DC-DC 컨버터는 전기차와 하이브리드 자동차에서 고전압 배터리를 저전압 보조 회로(auxiliary circuits)에 연결하는 데 필수적이다. 저전압 보조 회로에는 12V 단에 헤드라이트, 실내조명, 와이퍼 및 창문 모터, 팬 등이 있고, 48V 단에 펌프, 스티어링 드라이브, 조명 시스템, 전기 히터, 에어컨 컴프레서 등이 포함된다. 또한, DC-DC 컨버터는 갈수록 늘어나는 저전압 기능을 갖춘 보다 저렴하고 에너지 효율적인 차량을 개발하는 데 중요하다.
비테스코 테크놀로지스는 Gen5+ GaN Air DC-DC 컨버터의 전력 효율을 높이기 위해 인피니언의 GaN을 선택했다. 인피니언 테크놀로지스의 650V CoolGaN™ 트랜지스터는 전반적인 시스템 성능을 크게 향상시키는 동시에 시스템 비용을 최소화하고 사용 편의성을 높인다. 그 결과 비테스코는 전력망, 전원 공급 장치, OBC 등에 전력 밀도(96% 이상의 효율)와 지속가능성에 새로운 기준을 제시하는 차세대 DC-DC 컨버터를 개발했다.
고주파 스위칭 애플리케이션에서 GaN 기반 트랜지스터의 장점은 상당하지만, 그보다 더 중요한 것은 100 kHz에서 250 kHz 이상으로 향상된 높은 스위칭 속도이다. 이는 하드 스위칭하는 하프 브리지 구조에서도 스위칭 손실을 매우 낮출 수 있어 열 및 전체 시스템 손실을 최소화한다. 인피니언의 CoolGaN 트랜지스터는 빠른 턴온 및 턴오프 속도와 상단 냉각식 TOLT 패키지를 특징으로 한다. 공냉식이므로 액체 냉각이 필요하지 않아 전체 시스템 비용을 절감할 수 있다. 650V CoolGaN 트랜지스터는 전력 효율과 밀도를 향상시키고 800V 출력도 가능하게 한다. 또한, 50 mΩ의 온-저항(R
DS(on)), 850V의 드레인-소스 과도 전압, 30A의 I
DS,max, 및 60A의 I
DSmax,pulse를 특징으로 한다.
인피니언의 GaN 시스템 사업부를 총괄하는 요하네스 쇼이월(Johannes Schoiswohl) 수석 부사장은 "수냉식 시스템에서 공냉식 시스템으로 전환한 이 사례에서와 같이 패러다임의 전환을 가져온다는 점에서 GaN의 궁극적인 가치를 확인할 수 있습니다”라고 말했다.
비테스코 테크놀로지스는 GaN 트랜지스터를 사용함으로써 시스템의 전체 비용을 절감할 수 있는 수동 냉각 기능을 갖춘 Gen5+ GaN DC-DC 컨버터를 설계할 수 있었다. 또한, GaN 디바이스는 컨버터 디자인과 기계적 통합도 간소화할 수 있게 한다. 결과적으로 DC-DC 컨버터를 차량에 유연하게 배치할 수 있어 제조업체의 작업량을 줄일 수 있다. 그뿐 아니라 GaN을 사용하면 컨버터 전력을 최대 3.6 kW로 확장하고 전력 밀도를 4.2 kW/I 이상으로 높일 수 있다. Gen5+ GaN Air DC-DC 컨버터는 Gen5 수냉식 컨버터에 비해 96% 이상의 효율과 향상된 열 동작을 제공한다. 이 컨버터는 14.5V에서 248A의 연속 전류를 2상 출력으로 제공하고, 최대 출력 전력을 달성하기 위해 위상을 결합할 수도 있다. 또한, 부분 부하 조건일 때는 한 상을 끌 수도 있고, 두 위상 간에 스위칭 주파수를 인터리브할 수도 있다. 추가적으로, 두 위상의 입력을 직렬 연결로 전환하면 650V CoolGaN 전력 트랜지스터 기반의 컨버터들도 디바이스의 최대 블로킹 전압을 초과하지 않으면서 800V 아키텍처를 구현할 수 있다.
인피니언의 CoolGaN 트랜지스터 650V 제품은 현재 시판되고 있다.
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