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미국 맥심사, 리튬이온전지 잔량계 개발
300종의 전압 특성에 대응

▶전원 제어용 반도체: 전자기기 내부의 배터리와 전원 코드로부터 얻은 전력을 CPU(중앙 연산처리 장치)와 메모리 등의 반도체 및 전자부품에 최적의 전압, 전류로 조절하는 역할을 담당한다. 전원이 공급하는 전압과 부품이 필요로 하는 전압은 서로 다른 경우가 많아, 회로 보호 및 에너지 절약 효과가 있다.
2016년 삼성전자의 스마트폰 ‘갤럭시’의 발화 사고로 배터리 제어의 중요성이 다시 한번 부각되고 있다. 전기자동차(EV)와 모든 사물이 인터넷으로 연결되는 ‘IoT’의 보급으로 전원 제어용 반도체의 수요 확대가 전망되고 있다.

아날로그 반도체 기업인 미국 맥심 인터그레이티드(Maxim Integrated)사는 스마트폰 등 전자기기에 사용되는 리튬이온전지의 잔량을 측정하는 반도체를 개발했다. 배터리는 제조사와 배터리 종류에 따라 전력 변화 등 그 특성이 달라지기 때문에 제품 개발 시 대책이 필요하다. 맥심사의 새로운 반도체는 시장에 판매되고 있는 거의 모든 배터리의 특성에 적용이 가능해, 제조사의 개발 부담을 감소시켜준다.

“리튬이온전지는 재질에 따라 방전 특성이 각각 다르다. 전세계 300가지 종류의 배터리 특성을 평가하고 그것에 적합하게 제작되었다” 맥심 인터그레이티드 재팬의 우메즈(梅津) 시니어 FAE(Field Appplication Engineer)는 자신 있게 말한다.

일반적으로 배터리는 풀 충전 상태에서 사용을 지속할 경우, 서서히 전압이 떨어지고 마지막에는 급속하게 하락해 배터리 잔량이 제로가 된다. 배터리 잔량과 전압의 추이는 배터리 제조사와 그 재질에 따라 크게 다르다. 그렇기 때문에 배터리 잔량을 측정하기 위해서는 풀 충전에서 배터리 잔량이 제로가 될 때까지의 전압의 추이를 알아냄으로써 현시점에서 배터리 잔량이 몇 % 남았는지 정확하게 파악해야 할 필요가 있다.

맥심사가 개발한 잔량 측정용 반도체 ‘MAX 17055’는 크기 1.4mm X 1.5mm의 초소형 디바이스이다. 파나소닉과 삼성전자, LG전자그룹 등 주요 배터리 제조사들의 배터리 특성에 대한 실험을 완료. 시장에서 판매되는 80~90% 모델의 배터리에 적용되는 독자적인 정비 기능을 갖췄다.

통상적으로 1~2주 정도가 필요한 전지 별 잔량 측정 작업을 간소화해, 스마트폰이나 웨어러블 기기의 개발 기간을 단축할 수 있다. 웨어러블 기기와 의료기기 등 다품종 소량 생산으로 개발하는 제조사가 많은 분야에서는 신제품에 사용하기 위한 배터리 여러 개를 맥심사에 가져가 그 특성 평가를 위탁하기 때문에 발매가 지연되는 원인이 되었다.

스마트폰 등에서의 배터리 잔량 측정은 남은 이용 시간을 파악할 수 있어, 잔량이 적을 경우 절전 모드로 바꾸는 등의 이용 방법이 일반적이다. 그러나 신제품이 연이어 발매되고 있는 의료기기 등에서는 약 복용 시간을 알려주거나 몸의 상태를 모니터링 하는 기능을 가진 기기도 있다. 의료기기의 배터리가 소진될 경우 중대한 사고로 이어지게 될 가능성도 있기 때문에 배터리 잔량계의 중요성은 높아지고 있다.

장기간의 충∙방전으로 인해 배터리 자체가 열화(劣化)되기 때문에 열화 상태 파악도 잔량계의 역할이다. 열화 시의 전력 파장을 바탕으로 정확하게 잔량을 기록하기 위해서는 독자적인 잔량 측정 알고리즘이 필요하다.

배터리 잔량계 분야에서 세계 시장점유율 수위를 차지하고 있는 맥심사는 “지금까지 10억개 이상의 배터리 잔량계 칩을 출하한 실적을 가지고 있다”(우메즈 시니어 FAE)라는 경험을 바탕으로, 독자적인 잔량 측정 알고리즘을 개발했다고 한다.

스마트폰과 의료기기뿐만이 아니라 IoT 분야 등에서의 전자기기 용도는 더욱 확대될 전망이다. 인프라 관찰용 센서 단말기 등은 그 배터리 수명을 정확하게 파악하는 것이 안전성 향상에 도움이 된다.

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