차량용 OBC 주 변압기: 왜 여기는 3중 절연전선(TIW)의 자리가 아닌가

이 글은 온보드 차저(OBC, On-Board Charger)와 차량용 DC-DC 컨버터의 전원·자성 부품 설계 및 구매 엔지니어를 위해 썼습니다. OBC 주 변압기의 권선용 전선을 찾으면서 3중 절연전선(TIW, Triple Insulated Wire)을 써야 할지 고민하고 계실 수 있습니다. 결론부터 말하면, OBC의 주 변압기는 기본적으로 TIW의 자리가 아닙니다. 앞을 가로막는 네 개의 벽(온도, 인증, 체계, 기술)이 있기 때문입니다. 본문에서는 이 네 벽이 왜 성립하는지 하나씩 설명하고, 차량에서 TIW가 쓰일 수 있는 유일한 틈새인 Tier-2 보조 전원도 솔직하게 짚습니다. 본문은 방향과 판단 기준만 제시하며, DAH JIN 제품의 수치는 모두 '승인원에 따름'입니다.

1. 먼저 양쪽이 각각 어느 세계에 있는지 분명히 하기

'TIW를 써야 하는가'를 제대로 따지려면, 먼저 서로 다른 두 세계를 구분해야 합니다.

• 차량용 OBC의 세계: OBC는 계통의 교류를 고전압 직류로 변환해 배터리를 충전하는 차량 탑재 장치입니다. 흔한 출력은 단상 3.3/6.6/7.2 kW, 3상 11/22 kW(11 kW는 순수 전기차의 기본 사양이 되어 가는 추세)이며, 400 V와 800 V 두 가지 배터리 시스템에 대응합니다. 주 전력단의 스위칭 주파수는 보통 수백 kHz(약 400~600 kHz, 1 MHz 시제품도 있음)입니다. 그 설계와 인증은 차량용 전자부품의 체계를 따릅니다.
• TIW의 세계: TIW의 승인원은 UL 2353/IEC 62368-1 Annex J(정보통신 및 영상·음향 기기 안전 규격), 그리고 IEC 60601-1(의료기기, 승인원에 따름)이라는 안전 규격의 절연 체계에서 평가된 것입니다. 이 체계는 차량용 OBC의 인증 체계가 아닙니다.

두 세계는 평가 대상, 평가 기준, 평가 기관이 모두 다릅니다. TIW 승인원의 '정보통신/의료 안전 절연'을 그대로 차량용 OBC 주 변압기의 채택 근거로 삼는 것은, 참조해야 할 문서를 잘못 집어 든 것과 같습니다. 이것이 아래 네 벽의 근원이기도 합니다.

2. 네 개의 벽 한눈에 보기

• 온도의 벽 — 차량용 OBC 주 변압기의 조건：엔진룸/파워 모듈 환경. 차량용 수동 부품은 AEC-Q200 온도 등급(Grade 0: −50/−40 ~ +150 °C, 엔진룸용)을 따르고, 여기에 ISO 16750의 기후/기계/화학 복합 스트레스가 더해짐；TIW(승인원이 속한 체계)의 위치：전선의 열 등급은 재료의 열적 내구성 분류(DAH JIN 최고 F종, 155 °C, 승인원에 따름)로, ITE/의료 안전 규격에 따라 평가된 것. 차량용 복합 환경에 대한 완제품 인증이 아님
• 인증의 벽 — 차량용 OBC 주 변압기의 조건：AEC-Q200(수동 부품 차량용 인증, 변압기/인덕터 명시) + ISO 16750 + 독일계 OEM의 LV124；TIW(승인원이 속한 체계)의 위치：UL 2353/IEC 62368-1 Annex J(ITE/AV 안전 절연) + IEC 60601-1(의료, 승인원에 따름). 차량용 체계가 아님
• 체계의 벽 — 차량용 OBC 주 변압기의 조건：주 전력 자성 부품의 권선 방식은 고주파·대전류에서의 동손을 해결하기 위해 평면(planar)과 리츠 와이어(litz)가 주류；TIW(승인원이 속한 체계)의 위치：TIW는 단선의 가는 도체 + 두꺼운 3중 절연으로 '연면 거리가 필요 없는 강화 절연'을 위한 것. 주 전력 권선 방식이 아님
• 기술의 벽 — 차량용 OBC 주 변압기의 조건：3.3~22 kW, 400/800 V, 수백 kHz~1 MHz. 높은 전류 밀도, 고주파 동손, 가혹한 방열 조건；TIW(승인원이 속한 체계)의 위치：가는 단선 TIW는 허용 전류와 고주파 동손 성능에 한계가 있어 주 변압기의 주 권선에 부적합

아래에서 벽마다 설명합니다.

3. 온도의 벽과 인증의 벽: 양의 의미가 다르고, 체계가 다르다

온도의 벽에서 핵심은 '충분히 뜨거운가'가 아니라 '어떤 종류의 분류인가'입니다. 차량용 수동 부품의 온도 분류는 AEC-Q200을 따릅니다. Grade 0의 동작 범위는 +150 °C까지(엔진룸용), Grade 1은 +125 °C, Grade 2는 +105 °C, Grade 3은 +85 °C까지입니다. DAH JIN 전선의 최고 열 등급은 F종, 155 °C(승인원에 따름)입니다. 그러나 이 155 °C는 재료의 열적 내구성 분류로, AEC-Q200 Grade 0의 +150 °C(복합 환경에서 완제품의 동작/생존 분류)와는 같은 종류의 양이 아닙니다. 전선의 열 등급은 완제품 자성 부품의 차량용 온도 등급과 같지 않으며, 이를 대신하지도 않습니다. 전선 열 등급과 계통/완제품 열 등급은 서로 다른 등록에 속합니다. 자세한 내용은 전선 열 등급과 절연 계통 열 등급을 참고하십시오.

인증의 벽은 체계 전체의 차이입니다. 차량용 전자부품이 통과해야 하는 것은 AEC-Q200(수동 부품 차량용 인증, 변압기와 인덕터 등 자성 부품을 명문으로 포함), ISO 16750(도로 차량 전기·전자 장비의 환경 조건과 시험. 일반, 전기적 부하, 기계적 부하, 기후적 부하, 화학적 부하의 5부 구성), 그리고 독일계 완성차 연합(Audi/BMW/Daimler/Porsche/Volkswagen 등)이 제정해 ISO 16750보다 엄격한 경우가 많은 LV124입니다. TIW의 승인원은 이 체계 안에 있지 않습니다. 그것은 ITE/의료 안전 절연에 대한 평가입니다. 주의할 점은, DAH JIN에도 연선형 제품(TLW-B7S, 7가닥 연선)이 있지만 이 역시 ITE 안전 규격 체계의 130(B) 부품이지 차량용 자격이 아니라는 것입니다. 체계가 다르면 서로 대신할 수 없습니다.

4. 체계의 벽과 기술의 벽: 주 변압기는 왜 가는 단선 TIW를 쓰지 않는가

OBC 주 변압기는 고주파·대전류·고전력밀도의 전력용 자성 부품입니다. 수백 kHz 이상에서는 권선의 고주파 동손(표피 효과와 근접 효과)이 설계의 주전장이며, 업계의 주류 해법은 리츠 와이어(litz, 다수의 가는 소선에 전류를 분산)와 평면 변압기(planar, PCB/동박 층으로 권선을 구성해 전력 밀도를 높임)입니다. 이것이 '체계의 벽'입니다. 주 전력 권선은 원래 이 두 길을 가는 것이지, 단선의 자리가 아닙니다.

TIW의 설계상 위치는 정반대입니다. 비교적 가는 단선 에나멜선에 두꺼운 3중 절연을 입힌 것으로, 그 가치는 전선 한 가닥으로 강화 절연(Reinforced)을 만족시켜 연면 거리와 절연 테이프를 생략하고, 저~중출력 변압기를 더 작게 만들 수 있다는 데 있습니다. 이를 OBC 주 변압기의 대전류 주 권선에 적용하면, 가는 단선의 허용 전류와 고주파 동손 성능이 '기술의 벽'이 됩니다. 주 전력을 감당하려면 리츠 와이어의 다수 소선 분류나 평면 변압기의 넓은 동박이 필요하지, 두꺼운 절연을 두른 단선 한 가닥을 굵게 하는 것이 아닙니다. 800 V 시스템은 권선비가 두 배가 되어 2차 측 전류가 낮아지고(약 절반) 전류 부담이 다소 완화되지만, 그렇다고 주 전력 권선의 권선 방식이 단선 TIW로 바뀌지는 않습니다.

한마디로, 주 변압기라는 층에서는 권선 방식과 허용 전류라는 물리적 조건이 가는 단선 TIW를 문밖에 세워 둡니다. 이는 브랜드나 승인원으로 메울 수 있는 일이 아닙니다.

5. 유일하게 가능한 틈새: Tier-2 보조 전원

솔직히 말하면, 차량에 TIW의 자리가 전혀 없는 것은 아닙니다. 다만 주 전력이 아니라 Tier-2 보조 전원에 있습니다. OBC와 차량용 DC-DC 내부에는 보통 절연형 바이어스/보조 전원(bias power supply), 게이트 드라이브 절연 변압기(gate-drive isolation transformer), 그리고 플라이백(flyback)의 보조 권선이 따로 있습니다. 이들은 저출력이지만 고전압 장벽을 넘어 강화 절연을 해야 하는 자리입니다. 바로 TIW의 '전선 한 가닥으로 강화 절연을 완성한다'는 강점이 발휘되는 곳이며, 업계에서도 실제로 이런 소형 절연 변압기에 TIW를 사용합니다.

그러나 이 틈새에는 솔직한 단서가 붙습니다. Tier-2라 하더라도 차량용에서는 완제품 자성 부품을 AEC-Q200/ISO 16750/LV124의 차량용 인증에 통과시켜야 합니다. 전선 승인원이 다루는 것은 재료(모델과 선경 범위, 승인원에 따름)이지, 완제품이 차량용 인증을 통과했다는 뜻이 아닙니다. 바꿔 말해, 차량에서 TIW가 '나타날 수 있는' 곳은 이러한 Tier-2 보조 권선이지만, '완제품이 차량용 인증을 통과하는가'의 책임은 여전히 완제품 자성 부품의 설계 측에 있으며, 전선 승인원 한 장이 대신할 수 있는 일이 아닙니다. 이 틈새를 평가하려면, 먼저 완제품의 차량용 인증을 누가 책임지는지 분명히 하십시오.

선정의 첫걸음(B 130 °C vs F 155 °C 등)은 선정 가이드를 참고하십시오.