자동차 전반에서 중소형 모터 사용처 급증
차량용 중소형 모터, 효율 높은 BLDC 적합
인피니언, SoC 통합 모터 제어 솔루션 제공


첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 및 차량용 인포테인먼트(IVI) 활성화, 전기차 보급 증가, 자율주행 기능 발전 등에 따라 자동차가 전자제품처럼 변해간단 말이 나오고 있다. 심지어 미국 소비자 가전 전시회(CES)는 2010년대부터 주요 전시 품목이 자동차와 전장일 정도다. 그런데 이런 추세가 최근에야 시작된 것일까?

아니다. 이미 20세기 초에 내연기관차에도 전장이 탑재되기 시작했다. 1912년 발매된 캐딜락의 ‘모델 30’ 자동차는 보조 전기 모터를 탑재한 최초의 차로, 기존 차량들과 달리 운전자가 직접 크랭크를 돌려 시동을 걸지 않아도 됐다. 자동차 창문을 수동으로 여닫는 차량도 2000년대 초에 이미 구식 취급을 받았다.

차량의 자동화와 전동화는 전기 모터의 채택 현황을 부각했다. 내연기관차에서 시작한 전기 모터의 발전과 탑재는 전기차 시대가 도래하며 더욱 가속하고 있다.

차량용 전기 모터의 지난 한 해 동안 누적 생산 개수는 약 35억 개에 달했다. 연간 수요 증가율은 향후 5년간 평균 4%를 유지할 전망이다. 특히 중·소전력 차량용 모터는 차량의 안정성과 편의성 향상을 위해 채택되고 있다.

도어 록, 전동 미러, 좌석 조절, 워셔 펌프, 와이퍼, 윈도 리프트, 선루프, 슬라이딩 도어 같은 전통적인 애플리케이션 수요부터, 헤드업 디스플레이, 전개식 도어 핸들, 파워 트렁크 리프트, 전자식 변속기, EV 록 충전기 등 새로운 애플리케이션에 대한 수요도 늘고 있다. 탑재 모터 수가 많아지며 모터 효율 요구도 커지고 있다. 전력 소비가 큰 전기차는 개발하고 사용할 이유가 없기 때문이다.

인피니언 코리아 오토모티브 사업부에서 모터 솔루션 기술 지원을 담당하는 허재현 차장과 빅터 카마레나(Victor Camarena) 과장을 만나 각자에게 모터 제어 기술 동향과 인피니언 모터 제어 솔루션의 강점에 대해 들어보는 시간을 가졌다.

Q. 오늘날 차량 시장은 중소형 모터에 대해 무엇을 요구하고 있습니까?

허. 최근 차량용 중소형 모터 시장엔 4가지 동향이 있습니다.

첫 번째로 배기가스 규제 강화에 따라 모터 역시 최소한의 전력으로 최대한의 효율을 내는 것이 요구돼, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 제어가 가능한 모터의 수요가 늘고 있습니다. 두 번째로 차량의 기능 안전 달성이 더욱 중요해지며 고신뢰성을 위해 기존 기계식 스위칭 방식인 릴레이가 전자식 스위칭 방식인 MOSFET으로 대체되고 있습니다.

세 번째로 보다 소형의 500W 대의 고성능 모터에 대한 수요가 늘면서 DC 모터에서 BLDC 모터로의 전환이 빠르게 이뤄지고 있습니다. 네 번째로 차량이란 한정된 공간에서 수많은 기능을 구현해야 하므로 공간을 절약하기 위해 모터와 제어기가 통합된 일체형 모터에 대한 선호가 늘고 있습니다. 일체형 모터는 공간뿐만 아니라 비용과 전자파 측면에서도 이점이 많습니다.


Q. 차량용 중소형 모터는 어떻게 구성됩니까?

허. 모터 제어를 위해 꼭 알아야 할 요소들이 있습니다. 사람의 신체 구조와 매우 유사한데, 부분별로 알아보겠습니다. 먼저 음식을 소화해 에너지를 공급하는 내장들은 파워 서플라이에, 판단과 지령을 내릴 수 있는 머리는 MCU에 해당합니다.

머리가 내린 지령을 팔다리의 근육까지 전달하는 신경망은 게이트 드라이버에 해당하고, 상대방의 말을 듣는 귀와 말을 하는 입은 통신 모듈에 해당합니다. 외부의 냄새와 입맛을 느끼는 코와 혀는 입출력 신호에 해당하며, 팔다리가 반대 방향으로 꺾이지 않게 하는 관절은 역전압 방지 MOSFET에 해당합니다.


Q. DC 모터가 BLDC 모터의 차이와, 완벽한 대체 시점은?

허. DC 모터는 회전 코일에 전기를 공급하기 위해 브러시를 사용합니다. 마치 회전하는 원판을 장갑 낀 손으로 잡은 모양인데, 정류자와 브러시 사이에는 기계적 마찰이 있을 수밖에 없어 소음, 마모 등의 문제가 발생합니다.

반면 BLDC 모터는 브러시가 없어 소음과 마모 문제가 없고, 내구성이 좋고 소형화와 박형화가 가능하단 장점을 갖고 있습니다. 완벽한 대체 시점은 가늠하기 어렵지만, 지난 5년 사이 BLDC 모터의 시장 비중이 27%에서 32%까지 증가한 것으로 볼 때, 이러한 추세는 앞으로 계속해서 이어질 전망입니다.

Q. 인피니언은 부품 통합 정도에 따라 모터 제어 솔루션 제품군을 나눴는데, 가장 많은 부품이 통합된 제품을 소개한다면?

빅. 시스템온칩(System-on-Chip; SoC) 형태의 ‘임베디드 파워 IC(Embedded Power IC)’ 제품으로, 파워 서플라이, 디지털 센서와 입출력, MPU, 게이트 드라이버, 차지 펌프, LIN 통신을 하나로 통합했습니다. 최근 모터 제어 용도로 SoC 제품이 선호되고 있어, 가장 경쟁력 있게 다가갈 수 있는 인피니언 제품입니다.


Q. 다양한 부품을 통합한 인피니언 임베디드 파워 IC는 점점 까다로워지는 자동차 전자파 요구사항에 어떻게 대비했는지?

빅. 현재 완성차와 전장 제조사는 자동차의 전자파를 줄이기 위해 여러 노력을 기울이고 있습니다. CE, RE, BCI 등 많은 항목에서 검사가 이루어지고 있는데, 임베디드 파워 IC는 진보된 브리지 드라이버 특성과 적응형 게이트 제어를 제공해 완성차와 전장 제조사가 전자파를 최적화할 수 있도록 기여하고 있습니다.

과거에는 전자파를 줄이기 위해 게이트 출력에 저항을 달아 전류를 조정해 MOSFET의 스위칭 속도를 제어했습니다. 이는 많은 개발 비용과 노력을 요구했습니다. 하지만 임베디드 파워 IC의 진보된 브리지 드라이버 특성을 이용하면, 별도 하드웨어 수정 없이 소프트웨어로 게이트 전류를 조정해 MOSFET 스위칭 속도를 제어할 수 있습니다. 이는 전자파를 효과적으로 줄이는 강력한 도구입니다.


Q. 인피니언 모터 제어 솔루션을 선택한 고객이 얻을 수 있는 이점은?

허. 인피니언은 하나로 통합된 툴 체인을 통해 고객이 개발 기간을 단축할 수 있도록 지원하고 있습니다. 임베디드 파워 IC용 ‘컨피그 위자드(Config Wizard)’는 로우 레벨 디바이스(LLD) 드라이버의 C 코드를 GUI 환경에서 클릭만으로 자동 생성할 수 있도록 지원해 펌웨어 개발 시간을 대폭 줄입니다.

또한, 인피니언은 모터 제어를 위한 알고리즘을 개발하는 시간을 줄여주는, 다양한 모터 및 센서 타입별 예제 코드를 제공해 고객이 빠르게 모터를 구동할 수 있도록 돕고 있습니다. 아울러 실제 업무 시작 시 회로 리뷰 및 소프트웨어 리뷰, 그리고 고장 진단 및 분석 등도 지원하고 있습니다.


Q. 모터 제어와 관련하여 인피니언의 향후 목적은 무엇입니까?

허. 인피니언은 중·소형전력 차량용 분야에 적합한 여러 모터 제어 솔루션을 제공하고 있습니다. 고객의 개발 복잡도를 낮춰주고, 개발 비용과 시간을 단축해줘 시장 경쟁력을 갖출 수 있도록 노력하고 있습니다. 인피니언은 앞으로도 시장의 동향과 고객의 요구를 지속해서 파악하여 적합한 모터 제어 포트폴리오를 개발하고, 차량뿐만 아니라 다양한 분야에서 사용할 수 있는 제품군을 제공하려 합니다.


더욱 자세한 차량용 중·소형전력 모터 제어 동향과 관련 기술, 그리고 응용 방안은 오는 15일(화) 오전 10시 30분, 인피니언 웨비나에서 확인할 수 있다.