Galliumnitrid-HEMTs
GaN im Einsatz
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Demoboards helfen Anwendern
Vorhandene Schaltungslayouts eignen sich für die höheren Schaltgeschwindigkeiten und Taktfrequenzen der GaN-HEMTs häufig nicht, denn zu hohe und womöglich auch noch ungewollt gekoppelte Streuinduktivitäten können zu Fehlfunktionen führen und im Extremfall die Halbleiter zerstören. Damit ein Entwickler GaN-HEMTs mit unterschiedlichen Wandlertopologien frustfrei testen kann, hat Transphorm eigene Musteraufbauten entwickelt, die als Demoboards verfügbar sind. Layout und Stücklisten stehen auch einzeln zur Verfügung, doch schon zur eingehenden Beratung eines Entwicklers über die »Do‘s und Don‘ts« der flinken Schalter werden diese erst bei direktem Kontakt herausgegeben und nicht zum allgemeinen Download angeboten, um nicht durch vermeidbare Fehler oder eigene Anpassungen schlechte Performance oder Ausfälle zu provozieren.
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Der Photovoltaik-Wechselrichter in Bild 5 stellt eine typische Anwendung von GaN-Halbleitern dar: Hier sind sowohl der höhere Wirkungsgrad als auch das kleinere Volumen von Vorteil. Das japanische Unternehmen Yaskawa entwickelte auf Basis des Demoboards »TD-PV1000E0C1« mit Transphorm-GaN-HEMTs eine Lösung, die mit 50 kHz arbeitet sowie Größe und Verluste um 40 % reduziert. Es enthält vier als Vollbrücke konfigurierte GaN-HEMTs, die mit 100 kHz oder noch schneller schalten können, um aus 400 V Gleichspannung 100 V bis 240 V Wechselspannung zu erzeugen. 1000 W Ausgangsleistung sind mit Konvektionskühlung erreichbar, mit Lüftung auch 1500 W.
Ebenfalls interessant ist das Demoboard »TDPS250E2D2«. Hier wurde eine Stromversorgung mit Universal-AC-Eingang (100 V bis 240 V ohne Umschalten) für einen typischen »All-in-One«-Computer mit 250 W, also eine eher preisempfindliche Consumer-Anwendung, von Standard-Siliziumhalbleitern auf GaN umdesignt. Das Board nutzt drei GaN-HEMTs in der PFC-Schaltung und den resonanten Brückenkreisen. In Letzteren ermöglicht die äußerst niedrige Ausgangskapazität der GaN-HEMTs ein schnelleres Umladen der Gates und damit 200 kHz Taktfrequenz bei verringerten Verlusten. So schrumpfte das Netzteil um 45 % (Bild 6), die Verluste sanken um 30 %. Die Stromversorgung liefert bis zu 20 A bei einer Ausgangsspannung von 12 V, am 230-V-Netz erreicht der Wirkungsgrad gut 95 %.
Weiterführende Links |
|---|
| Transphorm-Halbleiter bei Hy-Line Power Components: www.hy-line.de/transphorm |
| Startseite Transphorm: www.transphormusa.com |
| Special zu SiC und GaN im Elektroniknet: www.elektroniknet.de/specials/neue-materialien |
| Yifeng Wu: »GaN gibt Gas«, DESIGN&ELEKTRONIK 10/2015 S. 15ff. |
| Carl Blake et al.: »GaN-on-Si ist zuverlässig«, DESIGN&ELEKTRONIK 09/2014 S. 22ff. |
| Zan Huang: »Brückenlose PFC-Schaltung«, DESIGN&ELEKTRONIK 12/2013 S. 31ff. |
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- Roadmap zu Chips und Gehäusen
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