最新の GaN IC により、速度、効率、電力密度が向上

Apr 08, 2024

窒化ガリウム (GaN) テクノロジーは、その高速スイッチング速度、優れた熱伝導率、低いオン抵抗のおかげで、パワー半導体業界で注目を集めています。 半導体企業は引き続き GaN テクノロジーを活用して、幅広いアプリケーションでの使用に適した効率的なパワーデバイスを製造しています。

この記事では、最近市場に導入された最新の GaN デバイスをまとめます。

STMicroelectronics (ST) は、VIPerGaN100 と VIPerGaN65 という 2 つの VIPerGaN 高電圧パワーコンバータを発表しました。 VIPerGaN ファミリのパワーコンバータは、高電子移動度トランジスタ (HEMT) と高度なパルス幅変調器 (PWM) コントローラーを統合し、より高い電力密度、より高い効率、PCB サイズとコストの削減を実現します。

STによれば、これらの新しいデバイスは、シングルスイッチの中電力準共振（QR）フライバックコンバータの設計要件を満たすことを目的としているという。 VIPerGaN100 は出力 100 W のフライバック コンバータの要件を満たしますが、VIPerGaN65 は出力 65 W のフライバック コンバータ用に特別に製造されています。

VIPerGaN デバイスには 650 V エンハンスメント モード GaN パワー トランジスタが組み込まれており、準共振モードでの動作をサポートします。 擬似共振モードのブレンド、ダイナミック ブランキング時間のサポート、およびバレー同期のサポートがすべて組み合わされて、スイッチング損失が削減されます。 これらの機能は、あらゆる入力ラインと負荷条件下で全体的な効率も向上すると同社は述べています。

STによれば、パワーコンバータは、過電圧保護、過熱保護(OTP)、過負荷保護(OLP)、ブラウンイン/アウト保護などを含む堅牢な安全性および保護メカニズムを備えており、高い信頼性と保護を実現するために最適化されているとのことです。

2 つのデバイスは 5 mm × 6 mm QFN パッケージで提供されます。 これらの高電圧コンバータの対象アプリケーションには、USB-PD 充電器用のスイッチモード電源 (SMPS)、スマート ビルディング コントローラ、家電製品、空調、スマート メータリング、照明、その他の産業用アプリケーションが含まれます。

一方、STは、このパワーコンバータは世界的な省エネとネットゼロ炭素排出の仕様を満たすように製造されているため、環境に優しいと述べています。 詳細については、VIPerGaN100 および VIPerGaN65 のデータシートを参照してください。

DC-DC 電源アプリケーションでのシームレスな電力変換の実現を目指して、EPC は、ePower Stage IC ポートフォリオに GaN ベースのパワーステージ IC デバイスのペアを発表しました。 機能デバイスには、入力ロジック インターフェイス、レベル シフト、ブートストラップ充電、ゲート ドライブ バッファー回路が含まれます。 GaN ベースの出力電界効果トランジスタ (FET) も含まれています。

同社によれば、統合されたパワーステージICにより、設計者は堅牢なパワーデバイスとソリューションのレイアウトと設計が容易になるという。 また、PCB 上のスペースを節約し、全体的な効率とパフォーマンスを向上させるのにも役立ちます。

EPCによると、同社のEPC23103とEPC23104は、データセンター、モータードライブ、クラスDオーディオアンプのさまざまな電力要件に合わせて設計を簡素化しながら、電力密度を向上させるように設計されているという。

新しいパワーステージ IC は、内部ハイサイドおよびローサイド FET と統合されたハーフブリッジ ゲート ドライバーで構成されています。 同社によると、FETは同社独自のGaN IC技術を採用することでハーフブリッジゲートドライバと統合されているという。

このデバイスは低いオン抵抗を誇ります。 そのため、EPC23103のハイサイドおよびローサイドFETのドレイン・ソース間オン抵抗は7.6mΩですが、EPC23104のハイサイドおよびローサイドFETにおけるドレイン・ソース間オン抵抗は11mΩです。

オン抵抗が低いため、高速なスイッチング速度が保証されます。 2 つのデバイスは 100 V の最大入力電圧をサポートし、80 V の最小電圧で快適に動作できますが、EPC23103 のパワーステージ負荷電流は 25 A、EPC23104 のパワーステージ負荷電流は 15 A です。

デバイスは 3.5 mm × 5 mm QFN パッケージにパッケージされています。 デバイスの熱強化された QFN パッケージにより、接合部から上面ヒートシンクまでの熱抵抗を低く抑えることができます。 詳細については、EPC23103 および EPC23104 のデータシートを参照してください。