GaN이 인버터 효율성을 높이는 방법

GaN FET로 인한 전도 손실은 MOSFET와 유사한 GaN의 온 상태 저항에 비례합니다. 하지만 IGBT의 경우 전도 손실은 무릎 전압 및 동적 온 상태 저항에 따라 달라지며, 이는 일반적으로 GaN FET 또는 MOSFET보다 높습니다.

스위칭 손실의 경우 GaN FET는 다음과 같은 이유로 MOSFET 및 IGBT에 비해 훨씬 낮은 손실을 제공합니다.

• GaN은 제로 역방향 복구를 제공합니다. 제로 역복구 기능을 사용하면 매우 높은 전류 회전율(di/dt)과 전압 회전율(dv/dt)로 GaN FET를 전환할 수 있습니다. MOSFET에서 바디 다이오드는 높은 제로 역 복구로 인해 스위칭 di/dt 및 dv/dt가 제한되고 추가 손실과 위상 노드 전압 링잉이 발생합니다. IGBT를 사용하면 최적화된 역병렬 다이오드를 추가하더라도 역복구와 관련된 문제가 발생할 수 있습니다.
• IGBT는 꺼질 때 일반적으로 테일 전류로 알려진 소수 캐리어 재결합 전류가 발생하여 턴오프 손실이 증가합니다. GaN에는 테일 전류가 없습니다.
• GaN은 IGBT 및 MOSFET에 비해 낮은 커패시턴스를 제공하여 정전식 스위칭 손실을 낮춥니다.
• 제어되고 더 빠른 di/dt 및 제어되는 dv/dt는 전환 시 전압-전류 중첩 손실을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

그림 1은(는) 20kHz 스위칭 주파수, GaN 기반 인버터의 위상 노드 전압 회전율이 5V/ns로 제한되고 주변 온도가 55°C인 경우 GaN, IGBT 및 MOSFET 기반 솔루션 간의 이론적 인버터 효율 비교를 보여줍니다. GaN 솔루션이 전력 손실을 절반 이상 줄이는 데 도움이 된다는 것을 알 수 있습니다.

그림 2는 주변 온도 25°C에서 케이블 길이 2m의 팬 모터를 사용하여 0.85A의 평균 권선 전류와 250W의 인버터 출력 전력을 제공하는 20kHz 스위칭 주파수에서 300V_DC 공급을 사용하는 5A 피크 전류 정격 IGBT IPM과 텍사스 인스트루먼트(TI) DRV7308 3상 GaN 지능형 전원 모듈(IPM)의 효율성을 비교한 것입니다. GaN IPM의 회전율은 5V/ns로 구성되어 있습니다.