VCU란? Vehicle Control Unit의 역할과 주요 구성 부품

VCU(Vehicle Control Unit)란 무엇일까요? 차량 제어 시스템에서 VCU가 하는 역할과 DC/DC 컨버터, 트랜시버, 모터 드라이브 등 주요 회로 구성 및 전자부품의 요구 특성을 알아봅니다.

VCU(Vehicle Control Unit)란? 차량 제어 시스템의 역할과 주요 구성 부품

VCU(Vehicle Control Unit)는 다양한 전자 시스템을 통합하고 제어하는 핵심 제어 유닛입니다. 차량 내 센서와 ECU로부터 신호를 받아 정보를 처리하고, 전원 장치, 구동 장치, 바디 장치 등에 필요한 제어 명령을 전달합니다.
자율주행과 ADAS 기술의 발전, 차량 전동화로 차량에서 처리해야 하는 데이터와 제어 기능이 증가하면서 VCU를 비롯한 차량 제어 시스템의 중요성도 높아지고 있습니다.
이번 글에서는 VCU란 무엇인지, VCU가 차량에서 어떤 역할을 하는지, VCU의 주요 회로 구성과 각 회로에 사용되는 전자부품에 대해 알아보겠습니다.

1. VCU(Vehicle Control Unit)란?

VCU(Vehicle Control Unit)는 차량의 다양한 기능과 전자 시스템을 통합·제어하는 차량용 제어 유닛입니다.
차량에 탑재된 다양한 센서와 ECU로부터 신호를 받아 정보를 처리하고, 그 결과를 바탕으로 전원 장치, 구동 장치, 바디 장치 등에 적절한 제어 명령을 전달합니다.
즉, VCU는 차량의 다양한 정보를 바탕으로 차량 시스템이 적절하게 동작하도록 모니터링하고 제어하는 역할을 합니다.

VCU의 주요 역할

VCU의 주요 역할은 다음과 같습니다.

• 차량 내 센서 및 ECU 신호 수집
• 차량 상태 및 데이터 처리
• 전원·구동·바디 장치 통합 제어
• 각 시스템에 필요한 제어 명령 전달
• 차량 내 다른 ECU 및 외부 장치와의 통신

차량 내 ECU를 통합·관리하는 방식에는 도메인(Domain) 방식과 존(Zone) 방식 등이 있으며, 차량 시스템의 통합이 진행되면서 각 영역의 기능을 효율적으로 제어하기 위한 차량 제어 시스템도 발전하고 있습니다.

그림 1. VCU의 역할

2. VCU가 중요해지는 이유는?

자율주행·ADAS 기술의 고도화와 차량 전동화에 따라 차량에서 처리해야 하는 데이터와 제어 기능이 증가하고 있기 때문입니다. 차량의 전자화가 진행되면서 다양한 센서와 ECU가 사용되고 있으며, 차량 제어 기능 역시 점차 통합되고 고도화되고 있습니다. 이에 따라 차량 제어 시스템에는 다음과 같은 성능이 중요해지고 있습니다.

• 높은 데이터 처리 성능
• 증가하는 전력 요구에 대한 대응
• 고속 차량 통신
• 회로 및 전자부품의 소형화
• 높은 제어 정밀도

이러한 변화에 대응하기 위해 VCU를 구성하는 전자부품에도 대전류, 저손실, 소형화, 고주파 대응, 고정밀화 등의 특성이 요구됩니다.

3. VCU는 어떤 회로로 구성될까?

VCU는 차량의 정보를 처리하고 다른 ECU 및 외부 장치와 통신하며, 각종 액추에이터를 제어하기 위한 다양한 회로로 구성됩니다. 대표적인 VCU 구성 요소는 다음과 같습니다.

■ 트랜시버(Transceiver)
차량 내부의 다른 ECU 및 외부 장치와 데이터를 송수신하는 역할을 합니다. CAN, Ethernet 등의 차량 통신에 사용됩니다.

■ SoC / MCU
센서와 ECU에서 전달받은 데이터를 처리·판단하고 각 장치를 제어합니다.

■ 메모리(DDR)
VCU가 데이터를 처리하는 과정에서 필요한 정보를 일시적으로 저장하는 버퍼 역할을 합니다.

■ DC/DC 컨버터
차량의 배터리에서 공급되는 전압을 VCU 내부의 각 전자부품 및 회로에 필요한 전압으로 변환합니다.

■ 모터 드라이브
소형 모터와 솔레노이드 등 외부 액추에이터를 구동합니다.

그림 2. VCU의 전체 구성

4. VCU의 주요 회로와 사용되는 전자부품

4-1. DC/DC 컨버터

VCU의 DC/DC 컨버터는 배터리 전압을 각 전자부품과 회로에 필요한 전압으로 변환합니다.
DC/DC 컨버터는 주로 FET, 코일(인덕터), 캐패시터로 구성됩니다.
입력부의 노이즈 제거와 출력부의 평활에는 전도성 고분자 하이브리드 알루미늄 전해 캐패시터, 전압 변환에는 차량용 파워 인덕터, 전압 측정에는 고정밀 칩 저항기가 사용됩니다.

노이즈 제거, 스위칭·평활 ―― 전도성 고분자 하이브리드 알루미늄 전해 캐패시터

Point

• 대용량·저 ESR·높은 리플 전류 대응 특성으로 회로의 소형화 및 출력화(저전압·대전류)에 기여
• 우수한 고주파 특성으로 고주파 스위칭 시 발생하는 광대역·고주파 노이즈 억제에 기여

전압 변환 ―― 차량용 파워 인덕터

Point

• 금속 자성 재료를 적용하여 저손실·대전류 특성을 실현, 회로의 소형화 및 출력화(저전압·대전류)에 기여
• 우수한 고주파 특성(저 ACR)으로 고주파 스위칭 환경에서의 전력 손실 저감에 기여

전압 측정 ―― 고정밀 칩 저항기

Point

• 박막 구조를 통한 저항값 공차, 낮은 TCR 특성으로 회로 출력 특성의 고정밀 제어화에 기여

그림 3. DC/DC 컨버터에서 사용되는 부품

4-2. 트랜시버 I/F

VCU의 트랜시버 I/F는 CAN, Ethernet 등의 차량 통신을 통해 외부 장치 및 다른 ECU와 데이터를 주고받는 회로입니다.
통신선에 외부 노이즈나 정전기(ESD)가 유입되면 트랜시버 IC에 영향을 줄 수 있기 때문에 안정적인 통신을 위해 적절한 ESD 보호 대책이 필요합니다. 이러한 회로에는 칩 바리스터와 ESD 서프레서 등의 전자부품이 사용됩니다.

정전기 대책 ―― 칩 바리스터 / ESD 서프레서

Point

• 폭넓은 용량 특성 라인업을 통해 회로의 통신 품질을 유지하면서 정전기(ESD) 노이즈 억제에 기여
• 칩 바리스터는 8~250pF의 용량 특성으로 저속부터 고속까지 다양한 통신 속도에 대응
• ESD 서프레서는 0.1pF의 용량 특성으로 고속 통신 속도에 대응

그림 4. 트랜시버 IF에서 사용되는 부품

4-3. 모터 드라이브

모터 드라이브 회로는 여러 개의 스위칭 소자를 이용해 전압을 변환하고, 소형 모터 및 액추에이터를 구동합니다.
스위칭 동작 시 발생하는 전압 변동과 노이즈를 억제하기 위해 캐패시터와 인덕터를 사용하며, 스위칭 소자의 게이트 구동 시 발생하는 노이즈는 칩 저항기를 통해 제어합니다.

노이즈 제거 및 평활 ―― 전도성 고분자 하이브리드 알루미늄 전해 캐패시터

Point

• 대용량·저 ESR·고리플 전류 대응 특성으로 회로의 소형화 및 고출력화(저전압·대전류)에 기여
• 우수한 고주파 특성으로 고주파 스위칭 시 발생하는 광대역·고주파 노이즈 제거에 기여

노이즈 제거 및 평활 ―― 차량용 파워 인덕터

Point

• 금속 자성 재료를 적용한 저손실·대전류 특성으로 회로의 소형화 및 고출력화(저전압·대전류)에 기여
• 우수한 고주파 특성(저 ACR)을 통해 고주파 스위칭 환경에서의 전력 손실 억제에 기여

스위칭 소자 게이트 구동 노이즈 억제 ―― 소형 고전력 칩 저항기

Point

• 독자적인 저항 패턴 및 전극 구조를 통해 소형 고전력화를 실현하고 회로의 소형화에 기여

그림 5. 모터 드라이브 회로에서 사용되는 부품

5. VCU에 사용되는 전자부품에는 어떤 특성이 필요할까?

VCU의 고기능화에 따라 VCU를 구성하는 전자부품에도 높은 성능이 요구됩니다.
특히 다음과 같은 특성이 중요합니다.

① 대전류 대응
높아지는 전력 요구에 대응하기 위해 안정적인 대전류 처리가 필요합니다.

② 저손실
전력 변환 및 공급 과정에서 발생하는 손실을 줄여 전력 효율을 높이는 것이 중요합니다.

③ 소형화
차량에 탑재되는 전자부품과 기능이 증가하면서 제한된 공간에 회로를 효율적으로 구성할 필요가 있습니다.

④ 고주파 대응
고속 스위칭과 차량 통신의 고속화에 대응하기 위해 우수한 고주파 특성이 요구됩니다.

⑤ 고정밀화
차량의 다양한 기능을 정밀하게 제어하기 위해 높은 수준의 전압 및 신호 제어 정확성이 필요합니다.

6. 정리

VCU(Vehicle Control Unit)는 차량의 다양한 신호를 바탕으로 전원 장치, 구동 장치, 바디 장치 등에 제어 명령을 전달하는 핵심 제어 유닛입니다.
자율주행·ADAS 기술의 고도화와 차량 전동화에 따라 차량의 기능과 처리해야 하는 데이터가 증가하고 있습니다. 또한 차량 제어 기능의 통합과 고기능화가 진행되면서 처리 성능 향상, 전력 요구 증가, 통신 고속화에 대한 대응이 중요해지고 있습니다.
이에 따라 VCU를 구성하는 전자부품에도 대전류, 저손실, 소형화, 고주파 대응, 고정밀화 등의 특성이 요구됩니다.

VCU에 사용되는 주요 전자부품과 요구 특성

VCU에 사용되는 주요 전자부품과 각 부품이 대응하는 요구 특성을 정리하면 다음과 같습니다.

Panasonic Industry는  VCU에 요구되는 다양한 특성에 대응할 수 있도록 폭넓은 전자부품 라인업을 갖추고 있습니다.