코로나로 인한 재택 근무, 그리고 디지털 전환과 클라우드 등의 시장 성장이 급격하게 이뤄지면서 데이터센터의 전력밀도가 화두가 되고 있다. 데이터센터의 전력 소모는 운영 기업들에게 큰 부담으로 다가오고 있으며, 특히 전력 소모로 인한 발열 또한 심각한 문제로 대두되고 있다.

최근의 데이터센터 환경을 고려했을 때, 반도체 등은 100도 이상의 고온에서도 수년이 넘는 장기간의 사용에도 안정적인 동작의 가능해야 하며, 이런 내구성을 제공하면서도 공간 효율성 향상을 위한 작은 크기, 그리고 전력 소모를 줄이기 위한 높은 효율성을 제공해야 한다.

텍사스 인스트루먼트(TI) 코리아는 TI의 우수한 열 관리 기술과 이를 토대로 개발한 전원관리 신제품을 소개하는 기자간담회를 가졌다. TI는 이번 기자간담회에서 더 작은 공간에서 더 많은 전력을 요구하는 업계의 추세와, 이런 전력 밀도를 높이기 위한 열 관리의 중요성에 대해 소개했다. 또, 엔지니어들의 열 관련 과제 해결을 돕는 최신 제품 사례를 기반으로 전력 밀도를 최대화하기 위해 TI가 혁신하고 있는 3가지 방향성을 소개했다.

이날 발표를 진행한 TI 코리아의 Major Account FAE 매니저인 신주용 이사는 "소비자용 기기부터 데이터센터 서버 전원 공급 디바이스, 인공위성에 이르기까지 모든 전자제품들의 전력 소모가 점점 더 늘어나고 있다. 늘어나는 전력소모와 함께 한정된 공간에서 향상된 효율성과 더 많은 전원 공급이 요구된다. 특히, 데이터센터와 서버는 한정된 공간에서 더 많은 전력을 공급하기 위해 서버 전원 아키텍처에 높은 전력 밀도를 요구하며, 동시에 서버 전원 공급의 효율성을 높여 냉각 비용을 줄여야 한다"며 현재 상황을 요약해 설명했다.

그는 "TI는 ▲열 성능 향상 ▲스위칭 손실 감소 ▲토폴로지, 제어, 회로 설계 ▲기능 통합에 초점을 맞춰 제품을 개발함으로써, 고객들의 요구를 충족시킬 수 있는 방법을 모색해 왔으며, 이번에 발표하는 3개의 제품은 모두 이런 고객의 요구가 반영된 제품"이라고 말했다.

TI는 전원 관리 기술과 관련 솔루션 연구개발에 있어서 오랫동안 축적된 전문성을 바탕으로 프로세스 기술, 회로 아키텍처, 패키징 혁신을 통해서 엔지니어들이 더 적은 열을 발생시키고 열 발산을 향상시키는 전자 장비를 설계할 수 있도록 돕고 있다.

이번에 새롭게 출시된 3개의 전원 관리 디바이스는 ▲높은 전력 밀도를 제공하는 동기 벅 컨버터 TPS566242 ▲업계에서 피크 전류가 가장 높은 통합 eFuss TPS25985 ▲상단면 냉각 패키지 디자인을 적용한 GaN FET LMG3522R030-Q1이다. TI의 최신 제품을 통해 축소된 시스템 공간에서 이전에는 불가능했던 수준의 높은 전력 밀도를 달성하고, 시스템 비용은 유지하면서, 시스템 열 관리 기능을 업그레이드하고 시스템 견고성을 높일 수 있다.

TPS566242는 초소형의 6A ECO 모드 동기 벅 컨버터로, 첨단 프로세스 기술 노드를 적용해 우수한 열 성능을 제공한다.

이 제품은 3~16V 입력 전압과 최대 6A의 연속 전류를 지원한다. SOT-563(DRL) 패키지를 적용한 업계 최초의 6A 디바이스이며, 크기가 1.6x1.6mm에 불과하다. 새로운 프로세스 노드를 적용해 핀 레이아웃을 최적화하고 여러 기능을 통합하고 추가적인 접지 배선을 제공해 PCB의 열 발산을 향상시킨다. 통합된 27.7mΩ과 14.8mΩ RDSON FET 디자인은 스위칭 손실을 효과적으로 낮추고 최대 600kHz에 이르는 스위칭 주파스를 지원한다. TPS566242는 광대역 모니터링, 데이터센터, 분산 전원 시스템 등에 적합하다.

TPS25985는 업계에서 가장 높은 피크 전류를 제공하고 능동 전류 공유 기능을 포함한 최초의 eFuse로 300A 이상의 엔터프라이즈와 통신 시스템 디자인에 대한 보호 기능을 제공할 수 있다.

프로세스 기술 차원에서 더 높은 효율을 달성하는 것과 더불어, 회로 디자인을 개선함으로써 전력 밀도를 높일 수 있다. 디자이너들은 일반적으로 고전류 엔터프라이즈 애플리케이션을 보호하기 위해 신뢰성이 우수한 디스크리트 핫스왑 컨트롤러를 사용했다. 하지만 최종 장비 제조사들과 이들의 고객들이 300A 이상의 많은 전류를 필요로하는 PSU와 같은 애플리케이션을 요구하기 때문에 디스크리트 전원 디자인 크기가 지나치게 커 수도 있다.

TPS24985 eFuse는 0.59mΩ FET에 전류 감지와 모니터링 기능을 통합한 제품으로, 정확하고 빠른 전류 감지와 새로운 능동 전류 공유 접근법을 결합함으로써 높은 전류 공유와 정확한 전류 모니터링 기능으로 온도 관리가 가능하고 시스템 견고성을 높인다.

또한 TPS25985는 효율적인  스위치를 창의적 통합 접근 방식으로 결합함으로써 소형화된 패키지에서 최대 80A에 이르는 피크 전류를 제공할 수 있고, 다중의 eFuseA를 적층해 더 높은 전력을 제공할 수 있다.

LMG3522R030-Q1은 게이트 드라이버가 통합된 상단면 냉각 GaN FET로, 산업용 또는 시스템 수준의 열 솔루션을 위한 제품이다.

서버 PSU 같은 고전력 애플리케이션의 경우, 상단면 냉각을 적용한 GaN 디바이스가 IC의 열을 제거하고 PCB 발열을 줄이는데 효과적인 솔루션이다. TI의 LMG3522R030-Q1은 게이트 드라이브를 통합하고 상단면 냉각 패키지를 적용한 디자인으로 더 높은 효율과 전력 밀도를 달성한다. 이 제품은 서버, 데이터센터, 통신장비, 산업용 애플리케이션의 2~5kW 전원 공급 디바이스에 적합하다. 우수한 열 성능을 달성하고, 과열이나 저전압 록 아웃 보호 기능을 제공한다.

신주용 이사는 "TI는 이미 오래 전부터 GaN과 같은 선진적인 기술에 투자를 진행해 왔으며, 자체적인 팹에서 웨이퍼 생산부터 패키징에 이르는 전 과정을 수행할 수 있는 거의 유일한 아날로그 반도체 기업"이라며, "이런  검증된 TI의 기술력이 바로 고객이 안심하고 선택할 수 있게 하는 원동력"이라고 말했다.