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CPU 전원부의 쿨링 장치를 안팎에 장착
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GIGABYTE의 울트라 듀러블™5 메인보드는 IR3550 PowIRstage® 칩을 빌트인하여 업계 가운데 최대 60A의 고전류를 처리하는 고성능을 제공하여 전력 소모가 적고 효율이 매우 뛰어나 전원부의 발열을 최소화하고 있다.
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레이아웃과 패키징은 전원의 모든 경로를 와이어 본딩이 아니라 구리 판박으로 연결함으로써 와이어 본딩으로써 생기는 강력한 저항으로 인한 전력 소모 및 초크가 일으키는 고주파 소음 그리고 과도한 AC 전류의 손실을 줄였다.
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MOSFETs 사이의 전원을 구리 판박으로 연결하여 전력 소모를 크게 줄이고 열 전달을 돕는다. |
IR사가 생산한 MOSFET 드라이버 |
상단의 MOSFET(Control FET)는 게이트 차지(gate charge)가 매우 낮다. 하단의 MOSFET(SyncFET)는 집적된 고성능 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)이다. |
전류는 장치의 바닥에서 구리 클립을 통해 control FET (duty cycle On) 또는 Sync FET (Duty cycle Off)으로 전달하는 경로가 꽤 짧다. 이 부분이 60A의 전류를 처리할 수 있고 내구성이 큰 또다른 요인이다. |
맞춤화된 구리 리드 프레임이 실리콘에서 열을 빼앗아간다. |
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기존의 CPU 전원부 |
PWM 콘트롤러 |
MOSFET 드라이버 |
기존의 상하단 MOSFETs |
초크 |
커패시터 |
CPU |
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CPU 전원부에 대한 Q&A
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CPU 전원부란 무엇인가?
메인보드의 CPU 전원부는 다양한 컴포넌트(PWM 콘트롤러, MOSFET 드라이버, 상하단 MOSFET, 초크, 커패시터 및 관련 회로 등)을 포함하며 전력을 CPU에 공급하는 것을 책임지고 있다.
MOSFET는 무엇인가?
MOSFET는 CPU 전원부에서 가장 핵심적인 컴포넌트 중 하나이다. MOSFET는 전류가 CPU에 전달되는 것을 허용 또는 허용하지 않는 스위치이기 때문이다. 이러한 스위치 기능은 MOSFET 드라이버와 PWM 콘트롤러에 의해 제어된다. MOSFET는 전원부의 전체 설계 가운데 가장 값비싼 컴포넌트 중 하나이다.
Power Stage는 무엇인가?
Power Stage는 싱글칩이다. Power Stage는 MOSFET 드라이버, 1개의 상단 MOSFET와 2개(or 1개)의 하단 MOSFET를 포함한다. Power Stages는 최첨단 제조 공정을 채택하기 때문에 효율과 성능이 매우 뛰어나다.
기존의 MOSFET(또한 D-Pak MOSFET라고도 불림)란 무엇인가?
기존의 MOSFET는 비교적 오래된 MOSFET라 할 수 있다. 일반적으로 기존의 CPU 전원부에 사용되는 것으로 개별적인 MOSFET 드라이버, 상하단 MOSFET도 각각 개별적으로 사용된다(즉 멀티칩 MOSFET 설계임). 이러한 설계는 가격은 저렴하지만 효율성은 싱글칩 Power Stage보다 훨씬 낮다. |
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International Rectifier사는 세계 최고 수준의 패키지 기술을 사용하여 특허 신청중인 DirectFET® 설계를 개발했고, 열처리(쿨링) 능력과 레이아웃이 다른 MCM 패키지보다 훨씬 우수한 PowIRstage®제품을 제조하고 있다.
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싱글 패키지*
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vs. |
멀티칩
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기타 MOSFET의 레이아웃은 상단 MOSFET, 하단 MOSFET, MOSFET 드라이버 IC 등 멀티칩이 병렬로 배치되어 메인보드의 물리적 공간을 차지할 뿐아니라 불필요한 전력 손실을 일으킨다. |
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상단의 MOSFET
(기존 MOSFET) |
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하단의 MOSFET
(기존 MOSFET) |
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드라이버 IC
( MOSFET 드라이버) |
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Power Stage
(IR3550 PowIRstage®로 알려짐 ) |
Lower RDS(on) MOSFET
(WPAK, PowerPAK MOSFET) |
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기존 MOSFET (D-Pak MOSFET) |
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Size ratio between objects is constant |
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| International Rectifier사가 개발한 드라이버칩 |
IR3550 PowIRstage®칩은 전용 MOSFET 드라이브칩이 탑재되어 IR MOSFET 컴포넌트를 완벽하게 튜닝했다. Driver MOSFET 제조업체들은 다른 회사의 드라이브칩을 사용하기 때문에 MOSFET이 최적화되지 못하여 최상의 성능을 얻을 수 없다. 하지만 International Rectifier사는 드라이브 칩을 MOSFET에 통합시키는 설계를 통해 최적의 콘트롤 능력과 전력 효율을 제고했다.
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IR3550 Power Stage X레이 사진 |
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IR3550 Power Stage 패키지 해체 사진 |
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| 뛰어난 열처리, 고효율, 고성능 |
| 고효율 = 낮은 전력 소모 =발열 적음 = 사용 수명 연장 |
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IR3550 PowIRstage®칩은 다른 MOSFET보다 발열이 적다는 특성을 지니고 있기 때문에 오버클럭 성능을 한 차원 더 높이 끌어올릴 수 있다!
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기존 MOSFET
대조 샘플 |
Lower RDS(on) MOSFET
최대 40°C 낮음 |
IR3550 PowIRstage®
최대 60°C 낮음 |
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보통 |
좋음
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가장 좋음 |
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* 테스트 결과는 참고용일 뿐임. 시스템에 따라 결과가 달라질 수 있음.
*최대 60° C 낮은 온도는 4페이즈 IR3550 PowIRstage®+2x Copper PCB 및 4페이즈 D-PAK MOSFET 디자인으로, 실험실에서 히트 싱크(방열판)와 열처리 장치 없이 100A의 고전류를 10분간 처리할 때 얻은 값임. |
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IR3550 PowIRstage®칩은 전력 효율이 훨씬 뛰어나 업계 중 최고 전류를 처리할 수 있다. 즉 최대 60A의 고전류를 처리할 수 있다. 이러한 고전류 처리 능력은 CPU에 전력 공급을 훨씬 강화할 수 있어서 PC의 안정성과 오버클럭 성능을 크게 제고했다.
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16 개의 기존 MOSFET 작동
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4 개의 PowIRstage®칩 작동 |
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IR3550 PowIRstage®칩은 매우 효율적이기 때문에 위의 오른쪽 그림과 같이 4개의 PowIRstage®칩과 왼쪽 그림과 같이 16개의 기존 MOSFET를 동일한 설계한 것과 동일한 작업 부하에서 작동시켜보면 발열 온도가 기존 MOSFET보다 최대 30°C 낮다는 것을 알 수 있다.
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* 테스트 결과는 참고용일 뿐임. 시스템에 따라 결과가 달라질 수 있음.
벤치마크 플랫폼: Intel Core™ i7-3770K CPU, CPU 기본 주파수(3.5GHz), 1.2V Vcore, BIOS 기본 세팅, DDR3 1333MHz, 500W PSU, CPU 워터 쿨링, MOSFET 방열판(heatsink) 없음. 소프트웨어: Microsoft Windows®, Power Thermal 유틸리티를 100% 로드. |
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IR3550 PowIRstage® 칩은 다른 MOSFET 설계보다 발열이 적다는 특성을 지니고 있기 때문에 오버클럭 성능을 한 차원 더 높이 제고할 수 있다! 각종 전원부 컴포넌트는 각각 정상 작동할 수 있는 최고 온도가 있는데, 이러한 익스트림 온도에 도달했을 경우에 전압을 올리면 발열 현상만 일어나고 오버클럭은 실패한다. IR3550 PowIRstages® 칩은 고전압 환경에서도 기존의 설계보다 발열이 훨씬 적어서 오버클럭에 필요한 훨씬 높은 전압을 이겨낼 수 있기 때문에 잠재된 오버클럭 성능이 크게 향상되었다. |
발열 감소 = 오버클럭 성능 강화 |
MOSFET의 오버클럭 안정성 |
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IR3550
PowIRstage® |
가장 좋음 |
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Lower RDS(on) MOSFET
(WPAK, PowerPak MOSFET) |
좋음 |
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기존 MOSFET
(D-Pak MOSFET) |
보통 |
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| 업계 최초로 최고 95%의 전력 효율 달성 |
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IR3550 PowIRstage® 칩의 전력이용율이 높아, 정상적인 상태라면 전력효율이 95%를 기록한다.
IR3550 PowIRstage® 칩은 고전류를 처리해야 하는 운영환경에서도 전력 손실을 줄일 수 있다. 즉 전력 손실이 적다는 것은 발열이 적다는 것을 의미한다. |
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* 테스트 결과는 참고용일 뿐임. 시스템에 따라 결과가 달라질 수 있음.
VIN=12V, VOUT=1.2V, ƒSW = 300kHz, L=210nH (0.2mΩ), VCC=6.8V, CIN=47uF x 4, COUT =470uF x3, 400LFM 기류, 히트 싱크(Heat sink) 없음, 주변 온도 25°C 그리고 3.7” (L) x 2.6” (W) 크기의 PCB 8-layer |
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Power Stage
(IR3550 PowIRstage®) |
단가 매우 높음 |
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최고 효율, 최저 온도
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Lower RDS(on) MOSFET
(WPAK, PowerPAK
MOSFET) |
단가 매우 높음 |
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고효율, 저온 |
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기존 MOSFET
(D-Pak MOSFET) |
비교적 저렴 |
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저효율, 고온 |
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