이번에 새로 개발한 변환기는 낮은 맥동의 상(相)을 신속하게 추가·폐기하는 구조에 크게 힘입어 경부하 상태에서는 전력 소모를 58% 이상 감소시키고 중부하 상태에서는 24% 이상 감소시킨다.
도시바는 미국 캘리포니아 주 샌프란시스코에서 10일 열린 2014년 IEEE(국제전기전자기술자협회)의 국제 반도체회로 학술회의(ISSCC)에서 이 신제품을 발표했다.
현재 사용되고 있는 프로세서는 다중 코어 디자인을 활용하기 때문에 다양한 전류 프로필을 갖고 있으며 광범위한 부하전류에서 효율성이 높은 직류-직류 변환기를 필요로 하고 있다. 이는 상(相)이라고 불리는 몇 개의 병렬 구조단위를 통해 전류를 전달하는 다상(多相)의 아키텍처를 이용해 구현했으며 부하 상태에 따라 활성상(相)의 수를 조정해 변환기의 효율성을 최적화한다.
하지만 상(相)을 추가하거나 폐기하면 출력전압에 커다란 맥동이 생겨서 변환기 내의 전류가 갑자기 급증한다. 이 때문에 기존의 상(相) 추가·폐기 기법은 맥동에 대응하기 위해 용량이 1000μF 이상 되는 축전기를 탑재한 데스크톱PC와 같은 기기에만 적용이 가능하다.
이번에 도시바는 축전기를 93% 이상 감소시켜서 모바일 기기에 적용할 수 있는 새로운 상(相) 추가·폐기 기법을 개발했다. 이는 10mV 이하의 맥동 전압으로 상(相)을 스위칭 주기만큼 빠른 속도로 순조롭게 추가·폐기함으로써 실현됐다.
아키텍처는 주류 아날로그 제어 대신 디지털 제어를 바탕으로 구성했으며 핵심 개념은 변환이 이뤄지는 동안에 전류가 균형을 유지하도록 하는데 주안점을 뒀다. 하지만 디지털 제어를 실현하려면 시스템의 전력 소모를 39% 증가시키는 아날로그-디지털 변환기가 필요하다.
도시바가 새로 개발한 하이브리드 제어구조는 아날로그-디지털 변환 하드웨어를 추가하는 대신 시스템 내에서 기존 비교 회로(comparator)와 디지털-아날로그 변환기가 시분할해 아날로그를 디지털로 변환시킴으로써 이러한 전력 소모를 90% 이상 감소시킨다.
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