- 수평·수직 자기장 동시 측정…버스바 개조 없이 변위 오차 줄여

 

TI가 하이브리드 전기차(HEV)와 전기차(EV)의 트랙션 인버터용 다축 코어리스 홀 효과 전류 센서 ‘TMCS2100-Q1’을 공개했다. 수평·수직 방향의 자기장을 동시에 읽고 독자 알고리즘으로 변위에 따른 측정 오차를 줄이는 방식이다. 기존 단일 축 코어리스 센서보다 정확도를 최대 20배 높였으며, 변위 오차는 0.4mm에서 1% 미만, 0.1mm에서 0.25%를 기록했다.

 

수평·수직 자기장 함께 읽어 진동 오차 줄여

트랙션 인버터가 모터에 공급하는 전류를 정밀하게 제어하려면 차량 진동 속에서도 측정값을 유지해야 한다. 자기 코어를 쓰는 C코어 방식은 정확도가 높지만 크기와 무게가 늘어난다. 단일 축 코어리스 방식은 소형화에 유리한 대신 센서와 컨덕터 사이의 미세한 움직임, 주변 자기장의 간섭에 민감하다는 약점이 있다. TMCS2100-Q1은 컨덕터에서 발생하는 수평·수직 자기장 성분을 함께 측정한다. 차량 주행 중 센서 위치가 미세하게 움직여도 두 측정값을 비교해 변위 오차를 낮추며, 인접 전류에서 발생하는 자기 크로스토크의 영향도 줄인다. 정확한 전류 정보는 모터 토크 제어로 이어진다. 측정 오차가 작아지면 토크 리플을 줄여 가속 과정의 울컥거림과 모터 소음을 억제하고, 부하와 온도가 달라지는 환경에서도 전력 공급을 세밀하게 조정할 수 있다.

 

TI 센싱 제품 부문 제이슨 콜(Jason Cole) 부사장 겸 총괄 매니저는 “800V 아키텍처 확산으로 트랙션 인버터의 정확도 요구가 높아지는 가운데 킬비 랩스의 선행 연구를 바탕으로 TMCS2100-Q1을 개발했으며, 정밀한 전류 측정을 통해 모터 제어 효율과 주행 성능 개선을 지원한다”고 설명했다.

 

자기 코어 없애 인버터 크기·무게 낮춰

자동차 제조사는 주행거리를 늘리기 위해 트랙션 인버터의 전력 밀도를 높이면서 크기와 무게를 줄여야 한다. 기존에는 높은 정확도가 필요하면 부피가 큰 자기 코어를 사용하고, 소형화를 택하면 코어리스 센서의 측정 오차를 감수하는 구조였다. TMCS2100-Q1은 별도의 자기 코어 없이 다축 측정으로 정확도를 확보한다. 센싱 부품이 차지하는 공간을 줄이면서도 토크 제어에 필요한 측정값을 제공해, 더 작고 가벼운 트랙션 인버터 설계에 초점을 맞췄다.

 

버스바 노치·홀 없이 센서 배치

홀 효과 전류 센서는 트랙션 인버터와 모터를 잇는 버스바 주변의 자기장을 읽는다. 기존 차동 코어리스 센서는 정확도를 확보하기 위해 버스바에 노치나 슬라이스, 홀을 가공하는 사례가 있었다. 버스바 단면이 달라지면서 열 관리와 기계 설계가 복잡해지는 이유다. MCS2100-Q1은 기존 버스바 구조를 바꾸지 않고 주변에 배치한다. 두 방향의 자기장을 측정해 전류값을 산출하므로 별도 가공이 필요 없고, PCB 배치와 열 설계에 쓸 공간도 확보할 수 있다.

 

TMCS2100-Q1은 TI.com에서 판매 중이며, TI는 TMCS2100 평가 모듈과 특성 평가 모듈, TIDM-02014 레퍼런스 설계도 함께 제공한다.

 

#TI #텍사스인스트루먼트 #TMCS2100Q1 #전류센서 #홀효과센서 #트랙션인버터 #전기차 #하이브리드전기차 #전기차파워트레인 #모터제어 #버스바 #차량용반도체