[편집자주] 이산화탄소 배출 증가와 지구온난화에 대응해 전세계는 2050년 탄소 중립 시나리오에 따라 탄소 감축을 진행하고 있다. 오늘날 전기차(EV) 트렌드는 산업계가 탄소 중립 목표를 달성하는 과정에서 촉발됐으며, EV 충전 애플리케이션 수요 증가에 따른 WBG(Wide Band Gap) 반도체 채택이 잇따르고 있다. 또한 AC/DC, DC/DC 전력 변환 회로의 고효율·고전력 밀도 구현을 위한 솔루션 연구도 활발하게 진행되고 있다.

이러한 가운데 인피니언에서는 11월 28일 e4ds EEWebinar에서 ‘전기차 충전 시장 트렌드 이해 및 인피니언 솔루션 소개’ 웨비나를 발표한다. 최시훈 인피니언 코리아 매니저는 EV 충전 시장 트렌드를 비롯해 AC/DC, DC/DC 전력 변환 솔루션 등 관련 전반의 인피니언 솔루션을을 소개할 예정이다. 

이에 앞서 최시훈 매니저를 만나 최신 동향과 인피니언의 EV 충전 시장과 관련 솔루션에 대해 이야기를 나눴다.
■ 최근 EV 충전 애플리케이션 개발 추세와 챌린지에 대해

EV 충전소는 기본적으로 실외에 설치되므로, 가혹한 환경(IP65, -45~55°C)에서 안정적인 동작과 신뢰성이 보장되어야 한다. 방수 및 방진 등의 기구적 설계는 물론, 가혹한 운전 조건에서의 신뢰성 및 안정성 확보를 위한 회로적 설계가 요구되고 있다. 
 
오늘날 EV 충전의 트렌드는 단순히 충전소 개수를 늘리는 것에서 더 나아가 충전 속도와 회로 효율 및 전력 밀도를 상승시키는 데 초점이 맞춰져 있다. 차량 배터리 전압 상승과 회로 효율에 대한 요구가 증가함에 따라 WBG(Wide Band Gap) 디바이스가 적극적으로 적용되고 있고, 다양한 토폴로지에 대한 심도 있는 검토가 이루어지고 있다.

또한 최근에는 EV 충전-신재생 에너지 간 결합을 통해 완벽한 친환경 시스템 구현을 위한 시도도 활발하게 이루어지고 있다. ESS(Energy Storage System) 혹은 태양광 에너지 시스템과의 결합을 통해서 전기 에너지를 생성하는 단계에서부터 진정한 친환경 시스템 구현을 위해 노력하고 있다. 

■ 인피니언의 전력반도체 솔루션이 이러한 추세와 챌린지에 어떤 해답이 되는가

EV 충전과 같은 고용량 파워 애플리케이션에서 회로 효율을 극대화하고 높은 전력 밀도를 달성하기 위해서는 WBG 디바이스 적용이 필수이다. WBG 디바이스를 적용함으로써 회로의 동작 주파수를 기존 Si 디바이스 적용 시 대비 매우 높게 설정이 가능하다. 이로 인해 회로 내 트랜스포머나 인덕터 크기를 줄일 수 있고, 결과적으로 전력 밀도를 향상시키고 시스템 무게 또한 줄일 수 있다.

인피니언은 과거 오랜 시간 동안 시장에서 검증된 Si 솔루션뿐만 아니라, 높은 신뢰성과 고성능의 다양한 WBG 솔루션도 제공하고 있다. 

SiC 디바이스의 경우 경쟁사 대비 매우 최적화된 FOM(Figure Of Merit) 특성을 가지고 있다. FOM은 MOSFET의 스위칭과 컨덕션 특성을 동시에 고려해 MOSFET의 성능을 가늠하는 요인으로써, 낮은 값을 가질수록 뛰어난 특성의 디바이스라고 할 수 있다. 인피니언의 SiC 디바이스는 경쟁사 대비 현저하게 낮은 FOM 특성을 가지고 있다. 

또한, 다년간의 품질 관리 노하우 및 엄격한 내부 품질 규정을 통해서 경쟁사 대비 월등히 높은 품질 수준을 자랑하고 있다.

■ AC/DC, DC/DC 전력 변환 효율이 중요한 이유는

반도체 디바이스는 동작 간 전력 손실이 발생하게 되고, 이러한 전력 손실은 발열로 나타나게 된다. 디바이스의 전력 손실이 크다는 이야기는 회로 입력과 출력 간 전력 변환 효율이 떨어진다는 것이고, 디바이스에서 방출되는 열이 크다는 뜻이다.

이렇게 발생하는 열을 어떠한 형태로 방출 시키고 관리하느냐는 시스템의 신뢰성 및 라이프타임에 직접적으로 영향을 주게 된다. 따라서 개발자분들은 이러한 방열 설계에 많은 노력과 비용을 들인다.

설계된 회로가 높은 전력 변환 효율을 갖는다면, 방열 설계에 대한 노력과 비용을 최소화할 수 있고, 시스템 신뢰성을 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라 궁극적으로 시스템 전력 밀도를 향상시킬 수 있다.

전력 변환 효율에 직접적으로 영향을 주는 주요 요인 중의 하나가 적용된 개별 반도체 디바이스의 성능이다. 인피니언 디바이스의 뛰어난 성능은 다년간의 시장 적용을 통해서 충분히 검증되었음을 자신 있게 말씀드릴 수 있다.
 
■ 인피니언의 전력 변환 솔루션 특장점은

EV 충전과 같은 고용량 파워 애플리케이션에 적용되고 있는 인피니언의 SiC 디바이스는 많은 장점을 가지고 있다.

첫째로 뛰어난 FOM 특성이다. 인피니언의 SiC 디바이스는 스위칭과 컨덕션 특성의 밸런스가 매우 뛰어나고 이를 바탕으로 모든 토폴로지에서 높은 전력 변환 효율 달성이 가능하다.

둘째는 적용의 편의성이다. 대표적으로 인피니언의 SiC 디바이스의 Vgs threshold 전압은 타사 디바이스 대비 상대적으로 높다. 따라서 기본적으로 높은 dv/dt 인가에 의한 원치 않는 턴온(turn-on) 위험성이 타사 디바이스 대비 현저히 낮다. 또한 게이트 드라이빙에 있어서 음전압을 인가할 필요가 없으므로 게이트 드라이빙 회로를 간소화할 수 있다.

셋째, 뛰어난 방열 특성이 있다. 특히 인피니언의 TSC(Top Side Cooling) 디바이스의 경우 뛰어난 열저항 특성을 가지고 있습니다. 이는 디바이스 정션 온도를 상대적으로 낮게 관리하는 것을 가능하게 함으로써, 디바이스가 더 많은 전력을 소비하는 것을 가능하게 한다. 

또한, 디바이스의 정션(Junction) 온도 한계치를 넘지 않는 선에서 보다 높은 ON 저항(Ron) 디바이스 적용을 가능하게 함으로써 시스템 가격을 낮출 수도 있다.

마지막으로 높은 신뢰성이다. 인피니언은 다년간의 품질 관리 노하우 및 매우 엄격한 품질 관리 규정을 두고 있다. 이러한 노력은 시장에서 매우 낮은 불량률을 통해 검증되고 있다. 엄격한 품질 관리는 양산 경제성 등에 악영향을 줄 수 있음에도 인피니언은 절대 타협하지 않는다.

■ 이번 웨비나에서 EV 충전 트렌드와 관련해 다뤄지는 내용에 대한 소개

이번 웨비나를 통해 EV 충전의 트렌드를 함께 살펴보고, 이러한 기술 트렌드에 부합하기 위한 인피니언의 솔루션을 소개한다. 인피니언 디바이스의 장점 설명과 더불어, 개별 토폴로지에서 인피니언 디바이스 적용 시 얻을 수 있는 시스템 레벨의 장점 또한 설명할 예정이다.

웨비나를 통해 EV 충전 시장의 전반적인 이해 및 인피니언의 뛰어난 솔루션을 접하실 수 있는 기회가 되시길 바란다.

감사합니다.