까다로운 GaN 설계, ST가 쉽게 풀어준다

신규 하프 브리지 게이트 드라이버 출시,
저전압 GaN 시스템의 설계 복잡성 및 부품원가 절감

[아이씨엔 오승모 기자] 실리콘(Si) 반도체의 한계를 뛰어넘는 효율로 차세대 전력 반도체의 핵심으로 떠오른 질화갈륨(GaN). 하지만 높은 스위칭 속도와 정밀한 제어 요구사항 때문에 설계가 까다로워 많은 엔지니어에게는 여전히 도전적인 기술로 여겨져 왔다. 이러한 시장의 어려움을 해결하기 위해 세계적인 반도체 회사 ST마이크로일렉트로닉스(이하, ST)가 GaN 기반 설계를 획기적으로 간소화할 수 있는 새로운 하프 브리지 게이트 드라이버 STDRIVEG210과 STDRIVEG211을 출시했다.

설계는 간소하게, 성능은 최적으로

GaN 트랜지스터는 매우 빠른 속도로 켜고 끌 수 있어 전력 변환 효율을 극대화할 수 있지만, 이를 정밀하게 구동하기 위해서는 복잡한 주변 회로가 필요했다. ST의 신제품 게이트 드라이버는 이러한 복잡성을 해결하는 데 초점을 맞췄다.

핵심은 ‘통합’이다. 이 드라이버는 하이사이드와 로우사이드 GaN 트랜지스터를 구동하는 데 필요한 6V 게이트 신호를 생성하는 선형 레귤레이터를 내장하고 있다. 또한, 하이사이드 드라이버에 전원을 간단하게 공급하는 부트스트랩 다이오드까지 통합하여, 설계자가 추가 부품을 사용하지 않아도 되게끔 했다. 이는 회로 설계를 단순화할 뿐만 아니라 부품원가(BOM)를 직접적으로 절감하는 효과를 가져온다.

성능 최적화를 위한 기능도 돋보인다. 켜는(Source) 경로와 끄는(Sink) 경로를 분리하여 엔지니어가 스위칭 속도(dV/dt)를 정밀하게 조정할 수 있도록 했으며, 10ns에 불과한 짧은 전파 지연 시간으로 고주파수 동작에서 에너지 손실을 최소화한다.

애플리케이션 맞춤형, 2종 라인업으로 시장 공략

ST는 이번 신제품을 특정 애플리케이션에 최적화된 두 가지 버전으로 출시하여 시장을 공략한다.

• STDRIVEG210: 서버 및 통신용 전원공급장치, 배터리 충전기, 태양광 인버터, LED 조명 등 고효율 전력 변환이 중요한 분야에 적합하다. 특히 300ns의 빠른 시동 시간은 전력 소모를 줄이기 위해 간헐적으로 동작하는 버스트 모드(burst mode)에서 지연 시간을 최소화하는 장점이 있다.
• STDRIVEG211: 강력한 보호 기능이 추가된 모델이다. 과전류 감지 및 스마트 셧다운 기능을 갖추고 있어 전동 공구, 전기 자전거, 서보 모터 드라이브, 클래스 D 오디오 증폭기 등 부하를 안전하게 보호해야 하는 애플리케이션에 이상적이다.

회사측은 ST의 이번 신제품은 더 많은 엔지니어가 GaN 기술의 높은 효율성을 손쉽게 활용할 수 있도록 문턱을 낮추며, 차세대 전력 시스템의 혁신을 가속할 것으로 기대된다고 밝혔다.