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비테스코 테크놀로지가 인피니언의 CoolGaN™ 트랜지스터로 최고 전력 밀도의 DCDC 컨버터를 개발했다.

DCDC 컨버터는 모든 전기자동차와 하이브리드 자동차에서 고전압 배터리를 저전압 보조 회로에 연결하는 데 필수적이다. 저전압 보조 회로에는 12V 단으로 파워 헤드라이트, 실내조명, 와이퍼와 창문 모터, 팬 등이 있고, 48V 단으로 펌프, 스티어링 드라이브, 조명 시스템, 전기 히터, 에어컨 컴프레서 등이 포함된다. 또한 DCDC 컨버터는 갈수록 늘어나는 저전압 기능을 갖춘 보다 저렴하고 에너지 효율적인 차량을 개발하는 데 중요하다.

테크인사이츠(TechInsights)에 따르면 전 세계 차량용 DCDC 컨버터 시장 규모는 2023년 40억달러로 평가됐고, 2030년까지 110억달러로 성장해 15퍼센트의 CAGR을 보일 것으로 전망[1]된다. 특히 갈륨 나이트라이드(GaN)는 DCDC 컨버터와 온보드 충전기(OBC)의 전력 밀도를 높이는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 이유로 첨단 드라이브 기술 및 전기화 솔루션을 선도하는 비테스코 테크놀로지스는 Gen5+ GaN Air DCDC 컨버터의 전력 효율을 높이기 위해서 인피니언의 GaN을 선택했다.

인피니언 테크놀로지스(코리아 대표이사 이승수)의 650V CoolGaN™ 트랜지스터는 전반적인 시스템 성능을 크게 향상시키는 동시에 시스템 비용을 최소화하고 사용 편의성을 높인다. 그 결과, 비테스코는 전력망, 전원 공급 장치, OBC 등에 전력밀도(96퍼센트 이상의 효율)와 지속가능성에 새로운 기준을 제시하는 차세대 DCDC 컨버터를 개발했다.

고주파 스위칭 애플리케이션에서 GaN 기반 트랜지스터의 장점은 상당하지만, 더욱 중요한 것은 100kHz에서 250kHz 이상으로 향상된 높은 스위칭 속도다. 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 냉각 TOLT 패키지를 특징으로 한다. 공랭식이므로 액체 냉각이 필요하지 않아 전체 시스템 비용을 줄인다. 650V CoolGaN 트랜지스터는 전력 효율과 밀도를 향상시키고 800V 출력도 가능하게 한다. 그 밖에도 50mΩ의 온-저항(RDS(on)), 850V의 드레인-소스 과도 전압, 30A의 IDS,max, 및 60A의 IDSmax,pulse를 특징으로 한다.

인피니언의 GaN 시스템 사업부를 총괄하는 요하네스 쇼이월(Johannes Schoiswohl) SVP는 “비테스코와 같은 업계 리더들이 인피니언의 GaN 디바이스를 사용해 애플리케이션에서 혁신하는 것을 기쁘게 생각한다. 수랭식 시스템에서 공랭식 시스템으로 전환한 이 사례에서와 같이 패러다임의 전환을 가져온다는 점에서 GaN의 궁극적인 가치를 확인할 수 있다”고 말했다.

GaN 트랜지스터를 사용함으로써 비테스코 테크놀로지스는 시스템의 전체 비용을 절감할 수 있는 수동 냉각 기능을 갖춘 Gen5+ GaN DCDC 컨버터를 설계할 수 있었다. 또한 GaN 디바이스는 컨버터 디자인과 기계적 통합도 간소화할 수 있게 한다. 결과적으로 DCDC 컨버터를 차량에 유연하게 배치할 수 있어 제조업체의 작업량을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 GaN을 사용하면 컨버터 전력을 최대 3.6kW로 확장하고 전력 밀도를 4.2kW/I 이상으로 높일 수 있다. Gen5+ GaN Air DCDC 컨버터는 Gen5 수랭식 컨버터에 비해 96퍼센트 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 직렬연결로 전환하면 650V CoolGaN 전력 트랜지스터 기반의 컨버터들도 디바이스의 최대 블로킹 전압을 초과하지 않으면서 800V 아키텍처를 구현할 수 있다.