트랜스폼, 양방향 전류·전압제어 기능의 최신 4상한 GaN 스위치 관련 ARPA-E 계약 수주
GaN 선도 기업, 트랜스폼 FQS 1개로 복수의 반도체 장치 대체하는 차세대 전력 변환 방식 탐구
ARPA-E CIRCUITS 프로그램의 일부이자 일리노이 공과대학교의 계약을 통한 이 프로젝트는 전류원 인버터, 드라이브 및 마이크로인버터용 사이클로 컨버터, 매트릭스 스위칭, 반도체 차단기 등 새로운 제품을 포함해 다양한 전력 변환 애플리케이션을 겨냥한 GaN 기반 4상한 스위치(four-quadrant switch, 약칭 FQS)를 공급하기 위한 것이다. 이 이니셔티브는 측면 GaN 스위치의 가능성을 심층 연구하려는 업계 및 대학의 관심과 트랜스폼이 보유한 깊이 있는 GaN 엔지니어링 전문 지식(양방향 GaN)을 결합해 이뤄졌다.
트랜스폼은 4핀 TO-247 패키지에서 업계 최고 수준의 임곗값 전압(4V)을 제공하는 자사의 650V GaN 기술을 사용해 FQS 플랫폼의 프로토타입을 제작할 예정이다. 이 프로젝트는 1년 안에 완료될 것으로 예상된다.
진정한 양방향 GaN 스위치 혁신의 중요성
트랜스폼의 표준형 측면 GaN FET는 본질적으로 양방향 전류 흐름을 제공한다. 그러나 모터 드라이브용 전류원 인버터, 사이클로 컨버터 및 매트릭스 컨버터와 같은 특정 애플리케이션도 전력 흐름을 효과적으로 관리하기 위해 양방향 전압 제어가 필요하다. 이 기능은 일반적으로 2개의 FET를 직렬로 배치해 디바이스의 보디 다이오드(body diode)를 사용해 전류 흐름을 조정·제어하거나 2개의 IGBT와 2개의 다이오드를 통해 기능을 구현하며 이에 따라 4개의 디바이스가 필요하다.
진정한 양방향 스위치로 불리는 FQS는 2개의 FET 또는 2개의 IGBT+2개의 다이오드 방식을 양방향 전압 제어와 양방향 전류 흐름을 실현할 수 있는 단일 장치로 대체한다. FQS는 2개의 게이트를 사용해 극성 전압을 차단하거나, 전류를 어떤 방향으로든 통과시킨다. 또 단일 장치로서 원하는 결과를 구현하는 데 필요한 부품을 줄여 전력 밀도를 높이고 안정성을 증진하며 전체 시스템 비용을 절감하는 데 이바지할 수 있다.
톰 잔스(Tom Jahns) 위스콘신대학교 매디슨 명예교수(FIEEE, NAE)는 “GaN 기반의 양방향 스위치가 상용 생산 태세를 갖추게 된 것은 대단히 흥미로운 일”이라고 말했다. 그는 “전력 전자 엔지니어들은 MOS 게이트 양방향 스위치가 상용화될 날을 기다려 왔다”며 “수많은 애플리케이션에서 효율성과 전력 밀도, 내결함성을 개선할 흥미로운 기회를 제공할 수 있는 유망한 전력 변환기 토폴로지를 구현하는 핵심이기 때문”이라고 설명했다. 이어 “이는 반도체 회로 차단기와 통합 모터 드라이브를 포함한 신제품을 현재 실리콘 기반 스위치를 사용할 때보다 훨씬 더 작고 효율적으로 만들어 상업성을 극적으로 향상할 잠재력이 있다”고 평했다.
트랜스폼 기술 펠로우인 라케시 랄(Rakesh Lal) 박사는 "FQS 양방향 장치를 시장에 출시하려면 GaN을 채택하는 것이 합리적이다”고 말했다. 그는 “측면 GaN 기술은 전압 차단 영역을 공유할 수 있어 소형 FQS 다이를 제조할 수 있다”며 “이 구성은 실리콘이나 실리콘 카바이드와 같은 수직 전력 장치 기술로는 실현할 수 없으며, 이는 GaN FQS에 성능과 비용면에서 명확한 우위를 제공한다”고 강조했다. 이어 “트랜스폼의 FQS를 사용하면 고속 저손실 스위치에서 진정한 양방향성을 달성할 수 있다”며 “이는 CIRCUITS 프로그램 기반 파트너십을 통해 차세대 전력 변환 제품에 영감을 줄 것이라고 확신한다”고 말했다.
트랜스폼(Transphorm) 개요
트랜스폼은 GaN 혁신을 주도하는 세계적 기업으로 고전압 전력 변환 애플리케이션을 위한 최고의 성능과 신뢰성을 갖춘 고전압 GaN 반도체를 설계·제조하고 있다. 트랜스폼은 1000개가 넘는 특허를 소유 또는 라이선스해 업계에서 가장 방대한 전력 GaN IP(지식 재산) 포트폴리오를 보유하고 있으며, 업계 최초의 JEDEC 및 AEC-Q101 인증 GaN 반도체 소자를 생산한다. 또 수직 통합된 장치 비즈니스 모델을 통해 설계, 제작, 장치 및 응용 프로그램 지원 등 모든 개발 단계에서 혁신을 일으키고 있다. 트랜스폼은 혁신을 통해 전자 제품이 실리콘의 한계를 극복해 99% 이상 효율을 달성하고 전력 밀도를 40% 이상 높이는 한편, 시스템 비용을 20% 절감하도록 뒷받침한다. 트랜스폼 본사는 미국 캘리포니아주 골레타에 있으며 골레타와 일본 아이즈에 생산 시설이 있다. 자세한 정보는 웹사이트(www.transphormusa.com)를 방문하거나 트위터(@transphormusa), 위챗(@Transphorm_GaN)을 팔로우해 확인할 수 있다.
비즈니스와이어(businesswire.com) 원문 보기: https://www.businesswire.com/news/home/20220830005148/en/
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웹사이트: http://www.transphormusa.com/
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