[디지키 테크리포트] 자동차 PoC 응용 제품서 필수 역할 수행하는 다층 인덕터

[테크월드뉴스=이광재 기자] 고속도를 주행하는 새로운 고급 및 중급 차량은 고대역폭 전자 시스템에 필요한 전력 및 데이터를 전송하고 배선 복잡성 및 전반적인 무게를 줄이기 위해 PoC(동축을 통한 전력 공급) 케이블 조립품을 활용할 가능성이 크다.

인포테인먼트 및 운전자 보조 응용 제품이 시장을 주도함에 따라 저가의 차량도 PoC 기술을 채택하기 시작했다.

가격과 상관없이 현재 미국 시장에 출시된 모든 차량에 대해 백업 카메라 및 자동 비상 브레이크가 요구되고 있다. PoC 케이블은 단일 케이블을 통해 전력 및 데이터를 전송하는 더 단순하고 더 비용 효율적인 방법을 제공한다(그림1).

이 기술은 무게를 줄임으로써 가스 연료 차량의 연료 효율성과 EV(전기 차량)의 거리 범위를 개선하는 데 도움을 줄 수 있다. 간단해진 케이블 조립품은 설치 및 유지보수에 필요한 시간과 노력을 줄이고 재료 비용을 절약하며 제조업체의 제품 라인에 걸쳐 확장하는 데 도움을 줄 수 있다.

하지만 단일 동출 케이블에 신호와 전력을 통합하면 본질적으로 잡음이 발생하므로 자동차 PoC 응용 제품은 복잡한 전자 시스템의 작동 신뢰성을 보장하기 위해 고임피던스 필터링 인덕터를 필요로 한다. 적절한 임피던스 매칭은 차량의 작동에 부정적인 영향을 줄 수 있는 전압 강하, 전력 손실, 데이터 성능 저하를 회피하는 데 필수적이다.

다층 인덕터는 깨끗한 신호 전송을 보장하는 기능 덕분에 점점 더 필수 불가결한 존재가 되고 있다. 이 인덕터는 자동차 제조업체가 온보드 전자 제품을 증가시킴에 따라 공간 절약 요구 사항을 충족하는 매우 콤팩트한 폼팩터로 높은 유도 용량과 임피던스를 제공한다.

PoC, 자동차 응용 제품 요구 사항 충족하는 방법
PoC는 단일 케이블에서의 전력과 데이터 전송을 간소화해 부품수 감소를 통한 재료 비용을 절약하고 잠재적인 실패 지점을 줄일 수 있다.

이 기술은 손쉬운 확장을 통해 추가 기능을 지원할 수 있으며 이는 조립업체가 지속적으로 더 정교해지는 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템)를 비롯해 인포테인먼트 및 안전을 위한 센서 및 기타 전자 장치를 서로 앞다퉈 추가하는 상황에서 매우 중요하다.

고급 차량은 레벨2 자율 운전, 360도 카메라 뷰, 자동 평행 및 직각 주차와 같은 프리미엄 기능을 의무적으로 제공하는 수준 이상으로 넘어가고 있다.

이를 위해선 고속 데이터 전송, 고해상도 비디오, 실시간 통신을 처리할 수 있어야 한다. PoC의 높은 대역폭, 고주파 기능은 다중 센서 융합, 5G 연결, 중앙 컴퓨팅 아키텍처, 에지 컴퓨팅 기능에 대한 의존도가 점점 더 높아지는 고급 차량 시스템을 구현하는 데 매우 중요하다.

PoC는 자동 산업 표준을 지원할 수 있다(예: 링크당 4Gbps의 FPD-링크(Link)III 및 최대 10Gbps의 자동차 이더넷 전송).

자동차 응용 제품은 특히 일반 차량 내 점화 시스템 및 전기 모터와 같은 고주파 소스로부터의 EMI(전자파 장해)와 관련해 엄격한 표준을 준수하도록 설계돼야 한다.

EMI 잡음은 운전자가 후방 충돌을 회피하고 차선 유지에 도움을 주거나 경로에 차량, 보행자 또는 기타 장애물이 있을 경우 속도를 줄이거나 정차하는 데 도움을 주는 필수 안전 및 인포테인먼트 시스템을 방해할 수 있다.

차폐 동축을 통해 EMI로부터 어느 정도의 보호를 제공할 수 있지만 PoC는 전력 신호와 데이터 신호를 모두 전송하므로 응용 제품에는 누화 및 잠재적 시스템 불안정을 방지하기 위한 필터가 필요하다.

신호선상의 커패시터는 DC 전원 공급 장치로부터의 전류를 차단하는 데 사용되고 전원 공급 장치선상의 필터 인덕터는 광대역 신호 간섭을 차단할 수 있다.

전력상의 필터 인덕터는 간섭을 차단하면서 DC 전류의 흐름을 허용함으로써 잡음을 억제하고 신호 무결성을 보장한다. 이러한 인덕터는 EMI를 억제하고 누화를 최소화하며 국부적 필터링을 제공하는 표면 실장 칩 비드를 통해 보완된다.

칩 비드와 필터 인덕터는 함께 작동해 단일 동축 케이블에서 전력 및 고주파 데이터 신호의 원활한 전송을 보장한다. 각 부품은 잡음 관리 및 신호 무결성 유지에서 상호 보완적인 역할을 수행한다. 이는 PoC 자동차 응용 제품의 신뢰성과 효율성에 필수인 깨끗한 전력 전달과 안정적인 데이터 통신을 보장하는 데 매우 중요하다.

PoC 시스템서 ‘인덕터’ 역할
DC 전력을 통과시키면서 전력선에서 고주파 데이터 신호를 차단하는 데에는 표준 코일 기반 인덕터를 사용할 수 있지만 부피가 크고 PoC 응용 제품에 필요한 고주파 범위에서 성능이 저하될 수 있다.

일반적인 PoC 필터는 칩 비드와 함께 4개의 인덕터로 구성되므로 PCB(인쇄 회로 기판)에서 중요한 공간을 차지한다.

다층 인덕터는 매우 콤팩트하며 자동차 응용 제품의 공간 제약 요구 사항에 더 적합하다. 다층 인덕터는 여러 층의 전도성 및 절연 재료를 적층하는 방식으로 콤팩트한 모놀리식 구조를 형성하므로 자동차 시스템용으로 이상적이다.

최적의 다층 인덕터를 선택할 때 제품 설계자는 효율적인 전력 전달과 데이터 무결성을 보장하기 위해 성능, 크기, 신뢰성의 균형을 조정해야 한다.

PoC 시스템의 고주파 데이터 신호는 잡음을 효율적으로 억제하기 위해 일반적으로 MHz~GHz의 넓은 주파수 범위에서 일관적으로 높은 임피던스를 지원하는 인덕터를 필요로 한다.

특히 EV와 같은 응용 제품의 경우 전력 손실을 최소화하기 위해 낮은 DCR(DC 저항)도 매우 중요하다.

설계자는 잡음 환경을 고려해야 하며 EMI 억제 개선을 위해 다층 인덕터와 칩 비드를 함께 사용하도록 결정할 수도 있다. 하나의 다층 인덕터와 두 개의 칩 비드는 앞에서 언급했던 4개 인덕터의 조합을 대체해 필요한 PCB 면적을 크게 줄일 수 있다.

PoC 응용 제품을 위한 다층 인덕터는 AEC-Q200과 같은 엄격한 자동차 표준을 충족하도록 설계됐으며 높은 주파수에서 뛰어난 EMI 억제를 제공한다. 이 인덕터는 대량 자동차 생산 요구에 따라 확장 가능한 고급 프로세스를 사용하여 생산된다.

TDK MLJ-G 계열 인덕터
TDK는 자동차 PoC 응용 제품의 엄격한 요구 사항을 충족하도록 설계된 필터 회로를 위한 다양한 인덕터를 제공한다.

MLJ-G 계열은 ADAS에 사용되는 AC 부품을 위한 높은 임피던스를 제공하는 2개의 제품 그룹으로 제공되며 다양한 응용 제품을 충족하는 옵션을 제공한다.

자동차 등급 사양에 맞게 제작된 이러한 인덕터는 차량 운행시 일반적으로 발생하는 충격을 충분히 견딜 수 있으며 긴 수명을 제공한다.

MLJ1005WGHR27PTD25(그림2)와 같은 새로운 MLJ1005-G 계열 인덕터의 크기는 1.0mm×0.5mm×0.5mm다. 이 인덕터는 최대 480mA 전류를 지원하며 높은 주파수에서 최소한의 성능 저하로 높은 임피던스를 달성하므로 SerDes 전송을 사용하는 카메라 시스템과 같은 자동차 PoC 구현 시 향상된 데이터 전송 속도를 처리할 수 있다.

MLJ1608-G 계열 인덕터는 1.6mm×0.8mm×0.8mm 크기로 약간 더 크며 크기와 성능간 균형을 제공한다.

예를 들어 MLJ1608WGCR56NTD25는 최대 500mA의 전류를 지원하며 일반적인 다층 인덕터와 비교하여 전류 인가 동안 임피던스 변화가 적다.

MLJ1608-G 계열은 최대 2500Ω의 임피던스를 달성하며 300MHz와 2GHz의 주파수 범위에서 1000Ω 이상의 수준을 유지하여 고주파 잡음을 효과적으로 필터링한다. 이 계열은 기계적 진동과 -55~+125°C의 온도 범위 내에서 안정적으로 작동해 자동차 산업 표준을 충족한다.

MLJ-G 제품 라인은 EMI를 흡수 및 분산시키는 저손실 페라이트 재료를 사용하여 고주파 자동차 환경에서 신호 무결성을 유지하는 데 중요한 에너지 손실을 최소화한다.

낮은 DC 저항을 제공하는 이 라인은 에너지 손실을 최소화해 콤팩트한 고성능 자동차 설계에서도 효과적인 전력 전달을 보장할 수 있다.

칩 비드와 인덕터 페어링
설계자는 MLJ-G 계열 인덕터를 보완하는 잡음 억제 칩 비드를 선택해 자동차 PoC 응용 제품을 개선할 수 있다.

TDK의 MMZ 계열 칩 비드는 신호 및 전력 공급 회로를 위해 설계됐다. 이 계열의 칩 비드는 넓은 주파수 범위에서 높은 임피던스를 제공하므로 고주파 잡음을 억제하는 데 적합하다.

MPZ 계열은 자동차 전력선 응용 제품에 최적화돼 PoC 회로에서 전력 무결성을 유지하는 데 필요한 낮은 DC 저항 및 높은 전류 처리 능력을 제공한다.

결론
TDK MLJ-G 계열 인덕터는 MMZ 및 MPZ 계열의 칩 비드와 함께 자동차 PoC 응용 제품의 엄격한 요구 사항을 충족하도록 설계돼 제조업체가 고주파 신호 및 높은 대역폭에 의존하는 안전 및 인포테인먼트 응용 제품을 계속적으로 추가함에 따라 신뢰할 수 있는 작동 및 신호 무결성을 보장한다.

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