GaN Systems 整合 QPT 功率級技術大幅提升氮化鎵功率半導體效能
氮化鎵功率半導體領導廠商 GaN Systems 今天宣布，將整合由專精氮化鎵功率元件設計的 QPT 公司所開發的驅動、控制與感測技術，用於優化其 GaN 功率電晶體產品的效能，並為操作頻率落於100kHz – 20MHz 間，硬開關的高壓高功率應用，解決系統設計面的挑戰。這項技術證實能大幅發揮 GaN 能效，尤其在車用領域。
QPT 這項解決方案需要高速晶體管來實現 GaN 所保證的卓越能效。兩間公司已經簽屬 MOU 合作備忘錄，期望透過協作解決當前基於 GaN 電晶體的設計挑戰，進一步優化電動車電系統性能表現，為電動車續航里程帶來突破。
QPT 的 qGaN 變頻器模組解決方案
「GaN Systems 擁有領先業界的 650V 氮化鎵功率電晶體產品，」QPT 創辦人暨執行長 Rob Gwynne 表示，「結合GaN Systems 優秀的產品與我們創新技術所設計出的高效率功率級，將能幫助電動車更有效率地利用能源，並拉長行駛距離。」
「QPT 擁有令人十分經驗的技術實力，」GaN Systems 全球執行長 Jim Witham 表示，「基於 QPT 技術所實現的功能面的性能優化，為氮化鎵在電動車領域帶來嶄新應用機會。 透過此次合作結合雙方技術及產品優勢，將重寫市場競局。」
由於 QPT 的技術能更有效率的驅動 GaN 電晶體，進而延長電動車續航里程。氮化鎵功率元件的卓越切換速度，使其被視為功率半導體領域的明日之星。切換頻率低的功率元件容易造成能源耗損，主因在開關切換期間，當電晶體既不處於開，也不處於關的狀態時，大量的能源會透過熱的型態逐漸消散，造成功率損耗級過熱的問題。拉高切換頻率，縮短開關切換所需的時間，便能降低能源耗損。GaN 功率電晶體能在 1 – 2 奈秒 (ns) 間完成切換動作，相較矽或碳化矽電晶體所需的 20 – 50 奈秒，功率耗損大幅降低。然而，要在某些高壓高功率的應用中實現上述切換速度是極具挑戰性的。
QPT 的解決方案能使 GaN 電晶體以高達 20MHz 的切換頻率進行奈秒級的開關切換，達到操作上的精確性，同時避免了 RF 干擾及過熱問題。QPT 的技术不僅能確保馬達效率在最高轉速時達 99.7%，即使在低轉速時也維持幾乎相同效率，這項技術為現今馬達在低轉速時效率低落的設計挑戰，帶來關鍵性的突破。
另一項延長電動車續航里程設計的創新，來自於高度整合且尺寸微縮的變頻器 (Variable Frequency Drive, VFD)。VFD 變頻器的主要功用為控制馬達速度。現今 VFD 變頻器體積通常十分龐大，因此在安裝上通常需遠離馬達，且相連的銅纜線虛夠粗，方能承受高達數百安培的電流量。
QPT 的下世代 GaN 技術成功縮減 VFD 變頻器的尺寸至現今設計的二十分之一。不僅變頻器本身重量減輕，高度整合的變頻器能布局在靠近馬達的位置，進一步也減少銅纜線的長度，將每條銅纜線的長度縮短為半米，降低銅纜線的重量與成本。此外，減少銅纜線的使用，也能避免銅纜線本身抗阻導致耗損增加，降低整體系統效率。綜合所有因素，QPT 的無銅纜線解決方案將延長電動車的續航里程。
「根據估算，我們的 VFD 解決方案能有效減少 10% 能耗，即便當馬達在低速運轉，也能達到相同成效，」QPT 創辦人暨執行長 Rob Gwynne 指出。「不使用銅纜線的設計能夠大幅增加續航里程，或是在相同續航里程下減少電池尺寸。我們已經將這項技術模組化，並提供隨插即用的解決方案，客戶能直接在不更動如微處理器、軟體堆疊等其他系統架構的前提下，直接更換現有的 VFD 變頻驅動器。」
