2020년까지 전 세계적으로 강화된 자동차 CO2 배출 규정을 충족하기 위해서는 많은 하이브리드 및 전기차(HEV)가 필요하다. CO2 배출량 제한 기준은 유럽의 경우 가장 낮은 95 g/km이고 미국은 121 g/km, 중국 117 g/km, 일본 105 g/km이다 . 기존 자동차 플랫폼에 전기차를 구현할 경우 공간 제약이 큰 문제가 되는데, 인버터는 통상 비좁은 엔진 룸에 탑재되므로 가능한 한 작아야 한다. 인버터 크기는 사용되는 전력 모듈에 의해 주로 결정된다. 따라서 전력 모듈은 효율적인 전력 공급으로 전기 드라이브트레인을 구동하는 동시에 최대한 작아야 한다. 그런데 전력 모듈의 크기는 내부에 사용되는 전력 칩의 전력 소모와 칩 온도를 최대 접합부 온도 이하로 유지하는 냉각 성능에 의해 결정된다.

이러한 과제를 해결하기 위해 인피니언 테크놀로지스(코리아 대표이사 이승수)는 하이브리드 및 전기 자동차를 위한 최신 전력 모듈 제품군 HybridPACK™ DSC(Double Sided Cooling)를 출시했다. 새로운 전력 모듈은 단 42mm x 42.4mm x 4.77mm의 매우 작은 크기로 제공된다. 40 ~ 50 kW 일반 전력 범위의 구동용 인버터 및 발전기와 같은 HEV 애플리케이션을 타겟으로 하며, 보다 높은 전력을 지원하기 위해 병렬 구성으로 사용할 수 있다.

전력 모듈은 부유 인덕턴스가 단 15nH로 매우 낮고 차단 전압이 기존 650 V에서 700 V로 증가되었다. 따라서 스위칭 손실을 약 25% 줄임으로써 높은 효율을 갖는 인버터 시스템 개발을 지원한다. 각각의 모듈은 모듈간 절연 없이 쿨러에 직접 부착할 수 있으므로 시스템 조립을 간소화 시킨다. 모듈에 통합된 각 IGBT 칩에는 과전류 보호를 위한 온칩 전류 센서가 탑재되어 있다. 이 밖에 온칩 온도 센서를 갖고 있어, 모듈의 과열 시 디레이팅 또는  신속한 셧 오프를 구현할 수 있다. 이 기능들은 시스템 모니터링 기능을 향상시켜 자동차 시스템 공급업체와 자동차 제조업체의 기능 안전 아키텍처를 간소화할 수 있도록 한다.

양면 칩 냉각과 히트 싱크의 전기적 절연을 결합함으로써 HybridPACK DSC의 열 저항 RthJC은 0.1 K/W(Kelvin/Watt)로 크게 감소되었다. 이에 반해 현재 전력 모듈 HybridPACK 1은 0.12 K/W의 열 저항을 갖는다. HybridPACK DSC 모듈 기술은 또한 전기적 성능을 향상시킨다. 부유 인덕턴스는 주요한 파라미터의 하나인데 모듈 크기와 모듈을 통과하는 전류 경로의 디자인에 의해 결정되며, 기준 모듈(Hybrid PACK 1)에 비해 약 40% 낮은15 nH에 불과해 스위칭 손실을 25% 줄여준다.

HybridPACK DSC 전력 모듈의 공급

HybridPACK DSC 제품군의 첫 번째 제품은 하프 브리지 구성으로 400 A ICnom 및 700 V VCES를 구현하는 FF400R07A01E3_S6이다. 엔지니어링 샘플이 2016년 9월에 제공될 예정이다. 또 풀 브리지 구성으로 200 A ICnom 및 700 V VCES를 구현하는 제품군은 2016년 10월 엔지니어링 샘플을 제공할 계획이다. 그 밖에 다른 전력 범위를 갖는 다양한 버전이 개발 중이다.

추가 정보

HybridPACK DSC 전력 모듈 및 인피니언의 기타 HEV 전력 모듈에 대한 자세한 내용은 www.infineon.com/hybrid에서 확인할 수 있다.