TI, 솔리드 스테이트 릴레이로 절연 기술 선도

전기자동차(EV) 설계가 400V에서 800V 배터리 아키텍처로 이동하고 있다. 이에 따라 안전과 복잡성에 새로운 도전을 받고 있다. 이러한 요구사항을 충족하기 위해 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, TI)는 현재 EV 설계 엔지니어가 직면한 안전성과 신뢰성 문제를 해결할 수 있는 두 개의 새로운 솔리드 스테이트 릴레이(Solid State Relay, SSR) IC를 출시했다.

이번에 새롭게 선보인 10V 게이트 전원 통합 절연 스위치 드라이버 TPSI3050-Q1과 1400V, 50mA 절연 스위치 TPSI2140-Q1은 단일 장벽을 통해 전원과 신호 절연을 통합한 접근법으로 신뢰성을 향상시킨다.

TI에 따르면, 두 제품은 파워트레인과 800V 배터리관리시스템(Battery Management System, BMS)의 솔루션 크기를 최소화하고 BOM 비용을 낮출 수 있다. 또한 기존 전기기계식 릴레이 및 솔리드 스테이트 포토릴레이(photorelay)에 비해 솔루션 크기와 비용을 크게 낮출 수 있다. 

TI의 트로이 콜먼(Troy Coleman) 부사장 겸 전원 스위치, 인터페이스, 조명 부문 총괄 책임자는 “전기차의 비중이 증가함에 따라 고전압 시스템이 보편화되고 있다. 전기차 업계가 800V 배터리로 전환함에 따라 절연이 시스템 엔지니어들에게 까다로운 설계 과제로 대두되었다. TI는 이런 시스템 디자이너들의 과제를 해결하고, 신뢰할 수 있고 안전하게 작동할 수 있도록 지원하기 위해 노력하고 있다”며, “보다 많은 기능을 통합하게 된 TI의 절연 기술을 적용한 새로운 솔리드 스테이트 릴레이로 엔지니어들은 고전압 전원 공급장치의 크기, 비용, 복잡성을 낮추고 차세대 차량 및 산업 시스템의 안전성을 더욱 높일 수 있게 됐다.”고 말했다.

TPSI3050-Q1은 최대 5kV_RMS까지 강화된 절연을 제공하고, 전기기계식 릴레이에 비해 10배 이상 높은 작동 수명을 제공한다. 또한, TPSI2140-Q1은 최대 3.75kV_RMS의 기본 절연을 제공하며, 솔리드 스테이트 포토릴레이에 비해 4배 이상 높은 TDDB (Time-Dependent Dielectric Breakdown) 신뢰성을 달성한다.

TI에 따르면, TPSI3050-Q1은 절연 전원공급장치, 디지털 절연기, 게이트 드라이버의 기능을 통합함으로써 기계식 릴레이 솔루션 대비 솔루션 크기를 최대 90%까지 줄일 수 있다. TPSI2140-Q1은 신호 FET과 저항을 통합하고 리드 릴레이의 필요성을 없애 기존 솔리드 스테이트 포토릴레이 솔루션 대비 크기를 50%까지 줄일 수 있다.

또한, 고전압 측정 및 절연 모니터링에 적합하게 설계된 TPSI2140-Q1은 BQ79631-Q1 같은 배터리 팩 모니터링 디바이스와 결합해 800V 배터리관리시스템에서 솔리드 스테이트 포토릴레이보다 빠르고 높은 정확도로 절연 결함을 감지할 수 있다. TPSI2140-Q1은 1 mΩ 미만 저항을 사용하고 기존 포토릴레이 대비 300% 높은 애벌런치 전류를 견딜 수 있으므로 더 안전하게 사람과 시스템 사이의 상호작용이 가능하다.

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AEM_Automotive Electronics Magazine