Maxim Integrated Products는 고효율로 LCD 디스플레이 백라이트를 구동하는 네거티브 차지 펌프 MAX8647을 출시했다. 이 신제품은 혁신적인 네거티브 차지 펌프 구조를 사용함으로써 배터리에서 LED로 형성되는 인 라인 (In-line) 저항을 제거한다. 이 설계는 배터리 방전 동안 1x에서 1.5x로의 모드 전환을 지연하고 독자적인 적응형 모드 스위칭 기술로 6개의 백색 또는 RGB LED를 개별적으로 각각 제어한다. 그 결과, MAX8647은 LED 순방향(Vf) 전압이 큰 차이가 있더라도 효율이 12%나 향상된다. 이러한 전력 관리는 긴 배터리 수명과 전체적인 조명 관리가 요구되는 복잡한 휴대용기기에 이상적이다. 대표적인 애플리케이션으로는 mAh(milliamp-hour)의 배터리 수명까지도 중요한 휴대전화, 스마트 폰, 휴대용 미디어 플레이어 등이 있다. 특히 전세계적으로 9억대 규모로 보급되어 있는 휴대폰의 25% ~35%가 최대 효율을 필요로 하고 있기 때문에 이 분야에 적극 적용될 전망이다.
기존의 펌프 설계는 LED 효율을 제한
이상적으로, 설계자는 효율 손실 없이 모든 배터리 전압에 대해 백색 및 RGB LED를 직접 구동하기를 원한다(즉, 전압 강하 없는 1x 모드). 그러나 배터리와 LED 사이에 놓이는 포지티브 차지 펌프로는 이러한 목표를 달성하는 것이 불가능하다. 이러한 구성은 전력 라인에 필요 없는 전압강하를 형성하여 LED에 더 낮은 구동 전압을 발생시킨다. 차지 펌프는 구동 전압이 부적절할 때마다 켜진다. 그 결과, 포지티브 차지 펌프는 더 높은 배터리 전압에서 동작을 시작하게 되므로 효율이 매우 떨어지게 된다. 1x 모드를 보다 오래 유지하면 배터리 수명이 연장된다. 그러나 경쟁제품의 경우 전압강하를 없애려면 입출력 사이의 포지티프 차지 펌프를 제거해야 하는데, 이는 이와 같은 구조로는 불가능한 작업이다.
모든 LED에 동일한 전압을 인가함으로써 더 많은 전력 손실 발생
경쟁 솔루션은 LED에 전압을 개별적으로 공급하지 않고, 모든 LED 출력을 모니터링하면서 LED 전류 중 어느 하나가 사전에 지정된 레벨 미만으로 떨어지면 포지티브 차지 펌프를 켠다. 만약 시스템에 LED 순방향 전압이 큰 것이 있으면, 가장 높은 LED Vf가 차지 펌프를 트리거하여 배터리 전압으로부터 부스트 업한다. 동시에 더 낮은 Vf를 갖는 LED에서는 대응하는 전류 레귤레이터가 과도한 전압과 전력을 방출한다. 결과적으로 Vf 부정합이 크고 LED의 수가 많을수록 전력 낭비가 더 크다. TV 폰, 스마트 폰, 멀티미디어 플레이어는 5개 이상의 LED를 사용하므로, 이러한 부정합 문제는 효율 손실을 악화시킨다.
네거티브 차지 펌프와 개별 LED 스위칭으로 효율 딜레마를 해결
MAX8647의 네거티브 차지 펌프 구조는 배터리에서 LED로 형성되는 인 라인 저항을 제거한다. 그 결과, 1x에서 1.5x의 모드 전환이 배터리 방전 동안 지연된다. 적응형 모드 전환 기술은 각 LED에 개별적으로 전력을 제공하고, 밝기를 제어하며, 레귤레이트한다. 이러한 결과로 LED 효율은 12% 향상된다. 적응형 모드 전환 기능이 내장된 MAX8647 네거티브 차지 펌프는 여러 중요한 장점을 제공하며 일단 효율이 12% 향상되어 배터리 수명이 연장된다. 이렇게 증가된 효율은 전력 소모의 많은 비중을 백라이트가 차지하는 휴대전화에 특히 중요하다. 시스템의 효율 향상은 더 긴 통화시간으로 이어지고, 더 작아진 배터리로 동일한 통화 시간을 구현할 수 있어 제조업체는 비용을 절감할 수 있다. 또 MAX8647는 기존 설계에서 많은 PCB 공간을 차지하는 인덕터 부스트 LED 드라이버를 대체할 수 있다.
최적화된 조명 관리
MAX8647의 애플리케이션은 복잡한 휴대용 기기는 물론 모든 디스플레이 백라이트와 일반 조명 관리로 확장된다. I2C 인터페이스가 각 LED를 제어하여 최대 32가지 휘도 레벨로 또는 RGB LED에서는 32,768 컬러로 멀티존, fun 조명 관리를 구현한다. 70μA의 낮은 무부하 전류 및 100μA(최소) 디밍 전류는 최소 전원이 필요한 상시 동작(always-on)은 TFT 디스플레이가 적절한 동작을 하도록 한다. ±1%의 높은 전류 정확도는 최소 배터리 전류를 소비하면서 각 LED가 요구하는 휘도를 제공한다. 또한 MAX8647은 열 경감(temperature derating) 및 과전압 보호 기능을 갖추고 있어 LED 수명을 연장한다. MAX8647의 자매품 MAX8648 네거티브 차지 펌프는 각 LED에 적응형 모드 전환 구조를 사용한다. MAX8648 제품군은 직렬 펄스 디밍 기능으로 LED 제어를 3개의 존으로 그룹핑하는 유일한 제품이다. MAX8647/8648은 초소형 16핀 TQFN(3mm x 3mm 풋프린트, 0.8mm 높이, 최대)로 제공되며, -40°C ~ +85°C의 넓은 온도 범위에서 동작한다. 설계 시간을 단축하기 위해 EV 킷(MAX8648 EV Kit)을 이용할 수 있다.
|