배터리로 구동되는 애플리케이션에 대한 수요가 빠르게 증가함에 따라, 저-IQ 기술은 시스템 성능의 저하 없이 배터리 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있다.
요점
- 고급 전력 장치와 배터리 모니터를 사용하면 전기를 크게 절약할 수 있다.
- 저-IQ 기술을 통해 전력 손실을 줄이면서 디지털 회로를 축소할 수 있다.
- 빠른 웨이크업 시간으로 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다.
전자기술과 시스템의 급속한 성장으로 배터리는 개인용 전자기기부터 전기 자동차(EV)에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하는 유비쿼터스가 되었다. 배터리 전원으로의 전환이 둔화될 기미는 보이지 않지만, 더 오랜 시간 동안 더 높은 배터리 성능을 달성해야 하는 설계 과제는 여전히 남아 있다.
낮은 정동작 전류(IQ) 기술이 해답의 큰 부분을 차지한다. IQ는 장치가 켜져 있지만 활성화되어 있지 않을 때 소비되는 전력으로, 대기 모드 또는 절전 모드라고도 한다. 배터리로 작동하는 많은 장치는 수명의 99%를 대기 모드에서 보내며 필요할 때만 전원을 켠다. IQ는 저전력 부하를 수반하지만, 이를 최소화하는 능력은 배터리 효율성에 매우 중요하다. TI의 독점적인 BiCMOS 공정 기술의 혁신적인 회로 설계는 매우 낮은 IQ 를 구현하고 시스템 성능 저하 없이 배터리 작동 시간을 극대화하는 데 도움이 된다.
싯다르트 선다르(Siddharth Sundar) TI 배터리 모니터 사업부의 매니저는 "저전력 기술 덕분에 이제는 거의 모든 것을 배터리로 구동할 수 있게 되었다." 라며, “이로 인해 이전보다 훨씬 광범위한 장치의 전력 소비에 대해 생각하는 방식으로 초점이 이동하고 있다.” 라고 말했다.
IQ의 혁신이 배터리 구동 시스템의 성장을 이끄는 방법
배터리는 무선 헤드셋이나 노트북과 같은 소형 개인용 전자기기에서 산업용 전동 공구, 전기 자동차, 의료 기기 등 훨씬 더 큰 장치에 이르기까지 빠르게 확산되고 있다.
이러한 추세는 가정, 공장, 기업에서 사물 인터넷 기술이 확산되면서 저-IQ 혁신이 효율적인 전력 사용의 중요한 동력이 됨에 따라 계속될 것으로 예상된다.
설계 엔지니어는 오랫동안 개인용 전자제품을 위한 IQ 솔루션을 개발해 왔지만, 현재 배터리를 사용하는 대규모 산업 및 자동차 애플리케이션에서는 다른 문제에 직면해 있다.
전기차는 전력을 절약하기 위해 공회전 시 전력 소비가 적어야 하며, 동시에 고전력 동적 부하를 구동할 수 있도록 원활하게 전환할 수 있어야 한다. 전기차 운전자는 장시간 주차한 차량이 주행할 수 있는 충분한 예비 전력이 확보되어 있는지 확인하고자 한다. 또한 사고나 기타 긴급 상황 발생 시 별도의 소형 배터리로 구동되는 차량 내 eCall 시스템으로 긴급 통화를 할 수 있는 기능을 원한다.
성능이나 비용 저하 없음
반도체 기술의 발전으로 배터리 전원으로 전환하는 애플리케이션이 늘어나면서 효율성을 높이고 부품의 전류 누출을 줄이는 IQ 솔루션을 통해 설계 문제를 해결하는 데 도움이 되고 있다.
TI는 성능, 솔루션 크기, 비용에 영향을 주지 않으면서 배터리 구동 애플리케이션의 전력 소비를 낮출 수 있는 전력 및 배터리 관리 장치를 통해 이러한 혁신의 선두에 서 있다.
예를 들어, TI의 고정밀 산업용 배터리 모니터인 BQ76952는 활성 전력의 경우 200uA~300uA에 비해 저전력 절전 모드의 경우 1uA~10uA를 지원한다. 이를 통해 대기 모드에서 10~20배의 전류량을 절약하는 동시에 다양한 사용 사례 시나리오에서 성능과 전력 소비 간에 적절한 균형을 맞출 수 있는 유연성을 제공한다.
또한 공정 기술의 획기적인 발전으로 설계 엔지니어는 배터리 관리 장치에서 전류 누출을 줄일 수 있게 되었다. 대부분의 누출은 대형 디지털 회로, 메모리, 고전력 전계효과 트랜지스터(FET)에서 발생한다. 하지만 TI의 고밀도 저항기와 커패시터는 새로운 회로 기술과 결합하여 더 작은 디지털 회로를 구현하고 누출과 IQ를 줄였다.
비슈누 라비누툴라(Vishnu Ravinuthula) 배터리 게이지 설계 책임자는 "적절한 고전압 부품을 사용한 전용 저전력 공정 기술은 칩의 IQ를 낮추는 것뿐만 아니라 장기적으로 배터리 수명을 늘리는 데도 큰 차이를 만들 수 있다."라고 말했다.
빠른 웨이크업 시간으로 배터리 수명 향상 가능
누출을 방지하는 것도 IQ를 줄이는 한 가지 방법이지만, 장치가 대기 모드와 고전력 부하 간에 빠르고 효율적으로 전환할 수 있도록 하는 것도 또 다른 방법이다. 실제 출력이 프로그래밍된 값에 얼마나 가까운지를 측정하는 전원 공급 장치 정확도는 부하 과도 응답(부하 전류 또는 공급 전압의 갑작스러운 변화 후 장치가 목표 출력 전압으로 얼마나 빨리 복귀하는지를 측정하는 값)에 의해 제한되는 경우가 많다. 과도 응답이 길어지면 장치가 절전 모드에서 전원을 켤 때 에너지 소비가 증가한다. 빠른 웨이크업 비교기 및 제로-IQ 피드백 제어와 같은 빠른 응답 시간 덕분에 저전력 소비를 유지하면서 과도 응답을 최소화할 수 있다.
예를 들어 벅 스위칭 레귤레이터와 전압 슈퍼바이저는 업계 최고의 응답 및 전류 감지 시간을 자랑한다. 이를 통해 장치를 빠르게 절전 모드로 전환하여 전력을 절약할 수 있다.
블라디슬라프 메렌코프(Vladislav Merenkov) TI의 부스트 컨버터 및 컨트롤러 마케팅 매니저는 "빠른 웨이크업 시간은 단순히 편의성에 대한 사용자의 기대치를 충족시키는 것만이 아니다."라며, "또한 에너지 소비를 크게 줄이고 배터리 수명을 개선하는 것이다." 라고 말했다.
전자제품의 성장이 둔화될 기미가 보이지 않는 가운데, IQ 혁신은 업계가 점점 더 다양하고 정교해지는 배터리 구동 장치의 전력 효율을 극대화할 수 있도록 지원할 것이다. 낮은 대기 및 종료 전력 모드를 갖춘 TI의 IQ 기술은 배터리 작동 시간과 보관 수명을 연장하여 성능 저하 없이 비용을 절감한다.
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