오늘날의 전동화 물결은 고전압 시스템 설계의 복잡성과 맞물리며 엔지니어들에게 적절한 수준의 절연 요구와 함께 제품 성능 및 수명 증가를 맞춰야 한다는 챌린지를 이끌고 있다.

텍사스 인스트루먼트(TI)가 26일 기자간담회를 통해 산업용 및 차량용 고전압 애플리케이션의 신호 무결성과 전력 소비 및 수명 연장을 지원하는 신호 절연 반도체로 구성된 새로운 옵토에뮬레이터 포트폴리오를 출시했다고 밝혔다.

TI의 옵토에뮬레이터는 옵토커플러의 대안으로 업계서 보편적으로 사용되는 옵토커플러와 핀투핀으로 호환 가능해 기존 설계에 원활하게 통합할 수 있다.

기존 옵토커플러는 LED 신호 전송이 노화에 영향을 받는다는 문제가 있었다. LED는 반영구적으로 사용할 수 있는 소자이지만 사용 시간이 경과할수록 밝기가 줄어들어 노후화를 감안한 과잉 설계를 적용할 필요가 있었다. 이에 따른 대기전력 상승 등 전력 및 시스템 비용 면에서 비효율이 발생하게 된다.

이산화규소(SiO₂) 기반 절연 기술을 적용한 옵토에뮬레이터는 절연 장벽에 SiO₂를 사용해 과잉 설계 필요성을 없애고 LED 노후화를 걱정하지 않아도 된다.

500VRMS/µm의 높은 유전체 강도를 가진 SiO₂ 절연 장벽을 통해 최종 제품 설계를 40년 이상 보호할 수 있으며, 최대 3,750VRMS의 절연 보호 기능을 제공하면서 전력 소모를 최대 80%까지 줄여준다. LED 대신 다이오드로 에뮬레이션하며, –55°C에서 125°C에 이르는 넓은 범위의 동작 온도를 견딜 수 있으며 옵토커플러보다 최대 10배 높은 공통 모드 과도 내성을 제공한다.

김태호 TI코리아 개인전자장비 부문 아날로그 기술지원 담당 부장은 “옵토에뮬레이터는 ISO 60747-17 인증 및 수명테스트서 30년은 문제가 없는 것으로 나왔다”며 최대 2배 이상의 고전압 테스트까지도 진행했다고 전했다.

전원 공급 피드백 루프에서 옵토커플러를 대체해 이점을 가져올 수 있는 옵토에뮬레이터는 △노트북 등의 어댑터 △충전기 △자동차의 온보드 차저 △서버 파워서플라이 △TV 셋톱박스 △배터리 탑재 디바이스 △SMPS(Switching Mode Power Supply)와 같은 고전압 애플리케이션 등 다양한 파워 딜리버리 영역에서 전력 및 시스템 설계의 이점을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

과거 제품 패키징에 부담이 적고 어댑터, 셋톱박스 등 전원 공급부의 사이즈가 큰 소위 ‘벽돌’ 어댑터라 부르는 제품이 있던 시절에는 옵토커플러로도 충분히 대응할 수 있었다. 하지만 제품 사이즈 및 패키징 사이즈가 줄어들수록 주파수는 높아져야 하며 PWM컨트롤러가 고주파수 대역으로 가고 있는 만큼 신호를 모니터링하는 에뮬레이터도 함께 이러한 대역폭을 지원하는 방향으로 나아갈 전망이다.

일반적으로는 아날로그 신호 제품들에 사용되는 컨트롤러들이 500kHz 이하로 많이 탑재하고 있는 추세이다. 현재 TI 옵토에뮬레이터에서 아날로그 신호에 대해 680kHz까지의 높은 대역폭을 제공하고 있으며, TI는 향후 시장 요구에 따라 1MHz대역 이상의 로드맵까지 추가할 계획을 갖고 있는 것으로 전해졌다.

한편, 현재 TI 옵토에뮬레이터 디바이스 및 툴, 리소스 등은 시장에 출시된 상태로 사전 생산량이 TI를 통해 판매되고 있다. TI 홈페이지를 통해 ISOM8110DFGEVM, ISOM8710DFFEVM 등 평가모듈 신청도 가능하다.