2024년 3월 29일 금요일

T 기술기고문

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자동차 디자인에 적합한 전원 관리 IC 선택

데이터 센터에 사용되는 서버 프로세서 하나는 200~450와트의 전력을 소모한다. 다행인 점은 데이터 센터는 온도 제어가 되는 환경이고 서버가 냉각이 용이하도록 설계된다는 것이다. 그런데 이 서버가 자동차 안에 있다면 어떻게 할 것인가? 그리고 주변 온도가 125°C 혹은 그 이상으로까지 달할 수 있다면?

글: 최영균 이사 / 맥심 인터그레이티드(Maxim Integrated)

이것이 바로 자동차 디자이너가 당면한 과제이다. 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)이나 인포테인먼트 같은 애플리케이션에서 계속해서 더 높은 프로세싱 성능이 요구되기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 예를 들어서 NVIDIA의 경우에는 “차량용 액체 냉각 수퍼컴퓨터”라고 하는 것을 개발했다. NVIDIA의 Drive PX 2 칩은 12개 CPU 코어를 사용해서 8테라플롭스에 달하는 프로세싱 성능과 초당 24조 연산 성능을 제공함으로써 MacBook Pro 150대에 맞먹는 성능을 제공한다. 이러한 성능을 필요로 하는 것은 딥러닝 같은 정교한 알고리즘을 실행하고 자동차를 좀더 자율적이게 하는 연산을 수행하기 위해서다.
 
데이터 센터는 냉각을 용이하게 할 수 있으나 자동차에서는 그렇게 하는 것이 어렵다. 위에서 언급한 NVIDIA 칩에 사용된 액체 냉각은 칩 상의 미세한 마이크로유체(microfluidic) 채널을 통해서 액체 냉각제를 펌핑함으로써 동작 온도를 낮출 수 있다. 이미 첨단 자동차용 프로세서는 60와트에서부터 90와트 혹은 100와트까지의 전력을 필요로 한다. 이러한 첨단 프로세서가 자동차 안에서의 서버 프로세서가 되어가고 있다. 그러므로 앞으로 자율 자동차가 진화하면 할수록 자동차 프로세서의 전력 요구량은 점점 더 높아질 것이다. 이는 다시 말해서 자동차 전원 관리 IC(PMIC)가 점점 더 중요한 역할을 할 것이며 자동차 고유의 요구들을 충족해야 할 것이라는 뜻이기도 하다.

 

자율 운전 기능을 위해서는 자동차의 전원 관리가 더더욱 중요해질 것이다.
 
열 제약과 EMI 최소화
자동차 인포테인먼트 시스템을 예로 들어보자. 이러한 시스템에 사용하기 위한 PMIC는 솔루션 크기를 최소화할 수 있도록 높은 스위칭 주파수를 제공해야 한다. 전자기 간섭(EMI) 역시 최소화해야 한다. EMI는 자동차의 많은 서브시스템들로 피해를 입힐 수 있기 때문이다. 이러한 PMIC는 통상적으로 메인 자동차 배터리로 연결된다. 이러한 연결 토폴로지 때문에 자동차의 수명 내내 높은 입력 전압(36V 이상)을 견뎌야 하며 또한 부하 덤프 같은 조건들을 잘 넘기고 신뢰성 있게 동작해야 한다(다만 대개 별도의 회로들을 사용해서 이러한 배터리 관련한 조건들을 관리할 수 있다). 특정한 부하에 따른 응답 특성 요구와 함께(통상적으로 마이크로초 내에 절반의 부하에서부터 최대 부하까지 변동) 자동차 PMIC는 열적 성능 요구 및 제약 또한 충족해야 한다.
 
IC 전압 레귤레이터를 보자. 레귤레이터는 보통 배터리 메인 전원으로 곧바로 연결되며 서지 및 과전압 보호기를 통과하는 과도 전압을 처리하기 위해서 정격이 28VDC~40VDC이다. (배터리로 직접적으로 연결되지 않는 하위 레귤레이터는 고전압 입력 사양이 아니어도 된다.) 효율이 높고(최대 부하로 90% 이상의 효율) 정지 전류가 낮은 스위칭 레귤레이터를 사용하면 배터리 수명을 연장할 수 있으며 또한 열을 줄이고 더 적은 보드 공간을 차지한다. 이러한 것들은 자동차 애플리케이션에 중요하게 요구되는 것이다.
 
Maxim은 어떤 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러하고나 사용할 수 있는 포괄적인 유형의 자동차 등급 PMIC 제품을 제공한다. 또한 갈수록 더 높아지는 전력 요구량을 충족하고 효율 솔루션 비용 풋프린트에 대한 자동차 업체들의 다양한 요구를 충족하기 위해서 지속적으로 로드맵을 개발하고 있다. 만약 자신의 자동차 디자인에서 전원 관리에 관련된 어떤 문제에 직면하고 있다면 Maxim의 PMIC를 사용해서 그러한 문제를 해결할 수 있을 것이다.