[Murata Product] Murata PAC(Polymer Aluminum Capacitor) : ECAS Series 심화 ③

<Murata의 ECAS 시리즈 유튜브 영상>

 

지난 시간에 이어서 이번에는 Murata PAC가 다양한 어플리케이션에 어떻게 사용되는지, 그 예시에 대해 소개하도록 하겠습니다.

 

① Panel

-   Panel의 시장 동향 및 과제

디지털 트랜스포메이션(DX)의 진행과 원격 근무의 증가에 따라 디스플레이 등에 사용되는 패널 시장은 호황을 누리고 있지만 새로운 기술에 의한 대체 또한 기대가 되고 있습니다. 이러한 상황에서 특히 게임 어플리케이션 및 다른 고사양 디스플레이에서 더욱 높은 화질 및 고속 영상 디스플레이 기능이 요구되고 있습니다.

 

이러한 고해상도 및 주사율(Refresh Rate) 특성을 향상하기 위해서는 신호 처리 회로의 발전이 요구되고 있으며, 이에 따라 전력 공급 회로에서 높은 전류를 필요로 하고 잇습니다. 따라서 보다 엄격한 전력 공급 노이즈 억제 및 안정한 전압 변동 설계가 요구되고 있습니다.

 

-   회로에서의 사용 예시

 

 

② Network Camera (IP Camera / Internet protocol Camera)

-   Network Camera의 시장 동향 및 과제

올림픽과 같은 글로벌 행사나 도시개발 등으로 IP 카메라의 수요가 확대됨에 따라 기존 아날로그 카메라에서 IP 카메라로 전환하는 추세입니다. 또한 기존에는 단순 기기 판매에 그쳤다면 현재는 솔루션 사업으로의 비즈니스 모델 발전을 모색하고 있으며, 고해상도, 이미지 인식, AI를 활용한 솔루션 시장으로의 시장 확대가 기대되고 있습니다.

이러한 고해상도와 이미지 인식 및 AI 기술을 도입하기 위해서는 신호 처리 회로의 높은 성능이 필수적으로 요구되고 있습니다. 따라서 더욱 큰 전류를 사용하는 전원 공급 회로는 더욱 엄격한 노이즈 감소 및 안정한 전압 변동 설계가 요구되고 있는 추세입니다.

-   회로에서의 사용 예시

 

③ IoT(UWB)

 

-   IoT(UWB)의 시장 동향 및 과제

클라우드 서비스의 도입이 증가함에 따라 IoT 기기가 보편화되고 있습니다. IoT 기술 중에서도 UWB 무선통신 기술의 통신 방식이 가장 보편화되고 있으며, UWB 무선통신 기술은 스마트 태그, 스마트 키 등의 복합 소형 기기에 활용되어 분실물 보호를 목적으로 사용되고 있습니다.

UWB 무선 통신은 정밀한 위치 측정 및 안전한 통신을 가능하게 하는 기술로서, 향후 더욱 광범위한 분야에서 사용될 것으로 예상되고 있습니다. 하지만 UWB 무선 통신 기술은 데이터 송수신에 수반되는 통신 부하로 인해 제한된 공간에서도 충분한 전력을 공급할 수 있는 전력 공급 장치가 필요합니다. 또한 UWB 무선 통신 기술의 활용에 따른 문제점 중 하나는 피크 출력을 수용할 수 있는 배터리의 부족입니다. 데이터 송수신에 피크 전력 출력이 필요한 한편, 이러한 피크 전력 출력을 수용할 장치의 전력 공급 장치를 설계하는 것 또한 장치가 너무 커지고 비용이 너무 높아지는 등의 문제점이 있습니다.

 

피크 전력 출력을 수용할 수 있도록 설계하면 전원 공급 장치의 크기가 증가

 

또 다른 문제점으로는 코인 배터리와 같은 소형 배터리로는 최대 출력을 내기 어렵다는 것이 있습니다.

 

전력 공급 배터리 크기의 소형화가 우선시되는 경우, 피크 전력 출력을 낼 수 없음 

따라서 이러한 문제에 대한 해결책은 배터리와 함께 ECAS 시리즈 커패시터를 사용하여 배터리에 전원 보조 기능을 제공하는 것입니다.

 

-   회로에서의 사용 예시

전원 공급 장치의 크기를 변경할 필요 없이 피크 전력 출력을 위한 전원 지원 가능

 

-   ECAS Series를 사용함으로써 얻을 수 있는 이점

코인 건전지 사용시 배터리 수명 연장 (CR2032)

평가 보드를 이용하여 UWB 통신(송신부 4개, 수신부 2개, 최대 피크 전류 130mA) 시 배터리 전압을 평가하였으며, 전압이 1.4V 이하로 떨어지면 통신 동작이 중단됩니다.

이때 ECAS Series를 함께 사용하게 되면 통신 중 피크 전류가 억제되므로 전압 강하를 최소화할 수 있습니다.

 

<배터리만 사용 (커패시터 X)>

<배터리 + ECAS_100nF>

 

통신 중 전압 강하를 최소화할 수 있고, 80%의 배터리 이용률(DoD)로 통신이 가능하며(60%에서 개선), 배터리 수명을 약 1.3배 연장할 수 있습니다.

 

④ SSD

 

SSD(Solid State Drive)는 HDD(Hard Disk Drive)에 비해 데이터 처리 속도가 빠르고 디자인 설계의 자유도가 높으며, 소형화와 경량화가 가능하다는 장점으로 인해서 최근 HDD를 대체하고 있습니다. SSD의 도입은 노트북 PC에서부터 점차 시작되었으며, 최근에는 데이터 센터/서버 및 기타 고사양 장비용 애플리케이션에 산업용 SSD의 사용이 확산되고 있습니다. 또한 대용량 데이터를 고속으로 처리해야 하는 애플리케이션(비디오 스트리밍 등)에 대한 수요도 증가하고 있습니다.

산업용 SSD는 고속 캐시 메모리로 DRAM 휘발성 메모리를 사용하기 때문에 공급이 차단된 경우 커패시터에 충전된 전원을 이용해서 이를 보상하는 PLP(Power Loss Protection) 보호 기능을 탑재하고 있습니다. PLP는 정전과 같이 예기치 않게 전원 공급이 중단된 경우 데이터와 메모리를 보호하는 기능을 하는 백업 회로입니다.

Murata의 ECAS Series는 DC 바이어스가 없는 대용량 커패시터이기 때문에 부품 수를 줄일 수 있으며, 신뢰성이 높고 수명이 길기 때문에 안정적인 용량 특성을 나타낼 수 있습니다.

 

-   회로에서의 사용 예시

아래 그림과 같이 회로에 SSD를 사용할 수 있는데, 일시적으로 전원 공급이 차단된 경우, 커패시터에 충전된 전원을 사용해서 이를 보상하는 PLP(Power Loss Protection) 보호 기능으로서 수행할 수 있습니다.

DRAM은 휘발성 메모리이기 때문에 일정한 전력 공급이 필요한데, 이는 커패시터로 전원을 백업할 필요가 있다는 것을 의미합니다.

 

-   ECAS Series를 사용함으로써 얻을 수 있는 이점

용량 안정성

ECAS Series는 오랜 시간이 지나도 안정적인 용량으로 사용할 수 있습니다.

아래의 그림에서 100mJ가 필요한 경우 Ta Cap은 14개를 사용해야 하는데, ECAS Series는 10개만 사용해도 동등한 수명과 성능을 가질 수 있습니다. 또한 ECAS Series는 미리 수명을 추정할 수 있기 때문에 부품 수를 늘릴 필요 없이 사용할 수 있습니다. 추가로 커패시터 자체의 재료 차이로 인해서 장기간에 걸쳐서 용량 감소에 차이가 발생할 수 있는데, 이때 ECAS Series가 Ta Cap보다 더 안정적인 특성을 나타냅니다.

*1개의 커패시터에서 공급 가능한 에너지(온도 85°C의 환경에서 5년간 사용한다고 가정)

 

시간이 지날수록 용량이 감소하는 것에 대한 제품의 EoL(End of Life)을 고려해서, 설계할 때, 부품의 수를 결정해야 합니다.

* 100mJ의 에너지를 공급하는 데 필요한 커패시터 수(온도 85°C의 환경에서 5년간 사용한다고 가정)

 

⑤ USB

최근 USB에서는 Type C USB가 국제 표준이 되고 있습니다. 기존 표준에서는 USB2.0의 경우 최대 2.5W(5V/500mA), USB 3.0(3.2 Gen1)의 경우 최대 4.5W(5V/900mA), USB BC 1.2의 경우 최대 7.5W(5V/1500mA)만 공급할 수 있으며, 스마트폰 등 소형 디지털 장비에만 전원을 공급할 수 있게 되었습니다. 하지만 USB PD(Power Delivery) 표준이 도입됨에 따라서 노트북 PC와 같이 소비 전력이 큰 대형 디지털 장비에도 전원을 공급할 수 있게 되었습니다.

USB PD는 USB Type-C 단자를 지원하는 USB 케이블 1개로 최대 100W(20V/5A)의 대용량 전력을 공급할 수 있으며, 최신 USB PD 규격은 최대 100W에서 최대 240W(48V/5A)로 상향 조정되었습니다. 이 USB 규격은 커넥터 타입이 통일되어 어댑터를 교체할 필요가 없어 빠른 충전이 가능합니다. 향후에는 더욱 다양한 적용이 가능할 것으로 예상됩니다.

이러한 기술 변화에 따라 일시적인 서지 전류 및 노이즈 억제를 위해 고용량 커패시터가 필요합니다. 또한 노트북 PC와 같이 얇은 두께의 기기에 연결해야 하기 때문에 크기가 작으면서 높이가 낮은 부품이 필요합니다. 한편 대용량 MLCC에서는 대용량 캐패시터에서는 소음 문제가 강하게 드러나고 있기 때문에 이러한 소음을 방지할 수 있는 부품의 필요성도 커지고 있습니다.

 

-   USB PD에 사용되는 커패시터에 요구되는 기능

1) 노트북 PC와 같은 더 얇은 기기에 연결하기 위해 소음을 방지하고 크기가 작고 높이가 낮은 커패시터

2) 일시적인 서지 전류 및 노이즈 억제를 위해 전원 공급 라인에 사용되는 고용량 커패시터

 

-   회로에서의 사용 예시

USB 표준에서는 전원이 켜져 있는 동안 USB PD가 삽입 및 제거되는 것으로 가정하고 있기 때문에 일시적인 서지 전류 및 노이즈 억제를 위해 전원 라인에 고용량 커패시터가 필요할 것으로 생각합니다.

또한, 디바이스 크기의 제한으로 인해, 작고, 높이가 낮은 부품에 대한 요구가 있습니다.

 

이전 ECAS Series 심화 게시글은 아래의 링크에서 확인해주세요! :) 

다음 시간에도 더욱 유익한 테크지식으로 돌아오도록 하겠습니다! 

 

Murata PAC(Polymer Aluminum Capacitor) : ECAS Series 심화 ①

[Murata Product] Murata PAC(Polymer Aluminum Capacitor) : ECAS Series 심화 ①

Murata PAC(Polymer Aluminum Capacitor) : ECAS Series 심화 ②

 

[Murata Product] Murata PAC(Polymer Aluminum Capacitor) : ECAS Series 심화 ②

 

 

 

※그림 및 영상 출처 : 무라타 웹사이트 

 

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<About Murata>

 

Murata Manufacturing Co., Ltd.는 무라타 제작소는 세라믹을 기반으로 전자부품의 개발・생산・판매를 하고 있으며 세계적인 통합전자부품 기업입니다. 독자적인 개발 및 재료 개발, 프로세스 개발, 상품 설계, 생산 기술들을 서포트하는 소프트웨어나 분석 · 평가등의 기술 기반으로 독창적인 제품을 창출해 일렉트로닉스 사회의 발전에 기여해 갈 것입니다.