켄텍, 전력반도체 오작동 메커니즘 규명…차세대 전동화 기술 경쟁력 입증

제1회 현대모비스 전동화 우수논문대회에서 최우수상을 수상한 장태현 켄텍 석·박사통합과정.

한국에너지공과대학교(켄텍·KENTECH·총장직무대행 박진호)는 강혜민 에너지공학부 교수 연구실의 장태현 대학원생(석·박사 통합과정)이 '제1회 현대모비스 전동화 우수논문대회'에서 박사과정 최우수상을 수상했다고 23일 밝혔다.

현대모비스 전동화 우수논문대회는 미래 모빌리티 핵심 기술인 전동화 분야의 기술 경쟁력을 강화하고 우수 인재를 발굴하기 위해 올해 처음 개최한 학술 논문 대회다. 전동화 및 미래 모빌리티 핵심 기술 분야의 우수 연구 성과를 대상으로 시상이 이뤄졌다.

장태현 학생은 전기차(EV) 전력 변환 장치의 핵심 소자인 탄화규소(SiC) 전력반도체에서 발생하는 오작동 (False Turn-on) 메커니즘을 정밀하게 분석해 낸 성과를 인정받았다.

최근 전기차 산업에서는 에너지 효율을 높이기 위해 기존 실리콘(Si) 반도체보다 스위칭 속도가 빠르고 고전압에 강한 탄화규소 모스펫 채택이 늘고 있다. 하지만 스위칭 속도가 빨라지면서 소자 내부 및 패키지에서 발생하는 기생 인덕턴스와 높은 전류 변화율이 상호작용해 소자가 의도치 않게 켜지는 오작동 현상이 발생한다는 문제점이 있었다.

장태현 학생은 하이브릿지 회로 구조 내 하이사이드 바디 다이오드의 역회복 과정 중 발생하는 '전류 험프' 현상을 집중적으로 분석했다. 컴퓨터 기반 시뮬레이션 도구(TCAD)를 활용해 기존의 3단자 소자 모델을 5단자로 확장, 소자 내부의 변위 전류와 채널 전류의 흐름을 개별적으로 추출해내는 분석 기법을 도입했다.

연구 결과, 패키지의 금속 리드 길이에 따라 기생 인덕턴스 영향이 두드러지며 오작동 가능성이 급격히 높아지는 것으로 나타났다. 일반적으로 스위칭 속도가 느릴 때 비교적 안전하다는 통념과 달리, 부하 전류 수준이 높을 때는 스위칭 속도가 느려지더라도 전류 변동 폭의 영향이 더 커져 오작동이 더욱 쉽게 발생할 수 있다는 점을 규명했다.

장태현 학생은 “전동화 분야 기술 혁신을 선도하는 현대모비스에서 첫 번째로 개최한 논문대회에서 박사과정 최우수상을 받게 되어 매우 뜻깊다”며, “지도교수님이신 강혜민 교수님의 세심한 지도와 연구실 동료들의 지원 덕분에 복잡한 소자 내부의 물리적 현상을 깊이 있게 파고들 수 있었다”고 소감을 밝혔다.

이어 “이번 연구 결과가 향후 전기차용 전력 모듈의 설계 최적화와 안정성 확보에 실질적인 도움이 되기를 기대한다”며, “앞으로도 SiC뿐만 아니라 질화갈륨(GaN) 등 차세대 와이드 밴드갭(WBG) 반도체의 동적 특성 및 신뢰성 분석 연구에 매진하여 우리나라가 전동화 핵심 기술 주권을 확보하는 데 기여하고 싶다”고 포부를 전했다.

강혜민 교수 연구실은 전력반도체 소자 설계와 응용 기술 및 신뢰성 분석 분야를 중심으로 연구를 수행하고 있다.

나주=김한식 기자 hskim@etnews.com