도시바는 최근 48볼트에서 1볼트까지 작동하는 새로운 비격리 DC-DC 동글 기술을 발표했다.이러한 장치는 DC-DC 동글의 부하 전류를 증가시키는 서버 및 데이터 센터 요구 사항의 증가로 인한 전도 손실 문제를 해결합니다.더 높은 부하 전류와 전도 손실은 열을 발생시키고 전체 효율을 떨어뜨린다.

이러한 손실을 줄이기 위해 업계 표준은 이미 입력 전압을 12볼트에서 48볼트로 높였다.이것은 주어진 출력 수준의 전류를 감소시켜 전도 손실을 낮춘다.그러나 이러한 변화는 DC-DC 동글 설계, 특히 강압 토폴로지에 새로운 도전을 가져왔습니다.

도시바는 자사의 새로운 스타-삼각 스위치 토폴로지가 업계 최고의 전류 밀도를 실현했다고 주장하면서 48볼트 입력과 1볼트 출력을 갖춘 DC-DC 동글 IC에 대한 변압기 사용 수요를 없앴다.

도시바, 별-삼각 스위치 토폴로지 활용

2024 년 IEEE VLSI 기술 및 회로 세미나에서 도시바는 새로운 48 볼트 ~ 1 볼트 비격리 DC-DC 동글 기술을 선보였습니다.테스트 장비는 최대 790 mA/mm²의 전류 밀도와 최대 88% 의 전력 변환 효율을 달성했습니다.

도시바의 말에 따르면, 스타-삼각 스위치 토폴로지는 일반적으로 격리 토폴로지에서 맥폭 확장을 관리하는 데 사용되는 변압기의 수요를 없앴다.반면 도시바는 센싱과 커패시터의 혼합 구성을 사용하여 FETs를 통해 세심하게 제어하여 외부 부품의 부피와 양을 크게 줄였다.도시바는 스타-삼각 토폴로지가 맥폭 확장비당 용량 수를 0.8~1.0에서 0.5~0.6으로 줄였다고 주장했다.

도시바는 일련의 테스트 칩을 통해 이 토폴로지의 유효성을 과시했다.회사는 배치 면적을 최대 61% 줄이고 능동 편향 전류 방안을 지원하는 레벨 변환기 회로를 개발하여 편향 전류를 최대 92% 줄였다.

변압기와 용량의 부피를 제거하다

강압 변환기에서는 입력 전압을 48볼트로 올리기 위해 구동 전력 스위치의 펄스 폭이 12볼트보다 4배 짧아야 한다.이러한 감소된 맥폭은 켜짐과 꺼짐 상태 사이의 전환이 더 잦아지고 효율이 낮기 때문에 스위치 손실을 증가시킨다.이러한 스위치 손실은 시스템의 전체 전력 변환 효율을 직접 감소시킵니다.

설계자는 일반적으로 이러한 효율성 문제를 해결하기 위해 격리 토폴로지에서 변압기를 사용합니다.변압기는 맥폭을 확장하고 스위치 손실을 방지할 수 있지만 설계에 뚜렷한 부피를 증가시켜 공간이 제한된 응용에서 문제이다.

비격리 블렌드 토폴로지는 컴팩트한 대안입니다.이러한 설계는 볼륨이 큰 변압기가 필요 없이 펄스 폭 확장을 관리하기 위해 인덕션과 커패시터의 조합을 사용합니다.이 방법은 변압기 기반 솔루션에 비해 변환기의 총 부피를 10~100배 줄일 수 있다.공간 절약의 장점에도 불구하고 하이브리드 토폴로지는 자신의 도전을 가져왔다.

한 가지 큰 단점은 많은 용량이 필요하다는 것입니다. 일반적으로 각 펄스 폭 확장비는 0.8 ~ 1.0 개의 용량이 필요합니다.이로 인해 용량 증가는 외부 구성 요소의 밀도와 핀 배선의 혼잡을 초래하고 PCB 레이아웃을 복잡하게 하며 설치 비용을 증가시킵니다.추가 용량과 복잡한 케이블 연결로 제조 비용이 증가하고 시스템의 신뢰성과 유지 관리에 문제가 발생합니다.