자동차가 하드웨어 프레임워크에 통합된 기본 및 무선 다운로드 애플리케이션 에코시스템을 통해 소프트웨어 플랫폼으로 진화하면서, 자동차 제조업체들은 지속적으로 기능을 개선하고 보안 및 안전 기능을 업데이트하며 혁신 서비스를 제공할 수 있다. 전기자동차의 경우 소프트웨어 업그레이드 기능과 하드웨어 통합은 주행거리 확장을 위해 차량의 전력 효율성을 높이는 데 특히 중요하다.
ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)가 전기자동차와 중앙집중식(도메인 및 영역) 전장 아키텍처에 최적화된 새로운 자동차용 마이크로컨트롤러(MCU)를 공개했다. 이 디바이스를 통해 전기자동차를 보다 저렴하게 구현하고 주행거리를 늘리며 빠르게 충전할 수 있다.
현 전기자동차의 고효율 SiC(Silicon Carbide) 기반 전력 모듈은 최대 주행거리와 더 빠른 충전을 가능하게 한다. 지금까지는 첨단 SiC 전력 반도체를 제어하는데 전용 고속 신호 프로세서가 필요했다. 차세대 소프트웨어 정의 전기자동차를 위해 설계된 ST의 스텔라 E(Stellar E) MCU는 고속 제어루프 프로세싱을 칩에 통합함으로써 하나의 MCU로 전체 모듈을 제어할 수 있다. 이를 통해 모듈 설계를 단순화하고 비용을 절감하는 것은 물론, 자동차 안전 및 보안 표준을 보다 쉽게 준수하게 된다.
새로운 MCU는 ST의 Arm® 기반 스텔라 제품군을 확장한 것으로, 완벽하게 자동차 플랫폼을 고려해 설계됐다. 강력한 중앙집중식 도메인 및 존 컨트롤러인 이 제품군은 자동차의 전기 아키텍처를 단순화해 전력소모, 유연성, 안전성을 향상시킨다. 현재 이 MCU 제품군에는 통합 및 차량 제어용 스텔라 P 시리즈와 차체 애플리케이션용 스텔라 G 시리즈가 포함돼 있다. 스텔라 제품군 아키텍처는 다중 Arm Cortex 코어를 통합해 고성능 및 록-스텝 리던던시(Lock-Step Redundancy)를 제공하며, 실시간 하드웨어 가상화를 지원한다. 모든 스텔라 디바이스는 안전한 무선(OTA: Over-The-Air) 업데이트로 소프트웨어를 업그레이드할 수 있도록 설계됐다.
OBC와 e-드라이브트레인, 다양한 DC/DC 컨버터와 같은 전기자동차의 고전력 애플리케이션은 실리콘 카바이드(SiC) 전력 트랜지스터 및 다이오드를 활용해 에너지 효율성과 신뢰성 면에서 상당한 혜택을 얻고 있다. 이러한 혜택은 일반적인 실리콘 전력 반도체에 적합한 주파수에 비해 훨씬 높은 스위칭 주파수로 동작함으로써 극대화된다.
오늘날 시장에 공급되는 일반적인 자동차용 MCU는 더 높은 SiC 스위칭 주파수를 지원할 수 있는 속도로 충전 제어 알고리즘을 실행하지 못한다. 대신 제어루프를 처리하기 위한 DSP 칩이 추가로 필요하다. 이로 인해 코딩이 별도로 필요하고, 기존 MCU로 구현된 제어 모듈의 복잡성과 부품원가(Bill of Material)가 추가되므로 비용, 크기, 전력소모가 증가한다.
스텔라 E(Stellar Electrification) MCU 시리즈는 동일 칩에서 일반 제어 기능과 고속 제어루프 프로세싱을 수행하는 자동차 품질인증 MCU를 제공한다. 이는 설계를 간소화하고 부품원가를 줄임으로써 더 긴 주행거리와 빠른 충전이 가능한 고효율 SiC 기반 전력 모듈로의 전환을 용이하게 한다.
이러한 MCU는 고속 ADC(Analog-Digital Converter)와 고정밀 PWM(Pulse-Width Modulation) 컨트롤러, 빠르게 동작하는 보호 회로 등의 기능을 활용해 다중 전력 컨버터를 제어할 수 있다.
또한 스텔라 E 시리즈는 기능 안전(ISO 26262 ASIL-D), 보안(HSM -), 산업 표준 SW 상호 운용성(Autosar 4.3.x 이용)과 보안 무선 업데이트에 대한 주요 자동차 표준을 지원한다. 스텔라 제품군을 설계에 적용하면, 제어 및 액추에이션을 위한 공통 에코시스템과 광범위한 소프트웨어 개발 툴 체인 등 추가 이점을 얻을 수 있다.
ST의 전략적 비즈니스 개발 및 오토모티브 프로세싱과 RF 부문 사업본부장이자 오토모티브 및 디스크리트 그룹 부사장인 루카 로데스키니(Luca Rodeschini)는 “스텔라 MCU는 첨단 전동화를 실현하는 동시에 효율적인 에너지 관리와 유연한 소프트웨어 정의 기반 차량의 수명주기 관리를 가능하게 한다”며, “이 플랫폼은 새로운 스텔라 E 디바이스로 전기자동차를 위한 새로운 가치체인을 완성해준다. 제조업체는 무선으로 안전하게 소프트웨어를 업데이트할 수 있어 주행거리를 더 늘리고, 성능과 전력 효율성을 높이는 제어 전략을 개선할 수 있다”고 밝혔다.
