고성능 질화갈륨(GaN) 전력 변환 제품 전문업체인 트랜스폼이 특허 받은 SuperGaN 전계효과 트랜지스터(FET)의 제5세대 제품의 샘플 공급을 시작했다. 트랜스폼의 이 TP65H015G5WS 소자는 전기자동차 시장을 겨냥한 것으로서 설계가 쉬운 것이 특징이다. SuperGaN 계열 제품이기 때문에 원가 구조가 최적화 된 것도 장점.
이 5세대 GaN솔루션은 패키징 된 상태의 온-저항(on-resistance)이 세계에서 가장 낮다. 또한 표준 TO-247-3 패키징을 사용해 탄화규소(SiC) 보다 전력 손실이 25% 적어서 EV 전력 변환 시장에서 GaN의 잠재력을 잘 발휘한다.
자동차 업계에 부품을 공급하는 세계 선도적 독립 기업 중 하나인 마렐리(Marelli)는 2020년 3월 전기자동차 및 하이브리드 차량 탑재용 충전기(OBC), 직류/직류 변환기(DC-DC Converter), 전기자동차 및 하이브리드 차량용 파워트레인 인버터를 포함해 새로운 GaN 기반 자동차/전기자동차 전력 변환 솔루션을 위해 트랜스폼과 전략적 파트너십을 맺었다고 발표한 바 있다. 마렐리는 현재까지 트랜스폼에 400만달러의 지분 투자를 했고 2021년 1분기에 1백만달러를 추가로 지분 투자하기로 약속했다.
마렐리 전기 파워트레인 부문 최고경영자(CEO)인 요아킴 페트제르(Joachim Fetzer) 박사는 “트랜스폼이 브리지(bridge) 구성을 가진 패키징된 개별 GaN 소자에서 10kW의 전력을 달성한 것은 GaN가 전기자동차 변환기와 인버터로서 매우 유망하다는 것을 더욱 입증하는 것이다. 과거에 발표한 파트너십의 일환으로 당사는 트랜스폼의 업계를 선도하는 GaN 소자를 계속 평가하고 다년간의 전기자동차 시스템 제품 로드맵을 지원하기 위해 협력할 것”이라고 말했다.
프리밋 파리크(Primit Parikh) 트랜스폼 최고운영책임자(COO)겸 공동 설립자는 “당사는 SuperGaN 전계효과 트랜지스터(FET) 기술을 계속 혁신해 전기자동차와 기타 고전력 변환 애플리케이션을 겨냥한 세계에서 온-저항이 가장 낮은 표준 TO-247-3 패키징을 사용한 소자를 제공하게 됐다. 이로써 고객사들은 단일 소자만으로 두 자릿수 킬로와트(kW)로의 작동이 가능하다. 이는 GaN 소자가 더 강력한 성능을 내고 시스템 비용을 낮추며 전력밀도를 높일 수 있다는 것을 입증한다”며 “당사의 5세대 GaN플랫폼은 과거에 병렬 접속을 필요로 했던 출력에 새로운 설계 기회를 창출하면서도 99%이상의 효율성을 제공한다”고 설명했다.
탄화 규소의 성능을 능가하는 트랜스폼의 SuperGaN™ 기술
5세대 SuperGaN 플랫폼에는 전 세대인 4세대 제품에서 얻은 학습 결과, 특허 받은 패키징 축소 유도 기술, 설계 가능성 및 작동 용이성(잡음 내성을 위한 Vth of 4 V), +/- 20 Vmax 의 게이트 견고성, 단순화되고 축소된 조립 구조 등 모든 것이 집적되어 있다.
엔지니어링 전문지 ‘EE월드(EEWorld)’는 ‘고전압 GaN 전력 변화의 경계를 허물다’라는 최근 기사에서 이 회사의 TP65H015G5WS를 표준 TO-247-3패키징에 온-저항이 비슷한 첨단 탄화 규소 MOSFET(산화막 반도체 전기장효과 트랜지스터)과 비교했다. 이 소자를 반 브리지 동기적 부스트 변환기에서 최고12kW의 전력과 70kHz의 주파수로 작동한 결과, 트랜스폼의 제품이 전력을 25% 적게 손실한것으로 나타났다.
트랜스폼은 현재 나와 있는 단일 칩 e-모드 GaN 기술은 게이트의 민감성 때문에 가용하지 않은 15mΩ 650V 소자인 SuperGaN 5세대FET(전계효과 트랜지스터)의 샘플을 공급하기 시작했다.
개별 패키징을 사용한 일반 탄화규소 MOSFET이 제공하는 최저R에 필적하는 이 솔루션은 전기자동차 OBC 및 파워트레인 인버터, 랙(rack)으로 구성된 데이터 센터 서버용 전원장치, 산업용 무정전 전력 애플리케이션, 재생 태양광 발전 인버터 등 대상 애플리케이션에 따라 10kW이상을 작동할 수 있다.
또한 이 소자는 더 높은 전력을 위해 병렬로 더 많이 접속할 수 있게 하는 다이 레벨(die level) 모듈 솔루션 용으로도 출시할 예정이다. 회사측에 의하면 이 5세대 FET 소자는 2021년 중반에 JEDEC(국제반도체표준 협의기구) 자격을 얻고 그 이후에 국제 인증 규격인 AEC-Q101 자격을 취득할 것으로 예상된다.
Hordon Kim
International Editor, hordon@powerelectronics.co.kr
