충전 펌프 컨버터, 인덕터 없고 크기 작아
인덕티브 부스트 컨버터, 리플 낮아서
고전력 애플리케이션 경쟁력 높아

SSD 스토리지는 PC, 데이터 센터, 통신 애플리케이션에서 대중적으로 사용되고 있다. SSD는 HDD보다 빠르고 크기가 작다는 장점을 갖고 있다. 새로운 PCIe NVMe 호스트 컨트롤러 인터페이스 사양 SSD는 기존의 SATA(Serial Advanced Technology Attachment) SSD보다 쓰는 속도는 3배 더 빠르고 읽는 속도는 6배 더 빠르다.

그러나 SSD는 NAND(Not-AND) 플래시 쓰기 및 소거 속도를 높이고 열 소산 문제를 해결해야 하는 중요한 과제를 안고 있다. 그림 1과 같이 NAND 칩의 쓰기/소거를 지원하기 위해서는 전원 공급 장치가 필요하다.
아래의 공식을 사용하면 쓰기/소거 시의 전류를 계산할 수 있다.
예를 들어, C가 100pF이면 R이 1M이고, 쓰기/소거를 100ns에 완료한다고 하면, 이 전류는 약 12mA이다. 엔터프라이즈 스토리지 같은 애플리케이션의 경우 더 높은 커패시턴스(C 증가)와 더 빠른 속도(t 감소)를 필요로 하므로 더 높은 전류를 필요로 한다.

쓰기/소거 속도는 전원 공급과 열 소산 능력에 따라 좌우된다. 만약에 전원 성능이 전류 용량 때문에 필요한 전류를 제공하지 못한다면 쓰기/소거 속도가 떨어지면서 스토리지 시스템의 응답 시간에 영향을 미칠 것이다.


충전 펌프 컨버터 VS 인덕티브 부스트 컨버터
스텝 업 컨버터에는 충전 펌프 컨버터와 인덕티브 부스트 컨버터 두 가지 유형이 있다. 충전 펌프 컨버터는 인덕터를 사용하지 않기에 솔루션 크기가 상대적으로 더 작으며 그림 2처럼 NAND 셀 안으로 집어넣을 수 있다.
높은 출력 전력을 필요로 하는 애플리케이션을 위한 충전 펌프 솔루션은 높은 부하로 충전/방전 커패시턴스를 위해서 더 높은 커패시턴스를 필요로 한다. 또한, 충전/방전 커패시터의 전력 손실 때문에 높은 부하에서의 효율이 비교적 낮다. 높은 부하 조건에서도 출력 리플 및 잡음이 높다.

낮은 전류 용량 한계 때문에 충전 펌프 컨버터는 비교적 저전력 애플리케이션에 적합하다. 인덕터를 사용하지 않으므로 설계는 쉽고 솔루션 크기가 작으므로 효율은 중간 수준이다.

반면 인덕티브 부스트 컨버터는 충전 펌프 컨버터보다 더 높은 전류를 제공할 수 있으며 리플이 낮기 때문에 고전력 애플리케이션에 보다 경쟁력 있는 솔루션이다. 인덕터 전류가 부하 전류를 제공할 수 있기 때문에 전체 부하 범위에 걸쳐서 부스트 컨버터의 출력 전압이 더 평탄하다. 그림 3에서 보듯이 NAND 칩 외부의 단일 부스트 컨버터가 다중 칩의 전력을 공급할 수 있다.
TPS61372 동기식 부스트 컨버터는 SSD의 NAND 칩 쓰기/소거를 위해서 필요한 전력을 공급하기에 적합한 솔루션으로, 크기를 줄이고 필요한 외부 부품을 최소화했다. 기존의 충전 펌프 컨버터와 비교해서 TPS61372는 NAND 칩 쓰기/소거를 위해서 고품질의 전원 공급을 할 수 있다.

본 기사는 텍사스 인스트루먼트의 엔지니어 양웨이 위(Yangwei Yu)의 글을 정리한 것입니다.