Toshiba

Integrierbarer Stromsensor für GaN-Halbbrücken

25. Februar 2022, 8:21 Uhr | Ralf Higgelke
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In der Halbbrücke nutzt Toshiba eine Kaskode aus GaN-Transistor und einem Niederspannungs-MOSFET zur Strommessung.
© Toshiba

Halbbrücken und Stromsensoren zu integrieren ist nicht trivial. Toshiba hat jetzt eine Technologie vorgestellt, bei der ein Niederspannungs-MOSFET als Stromsensor in einer Kaskode mit dem GaN-Schalttransistor verbunden ist.

Da Stromsensoren oft hinter Induktivitäten platziert werden (Bild 1), ist es schwierig, Halbbrücken-Module und Stromsensoren in einem Baustein zu integrieren. Außerdem mindert sich die Genauigkeit der Strommessung, wenn man die Verlustleistung (Wärme) in Shunt-Widerständen reduzieren will. Will man andererseits die Strommessung genauer machen, steigen die Verluste.

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Gegenüberstellung der konventionellen und der neuen Methode zur Strommessung in einer Halbbrücke von Toshiba.
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Mit einem neuartigen Sensor will Toshiba in leistungselektronischen Systemen den Strom hochgenau überwachen, ohne die Verlustleistung zu erhöhen, wenn sie in Leistungsbauteilen aus Galliumnitrid (GaN) eingesetzt werden. Dazu nutzt das Unternehmen eine Kaskode aus GaN-Transistor und einem Niederspannungs-MOSFET zur Strommessung. Dadurch entfällt der Shunt-Widerstand und die damit verbundene Verlustleistung. Leistungsfähigkeit und Messgenauigkeit werden nach Unternehmensangaben durch eine optimierte Schaltung und eine neuartige Kalibriermethode verbessert, die eine Bandbreite von über 10 MHz sicherstellt. Integriert in ein Halbbrücken-Modul kann das neue IC die Schaltfrequenz verbessern, die Größe von Kondensatoren und Induktivitäten reduzieren und damit dazu beitragen, dass elektronische Systeme kleiner werden.

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Dadurch, dass der Shunt-Widerstand eingespart wird, sinkt die Verlustleistung bei der neuen Methode zur Strommessung (rechts).
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Toshiba will einen Beitrag zur Verwirklichung der Kohlenstoffneutralität leisten, indem es die frühzeitige Integration dieser neuen Technologie in Leistungshalbleiter vorantreibt und eine baldige Markteinführung sicherstellt.

Originalpublikation

H. Majima et al, Cascoded GaN half-bridge with 17 MHz wide-band galvanically isolated current sensor, 2022 Jpn. J. Appl. Phys. 61 SC1052


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