전력 밀도란?

전력 밀도는 지정된 공간에서 처리할 수 있는 전력을 측정한 것으로, 부피 단위에 따라 처리되는 전력량을 입방미터당 와트(W/m³) 또는 입방인치당 와트(W/in³) 단위로 수량화한 것입니다. 이 값은 그림 2에 나와 있듯이 컨버터의 전력 등급과 모든 부품이 포함된 전원 솔루션의 외형 체적(길이 × 너비 × 높이)을 기준으로 계산됩니다. 적절한 전력 레벨 또는 크기로 장치를 확장할 수 있습니다. 예를 들어 전기 자동차에 있는 온보드 배터리 충전기의 FOM(Figure Of Merit)은 리터당 킬로와트인데 이 전력 컨버터가 킬로와트 수준의 전력(3~22kW)을 출력하기 때문입니다.

전류 밀도는 전력 밀도와 관련이 있는 매우 유용한 측정값으로, 부피 단위당 전류를 평방인치당 암페어 또는 평방밀리미터당 암페어로 수량화할 수 있습니다. 전류 밀도 계산에는 컨버터의 전류 등급(주로 입력 전류 또는 출력 전류)이 사용됩니다.

전류 밀도는 POL(Point-of-Load) 전압 레귤레이터 등에 적용하기에 더욱 적합한 FoM입니다. 이러한 설계의 크기는 출력 전류에 따라 커지며 출력 전압 레벨은 보통 1V 내외로 낮습니다. 하지만 비현실적으로 높은 출력 전압을 가정하여 전력 밀도를 인공적으로 높일 수 있습니다. 따라서 출력 전압을 고려하지 않는 전류 밀도가 더욱 효과적인 측정값입니다.

때로는 체적 밀도가 중요하지 않은 경우가 있습니다. 설계 시 다른 부분의 크기가 더 커서 전력 부품의 크기에 제한이 없을 수 있습니다. 대신 회로 보드 공간이 제약을 주는 요소가 될 수 있습니다. 이러한 상황에서 전력 밀도를 개선시키면 구성 요소의 중첩 또는 3D 통합을 통한 전력 솔루션 풋프린트 절감으로 이어질 수 있습니다. 이후에는 사용된 측정값을 수정하여 솔루션과 입방밀리미터당 와트 또는 입방인치당 암페어를 비교하며, 이를 통해 주요 설계 목표가 중점적으로 드러납니다(그림 3 참조).

상황에 따라 다른 방법으로 전력 밀도를 볼 수는 있지만 목표는 동일합니다. 솔루션 크기의 감소는 전력 밀도의 향상으로 이어집니다. 문제는 어떻게 전력 밀도를 높일까 하는 것입니다.