EPNC(월간 전자부품 뉴스) UPDATED. 2018.12.13 목 11:26

상단여백
EPNC(월간 전자부품 뉴스)
HOME 마이크로사이트 MOUSER
전기차 보급 확대를 위한 숨은 공신 ‘와이드 밴드갭’ 첨단 소재
양대규 기자 | 승인 2018.05.14 17:35

[EPNC=양대규 기자] 전세계가 온실 가스 감축을 위해 애쓰고 있다. 그 중 적극적으로 앞장 서고 있는 대표적인 지역은 유럽연합(EU)이다. EU는 온실 가스 배출을 2050년까지 80% 줄이겠다는 목표를 세우고 있으며, 이를 달성하려면 자동차 분야에서 대대적인 감축이 필요하다. 미국 역시 이러한 노력의 일환으로 기업 평균 연비(Corporate Average Fuel Economy, CAFE) 제도를 마련했다. 다만 현 정부에 들어서는 이 제도의 수치를 재검토하려는 움직임을 보이고 있다. EU와 미국의 감축 계획이 일정대로 진행된다면 자동차 업계는 자신들의 모든 차종에서 더 높은 연비를 달성하도록 더 심한 압박을 받게 될 것으로 예측된다.

이런 것들이 단기적인 목표라면, 장기적으로는 전기차(Electric Vehicles, EV)와 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicles, HEV)의 보급을 확대해 대중화 할 필요가 있다. 블룸버그 신에너지 금융연구소(Bloomberg New Energy Finance)가 실시한 조사에 따르면, 온실 가스 감축 목표를 달성하려면 2040년까지 전기차 출하 대수를 4100만 대로 늘려서 지금보다 크게 늘려야 한다. 이는 전세계 자동차 출하 대수의 35%에 해당한다. 그러나 현재 높은 전기차 보급률을 보유하고 있는 국가는 는 노르웨이, 네덜란드 두 곳뿐이다. 노르웨이의 전기차 보급률은 20%, 네덜란드는 10% 정도 수준이다. 그 밖에 미국, 독일, 중국, 프랑스, 일본, 영국 등 나라들은 선진국이라 하더라도 1.5% 미만에 그치는 수준이다.

이처럼 낮은 전기차 보급률을 끌어올리기 위해서는 전기차의 토대가 되는 기술 분야에서 대대적인 혁신이 필요하다. 현재 전기차는 동급의 내연 구동 자동차에 비해서 가격이 더 비싸다. 이것이 잠재 구매자들을 주저하게 만드는 가장 큰 요인으로 꼽힌다. 전기차의 가격이 더 높을 수밖에 없는 이유는 주로 전력 인버터와 에너지 저장 방식 때문이다. 비싼 가격 외에도 전기차는 편의성 측면에서도 내연 엔진 자동차에 뒤져진다. 예컨대 최대 충전 시 가능한 주행 거리와 충전에 걸리는 시간 등은 개선시켜야 할 부분으로 꼽힌다. 따라서 가격대와 편의성 문제 모두 전력 반도체와 관련되는 부분이다.

좀더 효율적인 전기차를 개발하기 위해서는 인버터를 더 작고 저렴하게 만들어야 한다. 이는 주행 거리를 늘리는 결과로 이어질 것이다. 이런 문제에 대한 해결책으로 질화갈륨(GaN)이나 탄화규소(SiC) 같은 와이드 밴드갭(Wide Bandgap, WBG) 기술이 필요하다. 와이드 밴드갭 기술을 사용하면 실리콘의 근본적인 전력 손실을 최소화할 수 있다. 실리콘과 비교했을 때 이들 소재는 전자 이동도가 더 높고 RDS(on)이 더 낮다. 또한 두 소재 모두 빠르게 스위칭할 수 있으며 더 높은 항복 전압(Breakdown voltage)을 자랑한다.

이런 소재를 사용해 전반적인 전력 효율을 높이게 되면, 또 다른 부수적인 이점을 얻을 수 있다. 특히 열 관리 측면에서, 발열이 감소해 필요한 히트싱크 수를 줄일 수 있고 그에 따라 BOM(Bill Of Materials) 비용을 줄이고 차지하는 공간을 줄일 수 있다.

HEV/EV 개발을 위한 GaN 시스템즈의 GS6650x 시리즈 GaN 기반 트랜지스터

예를 들어 GaN 시스템즈(GaN Systems)의 GS6650x 시리즈 GaN 기반 트랜지스터를 들 수 있다. 이 시리즈의 제품들은 전기차 애플리케이션의 고전압(최대 650V) 시스템에 적합하도록 설계됐다. 이들 트랜지스터 제품은 이 회사 고유의 ‘섬(Island)’ 기술이 적용돼 칩으로부터 수직으로 전류를 인출하기 때문에 버스 바(Bus bar)가 필요 없다. 그만큼 공간과 무게를 줄일 수 있다는 것을 의미한다. 또한 인덕턴스 손실을 줄이고 더 우수한 FoM(Figure of Merit) 수치를 달성할 수 있기 때문에 포화 전압과 스위칭 손실을 절충할 필요가 없다. 뿐만 아니라 GANPX 패키징 기술을 통해 인덕턴스와 열 저항을 최소화하고 패키징 크기를 줄일 수 있다.

파나소닉(Panasonic)의 X-GaN 전력 트랜지스터도 대표적인 사례 중 하나다. 이들 트랜지스터 제품은 600V 이상의 높은 항복 전압을 특징으로 하고, 소형 폼팩터로 제공되고 최소한의 수동 소자만 필요로 한다.

기존 MOS 기반 실리콘 트랜지스터와 파나소닉 X-GaN 트랜지스터의 폼팩터 비교

이 외에 GeneSiC은 SiC 기술을 적용해서 저손실 동작을 구현한 첨단 IGBT 제품 GA100SIC를 제공한다. 이런 특징이 가능한 것은, SiC 기반 쇼트키 정류기를 사용해 통상적인 실리콘 기반 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)를 대체함으로써 스위칭 성능을 크게 끌어올렸기 때문이다.

여기서 예시한 제품들은 SiC과 GaN 기술 분야의 현재 발전 수준을 보여준다. 이들 소재를 사용함으로써 전기차 시스템 설계자들은 차세대 전력 인버터를 개발할 때 보다 경쟁력 있는 시스템을 구현할 수 있다.

SiC과 GaN 기술로 제작된 부품들은 차량의 주행 거리를 늘리고 충전 시간을 단축함으로써 전기차 시장 활성화에 기여할 것이다. 또 손쉽게 더 높은 전압을 처리하고 더 빠르게 스위칭할 수 있으므로 차세대 HEV/EV 파워트레인을 가능하게 하는 토대를 제공할 것이다. 예컨대, 와이드 밴드갭 화합물 소재는 여러 측면에서 유리한 이점들을 제공할 뿐만 아니라 자동차 업계에 부과되는 온실 가스 감축 요구를 충족하는 데에도 일조하게 될 것이다.

글: 마크 패트릭(Mark Patrick) 마우저 일렉트로닉스

자료제공: 마우저 일렉트로닉스

#전기차 충전#와이드 밴드갭#마우저 일렉트로닉스#EV#BEV#GaN#SiC

양대규 기자  yangdae@epnc.co.kr

<저작권자 © EP&C News, 무단 전재 및 재배포 금지>

양대규 기자의 다른기사 보기
PREV NEXT

여백
여백
여백
여백
여백
Another Article
마우저·이마하라, 새로운 시리즈 'All Things IoT' 방송 공개
마우저·이마하라, 새로운 시리즈 'All Things IoT' 방송 [EPNC=양대규 기자] 마우저 일렉트로닉스와 유명 엔지니어 그랜트 이마하라(Grant Imahara)가 수상 경력이 있는 ‘협업을 통한 혁신’(Empowering Innovation Together)의 새로운 시리즈 ‘모든 것의 IoT’(All Things IoT)의...
마우저, ‘홈오토메이션’ 관련 전자책 발행
마우저, ‘홈오토메이션’ 관련 전자책 발행 [EPNC=양대규 기자] 마우저 일렉트로닉스가 수상 경력이 있는 ‘협업을 통한 혁신’(Empowering Innovation Together)의 최신 시리즈 ‘모든 것의 IoT’(All Things IoT)의 하나로 홈오토메이션에 초점을 맞춘 새로운 전자책을 발행했다....
마우저, SamacSys와 PCB 설치 면적·회로 기호·3D 모델 무료 제공
마우저, SamacSys와 PCB 설치 면적·회로 기호·3D 모델 무 [EPNC=양대규 기자] 마우저 일렉트로닉스가 전 세계 전자부품 라이브러리 솔루션 부문의 선두기업인 SamacSys와 새로운 파트너십을 맺었다고 발표했다. 독일 뮌헨에서 개최된 electronica 2018에서 발표한 새로운 파트너십에 따라 마우저는 고객들에게 110만...
IoT 보안의 고르디우스의 매듭을 풀어라
IoT 보안의 고르디우스의 매듭을 풀어라 FBI는 최근 IoT(Internet of Things) 디바이스가 해커들에게 매우 매력적인 표적이 되고 있다고 경고했다. 이와는 별도로 최근 이뤄진 한 시장 조사에 따르면 많은 소비자들이 IoT 디바이스로 분류할 수 있는 다양한 종류의 디바이스를 보유하고 있음에도 불구하고 극히 소수의 소비자만이 IoT의 성격을...
자율주행차를 위한 새로운 규칙이 필요하다
자율주행차를 위한 새로운 규칙이 필요하다 자율주행차는 매우 훌륭한 아이디어다. 왜냐하면 엄청난 양의 에너지와 귀중한 자원을 투자해 만들어진 복잡한 기계들의 대부분이 일생동안 아무런 일도 하지 않고 방치된다면, 지속가능성을 향한 우리의 여정은 머나먼 길이 되고 말 것이다. 지난해 스태티스타(Statista)는 ...
마우저, ADI 마이크로컨트롤러 ‘ADuCM4050’ 공급
마우저, ADI 마이크로컨트롤러 ‘ADuCM4050’ 공급 [EPNC=정환용 기자] 마우저 일렉트로닉스가 아나로그디바이스(ADI)의 마이크로컨트롤러 ‘ADuCM4050’를 공급한다.저전력 소비 기능을 갖춘 ADI의 ADuCM4050은 전력 관리와 센서스트로브(SensorStrobe) 기술이 집적돼, 사물인터넷 에지 노드 애플리...
마우저, 실리콘랩스∙디지인터내셔널 LTE-M 확장 킷 독점 공급
마우저, 실리콘랩스∙디지인터내셔널 LTE-M 확장 킷 독점 [EPNC=정환용 기자] 마우저 일렉트로닉스가 실리콘랩스(Silicon Labs)와 디지인터내셔널(Digi International)의 LTE-M 확장 킷을 독점 공급한다. 셀룰러 IoT 애플리케이션 개발을 지원하기 위해 설계된 이 확장 킷으로, 저전력 애플리케이션 성...
인공지능이 만들어가는 새로운 미래
인공지능이 만들어가는 새로운 미래 AI(Artificial Intelligence)는 새로운 마케팅 솔루션이나 효율성 향상과 같은 이점을 제공함으로써 지속적으로 비즈니스에 통합돼 나갈 것이다. IBM의 왓슨(Watson)은 향후 약 10억 명의 사람들의 삶에 영향을 줄 것으로 예측되고 있다. 10~15년 이내에 AI는 오늘날 전세계 경제 생산성의...
마우저, 사이프레스의 블루투스 모듈 EZ-BLE, EZ-BT WICED 공급
마우저, 사이프레스의 블루투스 모듈 EZ-BLE, EZ-BT WICE [EPNC=정환용 기자] 마우저 일렉트로닉스가 사이프레스 세미컨덕터(Cypress Semiconductor)의 블루투스 모듈 EZ-BLE, EZ-BT WICED(내장 장치용 무선 인터넷 연결)를 공급한다. 블루투스 Smart Ready EZ-BT, 저전력 블루투스 EZ...
대중교통 시스템을 위한 이상적인 Wi-Fi 라우터 솔루션의 구성
대중교통 시스템을 위한 이상적인 Wi-Fi 라우터 솔루션의 구성 많은 지방자치단체들이 이동 중의 차량과 승객들의 연결에 대한 증가하는 요구를 해결하기 위해, 대중교통 기반 시설에 Wi-Fi 인터넷을 제공하는 경우가 늘고 있다.현재의 커넥티드 카 기술은 차량의 이동 경로를 따라 설치된 고정형 노드와 차량에 설치된 무선 네트워크 사이에...
EPNC(월간 전자부품 뉴스)
icon
여백
여백
여백
신제품
여백
Back to Top