アプリケーション・ノート

EPCは、窒化ガリウム(GaN)ベースの製品やソリューションの設計および評価に使うためのアプリケーション・ノートやホワイト・ペーパーなど、さまざまな技術文書を公開しています。

エンハンスメント・モードGaNオン・シリコンのパワーFET(eGaN® FET)を使う

eGaN FETの使い方は、現在のパワーMOSFETと非常に類似しています。ただし、特性が非常に優れているので、特定のデバイスを効率的かつ信頼性高く利用するために、設計とテストの更なる考察が必要です。

eGaN FETと集積回路のアセンブリ

EPCのeGaNのFETと集積回路は、パワー半導体をパッケージングするために、非常に異なるアプローチを取ってきました。すなわち、パッケージを一掃しました。EPCの革新的なウエハー・レベルのチップスケール・パッケージによって、電力密度の最先端技術が可能になりました。

高速GaNトランジスタの正確な測定

GaNトランジスタが提供するスイッチング速度の高速化には、優れた測定技術と、高速波形の重要な詳細を把握するための優れた技術が必要です。このアプリケーション・ノートでは、高性能GaNトランジスタを正確に評価するために、ユーザーの要求と測定技術に対して、測定機器をどのように活用するかについて焦点を当てています。

大電流、高周波アプリケーション向けの窒化ガリウム・トランジスタの効果的な並列化

このアプリケーション・ノートでは、大電流出力が必要なアプリケーションにおける高速GaNトランジスタの並列化について説明します。ここでは、回路内の寄生成分が特性に及ぼす影響について説明し、高速GaNトランジスタの並列特性を改善するためのプリント回路基板のレイアウト法を提案します。

DrGaNPLUS による設計の簡素化

窒化ガリウム・ベースのトランジスタやICによって、パワー・コンバータの設計者は、出力の大電力化、高効率化、高電力密度化の達成に向けた道筋が見えてきます。このアプリケーション・ノートは、電力変換システムの設計者が窒化ガリウム・トランジスタの優れた特性を簡単に評価できるように設計されたeGaN FETモジュールについて説明します。

Thermal Performance of eGaN FETs(eGaN FETの熱特性)

While the thermal performance of traditional silicon MOSFETs is well understood, measuring the thermal performance of eGaN FETs requires some further explanation. This Applications Note investigates the testing method and results of thermal resistance measurements on eGaN FETs.

eGaN FET Safe Operating Area(eGaN FETの安全動作領域(SOA))

A basic limitation of a power transistor is temperature. Calculations of device temperature during operation assume that power dissipation is spread evenly over the entire active area of the device, which is not always true. This paper will describe the thermally derived Safe Operating Area (SOA) of power GaN FETs which demonstrate very good SOA characteristics while maintaining superior RDS(on). The paper will then compare thermally derived calculations with measured results.

Circuit Simulation Using Device Models(デバイス・モデルを使う回路シミュレーション)

An accurate circuit and device model is a valuable tool for developing new topologies, building successful designs, and shortening time to market. This article describes the status and use of EPC device models, and illustrates some important considerations when incorporating EPC eGaN devices into a circuit model.

eGaN Parametric Characterization Guide(eGaNパラメータ特性のガイド)

The EPC GaN transistors generally behave like n-channel power MOSFETs. Common curve tracers, parametric analyzers, and automatic discrete device parametric testers that are used for an n-channel power MOSFET will be applicable for the characterization of GaN transistors. This applications note provides guidelines to characterize DC parameters using Tektronix 576 curve tracer, Keithley 238 parametric analyzer, TESEC 881-TT/A discrete device test system.

Visual Characterization Guide(視覚的な特性のガイド)

A detailed description of the EPC enhancement mode transistors and integrated circuits physical characteristics is given including the visual criteria all devices must meet before they are released for shipment to customers.

Dead-Time Optimization for Maximum Efficiency(最大効率のためのデッドタイムの最適化)

In this white paper the die size optimization process for selecting the eGaN FET optimal on-resistance is discussed and an example application is used to show specific results. Since ‘optimum’ means different things to different people, this process is aimed at maximizing switching device efficiency at a given load condition.

Selecting eGaN FET Optimal On-Resistance(eGaN FETの最適なオン抵抗の選択)

In this white paper the die size optimization process for selecting the eGaN FET optimal on-resistance is discussed and an example application is used to show specific results. Since ‘optimum’ means different things to different people, this process is aimed at maximizing switching device efficiency at a given load condition.

eGaN FETを搭載したプリント回路基板レイアウトの最適化

このホワイト・ペーパーでは、eGaN FETベースのPOL(負荷点)バック(降圧型)・コンバータ用のプリント回路基板レイアウトの最適化を検討し、従来の設計と比較し、さらに寄生成分を低減するための新しい最適なレイアウトを提案します。

Impact of Parasitics on Performance(特性への寄生要素の影響)

With improvements in switching figure of merit provided by eGaN FETs, the packaging and PCB layout parasitics are critical to high performance. This white paper will study the effect of parasitic inductance on performance for eGaN FET and MOSFET based point of load (POL) buck converters operating at a switching frequency of 1 MHz, an input voltage of 12 V, an output voltage of 1.2 V, and an output current up to 20 A.

eGaN FETドライバとレイアウトの考察

eGaN FET は、スイッチング速度が非常に高速なので、シリコンの対応品とは異なります。このため、ゲート駆動、レイアウト、および熱管理に異なる要件があり、すべてが相互に作用します。

eGaN FETの電気的特性

このホワイト・ペーパーでは、eGaN FETの基本的な電気的特性について説明し、シリコンMOSFETと比較します。この2つの技術の間の類似点と相違点を深く理解することは、私たちが既存の電力変換システムを、どれくらい改善することができるかを理解するために必要な基礎です。

第5世代eGaN技術:特性の新しい世界へ飛躍!

エンハンスメント・モード窒化ガリウム・オン・シリコン(eGaN)のパワーFETとICの世界的リーダーであるEfficient Power Conversion(EPC)は、EPC製品の面積を半分にすることができる次世代のeGaN技術を開発しました。これによって、パワー・システムの設計者は、非常に高い性能を手に入れることができます。この技術は、EPCの第5世代(Gen 5)GaN技術です。GaNオン・シリコンは、急速に技術が改良されています。すでに、製造コストが低く、シリコンMOSFETよりも10倍以上高い性能が得られることを実証しています。

eGaN FETは、シリコンの価格でGaNの特性を提供

今、eGaN FETの新しいラインアップが入手可能です。これらの新しいトランジスタは、同等のオン抵抗と定格電圧のパワーMOSFETよりも高速で小型なだけでなく、同程度の数量で魅力的な価格です。これは60年ぶりに初めて、シリコン・ベースの対応品と比べて、特性と価格の両面で優れている非シリコン技術です。それは、たまたま、ではありません。

DC-DCの効率と電力密度を向上するためのGaNの統合

性能とコストの単なる改善を越えて、電力変換市場に影響を与えるためのGaN技術の最大のチャンスは、同一半導体基板上に複数のデバイスを集積できるという本質的な能力から来ます。将来的に、GaN技術は、一般的なシリコンIC技術とは対照的に、より簡単かつコスト効率の高い方法で、単一チップ上にモノリシックのパワー・システムを実現することが可能になるでしょう。

Fourth Generation eGaN FETs Widen the Performance Gap with the Aging MOSFET(第4世代eGaN FETが成熟したMOSFETとの特性のギャップを拡大)

Fourth generation of GaN-on-silicon enhancement mode transistors (eGaN FETs) sets new performance records. This family of products range from 30 V to 200 V and significantly widen the performance gap between the aging power MOSFET and gallium nitride-based transistors.

マルチメガヘルツのハード・スイッチング用eGaN FETファミリーの紹介

このアプリケーション・ノートでは、新しいEPC8000シリーズのデバイスを説明し、いくつかの重要な機能に焦点を当て、このトランジスタのファミリーが高周波用途に適していることを示します。2つの応用例、すなわち、10 MHzの包絡線追跡コンバータと、6.78 MHzのD級ワイヤレス・パワー伝送システムで示します。結論として、小信号RF特性も示します。

Fundamentals of eGaN FETs(eGaN FETの基本)

The basic requirements for power semiconductors are effciency, reliability, controllability, and cost effectiveness. High frequency capability adds further value in size and transient response in regulators, and fidelity in class D amplifiers. Without effciency and reliability, a new device structure would have no chance of economic viability.

電力変換におけるシリコンの道は行き止まりですか

過去30年間、パワーMOSFETの構造、技術、回路構成における革新が、私たちの日常生活の中での電力へのニーズの高まりに歩調を合わせてきたように、パワー・マネージメント(電源管理)の効率とコストは、着実に改善しています。しかし、シリコン・パワーMOSFETは、その理論的な限界に漸近してきているので、ここ数年、改善率が鈍化してきています。窒化ガリウム技術の優れた性能がパワーMOSFETを置き換えるのは、今でしょう。

48 V入力、12 V出力の電力変換におけるeGaN® FETの利点

このアプリケーション・ノートでは、48 V入力、12 V出力の完全に安定化された非絶縁型中間バス・コンバータ(IBC)向けに、eGaN FETで高い電力密度と高い効率を達成することができるシステムの最適化法を示します。従来のシリコン・ソリューションに比べてeGaN FETを使う利点を最大限に引き出すことができるeGaN FETベースのマルチレベル構成についても詳しく見てみます。

eGaN ICs for Low Voltage DC-DC Applications

In this application note, we introduce EPC’s new eGaN IC – EPC2112 that includes an integrated gate driver used in a 27 W, 14 V – 48 V input to 19 V output single-ended primary-inductor converter (SEPIC) built on the EPC9131 demonstration board. The SEPIC converter is ideal for applications with a wide input voltage range and where the output voltage can be either below or above the input voltage.

低コストの高共鳴ワイヤレス・パワー用のeGaN IC

このアプリケーション・ノートでは、AirFuel™アライアンス互換のワイヤレス・パワー・アンプとして動作するEPCのゲート・ドライバ内蔵FETであるEPC2112とEPC2115を使って設計、構築、テストした2つのE級アンプを紹介します。高共鳴ワイヤレス・パワー・システムは6.78 MHzで動作し、eGaN FETは、MOSFET版よりも効率と電力密度が高い設計が可能なことは明らかです。単一のモノリシック基板上に複数のデバイスを統合し、同期ブートストラップなどの追加機能を実行することで、ワイヤレス・パワー・アンプの性能が一段と向上しました。

低コストの共振型ワイヤレス・パワー用途向けeGaN FET

共鳴ワイヤレス・パワー・システムは、高い周波数(6.78 MHzまたは13.56 MHz)に同調された疎結合の高共鳴コイルを使います。AirFuelアライアンスは、共鳴ワイヤレス・パワーのアプリケーション向けの規格を開発しています。給電機器から受電機器までの距離、給電機器上の受電機器の方向、1個の給電機器上の複数の受電機器、より大きい給電能力、利用の単純性、不完全な配置など、使い勝手の問題に対処しています。

eGaN FETs for Envelope Tracking Applications(エンベロープトラッキング(ET)用eGaN FET)

Gallium nitride transistors can be used to improve the efficiency of DC-DC conversion. In this white paper we look at a new application that is being enabled by gallium nitride technology that has been difficult to implement using traditional silicon MOSFET power devices.

太陽光発電用インバータ向けeGaN FET

太陽光発電(PV)用インバータのサイズとコストは、熱管理、および、大きなエネルギーの蓄積とフィルタリングに使う受動素子によって決まります。効率の向上、および/または、スイッチング周波数を高めるためにeGaN FETを使うと、システムのサイズとコストを削減できます。

eGaN FETs Small Signal RF Performance(eGaN FETの小信号RF特性)

Even though the eGaN FET was designed and optimized as a power-switching device, it also exhibits good RF characteristics. EPC’s small 200 V eGaN FET was selected for RF evaluation and should be viewed as a starting point from which the RF characteristics of future eGaN FET part numbers can be optimized for even better RF performance at higher frequencies.

eGaN FETs in High Frequency Resonant Converters(高周波共振コンバータにおけるeGaN FET)

In this white paper eGaN FET technology is applied in a high frequency resonant converter. Previously, the advantages provided by eGaN FETs in hard switching isolated and non-isolated applications were addressed. This paper will demonstrate the ability of the eGaN FET to improve efficiency and output power density in a soft switching application, as compared to what is achievable with existing power MOSFET devices.

Improve DC-DC Forward Converter Efficiency(DC-DCフォワード・コンバータの効率改善)

DC-DC converter designers can achieve higher power density at lower power levels by using forward converters with synchronous rectification and gallium nitride transistors. One very typical application is a 26 W, 48 V to 5 V , Power over Ethernet Powered Device (PoE-PD).

Improve DC-DC Flyback Converter Efficiency(DC-DCフライバック・コンバータの効率改善)

DC-DC converter designers can achieve low cost at low power densities by using flyback converters and enhancement mode gallium nitride transistors. To evaluate the performance of eGaN FETs in a flyback converter, two different converter designs were created and compared to MOSFET equivalent versions of the same design.

Benchmark DC-DC Conversion Efficiency with eGaN FET-Based Buck Converters(eGaN FETベースのバック・コンバータでベンチマークとなるDC-DC変換効率)

Improvements in buck converters over the past few years have been limited by the power MOSFET’s sedate switching speeds which, in this “hard-switched” topology, translates into lower power conversion frequencies (size and cost), lower efficiency (size and cost), and lower VIN/VOUT ratios (less efficient power management systems). In this paper we show that eGaN FETs unlock a new spectrum of performance that can be translated into significant power conversion system cost and performance improvements.

How to Get More Power Out of a High-Density eGaN-Based Converter with a Heatsink

eGaN FETs and ICs enable very high-density power converter design, owing to their compact size, ultra-fast switching, and low on-resistance. The limiting factor for output power in most high-density converters is junction temperature, which prompts the need for more effective thermal design. The chip-scale packaging of eGaN also offers six-sided cooling, with effective heat extraction from the bottom, top, and sides of the die. This application note presents a high-performance thermal solution to extend the output current capability of eGaN-based converters.

eGaN FETを使った48 V入力、12 V出力で900 W の小型LLC共振コンバータで98%以上の効率

コンピュータ市場や通信市場の急速な拡大によって、中間バス・コンバータ向けの小型、高効率で、高電力密度のソリューションが要求されています。LLC共振コンバータは、高電力密度と高効率のソリューションを提供する注目すべき候補です。非常に低いオン抵抗と非常に小さい寄生容量を備えたeGaN FETは、Si MOSFETを使ったときに大きな損失を低減することが難しかったLLC共振コンバータの特性改善に貢献します。EPC2053やEPC2024などのeGaN FETを採用した48 V入力、12 V出力で、900 W、1 MHzのLLC DC-DCトランス(DCX)・コンバータがデモされ、ピーク効率98.4%、電力密度1500 W / 立方インチ以上が得られています。

Achieving Best-in-class 48 V to 12 V, 60 A DC-DC Converter Performance with the EPC9130 Multiphase Buck

Single-phase buck converter can work efficiently at output currents up to 25 A, but the power efficiency drops significantly at higher currents. A compact, cost effective, high-power and high-efficiency 48 V to 12 V buck converter, suitable for high-power computing and telecommunication applications, can be achieved by employing eGaN FETs such as EPC2045 in a multiphase topology.

最大25 A出力で、48 V入力、5~12 V出力のEPC2053搭載DC-DCコンバータの電力密度を高める

EPC20 53などのeGaN® FETを採用することで、高性能コンピュータや通信のアプリケーションに適した最も小型で最も費用対効果が高く最も高効率の25 A 出力で48入力、5〜12 V 出力の非絶縁型コンバータを実現できます。同期バック(降圧型)・コンバータとして構成されたGaN開発基板EPC9 093は、主パワー段領域がわずか10 mm×9 mmであり、シリコンの同等品の面積の少なくとも1/2と小型で、電圧範囲5 V〜12 Vを出力することができます。

How to Design an eGaN FET-Based Power Stage with an Optimal Layout

eGaN FETs are capable of switching much faster than Si MOSFETs, requiring more careful consideration of PCB layout design to minimize parasitic inductances. Parasitic inductances cause higher overshoot voltages and slower switching transitions. This application note reviews the key steps to design an optimal power stage layout with eGaN FETs, to avoid these unwanted effects and maximize the converter performance.

EPC2045とICを使って最も小型で最も効率が高い48 V入力、5~12 V出力のDC-DCコンバータを構築

EPC2045などのeGaN FETを採用することで、高性能のコンピュータや通信のアプリケーションに適した最も小型で最も費用対効果が高く、最も高効率の48V入力、5~12V出力の非絶縁型コンバータを実現できます。同期整流型バック(降圧型)・コンバータとして構成されたDrGaNモジュールEPC9205は、48V入力、12 V 出力、10 A 負荷のときに 電力密度 1400 W /立方インチが得られ、5V~12Vの範囲の出力電圧を発生でき、出力電流14Aを供給できます。

超高速の大出力レーザー・ドライバを構築する方法:より低コストで、より高速、より高性能です!

LiDAR(光による検出と距離の測定)は、センサーからの光パルスを送信し、対称物の位置や距離を決定するために反射を測定するリモート・センシング技術です。GaNの極めて高い性能とチップスケール・パッケージの超低インダクタンスは、eGaN FETをパルス・レーザー・ドライバの理想的なスイッチにします。

EPCのeGaN FETとIC向けプリント回路基板のフットプリント設計

図1に示すLGA(ランド・グリッド・アレイ)やBGA(ボール・グリッド・アレイ)のパッケージなどに封止したEPCのウエハー・レベルのチップスケール・パッケージは、電力変換における新しいレベルの性能を実現可能にしています。これらの部品の多くは、400 μmまでの微細なピッチを使っています。

eGaN® FETまたはICを自分の手で組み立てる方法

EPCの革新的なウエハー・レベルのLGA(Land Grid Array)およびBGA(Ball Grid Array)パッケージによって、電力変換の新しいレベルの性能が実現可能になりました。適切なアセンブリ技術は、GaN技術の能力をフルに活用するために不可欠です。これらのFETとICを自分の手で組み立てるためのガイドラインです。

EPC2111を使った低コストで高効率の12 V入力、1 V出力のPOL(負荷点)コンバータの構築

EPC2111などのモノリシックのハーフブリッジeGaN® ICを使うことによって、高性能のコンピューティングや、暗号通信や通信のアプリケーションに適した最も小型で最も費用効果が高く、最も効率が高い12 V入力、1.0 V出力の非絶縁型POL(負荷点)コンバータを実現できます。同期整流型バック(降圧型)・コンバータとして構成されたEPC9204は、電力密度1000 W / 立方インチが得られ、12 Aを供給することができます。

eGaN® FETの電力変換向けに拡張するエコシステム

eGaN FETベースの電力変換システムは、Siベースの代替品よりも、高効率、高電力密度で、全体的なシステム・コストを削減できます。これらの優れた性能は、ゲート・ドライバ、コントローラ、および、eGaN FETの性能を引き出す受動部品などのパワー電子部品のますます拡張するエコシステム(生態系)の存在に拍車をかけています。

アプリケーションにおける高性能eGaN® FETトランジスタの実用的な測定方法

eGaN FETベースのコンバータの回路内の特性の進歩が、高性能な測定の要件を厳しくしています。この記事では、各アプリケーションにおいて、高性能eGaN FETを正確に評価するための技術的な能力とさまざまな測定手法とを比較します。

データセンターの電源のアプリケーション
LiDARのアプリケーション
ワイヤレス・パワーのアプリケーション
包絡線追跡のアプリケーション
宇宙のアプリケーション
D級オーディオのアプリケーション
医療技術のアプリケーション
Motor control
パワー・インバータのアプリケーション