GaNの話シリコンを粉砕するために捧げたブログ
eGaN FETを使った高速、高効率で、小型な350 Vのハーフブリッジ・モジュールの製作

eGaN FETを使った高速、高効率で、小型な350 Vのハーフブリッジ・モジュールの製作

8 22, 2022

米Sensitron Semiconductorの新規ビジネス開発部門ディレクタRichard Locarniと、EPCのフィールド・アプリケーション・エンジニアBrian Millerによる投稿。

多くの電力システムで使われる基本的なビルディング・ブロックは、直列の2個のパワーFETとそれぞれのゲート・ドライバで構成されるハーフブリッジです。ディスクリートFETとゲート・ドライバを使って基板上でこの機能を実現できますが、多くの場合、ハーフブリッジ・モジュールを使う方が有利です。ハーフブリッジ・モジュールを使うと、事前に認定された単一部品の使用、リードタイムの短縮、高性能化など、多くの利点があります。米Sensitron Semiconductor(sensitron.com)は 、50年以上にわたるパワー・モジュールのサプライヤであり、最新の製品はEPCのeGaN FETを使っているため、さらに魅力的です。SensitronはEfficient Power Conversionと協力して、最近製品化したGaN FETのEPC2050を使って350 Vのハーフブリッジ・モジュールを開発しました。商用、産業用、および航空宇宙のアプリケーション向けに設計されたハーフブリッジのインテリジェント・パワー・モジュールSPG025N035P1Bは、定格20 Aで、5 kW以上の制御に使えます。図1は、SiやSiCからGaNへのアップグレードによって達成されたパッケージ・サイズの大幅な小型化です。

図1:設計をシリコンから炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)にアップグレードすることで達成されるサイズの小型化。

350 Vのハーフブリッジ・モジュールにGaN FETを使うと、多くの利点があります。これらには以下が含まれます:

  • 速度:350 Vのモジュールに最適な定格500 kHz
  • 効率:低スイッチング損失
  • 熱:最適なシステム熱設計のための絶縁された上面冷却
  • サイズ:以前のモジュールから明らかにサイズを小型化、1.1インチ×0.7インチ×0.17インチ(1インチは2.54 cm)
  • 信頼性:SensitronとeGaNの実証済みのフィールド信頼性

サイズの小型化を実現するには、GaN FETのEPC2050の非常に小さいサイズ(1.95×1.95 mm)が重要です。

チップスケール・パッケージ封止のeGaN FETであるEPC2050
Sensitron 350 V、20 Aのモジュール

モジュールの開発に関するSensitronとEPCの協力は、350 VのeGaN FET(EPC2050)が生産される前に始まりました。Sensitronは、複数回の反復を行い、350 VのGaN FETの認定が完了したときにモジュールを改良しました。開発の最終段階で、EPCはeGaN FETの寸法をより薄いパッケージに変更し、モジュール・ハウジングの内部に変更を加えました。この調整によって、接合部からパッケージへのすでに優れていた熱伝導が、一段と改善されました。ハーフブリッジのインテリジェント・パワー・モジュールSPG025N035P1Bには、ハイサイドFET用のブートストラップ・フローティング・ゲート駆動回路が含まれています。統合されたゲート駆動回路は、電圧感度の問題を排除すると同時に、高周波スイッチング特性を最適化します。

まとめ

Sensitronは、従来のシリコンFETをEPCの350 VのGaN FET(EPC2050)に置き換えることで、このモジュールのすでに優れていた接合部からパッケージへの熱伝導を改善すると同時に、製品のサイズも 60%小型化することができました。最適な熱特性は、この超小型で軽量な高電力密度パッケージ(1.10インチ×0.70インチ×0.14インチ)のSensitron 独自の上面冷却技術によって実現されています。統合されたゲート駆動回路を備えた200 V、20 Aのハーフブリッジを含む追加のパッケージ定格も開発中です。このモジュールは、SensitronとEPCの間の共同開発の結果です。あなたのGaN設計のヘルプについては、GaNの話のフォーラムで利用可能な製品サポートを確認するか、GaNのエキスパートに聞くGaNのエキスパートに聞くにリクエストを送信してください。Sensitronのソリューションに関する詳細については、sensitron.comをご覧ください。