현대의 많은 로봇 애플리케이션들은 48V 버스(bus)를 이용해 시스템에 전력을 공급한다. 48V 버스는 일반적으로 사용되는 12V 버스 대비 1/16 수준의 전력손실율을 갖고 있어서 더 얇고 가벼운 케이블을 사용한다.

고정형 로봇의 경우, 역률교정(power factor corrected) 프론트엔드를 적용한 주 전력을 통해 48V를 공급받을 것이다. 드론이나 돌봄 로봇과 같은 이동식 로봇은 주 전력 어댑터에서 주기적으로 충전해서 쓰는 탑재형 배터리를 사용하고 있다.

반도체의 경우 48V를 직접 사용하는 경우는 거의 없다. 일반적으로는 5V에서 1V 미만 수준의 전압을 사용한다. 비절연 PoL 컨버터는 높은 전압을 IC에 맞게 변환하는 중요한 역할을 담당한다.

12V를 IC에 맞는 전압으로 변환하는 PoL 컨버터로 느슨하게 조절되는 중간 버스 컨버터(IBC)를 사용하여 중간 버스 전압(대체로 12V)를 생성하는 경우도 있다. 1차 전력 변환 방식의 선호도가 점차 높아지고 있는 추세며, 48V를 IC 공급용 전압으로 바로 변환하는 PoL 컨버터도 쉽게 찾아볼 수 있다.

모든 전력 솔루션이 그렇듯, 로봇 애플리케이션용 전력 아키텍처는 효율적이고 신뢰할 수 있어야 하며 전력밀도도 높아야 한다. 크기는 작으면서 민첩하게 움직여 주어진 일을 잘 수행할 수 있기 때문이다.

그리고 이것을 구현하기 위해 가장 중요한 것은 로봇의 다양한 전력 기능을 구현할 수 있는 적합한 반도체를 선택하는 것이다.

대부분의 전력 솔루션에 가장 일반적으로 사용되는 디바이스 중 하나는 MOSFET이다. 온세미컨덕터가 제공하는 다양한 제품 중 초접합 MOSFET(Super Junction MOSFET)은 다양한 스위칭 유형과 애플리케이션을 지원하는 다양한 버전으로 제공된다.

FAST 디바이스는 하드 스위칭 제품에 고효율을 제공하며 이지 드라이브 디바이스는 EMI와 전압 스파이크를 억제하는 하드 및 소프트 스위칭 애플리케이션 모두에 적합하다.

MOSFET 제품과 함께 마이크로컨트롤러(MCU)나 다른 논리 회로를 통해 MOSFET를 직접 제어할 수 있는 다양한 고전압용 게이트 드라이버를 보완적으로 사용할 수 있다. 회로 구성에 따라 간단한 비절연 드라이버를 사용하거나 좀 더 복잡한 절연 솔루션 또는 하이/로우 사이드 드라이버가 필요할 수 있다.

지능형 전력모듈(intelligent power modules, IPM)과 자동차용 전력모듈(automotive power modules, APM) 과 같은 고도의 통합 솔루션을 사용하면 얻게 되는 장점이 많다. 일반적으로 이와 같은 모듈 제품들은 드라이버 디바이스와 함께 작동하는 다단계(Multiphase) 모터를 위해 다수의 MOSFET을 내부에 포함하고 있다.

이런 모듈들은 내부 부품들이 모두 동일한 기판에 부착되기 때문에 단품 제품 대비 우수한 열적 특성을 보인다. 또한 더 높은 전류를 처리하면서 EMI를 개선하고 단품 제품 대비 작고 가벼운 솔루션을 제공한다.

글 : 알리 후사인(Ali Husain) / 마케팅 수석매니저 / 온세미컨덕터