Los convertidores DCDC son imprescindibles en cualquier vehículo eléctrico o híbrido para conectar la batería de alto voltaje a los circuitos auxiliares de bajo voltaje.
Esto incluye faros eléctricos de 12 V, luces interiores, motores de limpiaparabrisas y ventanas, ventiladores y, a 48 V, bombas, unidades de dirección, sistemas de iluminación, calentadores eléctricos y compresores de aire acondicionado.
Además, el convertidor CC/CC es importante para el desarrollo de vehículos más asequibles y energéticamente eficientes con un número cada vez mayor de funciones de baja tensión.
Según TechInsights, el tamaño del mercado mundial de convertidores CC/CC para automóviles se valoró en USD 4 mil millones en 2023 y se proyecta que crezca a USD 11 mil millones para 2030, exhibiendo una CAGR del 15 por ciento durante el período de pronóstico. El nitruro de galio (GaN), en particular, desempeña un papel crucial en este caso, ya que puede utilizarse para mejorar la densidad de potencia en los convertidores CC/CC y los cargadores de a bordo (OBC).
La solución al problema de la energía
Por esta razón, Vitesco Technologies, proveedor de tecnologías de accionamiento modernas y soluciones de electrificación, ha seleccionado GaN para mejorar la eficiencia energética de su convertidor Gen5+ GaN Air DCDC.
Los transistores CoolGaN de 650 V de Infineon Technologies mejoran significativamente el rendimiento general del sistema, al tiempo que minimizan el costo del sistema y aumentan la facilidad de uso.
Como resultado, Vitesco creó una nueva generación de convertidores CC/CC que establecieron nuevos estándares en densidad de potencia (eficiencia de más del 96 por ciento) y sostenibilidad para redes eléctricas, fuentes de alimentación y OBC.
Beneficios conseguidos
Las ventajas de los transistores basados en GaN en aplicaciones de conmutación de alta frecuencia son considerables, pero aún más importante es la alta velocidad de conmutación, que se ha incrementado de 100 kHz a más de 250 kHz. Esto permite pérdidas de conmutación muy bajas, incluso en semipuentes conmutados en duro, con pérdidas térmicas y generales del sistema minimizadas.
Además, los transistores CoolGaN de Infineon cuentan con altas velocidades de encendido y apagado y están alojados en un paquete TOLT enfriado en la parte superior. Están refrigerados por aire, lo que elimina la necesidad de refrigeración líquida y, por lo tanto, reduce los costos generales del sistema. Los dispositivos de 650 V también mejoran la eficiencia energética y la densidad, permitiendo una salida de 800 V. Además, cuentan con una resistencia de encendido (R DS(on)) de 50 mΩ, un voltaje transitorio de drenaje a fuente de 850 V, un I DS, máx. de 30 A y un pulso I DSmax de 60 A.
«Estamos encantados de ver a líderes de la industria como Vitesco Technologies utilizando nuestros dispositivos GaN e innovando con sus aplicaciones», dijo Johannes Schoiswohl, Vicepresidente Senior y Gerente General de la Línea de Negocios de GaN Systems en Infineon. «El valor final del GaN se demuestra cuando cambia de paradigma, como en este ejemplo de pasar de un sistema refrigerado por líquido a un sistema refrigerado por aire».
La tecnología en el producto final
Con los transistores GaN, Vitesco Technologies pudo diseñar sus convertidores CC/CC Gen5+ GaN Air con refrigeración pasiva, lo que reduce el coste total del sistema. Los dispositivos GaN también permiten simplificar el diseño del convertidor y la integración mecánica.
Como resultado, los convertidores CC/CC pueden colocarse de forma flexible en el vehículo, lo que reduce la carga de trabajo para los fabricantes. El uso de GaN también permite aumentar la potencia de los convertidores hasta 3,6 kW y aumentar la densidad de potencia a más de 4,2 kW/l.
Mientras, los convertidores Gen5+ GaN Air ofrecen una eficiencia de más del 96 por ciento y un comportamiento térmico mejorado en comparación con los convertidores Gen5 refrigerados por líquido. Proporcionan una salida bifásica de 248 A a 14,5 V continuos.
Las fases se pueden combinar para lograr la máxima potencia de salida. Aun así, también es posible desconectar una fase en condiciones de carga parcial e intercalar la frecuencia de conmutación entre las dos fases. Además, al conmutar la entrada de dos fases en serie, los convertidores basados en los transistores de potencia CoolGaN de 650 V se pueden utilizar para implementar arquitecturas de 800 V sin exceder la tensión de bloqueo máxima del dispositivo.
Los convertidores de Vitesco Technologies también cuentan con una topología de medio puente aislada que consta de un medio puente basado en GaN, un transformador completamente aislado y una unidad rectificadora activa para cada fase.
