[논문]전기자동차 파워 인버터용 전력반도체 소자의 발전: SiC 및 GaN

김동진; 방정환; 김민수

doi:10.6117/kmeps.2023.30.2.043

전기자동차 파워 인버터용 전력반도체 소자의 발전: SiC 및 GaN
Advances in Power Semiconductor Devices for Automotive Power Inverters: SiC and GaN 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.30 no.2, 2023년, pp.43 - 51

김동진 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문) , 방정환 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문) , 김민수 (한국생산기술연구원 접합적층연구부문)

초록
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본 논문에서는 전기차 전력변환 시스템의 근간이 되는 전력반도체 소자의 발전 방향과 차세대 전력반도체 소자인 wide bandgap (WBG)의 특징에 관해 소개하고자 한다. 현재까지의 주류인 Si insulated gate bipolar transistor (IGBT)의 특징에 관해 소개하고, 제조사 별 Si IGBT 개발 방향에 대해 다루었다. 또한 대표적인 WBG 전력반도체 소자인 SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET)이 가지는 특징을 고찰하여 종래의 Si IGBT 소자 대비 SiC MOSFET이 가지는 효용 및 필요성에 대해 서술하였다. 또한 현 시점에서의 GaN 전력반도체 소자가 가지는 한계 및 그로 인해 전기자동차용 전력변환모듈 용으로 사용하기에 이슈인 점을 서술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we introduce the development trends of power devices which is the key component for power conversion system in electric vehicles, and discuss the characteristics of the next-generation wide-bandgap (WBG) power devices. We provide an overview of the characteristics of the present mainstream Si insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices and technology roadmap of Si IGBT by different manufacturers. Next, recent progress and advantages of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) which are the most important unipolar devices, is described compared with conventional Si IGBT. Furthermore, due to the limitations of the current GaN power device technology, the issues encountered in applying the power conversion module for electric vehicles were described.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. (a) Schematic diagram for power train system of electric vehicle, and (b) power conversion system consisted of IGBTs and diodes.
그림 Fig. 2. General structure of IGBT device and its equivalent circuit.⁴⁾
그림 Fig. 3. Development trends in structure of IGBT power devices.⁴⁾
그림 Fig. 4. Technology roadmap and structures of (a) Infineon, (b) Fuji electric, and (c) Mitsubishi Electric IGBT devices.⁴⁾
그림 Fig. 5. Characteristics of on-stage voltages and turn-off loss for (a) Infineon, (b) Fuji electric, and (c) Mitsubishi Electric IGBT devices.⁴⁾
그림 Fig. 6. Radar map for the comparison between conventional Si power semiconductor and WBG power semiconductor.¹⁴⁾
그림 Fig. 7. Comparison of on-state characteristics between conventional Si power device technology and SiC power device technology.¹⁹⁾
그림 Fig. 8. Comparison of power loss between conventional Si power device technology and SiC power device technology.⁴⁾
그림 Fig. 9. Structure and circuit map of GaN HEMT power devices.²²⁾

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