Prodotti e risorse GaN per l'alimentazione disponibili su DigiKey

Ricevo sempre più spesso con la posta elettronica articoli che parlano di GaN, e altrettanto mi capita di leggere nei news feed che seguo. Molti illustrano il rendimento in potenza del GaN e i vantaggi che hanno in termini di compattezza rispetto al silicio tradizionale. Il GaN si sta facendo prepotentemente strada nella progettazione dei sistemi di alimentazione, dalla ricarica wireless alle infrastrutture di telecomunicazione. Per questo penso sia giunto il momento di parlare di alcuni prodotti e delle risorse GaN attualmente disponibili su DigiKey.

Che cos'è il GaN?

Il nitruro di gallio (GaN) è un materiale semiconduttore bandgap dall'elevata mobilità elettronica. Rispetto ai convenzionali transistor al silicio, il GaN conduce più corrente, garantisce una migliore velocità di commutazione e permette di realizzare dispositivi più compatti. Sono inoltre disponibili architetture di commutazione GaN in modalità potenziata (eGaN) e in modalità depletion cascode (d-GaN cascode).

(Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

Il commutatore eGaN è un transistor ad alta mobilità elettronica (HEMT) GaN normalmente "off" che funziona come un MOSFET standard, ma richiede più attenzione nella progettazione dei circuiti per il pilotaggio del gate. Si raccomanda l'uso di gate driver progettati appositamente per la commutazione di HEMT GaN. Il GaN in modalità depletion cascode utilizza un HEMT GaN in modalità depletion normalmente "on" in serie con un MOSFET al silicio in configurazione cascode. Il MOSFET al silicio controlla la commutazione su "on" e "off" dell'HEMT GaN nel commutatore cascode e quindi è possibile utilizzare gate driver MOSFET standard. Sono inoltre disponibili componenti che integrano HEMT GaN e la circuiteria associata per il pilotaggio del gate GaN.

(Immagine per gentile concessione di Infineon)

Applicazioni del GaN

L'uso del GaN nelle applicazioni di alimentazione ha registrato una crescita esponenziale e sempre più produttori offrono nuovi prodotti sul mercato. I vantaggi del GaN rispetto al silicio includono frequenze di commutazione più alte, perdite minori e dimensioni fisiche inferiori. Di conseguenza, gli ingegneri hanno più scelta in presenza di vincoli di spazio e quando devono progettare circuiti di alimentazione ad alta efficienza. Le applicazioni che traggono i maggiori vantaggi dal GaN sono quelle che richiedono efficienza elevata o hanno serie limitazioni di spazio. Alcuni esempi: server, prodotti di telecomunicazione, adattatori/caricabatterie, ricarica wireless e audio di Classe D.

Prodotti GaN

DigiKey offre FET, circuiti di pilotaggio e dispositivi integrati in GaN di produttori come EPC, Infineon, Navitas, Texas Instruments e transphorm.

EPC

(Immagine per gentile concessione di EPC)

EPC ha iniziato a offrire transistor GaN in modalità potenziata (eGaN®) nel 2009 e attualmente dispone di una vasta scelta di FET GaN e dispositivi GaN integrati. I FET sono disponibili sia come transistor singoli che come array. I transistor singoli hanno capacità nominali Vdss fino a 200 V e I_D continuo fino a 90 A (TA = 25 °C). Gli array di transistor sono disponibili in configurazione a sorgente comune doppia, semiponte e semiponte + bootstrap sincrono. I gate driver consigliati sono indicati nella How2AppNote 005 di EPC. EPC2152 è un driver a chip singolo con stadio di potenza a semiponte FET GaN che utilizza la tecnologia di CI GaN proprietaria di EPC. L'interfaccia logica di ingresso, la commutazione di livello, la carica bootstrap e i circuiti buffer di pilotaggio del gate insieme ai FET di uscita eGaN configurati come un semiponte sono integrati in un chip monolitico. Ciò si traduce in un dispositivo con fattore di forma LGA chip-scale di soli 3,9 x 2,6 x 0,63 mm.

I dispositivi di EPC sono forniti in contenitore chip scale e i transistor GaN sono molto più piccoli di quelli al silicio, di conseguenza gli ingombri totali sono decisamente inferiori, lo spazio occupato sulla PCB è minore e i costi sono ridotti. Il minor ingombro e le prestazioni migliori garantiti dal GaN permettono di progettare dispositivi non realizzabili con le maggiori dimensioni dei componenti al silicio. Per i FET e i CI di EPC sono disponibili kit di valutazione e dimostrativi comprendenti guide rapide, schemi, distinte base e file Gerber.

Infineon

Infineon offre dispositivi di alimentazione basati su semiconduttori con tecnologie al silicio (Si), carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN). Per quanto riguarda la tecnologia GaN, Infineon ha sviluppato i transistor di potenza GaN (normalmente "off") in modalità potenziata CoolGaN™ a 600 V e i gate driver in CI isolati a canale singolo EiceDRIVER™ per commutatori GaN ad alta tensione. I gate driver in CI EiceDRIVER™ 1EDF5673K, 1EDF5673F e 1EDS5663H sono altamente complementari ai FET di alimentazione CoolGaN™. I principali vantaggi della famiglia EiceDRIVER™ in GaN includono correnti di comando del gate positive e negative, capacità di mantenere la tensione di gate costantemente a zero durante la fase "off" e isolamento galvanico integrato.

(Immagine per gentile concessione di Infineon)

EVAL2500WPFCGANATOBO1 è una scheda di valutazione per la correzione del fattore di potenza totem-pole a ponte intero a 2500 W, che utilizza FET CoolGaN™ e driver in CI EiceDRIVER™ in GaN. La scheda di valutazione EVALAUDAMP24TOBO1 basata su HEMT GaN e-mode è un amplificatore di potenza audio a 2 canali, 225 W/canale (4 Ω a ±43 V) o 250 W/canale (8 Ω a ±63 V) a semiponte in classe D per sistemi audio Hi-Fi di fascia alta.

Navitas

Navitas offre circuiti integrati di potenza in GaN. I CI sono chip GaN monolitici che integrano un FET di alimentazione GaN, gate driver e logica. Avere tutto il circuito in un solo die offre vantaggi rilevanti in termini di dimensioni, velocità di commutazione, efficienza e semplicità di integrazione. NV6113, NV6115, NV6117, NV6123, NV6125 e NV6127 sono dispositivi a commutatore singolo utilizzabili in topologie come buck, boost, a semiponte e ponte intero. NVE031E è una scheda dimostrativa di alimentazione che utilizza NV6115.

Texas Instruments

Texas Instruments offre sia circuiti di pilotaggio GaN che dispositivi con stadio di potenza GaN integrati. I circuiti di pilotaggio garantiscono ai progettisti un'ampia flessibilità di scelta per quanto riguarda FET di uscita GaN, per rispondere a esigenze specifiche. I dispositivi con stadio di potenza integrati riducono al minimo l'induttanza parassita per migliorare le prestazioni di commutazione e occupare meno spazio sulla scheda.

I circuiti di pilotaggio GaN di Texas Instruments includono LMG1205, LMG1210, LMG1020, LMG1025 e LM5113-Q1. Il driver a semiponte LMG1205 è progettato per pilotare FET GaN in modalità potenziata sia high-side che low-side in configurazione a buck sincrono, boost o semiponte. LMG1210 ha le stesse funzionalità di LMG1205 ma offre migliori prestazioni di commutazione, tempi di inattività del resistore configurabili e un LDO interno per un intervallo VDD più ampio. Le schede di valutazione LMG12xx includono LMG1205HBEVM e LMG1210EVM-012. LMG1020 e LMG1025 sono circuiti di pilotaggio low-side singoli, progettati per pilotare FET GaN e MOSFET di livello logico in applicazioni ad alta velocità. Le schede di valutazione per questi dispositivi sono LMG1020EVM-006 e LMG1025-Q1EVM. Il driver a semiponte LM5113-Q1 è qualificato AEC-Q100 e progettato per pilotare FET GaN in modalità potenziata sia high-side che low-side o MOSFET al silicio in configurazione a buck sincrono, boost o semiponte per le applicazioni automotive. La relativa scheda di valutazione è LM5113LLPEVB.

(Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

I dispositivi in stadio di potenza integrati di Texas Instruments comprendono LMG3410, LMG3411 e LM5200. LMG3410 e LMG3411 integrano un FET GaN a 600 V, un circuito di pilotaggio e circuiteria di protezione. Le schede di valutazione LMG34xx includono LMG3411EVM-029, LMG34XX-BB-EVM, LMG3411EVM-018 e LMG3410EVM-018. LMG5200 integra due FET GaN a 80 V comandati da un circuito di pilotaggio FET GaN ad alta frequenza in configurazione semiponte. Le schede di valutazione per questo prodotto includono LMG5200EVM-02 e BOOSTXL-3PHGANINV.

transphorm

Infine, transphorm offre interruttori di alimentazione GaN basati su un MOSFET al silicio a bassa tensione normalmente "off" e un HEMT GaN ad alta tensione normalmente "on" in configurazione cascode.

(Immagine per gentile concessione di transphorm)

I dispositivi GaN di transphorm funzionano come FET ultraveloci con body diode a bassa carica. I vantaggi rispetto al silicio convenzionale sono bassa carica di recupero e tempi di recupero brevi. Gli interruttori garantiscono tempi di salita estremamente rapidi, inferiori ai 10 ns. Sono disponibili dispositivi a 650 V e 900 V e più schede di valutazione, tra cui convertitori c.a./c.c. e inverter c.c./c.a.

Altre risorse:

1 – La libreria di progetti di riferimento di DigiKey contiene svariati progetti basati su GaN.