GaN-Plattform mit integriertem Treiber

Smartphones in weniger als 10 Minuten laden

13. Oktober 2020, 15:43 Uhr   |  Engelbert Hopf

Smartphones in weniger als 10 Minuten laden
© STMicroelectronics

Als Starthilfe für Stromversorgungs-Projekte, die mit MasterGaN1 realisiert werden sollen, steht Interessenten dieses Entwicklungs-Board zur Verfügung.

Wer bisher die Vorteile von GaN-Leistungshalbleitern nutzen wollte, der musste lernen, wie sich ihre besonderen Eigenschaften mit den am Markt verfügbaren Treiber-ICs optimal kombinieren lassen. Das setzte eine Lernkurve voraus, die schnelle Markterfolge mit GaN-Leistungshalbleitern erschwerte.

STMicroelectronics löst nun dieses Problem, indem es mit MasterGaN die weltweit erste Produktplattform vorstellt, die einen auf Silizium basierenden Halbbrückentreiber mit einem GaN-Transistorenpaar kombiniert und damit unter anderem die bisher in dieser Kombination auftretenden parasitären Effekte eliminiert. Und das in einem 9 mm × 9 mm messenden und nur 1 mm hohen GQFN-Gehäuse. Erste Lead-Kunden werden noch vor dem diesjährigen Weihnachtsgeschäft erste auf MasterGaN basierende Produkte auf den Markt bringen.

Easy to use – das ist das Ziel! Entwicklern wird es damit ermöglicht, Geräte zu realisieren, die mehr Leistung verarbeiten als ihre Vorgängergenerationen, während sie, unter anderem bedingt durch die geringere benötigte Bauteileanzahl, gleichzeitig kleiner, leichter und energieeffizienter sind. Auswirken wird sich das als Erstes im Bereich sehr schneller Smartphone-Ladegeräte, kabelloser Ladegeräte und USB-PD-Kompaktnetzteile für PCs und Gaming-Produkte – »aber auch in gewerblichen Applikationen, wie etwa Sonnenenergie-Speichersystemen, USVs sowie High-End-OLED-Fernseher und Server-Clouds«, wie Gabriele Gherdovich, Segment Marketing Manager Industrial & Power Conversion Division AMS bei STMicroelectronics, erläutert.

Konkret lassen sich durch den Einsatz dieses neuen System-in-Packages von ST Ladegeräte entwickeln, die gegenüber siliziumbasierten Geräten um 80 Prozent kleiner und um 70 Prozent kleiner ausfallen. Parallel dazu lassen sich die Ladezeiten um den Faktor 3 verkürzen. So kündigt Gherdovich Kundenprodukte an, die eine 50-prozentige Ladung von Smartphones in weniger als zehn Minuten erreichen werden. Mindestens genau so wichtig wie diese direkten Produktverbesserungen dürfte die deutlich schnellere Markteinführung der mit der MasterGaN-Plattform entwickelten Produkte sein. STMicroelectronics bringt die neuen GaN-Produkte zum Stückpreis von 7 Dollar ab einem Auftragsvolumen von 1000 Chips auf den Markt.

Gherdovich_Gabriele
© STMicroelectronics

Gabriele Gherdovich, STMicroelectronics: »MasterGaN1 wendet sich an Stromversorgungs-Applikationen bis 500 W. Bis zur Mitte nächsten Jahres werden wir weitere Produkte der MasterGaN-Plattform anbieten, die Applikationen im Leistungsbereich von 45 bis über 200 W adressieren.«

Erhältlich sind die Produkte nach Darstellung von Gherdovich sowohl über den Direktvertrieb von ST als auch über die Distributionsschiene. Als erstes Produkt der Plattform am Markt erhältlich ist nun der MasterGaN1, der auf die Realisierung von Stromversorgungslösungen bis 500 W zielt. Er kombiniert 600-V-Gate-Treiber der STDrive-Serie mit zwei selbstsperrenden GaN-Transistoren mit exakt übereinstimmenden Timing-Parametern, einem Grenzstrom von 10 A und einem Einschaltwiderstand von 150 mΩ. Die Logikeingänge des Chips sind kompatibel zu Signalen von 3,3 bis 15 V. Zu den eingebauten Schutzfunktionen des Chips gehören beispielsweise eine High- und Low-seitige Unterspannungssperre, eine Verriegelungsfunktion (Interlock), ein spezieller Shutdown-Pin und ein Überhitzungsschutz.

Wie Gherdovich betont, basiert die MasterGaN-Plattform ausschließlich auf der Entwicklungsleistung von STMicroelectronics. Know-how des im Frühjahr dieses Jahres von ST übernommenen GaN-Pioniers Exagan sei nicht in dieses Produkt eingeflossen. Bis in die Mitte des nächsten Jahres hinein wird STMicroelectronics weitere Produkte auf Basis der MasterGaN-Plattform vorstellen. Sie werden ebenfalls in GQFN-Gehäusen angeboten und pinkompatibel zum MasterGaN1 sein, jedoch über unterschiedlich große GaN-Transistoren verfügen, die im Vergleich zum MasterGaN1 unterschiedliche Einschaltwiderstände aufweisen werden. Diese Produkte sind an vier Applikationsklassen mit Leistungen von 45 bis über 200 W ausgerichtet.

Wie Gherdovich auf Nachfrage bestätigt, ist eine AEC-Q100-Zertifizierung der MasterGaN-Produkte nicht vorgesehen. »Wir arbeiten an GaN-Produkten für den Automotive-Bereich; dabei handelt es sich allerdings um andere Produktgruppen, die wir zu einem späteren Zeitpunkt auf den Markt bringen werde.« Auf die Frage, ob ST die Produkte der MasterGaN-Produktpalette selbst herstellt und wo ST diese Produkte produziert, wollte Gherdovich keine direkte Antwort geben. Angesichts der Tatsache, dass STMicroelectronics und TSMC Ende Februar dieses Jahres angekündigt hatten, gemeinsam die Entwicklung von GaN-Prozesstechnologie voranzutreiben, dürfte die Vermutung nahe liegen, dass die Produkte der MasterGaN-Plattform von TSMC gefertigt werden.

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