Технология GaN для высоковольтных электросистем следующего поколения

Компания Power Integrations разработала технологию на основе нитрида галлия (GaN), способную работать при напряжении до 2200 В для высокомощных инверторов двигателей и зарядных систем мегаваттной мощности, пишет Ник Флахерти.

Конструкция нового устройства обеспечивает более высокую надежность при высоких напряжениях, а также позволяет использовать более высокие частоты переключения в менее крупных инверторах.

«Мы начали с технологии GaN на уровне 1500 В в 2017 году, а затем перешли к уровню 1700 В в 2024 году — этот уровень оказался идеальным для автомобильных систем на 800 В. Наша компонента на уровне 900 В полностью соответствует стандартам AEC и уже используется в автомобилях сегодня, причем её объёмы постепенно растут», — сказал Роланд Сент-Пьер, вице-президент по разработке продуктов в Power Integrations. «Технология GaN на уровне 2200 В обеспечивает нам возможности для применения в устройствах, работающих при напряжении выше 800 В; по мере повышения напряжения до уровня выше 1000 В требуется более высокая способность к протеканию тока».

Каскодная схема переключения означает, что диапазон рабочих напряжений для гейта значительно шире, и нет необходимости в отрицательном напряжении. Пороговое напряжение MOSFET составляет 3 В, а максимальное напряжение для стандартного привода гейта достигает 15–20 В. «Мы также сокращаем потери по сравнению с устройствами на основе технологии E-mode GaN», — сказал он.

«Для автомобильных зарядных устройств мегаваттной мощности, работающих при напряжении 1500 В, устройство на 2200 В является идеальным. Мы также наблюдаем тенденцию к использованию напряжения 800 В для снижения веса транспортных средств; уже существуют электробусы и грузовики, работающие при напряжении 1200 В. Таким образом, сейчас напряжение 2200 В — это именно то, что нужно», — сказал он.

«Ток утечки начинает расти при напряжении выше 4000 В, поэтому существует запас в 2000 В. Для определения коэффициента FIT [процент сбоев за определенный период] важны температура и напряжение, и этот запас позволяет добиться коэффициента FIT менее 1, что в десять раз лучше, чем у других устройств».

Компания продемонстрировала непрерывную работу при напряжении 1760 В с постоянным сопротивлением во включенном состоянии, что, по ее словам, является первой подобной демонстрацией на уровне выше 1500 В. Поскольку сопротивление во включенном состоянии не увеличивается при повышении напряжения пробоя, что обычно приводит к усилению нагрева, постоянство сопротивления обеспечивает более высокую надежность благодаря стабильности тепловых эффектов.

«Мы занимаемся разработкой ряда продуктов. Это своего рода сигнал о начале работ, при этом продукт будет представлен во второй половине следующего года [2027]. Технология сейчас приближается к завершающей стадии апробации», — сказал Сен-Пьер. Компания планирует выпустить устройства, соответствующие стандартам автомобильной промышленности, в 2028 году.

Нажмите здесь, чтобы прочитать последний номер журнала E-Mobility Engineering.