친환경 기조가 산업계를 휩쓸며 전기차 시장은 5년만에 10배나 몸집을 키웠다. 전기차 개발·보급이 빠른 속도로 진행되는 가운데 고전압 시스템이 보편화하며 시스템 엔지니어들에게 EMI·EMC 및 절연 등이 까다로운 설계 문제로 부각되기 시작했다.
 
텍사스 인스트루먼트(TI)는 10일 차량용 절연 드라이버 및 스위치를 포함한 솔리드 스테이트 릴레이(SSR, Solid State Relay) 포트폴리오를 출시를 발표해 높은 신뢰성을 제공하면서 동시에 전기차의 안전성을 향상시켜 줄 것으로 기대된다. 파워트레인과 800V 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)의 솔루션 크기를 최소화해 BOM 비용도 낮출 수 있다는 게 TI측 설명이다.
 
이번에 새롭게 선보이는 10V 게이트 전원을 통합한 절연 스위치 드라이버 TPSI3050-Q1과 1400V 50mA 절연 스위치 TPSI2140-Q1은 단일 장벽을 통해 전원과 신호 절연을 통합한 고유의 접근법으로 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 기존 전기기계식 릴레이 및 솔리드 스테이트 포토릴레이에 비해 솔루션 크기와 비용을 낮출 수 있다고 덧붙였다. 이 디바이스들은 새로운 솔리드 스테이트 릴레이 포트폴리오 중 가장 처음 출시되는 제품으로, 고전압 산업용 애플리케이션에 활용되는 IC 설계도 포함한다.
 
TI는 새롭게 선보이는 솔리드 스테이트 릴레이 포트폴리오의 장점을 요약하면 3가지이다. △통합 절연 기술을 통해 높은 시스템 신뢰성 달성 △전원과 신호 절연 통합으로 시스템 크기 축소 및 비용 절감 △800V 전기차 BMS의 안전성 향상이 이에 해당한다.
 
첫째로 전기기계식 릴레이는 수 밀리초가 걸리는 반면, 새로운 솔리드 스테이트 릴레이는 단일 절연 장벽을 통해 마이크로초 단위로 부하를 차단하고 연결하므로 고전압 차량용 시스템에서 더 안전하게 작동한다. TPSI3050-Q1은 최대 5kVRMS에 이르는 강화 절연을 제공하고, 전기기계식 릴레이에 비해 10배 이상 높은 작동 수명을 제공한다.
 
또한, TPSI2140-Q1은 3.75kVRMS에 이르는 기본 절연을 제공하며, 솔리드 스테이트 포토릴레이에 비해서 4배 이상 높은 TDDB 신뢰성을 달성한다.
 
두 번째로 시스템 크기 축소 및 비용 절감에 있어서 솔리드 스테이트 릴레이는 전원과 신호 전송을 단일 칩으로 통합해 최소 3개의 부품을 줄이는 동시에 솔루션 크기를 축소하고 BOM을 최대 50%만큼 낮출 수 있다.
 
TPSI3050-Q1은 절연 전원 공급기, 디지털 절연기, 게이트 드라이버의 기능을 통합함으로써 기계식 릴레이 솔루션 대비 90%까지 축소된 솔루션 크기를 제공한다. TPSI2140-Q1은 신호 FET과 저항기를 통합하고 리드 릴레이의 필요성을 없애 기존 솔리드 스테이트 포토릴레이 솔루션 대비 크기를 50%까지 축소할 수 있다.
 
세 번째로 전기차 안전성 향상에서 고전압 측정 및 절연 모니터링에 적합하도록 설계된 TPSI2140-Q1은 BQ79631-Q1 같은 배터리 팩 모니터링 디바이스와 결합해서 800V 배터리 관리 시스템에서 솔리드 스테이트 포토릴레이보다 더 빠르고 높은 정확도로 절연 결함을 감지할 수 있다. TPSI2140-Q1은 1MW 미만 저항을 사용하고 기존 포토릴레이 대비 300% 높은 애벌런치 전류를 견딜 수 있으므로 더 안전하게 사람과 시스템 사이의 상호작용이 가능하다.
 
TPSI3050-Q1과 TPSI2140-Q1은 TI.com에서 양산 전 버전으로 1,000 개 수량 당 각각 1.99달러, 2.75달러에 구입할 수 있다. 또한 TI.com에서 엔지니어들이 해당 제품을 평가할 수 있는 TPSI3050Q1EVM과 TPSI2140Q1EVM의 평가 모듈을 49달러 가격에 구입할 수 있다고 TI는 밝히고 있다.
 
TI는 차별화된 절연 제품들을 지속적으로 선보이고 있다. 솔리드 스테이트 릴레이는 계속해서 늘어나는 TI 절연 제품 포트폴리오에 가장 최근 추가된 제품이다. 또 다른 신제품인 UCC14240-Q1 절연 DC/DC 바이어스 전원 모듈은 TI 고유의 트랜스포머 통합 기술을 적용해서 △높은 전력 밀도 △낮은 전자기 간섭(EMI) △높은 신뢰성을 달성함으로써 전기차의 주행 거리를 늘린다.
 
AMC23C12는 업계 최초의 강화 절연 비교기 제품으로, 표준 비교기 기능에 견고한 갈바닉 절연 장벽을 통합함으로써 솔루션 크기를 50%까지 축소하고 400ns 미만의 초고속 절연형 양방향 과전류 및 과전압 감지가 가능하다고 TI는 강조했다.
 
트로이 콜먼 텍사스 인스트루먼트 부사장은 “전기차의 비중이 증가함에 따라 고전압 시스템이 보편화되고 있으며, 전기차 업계가 800V 배터리로 전환함에 따라 절연이 시스템 엔지니어들에게 까다로운 설계 과제로 대두되었다”고 설명했다.
 
이에 “TI는 시스템 디자이너들의 과제 해결을 지원하기 위해 노력하고 있다”며 “보다 많은 기능을 통합하게 된 TI의 절연 기술을 적용한 새로운 솔리드 스테이트 릴레이로 엔지니어들은 이제 고전압 전원 공급기의 크기, 비용, 복잡성을 낮추고 차세대 차량 및 산업 시스템의 안전성을 더욱 높일 수 있다”고 피력했다.
 
한편, 세계적인 반도체 업체 텍사스 인스트루먼트(나스닥: TXN)는 △산업·차량·개인용 전자기기 △통신 장비 및 엔터프라이즈 부문의 아날로그 IC △임베디드 프로세서를 설계·제조·시험·판매하고 있다.
 
수십년 동안 TI는 반도체를 통해 기술적 진보 정신에 준해 모든 전자기기에 반도체가 적용될 수 있도록 보다 높은 신뢰성과 효율성을 제공하는 기술 혁신을 거듭해왔다. TI에 대한 보다 자세한 내용은 공식 홈페이지 TI.com에서 확인할 수 있다.