텍사스 인스트루먼트가 업계 최초의 고속 스위칭 드라이버, 보호 기능, 능동형 전원 관리 등을 통합한 차량용 GaN FET를 선보이며 관련 시장 공략에 나선다.
텍사스 인스트루먼트(이하 TI)는 12일 온라인 기자간담회를 개최하고 차량·산업용 애플리케이션을 위한 650V 및 600V 질화 갈륨(GaN) 전계 효과 트랜지스터(FET)를 공개했다.
TI의 GaN FET은 산업용 600V인 LMG3422R050, LMG3425R050, LMG3422R030, LMG3425R030 등과 차량용 650V GaN FET인 LMG3522R030-Q1과 LMG3525R030-Q1 등으로 구성된다.
TI가 야심차게 선보이는 GaN FET 신제품군은 2.2MHz 고속 스위칭 게이트 드라이버를 통합하고 ▲전력 밀도는 두 배, ▲99%의 효율성 ▲기존 솔루션 대비 자기 소자 크기 59% 축소를 비롯해 특허받은 GaN 소재와 GaN-on-silicon(Si) 물질 처리 기술을 통해 실리콘 카바이드(SiC) 소재에 비해 비용과 공급망 측면에서 효율을 극대화한 것이 특징이다.
이를 통해 엔지니어들은 내부 보호 기능 및 온도 감지 기능까지 통합한 전원 관리 설계에 필요한 보드 공간은 줄이면서 높은 성능을 달성할 수 있다는 것이 회사 측의 설명이다.
이러한 TI GaN의 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.
GaN은 고속 스위칭의 이점이 있어 보다 작고 가벼운 효율적인 전력 시스템 설계가 가능하지만, 고속 스위칭을 사용하려면 전력 손실이 증가하는 단점이 있다.
새로운 GaN FET는 이를 개선하기 위해 아이디얼 다이오드 모드를 탑재하고 있다. PFC에 아이디얼 다이오드 모드를 사용하면 디스크리트 GaN 및 SiC MOSFET에 비해 서드 쿼드런트(제3사분면) 손실을 66%까지 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 적응형 데드 타임 제어가 필요 없어 펌웨어의 복잡성을 낮추고 개발 시간을 줄일 수 있다.
쿨링 시스템도 강화했다. TI의 GaN FET 패키징은 가장 비슷한 경쟁 패키징에 비해 열 임피던스를 23%를 낮춰 더 작은 히트 싱크를 사용할 수 있다. 냉각 패키지는 상하단에 설치할 수 있는데, 이를 통해 열 설계 유연성을 제공하고, 통합 디지털 온도 감지 기능을 통해 엔지니어들이 다양한 부하 및 동작 조건에서 시스템 열 성능을 최적화할 수 있도록 했다.
이러한 성능을 가진 TI의 차량용 GaN FET을 사통해 배터리 범위를 확장하고, 기존 Si나 SiC 솔루션에 비해 전기차(EV) 온보드 차저와 DC/DC 컨버터의 크기를 최대 50% 축소 그리고 시스템 신뢰성 향상 및 비용을 절감할 수 있다는 것이다.
TI는 GaN FET 신제품군을 통해 하이퍼스케일, 엔터프라이즈 컴퓨팅 플랫폼, 5G 통신 정류기와 같은 산업용 AC/DC 전원 공급 애플리케이션 시장을 공략한다는 방침이다.
티브 톰 TI 고전압 전원 사업부 GaN 제품군 매니저는 “새롭게 선보이는 GaN FET는, TI가 지난 10년간 GaN에 대해 투자해서 선보이는 2세대 제품군”이라며 “4천만 시간 이상의 테스트와 5GWh의 전원 변환 애플리케이션 테스트 등을 거쳐 모든 시장에서 엔지니어가 요구하는 수준의 신뢰성을 제공한다”고 강조했다.
한편, 사전 생산된 산업용 600V GaN FET 4종은 현재 구입이 가능하고, 차량용 650V GaN FET LMG3522R030-Q1과 LMG3525R030-Q1을 비롯한 평가 모듈은 2021년 1분기부터 공급될 예정이다.
피엔에프뉴스 pnfnews@pnfnews.com
