In de hedendaagse elektronische wereld zijn stroomomvormers nodig voor alles, van medische apparaten, opladers voor telefoons en laptops tot hulpvoedingen. De steeds kleiner wordende verpakkingsgrootte, het thermische beheer, de variabele ingangsspanning en intelligente laadprotocollen hebben het ontwerp van voedingen en omvormers steeds complexer gemaakt, terwijl er ook hogere eisen worden gesteld aan de energie-efficiëntie.
In het afgelopen decennium zijn er nieuwe schakeltechnologieën ontstaan die gebruik maken van galliumnitride (GaN) op de chip geïntegreerde schakelingen (IC's). De kenmerken van galliumnitridecircuits variëren op atomair niveau, dus ontwerpers van stroomomvormers worden geconfronteerd met zowel uitdagingen als oplossingen.
GaN-halfgeleiders hebben een grote bandafstand; Bij 3,4 eV is de bandafstand ruim drie keer zo groot als die van siliciumhalfgeleiders. Net als andere materialen met een grote bandafstand kunnen GaN-halfgeleiders werken bij hogere spanningen en temperaturen tot +400 ° C, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met een hoger vermogen, maar ook bij hogere frequenties, waardoor ze geschikt zijn voor radiofrequentie (RF) en 5G-toepassingen.
Vergeleken met silicium IC's optimaliseren GaN-geïntegreerde schakelingen transistorgerelateerde verliezen zoals serie-impedantie (RDS (ON)) en parallelle capaciteit (COSS) met kleinere externe afmetingen in toepassingen voor stroomomvormers. Binnen dezelfde footprint als silicium IC's kunnen GaN IC's niet alleen hogere frequenties verwerken, maar genereren ze ook minder warmte. Met deze functie kunnen ontwerpers omvangrijke koellichamen verkleinen of elimineren.
De besturing van GaN-transistors kan echter een uitdaging zijn. Dit type transistor is bestand tegen hoge frequenties, wat betekent dat de besturingsdriver fysiek dicht bij de transistor moet worden geplaatst om vertraging te elimineren en de schakelsnelheid van de transistor effectief te verminderen, waardoor onnodige elektromagnetische interferentie (EMI) wordt vermeden. Ontwerpers van stroomomvormers die GaN gebruiken, elimineren deze uitdagingen door één enkel apparaat te gebruiken dat een hoogspanningsschakelaar voor de primaire zijde (ingang) en een besturings-IC en feedbackcircuit voor de secundaire zijde (uitgang) combineert.
Gedetailleerde kenmerken van de schakelaarbediening
Power Integrations maakt gebruik van PowiGaN™ InnoSwitch 3-technologie en heeft meerdere series van dergelijke verpakte apparaten ontwikkeld. De InnoSwitch 3-CP-serie conversieschakelaar-IC (Afbeelding 1) gebruikt bijvoorbeeld een quasi-resonante (QR) flyback-controller om constante spanning (CV)/constante stroom (CC) uitgangen te leveren om een constante vermogenscurve (CP) te bereiken.
De primaire en secundaire zijde van het IC zijn elektrisch geïsoleerd, maar de uitgangsspanning en stroominformatie worden via inductieve koppeling van de secundaire controller naar de primaire controller verzonden. FluxLink-communicatietechnologie kan snel nauwkeurige informatie leveren om een snelle respons op belastingstransiënten te bereiken en frequenties tot 70 kHz te schakelen.