가전부터 서버까지 전력 손실 대폭 줄인다… ST, 고집적 PFC 컨트롤러 ‘L4983’ 공개-아이씨엔매거진

연속 전도 모드(CCM) 설계 간소화 및 97.4% 고효율 달성… 3가지 절전 모드로 글로벌 환경 규제 대응

글로벌 반도체 기업 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics)가 회로 설계를 대폭 간소화하고 전력 효율을 끌어올린 역률 보정(PFC; Power-Factor Correction) 컨트롤러 ‘L4983’을 정식 출시했다. 이 제품은 ST의 독자적인 멀티플라이어 에뮬레이터(Multiplier Emulator)와 왜곡 최적화 회로를 내장하고 있다. 이에 따라 최소한의 외부 수동 부품만으로 연속 전도 모드(CCM; Continuous Conduction Mode) PFC 회로를 구현할 수 있도록 돕는다.

L4983은 수백 와트(W)에서 수 킬로와트(kW)급에 이르는 대용량 전원공급장치에 최적화되어 있다. 강력한 7A 싱크 및 3A 소스 전류 용량을 갖춘 토템폴(Totem-Pole) 출력 구조를 제공해 스위칭 손실을 줄인다. 주요 적용 분야는 가전제품, 산업용 및 의료용 전원장치, 고출력 조명기기, 데이터센터 서버 및 고성능 PC 등이다. 이들 기기는 국제 전기 표준인 EN 61000-3-2 및 일본 JEIDA-MITI 등의 엄격한 고조파 규제 기준을 충족해야 한다.

전력 효율 향상과 맞춤형 절전 기능 탑재

L4983은 글로벌 에너지 규제에 능동적으로 대응하기 위해 3가지 절전 모드를 탑재했다. 이를 통해 미국 에너지스타(Energy Star)와 EU 에코디자인 지침(Ecodesign Directive), 유럽 전원 어댑터 준수 기준(CoC) 등을 충족한다.

첫째, ‘버스트 모드(Burst Mode)’는 전력 부하가 적거나 없는 상태에서 스위칭 동작을 자동으로 멈춘다. 부하가 다시 늘어나면 소프트 재시작(Soft-Restart) 과정 없이 스위칭을 신속히 재개하여 전력 낭비를 차단한다. 둘째, ‘유휴 모드(Idle Mode)’는 핀 제어 방식으로 스위칭 동작을 일시 중단하고 내부 오차 증폭기를 차단해 전력을 아낀다. 셋째, ‘비활성화 모드(Disabled Mode)’는 디바이스 작동을 완전히 멈춘 후 소프트 스타트를 통해 안전하게 재가동한다.

강력한 회로 보호 및 고효율 데모 보드 제공

L4983은 가혹한 동작 환경에서도 시스템 신뢰성을 지키는 다층 보호 기능을 갖췄다. 과도 상태에서 출력을 안정화하는 과전압 보호(OVP)와 내부 비교기를 활용한 사이클 단위의 과전류 보호(OCP)를 지원한다. 인덕터 포화 감지 기능도 내장해 비정상적인 대전류 및 서지(Surge) 현상을 사전 차단한다. 또한 교류(AC) 입력 전압이 변동해도 출력을 안정화하는 라인 피드포워드(Line Feedforward) 기능과 초기 시동 시 돌입 전류를 제한하는 소프트 스타트 기능을 탑재했다.

ST는 전원장치 개발자들의 신속한 검증을 돕기 위해 ‘EVL4983-350W’ 데모 보드를 함께 제공한다. 이 보드는 범용 입력 전압 범위에서 400Vdc 정전압 출력을 제공하는 350W PFC 프리 레귤레이터로 구현되었다. 전체 부하 영역에서 낮은 총 고조파 왜곡(THD)을 유지하며 최대 97.4%의 전력 변환 효율을 나타낸다. L4983은 65kHz 동작 주파수의 ‘L4983A’와 130kHz의 ‘L4983B’ 두 가지 옵션으로 제공되며, SO-8 패키지로 양산 공급된다.

용어 해설 (Glossary)

PFC (Power-Factor Correction; 역률 보정): 전력망에서 공급되는 전압과 전류의 위상차를 줄여 실제 전자기기가 사용하는 유효 전력의 비율(역률)을 1에 가깝게 올려주는 전력 최적화 기술이다.
CCM (Continuous Conduction Mode; 연속 전도 모드): 스위칭 주기가 진행되는 동안 인덕터에 흐르는 전류가 0으로 떨어지지 않고 연속적으로 유지되는 전력 변환 모드로, 고전력 애플리케이션에 적합하다.
THD (Total Harmonic Distortion; 총 고조파 왜곡): 전원 신호에 포함된 기본파 외의 불필요한 고조파 성분의 비율을 뜻하며, 이 수치가 낮을수록 전력 품질이 우수하다.
토템폴 (Totem-Pole): 스위칭 반도체를 상하로 대칭 배치하여 게이트 드라이버의 스위칭 속도를 높이고 스위칭 손실을 줄여주는 출력 회로 구조다.