일본산업뉴스요약

48볼트 대응한 직류 전압 변환기 개발
알프스전기, 20년 발매 / 전력효율 개선에 대한 요구로 수요 증가

알프스전기는 자동차나 데이터센터용으로 48볼트 전압의 대전류를 변환할 수 있는 DC-DC컨버터(변환장치)를 2020년 발매를 목표로 개발한다. 독일 아우디나 다임러 등 유럽의 자동차기업이 전원 전압을 기존의 12볼트에서 48볼트로 높인 마일드 하이브리드차(HV)를 연이어 발매하고 있다. 또한 전원을 48볼트로 높인 서버를 도입하려는 데이터센터의 움직임에 대응한다.

‘트라이 매직 컨버터’라고 부르는 48볼트의 직류 전압과 12볼트의 직류 전압을 쌍방향으로 변환할 수 있는 DC-DC컨버터를 개발한다. 자동차의 대부분은 12볼트 전압으로 와이퍼나 카내비게이션, 카오디오를 작동시키고 있다. 그러나 유럽에서 시동이나 가속 시에만 전기모터를 이용하는 마일드HV가 증가하면서 12볼트 전압보다 에너지 효율이 뛰어난 48볼트 전압을 채용하는 움직임이 확산되고 있다.

알프스전기는 자력이 높고 전력 손실이 적은 ‘리카로이(Liqualloy)’라는 독자적으로 개발한 금속 자성 재료를 전압 변환을 위한 소자에 사용하여 대전류에서도 전력 손실을 작게 하였다. 소전류를 흐르게 할 때는 효율이 높은 페라이트를 조합하여 폭넓은 전류 범위에서 높은 변환 효율을 실현하였다. 15~200암페어의 전류 범위에서 변환 효율은 96~98%를 유지한다고 한다.

기존의 자성 재료를 사용한 DC-DC컨버터는 대전류 하에서 높은 효율을 유지하기 위해 심재(芯材)를 크게 할 필요가 있었다. 역으로 심재를 작게 하면 효율이 떨어져 발열이 커진다는 과제가 있었다. 리카로이의 경우는 변환할 수 있는 전류량을 나타내는 '포화자속밀도'가 높기 때문에 소형으로도 전압을 상승시킬 수 있다. 발열량도 적다.

차량탑재기기는 12볼트 전원을 사용하는 것이 일반적이지만 유럽에서는 48볼트 전원으로 배터리나 모터를 구동시키는 마일드HV가 발매되기 시작하였다. 유럽에서 48볼트에 대응한 차량탑재 배터리나 모터, 공조기기의 수요가 증가하면 앞으로 48볼트 전압의 전원장치의 수요가 높아질 가능성이 있다.

데이터센터에서도 기존의 12볼트 전압의 전원 시스템에서 48볼트 전압으로 이행하는 움직임이 나오기 시작하였다. 48볼트 전압의 전원 시스템은 전력 손실을 줄이는 특징이 있기 때문에 구글 등이 도입을 계획하고 있다.

데이터센터는 전세계적으로 원자력발전소 수십 기에 상당하는 전력을 소비하고 있어 전력 효율의 개선에 대한 요구가 높아지고 있다. 자동차의 다기능화나 데이터센터의 효율 향상으로 알프스전기는 대전류에 견딜 수 있는 컨버터의 수요가 증가할 것으로 보고 있다.

태양유전(太陽誘電)도 자동차나 데이터센터 서버의 전원장치용으로 차세대 파워반도체인 질화갈륨(GaN)이나 탄화규소(SiC)를 사용한 전원 부품을 개발하였다. 미국 제너럴 일렉트릭(GE)의 패키지 기술과 조합하여 전력 손실을 줄여 효율을 높일 수 있다.

GaN나 SiC를 활용한 반도체는 전력 효율을 높일 수 있는 한편, 노이즈 억제나 기판의 내열성과 같은 관점에서 충분히 성능을 활용하지 못하고 있다는 과제가 있다. 이번에 태양유전은 GE의 패키징 기술을 활용하여 전력 변환 효율을 높였다. 전기 저항이 작은 동(銅)배선이나 폴리이미드의 기판 재료를 사용하여 차세대 파워반도체의 성능을 살릴 수 있는 기판 설계를 채용. 모듈도 소형화할 수 있다고 한다.

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