Новейшие интегральные схемы GaN обеспечивают большую скорость, эффективность и плотность мощности

Apr 08, 2024

Благодаря высокой скорости переключения, хорошей теплопроводности и низкому сопротивлению в открытом состоянии технология нитрида галлия (GaN) получила распространение в силовой полупроводниковой промышленности. Полупроводниковые компании продолжают использовать технологию GaN для производства эффективных силовых устройств, пригодных для использования в широком спектре приложений.

В этой статье мы рассмотрим новейшую серию устройств GaN, которые недавно были представлены на рынке.

Со своей стороны компания STMicroelectronics (ST) представила два высоковольтных преобразователя мощности VIPerGaN, а именно: VIPerGaN100 и VIPerGaN65. Семейство преобразователей мощности VIPerGaN объединяет транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT) и усовершенствованный контроллер широтно-импульсного модулятора (PWM) для достижения более высокой плотности мощности, более высокого КПД, а также уменьшения размера и стоимости печатной платы.

В ST утверждают, что эти новые устройства призваны удовлетворить требования к конструкции квазирезонансных (QR) обратноходовых преобразователей средней мощности с одним переключателем. VIPerGaN100 отвечает требованиям обратноходовых преобразователей с выходной мощностью 100 Вт, а VIPerGaN65 специально разработан для обратноходовых преобразователей с выходной мощностью 65 Вт.

Устройства VIPerGaN оснащены силовым GaN-транзистором с напряжением 650 В и поддерживают работу в квазирезонансном режиме. Сочетание квазирезонансного режима, поддержки динамического времени гашения и синхронизации впадины — все это позволяет снизить потери на переключение. По словам компании, эти функции также повышают общую эффективность при любых условиях входной линии и нагрузки.

По данным ST, силовые преобразователи оптимизированы для обеспечения высокой надежности и защиты, поскольку они оснащены надежными механизмами безопасности и защиты, которые включают защиту от перенапряжения, защиту от перегрева (OTP), защиту от перегрузки (OLP), защиту от снижения напряжения и так далее.

Оба устройства предлагаются в корпусах QFN размером 5 × 6 мм. Целевые области применения этих преобразователей высокого напряжения включают импульсные источники питания (SMPS) для зарядных устройств USB-PD, контроллеров интеллектуальных зданий, бытовой техники, систем кондиционирования воздуха, интеллектуальных счетчиков, освещения и других промышленных применений.

Между тем, ST заявляет, что преобразователи энергии являются экологически чистыми, поскольку они производятся в соответствии со спецификациями глобальной экономии энергии и нулевыми выбросами углекислого газа. Дополнительную информацию можно найти в технических характеристиках VIPerGaN100 и VIPerGaN65.

Стремясь обеспечить плавное преобразование энергии в приложениях постоянного тока, компания EPC анонсировала пару ИС силовых каскадов на основе GaN в своем портфолио ИС ePower Stage IC. Особенности устройства включают интерфейс входной логики, сдвиг уровня, начальную зарядку и буферные схемы управления затвором. Также включены выходные полевые транзисторы (FET) на основе GaN.

Компания заявляет, что интегрированная микросхема силового каскада позволяет разработчикам легко разрабатывать и проектировать надежные силовые устройства и решения. Это также помогает сэкономить место на печатной плате и повысить общую эффективность и производительность.

В EPC утверждают, что модели EPC23103 и EPC23104 были разработаны для повышения плотности мощности и одновременного упрощения конструкции для различных требований к питанию в центрах обработки данных, приводах двигателей, а также аудиоусилителях класса D.

Новые микросхемы силового каскада содержат полумостовой драйвер затвора, интегрированный с внутренними полевыми транзисторами верхнего и нижнего плеча. По данным компании, полевые транзисторы интегрированы с драйвером полумостового затвора с использованием собственной технологии GaN IC.

Устройства отличаются низким сопротивлением во включенном состоянии. Таким образом, EPC23103 имеет сопротивление открытого состояния сток-исток 7,6 мОм на полевых транзисторах верхней и нижней стороны, тогда как EPC23104 имеет сопротивление открытого состояния сток-исток 11 мОм на полевых транзисторах верхней и нижней стороны.

Низкое сопротивление включения обеспечивает высокую скорость переключения. Хотя оба устройства поддерживают максимальное входное напряжение 100 В и могут комфортно работать при минимальном напряжении 80 В, EPC23103 имеет ток нагрузки силовой ступени 25 А, а EPC23104 имеет ток нагрузки силовой ступени 15 А.

Устройства упакованы в корпус QFN размером 3,5×5 мм. Термически усиленный корпус QFN устройства обеспечивает низкое тепловое сопротивление от перехода до верхнего радиатора. Более подробную информацию можно найти в технических описаниях EPC23103 и EPC23104.