GaNの話

医療技術産業には、病気や慢性疾患の予防、診断、治療を単純化する医療機器が含まれます。インドの調査会社Fortune Business Insightsによると世界の医療機器市場は、2022年の4954億6000万米ドルから、5.5%のCAGR（年平均成長率）で、2029年までに7189億2000万ドルに成長すると予測されています。

オン抵抗RDS(ON)は、電圧と共に、Si MOSFETやGaN FETを評価するために一般的に使われる普遍的なパラメータです。RDS(ON)は、特定の技術プラットフォーム内のデバイスのサイズ、つまり、そのコストを示す優れた指標です。ただし、ほとんどのスイッチング・パワー・コンバータでは、損失は、導通損失とスイッチング損失の組み合わせです。したがって、RDS(ON)は、異なる技術プラットフォーム間、または同じ技術プラットフォーム内であっても、信頼できる性能の指標ではありません。これは、設計者がSi MOSFETからGaN FETに移行する場合に特に当てはまります。

一般的な家電製品に新しい設計アプローチを適用することで、すべてのユーザーが日常生活でのエネルギー使用量の削減に貢献できます。EPCは、新しいデモ・ボードEPC9176を製品化しました。これは、より高効率で高性能な掃除機のモーターを対象とした3相BLDC モーター駆動用インバータです。

窒化ガリウム（GaN）は、パワー・デバイスの生産に加え、RF部品や発光ダイオード（LED）の生産にも使われる非常に硬く、機械的に安定したワイド・バンドギャップ半導体です。GaNのスイッチング周波数は、シリコンよりも大幅に高いので、パワー・エレクトロニクスの設計者は、シリコン技術で達成するためにこれまで挑戦していた、より小型、より高効率、より高性能なシステムを構成できるようになりました。

従来、オーディオ・ファンは、D級オーディオ・アンプを見下してきました。スイッチング・トランジスタが、最も厳しいファンを満足させるために、十分な開ループ直線性を備えたアンプを構成するために最適化された性能を備えていなかったからです。窒化ガリウムのトランジスタと集積回路の急速な採用によって、設計者は、仕様によるマーケティングに必要なTHD＋N（全高調波歪率＋雑音）の性能目標を達成し、過渡相互変調歪みを低減して、最適なリスニング体験を目的とした音楽の温かみのある繊細さと音色を実現できるようになりました。

持続可能なエネルギーは、今日の世界において極めて重要なニーズです。発展途上国は、産業を支え、遠隔地の村に電力を供給するためのエネルギー・インフラの構築に苦労しています。同時に、工業化された国・地域は、環境への影響を減らしながら、より多くの電力を求めるという相反する要求のバランスを取ることに力を注いでいます。窒化ガリウム（GaN） ICは、電力密度を高め、効率を改善し、新しいアプリケーションを可能にするパワー・デバイスを設計者に提供します。世界的にエネルギー・コストが上昇しているため、GaNデバイスの採用率が劇的に加速していることは、驚くことではありません。

GaNは、モーター駆動用途のゲーム・チェンジャ（流れを変えるもの）です。設計者がこの技術を活用するためには、迅速で信頼性高い製品化するまでの時間が重要です。最先端のエレクトロニクスと技術を利用した使いやすいリファレンス・デザインは、製品の市場投入までの時間を短縮する貴重なツールを提供します。このツールEPC9173を使うと電動自転車やドローンの設計者は、モーター・システムのサイズ、性能、範囲、精度、トルクをすべて向上させると同時に、設計を簡素化して市場投入までの時間を短縮できます。

窒化ガリウム（GaN）は、効率を高め、システムのサイズと重さを大幅に削減し、シリコンでは達成できなかったまったく新しいアプリケーションを可能にする技術として登場しました。では、なぜGaNについて多くの神話がいまだに広まっているのでしょうか、事実は何でしょうか？

GaNに関する非常に多くの誤った情報が残っている理由の1つは、既存のシリコン技術のサプライヤが、潜在的なGaNユーザーを思いとどまらせるために、信頼性の問題、設計上の課題、高い価格、信頼性の低いサプライ・チェーンなどの噂を含む脅迫戦術を使っていることです。

これらの攻撃にもかかわらず、GaNは、Lidar（光による検出と距離の測定）などのアプリケーションを可能にするだけでなく、データセンターや車載用電子機器など、以前はシリコンMOSFETが支配的な地位を占めていた従来のアプリケーションにも受け入れられ続けています。この記事では、GaNに関する最も一般的な神話を暴き、GaN FETとGaN ICが電力変換で置換のサイクルをどのように生み出しているかを示します。

環境への圧力によって、より新しく、よりクリーンで高効率な輸送オプションを迅速に採用したいという圧力がかかっています。2025年には、販売される自動車の10台に1台が、より燃費効率の高い48 Vのマイルドハイブリッドになると予想されています。これらのシステムには、電力範囲が1.5 kW～6 kWの48 Vと12 Vの間の双方向コンバータが必要になるでしょう。これらのシステムの設計上の優先事項は、サイズ、コスト、高い信頼性です。GaN電力変換ソリューションは、これらの新しいモデルで使われる48 Vと12 Vの間の双方向コンバータをサポートするために最適です。

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。