전기차, 내연기관차보다 비싸고 주행 거리 짧아
부품 적고 간소한 설계의 통합 파워트레인 필요
TI, ASIL D 인증 통과한 WBG 기반 솔루션 제공


텍사스 인스트루먼트(TI)는 3일, 하이브리드 및 순수 전기차의 경제성과 구매력을 높이고 주행 거리를 늘리는 파워트레인 시스템 통합 솔루션을 발표했다.

전기차의 성능은 파워트레인의 전력 효율과 크기에 따라 결정된다. 부품 수와 크기를 줄이고, 설계를 간소화하면 무게와 비용을 줄이고 신뢰성을 높일 수 있다. 전기차 업계는 작은 공간에서 높은 효율성을 달성하기 위해 통합 솔루션을 지향하고 있고, 이를 파워트레인 시스템 영역으로 확장하고 있다.

하이브리드 및 순수 전기차의 온보드 차저(OBC)는 더 높은 전원 용량을 수용하기 위해 더 높은 전원 정격을 수용해야 하며, 차량의 중량을 줄이고 충전당 비용을 절약하기 위해 더 높은 전력 밀도와 효율성을 갖추어야 한다. 업계에선 이를 위해 하이브리드 및 순수 전기차의 설계를 파워트레인 아키텍처와 통합하려 한다.

파워트레인 통합은 OBC, 고전압 DC/DC 컨버터, 인버터, 전원 분배 유닛(PDU), 배터리 관리 시스템 같은 애플리케이션들을 결합하여 시스템 차원에서 이뤄진다.

현재 하이브리드 및 순수 전기차의 OBC 애플리케이션을 위해 와이드밴드갭(WBG) 솔루션이 주목받고 있다. 전원 스위치에 SiC 및 GaN을 사용하는 WBG 반도체 같은 고전압 장치를 통합한 하이브리드 및 순수 전기차는 MOSFET 및 IGBT 같은 기존 실리콘 기반 전원 스위치보다 높은 효율성을 달성할 수 있다.

◇ TI 고성능 통합 파워트레인 솔루션 4종

TI C2000™ 실시간 MCU 제품군, 차량용 GaN FET ‘LMG3522R030-Q1’, 절연 게이트 드라이버 ‘UCC5870-Q1’, 온도 센서 ‘TMP126/7-Q1’ 등의 차량용 파워 스테이지 컴포넌트를 탑재한 지능형 전력 관리 시스템은, 차량 배터리의 성능과 수명을 늘리고, 배터리 안전을 확인하는 데 필요한 작업을 수행한다. 또한, 높은 전력 밀도와 98% 이상의 시스템 효율을 달성하고, 열 성능을 최적화한다.

C2000 실시간 MCU 제품군은 925 MIPS와 PWM 기능을 활용해 시스템 효율을 높이며, 30ns 응답 시간으로 결함을 빠르게 감지한다. GaN 및 SiC 디바이스를 통한 업계에서 가장 빠른 실시간 제어 루프도 가능하다.

차량용 GaN FET ‘LMG3522R030-Q1’은 자기 소자 크기를 59% 줄여 전력 밀도를 2배 높였고, 히트 싱크를 줄이고 보호 기능을 통합해 열 설계를 간소화했다. 크기를 50% 축소한 OBC + DC/DC 설계가 가능하다.

절연 게이트 드라이버 ‘UCC5870-Q1’은 15A 피크 구동 강도로 전력 밀도와 효율을 높이며, 150V/ns 이상의 CMTI로 견고한 통신을 유지한다. 50가지 이상의 안전 메커니즘 통합으로 BOM 역시 축소한다.

온도 센서 ‘TMP126/7-Q1’은 최대 175°C에 이르기까지 정확도 높은 온도 리딩으로 효율을 극대화하고, 미세한 드리프트, CRC, 온도 스파이크 검출로 신뢰성을 높인다. 초소형 리드형 SPI 온도 센서를 사용해 크기도 줄인다.

위의 제품들은 TÜV SÜD에서 인증한 기능적 안전성 개발 프로세스를 적용해서 개발됐고, ASIL D 안전 콘셉트에 대해 외부 평가기관으로부터 검증된 레퍼런스 디자인을 제공한다. 이 레퍼런스 디자인은 단일 ‘TMS320F28388D’ C2000 MCU를 기반으로 전기차의 트랙션 인버터와 양방향 DC-DC 컨버터 제어를 구현한다.

박서민 TI 오토모티브 사업 부문 국내 영업 상무는 “전기차 같은 고전압 환경에서 인명 보호와 자동차 시스템 손상 방지를 위해선 기능적 안전성이 중요하다”라며, “TI의 차량용 통합 파워트레인은 고객사가 ASIL D 인증을 수월하게 충족하면서 차량을 설계할 수 있도록 돕고 있다”라고 말했다.

그러면서 “차량용 GaN FET을 사용해서 기존의 실리콘 또는 SiC 솔루션보다 전기차 OBC 및 DC/DC 컨버터의 크기를 50%까지 축소할 수 있어 비용과 크기의 절감이 가능하다”라고 덧붙였다.