eFuse 사용을 통한 편의성 획득: eFuse에서 제공하는 여러 유용한 특징

기존의 온도 퓨즈에 대해 매우 분명하고 만족스러운 부분이 있습니다. 기존의 온도 퓨즈는 과전류 결함 조건이 발생할 경우 영구적으로 전류 흐름을 0으로 차단하는 한 가지 기능을 효율적이고 안정적으로 수행하며, 감시가 수행되는 동안 자동으로 작동하므로 신경쓸 일이 없습니다. 저항계를 통해 시각적으로 쉽게 확인할 수도 있습니다(그림 1).

그림 1: 일반적인 온도 퓨즈의 상태는 확인하기가 쉽습니다. 대부분 시각적으로 확인할 수 있지만, 그럴 수 없는 경우 단순하지만 분명한 연속성 테스트를 위해 저항계를 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Wololo.net)

다운스트림 구성 요소의 손상부터 화재 발생에 이르는 모두에 대한 첫 번째 또는 마지막 방어선으로 수십억 개의 수많은 퓨즈가 매일 사용되고 있습니다. 이러한 가융 링크 장치가 선호되는 이유는 우리가 원시 시대로 돌아갈 수 있는 링크를 제공하는, 가열 및 용융이라는 원시적 연결을 제공하기 때문일 수 있습니다. 또는 성능 저하 없이 손상으로부터 소스 또는 부하를 보호하는 이 장치의 특성 때문일 수도 있습니다.

어떤 이유이든, 현실은 시대가 변하고 기술이 발전하며 응용 제품이 변화한다는 것입니다. 그러므로 전형적 온도 퓨즈는 최신 설계의 요구 사항을 충족하는 데 필요한 모든 퓨즈 관련 기능 및 특징을 제공할 수 없습니다. 전자식 퓨즈(eFuse 또는 e-Fuse라고 함)는 전형적 온도 퓨즈에서는 불가능한 고유한 기능 덕분에 분기 회로 및 기능을 보호하는 데 큰 역할을 신속하게 수행합니다. 그러나 이를 사용하려면 대부분의 경우 설계자의 “사고방식” 융합에서의 전환이 필요합니다.

eFuse란?

온도 퓨즈와 eFuse 모두에 "퓨즈"라는 단어가 포함되어 있지만 그 작동 원리는 극적으로 다릅니다. 온도 퓨즈의 원리는 직접적입니다. 전류가 I²R 손실을 통해 가융 링크를 가열하고 전류가 과해지면 링크를 녹입니다. 이러한 용융 동작의 속도 및 전류 경로의 개방은 과도한 전류의 양과 이러한 전류의 지속 시간에 따라 달라집니다.

eFuse에서 부하에 대한 전류는 FET를 통과하며, 전용 전류 센서는 감지 저항기를 통해 전압을 모니터링하여 해당 전류를 측정합니다. 감지된 전압이 임계 제한을 초과할 경우 FET가 꺼지고 전류가 중지됩니다(FET 누설 전류의 경우는 예외임).

이러한 매우 다른 작동 원리로 인해, 온도 퓨즈와 eFuse의 특성도 매우 다릅니다. 응용 제품에 따라 eFuse 특성은 이점이 될 수도 단점이 될 수도 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 초고속 단락 보호: 초고속 단락 보호 기법은 온도 퓨즈에 비해 훨씬 빠른 밀리초 또는 마이크로초로 기본적인 퓨즈 역할을 제공합니다.
• 과전류 보호 값은 상당히 정확하며 eFuse에 따라 외부 저항기를 통해 사용자 설정되거나 공장에서 설정됩니다. 이는 전류와 시간의 조합에 의존적인 온도 퓨즈에 비해 더 정밀합니다.
• 기본적인 가융 링크 장치와 달리 표준 eFuse는 과부하가 진정된 후 전류를 자동으로 재설정합니다.
• eFuse는 또한 순간적인 전압 증가에 대해 출력을 고정시켜 과도 전압이 부하에 인가되지 않도록 방지할 수 있습니다.
• 일부 eFuse는 원하는 값에서 턴온 슬루율을 설정하는 추가된 외부 커패시터를 통해 유입 전류를 억제할 수 있습니다.

이러한 특징과 특성을 갖춘 eFuse는 핫스왑 컨트롤러 또는 자동차 분기 회로와 같은 응용 제품에 적합합니다. 이런 경우 잠재적으로 손상을 줄 수 있어 즉시 억제해야 하는 일시적인 전류 또는 전압 과도 스파이크가 있지만 과도 현상이 진정되면 전류가 재개될 수 있습니다.

기본 부품에서 자신만의 고유한 eFuse를 제작할 수 있습니다. 그러나 종종 그렇듯이 IC 버전은 더 작은 패키지에서 개선되고 일관된 성능을 제공하면서 DIY 개별 버전에서는 제공하기 어려운 기능을 추가합니다. 기본 eFuse에는 이론상으로는 단 몇 가지의 부품만 필요하지만 실제로 완전하고 기능이 더 뛰어난 eFuse 회로에는 다이오드 및 과도 전압 억제(TVS) 장치와 일부 저항 및 커패시터가 필요할 수도 있습니다.

예를 들어, 다음과 같은 여러 가지 방법으로 역전압 보호를 위한 일반적이고 매우 유용한 기능을 추가할 수 있습니다. 즉, 추가된 다이오드(원치 않는 순방향 다이오드 드롭 포함), P-MOSFET이 포함된 이상적인 다이오드 회로, 온도 퓨즈 및 TVS 다이오드를 사용할 수 있습니다(그림 2). 설계 문제가 더 적고 더 우수하며 완전하게 특성화된 성능을 갖춘 솔루션은 Texas Instruments의 TPS26620입니다. 이 장치 솔루션은 또한 크기가 3mm × 3mm에 불과하여 개별 버전보다 더 작습니다.

그림 2: 개별 eFuse는 a) 다이오드, (b) P-MOSFET, (c) 온도 퓨즈 및 TVS 다이오드 또는 (d) TPS26620 eFuse를 사용하는 다양한 방법으로 구현할 수 있습니다. (이미지 출처: Texas Instruments)

DIY eFuse 경로로 전환할 때 매우 신중해야 하는 또 다른 강력한 이유는 공식적인 인증입니다. 모든 온도 퓨즈는 보호에 대한 규제적 표준을 충족하므로 제품 승인이 쉽습니다. 그러나 자체 구성된 eFuse는 본질적으로 이러한 요구 사항을 충족하지 못합니다. 여기에는 연면거리 및 공간거리(전압의 함수)를 포함하되 이에 국한되지 않습니다. 결과적으로 반드시 독립적으로 승인되어야 합니다. 이러한 승인은 인증된 많은 eFuse 중 하나를 사용하여 회피할 수 있는 주요 약속이자 노력입니다. 예를 들어, 최근 발표된 Toshiba Semiconductor and Storage Corp.의 TCKE805NL 5A eFuse는 정보 및 통신 기술(ICT) 및 오디오/비디오 장비에 대한 상당히 새로운 위험 기반 제품 안전 표준인 IEC62368-1 인증을 획득했습니다(그림 3).

그림 3: Toshiba TCKE805NL은 ICT 및 AV 장비를 위한 상대적으로 새로운 IEC62368-1 위험 기반 제품 안전 표준을 충족합니다. (이미지 출처: Toshiba Semiconductor and Storage)

결론

현실적으로, 광범위하게 사용되는 온도 링크 퓨즈를 eFuse로 대체할 수 있을 것 같지는 않습니다. 실제로, 각 유형마다 고유한 기능과 이점이 있으며 최신 회로 및 시스템 설계에서 분명한 역할이 있습니다. 여러 설계자에게 최적의 옵션은 둘 모두를 사용하는 것입니다. eFuse는 국소적으로 사용하고 온도 퓨즈는 전류 레벨과 전압이 더 높으며 과도 전류로 인한 회로 또는 안전 위험이 있는 더 큰 규모의 시스템 기능을 위한 보조 장치로 사용될 수 있습니다.

그러나 eFuse만 사용하거나 온도 퓨즈와 함께 사용하려면 퓨즈 옵션을 고려할 때 사고방식의 변화가 필요합니다. 두 퓨즈 유형의 전류 제한 값에 대한 기본 사양을 벗어나, eFuse를 평가하기 위한 파라미터는 온도 퓨즈에 대한 파라미터와 상당히 다르며 해당 맥락에서 판단해야 합니다. 온도 퓨즈와 eFuse를 함께 사용하면 기능, 특징, 유연성 및 확실성이 매우 효과적으로 결합됩니다.

추가 참조 자료:

새로운 IEC/UL IEC-62368 소비자 가전 제품 안전 규정을 준수해야 하는 전원 공급 장치

https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2019/dec/the-right-power-supply-to-meet-the-new-iec-ul-iec-62368-safety-mandate

“퓨즈 튜토리얼”

https://www.digikey.com/en/articles/fuse-tutorial

외부 참고 자료

Texas Instruments, SLVA862A, “Basics of eFuses”

http://www.ti.com/lit/pdf/slva862

Texas Instruments, “eFuse and hot swap controllers”

http://www.ti.com/power-management/power-switches/efuse-hotswap-controllers/overview.html

CUI Devices, “IEC 62368-1: An Introduction to the New Safety Standard for ICT and AV Equipment”

https://www.cui.com/catalog/resource/iec-62368-1-an-introduction-to-the-new-safety-standard-for-ict-and-av-equipment.pdf

TUV, “What You Need to Know about IEC 62368-1”

https://insights.tuv.com/blog/what-you-need-to-know-about-iec62368-1

Optimum Design Associates, “Clearance and Creepage Rules for PCB Assembly”

http://blog.optimumdesign.com/clearance-and-creepage-rules-for-pcb-assembly