자동차 에 전원 이중 화 를 달성 하 기 위한 12 V / 12 V 듀얼 배터리 양방향 DC - DC 컨트롤러 
 글 / Bruce Haug , 제품 마케팅 엔지니어 , Analog Devices , Inc . 
 자율 주행 차 혁신 이 박차 를 가하 면서 빨라 지 고 있 다 . 자동차 회사 들 이 Google 이나 Uber 같 은 테크 기업 뿐 만 아니 라 유망 한 스타트업 들 과 손잡 고 미래 에 스마트 시티 의 틀 을 형성 할 차세대 자율 자동차 를 개발 하 고 있 다 . 이 를 위해서 머신 러닝 , IoT , 클라우드 같 은 첨단 기술 을 활용 하 고 있 다 . 
 자율 자동차 는 산업 의 재편 을 가속 화 할 것 이 다 . Uber 나 Lyft 같 은 차량 공유 서비스 가 인기 를 끌 면서 이러 한 움직임 이 이미 싹트 고 있 다는 것 을 알 수 있 다 . 지능 적 인 무인 자동차 가 미래 의 교통 을 담당 할 날 이 다가올 것 이 다 . 
 모든 자율 주행 차 는 센서 , 카메라 , 레이더 , 고 성능 GPS , 라이다 ( light detection and ranging ) , 인공 지능 ( AI ) , 머신 러닝 같 은 것 들 을 결합 해서 자율 성 을 달성 한다 . 보안 적 이 고 확장 이 용이 한 IoT , 데이터 관리 , 클라우드 솔루션 또한 중요 한 요소 이 다 . 센서 데이터 를 수집 하 고 , 관리 하 고 , 분석 할 수 있 는 토대 를 제공 하 기 때문 이 다 . 
 커 넥 티 드 자동차 는 환경 이점 에서부터 안전 성 을 향상 시키 는 것 에 이르 기 까지 여러 측면 에서 근본 적 인 변화 를 가져올 것 이 다 . 도로 상 에 차 들 이 줄어듦 으로써 온실가스 배출 을 줄이 고 , 이것 은 에너지 소비 를 낮추 고 공기 질 을 좋 게 하 는 것 으로 이어질 것 이 다 . 
 자율 주행 차 와 지능 적 인 도로 시스템 을 위해서 는 엔드 포인트 텔레 메트리 , 스마트 소프트웨어 , 클라우드 가 중요 하 다 . 차량 이 차선 을 유지 하 고 목적지 까지 안 전하 게 운행 하 기 위해서 는 자율 자동차 에서 온 보드 카메라 와 센서 들 을 사용 해 대량 의 데이터 를 수집 하 고 실시간 으로 처리 해야 한다 . 
 그러 기 위해서 는 클라우드 기반 네트 워킹 과 커 넥 티비 티 가 또 다른 중요 한 요소 이 다 . 자율 자동차 에서 머신 - 대 - 머신 통신 을 가능 하 게 함 으로써 도로 상 의 다른 자동차 들 과 통신 해서 기상 상황 이나 도로 상황 에 따라서 대처 할 수 있 다 . 자율 주행 차 가 변화 하 는 상황 에 따라서 스스로 민첩 하 게 대처 하 기 위해서 는 첨단 알고리즘 과 딥 러닝 시스템 이 중요 한 역할 을 한다 . 
 클라우드 컴퓨팅 인프라 의 확장 성 과 지능 적 인 데이터 관리 와 더불 어서 , 전원 장치 같 은 시스템 들 의 중복 성 을 구축 하 는 것 또한 필요 하 다 . LTC 3871 같이 기존 에 출시 된 이중화 배터리 솔루션 은 48 V 리튬 이온 과 12 V 납축전지 같이 전압 정격 이 다른 2 개 배터리 를 사용 하 는 경우 를 위한 것 이 다 . 하지만 대부분 의 솔루션 이 2 개 12 V , 24 V , 48 V 배터리 같이 동일 한 전압 의 배터리 들 에 사용 하 기 위한 것 이 아니 다 . 지금 까지 는 그랬 다 . 
 그러므로 2 개 12 V 배터리 사이 에 사용 할 수 있 는 양방향 벅 - 부스트 dc - dc 컨버터 가 절실 하 게 요구 되 고 있 는 실정 이 다 . 이러 한 dc - dc 컨버터 를 사용 해서 양쪽 의 어느 한 배터리 를 충전 할 수 있 고 양쪽 배터리 가 동일 한 부하 로 전류 를 공급 할 수 있 다 . 또한 배터리 중 의 어느 하나 로 고장 이 발생 되 면 이 고장 을 감지 하 고 다른 배터리 로부터 차단 시킬 수 있 다 . 그러면 다른 배터리 가 중단 없이 부하 로 계속 해서 전력 을 공급 할 수 있 다 . Analog Devices 가 새롭 게 출시 한 LT 8708 양방향 dc - dc 컨트롤러 가 바로 이러 한 요구 를 충족 하 는 제품 으로서 , LT 8708 컨트롤러 를 사용 해서 전압 이 동일 한 2 개 배터리 를 연결 할 수 있 다 . 
 단일 의 양방향 IC 솔루션 
 LT 8708 은 98 % 효율 양방향 벅 - 부스트 스위칭 레 귤 레이터 컨트롤러 로서 , 전압 이 동일 한 2 개 배터리 사이 에 사용 할 수 있 으며 자율 주행 차 에서 이중화 를 달성 하 고자 할 때 사용 하 기 에 적합 하 다 . 출력 전압 보다 높 거나 , 낮 거나 , 같 은 입력 전압 을 사용 해서 동작 할 수 있 으므로 , 전기차 와 하이브리드 차 에 흔히 사용 되 는 2 개 12 V , 24 V , 48 V 배터리 에 사용 하 기 에 잘 맞 는다 . 2 개 배터리 사이 에서 작동 하 면서 어느 한 쪽 배터리 에 고장 이 발생 되 었 을 때 시스템 셧다운 을 방지 한다 . 이 디바이스 는 48 V / 12 V 및 48 V / 24 V 듀얼 배터리 시스템 에 도 사용 할 수 있 다 . 
 LT 8708 은 단일 인덕 터 를 사용 하 며 , 2 . 8 V ~ 80 V 입력 전압 범위 로 동작 하 고 1 . 3 V ~ 80 V 의 출력 전압 을 제공 한다 . 외부 부품 선택 과 위상 수 에 따라서 수 킬로와트 에 이르 는 전력 을 제공 할 수 있 다 . 순방향 과 역방향 모두 로 VOUT , VIN , IOUT , IIN 을 제어 해야 하 는 배터리 / 커패시터 백업 시스템 으로 양방향 전원 변환 을 간소 화 한다 . 6 가지 의 개별 레귤레이션 이 가능 하 므로 다양 한 애플리케이션 을 충족 할 수 있 다 . 
 LT 8708 과 병렬 로 LT 8708 - 1 을 사용 해서 전력 과 위상 을 추가 할 수 있 다 . LT 8708 - 1 은 항상 마스터 LT 8708 에 대해서 슬레이브 로 동작 하 고 , 이 위상 으로 클 로킹 하 고 , 마스터 와 동일 한 전력 을 제공 할 수 있 다 . 단일 마스터 로 최대 12 개 슬레이브 를 연결 할 수 있 으며 , 그 숫자 에 비례 해서 시스템 의 전력 과 전류 용량 을 높일 수 있 다 . 
 컨버터 의 입력 과 출력 으로 순방향 및 역방향 전류 를 모니터링 하 고 제한 할 수 있 다 . 4 가지 전류 한계 ( 순방향 입력 , 역방향 입력 , 순방향 출력 , 역방향 출력 ) 를 4 개 저항 을 사용 해서 개별 적 으로 설정 할 수 있 다 . 또한 방향 ( DIR ) 핀 을 사용 해서 VIN 에서 VOUT 으로 나 VOUT 에서 VIN 으로 전력 을 처리 하 도록 구성 할 수 있 다 . 그러므로 자동차 , 태양광 , 텔레콤 , 배터리 구동 시스템 에 사용 하 기 에 적합 하 다 . 
 LT 8708 은 5 mm x 8 mm 40 핀 QFN 패키지 로 제공 된다 . 또한 3 가지 온도 등급 을 제공 한다 . 확장 및 산업 용 등급 은 - 40 ℃~+ 125 ℃ 에서 동작 가능 하 고 , 고온 자동차 등급 은 - 40 ℃~+ 150 ℃ 에서 동작 가능 하 다 . 그림 1 은 LT 8708 의 개략 적 인 블록 다이어그램 을 보여준다 . 
 [ 그림 1 ] LT 8708 을 사용 한 양방향 듀얼 12 V 배터리 애플리케이션 회로 
 그림 2 의 블록 다이어그램 은 자동차 애플리케이션 에서 배터리 이중 화 를 달성 하 기 위한 전체 적 인 회로 를 보여준다 . 그림 에서 보 듯이 , LT 8708 에 2 개 LT 8708 - 1 을 추가 해서 3 위상 솔루션 디자인 을 완성 하 고 있 다 . 어느 쪽 방향 으로 든 최대 60 A 를 제공 할 수 있 다 . 최대 12 개 위상 혹은 그 이상 으로 까지 더 높 은 전력 을 제공 하 도록 LT 8708 - 1 을 더 추가 할 수 있 다 . AD 8417 은 양방향 전류 검출 증폭기 로서 , 배터리 로 흐르 는 전류 를 검출 한다 . 이 전류 가 지정 된 값 을 넘 으면 , LTC 7001 상측 NMOS 정적 스위치 드라이버 가 백 - 투 - 백 MOSFET 을 개방 해서 해당 배터리 를 회로 로부터 차단 시킨다 . 
 LTC 6810 - 2 는 리튬 이온 배터리 를 모니터링 하 고 제어 한다 . 이 디바이스 는 1 . 8 mV 미만 의 총 측정 오차 로 배터리 셀 들 을 정확 하 게 측정 한다 . 호스트 프로세서 에서 병렬 로 다중 의 LTC 6810 - 2 디바이스 들 을 연결 하 면 회로 내 의 다른 전압 들 을 모니터링 하 기 위한 추가 적 인 중복 성 을 구현 할 수 있 다 . 또한 LTC 6810 - 2 는 isoSPI ™ 인터페이스 를 통해서 고속 으로 RF 에 견고 한 원거리 통신 을 할 수 있 으며 양방향 동작 을 지원 한다 . 또한 각 셀 에 대해서 PWM 듀티 사이클 제어 를 사용 한 수동 밸 런 싱 을 할 수 있 으며 중복 셀 측정 을 할 수 있 다 . 
 [ 그림 2 ] 배터리 이중 화 를 위한 전체 적 인 솔루션 
 LT 8708 은 입력 전압 보다 높 거나 , 낮 거나 , 같 은 출력 전압 을 제공 할 수 있 다 . 입력 과 출력 모두 로 양방향 전류 모니터링 과 레귤레이션 을 할 수 있 다 . ADI 의 고유 의 제어 아키텍처 를 채택 하 고 벅 , 부스트 , 벅 - 부스트 동작 구간 에서 인덕 터 전류 검출 저항 을 사용 한다 . VC 핀 상 의 전압 에 따라서 인덕 터 전류 를 제어 한다 . 이 전압 은 EA 1 부터 EA 6 까지 6 개 의 내부 오 차 증폭기 출력 을 결합 한 것 이 다 . 이 들 증폭기 를 사용 해서 표 1 에서 보 는 것 과 같이 각각 의 전압 또는 전류 를 레 귤 레이트 할 수 있 다 . 
 [ 표 1 ] 오차 증폭기 ( EA 1 부터 EA 6 까지 ) 
 VC 전압 은 정격 최소 - 최대 범위 가 약 1 . 2 V 이 다 . 최대 VC 전압 이 면 가장 높 은 양 의 인덕 터 전류 가 되 고 VIN 에서 VOUT 으로 전력 흐름 이 최대 가 된다 . 최소 VC 전압 이 면 가장 낮 은 음 의 인덕 터 전류 가 되 고 VOUT 에서 VIN 으로 전력 흐름 이 최대 가 된다 . 
 간단 한 예 를 들 어서 VOUT 레귤레이션 을 살펴보 자 . FBOUT 핀 이 VOUT 전압 피드백 신호 를 수신 하 고 , 이것 을 EA 4 를 사용 해서 내부 레퍼런스 전압 과 비교 한다 . 그래서 VOUT 전압 이 더 낮 으면 VC 를 높여서 VOUT 으로 더 많 은 전류 가 흐르 도록 한다 . 반 대로 VOUT 이 더 높 으면 VC 를 낮추 어서 VOUT 으로 흐르 는 전류 를 낮추 거나 VOUT 으로부터 전류 와 전력 을 소비 할 수 도 있 다 . 
 앞서 언급 했 듯이 LT 8708 은 입력 과 출력 모두 로 양방향 전류 레귤레이션 을 할 수 있 다 . 순방향 과 역방향 ( 각각 EA 6 과 EA 2 ) 으로 VOUT 전류 를 레 귤 레이트 할 수 있 다 . VIN 전류 역시 순방향 과 역방향 ( 각각 EA 5 와 EA 1 ) 으로 레 귤 레이트 할 수 있 다 . 
 통상 적 인 애플리케이션 의 경우 , EA 4 를 사용 해서 VOUT 을 레 귤 레이트 하 고 나머지 오 차 증폭기 들 로 는 입력 이나 출력 전류 가 값 을 넘 는 것 이나 입력 저전압 조건 을 모니터링 할 수 있 다 . 배터리 백업 시스템 같 은 경우 에 는 VOUT 으로 연결 된 배터리 를 정전 류 ( EA 6 ) 로 최대 전압 ( EA 4 ) 으로 충전 하 고 필요 에 따라서 다른 오차 증폭기 들 을 사용 해서 방향 을 전환 해서 VIN 으로 전력 을 제공 하 도록 하 고 VIN 을 레 귤 레이트 하 고 최대 전류 를 제한 할 수 있 다 . 이 와 관련 한 더 자세 한 내용 은 LT 8708 데이터 시트 에서 확인 할 수 있 다 . 
 LT 8708 및 LT 8708 - 1 은 전압 이 동일 한 듀얼 배터리 dc - dc 자동차 시스템 에서 새로운 차원 의 성능 과 제어 를 가능 하 게 하 고 설계 를 간소 화 한다 . 중복 성 을 위해서 2 개 전원 사이 에 에너지 를 전달 하 기 위해서 든 또는 중요 한 애플리케이션 에서 백업 전원 용 으로 든 LT 8708 을 사용 함 으로써 전압 이 동일 한 2 개 배터리 또는 수퍼 커패시터 를 연결 할 수 있 다 . 그러므로 자동차 시스템 엔지니어 들 이 자동차 전자 장치 에서 새로운 진보 를 이루 고 더 안 전하 고 효율 적 인 자동차 를 실현 할 수 있 도록 돕 는다 .