GaN Systems 整合 QPT 功率级技术大幅提升氮化镓功率半导体效能

氮化镓功率半导体领导厂商 GaN Systems 今天宣布，将整合由专精氮化镓功率器件设计的 QPT 公司所开发的驱动、控制与感测技术，用于优化其 GaN 功率晶体管产品的效能，并为操作频率落于100kHz – 20MHz 间，硬开关的高压高功率应用，解决系统设计面的挑战。这项技术证实能大幅发挥 GaN 能效，尤其在车用领域。

QPT 这项解决方案需要高速晶体管来实现 GaN 所保证的卓越能效。两间公司已经签属合作备忘录，期望透过协作解决当前基于 GaN 晶体管的设计挑战，进一步优化电动车电系统性能表现，为电动车续航里程带来突破。

「GaN Systems 拥有领先业界的 650V 氮化镓功率晶体管产品，」QPT 创办人暨执行长 Rob Gwynne 表示，「结合 GaN Systems 优秀的产品与我们创新技术所设计出的高效率功率级，将能帮助电动车更有效率地利用能源，并拉长行驶距离。」

「QPT 拥有令人十分经验的技术实力，」GaN Systems 全球执行长 Jim Witham 表示，「基于 QPT 技术所实现的功能面的性能优化，为氮化镓在电动车领域带来崭新应用机会。 透过此次合作结合双方技术及产品优势，将重写市场竞局。」

由于 QPT 的技术能更有效率的驱动 GaN 晶体管，进而延长电动车续航里程。氮化镓功率器件的卓越切换速度，使其被视为功率半导体领域的明日之星。切换频率低的功率器件容易造成能源耗损，主因在开关切换期间，当晶体管既不处于开，也不处于关的状态时，大量的能源会透过热的型态逐渐消散，造成功率损耗级过热的问题。拉高切换频率，缩短开关切换所需的时间，便能降低能源耗损。GaN 功率晶体管能在 1 – 2 奈秒 (ns) 间完成切换动作，相较硅或碳化硅晶体管所需的 20 – 50 奈秒，功率耗损大幅降低。然而，要在某些高压高功率的应用中实现上述切换速度是极具挑战性的。

QPT 的解决方案能使 GaN 晶体管以高达 20MHz 的切换频率进行奈秒级的开关切换，达到操作上的精确性，同时避免了 RF 干扰及过热问题。QPT 的技术不仅能确保马达效率在最高转速时达 99.7%，即使在低转速时也维持几乎相同效率，这项技术为现今马达在低转速时效率低落的设计挑战，带来关键性的突破。

另一项延长电动车续航里程设计的创新，来自于高度整合且尺寸微缩的变频器 (Variable Frequency Drive, VFD)。VFD 变频器的主要功用为控制马达速度。现今 VFD 变频器体积通常十分庞大，因此在安装上通常需远离马达，且相连的铜缆线虚够粗，方能承受高达数百安培的电流量。

QPT 的下世代 GaN 技术成功缩减 VFD 变频器的尺寸至现今设计的二十分之一。不仅变频器本身重量减轻，高集成的变频器能布局在靠近马达的位置，进一步也减少铜缆线的长度，将每个铜缆线的长度缩短为半米，降低铜缆线的重量与成本。此外，减少铜缆线的使用，也能避免铜缆线本身抗阻导致耗损增加，降低整体系统效率。综合所有因素，QPT 的无铜缆线解决方案将延长电动车的续航里程。

「根据估算，我们的 VFD 解决方案能有效减少 10% 能耗，即便当马达在低速运转，也能达到相同成效，」QPT 创办人暨执行长 Rob Gwynne 指出。「不使用铜缆线的设计能够大幅增加续航里程，或是在相同续航里程下减少电池尺寸。我们已经将这项技术模块化，并提供即插即用的解决方案，客户能直接在不更动如微处理器、软件堆栈等其他系统架构的前提下，直接更换现有的 VFD 变频驱动器。」