토요타자동차가 기존대비 10% 이상 연비를 개선 시키는 자동차용 반도체를 개발했다.
토요타 자동차는 21일, 덴소, 토요타 중앙연구소와 공동으로 신소재인 SiC(실리콘 카바이트 : 실리콘과 탄소의 화합물 )에 의한 파워 반도체를 개발했다고 밝혔다. 토요타는 이 파워 반도체를 하이브리드 차 등의 모터 구동력을 제어하는 파워 컨트롤 유닛(PCU)에 채용할 예정으로 향후 1년 이내에 일반도로에서 주행 실험을 시작할 예정이다.
하이브리드 모델에 SiC 반도체를 적용하면 기존 반도체보다 10% 이상 연비가 좋아지고 PCU의 크기도 5분의 1 수준으로 줄어들 것으로 토요타는 기대하고 있다. PCU는 주행 시에는 배터리의 전력을 모터에 공급함으로써 속도을 제어함과 동시에, 감속 시에는 재생한 전력을 배터리에 충전하는 등, 하이브리드 기술의 전력 이용에서 중요한 역할을 담당한다. 하이브리드 차량 전체 전력 손실의 약 20%를 차지하는 PCU에 전류 저향을 줄여 파워 반도체를 고효율화하는 것은 연비 향상의 핵심 기술이다. 토요타는 1997년의 1세대 프리우스 출시 때부터 파워 반도체의 자체 개발을 통해 하이브리드의 연비 향상에 노력해 왔다.
SiC는, 실리콘보다 고효율화가 가능한 반도체 재료다. 1980년대부터 토요타 중앙연구소와 덴소가 기초 연구를 시작했고 2007년부터는 토요타가 참여해 공동으로 기술개발을 진행해 왔다. 토요타는, SiC 파워 반도체를 채용한 PCU를 하이브리드카의 시험제작차에 적용해 5%가 넘는 연비 향상을 확인했다. 2013년 12월에는, 전자 제어장치나 반도체 등의 연구 개발 및 생산의 거점인 히로세 공장 내 에, SiC 전용의 반도체 개발을 위한 클린 룸을 정비했다.
토요타는 이 반도체를 통해 장기적으로 10% 이상 연비를 개선한다는 목표다. SiC 파워 반도체는 전류를 흘려 보낼 때의 저항이나 전류를 흘려 보내거나 멈추거나 하는 온 오프 시(스위칭)의 전력 손실이 작고, 고주파화해도 효율적으로 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이 성능을 충분히 끌어냄으로써, PCU의 체적의 약 40%를 차지하는 코일, 콘덴서를 줄여 5분1 크기로 줄일 수 있게된다.
오종훈 yes@autodiary.kr