Neue Automotive-GaN-FETs von TI

Doppelte Leistungsfähigkeit mit weniger Bauelementen

09. November 2020, 14:37 Uhr   |  Engelbert Hopf

Doppelte Leistungsfähigkeit mit weniger Bauelementen
© Texas Instruments

Mit ihren integrierten, schnell schaltenden 2,2-MHz-Silizium-Gatetreibern helfen die neuen GaN-FETs den Entwicklern die Leistungsdichte zu verdoppeln, Wirkungsgrade bis zu 99 Prozent zu erzielen, den Bauraum der Leistungsinduktivitäten gegenüber bestehenden Lösungen um bis zu 59 Prozent zu reduzieren, und gegenüber diskreten Lösungen auf bis zu zehn Bauelemente zu verzichten.

Texas Instruments erweitert mit den weltweit ersten 650 V Automotive-GaN-FETs (LMG3525R030-Q1) mit integriertem Si-Treiber, Schutzfunktionen und aktivem Power-Managment sein GaN-Leistungshalbleiterspektrum.

Mit ihren schnell schaltenden, 2,2-MHz-Gatetreibern, helfen die neuen Bausteine Entwicklern dabei, die Leistungsdichte in ihren Applikationen zu verdoppeln, Wirkungsgrade von bis zu 99 Prozent zu erzielen und gleichzeitig den Bauraum für Leistungs-Induktivitäten gegenüber bestehenden Lösungen um bis zu 59 Prozent zu verringern.

Durch den Einsatz der neuen Automotive-GaN-FETs von Texas Instruments lassen sich die Abmessungen der Bord-Ladegeräte und Gleichspannungswandler von Elektrofahrzeugen gegenüber bestehenden Silizium- oder SiC-Lösungen um bis zu 50 Prozent reduzieren. Damit können Automotive- und Automobilentwickler die Reichweite ihrer Fahrzeuge pro Batterieladung erhöhen, ihre Systemzuverlässigkeit steigern und die Designkosten reduzieren. 

Steve Lambouses, Texas Instruments
© Texas Instruments

Steve Lambouses, Texas Instruments: "Gestützt auf mehr als 40 Millionen Stunden Bauelemente-Verfügbarkeit und Test von Leistungswandler-Applikationen mit mehr als 5 GWh, warten die neuen GaN-FETs mit der lebenslangen Zuverlässigkeit auf, die Entwickler auf sämtlichen Märkten verlangen."

In Industriedesigns ermöglichen die neuen 600-V-GaN-FETs ein hohes Maß an Effizienz und Leistungsdichte für Netzstromversorgungen, bei denen es auf niedrige Verluste und eine reduzierte Leiterplattenfläche ankommt, wie das etwa bei Hyperscale- und Enterprise-Computing-Plattformen und Gleichrichtern für 5G-Mobilkommunikation der Fall ist.

»Gestützt auf mehr als 40 Millionen Stunden Bauelement-Verfügbarkeit und Test von Leistungswandler-Applikationen mit mehr als 5 GWh«, so Steve Lambouses, Vice President for High Voltage bei Texas Instruments, »wartet die GaN-Technologie von TI mit der lebenslangen Zuverlässigkeit auf, die Ingenieure auf sämtlichen Märkten verlangen«.

Das Besondere an den neuen TI-GaN-FETs gegenüber bisherigen GaN-Leistungshalbleiter-Angeboten besteht in den integrierten Silizium-Treibern sowie internen Schutz- und Temperatursensor-Funktionen, sodass Entwickler ein hohes Performance-Niveau erzielen und gleichzeitig die Leiterplattenfläche ihrer Power-Management-Designs verkleinern können. Dieser Grad an Integration bietet den Entwicklern, im Verbund mit der hohen Leistungsdichte der GaN-FETs die Möglichkeit, auf mehr als zehn Bauelemente, die in diskreten Lösungen bisher üblich waren, zu verzichten. Hinzu kommt, dass jeder der neuen 30-mOhm-GaN-FETs in Halbbrücken-Konfigurationen eine Leistung von bis zu 4 kW unterstützt.
Hohe Schaltgeschwindigkeiten wurden in der Vergangenheit stets mit hohen Verlusten erkauft. TIs neue GaN-FETs umgehen diesen Kompromiss, indem sie den verlustmindernden Ideal-Diode-Modus anbieten. So senkt der Ideal-Diode-Modus bei der Leistungsfaktor-Korrektur die Verluste im dritten Quadranten im Vergleich zu diskreten GaN- und SiC-MOSFETs um bis zu 66 Prozent. Darüber hinaus ermöglicht der Ideal-Diode-Modus den Verzicht auf eine adaptive Totzeitregelung. Auf diesem Wege wird die Komplexität der Firmware verringert und die Entwicklungszeit verkürzt. 

Mit einem gegenüber dem nächsten Konkurrenten um 23 Prozent gesenkten thermischen Widerstand, gibt das Gehäuse der neuen GaN-FETs von TI den Entwicklern die Möglichkeit, kleinere Kühlkörper zu verwenden und die thermische Auslegung ihrer Applikation zu vereinfachen. 

Vorserien-Exemplare der industrietauglichen 600 V GaN-FETs sind ab sofort ausschließlich auf TI.com erhältlich. Untergebracht sind sie in 12 x 12 mm großen QFN-Gehäusen. Erhältlich sind sie bei Auftragsmengen ab 1000 GaN-FETs zu Nettopreisen von 8,34 bis 14,68 Dollar. Die Auslieferung von Produktionsstückzahlen wird im 1. Quartal 2021 beginnen. Ebenfalls im Laufe des 1. Quartals 2021 werden dann auch Vorserienprodukte der 650-V-GaN-FETs für Automotive-Applikationen auf TI.com erhältlich sein.
 

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