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항공우주 및 방위산업용 전력에 대한 FAQ

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인터뷰/Matt Renola, Sr. Director Global Sales Aerospace and Defense

1981년 설립된 미국 반도체 기업 바이코는 항공, 지상 및 선박용 전력 애플리케이션에 오랜 시간 솔루션을 제공해왔다. 

바이코의 고성능 MIL-COTS 전력 모듈은 고밀도, 고효율을 자랑하는데 이는 30여년간 주요 시장인 항공우주 및 방위산업 시장에 

전념하여 축적해 온 역량을 바탕으로 한 신뢰성 있고 견고한 설계에서 비롯된다. 바이코는 해당 지식 기반을 통해 고객의 전력 설계 과정에 부합하는 가이드 및 인사이트를 아래와 같이 제공하였다. 

군용 지상 차량의 전력 요구 사항 충족을 위한 도전 과제는?

군용 지상 차량을 설계할 때는 다양한 문제를 염두하여 전력 요구사항을 충족시켜야 한다. 전력공급장치는 거친 지형에서 수반되는 충격 및 진동을 감당할 수 있어야 하며 먼지, 습기 또는 모래가 많은 상황에서의 조건도 고려해야 한다. 차량 시동 중의 크랭킹 전압은 엄청난 양의 전류를 끌어오고 이로 인해 입력전압이 낮아진다. 차량 내 주요 전자 장비의 경우, 시동시 이러한 상황에 영향을 받는지 여부도 고려해야 한다. 바이코는 군용 지상 차량 설계를 지원해 온 오랜 역사가 있기에 고객에게 표준 MIL-STD-1275 규격을 충족하는 다양한 제품을 제공할 수 있는데, 여기서 말하는 MIL-STD-1275 전력 공급 표준에는 엔지니어가 전력공급장치를 설계할 때 고려해야 하는 모든 조건이 규정되어 있다. 군용 차량은 전자 시스템을 작동하기 위해 공칭 28VDC 모선 전압을 분배한다. MIL-STD-1275에 따르면 지상 차량 전력공급장치는 1msec에 50μs 동안 발생하는 ±250VDC까지의 과도 스파이크를 처리할 수 있어야 한다. 50msec 동안 100VDC까지 발생하는 과도 스파이크에 대한 차량 서지(surge)는 조정된 출력에 영향을 주지 않고 충족되어야 한다.

이러한 군용 차량 요구사항을 충족하기 위해 바이코의 어떤 솔루션이 필요한가?

바이코의 28V DCM™ DC-DC 컨버터 모듈은 입력 범위가 9 - 50VDC이므로 고객의 주요 전자적 필요에 맞춰진 출력 조절에 영향을 미치지 않으며, 낮은 크랭킹 전압 및 50VDC까지의 서지를 해결할 수 있다. 또한 바이코는 MIL-STD-1275A/B/D/E 조건을 충족하기 위한 MFM™ DCM 필터도 제공한다. 이러한 DC 프런트 엔드 모듈은 바이코 28V 공칭 입력 전압 VIA™ 또는 ChiP™ 모듈과 함께 사용할 경우 EMI 필터링 및 과도현상 방지를 제공한다.

보드 장착 설계에 경험이 없어 턴키 전력 솔루션이 필요한 고객에게 바이코는 어떤 솔루션으로 도움을 줄 수 있는가? 

바이코는 사양에 맞게 제작하거나 시스템 설계를 반영한 제작을 지원하는 설계 센터를 두고 있다. 해당 센터에서는 고객의 작업명세서(SOW)를 기반으로 솔루션을 맞춤 제작할 수 있다. 이미 설계된 바이코의 고급 엔지니어링 구성요소를 선택한다면 완전한 턴키 솔루션 제공을 신속히 받아볼 수 있다. 바이코는 고객의 필수적인 요구에 맞는 설계로 고객을 도울 수 있는 다년간의 경험과 설계 엔지니어 및 응용 전문지식을 보유하고 있다.

바이코는 내부 테스트 기능을 보유하고 있는가?

모든 모듈은 출하 전에 바이코의 고품질 및 성능 표준을 준수하는지 확인하고 조기 수명 상실을 제거하기 위해 광범위한 생산 후 환경 스트레스 심사(ESS, environmental stress screening)를 실시한다. 모듈의 고장 예방을 위한 가장 효과적인 루틴을 보장하기 위해 바이코는 자체의 ESS 프로그램을 지속해서 평가하고 새로운 데이터가 사용할 수 있게 되거나 제품 개선이 이루어질 때 적절한 변경을 수행한다. 번인(burn-in) 및 온도 사이클 시험 후 각 모듈은 지정된 온도 범위에 대한 최종 전기적 테스트를 거친다.

방위 애플리케이션에 대한 입력 전압 요구가 매우 넓은 경우, 이 요구에 부응하도록 복수의 컨버터를 사용할 수 있을까?

넓은 입력 범위의 DC-DC 컨버터 하나로 성능 및 비용을 감당하기 어려운 경우, 입력 전압 범위가 겹치는 DC-DC 컨버터를 2개 이상 결합하는 것은 효과적인 대안이 될 수 있다. 넓지는 않지만 상호 보완적인 입력 전압 범위의 DC-DC 컨버터를 결합하면 대개 더 높은 효율과 더 높은 전력 밀도로 작동하여 전체 설계가 더 작아질 수 있으며 단일 컨버터 솔루션보다 효율은 더 높아지고 비용은 감소한다. 극히 넓은 전압 입력 범위가 요구되는 용도에서 단일 DC-DC 컨버터를 사용하면 전력 시스템 설계자는 시스템 비용이 오히려 증가하는 데도 사용할 수 있는 전력, 밀도 및 시스템의 대폭 감소를 감수할 수밖에 없다. 효율성, 전력 밀도, 사용 편의성이 뛰어나고 다양한 바이코 DCM DC-DC 컨버터를 이용하면 더 작고 효율적이며 비용까지 절감할 가능성이 있는 군용 솔루션을 만들 수 있다.

바이코 모듈로 MIL810 표준을 충족하기 위한 고려사항은 무엇인가?

전력 처리 및 공급 성능을 개선하는 개량형 패키징의 한 예로 바이코의 Converter housed in Package™(약칭 ChiP) 기술이 있다. ChiP 기반 장치는 중앙 PCB 양면에 방열 소자를 배치하는 대칭적 구성을 이용한다. 열전도가 잘 되는 몰딩 재료(encap-sulant)가 상하 표면에 모두 열을 전도하므로 장치의 PCB 점유 면적에 비해 쿨링 표면적이 2배가 되는 셈이다. 해당 캡슐 재료 덕분에 모듈이 충격 및 진동 표준을 충족할 수 있다.

모듈을 PCB에 장착할 때 설계자는 모듈을 시스템의 일부로 생각해야 한다. 일반적으로 시스템은 충격 및 진동 표준을 충족하기 위해 절연체(standoff) 및 기타 기구를 사용한다.

구체적으로 바이코의 솔루션이 가장 적합한 애플리케이션은 무엇인가?

바이코의 제품은 초소형이고 내열성이 뛰어난 패키징을 이용하여 설계했으므로 대부분 감시, 통신, 레이더 및 펄스 형 부하를 포함한 많은 군사 용도에 이상적으로 적합하다. 바이코는 입력 범위 270VDC, 28VDC 및 48VDC의 제품을 보유하고 있다. 전력 모듈 설계 접근법은 잘못된 용량, 배치 및 사용자 기능 요구로 인해 제기되는 난제를 쉽게 해결한다. 바이코는 고객의 전력 분배 네트워크를 최적화하기에 적절한 제품을 선택할 수 있도록 파워 시스템 디자이너(Power System Designer)라는 온라인 도구를 지원한다.

설계 엔지니어가 직접 개발한 바이코 솔루션의 테스트를 원할 경우, 바이코가 제공하는 시뮬레이션 또는 지원 프로그램이 있는가?

바이코는 열 관리 및 구성요소 계산기를 사용하여 중요한 시뮬레이션 및 지원용 온라인 도구를 제공한다. 데모 보드 또한 제공하며 필요한 경우 당사 엔지니어가 함께 설계 검토할 수 있게 지원한다.

바이코의 기존 브릭 전원공급장치(brick power supply)와 새 개량형 전력 모듈 제품 간의 차이점은 무엇인가?

브릭 패키징 기술은 이미 많이 발전했고 동시에 브릭 폼 팩터(form factor)는 단순성 면에서 여전히 나름의 역할을 하고 있지만 업계는 단면 쿨링만으로 달성할 수 있는 것보다 훨씬 더 전력 밀도가 높은 전력 관리 장치가 필요한 방향으로 성장해 왔다.

전력 처리 및 공급 성능을 개선하는 개량형 패키징의 한 예로 바이코의 Converter housed in Package™(약칭 ChiP) 기술이 있다. ChiP 기반 장치는 중앙 PCB 양면에 방열 소자를 배치하는 대칭적 구성을 이용한다. 열전도가 잘 되는 몰딩 재료가 상하 표면에 모두 열을 전도하므로 장치의 PCB 점유 면적에 비해 쿨링 표면적이 2배가 되는 셈이다.

브릭 방식에서 새 개량형 전력 모듈로 업그레이드하는 것이 간단한가?

바이코는 제품 설계, 제조, 시뮬레이션 및 선택 도구 전체를 포괄하는 전력 모듈 능력을 확립해 왔다. 이를 통해 바이코는 전력 시스템 설계자가 전력에서 방위 및 항공우주, LED 조명 등 다양한 산업에 걸쳐 확장하는 최종 시스템용 부하단(PoL, point-of-load)까지 고성능 전력 분배 네트워크(PDN, power delivery network)을 빠르고 쉽게 배포할 수 있도록 지원할 수 있다.

이 모듈형 전력 구성요소 접근법은 전력 산업에서 전력 시스템 점유 면적 감소, 고효율 및 제품 출시 기간 단축 등 다른 전력 시스템의 이점도 제공하는 방법론과 함께 최신 고성능 최종 시스템의 증가하는 전력 요구를 해결하는 새로운 표준으로 자리 잡을 것이다.

최신 전력 모듈을 사용하는데 설계상 제한이 있는가?

전력 분배 네트워크는 현재 많은 산업의 많은 최종 시스템 내에서 급격하게 변화하고 있다. 이처럼 다양한 시스템에 대한 전력 요구는 서로 매우 다양한 영향을 미치기 때문에 모듈형 전력 구성요소 방법론을 채택하기 위한 최대 유연성을 지원하는 광범위한 모듈 포트폴리오가 요구된다. 바이코가 제공하는 모듈형 전력 솔루션의 범위는 다음을 포함한다.
• AC-DC 및 DC-DC 모듈
• 50W에서 50kW 이상까지의 전력 레벨
• 수 암페어에서 1,000A 이상까지의 전류
• 1V 미만에서 1,000V 이상까지의 전압
• 절연형 및 비절연형 컨버터와 레귤레이터
• Regulated 컨버터 및 Fixed ratio 컨버터
• 보드 장착, 섀시 장착 및 표면 실장 전력 모듈 패키지

상기 솔루션에 더하여 원격 측정, 보상 및 프로그래밍 가능성, 그리고 요구될 수 있는 산업/안전 인증 등 다양한 통제 기능도 있다.

바이코는 VITA, VPX 및 SOSA와 같은 개방형 아키텍처 플랫폼을 지원하는 제품을 보유하고 있는가?

바이코는 DC-DC 컨버터 기술과 모듈형 빌딩 블록의 이점을 활용하여 온도, 충격 및 진동 조건이 열악할 수 있는 초소형 외함과 공간의 제약을 받는 항공 및 차량 환경을 위한 다양한 표준 및 수정된 표준 VPX 전력 시스템을 제공한다. SOSA에 적합한 모델과 함께 VITA 62 표준을 준수하는 3U 및 6U 모델을 공급할 수 있다. 전류 제품은 3상 AC in, 270VIN 및 28VIN을 공급할 수 있으며 2VDC ~ 48VDC 전압의 사용자 구성 가능 출력을 1개에서 6개까지 제공할 수 있다. 넓은 출력 트리밍/프로그래밍, 전류 제한, 원격 감지, 역극성 방지, 로직 활성화/비활성화와 같은 표준 기능도 사용할 수 있다. 해당 제품은 MIL-STD-810F 환경, MIL-STD-461E EMI, MIL-STD-1275A B/D, MIL-STD-704D/E/F 과도현상 준수 및 MIL-STD-1399A, MIL-STD-901D에 따른 충격 및 진동 등에 대한 관련 표준을 충족한다.

leekh@seminet.co.kr
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