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.
완료한 강의
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.
제어 칩(MCU)
드라이버의 두뇌입니다. 로봇 전체를 맡은 위쪽 제어기에서 "이만큼 힘을 내라"는 명령을 받고, 전류 센서와 엔코더 값을 읽어 어느 스위치를 언제 얼마 동안 켤지 계산합니다. 한 칩 회사 안내는 위치를 초당 1천~4천 번 새로 받고, 전류는 초당 1만 번 넘게 조절한다고 적습니다. 같은 안내에는 칩 하나로 모터 네 개까지 제어하는 제품도 있어, 제어 칩이 늘 모터마다 하나씩인 것은 아닙니다.
게이트 드라이버
제어 칩이 내는 약한 신호를 받아 전력 스위치의 문(게이트)을 세고 빠르게 여닫는 칩입니다. 한 상의 위·아래 스위치가 함께 켜지면 배터리의 +와 −가 곧바로 이어지므로, 하나를 끄고 다른 하나를 켜기 전에 아주 짧은 쉬는 틈(데드 타임)을 둡니다.
전력단(스위치 6개)
상마다 위·아래 스위치가 한 쌍씩, 세 상에 6개입니다(A 파랑·B 초록·C 흰색 띠). 위쪽 스위치는 그 상을 배터리 +에, 아래쪽은 −에 잇습니다. 움직여 보기를 누르면 서로 다른 상의 위 하나·아래 하나가 주황빛으로 켜지고, 켜진 쌍이 차례로 바뀌며 전류 길을 돌립니다. 부품을 골라 강조해도 켜진 쌍은 주황빛을 유지합니다.
전류 센서(션트)
3D는 아래쪽 스위치 밑에 놓인 아주 작은 저항(션트)으로 그렸습니다. 전류가 지나며 생기는 작은 전압을 재어 각 상의 전류를 알고, 한 칩 회사 안내는 더 정밀하게 재려고 모터로 가는 상 선에서 직접 재는 방식을 흔히 쓴다고 적습니다. 모터가 내는 힘(토크)은 전류로 정해져서, 전류를 재야 관절 힘을 원하는 만큼 맞춥니다.
커패시터
배터리와 스위치 사이에서 전기를 잠깐 담아 두는 부품입니다. 스위치가 초당 수천~수만 번 켜지고 꺼질 때마다 전류가 급히 바뀌는데, 커패시터가 그 순간의 전류를 대 주어 전압이 흔들리지 않게 받칩니다.
공급망 표에 따로 싣지 않은 부품입니다.
방열판
스위치는 켜져 있는 동안에도, 켜고 끄는 순간에도 전기 일부를 열로 잃습니다. 방열판은 그 열을 기판 밖으로 퍼뜨립니다. 한 칩 회사 안내는 로봇 겉면이 55°C를 넘으면 안 된다며(55°C에서는 30초 만에 깊은 화상을 입음), 팬이나 액체 냉각 없이 식히는 설계를 전제로 적습니다. 실제 선택은 회사마다 달라질 수 있어서, 분해 보고서는 G1 허리 관절 모듈에 구동 회로를 식히는 작은 팬이 있다고 적습니다.
공급망 표에 따로 싣지 않은 부품입니다.
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
| 방식 | 크기 | 전압과 전력 | 제어 정밀도 | 가격 | 쓰이는 곳 |
|---|---|---|---|---|---|
| 전력 반도체 | 손톱만 한 칩 패키지 · 한 GaN 하프브리지 칩은 7.00 × 4.50 mm | 견디는 전압·전류 등급으로 고름 · 관절용은 100 V급이 권장됨 | 켜고 끄는 속도가 빠를수록 전류를 촘촘히 조절 · GaN이 실리콘 MOSFET보다 빠름 | 이 강의가 확인한 자료에는 소자 단가가 없음 · 스위치 하나의 값을 모르더라도 모터 하나에 6개(3상 브리지)가 들어감 | 휴머노이드 관절 드라이버의 전력단(100 V급 MOSFET·GaN), 한 전기차 플랫폼의 구동 인버터(SiC) |
| 모터 드라이버 | G1은 관절 모듈 안에 둥근 기판(분해 보고서) · 칩 하나에 전력단·전류 감지를 묶은 제품도 있음 | 관절 하나에 10 W~4 kW · 대부분 1.5 kW 이하(칩 회사 안내) | 전류를 초당 1만 번 넘게 조절 · FOC는 각도를 1° 안쪽으로 읽어야 함 | 칩 값에 기판 설계·시험이 더해짐 · 칩 회사는 참조 설계를 함께 내놓음 | G1 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.
| 기업 | 국가 | 상장 | 공급 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 인스트루먼트 | 미국 | 나스닥 TXN | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
| 인피니언 | 독일 | 독일 IFX | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
| KEC | 한국 | 코스피 092220 | 이 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
| |||
| 이 방식을 만드는 기업 | |||
| 텍사스 인스트루먼트 | 미국 | 나스닥 TXN |
|
| 맥슨 | 스위스 | 비상장 | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
| 노반타 | 미국 | 나스닥 NOVT | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
| 아날로그 디바이스 | 미국 | 나스닥 ADI | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
| 인피니언 | 독일 | 독일 IFX | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
| KEC | 한국 | 코스피 092220 | 이 자료에 실린 공급 관계 없음 |
로봇 한 대에 들어가는 수
강의마다 세는 대상이 다르니 숫자 옆 설명을 함께 보세요. 공개되지 않은 값은 미공개로 둡니다.
- Unitree G1뜯어보는 로봇23개
분해 보고서 기준, 관절 액추에이터마다 둥근 드라이버 기판이 하나씩 붙어 기본형 관절 수와 같습니다. 선택 사양 Dex3-1 손의 구동 회로는 세지 않았고, 기판의 칩 제조사는 칩 표시가 지워져 알 수 없습니다.
출처 · 중유증권(中邮证券) 유니트리 G1 휴머노이드 로봇 분해 보고서(2026-03-30 발표, 둥팡차이푸 게시본: 관절 모듈 구성·드라이버 기판·배터리) - Tesla Optimus미공개
2022 AI Day는 관절 액추에이터 수를 밝혔지만, 액추에이터마다 드라이버가 따로 붙는지는 이 아카데미가 확인한 자료에 없어 관절 수를 드라이버 수로 바꿔 적지 않습니다.
출처 · 테슬라 AI Day 2022 공식 영상(Tesla 유튜브, 로봇 하드웨어·액추에이터 발표 29:15~47:24) - Figure미공개
Figure 03 발표는 액추에이터와 전자 장치를 직접 설계했다고만 밝히고 드라이버의 수와 구성은 다루지 않았습니다.
출처 · 피규어 Figure 03 공개 발표(2025-10-09, 액추에이터 자체 설계만 밝히고 수와 방식은 밝히지 않음)
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.
전력 반도체 업체 F사, "휴머노이드 관절용 차세대 GaN 소자 개발"… 고객은 비공개
한 칩 회사 안내로는 휴머노이드 관절 드라이버가 60 V 아래에서 일해 100 V급 소자가 권장되고, 800 V 충전을 쓰는 한 전기차 플랫폼은 구동 인버터에 SiC 반도체를 씁니다. 같은 "전력 반도체"라도 전압대에 따라 시장이 다릅니다.
낱개 스위치와 일체형 전력단은 한 개 값이 다르고, 기판을 작게 만들려는 관절 드라이버에서는 쓰임새도 다릅니다. 드라이버 하나에서 이 회사가 버는 금액이 여기서 갈립니다.
관절마다 드라이버가 붙어도 어느 회사 소자를 쓸지는 기판을 설계하는 회사가 정합니다. 분해해도 칩 표시가 지워져 있으면 확인할 수 없어서, 관절 수만으로 한 회사의 소자 수요를 셈할 수는 없습니다.
빠른 소자를 쓰려면 그만큼 촘촘한 PWM을 내는 제어 칩과 열 설계가 함께 바뀌어야 합니다. 개발 발표와 양산 기판 채택 사이에는 시험과 설계 변경이 남아 있습니다.
08 · 퀴즈와 다음 부품
세 문제로 확인하기
세 문제를 모두 맞히면 이 강의를 완료로 기록합니다.
위 3D의 전력단에서 한 순간에 켜지는 스위치는?
3D에서 켜진 쌍이 초당 약 13번 바뀌는 것을 두고 옳은 말은?
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.