원광대학교 전기공학과 핵심 발전분야들

전기자동차(Electric Vehicle)의 등장으로 열리는 미래자동차(Future Vehicle)의 인재 양성

전기자동차는 화석연료를 이용하는 엔진 없이 배터리의 전기에너지를 이용하여 전동기의 동력을 이용한 자동차이다. 전기자동차는 전기에너지만으로 구동되기 때문에 CO2, SOx, NOx 등의 배출가스가 전혀 발생되지 않아 환경적으로 유리한 자동차이며, 타 에너지원으로 만들어진 전기를 사용함으로써 화석연료의 고갈에 대한 대비책이 가능한 자동차이기 때문에 최근에 많이 이용되고 있다.
전기자동차는 2050년에는 국내 승용차 시장에서 약 47.7%(1,063만대)에 달할 것으로 예상되어 전기자동차의 비중이 상당히 커질 것으로 예상된다.
전기자동차와 더불어 자율주행을 포함한 스마트자동차의 기술 향상도 높아지고 있는 현 시대에서 스마트자동차의 선두기업인 구글, 애플 등의 기업들이 기존 자동차 회사와의 합작 보다는 배터리, 전동기를 이용한 간단한 구조의 전기자동차를 채택하여 미래자동차의 한 획을 긋고 있다.
전기자동차에서의 가장 중요한 전기의 생산 및 저장의 배터리, 자동차의 동력원인 전동기, 전동기를 제어하는 제어기 등의 연구를 통해 전기공학과의 위상이 점차 높아지고 있다. 원광대학교 전기공학과에서는 전기자동차의 다양한 분야에서 연구와 교육을 통해 전기자동차의 기술발전의 중추가 될 수 있는 인재를 양성함을 목표로 하고 있다.

스마트그리드로 대표되는 미래 전력산업

스마트그리드로 대표되는 미래의 전력시스템은 기존의 전력계통과는 확연히 다른 모습을 보일 것이다. 스마트그리드에는 전기와 정보통신기술의 융합, 공급측과 수요측의 상호연대 그리고 전기의 효율적 이용과 같은 공통적인 개념이 있다. 이러한 스마트그리드 환경에서는 풍력, 태양광, 연료 전지와 같은 더 작고, 더 분산되는 전원에 의해 증가하는 전력 소비를 만족시키려고 한다. 또한, 스마트그리드는 기존의 단방향 전력 흐름 패러다임을 대체하고 전력 전자로 해결할 수 있는 보호, 제어 가능성 및 견고성과 관련된 많은 이슈들을 해결하려고 한다.
스마트그리드 기술은 무한한 시장성 때문에 많은 주목을 받고 있는데, 전력에 관계되는 분야뿐만 아니라 보다 광범위한 개념으로 smart community 및 smart city 등이 제안되고 있으며 전기, 가스, 열 등 에너지뿐만 아니라 교통, 상하수도 등의 인프라도 포함된 전체를 다루는 지역 단위의 스마트화도 추진되고 있다.

자동제어 분야

자동제어의 역사는 산업혁명 시기까지 거슬러 올라갈 정도로 오래 되었는데, 영국의 제임스 와트(James Watt, 1736-1819)가 개발한 증기기관 및 그 속도 제어장치인 원심 조속기가 최초의 자동제어 장치로 여겨지고 있다. 원심 조속기는 순수한 기계 장치였으나, 19세기 후반에서 20세기에 걸쳐 전기를 상업적으로 생산하고, 그 전기를 이용하는 각종 전기 장치들이 발명되면서 전기회로에 의한 자동제어 기술이 발전하게 되었으며, 이에 따라 자동제어는 전기공학의 핵심 분야로 자리 잡게 되었다. 현대의 자동제어 시스템은 단순 전기회로가 아닌 마이크로 프로세서와 PLC(Programmable Logic Controller) 등 전자회로 및 컴퓨터 기술을 기반으로 하고 있으며, 원광대학교 전기공학과에서도 정규교과 과정을 통해 마이크로 프로세서와 PLC에 대한 이론 및 실습교육을 진행하고 있다.

전기를 사용하는 거의 모든 것과 공장 기계, 수송 기계(자동차, 열차, 항공기), 발전소, 화공 플랜트, 로켓, 인공위성, 각종 무기(Weapon) 시스템에 이르기 까지 자동제어의 적용 분야는 광범위하며 그 만큼 진출 가능한 분야가 넓은데, 그 중에서도 원광대학교 전기공학과는 전북 지역의 전략 특화 산업인 스마트 농기계 및 농업용 드론 분야의 인력을 배출하기 위해 관련 교과/비교과 과정을 개설하여 교육하고 있다.

전력반도체 분야

전력반도체는 전력시스템, 전기기기, 자동차, 가전기기 등 전기를 사용하는 모든 시스템에 필수불가결하여 전력산업과 전기공업의 핵심부품이라고 할 수 있습니다. 전기자동차 업계와 자율주행 기술의 비약적인 발전, 그리고 신재생에너지와 스마트 그리드의 부상과 같은 산업구조의 변화는 더욱 뛰어난 성능의 전력반도체들을 더욱 많이 요구하고 있다. 글로벌 전력 반도체 시장의 규모는 2019년을 기준으로 전체 반도체 시장의 약 10% 수준인 400억 달러로 추측되고 있다. 전력 반도체 제품은 전력 디스크리트와 전력 집적회로로 나뉜다. 전력 디스크리트 분야의 주요 제품은 파워 트랜지스터으로 전체 시장의 75%를 차지하고 있다. 파워 트랜지스터는 주로 IGBT, MOSFET, BJT 이며, MOSFET과 BJT가 모든 전자기기들에서 가장 보편적으로 활용되고 있으며, IGBT 는 공업용 기기나 자동차 등 고전압 제품에 주로 사용되고 있다. 전력 집적회로는 대부분 전력관리반도체(PMIC) 이다. 차량용 반도체 중 내연기관 차량과 전기자동차의 가장 큰 차이는 주로 전력 반도체분야로 전기자동차의 점유율 향상과 함께 전력반도체에 대한 수요도 증가할 것으로 보인다.

LED

LED는 반도체 고체조명으로 환경 친화적이고, 기존의 일반 조명 기구에 비하여 에너지 절약 효과가 우수할 뿐만 아니라, 장시간 사용이 가능한 반영구적인 긴 수명 등의 장점으로 인하여 작은 표시 소자 기능에서 휴대폰, TV, 조명, 전광판, 신호등, 자동차, 가전 분야 등 고휘도, 고출력 응용제품 출시로 LED 수요는 폭발적으로 증가하고 있다. 최근, LED의 크기를 마이크로단위로 줄인 마이크로 LED가 주목 받고 있으며, 플렉서블 디스플레이, 섬유와 LED가 결합한 스마트 섬유, 인체부착 및 삽입형 의료기기, 바이오 콘택렌즈, HMD(Head Mounted Display) 및 무선통신 분야 등과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있다. 마이크로 LED는 연 평균 70% 수중의 성장을 통해 2025년 45억 ~ 200억 달러의 시장 형성이 전망된다. 기존 LED 보다 작게 만드는 칩 제조공정과 이후 개별 칩으로 분리해내는 공정기술, 칩을 웨이퍼 단위나 대면적의 PDMS 등으로 전사하는 기술이 매우 중요하다. 고부가가치 기술인 마이크로 LED는 저전력화, 소형화, 경량화가 필요한 광 응용 분야에 적용 가능하기 때문에 기존 LED로 구현할 수 없는 플렉서블 기기를 만들 수 있으며, 다양한 분야에 응용이 가능해 적용 범위 또한 크게 확대될 것으로 예상했다.