GaN-Leistungsalbleiter

Vorteile von GaN-FET-Modulen gegenüber Silizium-Pendants

Seite: 4/4

Effizienzsteigerung gegenüber Silizium

In Bild 5 ist der Effizienzunterschied zwischen einem 48-V/12-V-Abwärtswandler auf Basis des Bausteins LMG5200 und einem Abwärtswandler mit 80-V-Si-MOSFETs dargestellt. Während der LMG5200 mit 1 MHz schaltet, beträgt die Schaltfrequenz der Si-basierten Implementierung 250 kHz bzw. 800 kHz. Wie man sieht, bringt es der LMG5200 über den Lastbereich auf einen höheren Wirkungsgrad als die mit niedrigerer Frequenz (800 kHz anstatt 1 MHz) schaltende Silizium-Lösung.

Dies deutet auf die Tatsache hin, dass die Schalt- und Leitungsverluste in der GaN-FET-Leistungsstufe erheblich geringer sind als in dem MOSFET mit ähnlichen Kenndaten. Wird der auf Si-MOSFETs basierende Wandler auf eine Schaltfrequenz von 250 kHz umgerüstet, liegt er bei geringer Last erwartungsgemäß mit seinem Wirkungsgrad vorn. Sobald jedoch der Laststrom auf 4 A ansteigt, weist die GaN-FET-Leistungsstufe mit 1 MHz Schaltfrequenz einen deutlich höheren Wirkungsgrad auf.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Ein Vergleich der GaN-FET-Leistungsstufe mit der Silizium-Lösung mit 800 kHz ergibt, dass die Effizienz der GaN-FET-Leistungsstufe über einen weiten Laststrombereich hinweg deutlich größer ist, obwohl die Schaltfrequenz 1 MHz beträgt.

Vergleicht man den beobachteten Wirkungsgrad des hart geschalteten Abwärtswandlers mit den berechneten Ergebnissen, so stellt man fest, dass die Berechnungen innerhalb der Fehlermarge für das verwendete vereinfachte Modell liegen (Bild 6).

Zusammenfassung: GaN-Leistungs-FETs lassen sich aufgrund ihrer extrem geringen Gate-Ladung und Ausgangskapazität mit extrem hohen Frequenzen schalten, wobei deutlich niedrigere Schaltverluste und ein höherer Wirkungsgrad als bei Silizium-FETs zu verzeichnen sind.

Die 80-V-GaN-FET-Leistungsstufe LMG5200, wurde für Anwendungen optimiert, die hohe Effizienz und/oder kleinen Abmessungen erfordern. Das fortschrittliche Gehäuse vereinfacht die Fertigung und das Leiterplatten-Design erheblich und senkt gleichzeitig die Kosten. Der Baustein LMG5200 kann die Leistungsfähigkeit einer breiten Vielzahl von Anwendungen verbessern helfen und zusätzlich die Umstellungsrisiken verringern.

* Narendra Mehta ist Senior Systems Engineer GaN Products High Voltage Power Solutions bei Texas Instruments, Santa Clara.

(ID:43620262)