Recursos y productos de potencia de GaN disponibles en DigiKey

El contenido técnico relacionado con el GaN aparece cada vez con más frecuencia en mi bandeja de entrada y en las secuencias de medios que sigo. Gran parte del contenido analiza los beneficios de la eficiencia energética y la reducción de tamaño del GaN en comparación con el silicio tradicional. El GaN está incursionando en el diseño de energía desde la carga inalámbrica hasta la infraestructura de telecomunicaciones, por lo que pensé que sería útil proporcionar algunos antecedentes y un panorama general de algunos recursos y productos de GaN relevantes disponibles en DigiKey.

¿Qué es el GaN?

El nitruro de galio (GaN) es un material semiconductor de salto energético amplio que proporciona una alta movilidad de electrones. A nivel de transistores, el GaN proporciona una corriente más alta, una velocidad de conmutación más rápida y un tamaño físico más pequeño que los transistores de silicio convencionales. Las arquitecturas del interruptor de GaN en modo de agotamiento de cascode (cascode d-GaN) y de GaN en modo de mejora (e-GaN) también están disponibles.

(Fuente de la imagen: Texas Instruments)

El interruptor de e-GaN es un transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) de GaN normalmente apagado que funciona como un MOSFET normal, pero que requiere más atención al diseño del circuito de controlador de compuerta. Se recomiendan controladores de compuerta específicamente diseñados para conmutar los HEMT de e-GaN. El interruptor de GaN en modo de agotamiento de cascode utiliza un HEMT de GaN en modo de agotamiento normalmente encendido en serie con un MOSFET de silicio en una estructura de cascode. El MOSFET de silicio controla el encendido y el apagado del HEMT de GaN en el interruptor de cascode para que se puedan utilizar los controladores de compuerta MOSFET estándar. También están disponibles las piezas que integran un HEMT de GaN y los circuitos de controlador de compuerta de GaN asociados.

(Fuente de la imagen: Infineon)

Aplicaciones del GaN

El uso del GaN en aplicaciones de energía ha crecido significativamente a medida que más proveedores ofrecen productos al mercado. Las ventajas del GaN sobre el silicio incluyen mayores frecuencias de conmutación, menores pérdidas y menor tamaño físico. Esto se traduce en que los ingenieros tienen más opciones cuando diseñan circuitos de potencia de espacio limitado y altamente eficientes. Las aplicaciones que más se benefician del GaN son aquellas que requieren alta eficiencia o un espacio físico estrecho. Los mercados incluyen servidores, telecomunicaciones, adaptadores y cargadores, carga inalámbrica y audio de clase D.

Productos de GaN

En DigiKey están disponibles FET de GaN, controladores y dispositivos integrados. Los fabricantes incluyen EPC, Infineon, Navitas, Texas Instruments y Transphorm.

EPC

(Fuente de la imagen: EPC)

Desde la distribución de transistores comerciales de GaN en modo de mejora (eGaN®) en 2009, EPC ahora ofrece una amplia selección de FET de GaN y dispositivos de GaN integrados. Los FET están disponibles en transistores individuales y en matrices. Los transistores individuales están disponibles con clasificaciones Vdss de hasta 200 V e I_D continuo de hasta 90 A (TA = 25 °C). Las matrices de transistores están disponibles en configuraciones de fuente común doble, medio puente y medio puente + arranque sincrónico. Los controladores de compuerta recomendados se mencionan en How2AppNote 005 de EPC. El EPC2152 es un controlador de un solo chip más una etapa de potencia de medio puente de FET de GaN que utiliza la tecnología de CI de GaN patentada de EPC. La interfaz lógica de entrada, el desfasador de nivel, la carga de arranque y los circuitos de búfer de controlador de compuerta junto con los FET de salida eGaN configurados como medio puente están integrados dentro de un chip monolítico. Esto da como resultado un dispositivo de factor de forma LGA a escala de chip que mide solo 3.9 mm x 2.6 mm x 0.63 mm.

Los dispositivos de EPC se proporcionan en empaques a escala de chip y los transistores de GaN son mucho más pequeños que sus equivalentes de silicio. Esta combinación da como resultado dispositivos significativamente más pequeños que ocupan menos espacio en la placa de CI a un costo menor. El espacio más pequeño y el mayor rendimiento del GaN permiten diseños no posibles con piezas de silicio más grandes. Las placas de evaluación y demostración están disponibles para los FET y los CI de EPC. Las placas incluyen acceso a guías de inicio rápido, esquemas, listas de materiales y archivos Gerber.

Infineon

Infineon ofrece dispositivos de potencia basados en semiconductores en tecnologías de silicio (Si), carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN). En la tecnología de GaN, Infineon ha desarrollado los transistores de potencia de GaN en modo de mejora (normalmente apagados) CoolGaN™ de 600 V y los CI de controlador de compuerta aislado de un solo canal EiceDRIVER™ para interruptores de GaN de alto voltaje. Los CI de controlador de compuerta EiceDRIVER™ 1EDF5673K, 1EDF5673F y 1EDS5663H complementan muy bien a los FET de potencia CoolGaN™. Los beneficios clave de la familia EiceDRIVER™ de GaN incluyen corrientes de controlador de compuerta positivas y negativas, que mantienen firmemente el voltaje de la compuerta en cero durante la fase de apagado y el aislamiento galvánico integrado.

(Fuente de la imagen: Infineon)

El EVAL2500WPFCGANATOBO1 es una placa de evaluación de corrección de factor de potencia de tótem de puente completo de 2500 W que utiliza FET de CoolGaN™ y CI de controlador de GaN de EiceDRIVER™. La placa de evaluación EVALAUDAMP24TOBO1 basada en HEMT de GaN en modo de mejora es un amplificador de potencia de audio de clase D de medio puente de 2 canales, 225 W por canal (4 Ω a ±43 V) o 250 W por canal (8 Ω a ±63 V) para sistemas de audio Hi-Fi de alta gama.

Navitas

Navitas ofrece circuitos integrados de potencia de GaN. Los CI son chips de GaN monolíticos que integran un FET de potencia de GaN, un controlador de compuerta y lógica. Tener el circuito completo en un solo molde otorga beneficios significativos respecto del tamaño, la velocidad de conmutación, la eficiencia y la facilidad de integración. NV6113, NV6115, NV6117, NV6123, NV6125 y NV6127 son dispositivos de un solo interruptor que pueden utilizarse en topologías como reductor, elevador, medio puente y puente completo. El NVE031E es una placa de demostración de fuente de alimentación disponible que utiliza el NV6115.

Texas Instruments

Texas Instruments ofrece controladores de GaN y dispositivos de etapa de potencia de GaN integrados. Los controladores les permiten a los diseñadores elegir con flexibilidad los FET de salida de GaN para cumplir con requisitos específicos. Los dispositivos integrados de etapa de potencia minimizan la inductancia parásita para aumentar el rendimiento de conmutación y reducir el espacio de la placa.

Los controladores de GaN de TI incluyen los modelos LMG1205, LMG1210, LMG1020, LMG1025 y LM5113-Q1. El controlador de medio puente LMG1205 está diseñado para controlar los FET de GaN en modo de mejora tanto de lado alto como de lado bajo en una configuración de elevador, medio puente o reductor sincrónico. El LMG1210 tiene la misma funcionalidad que el LMG1205, pero ofrece un rendimiento de conmutación superior, tiempo muerto configurable por resistencia y un LDO interno para un rango más amplio de VDD. Las placas de evaluación LMG12xx incluyen el LMG1205HBEVM y el LMG1210EVM-012. El LMG1020 y el LMG1025 son controladores únicos de lado bajo diseñados para controlar los FET de GaN y los MOSFET de nivel lógico en aplicaciones de alta velocidad. Las placas de evaluación para estos dispositivos incluyen el LMG1020EVM-006 y el LMG1025-Q1EVM. El controlador de medio puente LM5113-Q1 está calificado según AEC-Q100 y está diseñado para controlar el FET de GaN en modo de mejora de lado alto y de lado bajo o los MOSFET de silicio en una configuración de elevador, medio puente o reductor sincrónico para aplicaciones automotrices. Su placa de evaluación es el LM5113LLPEVB.

(Fuente de la imagen: Texas Instruments)

Los dispositivos de etapa de potencia integrados de TI incluyen el LMG3410, el LMG3411 y el LM5200. El LMG3410 y el LMG3411 integran circuitos de FET de GaN de 600 V, controlador y protección. Las placas de evaluación LMG34xx incluyen el LMG3411EVM-029, el LMG34XX-BB-EVM, el LMG3411EVM-018 y el LMG3410EVM-018. El LMG5200 integra dos FET de GaN de 80 V controlados por un controlador de FET de GaN de alta frecuencia en una configuración de medio puente. Las placas de evaluación para este producto incluyen el LMG5200EVM-02 y el BOOSTXL-3PHGANINV.

Transphorm

Por último, Transphorm ofrece interruptores de alimentación de GaN basados en un MOSFET de silicio de bajo voltaje normalmente apagado y un HEMT de GaN de alto voltaje normalmente encendido en una configuración de cascode.

(Fuente de la imagen: Transphorm)

Los dispositivos de GaN de Transphorm actúan como FET ultrarrápidos con diodos de cuerpo de baja carga. Las ventajas de rendimiento sobre el silicio convencional son la baja carga de recuperación y el corto tiempo de recuperación. Los interruptores proporcionan un ascenso extremadamente rápido con tiempos de ascenso de <10 ns. Ambos dispositivos de 650 V y 900 V están disponibles. También hay varias placas de evaluación disponibles, incluidos los convertidores de CA/CC y los inversores de CC/CA.

Recursos adicionales:

1) La Biblioteca de diseño de referencia de DigiKey incluye varios diseños de referencia basados en el GaN.