GaNの話

48 Vは、AI（人工知能）システム、データセンター、マイルドハイブリッド電気自動車など、多くのアプリケーションで採用されています。ただし、従来の12 Vのエコシステムが依然として支配的であるため、12 Vから48 Vへの高電力密度のブースト（昇圧型）・コンバータが必要です。eGaN^® FETの高速スイッチングと低オン抵抗R_DS(on) は、この課題に対処することに役立ちます。このブログでは、ルネサス エレクトロニクスのeGaN FET互換コントローラIC のISL81807によって直接駆動されるeGaN FETを使った12 V入力、48 V、500 W出力のDC-DCパワー・モジュールの設計をシンプルで低コストの同期ブースト構成の中で評価します。.

ノート・パソコンやパソコンのモニターなどの最新のディスプレイには通常、低電力ブースト（昇圧型）・コンバータが必要です。このアプリケーションでは、画面の明るさの強度が低から中程度であり、このコンバータは、ほとんどの場合、軽負荷で動作するため、軽負荷の効率が非常に重要です。eGaN FETの低いスイッチング損失は、この課題に対処することに貢献します。このGaNの話のブログは、シンプルで低コストの同期ブースト構成で、eGaN FETを使って温度上昇が小さい12 V入力、60 V、50 W出力の DC-DCパワー・モジュールの設計について検討します。

このGaNの話のブログではモーター駆動回路の設計に、シリコン・ベースのインバータの代わりにGaNベースのインバータを使うと、大きさと重さを削減できると同時に、スムーズに動作させられることの利点について説明しています。これらの利点は、倉庫や物流のロボット、サーボ駆動、電動自転車や電動キックボード、協調型で低電圧のロボットや医療用ロボット、産業用ドローン、自動車用モーターなど、一般的なアプリケーションで使われるモーター駆動回路にとって重要です。

英調査会社Omdiaは、倉庫や物流のロボットの世界的な出荷台数は、2018年の年間19万4000台から、2022年には93万8000台へと、今後5年間で急速に増加すると予測しています。2021年までに、多くの主要プレーヤがロボット・システムを採用するため、その後の成長率は鈍化します。この分野の世界的な売り上げは、2018年の83億米ドルから、2022年には308億ドルに増加し、既存のプレーヤと新興プレーヤに大きな機会を提供します。

EPCの開発基板は、一般的なアプリケーションにおいて、eGaN^® FETとICを評価する機会を提供します。例えば、ハーフブリッジ開発基板のEPC9094は、バック（降圧型）・コンバータまたはブースト（昇圧型）・コンバータとして構成できます。EPC9094は、新しく製品化された面積1.3×1.3 mm、2×2ピンのWLCSP（ウエハー・レベルのチップスケール・パッケージ）に収めた耐圧200 V、最大オン抵抗43 mΩのeGaN FETであるEPC2054を搭載しています。この非常に小さいFETの非常に低いオン抵抗R_DS(on) 値によって、高電圧電源からの大電流負荷をサポートできます。この能力を実証するために、開発基板のEPC9094をバック・コンバータに変更します。140 V電源を使ったSpiceシミュレーションでは、2.5 A、28 V出力で90％の高効率が得られることを示しています。米ビシェイ・インターテクノロジーの33 µH、4.4 A、最大95 mΩ、10.2×10.8×4 mmのコイルIHLP-4040DZET330M11を選択すると、500 kHzでリップルは40％になるでしょう。出力コンデンサは、4個の10 µFのセラミック・コンデンサY5V 50V 1210で構成しました。このシミュレーションでは、スイッチング周波数を500 kHzと375 kHzの間で変えた場合、リップル電流と全体的な効率のトレードオフが示されました。このシミュレーションは、デッドタイムを調整して、ハイ・レベルからロー・レベルへの完全なZVS（ゼロ電圧スイッチング）遷移を可能にすることで、バック・コンバータの軽負荷時の効率が最大化されることを示しました。

最近まで、オーディオ・アンプで高品質のサウンドを実現するには、数1000米ドルの費用がかかり、大きくて重く、電力を大量に消費するA級アンプに依存していました。今、窒化ガリウムのFETとICの出現によって、高品質で低コストのD級オーディオ・アンプの時代が到来しています。

GaNの話のブログのゲスト：Pavel Gurev、ロシアのSinftech Rus LLC

パルスLidar（光による検出と距離の測定）システムは通常、発光には波長905 nmまたは1550 nmのレーザーを使います。1400 nmを超えると、目のさまざまな要素が光を吸収するので、網膜に到達して損傷することを防げます。レーザー出力を上げると、すべてが吸収されるわけではなく、ある時点で網膜の損傷が発生する可能性があります。905 nmの光は吸収されないため、網膜に到達します。そのため、損傷を防ぐためにエネルギー密度を制限して使うように注意しなければなりません。

GaNベースのソリューションをデジタル制御や高性能磁気部品と組み合わせることで、超薄型ノート・パソコンやハイエンド・ゲーム・システムなどの高密度コンピューティングのアプリケーションの効率を高め、サイズを縮小し、システム・コストを削減できます。

Steve Colinoと共著

パワー・エレクトロニクスの技術者は常に、高い信頼性を維持し、コストを最小限に抑えながら、より高い効率とより高い電力密度が得られる設計に取り組んでいます。設計技術の進歩と部品技術の向上によって、技術者は、これらの目標を終始一貫して達成することができます。パワー半導体は、これらの設計の中核であり、それらの改善は、より良い性能に不可欠です。このEPCの宇宙のブログでは、GaNパワー半導体が宇宙用途の過酷な放射線環境での革新を可能にする方法を示します。