No pase por alto los beneficios térmicos de las fuentes de alimentación de alta eficiencia de GaN

Al considerar las fuentes de alimentación de CA/CC externas para nuevas aplicaciones, los diseñadores a menudo optan por componentes a base de silicio (Si) a pesar de las propiedades eléctricas superiores y la eficiencia de las alternativas a base de nitruro de galio (GaN). Eso puede deberse a suposiciones de larga data con respecto a la rentabilidad o porque ha sido por mucho tiempo la opción por defecto. Sin embargo, se pueden estar pasando por alto los requisitos de enfriamiento reducidos de las opciones a base de GaN.

Los semiconductores de Si han sido el pilar de la industria de la electrónica desde la segunda mitad del siglo XX. El GaN se sintetizó en la década de 1930, pero tardó mucho más tiempo en ganar aprobación, con la primera aplicación general en diodos emisores de luz a principios de la década de 1990, y un uso más amplio después de volverse comercialmente viable para fabricar transistores de GaN como alternativas a los transistores metal-óxido-semiconductores de efecto de campo (MOSFET).

Aun así, el Si seguía rigiendo el dominio de las fuentes de alimentación de CA/CC. Al utilizar procesos de fabricación mejor establecidos, los proveedores podían ofrecer más transistores de silicio dentro de los límites de costos de los diseñadores de productos, pero los componentes a base de Si se encuentran con limitaciones de rendimiento y térmicas, lo cual da lugar a una mayor consideración de las alternativas de GaN.

Con una movilidad de electrones más alta y una amplia banda energética, las fuentes de alimentación que utilizan GaN pueden funcionar a frecuencias más altas con una mayor eficiencia y en factores de forma más pequeños.

Beneficios del GaN en las fuentes de alimentación

Los transistores de GaN cuentan con resistencia y pérdidas de conmutación más bajas que los transistores de Si; por esto, conmutan más rápido y desperdician menos energía. Tienen una mejor conductividad térmica y pueden funcionar a temperaturas más altas que los transistores de silicio. Esto permite reducir la necesidad de componentes de enfriamiento voluminosos y ruidosos, como los disipadores de calor, los marcos o los ventiladores.

Al reducir componentes, se mejora la confiabilidad y esto permite unidades de potencia más compactas que pueden ahorrar espacio valioso al diseñar nuevas aplicaciones. Las unidades de potencia más pequeñas y más confiables son ideales para una amplia gama de aplicaciones que requieren soluciones de energía de alto rendimiento y bajo ruido.

Las fuentes de alimentación de CA/CC a base de GaN externas pueden usarse en aplicaciones como las siguientes:

• Dispositivos médicos donde las fuentes de alimentación deben ser eficientes, confiables y silenciosas
• Equipo industrial para uso resistente, duradero y adaptable en robots, sensores o controladores
• Electrónicos de consumidor para alimentar dispositivos rápidos, livianos y portátiles
• Sistemas de juego con fuentes de alimentación, consolas y auriculares VR envolventes y geniales

Fuentes de alimentación de GaN variadas de las marcas Bel

Soluciones de energía Bel , parte de Bel Fuse Inc., ha estado expandiendo sus ofertas en el mercado de fuentes de alimentación de CA/CC a base de GaN bajo las marcas EOS Power y CUI Inc. , todo parte del grupo Bel. Estas marcas ofrecen una cartera de fuentes de alimentación que utilizan tecnología de GaN que apunta a lograr una mayor densidad de energía y una eficiencia mejorada a comparación de sus equivalentes de MOSFET de silicio.

EOS es conocido por sus fuentes de alimentación ultrapequeñas. El EPG300/MEPG300 (Figura 1) y el EPG500/MPEG500 fueron presentados para aplicaciones que requerían una pérdida de energía mínima y una administración térmica fácil, como aplicaciones de RF, sistemas 5G y control de procesos industriales.

Figura 1: El factor de forma de las fuentes de alimentación EPG300 y MEPG300. (Fuente: EOS Power)

Tanto las fuentes de alimentación de CA/CC EPG300 como las MEPG300 están disponibles en seis voltajes de una sola salida que varían de 12 V a 58 V, con una eficiencia de hasta 94 %. El EPG300-1312, por ejemplo, es una fuente de alimentación de 12 V de salida y de marco abierto con dimensiones de 4.00 pulg. x 2.00 pulg. x 1.47 pulg. (101.6 mm x 50.8 mm x 37.3 mm).

El MEPG300-1312 y otros modelos de esa línea están específicamente diseñados para aplicaciones médicas, incluyendo camas de hospital, equipos de imágenes, dispositivos de monitoreo, dispositivos quirúrgicos y equipos de diagnóstico. Han sido creados según los estándares médicos más recientes (EN/IEC 60601-1) y tienen opciones de aislamiento de 2 MOPP para aplicaciones de Clase I.

Las fuentes de alimentación de CA/CC EPG500 y MEPG500 (Figura 2) ofrecen hasta 500 W de potencia de salida regulada en un rango de entradas amplio de 90 VCA a 264 VCA. Ambos están disponibles en seis voltajes de una sola salida que varían de 12 V a 58 V, con dimensiones de 5.00 pulg. x 3.00 pulg. x 1.58 pulg. (127.0 mm x 76.2 mm x 40.0 mm).

Figura 2: El factor de forma de las fuentes de alimentación EPG500/MEPG 500. (Fuente de la imagen: EOS Power)

Las fuentes de alimentación de CA/CC de escritorio de GaN de las series SDI120-U, SDI300G-U y SDI300G-UR de CUI de 120 W y 300 W están diseñadas para una variedad de aplicaciones portátiles industriales y para el consumidor.

El CUI SDI120G-24-U-P51 (Figura 3), una fuente de alimentación de escritorio de GaN de 24 V de salida, mide 5.20 pulg. x 2.01 pulg. x 1.26 pulg. (132.0 mm x 51.0 mm x 32.0 mm). Puede suministrar hasta 120 W de potencia continua y cumple con los estándares de eficiencia de nivel VI del Departamento de Energía de EE. UU.

Figura 3: La fuente de alimentación de escritorio SDI120G-24-U-P51. (Fuente: CUI, Inc.)

El SDI300G-48-U2-P219 es ideal para una variedad de aplicaciones que requieren una solución de energía de CA/CC de alta potencia, eficiente y compacta. Con medidas de 7.20 pulg. x 3.35 pulg. x 1.38 pulg. (183.0 mm x 85.0 mm x 35.0 mm), ofrece una salida de 48 V a 6.25 A (máx).

La serie SDI300G-UR de CUI tiene una clasificación IEC de Clase II, con una entrada de tres puntas (C18), mientras que las series SDI300G-U (Figura 4) y SDI120G-U cuentan con una entrada de dos puntas (C14).

Figura 4: Factor de forma de fuente de alimentación de escritorio de CA/CC de la serie SDI300G-UR de dos puntas de CUI (Fuente: CUI, Inc.)

Conclusión

Con fabricantes de productos que exigen constantemente soluciones de energía más compactas y eficientes, el GaN es una opción cada vez más atractiva para nuevas aplicaciones electrónicas en los sectores de electrónicos de consumidor, telecomunicaciones y automotriz, entre otros. Las marcas Bel ofrecen a los diseñadores de productos una gama de opciones para aplicaciones que requieren una conversión de energía de CA/CC confiable, eficiente y compacta con beneficios de enfriamiento añadidos.

Referencias:

– https://www.edn.com/a-brief-history-of-gallium-nitride-gan-semiconductors/