GaN: 전력 밀도와 효율성의 한계를 넘어섭니다
전력 소모량은 더 적고 풋프린트도 더 작으면서 더 빠르고 냉각 효율이 더 높은 시스템을 설계하세요
GaN(질화 갈륨)이란?
GaN(질화 갈륨)은 기존 실리콘 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 및 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)보다 높은 전력 밀도와 효율성을 지원하는 넓은 밴드갭 반도체입니다. GaN은 실리콘 전용 솔루션보다 전력을 더 효율적으로 처리하여 전력 컨버터의 전력 손실을 80% 줄이고 추가 냉각 부품의 필요성을 최소화합니다. 더 작은 공간에 더 많은 전력을 압축하여 더 작고, 더 가벼운 시스템을 설계할 수 있습니다.
GaN이 전력 관리를 변화시키는 3가지 이유
질화 갈륨은 더 높은 전력 밀도와 에너지 효율을 필요로 하는 응용 분야의 목록에서 실리콘을 대체하고 있습니다.
TI GaN 기술의 이점
개별 GaN FET보다 빠른 스위칭 속도
일체형 드라이버가 탑재된 GaN FET는 스위칭 속도가 150V/ns까지 도달할 수 있습니다. 이러한 스위칭 속도가 저인덕턴스 패키지와 결합되면서 손실을 줄이고, 깔끔한 스위칭을 구현하면서 링잉을 최소화합니다.
더 작은 자기 부품, 더 높은 전력 밀도
빠른 스위칭 속도가 지원되는 GaN 디바이스를 사용하면 500kHz 이상의 스위칭 주파수를 달성할 수 있어 자기 부품 크기를 최대 60% 줄일 수 있고, 성능 향상과 시스템 비용 절감을 실현할 수 있습니다.
안정성을 위해 설계
GaN 디바이스는 독점 기술 기반 GaN-on-Si 프로세스와 4천만 시간이 넘는 신뢰성 테스트, 보호 기능을 바탕으로 고전압 시스템을 안전하게 보호할 수 있도록 설계되어 있습니다.
전용 설계 툴 및 리소스
전력 손실 계산기, 회로 시뮬레이션을 위한 PLECS 모델, 대형 시스템에서 테스트 및 작동용 평가 보드를 포함한 GaN 설계 리소스로 시장 출시 시간을 단축하십시오.
전력전자의 차세대 혁명은 시작되었습니다.
TI GaN으로 고전압 시스템을 혁신하십시오. TI의 GaN 기술을 통해 엔지니어가 고전압 전력 변환 설계의 시장 출시 시기를 단축하는 동시에 시스템 비용과 환경 영향을 줄일 수 있는 방법을 알아보십시오.
주요 애플리케이션 알아보기
TI GaN 기술을 사용하여 96.5%의 총 에너지 효율과 100W/in^3 전력 밀도로 80 Plus® 티타늄 표준을 달성합니다
GaN 디바이스를 이용해 스토리지, 클라우드 기반 애플리케이션, 중앙 컴퓨팅 성능 등을 지원하는 통신 및 서버 시스템을 설계하세요. 에너지 효율을 위한 설계 요구 사항을 충족하기 위해, TI의 설계는 80® Plus 티타늄 표준에 도달하여 99% 이상의 PFC(역률 보정) 효율성을 달성할 수 있습니다.
장점
- >토템 폴 브리지리스 PFC 토폴로지에서 GaN로 99%의 효율성 실현
- 절연 DC/DC 컨버터에서 스위칭 주파수 >500kHz로 자기 감소
- 일체형 게이트 드라이버가 기생 손실을 줄이고 시스템 수준의 설계를 더 쉽게 만듭니다
주요 리소스
- PMP20873 – 99% 효율 1kW GaN 기반 CCM 토템 폴 PFC(역률 보정) 컨버터 레퍼런스 디자인
- TIDA-010062 – 1-kW, 80+ titanium, GaN CCM totem pole bridgeless PFC and half-bridge LLC with LFU reference design
- LMG3422R030 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
- LMG3422R050 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
- LMG3411R150 – 600V 150mΩ GaN과 통합 드라이버 및 사이클별 과전류 보호
TI GaN 기술을 이용해 양방향 AC/DC 전력 변환 시스템에서 1.2kW/L 이상의 전력 밀도를 달성합니다
TI GaN 디바이스로 태양광 및 풍력 에너지로 구동되는 시스템을 개발하세요. GaN 디바이스는 더 작으면서 더 효율적인 AC/DC 인버터 및 정류기와 DC/DC 인버터를 설계할 수 있도록 도와드립니다. GaN 지원 양방향 DC/DC 변환을 이용하면 에너지 저장 시스템을 태양광 인버터에 결합하여 그리드에 대한 에너지 종속성을 감소시킬 수 있습니다.
장점
- 기존 AC/DC 및 DC/DC 컨버터보다 3배 높은 전력 밀도(>1.2kW/L) 및 더 낮은 중량.
- 140kHz에서 GaN의 빠른 스위칭 속성은 SiC FET 대비 20% 더 높은 전력 밀도를 제공합니다
- 2레벨 SiC 토폴로지에 비해 자기장 비용이 저렴해 전체적인 시스템 비용이 절감됩니다
주요 리소스
- TIDA-010210 – GaN 레퍼런스 디자인 기반의 11kW, 양방향, 3상 ANPC
- LMG3422R030 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
- LMG3522R030-Q1 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 오토모티브 650V 30mΩ GaN FET
- LMG3422R050 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
TI GaN 기술을 이용해 배터리 테스터 시스템에서 채널 밀도는 높이고 AC/DC 컨버터 크기는 줄일 수 있습니다
일체형 게이트 드라이버가 탑재된 GaN FET로 AC/DC 전원 공급 장치의 크기를 줄이세요. TI의 GaN 디바이스는 MOSFETS 및 SiC FET보다 높은 주파수에서 스위칭하기 때문에 테스트 장비의 테스터 채널 밀도가 획기적으로 개선되고, 전원 공급 장치 과도 응답 시간이 단축됩니다.
장점
- >토템 폴 브리지리스 PFC 토폴로지에서 GaN로 99%의 효율성 실현
- DC/DC 단계에서 스위칭 주파수 >200kHz로 1ms 이내에 더 빠른 충전-방전 전환이 가능합니다
- 일체형 드라이버가 기생 손실을 줄여 시스템 수준 설계를 더 쉽게 만듭니다
주요 리소스
- TIDM-02008 – C2000™ MCU를 사용하는 양방향 고밀도 GaN CCM 토템 폴 PFC 레퍼런스 설계
- PMP40690 – C2000™ MCU 및 GaN을 사용하는 4kW 인터리브 CCM 토템 폴 브리지리스 PFC 레퍼런스 설계
- LMG3422R050 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
- LMG3410R070 – 600V 70mΩ GaN과 통합 드라이버 및 보호
TI GaN 기술을 이용해 전기 자동차의 고전력 밀도를 구현합니다
하이브리드 전기 자동차(HEV) 및 전기 자동차(EV)의 차세대 온보드 충전기(OBC) 및 고-저 전압 DC/DC 컨버터는 GaN 전원 장치를 사용하여 더 높은 주파수에서 스위칭하고 자기 크기를 줄입니다. 이렇게 높은 스위칭 주파수와 감소된 크기는 실리콘 및 SiC 기반 OBC에 비해 더 높은 전력 밀도로 이어집니다.
장점
- 전력 밀도 3.8kW/L로, 동일한 부피에서 SiC 대비 많은 전력을 만들어냅니다
- 스위칭 주파수는 CLLLC의 경우 >500kHz, PFC의 경우 120kHz입니다
- 시스템 수준 통합 효율성 96.5%
- 일체형 게이트 드라이버를 통해 시스템 수준의 설계를 간소화합니다
주요 리소스
- LMG3522R030-Q1 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 오토모티브 650V 30mΩ GaN FET
- GaN-Based, 6.6-kW, Bidirectional, Onboard Charger Reference Design – Test report
- Thermal Design and Performance of Top-Side Cooled QFN 12x12 Package – Application note
- POWERSTAGE-DESIGNER – 가장 자주 사용되는 스위치 모드 전원 공급 장치용 Power Stage Designer™ 소프트웨어 툴
TI GaN 디바이스로 HVAC(난방, 환기 및 공조) 및 가전 제품용 PFC 전력 단계를 통해 더 높은 전력 효율과 더 작은 폼 팩터를 실현합니다
PFC(Power-Factor Correction) 전력 단계는 EN6055와 같은 새로운 에너지 표준을 충족하기 위해 HVAC(난방, 환기 및 공조) 시스템에 필요합니다. GaN 전력 단계는 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)와 비교했을 때 효율성이 높아 자기, 히트 싱크 크기 및 총 시스템 비용이 절감됩니다.
장점
- 최대 60kHz의 높은 스위칭 주파수로 자기 크기를 줄입니다
- 스위칭 손실의 감소를 통해 전력 단계에서 효율성 >99%를 실현합니다
- 크기가 작고 자연적인 냉각 기능이 있어 설계 크기와 비용을 절감할 수 있습니다
주요 리소스
- TIDA-010203 – C2000 및 GaN을 지원하는 4kW 단상 토템 폴 PFC 레퍼런스 디자인
- TIDA-010236 – 가전제품용 4kW GaN 토템폴 PFC 레퍼런스 설계
- LMG3422R030 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
- LMG3422R050 – 통합 드라이버, 보호 및 온도 보고 기능이 있는 600V 50mΩ GaN FET
고객 성공 사례
TI의 GaN 기술에 대한 고객의 의견을 살펴보고 이 기술이 더 작고, 더 안정적이며, 더 효율적인 고전압 설계를 달성하는 데 어떤 도움을 주는지 알아보십시오.
Chicony Power
" GaN은 전원 공급 장치 설계에 혁신적인 변화를 가져옵니다. 고주파 스위칭 특성과 낮은 전도 임피던스는 효율을 개선하고 전원 제품의 크기를 줄이는 결정적인 요소이므로 전력 제품에 사용되는 에너지 소비와 재료를 크게 줄이고 Chicony Power의 녹색 설계 개념에 새로운 기회를 가져다 줍니다."
- Yang Wang | Chicony Power, VP R&D
LITEON
"차세대 하이엔드 서버 전원 공급 장치 개발 과정에서 LITEON은 최고의 R&D 팀과 가장 진보한 재료 기술을 통해 이러한 문제에 대응했습니다. LITEON은 고급 리드를 달성했으며 TI의 GaN 솔루션을 활용하여 데이터 센터의 에너지 절약 요구 사항을 충족했습니다."
- Todd Lee | LITEON Technology, RD 수석 이사, 클라우드 인프라 플랫폼 및 솔루션 담당
Delta
"GaN의 애플리케이션은 효율성 성능을 저하시키지 않으면서 전력 밀도를 극대화할 수 있도록 고효율 파워 일렉트로닉스 분야의 델타(Electronics) 코어 전문성과 결합됩니다. 결과적으로 GaN 기술은 지금까지 불가능했던 새로운 제품 세계로 가는 문을 열어줍니다."
- Kai Dong | Delta Electronics, 커스텀 디자인 사업부 R&D 매니저
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GaN 디바이스를 이용한 설계
일체형 드라이버 및 보호 기능을 갖춘 GaN FET 포트폴리오를 이용하면 전 수명 기간 신뢰성을 바탕으로 한 높은 전력 밀도와 경쟁 솔루션 대비 더 저렴한 시스템 비용을 달성할 수 있습니다.
GaN 설계를 완성하세요
원하시는 것이 효율성 향상이든, 신뢰성 향상 또는 전자기 간섭 감소든, TI의 컴패니언 디바이스 포트폴리오는 GaN 시스템 성능을 최적화하도록 설계되어 있습니다.
고전압 설계 계속
효율적인 고전압 전력 변환 시스템을 설계하는 것은 고전압 응용 분야에서 작업해야 할 여러 과제 중 하나일 뿐입니다. 고전압 기술 페이지로 이동하여 전력 변환, 전류 및 전압 감지, 절연, 실시간 제어 기술에 대해 자세히 알아보고 차세대 고전압 설계에 TI를 선택할 때의 이점을 살펴보십시오.