MasterGaN de STMicroelectronics, una plataforma que integra controladores de medio puente basados en tecnología de silicio, se ha optimizado aún más al agregar un par de transistores de potencia de nitruro de galio. En una entrevista con Power Electronics News, ST enfatizó cómo la nueva plataforma es hasta un 80% más pequeña y liviana, y triplica el tiempo de recarga, pero sobre todo, el mercado simplifica los diseños optimizando el tiempo de comercialización.
MasterGaN combina silicio y GaN para acelerar la creación de la próxima generación de cargadores de batería y adaptadores de corriente compactos y eficientes para aplicaciones industriales y de consumo de hasta 400 W. eficiencia. ST enfatiza que la integración de GaN con el controlador simplifica el diseño y proporciona niveles más altos de rendimiento.
mercado de GaN
Los transistores GaN se encuentran entre los componentes “más geniales” que existen en la actualidad. La baja resistencia de unión permite una baja pérdida de energía a bajas temperaturas, incluso a altas temperaturas y condiciones extremas. Esta es una de las principales razones del uso generalizado de este material en muchos campos importantes donde la necesidad de altas corrientes es un gran privilegio.
El mercado actual de GaN generalmente está impulsado por transistores de potencia discretos y circuitos integrados de accionamiento, lo que requiere que los diseñadores aprendan nuevas técnicas de empaque para lograr el mejor rendimiento. El enfoque MasterGaN de ST tiene como objetivo reducir el tiempo de comercialización al tiempo que simplifica el ensamblaje, reduce el número de componentes y mejora la confiabilidad mientras mantiene un rendimiento eficiente en un espacio más pequeño. ST dice que la tecnología GaN y los beneficios de los productos, cargadores y adaptadores integrados de ST pueden reducir el tamaño y el peso de las soluciones estándar basadas en Si en un 80 % y un 70 %, respectivamente.
En los transistores de potencia GaN, hay dos parámetros del componente donde la temperatura juega un papel importante: RSD (activado) Hay pérdidas operativas asociadas y transconductancia y pérdidas de conmutación asociadas. Hay muchas razones para mantener una temperatura baja.
- Para evitar la fuga térmica en las peores condiciones de funcionamiento
- para reducir las pérdidas en general
- Mejorar el rendimiento y la eficiencia del sistema
- Para aumentar la densidad de potencia del sistema
- Para mejorar la confiabilidad del circuito
solución de ST
La plataforma MASTERGAN1 de ST contiene dos transistores de potencia GaN de medio puente con controladores de silicio integrados de lado alto y lado bajo. Esta plataforma utiliza un controlador de puerta de medio puente de 600 V y un transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) normalmente apagado.
Debido a su alta movilidad de electrones, los transistores de GaN pueden cambiar en aproximadamente una cuarta parte del tiempo que los MOSFET de Si. Además, las pérdidas por conmutación son aproximadamente del 10% al 30% de las pérdidas por conmutación de los transistores de silicio en un modo de operación dado. Como resultado, los HEMT de GaN pueden funcionar a frecuencias mucho más altas que los MOSFET e IGBT de Si. Para que los HEMT de GaN funcionen correctamente, los proveedores de chips deben agregar redes de polarización integradas en el dispositivo.
El uso de GaN en aplicaciones como convertidores de potencia permite mejoras significativas con respecto a las soluciones tradicionales basadas en silicio. Mejor eficiencia energética, tamaño más pequeño, peso más ligero y menor costo total.
El poder incorporado de MasterGaN GaN tiene RSD (activado) El lado alto de los controladores de puerta internos se puede alimentar fácilmente desde el diodo de arranque interno.
Diagrama de bloques de MasterGaN1
Placa de desarrollo MasterGaN1 (Fuente: STMicroelectronics)
El MASTERGAN1 tiene protección contra el mal funcionamiento en condiciones peligrosas o de baja eficiencia y una función de interbloqueo evita las condiciones de conducción cruzada. Las entradas lógicas son compatibles con señales de 3,3 V a 15 V, lo que facilita la conexión con microcontroladores y varios sensores.
Estos dispositivos se ofrecen como productos de medio puente compatibles con pines que permiten a los ingenieros ampliar sus proyectos con cambios mínimos de hardware. Aprovechando la baja pérdida de potencia y la ausencia de la característica de recuperación del diodo del cuerpo de los transistores de GaN, estos productos ofrecen aplicaciones de alto nivel y alta eficiencia, como flyback o forward con sujeción activa, resonancia y tótem PFC sin puente. en topologías. , y otras topologías de conmutación flexibles y duras utilizadas en convertidores CA/CC y CC/CC.
La placa EVALMASTERGAN1 le permite caracterizar MASTERGAN1 y crear rápidamente nuevas topologías sin necesidad de un diseño de PCB completo. La placa proporciona un generador de tiempo muerto programable integrado con una sola fuente de alimentación VCC (tipo 6 V). Un regulador de voltaje lineal integrado de 3,3 V alimenta la lógica como un microcontrolador o FPGA. La placa ofrece oportunidades de personalización, como el uso de diodos de arranque externos, fuentes de alimentación separadas para diferentes soluciones y resistencias de derivación de lado bajo para topologías de corriente máxima.