Ström-GaN produkter och resurser tillgängliga hos DigiKey

GaN-relaterat tekniskt innehåll dyker upp allt oftare i min inkorg och i mediaströmmar som jag följer. Mycket av innehållet diskuterar GaN:s energieffektivitets- och storleksminskande fördelar jämfört med traditionellt kisel. GaN har gjort intåg i kraftdesignområdet från trådlös laddning till telekommunikationinfrastruktur, så jag tänkte att det kunde vara bra att ge lite bakgrund och en översikt över några relevanta GaN-produkter och resurser som nu är tillgängliga hos DigiKey.

Vad är GaN?

Galliumnitrid (GaN) är ett halvledarmaterial med stort bandgap som ger hög elektronrörlighet. På transistornivån ger GaN högre ström, snabbare switchningshastighet och mindre fysisk storlek än konventionella kiseltransistorer. Förstärkningsläge GaN (e-GaN) och GaN av kaskodutarmningstyp (kaskod d-GaN) switcharkitekturer är också tillgängliga.

(Bildkälla: Texas Instruments)

e-GaN-omkopplaren är en normalt avstängd GaN-transistor med hög elektronrörlighet (HEMT) som fungerar som en normal MOSFET, men kräver mer uppmärksamhet för gatedrivarkretsdesign. Gatedrivare som är särskilt utformade för att switcha e-GaN HEMT:er rekommenderas. GaN-switchen av kaskodutarmningstyp använder en GaN HEMT av utarmningstyp som är normalt på seriekopplad till en kisel-MOSFET i en kaskodstruktur. Kisel-MOSFET-enheten styr påslagning och avstängning av GaN HEMT i kaskodomkopplaren, så standard MOSFET-gatedrivare kan användas. Delar som integrerar en GaN HEMT och förknippade GaN-gatedrivarkretsar är också tillgängliga.

(Bildkälla: Infineon)

GaN-tillämpningar

Användningen av GaN i krafttillämpningar har ökat betydligt i takt med att fler leverantörer lanserar produkter på marknaden. Fördelarna med GaN jämfört med kisel inkluderar högre switchningsfrekvenser, lägre förluster och mindre fysisk storlek. Detta innebär att ingenjörerna har fler val när de utformar högeffektiva strömkretsar eller kretsar för trånga utrymmen. De tillämpningar som drar mest nytta av GaN är sådan som kräver hög effektivitet eller snäva utrymmen. Aktuella marknader inkluderar server, telekom, adaptrar/laddare, trådlös laddning och klass D-ljud.

GaN-produkter

GaN FET-enheter, drivare och integrerade enheter är tillgängliga hos DigiKey. Exempel på tillverkare är EPC, Infineon, Navitas, Texas Instruments och transphorm.

EPC

(Bildkälla: EPC)

Efter att ha börjat leverera kommersiella enhancement-mode GaN-transistorer (eGaN®) 2009 erbjuder EPC nu ett brett urval GaN FET-enheter och integrerade GaN-enheter. FET-enheter är tillgängliga i både enskilda transistorer och matriser. Enkla transistorer är tillgängliga med Vdss-värden upp till 200 V och kontinuerlig I_D upp till 90 A (TA = 25 ˚C). Transistormatriser är tillgängliga i dubbel gemensam emitter, halvbrygga och halvbrygga + synkron bootstrap. Rekommenderade gatedrivare anges i EPC:s How2AppNote 005. Integrerade GaN-enheter inkluderar EPC2112 och EPC2115. EPC2112 innehåller en 200 V GaN-effekttransistor och optimerad gatedrivare i ett paket på 2,9 mm x 1,1 mm. EPC2115 innehåller två monolitiska 150 V GaN-effekttransistor, var och en med en optimerad gatedrivare i ett paket på 2,9 mm x 1,1 mm.

EPC:s enheter tillhandahålls i kretsanpassade paket och GaN-transistorer är mycket mindre än motsvarande kiselkomponenter. Den här kombinationen leder till betydligare mindre enheter som förbrukar mindre plats på kretskortet till lägre kostnad. Det mindre avtrycket och högre prestandan hos GaN möjliggör konstruktioner som inte är möjliga med större kiseldelar. Utvärderings- och demonstrationskort är tillgängliga för EPC:s FET-enheter och IC-kretsar. Korten inkluderar tillgång till snabbguider, scheman, strukturlistor och Gerber-filer.

Infineon

Infineon erbjuder halvledarbaserade kraftenheter av kisel (Si), kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN). Inom GaN-tekniken har Infineon utvecklat sina 600 V CoolGaN™ enhancement-mode (normalt av) GaN-drivna transistorer och EiceDRIVER™ enkanaliga isolerade gatedrivar-IC:er för högspännings-GaN-omkopplare. 1EDF5673K, 1EDF5673F och 1EDS5663H EiceDRIVER™ gatedrivar-IC:er kompletterar CoolGaN™ ström-FET-enheter väl. De största fördelarna med GaN EiceDRIVER™-familjen är bland annat positiva och negativa gatedrivströmmar som håller gatespänningen på noll under avstängningsfasen och integrerad galvanisk isolering.

(Bildkälla: Infineon)

EVAL1EDFG1HBGANTOBO1 halvbryggeutvärderingskortet möjliggör enkel och snabb inkoppling och provning av CoolGaN™-transistorer tillsammans med den dedikerade GaN EiceDRIVER™ isolerade gatedrivar-IC:n. EVAL2500WPFCGANATOBO1 är ett helbryggebaserat totempåleutvärderingskort med effektfaktorkorrigering på 2500 W som använder CoolGaN™ FET-enheter och EiceDRIVER™ GaN drivar-IC-kretsar.

Navitas

Navitas erbjuder effektintegrerade GaN-kretsar. IC-kretsarna är monolitiska GaN-kretsar som integrerar en GaN-effekt-FET, gatedrivare och logik. Ett ha hela kretsen i en enda insats innebär betydande fördelar när det gäller storlek, switchningshastighet, effektivitet och enkel integrering. NV6113, NV6115 och NV6117 är enheter med enkla brytare som kan användas i topologier som buck, boost, halvbrygga och helbrygga. NVE031E är ett strömförsörjningsdemonstrationskort som använder NV6115.

Texas Instruments

Texas Instruments erbjuder både GaN-drivare och integrerade GaN-effektsteg. Drivare ger konstruktörerna flexibilitet när det gäller att välja GaN-utgångs-FET för att uppfylla specifika krav. Integrerade effektstegenheter minimerar parasitisk induktans för att förbättra switchningsprestandan och minska kortytan.

TI:s GaN-drivare inkluderar LMG1205, LMG1210, LMG1020 och LM5113-Q1. LMG1205 är utformad för att driva både enhancement mode GaN FET-enheter på både hög- och lågsidan i en synkron buck-, boost- eller halvbryggkonfiguration. LMG1210 har samma funktion som LMG1205, men överlägsen switchningsprestanda, motståndskonfigurerbar strömlös tid och en intern LDO för ett bredare VDD-område. LMG12xx utvärderingkort inkluderar LMG1205HBEVM och LMG1210EVM-012. LMG1020 är en lågsides drivkrets, avsedd för matning till GaN FET-transistorer och MOSFET-transistorer på logiknivå i höghastighetstillämpningar. Dess utvärderingskort är LMG1020EVM-006. LM5113-Q1 är AEC-Q100-kvalificerad och utformad för att driva både enhancement mode GaN FET-enheter på både hög- och lågsidan eller kisel-MOSFET:er i en synkron buck-, boost- eller halvbryggkonfiguration för fordonstillämpningar. Dess utvärderingskort är LM5113LLPEVB.

(Bildkälla: Texas Instruments)

TI:s integrerade GaN-enheter inkluderar LMG3411 och LM5200. LMG3411 innehåller en 600 V GaN FET, drivkrets och skyddskretsar. Dess utvärderingskort är LMG3411EVM-029. LMG5200 innehåller två 80-V GaN FET-enheter som drivs av en högfrekvens-GaN FET-drivkrets i en halvbryggkonfiguration. Utvärderingskorten för den här produkten inkluderar LMG5200EVM-02 och BOOSTXL-3PHGANINV.

transphorm

Slutligen erbjuder transphorm GaN-strömställare baserade på lågspänningskisel-MOSFET som är normalt av och högspännings-GaN HEMT som är normalt på i kaskodkonfiguration.

(Bildkälla: transphorm)

GaN-enheter från transphorm fungerar som ultrasnabba FET-kretsar med dioder med lågladdningshus. Prestandafördelarna jämfört med konventionella kiselmodeller är låg återhämtningsladdning och kort återhämtningstid. Strömställarna ger extremt snabb stigning med stigningstider på <10 ns. Enheter på både 650 V och 900 V-enheter är tillgängliga. Flera utvärderingskort är också tillgängliga inklusive AC/DC-omvandlare och DC/AC-växelriktare.

Ytterligare resurser:

1 – Digi-Keys bibliotek med referensdesigner innehåller flera GaN-baserade referensdesigner.