엑셀리아, 우주 전력 변환 애플리케이션을 위한 맞춤형 스마트 통합 자기 솔루션 공개
엑셀리아(Exxelia)는 우주 시스템과 같이 제한적이고, 까다로운 환경에서 동작하는 첨단 전력 컨디셔닝 및 분배 장치(Power Conditioning and Distribution Unit, PCDU)를 위해 설계된 새로운 스마트 통합 자기(Smart Integrated Magnetics) 솔루션을 개발했다.
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이 솔루션은 표준 카탈로그 제품이 아니라 맞춤형 개발의 결과물이다. 시스템 레벨에서 정의된 특정 전기적, 열적, 기계적 요구사항을 충족하도록 설계되었으며, 고객이 필요로 하는 모든 사양을 충족할 수 있도록 조정이 가능하다.
엑셀리아의 새로운 스마트 통합 자기 솔루션은 DAB(Dual Active Bridge)의 트랜스포머와 인덕터를 하나의 컴팩트한 자기 어셈블리에 통합했다. 이러한 통합 방식은 높은 스위칭 주파수에서도 전기적 성능을 유지하는 것은 물론, 부피와 무게, 상호 연결 복잡성을 줄일 수 있도록 해준다. 이 솔루션은 효율성과 신뢰성, 기계적 견고성이 핵심 설계 요소인 우주 등급 PCDU의 절연 DC-DC 전력 변환 애플리케이션에 매우 적합하다.
기술적 측면에서, 이 스마트 통합 자기 솔루션은 예를 들어, 100 ~ 200kHz의 스위칭 주파수에서 1 ~ 2kW 수준의 전력 레벨을 처리할 수 있도록 설계되었다. 관련 인덕터는 수 µH 수준의 인덕턴스를 제공한다. 전체 어셈블리는 코어 소재, 권선 구조, 자기 커플링 등을 정밀하게 최적화하여 정격 동작 조건에서 약 99%에 근접한 효율을 달성한다. 또한, 저대류 환경에서 중요한 손실과 열적 특성을 특별히 고려하여 설계되었다.
이번 개발의 핵심 요소는 바로 기계적 통합이다. 완성된 자기 솔루션은 약 75 × 65 × 20mm 크기의 낮은 프로파일 및 평면 패키지로 구현되었으며, 총 무게는 약 250g에 불과하다. 이러한 컴팩트한 폼팩터는 고밀도 전력 전자 모듈에 통합이 매우 용이하며, 발사 및 운용 과정에서 일반적으로 발생하는 기계적 스트레스에 대한 내구성도 뛰어나다.
이 솔루션은 우주 애플리케이션의 특성상 흔히 발생하는 열 사이클링과 기계적 하중 등과 같은 극한의 환경 조건을 충족하도록 설계되었다. 이에 따라 장기적인 안정성 및 인증 요건과의 적합성이 보장되도록 적절한 소재 선정, 함침 공정, 구조 설계 등이 적용되었다.
엑셀리아는 이 스마트 통합 자기 솔루션을 통해 시스템 설계자 및 전력 전자 엔지니어와의 긴밀한 협력으로 완벽한 맞춤형 자기 부품을 제공할 수 있는 역량을 다시 한번 입증했다. 이 솔루션은 특정 프로그램 및 제약 조건에 따라 설계되었지만, 보다 폭넓은 접근방식을 도입하여 컴팩트한 통합 자기 설계를 필요로 하는 기타 고신뢰성 애플리케이션에도 적용 가능하다.
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