GaN-FETs Prototyp bringt GaN-basierte Leistungselektronik voran

Redakteur: Gerd Kucera

Leistungselektronik-Designer können mit dem Prototyp einer vollintegrierten GaN-FET-Leistungsstufe zügig die Vorteile der GaN-Technik nutzen.

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Texas Instruments stellt das erste 80-V-Halbbrücken-GaN-FET-Modul der Industrie vor
Texas Instruments stellt das erste 80-V-Halbbrücken-GaN-FET-Modul der Industrie vor
(Bild: TI)

Die nach eigenen Angaben industrieweit erste 80-V/10-A-Leistungsstufe auf Basis von Galliumnitrid-Feldeffekttransistoren (GaN-FETs) stellt Texas Instruments vor. Das Modul besteht aus einem Hochfrequenz-Treiber und zwei GaN-FETs in einer Halbbrücken-Konfiguration. Das verwendete QFN-Gehäuse (Quad Flat No-leads) bringe die Voraussetzungen für ein einfaches Design mit.

Die neue GaN-FET-Leistungsstufe LMG5200 soll zu einer beschleunigten Verbreitung von GaN-Leistungswandler-Lösungen der nächsten Generation beitragen. Diese sorgen für mehr Leistungsdichte und Effizienz in Industrie- und Telekommunikations-Anwendungen, die durch hohe Frequenzen und beengte Platzverhältnissen gekennzeichnet sind.

Auf der vom 16. bis 18. März in Charlotte (North Carolina/USA) stattfindenden Applied Power Electronics Conference (APEC) wird die Leistungsstufe als Bestandteil einer digitalen 48-V-Stromversorgung zu sehen sein (Stand 1001).

„Zu den größten Hindernissen, die der Verwendung von GaN im Leistungselektronik-Design bisher im Weg standen, gehörten die Unsicherheiten hinsichtlich der Ansteuerung von GaN-FETs sowie die durch das Gehäuse und das Layout bedingten parasitären Effekte“, konstatiert Steve Lambouses, Vice President des High-Voltage Power Solutions Business bei Texas Instruments, „wir helfen den Leistungselektronik-Designern jetzt dabei, das Leistungspotenzial der GaN-Technologie in vollem Umfang auszuschöpfen, indem wir ihnen ein komplettes, zuverlässiges Leistungswandlungs-Ökosystem in die Hand geben, bestehend aus optimierten integrierten Modulen, Treibern und Hochfrequenz-Controllern in fortschrittlichen, designfreundlichen Gehäusen.“

GaN-typische Vorteile nutzbar machen

Bei der Verwendung von GaN-FETs, die mit hohen Frequenzen schalten, müssen Entwickler beim Leiterplatten-Layout besonders umsichtig sein, um Oszillationen und elektromagnetische Störabstrahlungen zu unterbinden. Der LMG5200 von TI als Prototyp einer doppelten 80-V-Leistungsstufe entschärfe dieses Problem deutlich. Gleichzeitig steigere er den Wirkungsgrad der Leistungsstufe, indem die parasitären Induktivitäten in der kritischen Gate-Treiber-Schleife reduziert werden. Der LMG5200 basiert auf fortschrittlicher Multichip-Packaging-Technologie und ist für Leistungswandler-Topologien mit Schaltfrequenzen bis zu 5 MHz optimiert.

Das laut TI einfach anzuwendende, 6 x 8 mm große QFN-Gehäuse benötigt kein Underfill, was die Fertigung entscheidend erleichtert. Der kleinere Footprint untermauert zusätzlich den Nutzen der GaN-Technologie und wird dazu beitragen, die Verbreitung GaN-basierter Leistungselektronik in vielen neuen Anwendungen voranzubringen. Die Palette reicht hier von neuen, hochfrequenten drahtlosen Lade-Lösungen bis zu 48-V-Telekommunikations- und Industrie-Designs.

Wichtige Eigenschaften und Vorteile des LMG5200 sind u.a.: um 25% geringere Verluste als entsprechende Si-Designs, geringe parasitäre Gehäuseinduktivitäten in der kritischen Gate-Treiber-Schleife erhöhen den Wirkungsgrad der Leistungsstufe, verbesserte dV/dt-Immunität, verringerte EMI, einfaches Layout und verbesserte Fertigungseigenschaften.

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