더 적은 부품으로 더 많이 수행하는 자동차 애플리케이션을 만들 수 있다면 무게와 비용을 모두 줄이면서 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 전기차(EV)와 하이브리드 전기차(HEV) 설계를 콤보박스 아키텍처와 통합하려는 이유이다.
콤보박스 아키텍처란?
콤보박스 아키텍처는 온보드 충전기(OBC), 고전압 DC/DC(HV DCDC), 인버터 및 전력 분배 장치(PDU)와 같은 파워트레인의 최종 장치를 통합한다. 그림 1에서 보듯이 기계적, 제어 또는 파워트레인 수준에서 통합을 적용할 수 있다.
그림 1: 전기차의 일반적인 아키텍처 개요
왜 콤보박스 아키텍처가 HEV/EV에 유용한가?
파워트레인 최종 장치 구성요소를 통합하면 다음을 달성할 수 있다.
현재 시중에 사…
근접성, 압력, 공급, 온도 등의 필드 센서와 같은 산업용 자동화 제어 장치들이 점점 눈에 띄지 않을 만큼 작은 패키지에 내장되어 있는 것을 드물지 않게 볼 수 있다. 그림 1은 8mm 이하의 초소형 나사에 들어 있는 근접 센서를 보여주고 있다. 하우징에 들어가는 전자 장치는 매우 작아야 하며, 장기적으로 장치의 신뢰성을 보장하기 위해 매개변수에 대한 적절한 정격을 갖춰야 한다.
그림 1: 일반적인 근접 센서
조정되지 않은 입력 전압 문제 해결
스마트 센서의 전자 장치로는 저전력 마이크로프로세서, 아날로그-디지털 신호 처리 회로 및 전압 레귤레이터 등이 포함된다. 설계자가 설계 과정에서 전원을 제대로 고려하지 않는 경우, 실제로 전원에 사용할 수 있는 공간이 제한적일 수…
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.…
전기화는 자동차 전력 시스템에 새로운 패러다임을 탄생시켰다. 설계가 하이브리드 전기차(HEV)이든 순수 전기차(EV)이든 해결해야 할 새로운 설계 과제가 있다. 이 기술 원고에서는 고전압 전류 감지의 몇 가지 주요 과제를 살펴보고, 당면한 설계 과정을 도와주고 간소화하는 추가적인 자료를 공유한다.
전류 감지에 대한 기본적인 소개는 e-북 “전류 감지 간소화”를 참조한다.
고전압, 고전류 (>200A 또는 통상적으로 1,000A)
고전압(≥400V) 순수 전기 시스템은 자동차를 움직이는 트랙션 시스템의 전류 소모를 낮추는 것을 목표로 한다. 이를 달성하기 위해서는 “hot” 고전압 측이 저전압(≤5V) 마이크로컨트롤러 또는 기타 회로에 연결된 “cold” 측에 전류 측정을 제공할 수 있도록 절연 솔루션을 구현해야 한다…
산업용과 자동차의 실시간 전원 변환 애플리케이션으로 갈수록 더 높은 성능과 효율이 요구됨에 따라서, 디자이너들이 확장이 용이하고 지속가능한 전원 변환 솔루션을 원하고 있다. 서보 드라이브, 전원장치, 그리드 인프라, 온보드 충전 같은 애플리케이션으로 MIPS(초당 백만 연산), PWM, ADC 같은 실시간 제어 시스템에 대한 요구가 높아지고 있다. 또한 개발자들은 자사의 다양한 제품을 개발할 때 수고를 덜면서 위험성을 낮출 수 있는 플랫폼을 구축하기를 원한다. 성능 확장성과 제품들 간의 호환성이 편리하게 실시간 제어 자원을 확장하고 장기적으로 지속가능한 플랫폼을 구축하기 위한 해답이 될 수 있다.
분산 아키텍처를 통한 실시간 제어 자원 확장
재생 에너지가 가속화함에 따라서 태양광 인버터 같은 애플리케이션으로 전력대가 높아지고 있다. 전력대가…
절연이 무엇인지는 다들 잘 알고 있지만, 절연의 다양한 유형에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 이 글에서는 4가지 절연 유형에 대해서 살펴보고, TI의 고도로 통합된 트랜스포머 기술이 여타의 강화 절연 솔루션에 비해서 어떤 장점이 있는 지에 대해 설명하고자 한다.
간단히 말해서 절연(isolation)이란 시스템 내의 분리된 부품 사이에 원하는 신호와/혹은 전력은 전달하면서 원치 않는 DC와 AC 전류는 차단하는 것이다. 따라서, 많은 애플리케이션에 절연이 사용된다. 절연기능을 통해 ▲전원 또는 모터 드라이브 회로의 상측 게이트 드라이버를 구동하고 ▲고전압 시스템 상에서 저전압 회로를 보호하고 (전기자동차 시스템의 프로세서 등과 같은 경우) ▲ 전압 전위가 서로 다른 시스템…
엔지니어가 설계를 할 때, IC를 데이터 시트 사양만으로 선택하는 것은 적절치 않다. 적합한 패키지의 IC를 선택해야 할 뿐만 아니라, 최종 시스템의 제조와 어셈블리에 대한 요구 조건을 모두 고려해야 한다. 이 글에서는 전체적인 설계에 있어서 이러한 선택이 왜 중요한 지에 대해 설명하고자 한다.
혁신적인 DC/DC 전원 관리 IC 패키지 기술[1]은 전원 회로의 잡음과 방사 성능을 향상시킬 뿐만 아니라[2], 고성능 자동차 장비 시스템으로 신뢰성과 제품 수명을 향상시킨다. 또한, 핀아웃 구성, 웨팅 가능 플랭크 핀, 핀 간격, 보드 차원 신뢰성 같은 다양한 요소들이 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다[6-10]. 그 중에서도 신뢰성과 핀아웃 구성에 대해서 살펴보자.
그림 1은…
지금은 금요일 저녁이고, 당신은 생선 타코 요리를 하려고 한다. 그래서 퇴근 길에 가까운 수퍼마켓에 들른다. 고수를 사려고 몇 분이나 매장을 돌아다닌 끝에 고수를 파는 곳에 도착했다. 그런데 고수가 떨어지고 없다. 직원 한 사람이 계산하는 계산대에서 10분을 기다려서 계산을 하고 집에 도착했는데 토르티야를 깜빡 하고 구입하지 않았다는 것을 깨닫는다. 하는 수 없이 남은 캐서롤을 먹으면서 금요일 저녁을 보낸다.
데이터는 거의 빛의 속도로 이동하는데, 점포는 그렇지 못하다. 고속 인터넷이 보편화됨으로써 정보 전송은 갈수록 빨라지는데, 상품을 사고파는 물리적 거래는 이 속도를 못 따라가고 있다. 그런데 이제 변화가 일어나고 있다.
TI의 시스템 엔지니어인 Gustavo Martinez는 “크고 작은 많은 기업들이 센서 기술과 머신 러닝을 사용해서…
당신은 무슨 일인가를 하고는 싶은데 너무 어려울 것 같아서 망설인 적이 있지 않은가? 그리고 막상 용기를 내서 그 일을 하고 난 다음에는 너무 쉬워서 놀란 적이 있지 않은가?
최근에 필자가 만나 본 자동차 오디오 설계 엔지니어들이 자동차 라디오 솔루션을 전통적인 Class-AB 증폭기에서 Class-D 증폭기로 전환하면서 그렇다고 얘기한다. 엔지니어들이 이렇게 전환하는 것을 망설이는 데에는 두 가지 이유를 들 수 있다. PCB 크기에 미치는 영향과 EMI(전자기 간섭) 문제 때문이다.
“Class-D 증폭기는 PCB 풋프린트를 키운다”
통상적인 Class-D 오디오 증폭기는 400kHz 대로 증폭기를 온 및 오프로 스위칭하며 적절한 오디오 성능을 달성하기…
최근 몇 년 동안 진공 청소기, 전동 공구(드릴, 톱, 드라이버 등), 정원용 공구(잔디 깎는 기계, 에저, 잔디 트랙터 등)와 같은 소비자 제품들이 유선으로 벽면 전원을 통해 전력을 공급받는 방식에서 무선으로 재충전 가능한 배터리 팩으로 동작하는 방식으로 바뀌었다. 또 자전거와 같은 기존의 무전원 기기들도 이제는 배터리로 구동하는 전기 자전거, 전기 스쿠터로 변화하고 있다.
이러한 배터리 팩은 보통 개별 리튬이온, 리튬폴리머 또는 리튬인산 셀로 구성되며, 부적절하게 사용할 경우 화재나 폭발이 발생할 수 있는 위험이 있다. 안전한 사용을 보장하기 위해 팩 내부에 포함된 전자장치가 셀 제조업체에서 지정한 조건 하에서만 동작하도록 셀을 모니터링한다. 이러한 조건은 일반적으로 다음을 포함한다.
리튬 배터리 셀 가격이 점점 더 낮아지고 에너지 밀도가 높아지면서 하이브리드 전기차(HEV)와 전기차(EV)는 더 멀리, 더 오래 달릴 수 있게 됐다. 이러한 향상으로 이제 자동차 설계 엔지니어는 배터리 관리 시스템(BMS)의 크기와 무게를 줄여 효율을 더욱 높이는 것에 관심을 돌리고 있다.
배터리 관리 시스템의 배경에 대해서는 “간단히 살펴보는 HEV/EV 배터리 관리 시스템”을 참조한다.
전통적인 유선 BMS 아키텍처는 유선 하네스를 데이지 체인 구성으로 사용하여 배터리 팩을 연결한다. 이는 생산하기가 번거롭고 종종 유지보수가 필요하며 서비스가 어렵다.
이러한 문제를 극복하기 위해 등장한 무선 BMS로의 진화는 새로운 가능성을 보여준다. 무선 칩셋이 배터리 모니터와 함께 동작하면서 각 셀의 전압과 온도를 시스템의 주…
ADAS(첨단 운전자 보조 시스템) 기능을 사용해서 사고를 줄이고 생명을 구할 수 있는 것으로 입증되고 있다. 미국 고속도로 안전보험협회(IIHS: Insurance Institute for Highway Safety)가 2017년 공개한 Consumer Reports에 따르면, 전방 추돌 사고 발생률을 비교했을 때, 전방 충돌 경고 및 자동 응급 제동 장치를 갖춘 자동차가 이러한 시스템을 갖추지 않은 차에 비해서 50% 더 낮은 것으로 나타났다. 안타깝게도 단순한 ADAS 애플리케이션조차 갖추지 않은 자동차들에 가장 높은 비율로 사고가 발생되었다.
오늘날 ADAS가 미국 자동차공학회(SAE, Society of Automotive Engineers)에서 정의한…
오늘날 자동차 업계 내의 크게 세 가지 큰 흐름을 꼽을 수 있다. 반자율 및 자율 자동차로의 전환, 높은 데이터 대역폭을 기반으로 클라우드로 연결된 차량 통신과 전기 동력화의 가속화다. 이러한 추세에 따라서 자동차 아키텍처로 변화가 요구되고 있다. 현행 아키텍처는 저속 CAN/LIN 통신 버스를 사용해서 갈수록 더 많은 숫자의 엔진 제어 유닛(ECU)을 연결하고 있는데, 이러한 아키텍처는 여러 측면에서 한계점을 갖기 때문이다.
특히, 소프트웨어 개발, 유지관리, 검증이 복잡하다. 각기 ECU로 각기 다른 업체들의 소프트웨어가 사용되는데, 자동차 시스템이 효과적으로 작동하기 위해서는 자동차 내의 시스템 전반에 걸쳐서 소프트웨어들이 매끄럽게 실행되어야 한다. 기존의…
초콜릿 공장, 정유 공장, 물 처리 시설 같은 설비들은 어떻게 멈추지 않고 작동할 수 있는 것일까? 이것은 바로 기계 자동화를 하기 때문이다. 기계 자동화를 해서 모든 것을 감지하고, 측정하고, 중요한 순간마다 대처할 수 있다.
온도, 압력, 유량 같은 것들을 측정하고 전송하기 위해서 필드 트랜스미터가 중요한 역할을 한다. 산업용 애플리케이션 용으로 전세계적으로 필드 트랜스미터 출하량이 연간 1억개 이상에 달한다고 한다. 필드 트랜스미터로부터 정확하고 신뢰할 수 있는 측정 데이터가 주어지지 않는다면 공장 자동화를 할 수 없을 것이다.
그러면 필드 트랜스미터가 무엇인지부터 간략하게 살펴보자.
그림 1: 압력 트랜스미터
기본적으로 필드 트랜스미터는 센서를 사용해서 주변 환경에 대한 정보(온도, 압력, 유량 등)를 측정하고 전송하는 장치이다…
배달 서비스 수요가 폭발적으로 증가함에 따라서 운송 수단으로서 전기 오토바이가 갈수록 인기를 끌고 있다. 전기 오토바이는 전기 자전거나 전동 스쿠터보다 배터리 용량이 훨씬 크다. 용량이 크기 때문에 더 긴 거리를 달릴 수 있고, 그러므로 시간을 절약할 수 있고 더 긴 거리까지 배달을 할 수 있다.
전기 오토바이 배터리 팩은 다양한 전압 플랫폼을 사용할 수 있는데, 가장 널리 사용되는 것은 60V이다. 이를 위해서는 단일 팩으로 17개 직렬(17S) 리튬이온 배터리 셀을 필요로 한다.
배터리 사용 시간을 길게 하기 위해서는 다음과 같은 세 가지를 고려해서 설계해야 한다:
Bluetooth® 저에너지 기술을 사용하는 PEPS(passive-entry-passive-start, 패시브 탑승 패시브 시동) 기능의 자동차 시스템에서, 운전자는 차 키 대신 차량용 액세스 시스템과 통신하는 키 포브로 전기모터(또는 내연엔진의 경우, 엔진)의 시동을 걸 수 있다.
[그림 1]은 차량용 블루투스 저에너지 PEPS의 전형적인 아키텍처를 보여주고 있는데, 한 개의 중앙 스마트 키 모듈과 아홉 개의 위성 모듈로 구성된다. 이 때, 아홉 개 위성 모듈들은 가상의 개수이며, 실제로는 이보다 더 많거나 적은 수의 위성 모듈이 구현될 수 있다. 또한 [그림 1]을 보면, 통신 버스를 통해 모듈들이 서로 통신하는…
미래에는 자동차 유리창에 모든 정보를 담을 수 있을 것이다. 새로운 자동차 기술로 일반적인 자동차 유리창을 단색 또는 풀컬러 디스플레이로 변환하는 기술 덕분인데, 이를 활용할 수 있는 대표적인 두 가지 애플리케이션으로는 차량과 보행자를 연결하는 V2P(Vehicle to Pedestrian) 통신과 광고가 있다. 그림 1과 그림 2를 살펴보자.
[그림 1] 자동차 호출용 투명 윈도우 디스플레이
[그림 2] 광고용 투명 윈도우 디스플레이
기본적인 원리부터 간략히 살펴보면, 먼저 투명 윈도우 디스플레이는 완전히 투명한 창과 화려하고 다양한 색상을 나타내는 총 두 가지의 디스플레이 상태 전환이 가능해야 한다. 정보를 표시하지 않을 때에는 보통의 자동차와 동일하게 투명 윈도우 상태를…
믿기 힘든 얘기일지 모르겠으나, 20세기까지도 광부들이 탄광 갱도에서 유독 가스를 감지하기 위해서 카나리아를 데리고 들어갔다. 카나리아가 계속해서 우는 것을 듣고서 공기가 호흡하기에 안전한 것으로 판단할 수 있었다. 가스 감지나 공기질 모니터링 용으로 어떠한 전자식 장비가 없었기 때문이다.
유독 가스와 입자 크기가 2.5mm 미만인 미세먼지(PM2.5)는 사람이 흡입했을 때 건강에 해롭다. 그런데 대부분의 유독 가스나 PM2.5는 무색무취해서 볼 수 없고 냄새를 맡을 수 없다. 그렇다면 이러한 유해 물질로부터 우리의 건강을 어떻게 지킬 것인가? 발전된 첨단 기술 덕분에 오늘날에는 공기 중의 유해 물질을 감지하기 위해서 훨씬 더 신뢰할 수 있고…
많은 애플리케이션이 전기 모터를 사용해서 삶을 편리하게 만든다. 이러한 것으로서 가전기기, 전동 공구, 자동차 애플리케이션을 들 수 있다. 냉장고 순환 팬 및 컴프레서 팬, 세탁기 배수 및 급수 펌프, 공기청정기, 선풍기(그림 1) 같은 가전기기에 사용되는 모터는 필요로 하는 전력이 최대 80와트에 이르는 반면에, 산업용 애플리케이션에 필요로 하는 전력은 5와트부터 수 킬로와트까지 이를 수 있다.
그림 1: 주요 가전기기
전통적으로 이들 가전기기에는 단일 위상 AC 유도 모터를 사용했다. 그런데 영구 자석을 사용한 모터가 개발되면서 많은 업체들이 3위상 브러쉬리스 DC(BLDC) 모터를 개발하고 제조함에 따라서 작은 크기로 단일 위상 유도 모터와 동일한 토크 수준을 지원할 수…
산업용 전원장치는 다양한 동작 조건으로 효율적이고, 신뢰할 수 있고, 유연해야 한다. 첫 번째로 중요한 것은 효율이다. 효율이 높으면 열 발생을 줄일 수 있고, 그러면 시스템으로 팬이 필요 없게 되고 자연적인 냉각 방법을 사용해서 만족스럽게 작동할 수 있다. 그러므로 높은 시스템 효율과 신뢰성을 달성하면서 시스템 비용을 절감할 수 있다.
신뢰성과 유연성을 달성하기 위해서 중요한 것은 정전류(CC)/정전압(CV) 모드로 동작하면서 넓은 출력 범위를 지원하고 과부하를 허용할 수 있게 하는 것이다. 이 능력에 따라서 복잡한 회로를 필요로 하거나 비용을 늘리지 않으면서 다양한 부하 유형과 동작 조건을 충족할 수 있다. 심한 과부하가 발생되더라도 전원장치가 문제 없이 충분한 전력을 제공할 수 있다. 그럼으로써 전원장치 자체와 부하를 손상으로부터 보호할…
제품들이 점점 지능적이 되고, 서로 연결되고 있다. 스피커, TV, 냉장고, 셋톱박스, 연기 탐지기와 같은 기기들은 더 이상 자리에 그냥 있기만 하는 물체가 아니다. 사용자는 원격으로 또는 음성 깨우기를 이용하여 이러한 기기들을 제어할 수 있다. 기기는 이전보다 훨씬 더 똑똑해졌으며, 이는 기기가 향상된 인간-기계 인터페이스를 필요로 한다는 것을 의미한다.
LED 링, LED 매트릭스 또는 RGB LED 조명과 같은 발광 다이오드(LED) 표시등은 빛을 움직이거나 깜박이는 등 패턴을 변경하여 사용자와 상호작용한다. 그림 1은 일부 패턴 예를 보여준다.
그림 1: 인간 기계 인터페이스에 사용되는 LED 예
매우 친숙한 인간-기계 인터페이스를 구현하려면 다음과 같은 요소들이 중요하다.
사용자의 요청에 색상이 변하는 완벽한 컬러 믹싱
부드러운…
우리는 매일 인간-기계 인터페이스(HMI)와 상호작용한다. 이러한 상호작용은 스마트폰이나 태블릿으로 홈 화면을 터치할 때처럼 분명히 알 수 있는 것도 있지만, 실제로 HMI가 가장 많이 사용되는 곳은 산업용 애플리케이션이다.
얼마 전에 개최된 국제 가전 박람회(Appliance and Electronics World Expo)에서는 냉장고, 로봇 청소기, 전자레인지, 조리 후드 같이 점점 더 많은 가전기기들이 HMI로 터치 키와 LED 애니메이션 기능을 추가하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그럼으로써 디자이너들이 사용자 친화적인 방식의 상호작용을 통해서 제품을 더 지능적이고 세련되게 만들 수 있다.
이러한 기술을 가능하게 하는 것이 정전용량식 센싱이다. 가전기기를 설계할 때 중요한 것은 신뢰성과 견고성을 달성하면서도 제품의 매력을 높이는 것이다…
사용자 경험이 우수한 제품이 항상 시장에서 긍정적인 평가를 받는다. 스피커, 도어록, 연기 감지기, 웨어러블 같은 컨슈머 기기나 스마트 홈 제품으로 청각적, 시각적, 촉각적 기법을 사용해서 사용자 경험을 향상시킬 수 있다. 시각적 기법이 가장 직접적이면서 손쉬운 방법이다. 그러한 예로서 LED(light-emitting diode) 링을 들 수 있다. 우수한 품질의 LED 링은 브리딩(breathing), 체이싱(chasing), 비팅(beating) 같은 다양한 효과를 표현할 수 있다. 그림 1에서 보는 것과 같은 LED 링을 사용해서 제품의 가치를 높일 수 있다.
그림 1: 회전식 노브 겸 버튼에 LED 링 채택
LED 링의 핵심을 이루는 것은 지능적인 LED 드라이버이다. 이 드라이버가 각각의 적색-녹색-청색(RGB) LED의 전류와 PWM…
전력망이 갈수록 지능화함에 따라서 복잡한 전자 디자인이 필요하게 되었다. 장기적인 시스템 신뢰성 또한 중요한 문제이다. 스마트 전기 계량기는 부정확한 측정이나 시스템 결함이 발생되지 않도록 다양한 시스템 전압을 정확하게 모니터링해야 한다.
그림 1은 전자식 계량기 애플리케이션을 구성하는 다양한 블록들을 보여주는 것으로서, 이들 블록들이 결합적으로 작동해서 전기 소비량을 정확하게 측정할 수 있다.
그림 1: 전자식 계량기 시스템 블록 다이어그램
이 글에서는 위의 그림에서 빨간색으로 표시된 DC/DC 전원 블록, 도량형 블록, 애플리케이션 블록에 대해서 설명하고, 전원 전압 감시기/워치도그 타이머 서브시스템의 중요성에 대해서 설명한다. 전기 소비량을 모니터링하기 위한 시스템을…
지난 100년간 자동차 산업에는 수많은 변화가 있었으나, 기본적으로 헤드라이트 시스템은 처음 도입된 이래로 동일한 목적으로 사용되어 왔다. 그러나 적응형 주행빔 (Adaptive Drive Beam, 이하 ADB) 기술의 등장으로 헤드라이트 시스템 트렌드가 변화하기 시작했다.
TI는 ADB 솔루션이 미래의 자동차 산업에서 판도를 바꿀 잠재력을 지니고 있다고 생각한다. 이에 따라, TI는 자동차 기술의 심층 지식과 TI DLP® 기술의 선구적인 노하우를 결합해서 차세대 헤드라이트 시스템을 개발했다. 이는 단순히 한 방향으로 빔을 쏘는 것 이상의 기능을 수행한다.
TI는 자동차의 헤드라이트가 전방의 도로를 비추는 방식에 추가적인 기능을 탑재할 수 있다고 판단했다. 이에, 시장에서 유일하게 완전한 프로그래밍이 가능하고 헤드라이트 당 백만 개 이상의…
