ST마이크로, 산업용 모션 제어용 GaN IC 플랫폼 공개… “산업 드라이브 효율의 한계 넘는다”

650V GaN 트랜지스터 통합한 ‘GaNSPIN’ SiP 출시… 히트싱크 없는 설계로 회로 면적 60% 절감 및 전력 밀도 극대화

[아이씨엔 오승모 기자] 세계적인 반도체 기업 ST마이크로일렉트로닉스(ST)가 산업용 드라이브 및 모션 제어 시스템의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 질화갈륨(GaN) 기반 스마트 전력 플랫폼 ‘GaNSPIN’을 공개했다. 이번 신제품은 650V GaN 전력 트랜지스터와 게이트 드라이버를 단일 패키지에 통합하여, 공장 자동화 장비 및 산업용 펌프, 팬, 서보 드라이브의 크기를 획기적으로 줄이면서도 신뢰성을 강화한 것이 특징이다. 특히 하드 스위칭 환경에서도 정밀한 슬루율 제어를 통해 모터 권선 스트레스를 최소화하며, 산업 현장의 엄격한 EMC 규정 준수를 지원한다.

정밀 제어와 신뢰성 확보… 산업용 모션 제어의 ‘에너지 등급’ 재정의

그동안 전원 어댑터 시장에서 검증된 GaN의 고효율 기술이 이제 산업용 모터 드라이브 영역으로 본격 확장된다. ST가 선보인 GaNSPIN SiP(System-in-Package) 플랫폼은 시스템 성능을 최적화하고 가혹한 산업 환경에서도 안정적인 운용을 보장하는 특수 기능을 도입했다.

도메니코 아리고(Domenico Arrigo) ST 애플리케이션별 제품 사업부 본부장은 “새로운 GaNSPIN 플랫폼은 모션 제어 분야에서 와이드밴드갭(WBG) 소재의 효율성을 극대화하기 위해 설계되었다”며, “이를 통해 산업용 드라이브는 더 작은 제어 모듈과 경량 폼팩터를 갖추면서도 개선된 에너지 효율과 고속 회전 정밀도를 구현할 수 있게 되었다”고 밝혔다.

슬루율 제어 및 저소음 설계로 모터 수명 연장과 EMC 준수 지원

GaNSPIN611과 GaNSPIN612로 구성된 이번 제품군은 최대 400W까지 전력을 공급할 수 있어 산업용 컴프레서, 컨베이어 시스템, 소형 서보 드라이브 등에 최적화되어 있다. 특히 기술적으로 주목할 점은 정밀한 슬루율(dV/dt) 제어 기능이다.

일반적인 GaN 솔루션과 달리 GaNSPIN은 하드 스위칭 시 턴온 및 턴오프 시간을 미세하게 조정할 수 있다. 이는 모터 권선에 가해지는 전기적 스트레스를 완화하여 절연 파괴 위험을 줄이고, 전자기 노이즈(EMI)를 효과적으로 억제한다. 10V/ns의 정격 슬루율을 유지하는 이 기능은 설계자가 복잡한 필터 없이도 EU의 엄격한 EMC 지침을 준수하도록 돕는다.

히트싱크 없는 설계로 PCB 면적 60% 축소… 전력 밀도의 도약

GaNSPIN 시리즈는 GaN 트랜지스터 고유의 낮은 온저항 R_DS(on) 특성을 극한으로 활용한다. GaNSPIN611(138mΩ)과 GaNSPIN612(270mΩ)는 전력 손실을 최소화하여 별도의 히트싱크(Heat Sink) 없이도 구동 가능한 수준의 열 성능을 확보했다.

이러한 특성 덕분에 설계자는 전체 회로 면적을 기존 대비 최대 60%까지 축소할 수 있으며, 이는 산업용 제어반의 공간 활용도를 극대화하는 결과로 이어진다. 내부적으로는 650V GaN 전력 트랜지스터와 함께 하이사이드 회로용 부트스트랩 다이오드를 통합하여 전체 부품 수(BOM)를 줄이고 회로 설계를 단순화했다.

스마트 보호 기능 통합으로 산업 현장의 가동 중단 최소화

산업 설비의 가동 중단(Downtime)은 막대한 비용 손실로 이어진다. GaNSPIN은 이를 방지하기 위해 스마트 셧다운 기능을 갖춘 결함 감지 비교기를 내장하여 신속한 과전류 보호를 제공한다. 또한, 저전압 차단(UVLO), 과열 차단, 인터로킹(Interlocking) 등 전방위적인 보호 기능을 갖춰 시스템의 견고함을 확보했다.

지난 11월 독일 뉘른베르그에서 개최된 SPS 2025 전시회에서 실물이 공개된 GaNSPIN611은 현재 9mm x 9mm QFN 패키지로 양산 중이다. ST는 이번 플랫폼을 통해 고성능·저소음 모터 제어가 필수적인 공장 자동화 시장과 차세대 전력 시스템 시장 공략에 박차를 가할 계획이다.