[인터뷰] "TI의 초소형 전원 솔루션, 전기차 주행거리 늘릴 것"

라이언 매넉 텍사스인스트루먼트(TI) 오토모티브 시스템 부문 이사는 15일 <디일렉>과의 서면 인터뷰를 통해 "차량 전동화가 급속하게 진행되면서 전기차 배터리 관리 시스템의 정확성, 안전성, 비용 효율성 등도 그 어느 때보다 중요해졌다"며 "TI의 솔루션은 더 작고 가벼운 전력 시스템으로 높은 효율을 달성해 전기차의 주행거리를 연장할 수 있다"고 밝혔다.

매넉 이사는 "앞으로도 더 다양한 배터리 관련 화학 소재를 지원하고 안전성, 기능성을 높인 차세대 솔루션을 선보일 것"이라고 말했다.

아날로그 반도체 업체인 TI는 전기차 및 전기차 파워트레인을 위한 솔루션을 지속적으로 개발해오며 차량용 반도체 시장에 적극 진출하고 있다. 최근에는 분산형 아키텍처(각각의 바이어스 전원을 통해 기능을 작동하는 방식)를 기반으로 전력 효율성을 극대화 전력모듈 'UCC14240-Q1'을 선보였다.

아래는 매넉 이사와의 인터뷰 주요 내용이다.

Q. SiC/GaN 등 차세대 반도체 소재가 최근 업계의 주목을 받고 있습니다. 이를 위한 TI의 전력 솔루션의 역할은 무엇입니까?

A. SiC와 GaN과 같은 광대역 전계효과 트랜지스터와 함께 고성능 실시간 컨트롤러는 전기차의 주행 성능을 개선할 수 있습니다. 또한 시스템 효율성과 전력 밀도를 높여 배터리 수명을 연장하고 비용을 절약하면서, 더 빠른 충전기능을 제공합니다. 이러한 혁신이 모여서 미래의 전기차에 엄청난 변화를 가져올 것입니다.

Q. TI가 전력모듈에 구현한 분산형 아키텍처의 장점은 무엇입니까? 추가적으로 개선할 수 있는 사안은 어떤 것이 있습니까?

A. 전기차의 전원 솔루션에서 신뢰성, 전력 밀도 및 전자파 간섭(EMI)에 대한 요구사항이 더 엄격해지고 있습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 업계에서는 각 임계 부하에 대해 개별 바이어스 공급이 가능한 분산형 아키텍처를 비롯한 다양한 전력 아키텍처가 등장하고 있습니다. 분산형 아키텍처는 인쇄회로기판 레이아웃을 단순화하고, 각각의 게이트 드라이버를 구동하는 방식으로 전압을 안정적으로 조절할 수 있다는 장점이 있습니다. 이를 통해 고전합 환경에서의 신뢰성을 크게 높일 수 있습니다.

다만 각 게이트 게이트 드라이버에 전용 절연 바이어스 공급이 필요하기 때문에 부품이 추가되어 크기와 무게가 증가한다는 문제가 있습니다. 이에 전기차 전원 시스템에는 UCC14240-Q1과 같은 기존의 SOIC 패키지에 통합된 소형 통합 트랜스포머가 필요합니다. 이 모듈은 가장 작은 PCB 면적, 최저 중량 및 최저 높이를 제공하는 트랜스포머 및 전력 IC 부품을 통합합니다.

Q. TI의 전원 솔루션은 기존 솔루션 대비 크기와 무게를 어느 정도로 줄였습니까? 

A. TI의 UCC14240-Q1은 소형 SOIC 패키지에 전원 트랜스포머를 통합했습니다. 이를 통해 부피와 소음이 큰 외부 트랜스포머를 제거해 시스템의 중량과 PCB 면적을 최소화했습니다. 기존 솔루션의 높이가 11mm인 반면 TI의 솔루션의 높이는 3.55mm입니다. 더욱 낮아진 높이와 축소된 PCB 크기, 그리고 가벼워진 중량은 전력 시스템의 높은 효율로 이어집니다. 이는 다시 동일한 충전 조건에서 전기 자동차의 주행거리를 연장해줍니다.

HEV/EV 시스템이 다상 트랙션 인버터, 보조 인버터 외에 OBC, DC/DC, BMS와 같은 응용 분야에서도 TI의 전력모듈을 점점 더 많이 채택하기 시작하고 있습니다. 향후 전기차의 무게는 줄고 효율은 높아져 주행 거리가 계속 연장될 것으로 기대하고 있습니다.

Q. 이외에도 TI만이 가진 기술적 강점이 있다면 어떤 것입니까?

A. UCC14240-Q1의 기술적 강점은 3.55mm 높이의 솔루션 BOM 축소, 보드 면적 감소 및 EMI 감소를 통해 시스템 인증을 쉽게 할 수 있는 통합 트랜스포머 기술입니다. 가장 정확한 출력 전압 정확도를 위한 폐쇄 루프 제어는 더 작은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 및 SiC 전원 스위치를 사용하고 스위치 고장을 방지하기 위해 더 확실하게 전류를 제한합니다. 무게중심이 가장 낮고 가볍기 때문에 진동 내성도 뛰어납니다. UCC14240-Q1는 업계에서 가장 작고 가볍고 가장 정확한 1.5W 절연 바이어스 공급 모듈이라고 할 수 있습니다.

Q. 전기차 시장에서 가장 중요한 요소인 안전성에 대해서는 어떻게 생각하십니까?

A. 기능 안전 표준이 첨단안전기능과 신뢰성, 성능 등 운전 경험을 개선하면서, 기존 자동차 시스템 설계에 대한 업계의 관념 역시 크게 바뀌었습니다. 이러한 표준은 전기차의 새로운 시스템 개발에서 특히 중요하게 고려되어야 하는 사항입니다. 무선 배터리 관리 시스템에서 통합형 전기차 파워트레인에 이르기까지, 기능 안전은 대부분의 차량 시스템에서 중요한 구성요소입니다.

모두가 알다시피 차량 산업은 빠르게 발전하고 있고, 오늘 최첨단 기술이었던 것이 내일은 시대에 뒤처진 기술이 될 수도 있습니다. TI는 엔지니어가 기능 안전을 최우선으로 두고 미래의 전기차를 디자인할 수 있도록 지원하는 것을 목표로 하고 있습니다.

Q. 전원 솔루션을 다른 산업에도 적용할 수 있습니까?

A. AC 인버터, 서보 & VF 드라이브, 태양열 인버터, 산업용 운송 애플리케이션 (인버터, 버스, 트럭 등 모든 전기차용 배터리 충전기)과 같은 다양한 산업용 애플리케이션에 적용될 수 있습니다. UCC14240-Q1을 통해 반분산형 또는 분산형 공급 아키텍처를 사용하면 최저 프로파일 솔루션와 최고 출력 전압 정확도(1.3%)를 구현하며, 전원 스위치를 효율적이면서 정확하게 구동할 수 있습니다.

또한 UCC14240-Q1은 최대 125°C의 주변 온도와 같이 혹독한 환경에서도 높은 성능을 유지합니다. 높은 시스템 신뢰성과 보호를 위한 기본 단열 기능을 갖추고 있습니다.

Q. 전기차용 전원 솔루션 시장을 공략하기 위한 TI의 향후 전략은 무엇입니까? 

A. 차량 전동화가 급격하게 증가하면서 배터리 관리 시스템의 정확성, 안전성, 비용은 그 어느 때보다 중요해졌습니다. TI는 배터리 관리 제품의 혁신을 통해, 더 다양하게 배터리 관련 화학 소재를 지원하고 안전 기능을 더욱 향상시키며 다양한 기능을 통합할 것입니다. 이러한 차세대 솔루션은 보다 정확한 충전 상태 및 제품 상태(SoC/SoH) 측정을 가능하게 할 것입니다. 또한 시스템 비용을 절감하며, 제품 사용을 용이하게 하고, 제품을 더 빠르게 시장에 출시할 수 있도록 할 것입니다.