“주행거리·충전속도 목표 달성, MCU 역할 必”

차내 MCU 애플리케이션 가능성 급성장 중
 

“전자제어장치의 전자장치, 특히 MCU 및 고전압 스위치(MOSFET)에 대한 요건은 처리 능력, 보안, 파워 효율성 및 커넥티비티 측면에서 점점 더 까다로워지고 있다”

 

최근 내연기관 차량의 전장화/전기화가 가속화되고 전기차 시대가 도래하면서 MCU와 모터 컨트롤에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 얀 고 마이크로칩테크놀로지 오토모티브 수석 마케팅 매니저는 자동차 모터 컨트롤 MCU 개발 트렌드에 대해 인터뷰했다.

■ 차량 전기 시스템이 중앙집중형 개발로 나아가면 MCU의 역할이 점차 축소되거나 대체될 수 있는지

현재 자동차 산업은 ‘전기화(electrification)’라는 거대한 변화를 겪고 있다. 그리고 제조사도 이러한 흐름에 따라 차세대 전기 시스템 개발 및 재설계를 목표로 하고 있다. 

전기차(EV)의 전기 시스템은 고전압 시스템에서 저전압 시스템까지의 광범위한 기능을 포괄한다. EV에서 고전압 시스템은 일반적으로 OBC, DC-DC, 트랙션 모터, HVAC 인버터 및 BMS 시스템의 ECU(전자제어장치)를 의미한다. 이러한 ECU의 전자장치, 특히 MCU 및 고전압 스위치(MOSFET)에 대한 요건은 처리 능력, 보안, 파워 효율성 및 커넥티비티 측면에서 점점 더 까다로워지고 있다. 한편, 중앙집중형 저전압 전기 시스템은 흔히 ‘중앙집중형 컴퓨팅 모듈’로 불리며, 차체 애플리케이션, 자율주행 및 휴먼 머신 인터페이스를 담당하는 차량 제어를 지원하기 위해 사용된다. 

최근에는 이러한 중앙 컴퓨팅이 차량에서 하나의 큰 ‘두뇌’ 역할을 하는 추세이긴 하지만, 이는 일부에 불과하다. OEM은 중앙 컴퓨팅을 주 백본으로 사용하고 고속 이더넷 통신을 주 커넥티비티로 활용함으로써 차량 제어를 기존의 도메인 제어에서 구역 기반(zonal-based) 아키텍처로 분할하려는 비전을 가지고 있다. 이러한 유형의 아키텍처는 확장성 및 유연성을 보장하고 복잡성을 낮추기 위해 전체 구역 아키텍처에서 MCU에 대한 수요는 더 높아지므로, 향후 마이크로칩에 더 많은 기회가 열릴 것으로 보인다. 

■ 자동차에는 수많은 MCU애플리케이션이 적용되고 있다. 모터 컨트롤 분야가 성장 잠재력과 부가가치가 가장 큰 분야라고 볼 수 있는지

마이크로칩은 지난 20년간 자동차용 반도체 솔루션을 공급해 왔다. 자동차 시장이 전기화 및 자율 주행으로 이동함에 따라 마이크로칩은 이러한 애플리케이션 분야의 핵심 요소로서 엄청난 성장 잠재력을 목격하고 있다. MCU, 차내 통신 및 휴먼 머신 인터페이스를 포함하는 마이크로칩의 오토모티브 솔루션은 많은 자동차 공급업체의 선택을 받아왔다.

EV 차량에서는 앞서 언급한 전기 제어를 포함한 대부분의 모듈 및 기능에 MCU가 필요한다. 스티어링 휠 스위치 버튼, 조명 버튼, 시트 위치 조절 버튼, 차량 내 케이블의 모든 종단 노드 등을 위한 휴먼 머신 인터페이스에는 MCU를 사용하는 프로세싱 모듈이 필요하다. 모터 컨트롤은 MCU가 특정 기능을 수행하도록 요구하는 수많은 차내 애플리케이션 중 하나일 뿐이다. 자동차 내 새로운 MCU 애플리케이션의 가능성은 자동차당 모터 수와 함께 급격히 성장하고 있다.

■ 전기차가 인기를 끌면서 모터 개발도 가속화되어 왔다. 모터 컨트롤 MCU가 직면할 수 있는 기술적인 도전과제는

EV OEM의 관점에서, 모든 도전과제는 운전자 경험을 향상시키기 위하여 1회 충전당 최대 주행거리를 늘리거나 배터리 충전 속도를 높이겠다는 목표에서 비롯된다. 단순해 보이는 이 두 가지 목표를 달성하기 위해서는 많은 전자장치, 특히 MCU의 역할이 필수적이다.

마이크로칩은 파워 효율을 극대화하고 개발 기간을 단축하기 위해 자동차 전자 솔루션에 투자하고 있다. 일례로, 마이크로칩은 전기차에 적용되는 고전압, 고속 충전 및 고효율 요건에 따른 복잡성을 절감하기 위해 고전압 지원 SiC MOSFET 트랜지스터-다이오드 기술과 결합된 전용 파워 마이크로컨트롤러 제품을 보유하고 있다. 해당 기술을 통해 공급업체는 개발 기간을 단축하는 동시에 고효율 등급을 달성할 수 있다.  

■ 완성차 업체들이 반도체 개발에 많은 관심을 쏟고 있다. 모터 컨트롤 MCU의 개발 방식에도 변화가 있을 것으로 보이는데

반도체 공급 부족 현상이 지속되면서 자동차 OEM의 생산량도 타격을 받고 있는 만큼, OEM은 이전보다 이들 제품에 사용되는 반도체에 각별한 관심을 보이고 있다. 자동차 산업에서 최종 소비자에게 긍정적인 자동차 경험을 보장하기 위해서는 OEM, 티어 1 및 티어 2 공급업체, 그리고 반도체 공급업체 간의 협력이 필수다. 이러한 이유로 마이크로칩은 전 세계 MCU 공급을 선도하는 기업으로서 신제품 개발 과정에서 고객의 기술적인 피드백을 중요하게 여기고 있다.

자동차 모터 컨트롤 분야를 살펴보면, 기존의 많은 차체 애플리케이션이 저효율 2상 BDC 모터에서 고효율 3상 BLDC 또는 PMSM 모터로 전환하고 있다. 이러한 전환은 모터의 가청(audible) 소음을 줄여주는 제어 알고리즘을 사용하여 고객 경험을 향상시킵니다. 내연기관 자동차에 사용되는 대부분의 모터 컨트롤 애플리케이션은 EV에도 동일하게 적용된다. 대부분의 모터가 비엔진 기능, 즉 차체 및 내부 기능에 사용되기 때문이다.

EV는 모터 컨트롤 분야에서 트랙션 모터 컨트롤의 필요성을 비롯해 여러 새로운 기회를 창출했다. 벨트 또는 엔진 구동 부속품은 전기 모터로 교체됐으며, 배터리 및 인버터 냉각에는 몇 가지 새로운 펌프 애플리케이션이 필요하다. 또한, 냉각 및 열 관리와 같은 시스템을 위한 여러 가지 모터 및 밸브의 제어는 단일 모터 컨트롤러로 통합되고 있으며 dsPIC33CH 듀얼 코어 DSC가 그 예다. 이러한 통합은 다수의 PCB를 제거함으로써 부품 비용과 필요 공간을 줄여 나갈 수 있게 해준다.