Primärseitige Leistungsschalter mit GaN

Erweiterter Leistungsbereich

12. November 2019, 15:07 Uhr | Engelbert Hopf
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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Off-line-Spannungswandleranwendungen

Power Integrations
Bild 7: Ein DOPL-Stress-Test-Board, wie es beim Qualifizierungstest von PowiGaN-InnoSwitch3-ICs verwendet wird
© Bilder: Power Integrations

Schalterprodukte von Power Integrations sind mit allen Netzspannungen weltweit kompatibel und decken dadurch nahezu alle denkbaren Off-line-Spannungswandleranwendungen ab. Der Spannungsstress auf der Primärseite einer Sperrwandler-Stromversorgung setzt sich aus der gleichgerichteten Netzspannung (VBUS) und der reflektierten Ausgangsspannung (VOR) zusammen. Letztere ist vom Übersetzungsverhältnis des Transformators und der durch die Streuinduktivität der Primärwicklung induzierten Spannung (VLE) abhängig. Bei einer typischen Sperrwandlerschaltung tritt der Worst-Case-Spannungsstress unter normalen Betriebsbedingungen bei der maximalen Netzspannung auf (in Europa 264 V AC). Bild 7 zeigt die ungefähren Amplituden der verschiedenen Stresskomponenten im Vergleich zur Sperrspannung eines primärseitigen PowiGaN-Schalters.

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Bild 8: Spannungsstress am primärseitigen Schalter einer an 264 V AC betriebenen Offline-Sperrwandler-Stromversorgung. VOR ist von der Ausgangsspannung (VS) und vom Aufbau des Transformators abhängig. Alle InnoSwitch3-Familien und LYTSwitch-6-ICs überwachen die BUS-Spannung über den V-Pin und unterbrechen bei Stoßspannungen im Netz das Schalten, um VOR- und VLE-Spannungsstress zu verhindern.
© Bilder: Power Integrations

Stromversorgungen, die am Stromnetz betrieben werden, können auch Stoß- und Überspannungen ausgesetzt sein. Deshalb werden für den PowiGaN-Schalter zwei Spannungen spezifiziert, die es Stromversorgungsentwicklern ermöglichen, ihr Design für die jeweilige Anwendung zu optimieren. Die Spezifikation ­VMAX(NON-REPETITIVE) (750 V) gibt die maximale Spannung an, die der Schalter unter Transienten-, Stoßspannungs- und Überspannungsbedingungen übersteht. PowiGaN-basierte Produkte werden in der Produktion zu 100 % bei Spannungen oberhalb des ­VMAX(NON-REPETITIVE)-Grenzwerts getestet, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Dieser Parameter wird bei der Entwicklung von Stromversorgungen zu Derating-Zwecken herangezogen; er ist mit der “abs-max”-BVDss-Spezifikation von Silizium-MOSFETs vergleichbar. Die maximal zulässige Dauerspannung (­VMAX(CONTINUOUS)) gibt den maximalen Spannungsstress an, dem der GaN-Schalter dauerhaft ausgesetzt sein darf. Für PowiGaN-Schalter beträgt dieser Wert 650 V. Bei Überschreitung dieses Grenzwerts wird das Bauteil zwar nicht unbedingt beschädigt, doch wenn es wiederholt höheren Spannungen ausgesetzt ist, kann der RDS(ON) zeitweise den im Datenblatt spezifizierten Wert übersteigen. InnoSwitch-Produkte verfügen über eine schnell reagierende Netzüberspannungs-Schutzfunktion – sie unterbrechen das Schalten, wenn die Netzspannung einen vom Anwender vorgegebenen Grenzwert überschreitet, und schützen sich dadurch selbst vor Beschädigung und gewährleisten, dass die Maximalspannungs-Spezifikation von 750 V auch während Transienten eingehalten wird.

Die in den PowiGaN-basierten InnoSwitch3-, InnoSwitch3-Pro- und LYTSwitch-6-Produkten verwendete Technologie ist effektiv, zuverlässig und einfach anzuwenden. GaN als Halbleiter ermöglicht Bauteile, die dem idealen Schalter wesentlich näher kommen als herkömmliche Lösungen auf Silizium-Basis. Aufgrund ihrer überlegenen Leistungsfähigkeit wird die PowiGaN-Technologie vermehrt in künftige PI-Produkte Einzug halten.


  1. Erweiterter Leistungsbereich
  2. Probleme umgehen
  3. PI-Produktfamilien mit PowiGaN-Schaltern
  4. Off-line-Spannungswandleranwendungen

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