다이슨 무선청소기가 청소기 시장의 판도를 바꾼 지 벌써 여러 해다. 유선청소기보다 흡입력이 약해 보조적으로만 사용되던 기존의 무선청소기들과 달리 다이슨의 무선청소기는 강력한 흡입력을 앞세워 특히 남성 소비자들의 마음을 사로잡았다.


다이슨의 성공에 자극 받은 세계 유수의 가전 업체들이 무선청소기 시장에 뛰어들었다. LG의 ‘코드제로’와 삼성의 ‘파워건’이 대표적인 제품들이다.

모터의 발전이 불러온 시장의 변화다. 속도를 자유자재로 조절할 수 있으며 수명도 긴 모터가 널리 보급되면서 제조사가 원하는 기능을 구현할 수 있게 된 것이다. 그리고 제조사가 원하는 모터 기능을 구현하기 위해서는 모터를 제어할 가변속 드라이브 솔루션이 필요하다.

가변속 드라이브를 구현하기 위해선 어떤 솔루션이 필요할까?

인피니언 코리아의 산업용 전력 반도체 사업부 이근형 부장에게 인피니언의 가변속 드라이브 솔루션인 iMOTION에 대해 물었다.


Q1. 다이슨과 LG전자 등 자사의 가전제품에 BLDC 모터나 인버터를 채용했다는 것을 마케팅 포인트로 내세우는 기업들이 점점 늘고 있습니다. 가전제품에 BLDC 모터를 사용함으로써 얻을 수 있는 장점이 무엇입니까?

최근 모터 애플리케이션에서 에너지 효율, 수명, 소음 및 안전성에 대한 요구가 증가하면서 다양한 분야에서 BLDC 모터의 사용이 증가하는 추세입니다.

BLDC 모터는 기존에 쓰이던 AC 모터와 달리 내부에 브러시와 정류자가 없어 이로 인한 마모가 없어 수명이 깁니다. 기계적 마찰이 없어 저소음 구동도 가능합니다. 아울러 보다 높은 RPM으로 구동할 수 있는데다 구조상 기계적 마찰로 인한 분진이 없고 하우징을 통해 외부로부터 보호되어 친환경적이고 안전합니다.


Q2. BLDC 모터는 채용되는 제품들의 특성상 일정한 속도로 돌기보단 때에 따라 속도와 방향을 바꿔 도는 경우가 많을 것 같습니다. 이러한 제어를 위해선 어떤 부품과 기술이 필요합니까?

온/오프로만 동작하는 AC 모터와 달리 BLDC 모터는 필요에 따라 속도를 제어할 수 있는데, 이를 위해선 가변속 드라이브가 필요합니다.

가변속 드라이브를 구현하기 위해서는 기능적으로 AC를 정류하여 DC 링크 커패시터를 거쳐 인버터단을 통해 모터 속도를 제어하게 됩니다. 이 과정에서 역률 규격을 맞추기 위해 PFC단이 필요할 수 있습니다. 또한 이러한 가변속 드라이브를 전반적으로 제어할 수 있는 컨트롤러와 센서가 요구됩니다.

이 중 핵심이라 할 수 있는 부분은 PFC단, 인버터단, 모터 제어 부분입니다. 3상 모터의 경우, 인버터를 구성하기 위해서는 6개의 파워 스위치(MOSFET이나 IGBT 및 다이오드)와 과전압, 과전류, 과부하에 대한 보호 기능을 가진 게이트 드라이버 IC 및 온도 센서가 필요합니다.

각각의 단일 부품으로 이를 구성할 수도 있으나 개발 편의성, 조립 공정의 단순화, 부품 수급 용이성 및 높은 시스템 신뢰성을 위해 모든 부품을 하나로 통합한 IPM(Intelligent Power Module)이 많이 사용되고 있습니다.

모터 제어를 위해 아울러 MCU나 모터 컨트롤러가 사용되고 있습니다. MCU를 사용할 경우 자체적으로 모터 제어 알고리즘을 개발해야 하므로 모터에 대한 지식 뿐 아니라 소프트웨어 엔지니어링 역량도 같이 필요합니다.

Q3. 인피니언의 모터 제어 솔루션인 iMOTION은 정확히 무엇입니까? 제품군의 이름인지, 관련 기술의 이름인지 궁금합니다. 또한 AI에 대한 대응이 가능한 제품 혹은 기술입니까? iMOTION은 인피니언의 모터 제어 제품군을 통칭하는 이름입니다. iMOTION은 다시 크게 3가지 제품군으로 분류할 수 있습니다.

먼저 소개해드릴 iMOTION Controller는 MCE(Motion Control Engine)가 내장된 제품입니다. MCE는 모터 제어 전용 솔루션입니다. 이 제품은 MCE 또는 Cortex-M0를 제공합니다. MCE 버전은 사용 용이성에 중점을 두었으며, Cortex-M0 버전은 고객사의 자체 코드를 활용할 수 있도록 사용 유연성에 중점을 두었습니다. 하나의 패키지에 MCE + Cortex-M0를 내장한 제품도 제공하고 있습니다. 사용자는 iMOTION Controller와 IPM을 조합하여 인버터를 구현할 수 있습니다.

다음으로 iMOTION Smart driver 제품군이 있습니다. 이 제품은 MCE 또는 Cortex-M0에 게이트 드라이버 IC를 하나의 패키지에 통합한 제품입니다. 사용자는 iMOTION Smart driver와 전력 디스크리트 조합으로 인버터를 구현할 수 있습니다.

마지막으로 iMOTION Smart IPM 제품군이 있습니다. 이 제품은 전력 스위치 및 온도 센서까지 통합된 제품으로 이를 통해 단일 부품으로 인버터단을 구현할 수 있습니다. 다만 현재 생산중인 제품은 패키지 크기 제한으로 최대 구현할 수 있는 전력이 100W 미만으로 헤어드라이어와 같이 매우 작은 인버터가 필요한 경우에만 활용되고 있습니다. 인피니언은 향후 다양한 패키지를 활용하여 대전력 모터에까지 응용할 수 있는 제품을 출시할 계획입니다.


Q4. 시장이 빠르게 변화하고 있어 기업들이 자체 솔루션보단 외부 솔루션으로 모터 제어를 구현하는 경우가 많다고 하는데, 타사 솔루션 대비 iMOTION의 차별점은 무엇입니까?

모터 및 파워에 대한 지식이 있는 하드웨어 엔지니어가 iMOTION 제품을 사용하면 별도의 복잡한 소프트웨어적인 지식 없이 단기간에 모터 제어 솔루션을 개발할 수 있습니다. 변경되는 모터 사양에 맞게 제어 솔루션을 유지 및 변경할 수 있다는 장점도 있습니다.

특히 사용 용이성 뿐 아니라 세부적으로 엔지니어가 원하는 사양을 미세하게 튜닝할 수 있는 부분이 기존 모터 컨트롤 IC 대비 차별화된 부분이라고 할 수 있습니다.


Q5. 고객의 수만큼이나 애플리케이션의 종류도 다양할 텐데요. iMOTION에 고객 스스로가 모터 제어 알고리즘을 따로 올릴 수 있습니까? 또 고객사에 제공하는 Cortex-M0 옵션에는 어떤 것이 있습니까?

iMOTION 제품군은 MCE 및 Cortex-M0 2가지 버전을 모두 제공하고 있으며 고객사의 모터 제어 알고리즘을 올릴 경우 Cortex-M0 버전을 사용하면 됩니다. 고객사에 제공하는 iMOTION 옵션에는 MCE 단독, Cortex-M0 단독, MCE+Cortec-M0 이중 등 3가지가 있습니다.

Q6. iMOTION 제품군을 보니 IMM100, IMC100, IRMC 시리즈로 나뉘던데 세 시리즈의 차이점은 무엇입니까?

IMM100 시리즈는 Smart IPM 제품군 이름이며, IMC100 시리즈는 Controller 제품군 이름입니다. 또한 IRMC 시리즈는 iMOTION의 1세대 제품군 이름이고 IMM 시리즈는 2세대 제품군 이름입니다.


Q7. 내장된 MCE가 지원하는 제어 알고리즘의 종류에는 어떤 것들이 있습니까?

내장된 MCE는 기본적으로 센서리스 FOC(Field-Oriented Control)를 지원합니다. 또한 아날로그 & 디지털 홀 센서 타입 옵션도 제공합니다.

역률 제어가 필요한 경우를 위해 모터 제어 알고리즘과 더불어 PFC 제어를 옵션으로 선택할 수 있습니다. PFC는 부스트 PFC 및 토템폴 PFC 2가지 토폴로지를 지원합니다.


Q8. 내장된 MCE가 받은 인증들이 궁금합니다. 또 어느 선까지 그 인증이 적용되며 인증 검사 생략이 가능합니까?

내장된 MCE는 사전 인증 받은 ICE60353 (Class B / UL) 제품으로, 고객사 제품레벨에서의 인증이 생략되지는 않습니다. 다만 이를 통해 고객사에서 제품 레벨 UL 인증 시 필요한 노력과 시간을 절감할 수 있습니다.

Q9. 모터 제어를 위해 인피니언이 제공하는 툴로 MCE 위자드와 디자이너가 있던데, 두 프로그램의 차이점은 무엇입니까?

MCE 위자드는 모터 사양을 입력함으로써 간단히 모터 제어 알고리즘을 생성할 수 있는 PC기반 툴입니다.

MCE 디자이너는 위자드에서 생성된 알고리즘을 실제 모터에 맞게 정밀하게 튜닝을 할 수 있도록 도와주는 PC 기반 애플리케이션 툴입니다.


Q10. 소형가전 등에서 쓰이는 BLDC 모터에만 iMOTION을 활용할 수 있습니까? 전장처럼 향후 다른 분야에서 iMOTION을 활용하게 할 계획이 있습니까? 아니면 다른 제품군이 존재하는지?

전장에 적용하기 위해서는 전장용 AEC Q100 인증을 받아야 합니다. 현재 양산중인 제품은 전장용 인증을 받지 않은 제품으로 주로 가정용 및 산업용에 적합한 제품입니다.

인피니언의 iMOTION 제품군은 당분간 시장규모가 큰 가정용 및 산업용 애플리케이션에 집중할 계획입니다.


Q11. 몇몇 인피니언 제품에는 DCB 패키지가 사용됩니다. DCB 패키지가 풀팩 패키지보다 우수한 열 특성을 갖고 있다는데 이유가 무엇입니까? 또 풀팩과 어드밴스드 아이솔레이션 패키지의 차이점은 무엇입니까?

DCB 및 풀팩은 IPM 제품 패키지에 사용됩니다. 풀팩은 EMC(Epoxy Mold Compound)인 반면 DCB(Direct Copper Bonding)는 히트 싱크 접촉면에 구리 본딩을 사용하여 방열 특성을 개선한 제품입니다.

어드밴스드 아이솔레이션은 인피니언 IGBT 디스크리트에 적용되는 기술입니다. 기존 TO-247 풀팩이 사용엔 용이하나 방열 특성이 비교적 떨어지고 TO-247 일반 패키지는 외부에 절연지를 사용해야 하는 불편함이 있습니다. 어드밴스드 아이솔레이션은 이를 개선하여 조립 용이성과 우수한 방열 특성 2가지를 모두 만족시킬 수 있는 솔루션입니다.


BLDC 모터 제어를 효율적으로 구현하기 위해서는 소프트웨어 엔지니어링 역량뿐만 아니라 모터에 대한 전문 지식 또한 요구된다.

최소한의 엔지니어링 리소스로 최단기간에 자체적인 모터 제어를 구현하고 싶은 엔지니어는 22일 진행되는 e4ds의 ‘모션 컨트롤 엔진을 이용한 스마트 모터 컨트롤 구현’을 통해 더욱 자세한 정보를 알 수 있다.