(이 색은 제가 말을 붙인 것입니다. 어제 MSI 세미나에서의 DrMOS에 대해 듣고 나서 어떤 것일지 정보를 더 찾던 중에 보게 되었습니다. 하도 우문 우답을 해대서 원.-_- 누가 알려주셨었는데 까먹었음. 음-_-a)

MOSFET 으로 이루어진 내장 SiP(System in Package)

Renesas는 R2J20602NP와 R2J20604NP를 발표 하였는데, 이것은 2세대 내장 전력 기기로, 높은 측 MOSFET, 낮은 측 MOSFET, 그리고  MOSFET 구동기가 1개의 QFN (Quad Flat No-lead) 패키지에 PC와 서버 같은 것의 전력 조절이나 CPU 전력 공급을 위해 있다. 달리 말하여, Renesas가 발표한 R2J20701NP는 : 작고, 고효율이며 빠른 지연 응답을 하는 POL(Point-of-Load)-SiP인데, 이것은 1개 QFN 패키지 내에 DC/DC 강압 변환 위상에 필요한 모든 반도체를 집적하여, 고전류 부하 지점 응용을 촉진시킨다.

핵심기능

구동 IC - MOSFET 내장 SiP (DrMOS)
 - 12v 입력 전압과 아주 낮은 출력 전압에서 적용된 최적화된 내장 전력 MOSFET
 - 내장 구동 회로는 집적된 전력 MOSFET 에 상응한다.
 - 추천 입력 전압 : 7.4v~16v
 - 고주파 구동 (1Mhz 이상)
 - 고전류 출력 (40A)
 - 낮은 손실 (1Mhz, 25A에서 대략 4.4w)
 - 원격으로 켬/끔 제어가 가능한 구동기
 - 부트 스트랩을 위한 쇼트키 배리어 다이오드 내장
 - 낮은 측 구동 전압의 독립적인 설정
 - 작은 패키지 : QFN-56 (8mm x 8mm x 0.95mm)

PWM 제어기 - MOSFET 내장  SiP (POL-SiP)

 - 내장 동기 정류 PWM 제어기와 전력MOSFET은 고효율과 작은 크기를 달성하기 위해 상호 최적화가 되어 있다.
 - 추천 입력 전압 : 8v ~ 14v (제어 회로는 5v에서 작동)
 - 고전류 출력 : 최고 35A
 - 0.6V +- 1% 의 내장 고정밀 전원 참조
 - 폭넓은 구동 주파수 : 200kHz ~1Mhz
 - 최대 전류 모드로 인한 빠른 응답
 - 전류 공유 기능 ( 최대 5기기까지 병렬 작동)
 - 한개 구동 / 2페이즈 구동 / 다채널 구동 (추척 시동 기능)
 - 부트 스트랩을 위한 내장 쇼트키 배리어 다이오드
 - 켬/끔 제어 가능과 내장 과전류 보호 (Hiccup 모드)
 - 설계 지원 툴과 다양한 테스트 보드가 사용 가능
 - 작은 패키지 : QFN-56 pin (8mm x 8mm)

핵심 응용분야

 - 구동 IC - MOSFET 내장 SiP (DrMOS) : 2페이즈 DC/DC 전력 공급
 - PWM 제어기 - MOSFET 내장 SiP (POL - SiP)
    PC, 서버, 전신 기반 구역, SoC, ASIC, FPGA, DSP, DDR2/DDR3 SDRAM power supplies 등등의 같은) 다양한 온보드 전력 공급기, POL 모듈

구동 IC - MOSFET 내장 SiP (DrMOS)
 - 고속과 고효율 동작 : 1개 패키지 내에 Renesas의 고성능 MOSFET과 구동기가 최적화되어 집적됨으로 인해 저손실과 고주파 구동을 달성하게 되었다.
 (효율 = Vout 1.3V, Vin=12V, 스위칭 주파수 500kHz, Iout = 10A일 때 92%)
 - 작은 패키지 : QFN-56 (8x 8mm) 는 지금까지의 낱개 솔류션에 (3개 : SOP-8 + LFPAK + LFPAK) 비해 필요 구역이 반 크기도 안된다.

(대충 저 네모 안의 3가지가 집적되었다고 보시면 됩니다. high-side MOSFET과 low-side MOSFET은 PWM 제어기를 통해 피드백을 받는데, 캐패시터에서 검출된 출력측 전압에 대한 피드백을 PWM이 받아 고전압이 출력되면 low-side MOSFET쪽으로 회로가 열리게 되어 전압이 Vss(GND)로 빠지게 되어 전압이 낮아지게 되고 (여기서 저기 Zener 다이오드의 역할은 아마 특정 상황에서의 역류를 방지하고, 전압의 순방향으로의 유도를 할 겝니다. 당연히 고전압 방지도 되겠구요.) , 저전압이 출력되면 high-side MOSFET쪽으로 회로가 열리게 되어 전압이 Vdd(source) 에서 공급을 받아 전압이 높아지게 됩니다. 아주 짧은 시간에 이루어지기 때문에 너무 전압이 빠지거나 올라갈 염려는 없게 됩니다.)

- 다시 보니 여기서 Zener Diode는 순간적인 과전압이 나왔을 때 FET가 깨지는 것을 방지하는 용도로 보입니다.

PWM 제어기 - MOSFET 내장 SiP (POL - SiP)
 - 3개 다이를 내장하였다. : PWM controller/driver, high-side MOSFET 와 low-side MOSFET

 - 고효율 구동 : 고성능, 저손실 전력 MOSFET의 내장과 PWM컨트롤러의 최대 전류 모드로 인해 500kHz 구동 시 최고 95%의 효율을 달성하였다.
Vout 3.3v(Vin = 12V, Fsw = 500kHz)일 때 효율 95%, Vout = 1.8V (Vin = 12V, Fsw = 500kHz)일 때 효율 92%)
 - 다기능 구동 : 2페이지 구동, 다채널 구동과 5v 입력 구동

Built-in MOSFET Integrated SiP

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Part No. Package Function Vin(V) Vout(V) Iout Max. (A) Fmax (kHz) PKG Code R2J20601NP QFN-56 Driver-MOSFET Integrated SiP to 16 0.8 to 3.3 35 2000 PWQN0056KA-A (TNP-56TV) R2J20701NP QFN-56 POL-SiP 7.25 to 16 0.8 to 5.0 35 2000 PWQN0056KB-A R2J20602NP QFN-56 Driver-MOSFET Integrated SiP to 16 0.8 to 3.3 40 2000 PVQN0056KA-A R2J20604NP QFN-56 Driver-MOSFET Integrated SiP to 16 0.8 to 3.3 40 2000 PVQN0056KA-A

(위에서 말했듯이, PWM 제어기는 5v로 구동이되며, 입력은 12v가 되는데, VCIN과 VIN이 같은 전원에서 나온다면, VCIN으로 5v 강압 시킨 다음, VIN에 의하여서 전압이 조정되어 1.3v로 나오는 개략적인 도식도 같습니다. 야메 전자과에다가 아직 술이 안깨서 자세히는 음-_-a)

고효율과 고속 구동

1개 패키지에 Renesas 고성능 MOSFET과 드라이버를 최적화 집적 시킴으로 인해 저손실과 고속 구동을 하게 된다.
(Vout = 1.3V, Vin = 12V, Fsw = 500kHz, Iout = 10A 에서 효율 92%)

(fsw가 스위칭 주파수 같은데, 250kHz에서 최고의 효율이 10A 정도일 때 달성되네요. )

(자연 공랭이면서 스위칭 주파수 1Mhz, 전류 출력 25A일 때의 온도를 나타낸 것입니다.)

작은 패키지

 QFN-56 (8x 8mm) 는 지금까지의 낱개 솔류션에 (3개 : SOP-8 + LFPAK + LFPAK) 비해 필요 구역이 반 크기도 안된다.

(어제 MSI 세미나 가서 보긴 봤는데, 저 큰 부분이 구동 패드일줄 알았는데 음 -_-완전히 빗나갔근영. 역시 난 컴맹.)

고효율 구동

1개 패키지에 Renesas 고성능 MOSFET과 드라이버를 최적화 집적 시킴으로 인해 저손실과 고속 구동을 하게 된다.
Vout 3.3v(Vin = 12V, Fsw = 500kHz)일 때 효율 95%, Vout = 1.8V (Vin = 12V, Fsw = 500kHz)일 때 효율 92%)

(3.3v일 때 10~15A 구역의 효율이 제일 높습니다. 이것도 역시 자연 대류에 상온 테스트.)

다채널 구동

 - 2페이즈 구동


(초기 파형과 구동 파형이 나오는데, 초기 파형이 완만한 선을 그리며 올라갑니다. 최저와 최고 시에 오버/언더 슛이 없는걸 봐야 하나 싶습니다. 오른쪽 파형은 스위치 1/2에 의해 PLL이 튕겨지면 그때마다 저렇게, IL1 IL2가 전류인듯 한데, 2페이즈  방식으로 구동되어 공급하는 것을 알 수 있습니다. 아랫 그림은 2페이즈 구동 시 180도의 위상차가 생겨 딱 반반씩 논다는 것을 알 수 있습니다.)

- 다채널 구동


(3가지 방법이 있는데, 1번 Ratiometric 추적은 채널 간 추적 소스를 달아 둘 다 같이 완만하게 올라가며, 2번 coincident 추적은 저 오른쪽의 2k/1k 저항의 수치에 따라 전압 출력 1/2의 양을 조절할 수 있을 듯 합니다. 3번 sequential 추적은 저 중간의 +- 인버터로 인해 채널 1의 상승이 끝나면 채널2의 상승이 on/off 스위치로 결정되는 듯 합니다.)

 - 12v/5v 입력 구동 (추천 구동 전압)

http://www.renesas.com/fmwk.jsp?cnt=product_folder.jsp&fp=/products/discrete/power_mos/power_mosfets_for_switching/mosfet_integrated_sip

http://documentation.renesas.com/eng/products/transistor/rej13g0003_pmfe.pdf