차량용 온보드 차저와 산업용 전원장치의 전력 밀도 2 향상 효율 극대화

 

 

2020년11월12일

TI 코리아 (대표이사 박중서, ti.com/kr) 2020 11 12 — 텍사스 인스트루먼트(TI)(나스닥: TXN)는 자사의 고전압 전원 관리 제품 포트폴리오에 차량용 및 산업용 애플리케이션에 적합한 차세대 650V 및 600V 질화 갈륨(GaN) 전계 효과 트랜지스터(FET) 제품을 추가한다고 밝혔다. 엔지니어들은 2.2MHz 고속 스위칭 게이트 드라이버가 통합된 GaN FET 신제품군을 통해 ▲전력 밀도는 두 배로 높고, ▲99%의 효율성을 달성하며, ▲기존 솔루션 대비 자기 소자의 크기를 59%까지 축소할 수 있는 솔루션을 개발할 수 있게 되었다. TI는 특허 받은 GaN 소재와 GaN-on-silicon(Si) 물질 처리 기술을 통해 실리콘 카바이드(SiC) 소재에 비해 비용과 공급망 측면에서 더 유리한 새로운 FET을 개발했다. 제품에 관한 추가 정보는 http://www.ti.com/LMG3425R030-pr-krhttp://www.ti.com/LMG3525R030-Q1-pr-kr에서 확인할 수 있다.

차량 전동화는 자동차 산업을 변화시키고 있으며, 소비자들은 갈수록 더 빠른 충전과 더 먼 거리를 주행할 수 있는 차량을 원한다. 차량 성능에 영향을 미치지 않으면서 차량 시스템의 크기와 무게를 줄이는 것은 엔지니어들의 과제가 되었다. TI의 새로운 차량용 GaN FET을 사용하면 기존 Si나 SiC 솔루션에 비해 전기차(EV) 온보드 차저와 DC/DC 컨버터의 크기를 최대 50%까지 축소할 수 있다. 이 디바이스를 통해 엔지니어는 설계 시 ▲배터리 범위를 확장하고, ▲시스템 신뢰성을 향상시키며, ▲비용을 절감할 수 있다. 하이퍼스케일, 엔터프라이즈 컴퓨팅 플랫폼, 5G 통신 정류기와 같은 산업용 AC/DC 전원 공급 애플리케이션에서 전력 손실을 낮추고 보드 공간을 줄이는 것은 매우 중요한 요구사항이다. TI의 새로운 디바이스는 이와 같은 산업용 설계에서 높은 효율과 전력 밀도를 달성할 수 있도록 해준다.   

시장조사기관인 스트래티지 애널리틱스(Strategy Analytics)에서 파워트레인, 차체, 섀시 및 안전 서비스 부문을 담당하는 아시프 안와르(Asif Anwar) 이사는 “GaN 같은 광대역 간극 반도체 기술은 기본적으로 전력 전자 시스템, 특히 고전압 시스템에 확고한 이점을 제공한다.”고 말했다. 또 “10년 이상의 총체적이고 지속적인 투자와 연구개발을 통해서 텍사스 인스트루먼트는 자체적인 GaN-on-Si 디바이스 생산 및 패키징 역량을 최적화된 Si 드라이버 기술과 결합해 GaN이 새로운 애플리케이션에서 성공적으로 활용될 수 있도록 했다.”라고 덧붙였다.

TI 고전압 전원 부문의 스티브 램버스(Steve Lambouses) 부사장은 “산업용과 차량용 애플리케이션은 점점 더 작은 공간에서 더 높은 전력을 요구하고, 엔지니어들은 최종 애플리케이션이 긴 수명과 안정성을 갖추고 작동할 수 있도록 검증된 전원 관리 시스템을 필요로 한다. TI의 GaN 기술은 4천만 시간 이상의 디바이스 신뢰성 테스트와 5GWh의 전원 변환 애플리케이션 테스트를 거쳐 모든 시장에서 엔지니어가 요구하는 수준의 신뢰성을 제공한다.”라고 말했다.

적은 수의 디바이스로 전력 밀도 2 향상

고전압 고밀도 애플리케이션에서 보드 공간을 최소화하는 것은 설계 시에 중요하게 고려되어야 하는 사항이다. 전자 시스템의 크기가 축소되면 내부의 부품들 또한 크기가 소형화되고 더 촘촘하게 배치되어야 한다. TI의 새로운 GaN FET 제품은 고속 스위칭 드라이버, 내부 보호 기능 및 온도 감지 기능까지 통합했기 때문에 엔지니어들은 전원 관리 설계에 필요한 보드 공간은 줄이면서 높은 성능을 달성할 수 있다. 이러한 통합과 TI GaN 기술의 높은 전력 밀도 덕분에 엔지니어는 디스크리트 솔루션에 요구되는 부품의 개수를 10개 이상 줄일 수 있다. 또한 새로운 30mW FET은 하프 브리지 구성에 적용될 때 최대 4kW의 전력 변환을 지원할 수 있다.

업계에서 가장 높은 수준의 PFC 효율 달성

GaN은 고속 스위칭의 이점이 있어 보다 작고 가벼운 효율적인 전력 시스템 설계가 가능하다. 기존에는 고속 스위칭을 사용하려면 전력 손실이 증가했다. 이러한 설계 문제를 해결하기 위해, 새로운 GaN FET는 전력손실을 줄이기 위한 TI의 아이디얼 다이오드 모드가 특징이다. 예를 들어 PFC에 아이디얼 다이오드 모드를 사용하면 디스크리트 GaN 및 SiC MOSFET에 비해 서드 쿼드런트(제3사분면) 손실을 66%까지 줄일 수 있다. 또한 아이디얼 다이오드 모드를 사용하면 적응형 데드 타임 제어가 필요 없어 펌웨어의 복잡성을 낮추고 개발 시간을 줄일 수 있다. 더 자세한 내용은 애플리케이션 노트 “아이디얼 다이오드 모드를 사용하여 GaN 성능 극대화”에서 확인할 수 있다.

성능 극대화

TI의 GaN FET 패키징은 가장 비슷한 경쟁 패키징에 비해 열 임피던스가 23% 낮아 엔지니어들은 열 설계를 간소화하면서 더 작은 히트 싱크를 사용할 수 있다. 또한, 새로운 디바이스는 애플리케이션에 관계없이 하단 또는 상단 냉각 패키지를 선택할 수 있어 최대 열 설계 유연성을 제공한다. 또한 통합된 디지털 온도 감지 기능은 전원 관리를 가능하게 하여 엔지니어들이 다양한 부하 및 동작 조건에서 시스템 열 성능을 최적화할 수 있도록 한다.  

패키지, 공급, 가격

사전 생산된 산업용 600V GaN FET 4종은 현재 TI.com에서 구입 가능하다. 이 제품들은 12mm x 12mm QFN 패키지로 제공되며, 가격은 아래 표와 같다. TI는 2021년 1분기에 산업용 제품의 생산을 시작할 예정이다. 관련 평가 모듈도 TI.com에서 구입 가능하며, 가격은 199달러부터 시작된다. TI.com에서 다양한 결제 수단, 신용 거래, 빠르고 신뢰할 수 있는 배송 옵션을 이용할 수 있다.

제품

가격 (1 단위)

평가 모듈

가격

LMG3422R050

US$8.34

LMG3422EVM-041

US$199

LMG3425R050

US$8.92

LMG3425EVM-041

US$199

LMG3422R030

US$13.72

LMG3422EVM-043

US$199

LMG3425R030

US$14.68

LMG3425EVM-043

US$199

사전 생산된 차량용 650V GaN FET LMG3522R030-Q1과 LMG3525R030-Q1을 비롯한 평가 모듈은 2021년 1분기부터 TI.com에서 공급할 예정이다. 엔지니어링 샘플은 http://www.ti.com/autogan에서 신청 가능하다.