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GaN MOSFET成為EV快速充電市場之關鍵零組件

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2021年9月7日

圖、GaN MOSFET成為EV快速充電市場之關鍵零組件
 
推動電動車之主要挑戰,包括需要更多支持性基礎設施、更長的車輛續航里程、車載電源管理以及更快的充電系統。其中,車輛充電系統受到的關注最少,但這卻是推動電動車普及的關鍵因素。

其中,氮化鎵MOSFET是充電系統所需的重要零組件之一,因為其具有更好的熱處理能力、高功率傳輸、高移動率和其他優勢。

根據研究發現,GaN MOSFET在許多系統中具有多項優勢,這涵蓋從直流電源系統到高頻RF系統。首先,GaN的高移動率和寬能隙(3.4 eV)可確保較低的傳導損耗。其次,其可以比矽器件在更高的溫度下運行,使得GaN MOSFET可用於更高功率的應用。最後,其比同類矽器件具有更低的輸入電容,因此可製造為更小的器件。

對於電動車來說,沉積在SiC上的GaN器件,將可利用SiC更高的熱導率來散熱。這意味著GaN-on-SiC功率MOSFET用於高功率應用時,可以保持較低的損耗。因此,用於EV充電的DC-DC轉換器,能獲得其優勢。

但是如何縮短充電時間,GaN MOSFET就扮演關鍵角色了。

電動車快速充電的一個關鍵推動因素是,充電單元中DC-DC轉換器的拓撲結構。早期的1級和2EV充電系統是使用AC-DC轉換器來充電。但是現今3級系統是以每分鐘充電20英哩的速度進行快速EV充電。典型的3EV充電系統通常使用多相降壓、升壓或降升壓拓撲,為EV充電站的電池組和充電管理系統提供高功率傳輸。

使用GaN MOSFET將可成為一種增強此類系統的方法。通過在這些設計中使用 GaN MOSFET,開關轉換器部分可以在更高的開關PWM(Pulse-width modulation)頻率和更快的邊緣速率下運行,因為充電/放電調變不受設備固有電容的限制。

更高的PWM頻率通常會帶來更快的邊緣速率,允許設計在ON和OFF狀態之間進行更深入的調變,從而提供更低的R-ON值。然後,該設計以熱量的形式耗散較少的功率,並且可以更容易地將熱量消散到PCB基板和外殼中。

總之,希望建構高能效穩壓器設計的電源系統,可以將GaN-Si或GaN-SiC作為首選材料。GaN MOSFET作為功率傳輸的開關元件,並不僅限於汽車,RF功率系統也需要,因此,GaN MOSFET在急需快速充電的電動車領域,將非常具有發展性。(751字)


參考資料:
GaN MOSFETs used in fast EV charging. Electronic 360, 2021/8/31
Navitas and SHARGE Upgrade 100W Fast Charging: 60% Smaller than Legacy Silicon. Yahoo Finance, 2021/8/27
 

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