eGaN ключи

Настоящий цикл публикаций является переводом сборника статей, посвященных нитрид-галлиевым транзисторам. Очередная глава посвящена вопросам использования GaN-транзисторов в POL-преобразователях. Как показывает практика, чтобы реализовать все преимущества GaN-транзисторов, необходимо правильно выбрать топологию источника питания и уделить максимум внимания некоторым вопросам трассировки и компоновки печатной платы.

Растущий рынок вычислительной техники и телекоммуникаций требует все более компактных решений с высокими показателями КПД и плотности мощности для промежуточных шинных преобразователей. Замечательным вариантом для таких задач является резонансный LLC-конвертер. По сравнению с кремниевыми полевыми транзисторами, полевые транзисторы eGaN с их сверхнизким сопротивлением и малыми паразитными емкостями выгодны для применения в резонансных LLC-преобразователях благодаря малому уровню потерь.

Использование нитрид-галлиевых полевых транзисторов, например, в обратноходовых преобразователях, позволяет добиваться значительного повышения эффективности источников питания. В данной статье раскрывается, за счет чего это происходит.

В статье анализируется потенциал силовых GaN-устройств и важность использования драйверов для GaN-ключей, проводится сравнение характеристик нитрид-галлиевых транзисторов и MOSFET, а также кратко рассматриваются методы уменьшения влияния шумов, возникающих в цепи затвора.

Недавно компания Texas Instruments выпустила новые драйверы LMG1020 и LMG1210, способные работать на частотах 50 МГц и 60 МГц, соответственно. Важными достоинствами LMG1210 являются низкие задержки распространения управляющих сигналов 10 нс и отличное согласование задержек между верхним и нижним каналами – не хуже 1,5 нс, что позволяет выбирать минимально возможную длительность мертвого времени, и как следствие, увеличивать КПД полумостового преобразователя на 5%.

В данной статье рассматриваются характеристики и особенности корпусных исполнений силовых GaN-модулей от VisIC. Особый акцент делается на применение GaN-технологии для высоковольтных, высокомощных и высокочастотных приложений.

В июле компания GaN Systems объявила о многомиллионной поддержке со стороны венчурного фонда BMW i Ventures, который является инвестиционным подразделением известного автопроизводителя. Наверняка такой интерес баварских машиностроителей продиктован высоким потенциалом GaN-технологий на рынке электромобилей. Хотя GaN Systems далеко не единственная фирма, работающая в данной области, тем не менее, ее отличает наличие готовых решений и технологий. Ранее на портале УНИТЕРА уже публиковалась обзорная статья по силовым нитрид-галлиевым транзисторам от GaN Systems. На этот раз мы постараемся более подробно рассмотреть технологии, предлагаемые компанией.

Компания VisIC Technologies специализируется на выпуске нитрид-галлиевых транзисторов и постоянно расширяет номенклатуру своих изделий. Недавно к существующим моделям добавился новый силовой ключ V80N65B. Теперь к услугам разработчиков предлагается пять типов транзисторов с рейтингом напряжения 650 В и сопротивлением открытого канала от 15 мОм. Все они способны работать на частотах более 200 кГц с минимальным уровнем потерь. Благодаря оценочному набору EVB-HB уже сейчас без лишних усилий можно ознакомиться со всеми преимуществами нитрид-галлиевых ключей от VisIC Technologies.

Несмотря на масштабное наступление нитрид-галлиевых и карбид-кремниевых технологий, силовые кремниевые компоненты пока что достаточно уверенно сдерживают их натиск. Так, например, новые N-канальные ключи STL140N4F7AG и STL190N4F7AG из семейства STripFET F7 от ST Microelectronics хотя и не могут поспорить с GaN-транзисторами в плане быстродействия, тем не менее, демонстрируют рекордно низкие значения сопротивления открытого канала, компактные габариты и постоянную токовую нагрузку до 120 А!

Компания VisIC Technologies начала выпуск нитрид-галлиевых транзисторов с рейтингом напряжения 650 В и способных работать на частотах более 200 кГц с минимальным уровнем потерь. В то же время ближайшие конкуренты в лице кремниевых МДП-транзисторов и БТИЗ могут эффективно применяться при скоростях коммутаций до 150 кГц. Таким образом, транзисторы VisIC Technologies становятся чрезвычайно интересными с точки зрения их использования в силовых импульсных устройствах, например, в корректорах коэффициента мощности или в высоковольтных импульсных регуляторах напряжения.

Современные технологии беспроводной передачи данных по радиоканалу, такие как 4G LTE, требуют достаточно мощного источника питания. При этом кроме большой выходной мощности необходимо обеспечить и его высокую эффективность. Это особенно важно в случае мобильных устройств с аккумуляторным питанием. Для выполнения этих требований было разработано несколько решений. Одним из них стала технология Envelope Tracking, которая получает дополнительное преимущество при использовании силовых нитрид-галлиевых GaN-транзисторов. В статье рассматриваются практические результаты, достигнутые при реализации источника питания для Envelope Tracking на транзисторах EPC8004 от компании EPC.

Беспроводная передача энергии – чрезвычайно перспективная область электроники. В рамках рубрики УНИТЕРЫ рассматривались различные примеры ее реализации: от слаботочных зарядных устройств для смартфонов, до мощных автомобильных решений. Так, например, компания WiTricityпредлагает технологию, позволяющую передавать без проводов от 10 Вт до 3,3 кВт. Силовая часть в таких схемах работает на повышенных частотах 6,78 МГц. Именно в этих приложениях можно наиболее полно раскрыть потенциал eGaN-транзисторов от компании EPC.

Технологии нитрид-галлиевых транзисторов уже давно перешли из разряда теоретических и перспективных в ранг реальных. Многие разработчики с радостью берутся использовать GaN в своих устройствах, но испуганно отказываются от этой затеи, как только узнают, что работа с ними отличается от работы с привычными кремниевыми транзисторами. Компания Xsystor предлагает контроллеры, которые позволяют управлять GaN-транзисторами с помощью обычной ТТЛ-логики, например, напрямую от микроконтроллера!

Для продвижения своей продукции GaN Systems выпустила отладочную плату GS66508T-EVBHB, которая в очередной раз демонстрирует преимущества GaN-транзисторов. При использовании GS66508T-EVBHB в составе синхронного понижающего преобразователя значение КПД превысило 98,5% для диапазона выходных мощностей 1…2 КВт! Главная особенность данной отладочной платы заключается в том, что она выполнена в виде небольшого стенда, схему которого определяет пользователь с помощью подключения внешних проводников и компонентов.

Отладочная плата полумостового преобразователя (30 В, 40 А) "Plug and Play" предназначена для быстрой и простой оценки эффективности мощных нитрид галлиевых силовых транзисторов, их оптимальной компоновки вместе с другими компонентами.

Новые технологии не всегда принимаются сообществом разработчиков с распростертыми объятиями. Иногда даже самые прорывные продукты вначале вызывают недоверие. Не стала исключением и новая технология eGaN® транзисторов и транзисторных сборок от компании EPC. Характеристики этих силовых ключей во многих случаях значительно превосходят характеристики привычных кремниевых транзисторов. eGaN имеют меньшее сопротивление открытого канала, большее быстродействие и удельную мощность, высокую стабильность свойств при воздействии радиации и изменении температуры.

В последнее время все большее распространение получают полупроводниковые изделия на основе нитрида галлия GaN, отличающиеся от кремниевых изделий большими скоростями переключения и эффективностью. Активное участие в продвижении GaN-технологий принимает компания EPC, разработавшая и реализовавшая на практике технологию еGaN (enhanced GaN), улучшающую и без того хорошие характеристики силовых GaN-транзисторов.