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TI, 통합 트랜스포머 기술을 통해 하이브리드 및 전기차 주행 거리 극대화

2021.10.05. 17:03:08
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텍사스 인스트루먼트(TI)는 업계에서 가장 크기가 작고 정확도가 우수한 1.5W 절연 DC/DC 바이어스[1] 공급 모듈을 출시한다고 밝혔다. UCC14240-Q1은 설계자가 전기차(EV), 하이브리드 EV, 모터 구동 시스템 및 그리드 타이 인버터[2]와 같은 고전압 환경에서 사용하기 위해 전력 솔루션 크기를 절반으로 줄일 수 있도록 하는 TI 독점 통합 트랜스포머 기술을 사용한다.

전기차 시장이 빠르게 가속화됨에 따라서, 차량 설계 엔지니어들은 효율성과 신뢰성을 높이면서 전기차의 가장 무거운 부품인 파워트레인[3]의 무게를 줄일 수 있는 방법을 찾고 있다. 전기차의 주행 거리를 늘리기 위해서 크기는 더 작고 신뢰할 수 있는 시스템이 요구됨에 따라, 모든 절연 게이트 드라이버가 각각의 바이어스 공급 장치를 갖춘 분산형 전원 아키텍처로 전환되고 있다. 이 아키텍처는 시스템이 단일 장애점(SPOF)[4]에 대응하는 방식을 개선함으로써 어느 한 바이어스 공급장치에 결함이 발생하더라도 짝을 이루는 게이트 드라이버와 마찬가지로 다른 바이어스 전원들은 계속해서 작동하고, 자동차를 계속해서 안전하게 주행할 수 있도록 돕는다.

UCC14240-Q1은 고도로 통합된 전원 솔루션으로 분산형 아키텍처를 지원한다. 기술기고문 “분산형 아키텍처로 차세대 EV 시스템 구동” 에서는 이와 관련한 더 자세한 내용을 살펴볼 수 있다. 또한 TI는 9월 27일부터 29일까지 온라인으로 개최되는 “TI Live! Tech Exchange” 행사에서 UCC14240-Q1 데모를 시연할 예정이다.

 

■ 업계 최고의 전력 밀도 및 시스템 효율로 주행 거리 연장

UCC14240-Q1은 크기와 효율상의 이점을 제공하고 전력 밀도와 시스템 효율성을 높여 전기차의 주행 거리를 늘릴 수 있다. 또한 3.5mm의 높이와 작은 크기의 풋프린트를 통해 전원 솔루션 부피를 50%까지 줄여 절반 크기에 더 높은 전력을 제공할 수 있다. 높이가 낮으므로 엔지니어가 모듈을 인쇄회로기판[5](PCB)의 양쪽에 배치할 수 있는 유연성을 제공한다.

이 듀얼 출력 전원 모듈은 기존 바이어스 공급의 두 배인 60% 효율을 달성해 전력 밀도는 두 배로 높이고 차량 주행 거리를 연장할 수 있다. 또한 105°C의 온도에서 1.5W 이상을 제공할 수 있으므로 UCC14240-Q1을 통해 엔지니어는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 [6](IGBT), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 나이트라이드(GaN) 스위치를 높은 주파수로 구동할 수 있다.

■ 높은 CMTI 및 초저 EMI로 출시 기간 단축

UCC14240-Q1은 3.5pF 일차-대-이차 커패시턴스[7]로 TI 고유의 통합 트랜스포머 기술을 적용해서 고속 스위칭을 통해 발생되는 EMI[8]를 완화하고 150V/ns 이상의 공통모드 과도응답 내성 [9](CMTI: common-mode transient immunity) 성능을 쉽게 달성한다.

뿐만 아니라, UCC14240-Q1은 소프트 스위치[10], 스프레드 스펙트럼 [11]모듈레이션, 실딩(shielding), 낮은 기생과 같은 특성을 가지고 있어, 디자이너가 CISPR[12] (국제무선장애특별위원회) 25 및 CISPR 32의 전자기 호환성 요건을 좀더 수월하게 달성하고 출시 기간을 단축할 수 있도록 한다.

■ 온도 및 절연에 대한 업계 최고의 정확도로 차량 성능 보호

UCC14240-Q1은 폐쇄 루프 [13]제어 기능을 포함하므로 -40°C~150°C 온도 범위에서 ±1.0% 정확도를 유지한다. 이 디바이스의 엄격한 허용오차는 크기가 더 작은 전원 스위치를 사용하면서도 과전류 보호 기능은 더 향상시켜 준다. 뿐만 아니라 결함 모니터링, 과전류 보호, 과전력 보호, 과열 보호 같은 다양한 보호 기능을 포함한다. 또한 UCC14240-Q1은 외부기관에서 인증한 3kVrms 절연 성능을 제공하며, 초저중량과 3.5mm 높이로 업계 최고의 진동 내성을 가진다.

■ 패키지, 공급, 가격

UCC14240-Q1은 36핀 12.8mm x 10.3mm x 3.55mm SSOP 패키지로 제공되며, 양산 전 수량으로 공급을 시작했다. 가격은 1,000개 수량 당 4.20달러부터 시작된다. 또한 엔지니어들의 평가 작업을 위해서 UCC14240Q1EVM-052 평가 모듈을 제공한다. 이 평가 모듈은 TI 홈페이지에서 59달러에 구입할 수 있다.

 

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[1] 바이어스: 전자관이나 트랜지스터의 동작 기준점을 정하기 위하여 신호전극 등에 가하는 전압 또는 전류

[2] 그리드 타이 인버터 : 태양 전지판이나 풍력 터빈에서 직류 (DC)를 취해 교류 (AC)로 변환하는 일종의 전력 인버터

[3] 파워트레인: 엔진의 발생 동력을 전달하는 동력전달장치, 클러치를 포함한 미션부터 추진축, 종감속장치. 엑슬축. 휠, 타이어 등이 이에 속함

[4] 단일 장애점(SPOF): 시스템 구성 요소 중에서, 동작하지 않으면 전체 시스템이 중단되는 요소

[5] 인쇄회로기판(PCB): 보통 플라스틱으로 만드는 절연 카드. 전기적 부품이 붙어 있는 구멍이 있으며, 회로는 그 표면에 인쇄되어 있음

[6] 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT): 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)와 양극성 접합 트랜지스터(BJT)를 결합한 소자를 의미

[7] 커패시턴스: 물체가 전하를 축적하는 능력을 나타내는 물리량. 전기 용량 또는 정전용량이라고도 함

[8] EMI: 전자기기에서 발생하는 노이즈에 의해 다른 전자기기를 방해하는 상태

[9] 공통모드 과도응답 내성(CMTI: common-mode transient immunity): 두 절연 회로 사이에 인가되는 공통 모드 전압의 최대 허용 상승 또는 하강 속도

[10] 소프트 스위치: 하드웨어 없이 순수하게 소프트웨어만으로 구성되어 다양한 서비스 제어 환경을 관장하는 스위치 플랫폼

[11] 스프레드 스펙트럼: 변조 방식의 일종으로 무작위 추출 형태로 주파수 대역을 지나는 데이터들의 전송 범위를 넓혀줌

[12] CISPR (국제무선장애특별위원회): 전파 장애에 관한 국제적인 합의를 촉진하고 그에 따라 국제무역을 신장하는 것을 목적으로 설립

[13] 폐쇄 루프: 컴퓨터가 사람의 개입없이 외계의 프로세스를 직접 제어하는 상태. 자동 제어에서는 출력을 입력측으로 되돌려 피드백에 의해 가능한 루프를 폐쇄 루프라고 함



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