15 / 30 · 에너지

전력 반도체와 모터 드라이버

01 · 뜯어볼 부품

모터 드라이버는 전력 반도체 스위치를 빠르게 켜고 꺼서, 배터리의 직류를 모터가 쓰는 3상 전류로 바꿉니다.

02 · 3D 분해

눌러서 뜯어보기

부품을 누르면 설명이 열리고, 아래 공급망 표에서 그 부품을 만드는 기업이 강조됩니다. 3D를 열지 않아도 부품 버튼으로 같은 설명을 볼 수 있습니다.

교육용 예시 · 제조사 내부 설계가 아닙니다

부품을 하나 골라 보세요.

03 · 원리

어떻게 움직이나

배터리는 한 방향으로만 흐르는 직류를 내놓지만, 관절의 브러시리스 모터(G1 공식 사양으로는 영구자석 동기 모터, PMSM)는 회전자 위치에 맞춰 세 묶음 코일(A·B·C 상)에 방향이 바뀌는 전류를 차례로 넣어야 돕니다. 그 일을 하는 회로가 모터 드라이버 안의 인버터입니다. 상마다 위·아래 스위치 한 쌍, 모두 6개의 전력 반도체가 배터리와 코일을 이었다 끊었다 합니다. 위 3D는 가장 단순한 방식인 6스텝(블록) 정류를 보여 줍니다. 한 순간에는 서로 다른 상의 위 하나·아래 하나만 켜져, 전류가 한 상으로 들어가 다른 상으로 나옵니다. 전기 한 바퀴를 여섯 칸으로 나눠 칸마다 스위치 하나씩을 바꿉니다.

실제 드라이버는 3D보다 훨씬 빠르고 부드럽게 일합니다. 3D는 4.5초에 전기 10바퀴를 돌려 켜진 쌍이 초당 약 13번 바뀌도록 느리게 보여 줍니다. 실제로는 켜진 시간 안에서도 스위치를 초당 수천~수만 번 켰다 꺼(PWM) 전류의 평균 크기를 맞추고, 한 칩 회사의 로봇 제어 안내 그림은 이 PWM을 8~32 kHz로 적습니다. 정류 방식도 다릅니다. 같은 안내는 6스텝이 회전자 각도를 60° 단위로만 알면 되고 효율이 중간인 데 비해, 세 상 전류를 사인파 모양으로 조절하는 FOC(벡터 제어)는 각도를 1° 안쪽으로 읽고 전류 센서를 더 써야 하지만 효율이 높다고 견줍니다. G1 분해 보고서도 관절 드라이버가 FOC로 모터를 구동한다고 적습니다.

스위치 소자가 전력 반도체입니다. 한 칩 회사 안내로는 휴머노이드 관절 드라이버가 대개 60 V 아래(안전 초저전압 범위)에서 일해서, 잡음을 견디도록 100 V까지 버티는 소자가 좋다고 하고 실리콘 MOSFET과 GaN(질화갈륨) 트랜지스터를 견줍니다. GaN은 켜고 끌 때 잃는 전기가 적어 더 빠르게 스위칭할 수 있습니다(칩 회사 안내). 스위칭이 빨라지면 커패시터 같은 주변 부품을 줄여 드라이버를 작게 만들 수 있지만, 그만큼 촘촘한 PWM을 내는 제어 칩과 열 설계가 따라야 합니다. 같은 안내는 관절 드라이버 하나의 전력이 10 W에서 4 kW까지 넓게 퍼지고 대부분은 10 W~1.5 kW라고 적습니다. 그래서 이 칩 회사는 게이트 드라이버, 낱개 스위치, 스위치·게이트 드라이버·전류 감지를 한 칩에 묶은 일체형 전력단을 함께 내놓습니다.

세 로봇 가운데 관절 드라이버 구성이 공개 자료로 드러난 것은 G1입니다(분해 보고서 기준). 증권사 분해 보고서는 G1의 팔다리 관절이 모터·감속기·엔코더·드라이버를 한 덩어리로 묶은 모듈이고, 관절마다 둥근 드라이버 기판이 FOC로 모터를 돌린다고 적습니다. G1에서는 기본형 관절 23개에 드라이버가 하나씩 붙는 셈이고, 허리 관절 모듈에는 모터와 구동 회로를 식히는 작은 팬도 들어 있습니다. 모터마다 전력단은 따로 있어야 하지만 제어 칩 하나가 모터 네 개까지 맡는 제품도 있어서(한 칩 회사 안내), 다른 로봇의 드라이버 수를 관절 수로 짐작할 수는 없습니다. 다만 기판의 칩 표시가 지워져 있어 어느 회사 칩인지는 알 수 없습니다. 테슬라는 2022 옵티머스 시제품의 관절 액추에이터 수를 발표했지만 드라이버 구성은 이 아카데미가 확인한 자료에 없고, 피규어는 Figure 03의 액추에이터·배터리·전자 장치를 모두 직접 설계했다고만 밝혔습니다. 2장의 관절 액추에이터 강의에서 본 "드라이버"가 바로 이 기판입니다.

비유

모터 드라이버는 수도꼭지를 아주 빠르게 열고 닫아 물줄기의 세기를 맞추는 것과 닮았습니다. 꼭지를 반쯤 여는 대신 활짝 열었다 꽉 잠그기를 빠르게 되풀이하면, 열어 둔 시간의 비율만큼 평균 물줄기가 나옵니다. 켠 시간의 비율로 평균 전류를 맞추는 PWM이 이런 방식입니다.

비유가 맞지 않는 곳

수도꼭지는 물을 한 방향으로만 보내지만, 드라이버는 세 상의 스위치를 엇갈려 켜 코일마다 전류의 방향까지 바꿉니다. 또 스위치는 켜고 끄는 순간마다 전기 일부를 열로 잃어서(스위칭 손실), 빠르게 끊을수록 정밀해지는 대신 열이 늘어 소자 선택이 중요해집니다.

04 · 방식 비교

같은 일을 하는 다른 방식

크기·전압과 전력·제어 정밀도·가격으로 본 방식 비교
방식크기전압과 전력제어 정밀도가격쓰이는 곳
전력 반도체손톱만 한 칩 패키지 · 한 GaN 하프브리지 칩은 7.00 × 4.50 mm견디는 전압·전류 등급으로 고름 · 관절용은 100 V급이 권장됨켜고 끄는 속도가 빠를수록 전류를 촘촘히 조절 · GaN이 실리콘 MOSFET보다 빠름이 강의가 확인한 자료에는 소자 단가가 없음 · 스위치 하나의 값을 모르더라도 모터 하나에 6개(3상 브리지)가 들어감휴머노이드 관절 드라이버의 전력단(100 V급 MOSFET·GaN), 한 전기차 플랫폼의 구동 인버터(SiC)
모터 드라이버G1은 관절 모듈 안에 둥근 기판(분해 보고서) · 칩 하나에 전력단·전류 감지를 묶은 제품도 있음관절 하나에 10 W~4 kW · 대부분 1.5 kW 이하(칩 회사 안내)전류를 초당 1만 번 넘게 조절 · FOC는 각도를 1° 안쪽으로 읽어야 함칩 값에 기판 설계·시험이 더해짐 · 칩 회사는 참조 설계를 함께 내놓음G1 관절 모듈마다 하나(분해 보고서, 기본형 관절 23개), 공장 로봇 제어반의 서보 앰프

산업용 팔에서는

울타리 안에서 일하는 전통적인 산업용 로봇 팔은 모터 드라이버(서보 앰프)를 팔 밖 제어반에 모으기도 합니다. 예를 들어 한 로봇 제조사의 큰 제어반은 앰프를 더 꽂을 자리를 남겨 두고, 다른 제조사의 제어기는 380~480 V 교류를 변압기 없이 받는다고 설명합니다. 사람 곁에서 일하는 협동로봇에는 다른 설계도 있습니다. 한 협동로봇 회사 대표는 2015년 인터뷰에서 관절마다 모터·감속기·전자 회로·엔코더를 넣어 관절 하나하나가 작은 서보 장치라고 설명했습니다. 휴머노이드는 여기에 더해 배터리를 싣고 케이블 없이 걸어 다니므로, 드라이버도 몸 안에 두는 쪽이 자연스럽다는 것이 이 강의의 풀이입니다. 그렇게 넣으면 사람 크기 관절 안에 들어가도록 회로를 작게 만들어야 합니다(칩 회사 안내). 그 안내는 배선을 줄이는 일도 설계 조건으로 꼽고, 산업용 팔의 자유도 6~12개와 달리 휴머노이드는 70개까지 늘어 드라이버도 더 많이 필요하다고 적습니다.

05 · 공급망 표

누가 만들고, 한 대에 몇 개 들어가나

방식마다 부품을 만드는 기업과 상장 시장·종목 코드, 공개된 공급 관계를 모았습니다. 위에서 부품을 고르면 그 부품의 방식이 강조됩니다.

실시간 주가나 투자 추천이 아닌 사업 구조 학습 자료입니다.

어느 로봇에 납품하거나 쓰이는지는 ‘확인’ 표시가 붙은 공급 관계에서만 알 수 있습니다.

확인
공시나 공식 발표에 고객 이름이 나옵니다.
고객 미공개
회사가 고객 이름 없이 공식적으로 밝혔습니다.
보도
주요 언론·증권사 보도입니다. 매체와 날짜를 함께 적습니다.
방식별로 부품을 만드는 기업과 공개된 공급 관계
기업국가상장공급 관계
전력 반도체큰 전류를 아주 빠르게 켜고 끄는 스위치 소자입니다. 실리콘 MOSFET·IGBT와 SiC(탄화규소)·GaN(질화갈륨) 소자가 있고, 모터 드라이버 안에서 배터리 전기를 잘게 끊어 모터로 보냅니다.쓰이는 곳

Unitree G1·Tesla Optimus·Figure 공개 자료에는 나오지 않습니다.

이 방식을 만드는 기업
텍사스 인스트루먼트미국나스닥 TXN이 자료에 실린 공급 관계 없음
인피니언독일독일 IFX이 자료에 실린 공급 관계 없음
KEC한국코스피 092220이 자료에 실린 공급 관계 없음
모터 드라이버배터리 전기를 모터가 쓰는 전류로 바꿔 보내는 회로 기판입니다. 전력 반도체를 켜고 끄는 게이트 드라이버, 언제 켤지 계산하는 제어 칩, 둘을 한 판에 묶은 완성 드라이버 모듈을 이 이름으로 묶습니다.쓰이는 곳
  • Unitree G1 다리·팔·허리 분해 자료 출처분해 보고서는 팔다리 관절이 모터·감속기·엔코더·드라이버를 한 덩어리로 묶은 모듈이고, 관절마다 둥근 드라이버 기판이 FOC 방식으로 모터를 구동한다고 적습니다. 관절 액추에이터마다 드라이버가 붙습니다(기본형 관절 23개: 소형 14·대형 9). 기판의 칩 표시는 지워져 있어 부품 제조사는 알 수 없습니다.팔 관절도 모터·감속기·엔코더·드라이버를 묶은 같은 모듈로, 관절마다 드라이버 기판이 붙습니다(분해 결과).분해 보고서는 허리 관절 모듈 안의 작은 팬이 모터와 구동 회로의 열을 식힌다고 적어, 허리 관절에도 드라이버가 들어 있습니다.
이 방식을 만드는 기업
텍사스 인스트루먼트미국나스닥 TXN
맥슨스위스비상장이 자료에 실린 공급 관계 없음
노반타미국나스닥 NOVT이 자료에 실린 공급 관계 없음
아날로그 디바이스미국나스닥 ADI이 자료에 실린 공급 관계 없음
인피니언독일독일 IFX이 자료에 실린 공급 관계 없음
KEC한국코스피 092220이 자료에 실린 공급 관계 없음

로봇 한 대에 들어가는 수

강의마다 세는 대상이 다르니 숫자 옆 설명을 함께 보세요. 공개되지 않은 값은 미공개로 둡니다.

공급망 지도에서 전체 보기이 강의의 기업 모아 보기

06 · 투자자 관점

무엇이 이익이 되고, 무엇이 과대 해석인가

G1처럼 관절마다 드라이버 기판이 붙는 설계(분해 보고서 기준)에서는 기판이 관절 수만큼 들어가지만, 제어 칩 하나가 모터 여럿을 맡는 제품도 있어 드라이버 수가 곧 관절 수는 아닙니다. 그리고 그 안의 칩은 공장 서보 드라이브 같은 다른 장비에도 팔리는 범용 부품입니다. 그래서 칩 회사 실적에서 휴머노이드 몫이 따로 드러나지 않을 수 있습니다. 투자자에게 더 까다로운 점은 누구 칩인지 확인하기 어렵다는 것입니다. 기판을 뜯어 본 분해 보고서도 칩 표시가 지워져 있으면 공급사를 적지 못합니다. 칩 공급 관계는 칩 회사나 로봇 회사가 스스로 밝혀야 확인됩니다. 이 강의 공급망 표의 확인 관계도 한 칩 회사가 고객 사례 페이지에서, 이 아카데미가 뜯어보는 세 로봇이 아닌 Apptronik의 Apollo에 자사 MCU·게이트 드라이버가 들어갔다고 밝힌 한 건이고 부품 번호와 수량은 없습니다. 휴머노이드용 칩 발표가 나오면 개발용 참조 설계인지, 양산 기판에 들어간 것인지부터 나눠 봐야 합니다.

07 · 뉴스 해부 연습

이 기사, 무엇을 더 확인할까

아래 기사를 읽고 더 확인해야 할 것을 모두 고른 뒤 "확인"을 누르세요. 항목마다 이유가 열립니다.

학습용 가상 뉴스

전력 반도체 업체 F사, "휴머노이드 관절용 차세대 GaN 소자 개발"… 고객은 비공개

08 · 퀴즈와 다음 부품

세 문제로 확인하기

세 문제를 모두 맞히면 이 강의를 완료로 기록합니다.

  1. 위 3D의 전력단에서 한 순간에 켜지는 스위치는?

  2. 3D에서 켜진 쌍이 초당 약 13번 바뀌는 것을 두고 옳은 말은?

  3. 관절 드라이버에 GaN 트랜지스터를 쓰는 이유로 한 칩 회사 안내가 드는 것은?

다음에 뜯어볼 부품

4장 에너지는 여기까지입니다. 5장 감각에서는 로봇의 눈인 카메라와 깊이 센서를 열어, 이미지 센서·렌즈·적외선 투사기가 앞에 있는 물체까지의 거리를 재는 방법을 봅니다.