2019년에 전기차(EV) 판매가 2백만 대를 돌파했으며, 앞으로 몇 년 안에 전기차 판매가 연간 8백만 대에 이를 것으로 전망된다. 이 판매량에서 가장 큰 비중을 차지하는 나라는 중국이다.
배터리 관리 시스템(BMS)은 효율, 수명, 성능과 함께 전기차의 필수 구성 요소로, 중요한 역할을 수행한다. 이러한 요구를 충족하기 위해서 절연형 CAN 버스, 차동 데이지 체인 통신, 여타 솔루션을 통해 배터리 팩 내의 각기 셀들을 모니터링하고 온도, 전압, 전류에 대한 데이터를 전달할 수 있다.
그림 1은 마이크로컨트롤러(MCU)와 지원 회로, 저전압 측과 고전압 측 사이의 절연, 배터리 셀, 배터리 모니터링 모듈, 전류 센서 등으로 이루어진 일반적인 BMS를…
차량용 커넥티비티 도입이 갈수록 늘어나고 있다. 차량용 무선 커넥티비티라고 하면 많은 이들이 단순히 차내 인포테인먼트 시스템과 상호작용하는 것을 떠올릴 것이다. 하지만 다양한 새로운 애플리케이션들이 등장하고 있다. 이것은 차 주인과 자동차의 상호작용을 개인화하는 것일 수도 있고, 시동이 꺼진 상태에서 저전력 커넥티비티 작동을 위한 경로를 생성하는 것일 수도 있고, 열쇠 없이 차를 여는 PaaK(phone-as-a-key) 애플리케이션일 수도 있다.
수년 전부터 TI의 블루투스® 저에너지 기술은 차 안에서 헤드 유닛, 타이어 압력 감지 시스템(TPMS), 텔레매틱스 제어 유닛(TCU), PaaK 같은 다양한 장치들을 연결하기 위해서 널리 사용되어 왔다. TI는 2014년에 CC2541-Q1 디바이스를 출시하고, 이어서 2017년에는 CC2640R2F…
차세대 배터리 관리 시스템(BMS)이 무선화 되면서 전기차 내부의 무거운 통신 배선을 제거하고 주행 거리와 안정성을 높일 수 있게 되었다.
일반 차량과 마찬가지로 전기차에도 안락한 인테리어는 물론 최신 기술을 적용할 수 있지만, 하부 섀시에는 많은 수의 배터리 셀을 탑재해야 하는 점을 고려해야 한다. 더 많은 셀을 탑재할수록 1회 충전으로 더 먼거리를 갈 수 있는데, 이는 고객들에게는 매우 중요한 요소 중 하나다.
하지만 모든 배터리 셀은 모니터에 연결되어 있어야 하며, 동시에 모니터는 배터리 건강과 성능을 극대화하기 위해 중요한 정보를 제어기에…
우주 비행 임무를 수행하는 인공위성은 한 번 띄우면 접근이 불가하다. 따라서, 위성 서브 시스템의 상태를 모니터링할 수 있는 정확한 원격 측정 데이터를 확보해 기준치를 설정하면 결함과 작동 중인 시스템을 원격으로 파악할 수 있다. 민감한 부품들은 전압, 온도, 전류에 대한 정확한 모니터링이 필요한데, 대표적인 두 가지 예시가 무선 주파수(RF) 전력 증폭기와 열전 냉각기다. 두 애플리케이션은 모두 온도와 방사선 효과에 따라 성능이 달라지기 때문에 효율적이고 안전한 작동을 위해서는 적용된 전압과 전류의 조정이 필요하다. 원격 측정 회로는 주요 시스템의 전원 레일과 부품을 모니터링하고, 성능과 관련된 데이터를 수집하고, 그에 맞추어 시스템 설정을 조정한다. 성능과 관련된 데이터는 현재와 미래의 인공위성 설계를 위한 값진 데이터이기도 하다.
원격…
셀 밸런싱은 차량의 주행 거리를 연장하고 전기차(EV) 배터리의 안전한 작동을 보장하기 때문에 전기차의 배터리 관리 시스템에서 중요하다. 셀 밸런싱은 배터리 자체의 불균형을 바로잡기 위해서도 필요하다. 전기차의 배터리를 비롯한 모든 배터리는 제조 과정 중의 불균형 또는 작동 조건의 불균형으로 인해 시간이 흐르면서 셀 별로 노후화의 정도가 다르게 나타난다.
다른 셀에 전하가 많이 남아 있더라도 배터리는 가장 약한 셀이 완전히 방전되면 전하를 전달할 수 없다. 따라서 셀 밸런싱은 배터리 팩의 용량을 극대화하고 배터리의 모든 에너지를 사용 가능하게 만들어 배터리 수명을 늘리며, 전기차 배터리의 경우에 주행 거리를 연장할 수 있다. 셀 밸런싱은 배터리 용량 극대화 외에도 셀 과충전과…
전기차 보급이 확대됨에 따라 정확도가 높은 배터리 모니터링을 통해 최고 수준의 기능 안전을 달성해야 할 필요성이 다른 무엇보다 중요해졌다. 하지만 배터리 모니터링 정확도를 개선하기 위해서는 차량의 배터리 관리 시스템이 실시간으로 효율적으로 작동하여 그 안에 있는 개별 배터리 셀의 성능을 모니터링해야 한다.
일반적인 하이브리드 전기차(HEV)와 전기차(EV) 구성에서 배터리 관리 유닛(BMU)은 12V 배터리로 구동된다. 차량이 주차되어 있거나 꺼져 있더라도 원격 키 입력, 보안, 배터리 모니터링과 같은 기능을 지원하기 위해 이 배터리는 계속 켜져 있다. 차량이 주차된 경우 배터리가 올바른 상태를 유지할 수 있도록 마이크로 컨트롤러(MCU)에서 주기적인…
우주에서는 위성 PLL 합성기 디자인이 얼마나 복잡하고 비용이 많이 드는지 아무리 말해도 들어줄 사람이 없다.
PLL(phase-lock loop) 합성기를 설계하기 위해서는 다수의 개별 부품이 필요하므로 상당한 공간을 차지하고 무게를 증가시킨다. 통상적인 PLL 디자인은 전압 제어 오실레이터(VCO), 합성기, 높은 주파수를 수용하기 위한 추가적인 프리스케일러/분할기 또는 출력 체배기 같은 다수의 이산적인 부품들로 이루어진다. 또 어떤 경우에는 시스템으로 잡음을 최소화하고자 별도의 위상 검출기/차지 펌프를 사용하기도 한다. 이와 같이 긴 부품 목록 때문에 디자이너가 우주에서 사용하기 위한 용으로 크기가 작고 가벼운 시스템을 설계하려고 할 때 솔루션 크기와 설계 복잡성이 문제가 될 수 있다.
이것은 초기에 휴대전화 디자이너들이 무선 주파수(RF…
고속 데이터 변환과 동기화 향상으로 엔지니어들과 과학자들이 세계 최대 전파 망원경을 구축할 수 있으며, 이로써 지금까지 볼 수 없었던 더 깊은 우주에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
2018년에 크지스토프 카푸타(Krzysztof Caputa) 박사는 심각한 문제에 직면했다. 그가 캐나다국가연구위원회(NRC)에서 이끌고 있는 천문 장비 프로젝트가 수백 마일 떨어져 있는 주요 전자 부품들 간의 타이밍을 안정적으로 동기화하는 데 어려움을 겪고 있었던 것이다.
원거리 신호 타이밍을 수십억 분의 일초 대로 동기화하지 않고는 우주를 더 깊이 들여다보고 더 상세한 데이터를 얻는다는 것이 불가능했기 때문이다. 복잡한 엔지니어링 프로젝트는 종종 일정이 지체는 경우가 있다. 하지만 이 선구적인 프로젝트는 많은 기관들이 참여하고 있었으며 이 문제를 해결하는 것이…
오늘날 전 세계적으로 교통수단 부문의 혁신이 가속화되고 있다. 특히, 지난 20여년에 걸쳐서 리튬이온 배터리 기술이 지속적인 발전을 거듭해온 결과 자동차, 오토바이, 트럭, 버스의 배터리 팩에 전기를 저장해서 동력으로 사용하는 것이 가능하게 되었다.
한편으로 전세계적으로 탄소 배출을 줄이는 것이 시급한 과제가 되었다. 차량보다 전력 그리드 발전 차원에서 차량의 에너지원 배출을 줄이는 것이 훨씬 현실적이다. 이러한 관점에서 탄소 배출을 줄이기 위해서는 대부분의 운송 시스템을 전기화해야 한다. 전기차 개발과 생산을 위해서는 막대한 비용이 필요했지만, 점차 전기차 보급이 증가함에 따라서 전기차 가격이 낮아지고 있으며…
기술의 가용성, 시장 및 환경 규제가 본격화되고 인프라가 확장하면서 오래 전부터 예측되었던 완전한 전기 자동차(EV)의 미래가 현실이 되고 있다. 국제 에너지 기구 세계 전기차 전망 2020에 의하면, 2019년 전 세계 플러그인 하이브리드 전기 자동차(HEV)를 포함한 전기차 판매가 210만 대로 사상 최고치를 기록하고 역대 누적 판매 720만 대를 돌파했다.
그러나 전년대비 40% 성장에도 불구하고 전기차는 전 세계 자동차 시장의 1%, 판매의 2.6%만을 차지하고, 그 나머지는 내연기관(ICE) 차량이 채우고 있다. 전 세계적으로 이산화탄소(CO2) 배출량을 줄이기 위해 정부 규제가 강화되는 등의 영향으로 자동차 제조사들은 48V 마일드 하이브리드(MHEV) 모델을 출시하고 있다. 그림 1에는 하이브리드부터 전기, 에너지 독립형까지 제품들이…
전력 수요가 지칠 줄 모르고 계속해서 증가함으로써 전력 밀도는 높이고 시스템 비용은 낮추는 것이 필요하게 되었다.
지속적인 기술 혁신을 통해서 전력 밀도를 꾸준히 향상시킴으로써 점점 더 작은 공간으로 더 많은 전력을 집어넣을 수 있게 되었다. 그럼으로써 전자기기의 수명을 늘리고 신뢰할 수 있는 디지털 연결을 이룰 수 있으므로 기업과 소비자들 모두에게 이득이다.
소비자들은 전자기기를 자신이 필요할 때 어느 때나 사용할 수 있기를 원한다. 우리는 이른 아침부터 늦은 밤까지 각종 전자기기에 의존해서 생활한다. 가상 회의에 참석하고, 좋아하는 텔레비전 프로그램을 스트리밍하고, 인터넷으로 연결한다.
TI의 부스트 및 다채널/다위상 DC/DC 팀을 이끌고 있는 세셀리아 스미스(Cecelia Smith)는 “현대 사회는 기술을 통해서 모든 것을 연결하고 있다…
최신 전력 공급 솔루션에서 전력 밀도가 갖는 중요성과 가치는 아무리 강조해도 지나치지 않다.
고전력 밀도 설계의 기초 기술에 대한 이해도를 높이기 위해 고전력 밀도 솔루션의 가장 중요한 다음 네 가지 측면을 이 글에서 다루려고 한다.
또한 TI와의 제휴를 통해 상기의 네 가지 이점을 가지고 있는 첨단 기술 역량 및 제품을 사용하는 것이 고전력 밀도 수치를 달성을 얼마나 도울 수 있는지에 대해서도 다루겠다.
전력 밀도란 무엇인가?
전력 관리 분야에서 전력 밀도(power density)는 그림 1과 같이 컨버터의 정격(또는 공칭) 출력 전력을 컨버터가 차지하는 부피로 나눈 값으로 간단하게 정의할 수 있다.
그림 1: 전력…
소비자들이 사물인터넷(IoT) 솔루션을 통해 가정용 기기를 내외부 네트워크로 연결하면서 많은 가정에 스마트 스피커가 보편화되고 있다. 실제로 스마트 스피커 시장이 계속 고성장 할 가능성이 높다. 모바일, 디지털 시장 전문 리서치 기업 주니퍼 리서치는 2022년까지 미국 내 대부분의 가정이 아마존 에코, 구글 홈, 애플 홈팟, 소노스 원과 같은 스마트 스피커를 설치할 것이라고 예측했다.
스마트 스피커 기본형은 오디오로 소통하는 반면, 소위 차세대 제품으로 여겨지는 스마트 디스플레이(또는 디스플레이가 포함된 스마트 스피커)는 하우투 영상, 요리법, 사진 등 시각적 콘테츠를 제공해 사용자 경험을 보완한다. 하지만 소형 가정용 스피커에 대형 LCD 디스플레이를 설치하기에는 제약이 따른다. DLP®기술를 이용해, 제품 디자이너는 소형 스피커에 스크린을…
빌딩자동화에 이더넷 사용이 증가하면서 조명 및 난방, 환기, 에어컨과 같은 환경 시스템 관리를 위한 센서 및 제어 네트워크, 접근 제어, 보안 시스템, 안전 시스템, 심지어 예방점검 모니터링을 사용하는 스마트 빌딩이 가능해졌다.
새로운 건축물은 기본적으로 전용 Cat5e(Category 5 Enhanced) 케이블 및 이더넷 스위치, 라우터 등을 갖춘 빌딩 자동화 네트워크를 제공한다. 심지어 기존 건물을 네트워크 센서와 제어장치에 맞춰 개조하고 있다.
개조, 보수는 다음과 같은 두 가지 이유로 인해 제약이 따른다.
전통적인 산업용 로봇 시스템부터 최신 협동 로봇에 이르기까지 다양한 로봇이 매우 다양한 종류의 대용량 데이터를 생성하고 처리하는 센서에 의존한다. 이렇게 생성, 처리된 데이터는 자율로봇이 실시간으로 의사결정을 내릴 수 있도록 하며, 그 결과 역동적으로 돌아가는 실생활 환경에서 생산성을 유지하는 동안 보다 현명하게 사고를 관리할 수 있게 된다. (그림 1 참고)
그림 1. 밀리미리파 센서를 통해 기계 주변을 모니터링해 실시간으로 사고를 관리한다.
TI 의 밀리미터파가 공장에서 에지 인텔리전스를 구현하는 방법
텍사스 인스트루먼트의 밀리미터파 센서는 실시간 의사결정을 위해 통합 프로세서를 통해 칩에서 바로 데이터를 처리한다.…
모든 증폭기 디자인이 동일하게 설계되지 않으므로, 고속 증폭기를 사용해서 설계할 때는 주요 사양과 특정한 측면들을 이해하는 것이 중요하다. 이 글에서 고속 증폭기는 이득-대역폭 곱(GBW)이 50MHz 이상인 연산 증폭기를 말한다. 여기서 설명하는 내용은 저속 증폭기에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 그러면 고속 증폭기를 사용해서 설계할 때 디자이너들이 흔히 하는 질문 몇 가지를 알아보자.
Q: 왜 일부 고속 연산 증폭기에는 최소 이득 사양이 적용되는가?
A: 저보상(decompensated) 연산 증폭기는 폐쇄 루프 최소 이득 사양이 적용되는 대신에, 단위 이득 안정 증폭기와 비교해서 동일한 전류 소모로 GBW가 더 넓고 잡음이 더 낮다.
“저보상(decompensated…
자동차 시스템 전기화로 갈수록 엄격해지는 배출 규정 충족
48V 전기 시스템을 도입함으로써 갈수록 엄격해지는 연비 및 배출 요건을 충족할 수 있다. 공기를 더 깨끗하게 하고 환경 보호에 기여할 수 있다.
오늘날 자동차와 내연 엔진이 근본적인 변화에 직면하고 있다. 전세계적으로 자동차 회사들이 갈수록 엄격해지는 배기가스 요건을 충족하기 위해서 자동차 탄소 배출을 효율적이고 효과적으로 낮출 수 있는 방안을 찾고 있다.
자동차가 첨단 안전성 기능, 콘서트홀에 버금가는 사운드 시스템, 열선 시트, 전방의 도로 상황에 따라서 자동으로 각도가 조절되는 전조등 같은 첨단 기능을 추가하면서 바퀴 달린 하이테크 장치로 변모하고 있다. 이러한 모든 기술이 자동차의 전기 전력을 사용한다.
TI의 하이브리드/전기차 및 파워트레인 시스템 엔지니어링 팀을 이끌고 있는…
센서는 프로그래밍 가능 로직 컨트롤러(PLC)를 통해 전체 시스템의 조건을 제어하기 위해 공장 환경의 프로세스를 측정한다. 보통 온도, 압력, 유량, 높이를 측정한다. 유량 송신기로 설계하는 경우 다양한 기법을 이용할 수 있지만, 여기서는 PWM 기법을 살펴보기로 한다. 응용 노트 'PWM 기법을 이용하면 전력 소비를 줄이면서 빠른 정착 시간과 같은 기능을 실현할 수 있을까?'라는 문제를 논한다.
4~20mA를 출력하는 루프 구동식 필드 송신기는 프로세스 자동화를 위한 업계의 사실상 표준이다. 이 필드 송신기에는 다음의 다양한 이유로 PWM 신호에서 4~20mA로의 변환이 사용된다.
루프 송신기의 새로운 응용 분야에서 고해상도, 저소음, 절전 구현이 요구되면서 PWM 접근 방식을 적용하기 힘들어지고…
이더넷 물리층(PHY) 용어에 익숙하지 않은 이들에게는 100BASE-T1, 1000BASE-T, 100BASE-TX, 10BASE-T, 10BASE-Te 같은 다양한 방식들을 구분하기가 어려울 수 있다. 이 모든 숫자와 약어는 무엇을 뜻하는 것일까? MII(media independent interface)는 무엇이고, 자동차 PHY와 산업용 PHY는 어떻게 다를까? IP 카메라, 텔레매틱스 제어 유닛, 프로그래머블 로직 컨트롤러 용으로 PHY는 어떻게 선택해야 할까? 모든 PHY가 다양한 필드 버스 요구를 충족할까?
“이더넷 설계 간소화” 시리즈의 1부인 이 글에서는 이더넷 PHY의 기초와 최종 애플리케이션으로 적합한 PHY를 선택하는 것에 대해서 설명한다. TI PHY 선택 플로우차트에 따라서 PHY를 간편하게 선택할 수 있다.…
시동 발전기(Starter-generator) 시스템은 48V 마일드 하이브리드(MHEV) 자동차 아키텍처의 핵심이자 제2의 자동차 혁명의 중심에 있다. 이 새로운 시스템은 높은 에너지 회생 능력과 48V 리튬이온 배터리 기술 발전을 결합해 연소 엔진에서 발생하는 이산화탄소 배출을 감소시킨다. 또한 48V 시스템을 채택함으로써 자동차의 전원공급 용량을 증가시키고 새로운 자동차 기능을 더 작고 가볍게 더 낮은 비용으로 구현할 수 있다.
시동 발전기 시스템:
1세대 시동 발전기 시스템은 기존 12V 교류 발전기 시스템을 확장하는 데 초점을 맞추었다…
지난 몇 년 사이에 리튬이온 배터리 수요가 빠르게 늘어나고 있으며 이 추세는 앞으로도 계속될 것으로 보인다. 전기차와 전력망 인프라가 리튬이온 배터리의 성장 동력이 되고 있다. 이에 따라서, 고정밀 고전류 배터리 테스트 및 포메이션 장비에 대한 수요 또한 증가하고 있다.
모든 배터리는 포메이션 공정에서 성능과 수명이 결정되며, 배터리 테스트 및 포메이션 장비는 애플리케이션에 따라서 특정하게 설계된다. 저전류 장비는 컨버터와 내장형 스위칭 FET을 사용해서 충전하고 방전한다. 중전류 장비는 단일 위상 컨트롤러와 외부적 스위칭 FET을 사용한다. 고전류 장비는 다위상 컨트롤러를 사용하며 전류 용량이 높아지는 것에 따라서 위상 수를 늘릴 수 있다(부품의 크기와 비용도 늘어난다).
신종 코로나바이러스감염증(이하 코로나19)이 세계적으로 확산되면서 마스크는 침방울이 튀는 것을 막고 바이러스가 묻은 손이 코, 입 등을 만질 수 없게 하는 역할을 해, 손 씻기와 함께 코로나19 예방에 필수 요소가 되었다. 자연스럽게 전 세계적으로 마스크 수요와 공급의 균형이 깨지면서 마스크 확보를 위한 각축전이 벌어지고 있다.
이렇듯 코로나19 팬데믹으로 인해 마스크를 비롯한 방역용품, 의료장비의 공급이 부족한 가운데, 오마르 바다르(Omar Badar) TI 말레이시아 어셈블리 엔지니어링 매니저와 TI 말레이시아 팀은 마스크, 테스트용 면봉 등 주요 의료 장비 및 물자 생산에 3D 프린팅 기술을 활용하며 코로나19 극복을 위한 노력에 동참하고 있다.
오마르는 3D 프린팅을 취미삼아 다양한 시도를 해왔는데, 그의 동료들로부터 영감을 받아…
자동화가 점차 확대되면서, 우리가 매일 이용하는 기술도 끊임없이 변화하는 환경적 요인을 감지하고, 그에 대응해야 한다. 예를 들어, 진공 로봇 청소기는 가구 배치에 따라 작동해야 하며, 자동문은 사람들의 움직임에 따라 열리거나 닫혀야 한다. 즉, 대상의 행동 또는 색상, 크기에 상관없이 대상과의 거리 및 대상의 유형에 따라 반응해야 한다.
한 가지 좋은 소식은 어떤 모니터링 환경에서도 사용할 수 있는 근접센서의 종류가 초음파 및 광학 ToF, 밀리미터파 센서 등으로 다양해서 선택의 범위가 넓다는 것이다. 적합한 센서를 고르는 것이 항상 쉬운 일만은 아니므로, 이번 기고에서는 설계 요구 사항에 가장 적합한 근접 센서를 선택하는데 필요한 가이드라인을 제시하고자 한다…
무선 인프라 시스템 아키텍처에서 파워 앰프(Power Amplifier, PA)의 역할은 중요하다. 5G의 확산과 함께 액티브 안테나 시스템(Active Antenna System, AAS)과 소형 안테나 기지국(Remote Radio Unit, RRU) 내 채널 수가 4개에서 최대 128개, 또는 그 이상으로 늘어나면서, AAS와 RRU의 다중 입력-다중 출력 아키텍처 지원을 위해 PA의 개수도 같은 속도로 증가하고 있다.
채널 수가 증가하면 시스템의 에너지 소비도 증가한다. 이는PA 성능에 영향을 미치며, 온도도 높인다. 다시 말해, 안전한 작동 범위 내에서 현재 온도를 유지해 PA를 제어하는 것은 장비 성능 및…
전자 장비 설계자가 활용할 수 있는 툴박스는 계속해서 증가하고 있다. 어떤 작업에 적합한 툴을 선택하기 위해서는 그 작업을 잘 알아야 하고, 어떤 종류의 툴이 존재하는지 알아야 하며, 그 툴을 어떻게 최대한 잘 활용할 수 있는지 또한 알아야 한다.
절연 장벽을 넘어서 신호와 전력이 잘 전달되도록 하는 것은 설계자들에게 공통으로 주어진 과제이다. 절연은 안전과 노이즈 면역성을 위해서, 또는 시스템 도메인 간의 전위 차 때문에 필요할 수 있다. 일례로, 휴대전화 충전기는 합선이 발생했을 때 사용자가 전기에 직접적으로 노출되지 않도록 내부적으로 절연을 한다. 공장 로봇과 같은 애플리케이션에서는 민감한 제어 회로가 별도의 접지에 위치하며, 이 회로는 대용량의 DC 전류를 유도하고 노이즈와…
