지난 글에 이어 이번 글에서는 마일드 하이브리드 전기차(MHEV)의 서브시스템과 이를 구성하는 파워소자, 모듈 패키지에 대해 알아보겠다.

MHEV 서브시스템
12V에서 사용할 수 있는 시스템보다 MHEV로 구현 가능해지는 여러 서브시스템이 있다. MHEV에서 가장 높은 전력 부하는 E-컴프레서(E-Compressor)로 알려진 전기 제어 슈퍼차저(supercharger)이다.

슈퍼차저는 초 단위로 매우 빠른 속도로 가속해야하기 때문에 대량의 과도 전력이 필요하다. 일반적인 슈퍼차저 드라이브는 3상 인버터로 구동되는 저 관성 3상 모터로 구성돼 있다. 피크 전력 수준은 평균 전력이 비교적 낮더라도 8kW까지 도달할 수 있다.

이렇듯 폭 넓은 전력 범위 프로파일은 비교적 단 시간 내에 대량의 전력을 생성하는 48V 시스템과 완벽한 조합을 이룬다. 여러 차량의 다양한 서브시스템도 단일 및 3상 구성용 48V 아키텍처에 사용하기 매우 적합하다. 그림 3은 사용 가능한 48V 서브시스템 목록이다.

기타 48V 시스템
많은 48V 서브시스템은 저전력 3상 모터 드라이브 시스템으로 구성된다. 이러한 모터 드라이브는 모듈 설계를 사용하면 가장 편리하게 구현할 수 있으며, 온세미컨덕터도 차량용 전력 모듈(APM)인 3상 모듈을 제공하고 있다. 이 모듈은 3상의 보조 모터 드라이브 시스템을 구성할 수 있는 효율적인 소형 제품이다.

이 모듈은 6개의 파워 소자(FET), 내부 전류 션트 저항, 스너버 커패시터(snubber capacitor)를 갖고 있으며, 절연 세라믹 기판(DBC)에 구성돼 있다. 80V APM 장치 평가를 위해 48V 인버터 기준 설계가 마련되었다. 그림 4는 시스템 구성과 사진을 보여준다. 주요 기능은 다음과 같다:

- FAN08V19DB1 3상 모터 모듈
- 광 입력 절연
- FAN7393 하프-브릿지 게이트 드라이버
- 인버터 DC 링크 전류 션트 증폭기
- 모듈 온도 변환 회로
- NCV213RSQT 기반 과전류 보호
- NTS 기반 과온도 보호
- 3채널 전류 센서 보드 옵션 (주로 2상+DC링크)
- 역 배터리&전압 과도 보호 회로

이 3상 모터 드라이버 시스템은 미국 미시건주 앤아버(Ann Arbor)에 위치한 온세미컨덕터 전력 연구소에서 현재 최종 테스트 단계를 거치고 있다. 테스트가 완료되면 추가 세부 사항을 제공할 예정이다.

48V 시스템 구성 요소 제품
온세미컨덕터는 48V 전자 시스템 설계에 적용할 수 있는 여러 제품을 공급하고 있다. 표 1은 이들 제품 라인업을 간략히 보여준다. 이와 함께 다양한 개별 및 모듈 패키지로 MOSFET을 제공한다. 전류 감지 증폭기들은 전류 션트 전압을 변환할 수 있으며, 높은 공통 모드(common-mode) 전압을 가진 설계에서도 로직 레벨 신호로 변환할 수 있다.

48V 혁명을 통해 일어날 수 있는 한 가지 결과로 다양한 48V 주변장치가 생겨날 것을 예상해 볼 수 있다. 이러한 확산은 48V 하위 시스템 비용을 낮추며, 다른 고전압 기반 차량에 더욱 용이하게 탑재될 수 있는 가능성으로 이어진다.

이러한 주변장치에 풀 하이브리드나 전기차가 포함돼 있는 경우, 48V 전원이 필요하므로 3중 전압 아키텍처 도입이 필요하다. 이러한 아키텍처는 '트리플 전압 컨버터(triple voltage converter)'라 불리는 xEV 차량에 필요한 새로운 솔루션 구성요소 요건을 생성하게 된다.

설계자들은 12V와 풀 HEV에 48V 시스템을 추가해 오늘날의 자동차들에 필요한 연비 개선할 수 있는 기회를 얻게 된다. 또한 새롭고 혁신적인 동력 전자 회로의 필요성도 크게 높일 것이다.

앞으로 다양한 48V 아키텍처가 나오겠지만, 최종 판단은 자동차 고객들이 기능과 이점 대비 비용을 따져본 후 나올 예정이다.

글 : 존 그라보스키(John Grabowski) / EV/HEV 시스템 애플리케이션 매니저 / 온세미컨덕터