EV 전원 시스템의 핵심, DC/DC 컨버터의 역할과 구성 알아보기

전기 자동차(EV)에 탑재되는 배터리는 차량의 성능을 좌우하는 핵심 요소입니다. 이러한 배터리를 안전하고 효율적으로 사용하기 위해 필수적인 시스템이 바로 BMS 입니다.

EV 전원 시스템의 핵심, DC/DC 컨버터의 역할과 구성 알아보기

고전압 전력을 차량 전장 시스템에 공급하는 핵심 장치

전기차(EV)는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용해 주행합니다. 하지만 전기차에서 사용하는 전력이 모두 동일한 전압으로 공급되는 것은 아닙니다. 주행용 모터는 높은 전압이 필요하지만, 차량 내부의 다양한 전장 장치는 상대적으로 낮은 전압으로 동작합니다. 따라서 서로 다른 전압 환경 사이에서 전력을 안정적으로 변환하는 기술이 필요합니다.
이 역할을 담당하는 장치가 바로 DC/DC 컨버터(DC-DC Converter) 입니다.
DC/DC 컨버터는 전기차의 고전압 배터리에서 공급되는 직류 전력을 차량 전장 시스템에 적합한 저전압 직류 전력으로 변환하는 장치입니다. EV의 안정적인 전력 공급을 위해 반드시 필요한 핵심 부품 중 하나입니다.

1. 전기차에는 왜 DC/DC 컨버터가 필요할까?

고전압 시스템과 저전압 시스템의 공존

주행용 모터와 같은 구동 장치는 대용량 전력을 필요로 하는 반면, ECU, 센서, 카메라, 조명, 통신 장치 등은 상대적으로 낮은 전압에서 동작합니다. 대표적으로 다음과 같은 구성으로 나눌 수 있습니다.

고전압 전력을 사용하는 장치

• • 주행용 모터
  • 구동 관련 전력 장치

저전압 전력을 사용하는 장치

• • ECU
  • 카메라
  • 차량 조명
  • 통신 장치
  • 각종 제어 회로

이처럼 차량 내부에는 서로 다른 전압 레벨을 사용하는 장치가 공존하며, DC/DC 컨버터는 고전압 배터리의 전력을 각 전장 장치가 사용할 수 있는 전압으로 변환하는 역할을 수행합니다. 

2. 왜 주행 모터는 고전압을 사용할까?

전기차의 주행 모터는 큰 전력을 필요로 합니다.
같은 전력을 전달하더라도 전압이 낮으면 더 큰 전류가 필요하게 됩니다. 전류가 증가하면 배선과 회로에서 발생하는 손실이 커집니다.
따라서 전기차의 주행 시스템은 일반적으로 고전압을 사용해 전류를 줄이고 전력 전달 효율을 높이는 구조를 채택하고 있습니다. 반면 차량 내부의 제어 장치나 전장 부품은 상대적으로 낮은 전압 환경에서 동작하기 때문에 전압 변환 과정이 필요합니다.

3. DC/DC 컨버터는 어떻게 구성될까?

1) 전압 검출 회로

2) 노이즈 필터 회로

3) 전압 변환 회로

4) 출력 평활 회로
전압 변환 후에는 출력 전압을 안정적으로 유지하는 과정이 필요합니다.
이를 위해 캐패시터와 인덕터가 사용되며 전압 리플을 줄이고 안정적인 전원 공급을 지원합니다. 

5) 통신 인터페이스 보호 회로

4. 전동화 확대와 함께 중요해지는 전자부품

전기차 보급이 확대되면서 차량 내 전장 장치 수는 지속적으로 증가하고 있습니다.
이에 따라 DC/DC 컨버터에는 다음과 같은 특성이 요구됩니다.

• 고내전압
• 대전류 대응
• 저손실
• 고내열
• 소형화
• 고신뢰성

5. 정리

DC/DC 컨버터는 전기차의 고전압 배터리 전력을 차량 전장 시스템에 필요한 저전압 직류 전력으로 변환하는 핵심 장치입니다.또한 전압 변환뿐만 아니라 노이즈 저감, 출력 안정화, 통신 회로 보호와 같은 역할을 수행하기 위해 다양한 전자부품이 함께 사용됩니다. 전기차의 전장화가 확대될수록 안정적이고 효율적인 전력 변환 기술의 중요성은 더욱 커지고 있으며, DC/DC 컨버터는 이러한 EV 전원 시스템의 중심에서 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. 파나소닉 인더스트리는 DC/DC 컨버터용으로 폭넓은 제품 라인업을 갖추고 있습니다. 

표1. 상품 라인업과 특징

DC/DC 컨버터의 성능은 회로 설계뿐만 아니라 캐패시터와 같은 수동소자 선택에도 큰 영향을 받습니다.
다음 글에서는 실제 DC/DC 전원 설계 사례를 통해 출력 캐패시터 선정이 전원 성능과 실장 공간 최적화에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.