Электрификация транспортных средств трансформирует автомобильную промышленность, и потребители все чаще нуждаются в электромобилях, которые могут заряжаться быстрее и двигаться дальше. В результате перед инженерами стоит задача разработать компактные и легкие автомобильные системы без ущерба для характеристик автомобиля.
На пути стоят схемы драйвера двигателя, традиционно основанные на кремниевых транзисторах MOSFET и IGBT, которые быстро достигают своих теоретических пределов. Ограничения, касающиеся плотности мощности, напряжения пробоя и частоты коммутации, в свою очередь, влияют на потери мощности (исторически сложилось так, что компромисс с возможностью быстрого переключения заключается в более высоких потерях мощности).
Полевые транзисторы (FET) из нитрида галлия (GaN) по своей сути обладают лучшими характеристиками по сравнению с традиционными кремниевыми полевыми транзисторами, уменьшая вес, размер и стоимость силовых конструкций, а также снижая потребление энергии. Texas Instruments (TI) выводит GaN на автомобильный рынок с продуктом, пригодным для использования в автомобилях, для питания бортовых систем зарядки в электромобилях с одновременным снижением потерь мощности на 50%.
TI заявляют, что их новые полевые транзисторы из нитрида галлия на 650 В и 600 В для автомобильных и промышленных приложений, помогают инженерам обеспечить удвоенную удельную мощность, достичь КПД 99% и уменьшить размер силовых блоков на 59% по сравнению с существующими решениями. В результате инженеры могут добиться увеличенного запаса энергии аккумуляторов, повышения надежности системы и снижения стоимости проектирования.
Предлагая быстродействующий интегрированный драйвер затвора с частотой 2,2 МГц, новые семейства полевых транзисторов GaN используют запатентованные материалы нитрида галлия и возможности обработки на подложке GaN-на-кремнии (Si). Таким образом, они предлагают преимущество в стоимости и цепочке поставок по сравнению с сопоставимыми материалами подложек, такими как карбид кремния (SiC).
В высоковольтных приложениях с высокой плотностью размещения элементов минимизация пространства на плате является важным аспектом конструкции. По мере того как электронные системы становятся меньше, компоненты внутри них также должны сжиматься и располагаться ближе друг к другу. По словам компании, использование новых автомобильных GaN полевых транзисторов от Texas Instruments (TI) может помочь уменьшить габариты бортовых зарядных устройств электромобилей и преобразователей постоянного тока на 50% по сравнению с существующими решениями Si или SiC.
Эти полевые транзисторы на основе GaN объединяют драйвер с быстрой коммутацией, а также внутреннюю защиту и датчик температуры, что позволяет инженерам достичь высокой производительности при уменьшении места на плате для своих схем управления питанием. Данная интеграция, а также высокая плотность мощности технологии GaN позволяет инженерам исключить более 10 компонентов, которые обычно требуются для дискретных решений. Кроме того, каждый из новых полевых транзисторов с сопротивлением 30 мОм может поддерживать преобразование мощности до 4 кВт при использовании в полумостовой конфигурации.
LMG342xR030 содержит кремниевый драйвер, который обеспечивает скорость переключения до 150 В / нс. Эта интеграция в сочетании с корпусом с низкой индуктивностью, как утверждается, обеспечивает чистую коммутацию и минимальное количество гармоник в топологиях источников питания с жесткой коммутацией.
Другие функции включают регулируемую мощность затвора для контроля электромагнитных помех, перегрева и защиты от перегрузки по току с индикацией неисправности, что обеспечивает оптимальную стоимость спецификации, размер платы и площадь основания.
«Полупроводниковые технологии с широкой запрещенной зоной, такие как GaN, по своей сути обеспечивают надежные возможности силовой электроники, особенно для высоковольтных систем», — сказал Асиф Анвар, директор службы силовых агрегатов, кузова, шасси и систем безопасности компании Strategy Analytics, добавив, что новое решение «объединяет внутреннее производство и упаковку устройств GaN-on-Si с оптимизированной технологией драйверов Si для успешного внедрения GaN в новых приложениях».
«Промышленные и автомобильные приложения все чаще требуют больше энергии при меньшем пространстве, и проектировщики должны предоставлять проверенные системы управления питанием, которые будут надежно работать в течение длительного срока службы конечного оборудования», — сказал Стив Ламбаус, вице-президент по высоковольтным системам в TI. «Опираясь на более чем 40 миллионов часов надежности устройств и более 5 ГВт-ч тестирования приложений с преобразованием энергии, технология TI GaN обеспечивает надежность на протяжении всего срока службы, которая требуется инженерам на любом рынке».
Высокая скорость переключения GaN увеличивает эффективность, что, в свою очередь, снижает нагрузку на системы охлаждения. Благодаря корпусу, который позволяет инженерам использовать радиаторы меньшего размера при упрощении тепловых расчетов, новые устройства обеспечивают гибкость теплового проектирования с возможностью выбора корпуса с креплением радиатора снизу или сверху. Кроме того, интегрированный цифровой отчет о температуре полевых транзисторов обеспечивает активное управление питанием, позволяя инженерам оптимизировать тепловые характеристики системы при различных нагрузках и условиях эксплуатации.
Оставьте комментарий