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Referenzdesign für GaN-basierte Totem-Pole-PFC-Stufe

15. Februar 2021, 11:30 Uhr   |  Ralf Higgelke

Referenzdesign für GaN-basierte Totem-Pole-PFC-Stufe
© Keysight

Eine 4-kW-Totem-Pole-PFC-Stufe ist die Basis für den virtuellen Prototypen eines GaN-basierten Schaltnetzteils.

Um die Produktkosten zu senken und die Markteinführung zu beschleunigen, haben Keysight und Transphorm einen virtuellen Prototyp für GaN-basierte Schaltnetzteile vorgestellt.

Schaltnetzteile mit Galliumnitrid-Schalttransistoren (GaN) können einen höheren Wirkungsgrad, eine höhere Leistungsdichte und niedrigere Gesamtsystemkosten erreichen. Allerdings können GaN-Schalter Spannungsspitzen erzeugen, die zu unerwünschten abgestrahlten elektromagnetischen Störungen führen. Aus diesem Grund ist es bei der Verwendung von Galliumnitrid extrem wichtig, das Design zu optimieren und die Komponenten auf der Platine korrekt zu platzieren.

Keysight Technologies und Transphorm, ein Anbieter von GaN-Transistoren, haben daher ein entsprechendes Referenzdesign vorgestellt. Es basiert auf dem 4-kW-Hocheffizienz-Evaluierungsboard für einphasige AC-DC-Wandlung von Transphorm und der Software PathWave ADS von Keysight für eine Pre-Compliance-Analyse über einen virtuellen Prototyp. Durch die Komponenten- und Boardmodellen können die Entwickler das Verhalten von Spannungen, Strömen und elektromagnetischen Feldern im Zeit- und Frequenzbereich visualisieren und optimieren.

Der virtuelle Prototyp stellt sicher, dass die vorgesehene Designkonfiguration wie vorgesehen funktioniert. Dadurch entfällt der Aufbau eines virtuellen Arbeitsbereichs. Physische Prototypen sind der Goldstandard für Konformität und gemessene Eigenschaften. Sie können jedoch auch teuer sein und stellen physische Herausforderungen für bestimmte interne Test- und Messtechnik-Protokolle dar. Eine Ergänzung stellen virtuelle Prototypen dar: Sie sind einfach zu ändern und können Bauteilüberlastungen als Warnmeldungen während der Simulation anzeigen. Die Spannung, der Strom und die elektromagnetischen Felder lassen sich bei jedem Zeitschritt in der Simulation überwachen und korrigieren. Für die Analyse stehen alle Daten zur Verfügung, auch die innerhalb eines Halbleitergehäuses.

»Transphorm sucht nach Partnerschaften, die unseren Kunden helfen, Qualifikationslücken zu schließen, die Einfachheit des Designs zu erhöhen und die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen«, so Philip Zuk, Vice President Worldwide Technical Marketing und North American Sales bei Transphorm. »Mit der richtigen Modellierung ist die Analyse jeder Art von Design vor dem physischen Prototyping eine nützliche Ressource. Die Zusammenarbeit mit Keysight ermöglicht es uns, unsere 4-kW-AC-DC-Leistungswandlerplatine in eine virtuelle Designumgebung zu bringen, die für Produktentwickler von Vorteil sein wird.«

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