700V GaN 트랜지스터와 컨트롤러, 드라이버를 원칩에 통합
USB-PD 고속 충전기 시장 정조준
GaN(질화갈륨)은 기존 실리콘(Si)보다 월등히 높은 효율과 스위칭 속도를 제공해 전원공급장치 소형화의 핵심 기술로 각광받아 왔다. 하지만 GaN 트랜지스터의 잠재력을 최대로 끌어내기 위한 게이트 드라이빙은 엔지니어들에게 상당한 설계 부담으로 작용했다.
ST마이크로일렉트로닉스(ST)가 이러한 시장의 요구에 맞춰 USB-PD 충전기, 고속 배터리 충전기 등의 설계를 획기적으로 간소화하는 새로운 GaN 플라이백 컨버터 시리즈를 출시했다. 이 시리즈의 첫 번째 제품인 ‘VIPerGaN50W’는 700V GaN 전력 트랜지스터, 플라이백 컨트롤러, 그리고 최적화된 게이트 드라이버를 소형 전력 패키지 하나에 모두 통합한 것이 특징이다.
ST의 이번 접근은 단순히 부품 수를 줄이는 것을 넘어, GaN 설계의 가장 큰 진입 장벽을 낮췄다는 데 의미가 있다.
통합으로 풀다: GaN 설계 장벽 낮추고 개발 기간 단축
엔지니어가 GaN 기반 설계를 할 때 가장 많은 시간을 쏟는 부분 중 하나가 바로 게이트 저항과 인덕턴스에 대한 미세 조정 작업이다. VIPerGaN50W는 이 모든 것이 최적화된 상태로 통합되어 있어, 개발자가 복잡한 튜닝 작업 없이도 안정적인 성능을 구현할 수 있게 지원한다.
이는 곧바로 제품 출시 기간(Time-to-Market) 단축이라는 시장 경쟁력으로 이어진다. 동시에 필요한 부품 수가 줄어들어(BOM 감소) 전력 밀도를 높이는 데에도 결정적인 기여를 한다.
독보적 ‘밸리 잠금’ 기술, 충전기 소음 원천 차단
이번 신제품에서 기술적으로 가장 주목해야 할 부분은 바로 ‘무소음 동작’이다. 많은 사용자가 경험했듯이, 일부 전원 어댑터나 충전기는 특히 부하가 거의 없거나 가벼울 때 ‘지지직’하는 고주파의 오디오 노이즈(코일 와인)를 발생시킨다.
VIPerGaN50W는 50W 플라이백 컨트롤러가 최대 부하까지 제로 전압 스위칭(ZVS) 기반 준공진(QR) 모드로 동작하며 고효율을 달성한다. 경부하 및 중부하 영역에서는 각각 주파수 폴드백(Frequency Foldback)과 밸리 스키핑(Valley Skipping)으로 효율을 최적화한다.
바로 이 밸리 스키핑 동작 시, ST의 독보적인 ‘밸리 잠금(Valley Lock)’ 기능이 활성화된다. 이 기술은 스킵되는 밸리 수를 안정화시켜 오디오 주파수 대역에서 발생하는 변동을 원천적으로 방지한다. 결과적으로 사용자는 어떤 부하 조건에서도 소음 없는 쾌적한 사용 환경을 경험할 수 있다.
또한, 무부하 상태에서는 버스트 모드로 동작하여 전력 소모를 30mW 미만으로 대폭 줄여, 갈수록 엄격해지는 글로벌 친환경 설계 규제까지 완벽하게 준수한다. 이 외에도 라인 전압 피드포워드, 동적 블랭킹 시간 등 첨단 전력관리 기능과 과전압, 과열, 브라운인/아웃 보호 기능을 모두 내장해 시스템 안정성을 극대화했다.
ST는 개발자들이 VIPerGaN50W 기반 컨버터를 신속하게 평가할 수 있도록 15V/50W 절연 플라이백 컨버터 구현이 가능한 ‘EVLVIPGAN50WF’ 평가 보드도 함께 제공한다. VIPerGaN50W는 현재 5mm x 6mm PQFN 패키지로 양산 중이다.
