Güç Elektroniği Konusunda Yeni Teknolojiler

• 28 Aralık 2021

Oğuzhan DEMİRCİ

Empa Elektronik Saha Uygulama Mühendisi

 

 Özellikle son dönemlerde gelişen Otomotiv, Haberleşme sistemleri, Otonom sistemler, Yapay Zeka, Drone sistemleri, Askeri sistemler ve Medikal sistemlerin güç gereksinimleri de özellikle verim, güç yoğunluğu ve maliyet konusunda gelişime ihtiyaç duyuyor. “Wide band Gap”  ürün özellikle Silisyum bazlı anahtarlama ekipmanlarının yerine daha yüksek frekanslarda, daha yüksek sıcaklarda ve daha az kayıpla anahtarlama imkânı sunuyor.

 

GaN (Galyum Nitrat)

Şu an ön plana çıkan en önemli “Wide Band Gap” ürünlerinden bir tanesi. Yüksek frekanslarda anahtarlama kayıpları GaN ürünlerinde oldukça düşük. Tasarımlarda boyut, verim ve yüksek sıcaklıklarda çalışma imkânı sağlıyor (Bazı uygulamalarda makul seviyede radyasyona maruz kalması dahi anahtarlama işleyişini bozmadığını iddia eden üreticiler mevcut). Ürünler Si ve SiC’a göre nispeten daha düşük gerilim değerlerini destekliyor ve üretici firmalar bu alanları hedefliyorlar.

Hali hazırda GaN pazarı doğum aşamasında ve önümüzde markette Si Bazlı ürünlerin yerini alabilmesi için 5-10 yıllık bir süreç var. 2024 yılında GaN mosfet pazarının 3.4 Milyar dolar olacağı beklentisi var.

Şuan İnfineon, NXP, ST gibi bilinen yarı iletken üreticileri bu pazara yatırım yapmış durumda. Bu firmaların dışında EPC efficient PC, GaN System, Transphorm gibi birçok nispeten yeni sayılabilecek üretici mevcut.

GaN bazlı yarı iletken anahtarlama ekipmanlarının üretim maliyetleri henüz ucuzlamadı. GaN marketinin düşük gerilimli Silisyum pazarını domine etmesine 5-10 yıllık bir süreç olduğu tahmin ediliyor. Markette henüz yeterince ürün çeşitliliği yok ve farklı parametrelerde üretilebilecek GaN bazlı anahtarlama ekipmanları için markette boş bir alan mevcut. Türkiye gelişime açık bu teknolojiye yatırım yapmakta henüz geç kalmış değil. Belirtilen 5-10 yıllık süreçte Türkiye GaN bazlı güç anahtarlama elamanları için kendi patentlerini üretebileceği bir alt yapı kurarsa, orta vadede Global güç elektroniği marketinde kendi markaları ile yer alabilir.   Önümüzdeki süreçte yerli Otomobil, 5G, insansız hava araçları, Askeri projeler ve haberleşme projeleri yerli bir yarı iletken firmasına yatırım maliyetlerini karşılayacak adetleri sağlar nitelikte olacak gözüküyor.

 

SiC ( Silicon Carbide – Silisyum Karbür)

Güç elektroniğinde GaN ürünlerine göre daha fazla geçmişe sahip SiC ürünleri de GaN gibi son yıllarda ön plana çıkan Wide Band Gap ürünlerden bir tanesi. Silisyum bazlı güç ekipmanlarına göre daha yüksek verim, sıcaklık ve yüksek frekanslarda çalışma imkanı sağlıyor. Ayrıca teknik özellikleri sayesinde GaN ürünlerine göre daha yüksek gerilim değerlerinde çalışabiliyor.

Özellikle Motor kontrol, Güç çeviriciler, Raylı sistemler, Otomobil sistemlerinde, Kaynak ve UPS gibi yüksek güç anahtarlaması gereksinimi duyan uygulamalarda verim, boyut ve yüksek frekanslı anahtarlama ile birlikte maliyet avantajları sağlamaktadır.

Markette SiC bazlı güç anahtarlama ekipmanları önemli bir üretim seviyesine erişmiş durumda. Özellikle son zamanlarda otomotiv sektörünün içten yanmalı motorlardan elektrikli motorlara geçilmesi ve özellikle elektrikli araçların kullandıkları anahtarlama ekipmanlarından daha yüksek verim beklentileri markette oldukça fazla SiC tabanlı anahtarlama ekipmanı ihtiyacı doğuruyor.  Mevcut SiC bazlı anahtarlama ekipmanı üreten firmaların mevcut bantlarının bu talebe karşı yetersiz kalması- her ne kadar üreticiler üretim bantlarını genişletse de bu talebin artışına yetişememesi- markette yeni oyuncular için de bir boşluk olduğunu gösteriyor. Özellikle Türkiye’de SiC bazlı anahtarlama ekipmanları üretilerek yerli otomobil başta olmak üzere yüksek güçlü converter/inverter uygulamaları için bir pay alınabilir.