Los dispositivos semiconductores de potencia que utilizan GaN o SiC están reemplazando gradualmente a los dispositivos basados en silicio. Los transistores de potencia GaN permiten el desarrollo de soluciones de almacenamiento de energía más simples y eficientes. Más de US $ 3 mil millones para 2025 Estará fuertemente impulsado por las tendencias en energías renovables y vehículos eléctricos. Vivimos en un mundo en el que prevalecen cada vez más los centros de datos, los vehículos eléctricos y los motores industriales. Todos necesitan desafíos relacionados con la energía en la conversión de energía.
A Mauricio di Paolo EmilioEditor de EEWEB
De hecho, el uso de nitruro de galio permite construir una fuente de alimentación más eficiente que una fuente de alimentación basada en silicio, utilizando menos componentes para entregar corrientes más altas, lo que reduce significativamente el tamaño del cargador.
Junto con Paul Wiener, vicepresidente de marketing estratégico de GaN Systems, me gustaría abordar este problema y destacar los desafíos y el futuro de GaN. basado en GaN Brindamos diversas soluciones en diversos campos industriales, incluido el campo automotriz.
La tecnología GaN tiene el potencial de ser la solución clara e indiscutible para hoy y mañana para una variedad de aplicaciones. ¿Qué importancia tiene GaN? Comparación con otros materiales de banda prohibida ancha. ¿Qué espera que evolucione el mercado con el uso de la tecnología GaN?
Los requisitos de energía están aumentando en todos los mercados, y se espera que los requisitos de energía global crezcan de 25 000 TWh en la actualidad a 38 000 TWh en 2050. A nivel sectorial, los 8 millones de centros de datos del mundo utilizan del 2 al 3 % del uso de energía global, los motores industriales consumen el 30 % y para 2040 representarán el 5 % del consumo de energía global. GaN reduce las pérdidas en todos estos sistemas.
GaN es clave para impulsar la innovación en semiconductores de potencia. GaN cumple con los requisitos de los nuevos dispositivos para aumentar la potencia y el rendimiento, aumentar la eficiencia y reducir el tamaño.
En comparación con los semiconductores de banda prohibida ancha como el SiC, el GaN ofrece resultados más favorables en términos de costo y disponibilidad de materiales, rendimiento y oportunidades de diseño para los requisitos de baja y media tensión.
Los sistemas construidos con GaN ofrecen densidades de potencia significativamente más altas que los de SiC. Las ventajas incluyen carga de compuerta baja, recuperación inversa cero y capacitancia de salida plana, todo lo cual da como resultado un rendimiento de conmutación de alta calidad. Se puede esperar que los precios de GaN compitan fácilmente con el silicio con el tiempo, especialmente porque GaN se fabrica en obleas de silicio.
Ahora estamos viendo la próxima evolución de energía en GaN. Hace algunos años, GaN estaba en laboratorios universitarios, pero hoy en día, empresas destacadas como Denso, Sonnen y Supermicro explican cómo los semiconductores de potencia de GaN pueden mejorar sus sistemas. Muchas empresas están aprovechando los beneficios de GaN en sus productos de producción. Además, el ecosistema GaN es mucho más fuerte. Se muestra claramente una mejor comprensión de los controladores e imanes y cómo se utilizan.
¿Cuáles son los desafíos futuros que afectan las soluciones de energía y cómo planea evolucionar su conjunto de productos para enfrentar estos desafíos?
Si bien los dispositivos que usan GaN están comenzando a estar disponibles comercialmente, todavía hay espacio para la innovación de productos que usan estos voltajes. Por lo tanto, los dispositivos GaN de 100 V y 650 V satisfacen las demandas actuales y a corto plazo en los sistemas de energía.
También existe la necesidad continua de ser más eficientes, más pequeños y más baratos. Esto requiere una innovación continua en el diseño de productos y la tecnología de envasado. Además, el ecosistema crea controladores e imanes que aprovechan el rendimiento en constante mejora de GaN..
¿Qué importancia tiene la gestión térmica en las aplicaciones de energía? ¿Puede dar un ejemplo?
La gestión térmica es muy importante. La alta eficiencia en los sistemas de alta potencia siempre es un tema clave. Los clientes buscan a GaN para ayudarlos. Por ejemplo, en un sistema de 20 kW con un sistema basado en MOSFET de silicio, una eficiencia del 95 % significa que 1000 W se desperdician como calor en lugar de usarse como energía. GaN puede reducir las pérdidas en un 50%, reduciendo el costo y el área requerida para la gestión térmica.
Nos ocupamos de esto de diferentes maneras. Primero, hay un paquete integrado para el chip que maximiza la potencia de salida extrayendo calor del dispositivo de manera eficiente. También hemos desarrollado un sistema IMS (sustrato de metal aislado) para que nuestros dispositivos controlen aún más el calor en aplicaciones de alta potencia. Finalmente, para nuestros dispositivos de corriente más alta, incluido el dispositivo de 150 A lanzado recientemente, este componente se vende como un producto troquelado, lo que permite a las empresas de módulos de potencia empaquetarlo directamente en su producto de módulo para una gestión térmica máxima.
Recursos: diseños y soluciones – Paquete GaNPX®otras notas de la aplicación: Guía de diseño térmico de PCB para potencia en modo de mejora de GaN; Diseño térmico de los dispositivos empaquetados GaNPX®-T refrigerados por la parte superior de GaN Systems
La solución de montaje térmico de medio puente de sustrato metálico aislado (IMS) de GaN Systems ofrece flexibilidad de diseño y escalabilidad con tres configuraciones de nivel de potencia de hasta 1,5 kW (GS66504B), 3 kW (GS66508B) y 6 kW (GS66516B). La placa de controlador optimizada tiene la resistencia térmica del sistema más baja y, por lo tanto, la densidad de potencia más alta. Este diseño también reduce los pasos de ensamblaje y los costos de material (Figura 1).
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