트랜스폼 GaN, AES의 대형 여객기용 최신 전원 공급장치에 적용

국제 항공 전자 장치 공급사, GaN 기반의 전력 밀도 증가로 경쟁 제품 능가

트랜스폼(Transphorm Inc.)의 고객사인 AES항공전기/전자시스템(AES Aircraft Elektro/Elektronik System GmbH)이 최초로 650V GaN 기반 전원 공급 장치를 출시했다고 트랜스폼이 발표했다.

트랜스폼은 최상의 안정성을 갖추고 국제반도체표준협의기구(JEDEC) 및 AEC-Q101 인증을 최초로 획득한 고전압 질화갈륨(GaN) 전력 반도체를 설계, 제조하고 있는 선도 기업이다. 항공 산업을 뒷받침하는 AES는 고객사에 전기 엔지니어링부터 인증, 테스트에 이르는 다양한 제품과 서비스를 제공하고 있다. AES의 최신 제품인 ‘스위치 모드 파워 서플라이(Switch Mode Power Supplies)’는 현재 대형 CS-25 항공기 제조사(예: 에어버스(Airbus) A318-A321/ A330/A340/A380, 보잉(Boeing) B767, B787 VIP 항공기)에 사용되고 있다. 이 제품은 트랜스폼의 GaN FET를 적용해 경쟁 제품인 실리콘 기반 전력 공급 장치(PSU)에 비해 전반적인 시스템 효율을 10% 이상 끌어올렸다.

GaN 기반의 ‘스위치 모드 파워 서플라이’ 2종은 PS250X 500W 시스템과 PS6120 1200W 시스템이다. 두 제품은 모두 96-130VAC/360Hz~800Hz 입력 전압을 지원하며 500W 시스템의 경우 15암페어에서, 1200W 시스템의 경우 42암페어에서 28VDC의 연속 출력을 지원한다. 또한 AES는 PS250X와 PS6120의 DO-160 준수를 인증하며 RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics)의 엄격한 25개 기준을 충족했다. 이 기준은 압력, 기압부터 전압 스파이크, RF 방출 등 여러 가지 내부·외부 컨디션 아래 항공기에 미치는 시스템 영향과 성능을 평가한다.

주력 제품인 500W PS20X는 업계 최초의 420W 수동 냉각 전원 공급 장치로 단상 CCM 부스트 역률조정(PFC) 위상에 트랜스폼의 GaN을 배포한다. 전부하(full load)에서 전체 시스템 효율은 92% 이상으로 경쟁 제품보다 10% 이상 높다. 이 시스템은 또한 전부하에서 115VAC/400Hz 입력 시 .98 이상의 역률과 200mVpp의 공칭 전압을 생성한다. 이는 1.4kg(~3파운드)의 최종 제품에서 해당된다.

1200 W PS6120은 팬 냉각식 3상 CCM 부스트 PFC 위상에 트랜스폼의 GaN을 배포한다. 전부하에서 전체 시스템 효율은 91.5% 이상으로 경쟁 제품에 비해 11.5% 이상 높다. PS6120 또한 전부하에서 115 VAC/400Hz 입력 시 PS250X 500W PSU와 동일한 역률과 공칭 리플 전압을 생성한다. 이는 4.0kg(~8.8 파운드)의 최종 제품에서 해당된다.

안드레아스 해머(Andreas Hammer) AES 컴피턴스 센터 파워(Competence Center Power) 본부장(박사)은 “항공산업은 모든 수단과 방법을 동원해 기후에 미치는 영향을 줄이고자 노력하고 있다”며 “이를 고려해 보다 효율적이고 가벼운 전력 공급장치를 제공하고자 이전에 사용하던 실리콘 MOSFET을 대체할 용도로 트랜스폼의 GaN을 발굴했다”고 설명했다. 그는 “이들 부품은 각 항공기에 PSU가 다수 배치돼 있음을 감안할 때 상당한 영향을 미칠 수 있다”며 “재설계 1년 만에 고객사에 더 나은 전력 솔루션을 제공하는 동시에 업계의 성능 기준을 끌어올릴 수 있었다”고 덧붙였다.

GaN 선정 프로세스

AES는 이 기술 고유의 높은 스위칭 주파수에 주목하고 여러 GaN 장치 반도체 제조사의 GaN 전원 스위치 컨버터를 검토한 끝에 궁극적으로 트랜스폼의 650V GaN 기술을 채택했다. 구동 및 설계 용이성 때문이다. 특히 트랜스폼의 GaN FET에 맞춤형 드라이버가 필요하지 않다는 점이 높이 평가됐다. 이에 따라 시스템 설계가 간소화되는 동시에 엔지니어는 이미 친숙한 기술(예: 드라이버 및 패키지)이 적용된 스위치를 구동할 수 있다. 이 밖에 AEC가 트랜스폼을 채택한 데는 검증된 안정성도 한몫을 했다. 트랜스폼의 GaN 플랫폼은 175°C에서 JEDEC 인증과 AEC-Q101 인증을 획득했다.

필립 주크(Philip Zuk) 트랜스폼 세계 기술 마케팅/NA 판매 담당 부사장은 “트랜스폼은 설계자를 지원하기 위해 GaN 장치를 설계했으며 도전 과제를 던지고자 한 것이 아니다”며 “트랜스폼의 상시 불통형 이중 스위치 GaN 장치는 표준형 패키지로 출시돼 구동을 위한 지원 회로를 최소화했고 이는 시스템 전체 사이즈를 축소하고 안정성을 높이며 설계를 간소화해준다”고 설명했다. 이어 “고객이 자신할 수 있는 제품을 시장에 신속히 출시할 수 있도록 하는 것이 중요하다”며 “AES의 GaN 공식 공급업체로 선정된 것을 기쁘게 생각하며 GaN 기술의 장점을 대중화하기 위한 우리의 노력을 인정받아 자랑스럽다”고 강조했다.

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