[기획] 친환경 에너지를 실현하는 기술 (2)

응용처에서 에너지 소비 효율을 높이는 솔루션

[테크월드뉴스=서유덕 기자] 현대의 기계장치는 대부분 전기로 작동한다. 주거용, 상업용, 산업용 전기를 사용하는 최종 전력 소비 장치는 기술이 발전할수록 그 종류가 다양해지고 수가 많아진다. 소비전력 증가량보다 성능을 더 많이 개선해 전성비를 높인 전자장치가 있는가 하면, 같은 성능을 발휘하더라도 더 적은 전기를 소비하도록 만들어진 기기도 있다. 에너지 효율을 높이기 위해 어떤 방법을 사용할 수 있는지 응용처별로 알아보면 다음과 같다.

산업 자동화

4차 산업혁명을 선도하는 산업 자동화는 생산성 증대의 원동력이다. 전 세계적으로 더 많은 공업 현장에 산업 자동화가 적용되고 있다. 산업 자동화의 핵심은 생산 과정에서 기초 재료부터 에너지까지 모든 자원을 최대한 효율적으로 사용할 수 있도록 기업을 돕는 것이다. 이를 위해 빅데이터 분석에 바탕을 둔 제어가 필요하다. 따라서 안전, 보안, 제어를 가능하게 하는 고성능 반도체가 자동화 시스템에 탑재돼야 한다.

산업 자동화는 단일 장치의 단순한 온도 조절기에서 수만 개의 입력 측정, 출력 제어 신호를 포함하는 대규모 산업 제어 시스템에 이르기까지 다양한 형태를 갖는다. 또한 센서, 샘플링 측정을 위한 격리된 인터페이스, 원격 클라이언트의 제어 애플리케이션, 클래식 PLC(Programmable Logic Controller), 기타 데이터 처리를 위한 클라우드 엣지 제어 요소도 포함된다. 모션 컨트롤과 로봇 분야에서는 IGBT, MOSFET 등 전력 반도체, 게이트 드라이버, 전용 컨트롤러가 사용된다.

특히 산업 자동화는 동적 정밀도를 높이기 위해 산업용 AC 드라이브와 서보 모터를 사용한다. 서보 모터는 위치에 대한 피드백을 제공하는 센서에 연결된 호환 모터로 구성되는데, 위치·속도·가속을 정밀하게 제어하기 위한 컨트롤러가 탑재된다. 이를 통해 높은 토크에서도 정밀한 모션 제어 능력를 발휘한다. 만약 OptiMOS/CoolMOS/CoolSiC MOSFET, 전력 제어 반도체, EiceDRIVER 게이트 드라이버, 센서, 보안 부품으로 구성된 인피니언 모터 제어 솔루션을 생산 설비에 적용한다면 서보 모터 애플리케이션을 포함하는 산업 자동화 시스템을 향상할 수 있을 것이다.

전기차

전기차 판매량은 해마다 증가하고 있다. 딜로이트에 따르면, 2020년 전 세계 전기차 판매량은 250만 대였으나 2025년에는 1120만 대, 2030년에는 3110만 대를 기록해 전체 자동차 시장에서 전기차가 차지하는 점유율이 32%에 달할 전망이다.

전기차는 지구 온난화의 주범인 온실가스를 줄이는 데 가장 직접적으로 관여한다. 특히 재생에너지로 생산된 전기로 충전된 전기차는 배기가스 제로를 실현한다. 그리고 반도체는 그런 전기차에서 핵심적인 역할을 한다. 배터리 전원이 최대한의 효율로 운동에너지로 변경되도록 하는 것, 충전 효율을 높이고 과전압·과전류로부터 배터리를 포함한 부품을 보호하는 것, 외부 보안 공격으로부터 시스템을 보호해 탑승자의 안전을 지키는 것에 반도체가 쓰인다.

인피니언의 반도체 솔루션은 순수 전기차, 플러그인 하이브리드 차량, 마일드 하이브리드 차량 등 많은 종류의 전기차에 적절한 기능과 성능을 제공한다. 인피니언 통합 솔루션의 적용 범위는 전기차 시스템의 핵심 구성 요소인 온보드 충전기, DC-DC 컨버터, 배터리 관리 장치, 드라이브트레인 컨트롤러, 전자제어시스템, 파워스티어링, 에어컨, 열 관리, 라이트 제어, 와이퍼, 윈도우 리프트 등 파워트레인부터 편의사양까지 포함한다. 이 솔루션의 구성 부품에는 HybridPACK, 드라이브 IGBT 전원 모듈, AURIX 마이크로컨트롤러(MCU), EiceDRIVER 드라이버 IC, 센서, Wi-Fi/블루투스 연결 모듈 등이 있다.

한편, 폭스바겐의 전기차인 ‘ID.4’에 50개 이상의 인피니언 반도체 부품이 탑재된 것으로 알려져 있다. 고성능 고효율 전력 반도체, MCU, 드라이버 IC를 탑재한 폭스바겐 ID.4는 520㎞ 이상의 주행 거리, 150㎾의 전력 정격, 최대 125㎾의 고속 충전 성능을 제공하면서도 제로 배기가스를 실현한다.

소비자 가전

여름철이면 인터넷, TV, 신문에 에어컨의 소비전력을 절약하기 위한 방법들이 소개되곤 한다. 오래된 장비는 모터를 단순히 켜거나 끄는 방식의 제어만 가능했으나, 최근에는 인버터가 모터에 공급되는 전력을 조절함으로써 모터의 작동 속도를 바꿀 수 있게 됐다. 따라서, 인버터는 모터가 장착된 소비자 가전의 에너지 효율을 높이는 데 기여한다.

예를 들어, 에어컨은 내장된 센서에 의해 측정된 온·습도 데이터를 기반으로 미니 컴퓨터 또는 MCU가 최적의 모터 회전 속도를 계산해 필요한 제어 명령을 전력 반도체에 하달한다. 전력 반도체는 MCU의 명령에 맞춰 모터의 회전 속도를 조절한다. 이처럼 인버터에 의해 모터의 회전 속도를 조절하는 방식은 모터를 켜고 끄면서 온도를 조절하는 방식보다 에너지 소비 효율이 높다.

인피니언의 반도체 칩은 센서, MCU, 전력 반도체 간 상호작용을 통해 전류 흐름을 최적화한다. 이로써 세탁기, 식기세척기, 냉난방 시스템의 펌프 모터 제어가 가능해지며, 결과적으로 에너지 손실을 줄인다. 해당 솔루션은 밥솥 같은 제품의 유도 난방 시스템, 전자레인지의 고전압 발생 장치, 에어컨 실외기의 냉매 펌프 모터 등에 적용 가능하다.

※ 인피니언의 친환경 에너지 기술에 대한 개요와 응용처별 포트폴리오 등 자세한 내용은 인피니언 그린에너지 웹에서 확인할 수 있다.

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