EnerConnect 프로젝트에서 Fraunhofer IZM의 연구원들은 차세대 능동 변환기 및 정류기와 함께 사용할 수 있는 시스템을 설계하기 위해 양방향 차단 GaN(갈륨 질화물) 트랜지스터를 테스트하고 있습니다.혁신적인 하드웨어는 별도의 변환 단계가 필요 없으며 기록적인 99% 효율성을 달성할 수 있습니다.

충전 중전기 자동차이론적으로는 자신의 차고에서 편안하게 지내는 것이 가능합니다.상업용 급속 충전기와 비교하면 여전히 비효율적인 옵션으로 남아 있습니다. 가정용 소켓에서 나오는 교류를 전기 자동차에 필요한 직류로 변환하면 전환 과정에서 상당한 양의 전력이 손실됩니다.많은 EV 소유자가 소유한 최신 월박스조차도 이러한 근본적인 문제를 완전히 해결하지 못합니다.

EnerConnect 프로젝트의 일환으로 Fraunhofer 신뢰성 및 마이크로 통합 연구소 IZM과 베를린 기술 대학의 과학자들은 업계 파트너인 Delta Electronics Inc., BIT GmbH 및 Infineon Technologies AG와 협력하여 혁신적인 양방향 차단 기능을 갖춘 시스템을 제작했습니다.GaN 트랜지스터.

이러한 트랜지스터는 전력 밀도와 효율성 측면에서 상당한 이점을 제공하며 일반 가정용 소켓에서 전기 자동차를 훨씬 더 효율적으로 충전할 수 있도록 해줍니다.

양방향 GaN 트랜지스터는 어떻게 작동합니까?

전기 자동차에 사용되는 것과 같은 능동 정류기는 이미 질화갈륨(GaN)의 기능을 사용하고 있습니다.탄화규소(SiC) 반도체는 더 작고 저렴한 패시브 하드웨어에서 더 높은 스위칭 주파수를 처리할 수 있습니다.그러나 현재 시스템은 양방향 GaN 트랜지스터와 달리 전압을 한 방향으로만 고정할 수 있습니다.여기에는 음전압과 양전압을 모두 처리하는 두 개의 게이트 구조가 있어 새로운 스위칭 아키텍처는 특히 공공 전력망과 함께 사용되는 변환기 및 정류기에 매력적입니다.

연구원들이 연구하고 있는 특수 회로 토폴로지는 전력 전자 분야에서 아직까지 많은 역할을 수행한 적이 없습니다. 기존 구성 요소와는 너무 복잡했기 때문입니다.이 시스템을 벅-부스트 컨버터라고 하며 더 높거나 낮은 입력 전압에서 작동할 수 있습니다.비결은 이 설계의 모든 이점을 활용할 수 있는 양방향 차단 트랜지스터에 있습니다.

현재 전기 자동차에 대한 관행은 고전압에서 작동하는 능동 정류기를 사용하는 것입니다.현재 Fraunhofer IZM에서 작업 중인 새로운 회로는 전압을 낮추고 결과적으로 트랜지스터의 스위칭 손실을 줄일 수 있습니다.

또한 이 시스템에서는 변환 단계를 포함할 수 있습니다. 일반적으로 정류기는 입력 전압을 먼저 증가시킨 다음 목표 배터리 전압으로 다시 낮추기 위해 두 개의 별도 구성 요소가 필요합니다.양방향 차단 GaN 트랜지스터를 사용한다는 것은 이 두 단계가 단일 변환 단계에서 간소화될 수 있음을 의미하며, 이는 불필요한 재료를 피하고 시스템 비용을 절감하여 효율성을 다시 향상시킵니다.

전기 자동차에만 국한되지 않는 보다 효율적인 트랜지스터

두 가지 효과 모두 트랜지스터의 효율이 거의 99%까지 상승한다는 것을 의미하며, 새로운 아키텍처를 사용하면 스위칭 주파수가 증가하고 전력 밀도도 더 높아질 수 있습니다.연구원들은 300kHz의 목표 스위칭 주파수를 향해 노력하고 있습니다. 이를 통해 전력 밀도를 리터당 최대 15kW까지 높일 수 있습니다. 이는 현재 시중에 나와 있는 충전기보다 800% 더 높은 수치입니다.

컨버터가 차량에 장착되고 가능한 한 작아야 하기 때문에 이 기술은 전기 자동차에 사용하도록 맞춤 제작된 것으로 보입니다.EnerConnect 프로젝트의 목표 중 하나는 일반 가정용 콘센트에서도 전기 자동차를 빠르게 충전할 수 있도록 공공 전력망과 함께 사용할 수 있도록 회로를 최적화하는 것입니다.

회로 토폴로지는 전기가 양방향으로 이동할 수 있도록 하므로 자동차 배터리를 전기 저장 장치 및 광전지 시스템에 사용하려는 아이디어에 완벽한 선택입니다.

EnerConnect 프로젝트는 2024년 2월 1일부터 2028년 1월 31일까지 Fraunhofer 신뢰성 및 마이크로통합 연구소와 베를린 공과대학교에서 진행될 예정입니다.

제공자:Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM