갈바닉 절연으로 48V 전기 아키텍처 보호

스페인에 본사를 둔 기기비트 이더넷 POF(Plastic Optical Fiber)용 반도체 솔루션 회사인 KDPOF는 갈바닉 절연을 통해 48V 전기 아키텍처를 보호하기 위한 광학 연결성 기술을 소개했다.

KDPOF의 카를로스 파르도(Carlos Pardo) CEO 겸 공동설립자는 “새로운 48V 전기 아키텍처는 전자파적합성(ElectroMagnetic Compatibility, EMC) 및 안전 요구사항 측면에서 그 한계를 뛰어넘었다”면서 “48V 전기 시스템과 12V 전기 시스템 간에 단 하나의 오작동으로도 단락이 발생하여 과전압으로 인해 12V 시스템 전체가 손상을 입을 수 있기 때문에 새로운 안전 예방 조치가 필요하다”고 강조했다. 
KDPOF의 차량용 기가비트 이더넷 POF 광학 연결성은 까다로운 자동차 환경을 견딜 수 있는 100 Mbps 및 1 Gbps 이더넷 호환 솔루션이다. 

48V 시스템에 갈바닉 절연 필요성 대두

섀시는 자동차의 모든 48V ECU의 공통 접지 전위이다. 섀시의 임피던스가 0이 아니므로 상당한 귀환 전류(return current)가 흐르게 되고, 이 귀환 전류의 일부가 병렬 경로, 즉 구리 케이블의 차폐를 통과하게 된다.
카를로스 파르도는 OEM의 말을 인용해 “48V 점프 스타트 효과로 인해 STP(Shielded Twisted Pair) 케이블의 차폐가 8A 이상의 귀환 전류를 전달할 수 있다”고 지적했다. 
차량 내, 특히 서로 다른 전압 영역에 속하는 ECU 간에 유비쿼터스 통신 네트워크는 잠재적인 위험원이 된다. 따라서 통신 노드 간에 추가적인 갈바닉 절연을 해야 한다. 예를 들어, 충분한 갈바닉 절연을 제공하지 않는 라인 트랜시버로 인해 48V가 12V 도메인을 침범해 12V ECU를 손상시킬 수 있다.

2021년 온실가스(GHG) 배출량 규제 강화로 2-전압 전력선(12-/48-V) 기반의 새로운 하이브리드 아키텍처 개념이 이미 OEM 및 티어 1의 마케팅 전략에 포함되어 있다. 48V 전원에 대한 이러한 새로운 산업 전반의 기술 동향과 그 대응에 대한 또 다른 예로, 독일 VDA는 48V 전원공급장치 개발을 위해 차량의 전기/전자 부품과 관련해 권고안 320(recommendation 320)을 출간했다. 이것은 48V 온보드 전원공급장치를 탑재한 모터 차량용 전기, 전자, 메카트로닉스 부품 및 시스템에 대해 요구사항, 테스트 조건 및 수행된 테스트를 정의한다. 

배터리관리시스템(BMS)

주의가 필요한 고전압(25 Vac 또는 60 Vdc 이상)이 존재하기 때문에 AC-DC 및 DC-DC 컨버터의 1차측 및 2차측 시스템 간에도 갈바닉 절연이 필요하다. FMVSS 305 및 ECE-R 표준에 따르면, 배터리와 노출된 전도성 부품 간의 절연 장벽은 크래시 임팩트 전후에 500 Ω/V를 유지해야 한다. 
카를로스 파르도는 “이것은 구리 기반 네트워크가 보장할 수 없는 거의 완벽한 절연 없이는 도달하기 힘든 요구사항”이라고 강조했다. 더욱이 BMS는 매우 잡음이 심한 환경이며 통신은 전도성 및 방사성 RF 방출로 인해 방해받기 쉽다.

스마트 안테나 모듈

통합 스마트 안테나(Integrated Smart Antenna, ISA) 모듈은 신호 수신을 위한 여러 개의 안테나와 안테나 허브, 안테나 신호의 이더넷 연결로 구성된다. 자동차에 있는 여러 개의 안테나를 케이블을 통해 각각 해당 ECU에 연결하게 되면 복잡성이 증가하게 된다. 안테나 허브는 모든 신호 수신기에 연결된 이더넷 네트워크로 각각의 안테나로부터 수신된 모든 신호를 라우팅 한다. POF를 통한 기가비트 이더넷은 고유의 EMC-free 특성으로 인해 이더넷 연결에 적합하다.
카를로스 파르도는 “기존 시스템은 루프가 금속성이 아니거나 개구부를 갖는다면, ISA에 다시 결합되는 동축 케이블에 의해 엄청난 양의 에너지가 방사된다. 이것은 ISA 성능을 심각하게 떨어뜨린다”며 "동축 케이블을 POF로 교체하면 이 문제를 해결할 수 있다"고 말했다. □

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