Une start-up anglaise veut libérer tout le potentiel du GaN en électronique de puissance
QPT a développé un ensemble de technologies brevetées permettant pour la première fois aux composants GaN de fonctionner jusqu’à 20 MHz dans les applications de puissance, sans surchauffe ni problèmes de CEM, ouvrant ainsi la voie à des systèmes de commande de moteurs électriques beaucoup moins énergivores.
Quand Rob Gwynne, fondateur et Pdg de QPT, une start-up créée en 2020 et basée à Cambridge (Angleterre), évoque les innovations technologiques développées par sa société, il n’y va pas par quatre chemins et parle de « révolutionner l’électronique de puissance en libérant tout le potentiel du GaN ».
Rob Gwynne, Fondateur et Pdg de QPT, présente un module qGaN – © QPT
Cet ingénieur RF de formation part du constat que le GaN est potentiellement plus intéressant que le SiC (carbure de silicium) pour fonctionner à très haute fréquence, et donc pour réduire la consommation d’énergie des appareils qui en sont équipés, avec des temps de commutation pouvant descendre autour de 1 à 2 ns, là où le SiC affiche des temps au moins dix fois plus élevés. Mais il pointe aussi le fait que dans les applications de puissance, la fréquence de commutation du GaN est en pratique “limitée” à des valeurs autour de 100 kHz, c’est-à-dire plus ou moins équivalentes à celle du SiC, à cause de problèmes liés à des échauffements des composants et à de fortes perturbations électromagnétiques.
Pour réellement tirer des bénéfices à utiliser du GaN plutôt que du SiC dans les application haute puissance et haute tension, QPT s’est attelé à libérer le plein potentiel du nitrure de gallium pour le faire fonctionner bien au-delà des limites actuelles de 100 kHz, en l’occurrence jusqu’à 20 MHz, grâce à un ensemble de technologies brevetées.
« QPT est la première société au monde à faire fonctionner des transistors GaN à leur plein potentiel jusqu’à 20 MHz, sans problèmes d’interférence RF, ni de surchauffe des composants, ce qui ouvre la voie à une électronique de puissance beaucoup moins énergivore, en comparaison des solutions actuelles limitées à 100 kHz », assure Rob Gwynne.
QPT a pour cela développé ses propres modules de puissance GaN (gamme qGaN) ainsi qu’un sous-système, nommé WisperGaN, qui comprend une conception de référence sur la manière dont ses modules qGaN et l’électronique auxiliaire peuvent être assemblés dans une cage de Faraday afin qu’il n’y ait pas de problèmes de surchauffe ou de perturbations électromagnétiques. La solution résultante fonctionnant à 20 MHz permet, selon la start-up, de réduire de 80% la consommation d’énergie par rapport aux solutions GaN existantes limitées à 100 kHz.
Basé sur les modules qGaN, le sous-système clé en main WisperGaN permet un remplacement direct de l’étage de puissance des variateurs de fréquences pilotant les moteurs électriques sans nécessiter d’expertise en CEM ou en gestion thermique – © QPT
Référencé Q650V15A-M01, le premier module de la gamme qGaN, dont la date de commercialisation n’a pas été précisée, est capable de gérer un courant efficace de 15 A pour entraîner des moteurs triphasés de 380 V. Basé sur les modules qGaN, le sous-système clé en main WisperGaN permet un remplacement direct de l’étage de puissance des variateurs de fréquences pilotant les moteurs électriques, sans nécessiter d’expertise en CEM ou en gestion thermique, selon qGaN.
« Le reste du système existant, comme le microprocesseur et la pile logicielle, reste le même, ce qui fait de la mise à niveau une véritable solution plug-and-play qui s’amortit efficacement en quelques semaines, d’autant que la nomenclature est simplifiée par rapport à celle des solutions existantes car elle ne nécessite pas de filtres externes », précise Rob Gwynne.
En tenant compte d’une économie d’énergie de 80% pour les variateurs de fréquences pilotant les moteurs électriques, QPT s’attend à une réduction minimale d’environ 10 % de la consommation globale d’énergie des systèmes d’entraînement électriques, qu’ils soient utilisés dans les équipements CVC (chauffage,ventilation, climatisation), la robotique ou les véhicules électriques. Les économies d’énergie à l’échelle mondiale sont potentiellement colossales. QPT cite des études de marchés estimant à 11 milliards le nombre de moteurs électriques ajoutés chaque année sur le marché (le marché des pompes à chaleur, notamment, croit exponentiellement), représentant 45 % de la consommation d’énergie électrique mondiale.
