장치 설계 구현-아이씨엔매거진

다양한 전자 애플리케이션과 고객들을 지원하는 세계적인 반도체 회사인 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)가 다양한 전자제품에서 에너지 사용을 획기적으로 줄이고 더 슬림한 설계를 구현해주는 STPOWER 포트폴리오의 새로운 GaN 전력 반도체 제품군을 출시했다.

주요 애플리케이션으로 충전기, PC용 외장 전원 어댑터, LED 조명 드라이버, TV 및 가전제품 내부의 전원공급장치 등의 컨슈머 장비를 대상으로 하고 있다. 전 세계적으로 대량생산되고 있는 이러한 장비들의 효율을 크게 증가시킴으로써 상당한 규모의 CO2를 절감하게 된다. ST의 PowerGaN 디바이스는 통신용 전원공급장치, 산업용 모터 드라이브, 태양광 인버터, 전기자동차, 충전기와 같은 고전력 애플리케이션에도 유용하다.

ST의 자동차 및 디스크리트 그룹 부사장이자 전력 트랜지스터 매크로 부문 사업본부장인 에도아르도 메를리(Edoardo Merli)는 “GaN 기반 제품이 상용화됨에 따라 전력 반도체의 새로운 시대가 열리고 있으며, ST는 이 흥미로운 기술의 잠재력을 실현하려 한다. 이제 ST는 컨슈머, 산업, 자동차 애플리케이션 전반의 다양한 전원공급장치에 획기적 성능을 제공할 수 있는 STPOWER 포트폴리오의 새로운 제품군 중 첫 번째 제품을 발표했다”며, “ST는 어디에서나 고객들이 모든 전원공급장치 설계를 보다 효율적이고 소형화 할 수 있도록 PowerGaN 포트폴리오를 지속적으로 강화하는 데 주력하고 있다”고 밝혔다.

GaN(Gallium Nitride)은 화합물 와이드 밴드갭(WBG: Wide-Bandgap) 반도체로서, 온저항을 저하시키지 않고 전도손실을 줄여 기존 실리콘 보다 훨씬 더 높은 전압을 지원할 수 있다. 이 기술로 구현된 제품은 훨씬 더 효율적으로 스위칭할 수 있어 스위칭 손실이 매우 낮다. 더 높은 주파수에서 동작이 가능하므로 더 작은 수동부품을 이용할 수 있다. 이러한 모든 기능을 통해 설계자는 총 손실을 줄이고(발열 감소), 전력 컨버터의 효율을 개선할 수 있다. 따라서 소형화가 가능한 GaN은 최신 유비쿼터스 충전기 보다 더 작고 가벼운 PC 어댑터 구현이 가능하다.

협력업체들의 추산에 따르면, 표준 휴대폰 충전기의 경우 GaN 부품을 사용하면 최대 40%까지 크기를 줄이거나 동일 크기로 더 많은 전력을 제공하도록 설계할 수 있다. 이를 기반으로 컨슈머, 산업, 자동차 전자장치를 비롯한 다양한 애플리케이션 분야에서 이와 유사한 효율, 전력밀도, 성능 향상을 기대할 수 있다.

ST의 새로운 G-HEMT™ 트랜지스터 제품군의 첫 번째 디바이스는 650V SGT120R65AL이며, 이는 최대 120mΩ의 온저항(R_ds(on))과 최대 15A의 전류용량, 최적의 게이트 구동을 위한 켈빈(Kelvin) 소스 연결을 제공한다. 현재 업계 표준 PowerFLAT 5×6 HV 소형 표면실장 패키지로 제공되고 있으며, 가격은 3달러(1,000개 기준)이다. 주요 애플리케이션으로는 PC 어댑터, USB 벽 충전기, 무선 충전 등이 있다.

또한, 개발 중인 650V GaN 트랜지스터는 엔지니어링 샘플로 제공되고 있다. 와이어 본딩을 제거해 고전력 및 고주파 애플리케이션의 효율과 신뢰성을 향상시키는 첨단 적층 패키지 2SPAK™ 기반의 120mΩ R_ds(on)을 갖춘 SGT120R65A2S를 비롯해, 각각 PowerFLAT 5×6 HV 및 2SPAK 패키지를 기반으로 모두 65mΩ R_ds(on)을 제공하는 SGT65R65AL 및 SGT65R65A2S가 포함돼 있다. 이 제품들의 대량생산은 2022년 하반기로 예정돼 있다.