저전력 설계에 신뢰성 높은 LDO 전압 레귤레이터가 제공하는 장점

September 22, 2024

Alan Yoon

오늘날 엔지니어들이 가장 많이 이야기하는 것은 첫째가 효율, 둘째도 효율, 셋째도 효율입니다. 하지만 설계에 가장 적합한 솔루션을 찾기 위해서는 종종 이를 넘어서는 것도 좋은 생각입니다. 이럴 때 LDO(low dropout) 전압 레귤레이터를 주목할 필요가 있습니다. LDO 전압 레귤레이터는 몇 가지 고유한 장점을 가지고 있습니다.

이번 포스트에서는 마이크로컨트롤러(MCU) 및 FPGA 설계에서 저전력 휴대용 기기 및 2차 전원공급장치에 LDO가 제공하는 주요 이점을 살펴보겠습니다.

_{저전력 설계에 신뢰성 높은 LDO 전압 레귤레이터가 제공하는 장점 (출처: sommart– stock.adobe.com)}

저전력 설계에서 효율을 넘어서는 중요한 가치

예를 들어 100mA가 필요한 휴대형 컨수머 기기 또는 산업용 제어 센서 장치의 경우, 에너자이저(Energizer) L91과 같은 AA형 리튬 1차 전지를 선택할 수 있습니다. 이 배터리는 100mA의 전류 소모량으로 3000mAh, 즉 30시간을 공급할 수 있습니다. 두 개의 배터리를 직렬로 연결하면 30시간 동안 최대 3.4V, 최소 2.8V의 출력을 얻을 수 있습니다. 2.5V 공급을 위한 고정 전압 LDO의 드롭아웃 전압은 0.18V일 수 있으므로 충분한 여유가 있습니다. 저전력 애플리케이션을 설계할 때는 배터리 수명이 되도록 길어야 합니다. 따라서 레귤레이터에 18mW만 사용한다면 정확한 ±1% 전압을 얻을 수 있습니다. LDO는 효율이 스위칭 레귤레이터만큼 좋지 않을 수 있지만 훨씬 더 간단하고 안정적인 설계이며 몇 가지 중요한 장점을 가지고 있습니다. 하나의 예로 닛신보 마이크로 디바이스(Nisshinbo Micro Devices)의 NR1600 시리즈 SMT LDO 전압 레귤레이터의 장점을 살펴보겠습니다. 이 제품군은 최대 500mA 출력 전류에서 고정(1.0V ~ 3.6V) 및 조정(1.0V ~ 4.8V) 출력 전압을 제공합니다. NR1600은 1.2 x 1.2 x 0.4mm 크기의 초소형 DFN1212-6-GK 패키지로 제공됩니다(그림 1). 여기에는 뚜렷한 이점이 있습니다.

_{그림 1. NR1600 레귤레이터는 매우 작은 DFN 패키지로 제공됩니다.}

첫 번째, 가장 눈에 띄는 장점은 단순성과 신뢰성입니다. 이 LDO 회로가 작은 풋프린트와 적은 부품 수를 필요로 한다는 것은 부품, 검사, 재고 및 보드 레이아웃 면에서 신뢰성이 높고 비용이 적게 든다는 것을 의미합니다.

두 번째 이점은 프로그래밍 가능한 소프트 스타트입니다. 엔지니어는 시스템 턴온을 핵심 포인트로 여기지 않는 경우가 많습니다. 턴온 시작 시, 출력 커패시터와 전체 회로에 유입되는 돌입 전류(inrush current)가 문제가 될 수 있습니다. 이는 배터리 소스 또는 보호 회로를 방해할 수도 있고, 또는 추적하기 어려운 노이즈 스파이크로 인해 간섭을 일으킬 수 있습니다. 따라서 소프트 스타트는 ‘소프트’할수록 좋습니다. 그래야 모든 구성 요소에 스트레스가 적습니다.

NR1600은 160mA의 일반적인 스타트업 돌입 전류 제한이 있으며, 단일 커패시터로 0 ~ 약 1.7ms까지 소프트 스타트 타이밍을 조정할 수 있어 시동을 더욱 효과적으로 제어할 수 있습니다. 스타트업 시퀀싱이 필요한 애플리케이션의 경우, 파워굿 출력과 칩 지원 입력을 통해 두 레귤레이터의 순차 전원공급 소프트 스타트를 쉽게 구성할 수 있습니다(그림 2).

_{그림 2. NR1600 LDO 레귤레이터의 회로 블록다이어그램}

이 칩의 대기 전류(quiescent current)는 80µA입니다. 전원 공급이 불필요한 경우에는 인에이블을 끄고 초저전력 절전 상태로 전환할 수 있습니다. NR1600은 또한 출력 잡음 전압이 VSET x 30µVrms에 불과합니다. 레귤레이션 성능도 우수합니다. 실온에서는 ±1%, -40°C ~ +85°C에서는 3%(1.8V 디바이스의 경우 54mV)에 불과합니다.

또한 이 칩은 1kHz에서 75dB의 리플 제거와 +165°C 열 셧다운 기능을 갖추고 있습니다. 저전압 록아웃(UVLO)은 기본입니다. 선택적 방전 기능은 과열 셧다운 또는 UVLO 중에 칩 인에이블이 꺼졌을 때, 출력 풀다운입니다. FET(32W)는 남아 있는 전하를 제거하기 위해 사용됩니다. NR1600의 애플리케이션에는 휴대용 컨수머 기기 및 통신 장비, 저전력 산업용 제어 장비, 다중 전원 레일이 필요한 모든 설계가 포함됩니다. 이 디바이스는 작은 크기와 안정성이 중요한 모든 곳에 적합합니다.

저전력 설계에 있어 효율은 오랫동안 최고의 가치였지만, 단순성과 신뢰성이 부각되면서 LDO 전압 레귤레이터가 각광받고 있습니다. 닛신보의 NR1600 시리즈 LDO 전압 레귤레이터는 콤팩트한 크기, 우수한 신뢰성 및 효율적인 성능이 강점입니다. 휴대형 컨수머 기기에서부터 산업용 제어에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 이상적인 이 레귤레이터는 최신 전원공급장치 설계의 요구 사항을 충족하는 단순성과 기술 발전의 조화를 나타냅니다.

마우저일렉트로닉스 홈페이지 www.mouser.kr/에 방문하시면 LDO 레귤레이터 제품에 대한 다양한 정보들을 확인할 수 있습니다.