Los últimos circuitos integrados de GaN generan más velocidad, eficiencia y densidad de potencia

Apr 08, 2024

Gracias a su rápida velocidad de conmutación, buena conductividad térmica y baja resistencia, la tecnología de nitruro de galio (GaN) ha ganado terreno en la industria de los semiconductores de potencia. Las empresas de semiconductores continúan aprovechando la tecnología GaN para fabricar dispositivos de energía eficientes adecuados para su uso en una amplia gama de aplicaciones.

En este artículo, reunimos la última generación de dispositivos GaN que se han introducido recientemente en el mercado.

Por su parte, STMicroelectronics (ST) presentó dos convertidores de potencia de alto voltaje VIPerGaN, a saber: el VIPerGaN100 y el VIPerGaN65. La familia VIPerGaN de convertidores de potencia integra un transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) y un controlador avanzado de modulador de ancho de pulso (PWM) para lograr una mayor densidad de potencia, mayor eficiencia y un tamaño y costo de PCB reducidos.

ST dice que estos nuevos dispositivos están destinados a cumplir con los requisitos de diseño de los convertidores flyback cuasi-resonantes (QR) de potencia media de un solo interruptor. El VIPerGaN100 cumple con los requisitos de los convertidores flyback con una potencia de salida de 100 W, mientras que el VIPerGaN65 se fabrica específicamente para convertidores flyback con una potencia de salida de 65 W.

Los dispositivos VIPerGaN incorporan un transistor de potencia GaN en modo mejorado de 650 V y admiten el funcionamiento en modo cuasi-resonante. La combinación de modo cuasi-resonante, soporte para tiempo de supresión dinámica y soporte para sincronización de valle se combinan para reducir la pérdida de conmutación. Esas características también aumentan la eficiencia general en todas las condiciones de carga y línea de entrada, afirma la empresa.

Según ST, los convertidores de potencia están optimizados para una alta confiabilidad y protección, ya que cuentan con sólidos mecanismos de seguridad y protección que incluyen protección contra sobretensión, protección contra sobretemperatura (OTP), protección contra sobrecarga (OLP), protección contra caídas de tensión, etc.

Los dos dispositivos se ofrecen en paquetes QFN de 5 mm × 6 mm. Las aplicaciones objetivo de estos convertidores de alto voltaje incluyen fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) para cargadores USB-PD, controladores de edificios inteligentes, electrodomésticos, aire acondicionado, medición inteligente, iluminación y otras aplicaciones industriales.

Mientras tanto, ST dice que los convertidores de energía son ecológicos porque están fabricados para cumplir con las especificaciones de ahorro de energía global y emisiones netas de carbono cero. Hay más información disponible en las hojas de datos de VIPerGaN100 y VIPerGaN65.

Con el objetivo de permitir una conversión de energía perfecta en aplicaciones de energía CC-CC, EPC ha anunciado un par de dispositivos IC de etapa de potencia basados ​​en GaN en su cartera ePower Stage IC. Las características de los dispositivos incluyen una interfaz lógica de entrada, cambio de nivel, carga de arranque y circuitos de buffer de accionamiento de puerta. También se incluyen transistores de efecto de campo (FET) de salida basados ​​en GaN.

La compañía dice que el IC de etapa de potencia integrado permite a los diseñadores realizar diseños y diseños sencillos de soluciones y dispositivos de potencia robustos. También ayuda a ahorrar espacio en la PCB y a aumentar la eficiencia y el rendimiento generales.

EPC dice que sus EPC23103 y EPC23104 fueron diseñados para aumentar la densidad de potencia y al mismo tiempo simplificar los diseños para diferentes requisitos de energía en centros de datos, unidades de motor y amplificadores de audio de clase D.

Los nuevos circuitos integrados de etapa de potencia comprenden un controlador de puerta de medio puente integrado con FET internos de lado alto y lado bajo. Según la empresa, los FET se integran con el controlador de puerta de medio puente empleando la tecnología GaN IC patentada internamente por la empresa.

Los dispositivos cuentan con una baja resistencia. Como tal, el EPC23103 tiene una resistencia de fuente de drenaje de 7,6 mΩ en los FET del lado alto y bajo, mientras que el EPC23104 tiene una resistencia de fuente de drenaje de 11 mΩ en los FET del lado alto y bajo.

La baja resistencia garantiza una velocidad de conmutación rápida. Aunque los dos dispositivos admiten un voltaje de entrada máximo de 100 V y pueden operarse cómodamente con un voltaje mínimo de 80 V, el EPC23103 tiene una corriente de carga de la etapa de potencia de 25 A, mientras que el EPC23104 tiene una corriente de carga de la etapa de potencia de 15 A.

Los dispositivos están empaquetados en un paquete QFN de 3,5 mm × 5 mm. El empaque QFN térmicamente mejorado del dispositivo permite una baja resistencia térmica desde la unión hasta el disipador térmico superior. Puede encontrar más información en las hojas de datos del EPC23103 y el EPC23104.

Dado que los dispositivos GaN son conocidos por sus rápidas velocidades de conmutación, el control de estas velocidades se ha convertido en un desafío para los diseñadores. Al mismo tiempo, existe una necesidad creciente de desarrollar soluciones eléctricas miniaturizadas mediante conmutación de alta velocidad. Con todo eso en mente, Rohm Semiconductor ha presentado una tecnología IC de control de alta velocidad que no solo controlaría la velocidad sino que también aceleraría el rendimiento de los dispositivos GaN.

La tecnología IC de control incorpora la tecnología Nano Pulse Control de la empresa. Nano Pulse Control es una tecnología de fuente de alimentación analógica que permite la conversión de alto voltaje a bajo voltaje utilizando un solo IC. Es importante destacar que esta conversión se realiza rápidamente en nanosegundos.

Según la empresa, la tecnología de circuitos integrados de control está diseñada para circuitos integrados de suministro de energía en un intento de mejorar el ancho del pulso de control. En consecuencia, la empresa encontró un gran avance al mejorar significativamente el ancho de pulso de control de los circuitos integrados de potencia de 9 ns a un récord de la industria de 2 ns. Además, Rohm afirma que la energía se conserva en gran medida cuando se utilizan dispositivos EcoGaN con el Control IC.

Los ingenieros pueden utilizar la nueva tecnología IC de control de Rohm para reducir voltajes altos de hasta 60 V a voltajes bajos de hasta 0,6 V. Todo esto se puede hacer utilizando un IC de fuente de alimentación única en aplicaciones de alimentación de 24 V y 48 V. Rohm dice que está trabajando para que su tecnología IC de control DC-DC de 1 canal y 100 V esté disponible comercialmente en la segunda mitad de 2023.