GaNの話

48 Vは、コンピューティングのデータセンターや、ラップトップ・パソコンなどの民生用電子機器の新しい標準としての採用が広がっています。新しいUSB PD3.1規格は、コネクタとケーブルの電流制限が5 Aの場合、USB電圧が48 Vに高まることで、全電力供給が最大240 Wに大きくなったことも一因となって、ラップトップ・パソコンに浸透しています。 新しいUSB PD規格を使う互換性のある電源は、高電力密度の必要性を後押しする小型形状のソリューションを実現するというプレッシャの増大に直面していますGaN FETの高速スイッチング速度と低オン抵抗RDSonは、電源を構成する複数の回路で、この課題に対処できます。

去る2015年に、米オンライン・ニュースは、シリコンから引き継いだ窒化ガリウム・チップに関する記事を公開しました。その記事で私は、GaN FETはシリコンよりも高性能で、かつ低コストなので、窒化ガリウム・ベースのパワー半導体の広範な採用が可能であると主張しました。それでも、GaNがまだ、そのマイルストーンに到達していないという誤解が広まっています・・・これは誤った神話です。このブログで、この議論は定格400 V未満のデバイスに限定されているという注意と共に、この神話を払拭しようと試みます。これは、EPCのFETとIC製品のアプリケーションの焦点だからです。

去る2015年に、米オンライン・ニュースVenture Beatは、シリコンから引き継いだ窒化ガリウム・チップに関する記事を公開しました。その記事で私は、GaN FETはシリコンよりも高性能で、かつ低コストなので、窒化ガリウム・ベースのパワー半導体の広範な採用が可能であると主張しました。それでも、GaNがまだ、そのマイルストーンに到達していないという誤解が広まっています・・・これは誤った神話です。このブログで、この議論は定格400 V未満のデバイスに限定されているという注意と共に、この神話を払拭しようと試みます。これは、EPCのFETとIC製品のアプリケーションの焦点だからです。

最初のGaNオン・シリコンのパワー・トランジスタが大量生産を始めてから12年以上が経過し、Lidar（光による検出と距離の測定）や宇宙の電子機器などの多くのアプリケーションで、非常に急速に採用されています。しかし、民生用電子機器、コンピュータ、モーター駆動、自動車などの他の市場についてはどうでしょうか？　これらの各分野でさえ、性能の向上と低コスト化という予測される転換点が現実のものになってきたため、GaNデバイスが大量に使われ始めています。

EPCのGaNのパワーFETやICなどの「置換」技術が製品化され、新しいレベルの性能が可能になるとき、あなたの設計をモデル化することで、回路の機能とニーズに対する快適さと洞察が得られます。このブログでは、「EPCのGaNパワー・ベンチ、オンライン・モデリング・ツールのライブラリ、EPCのGaN FETサーマル・カリキュレータ」といった最新の追加機能について説明します。

窒化ガリウム（GaN）パワー・デバイスは、成熟したシリコン・ベースのMOSFETとICに対するより高効率な代替品です。一言で言えば、GaNデバイスは小型で、スイッチングが速く、オン抵抗が小さいので、シリコンの同等品よりも高効率にできます。より高い効率とより低い損失であっても、すべての電子機器は、熱としていくらかの電力を放散します。EPCのGaN FETサーマル・カリキュレータは、あなたの設計がGaNパワー回路の特性の最高の値を実現し、レイアウトに取り組む前に、設計上の課題を軽減することに役立ちます。

EPCがApplied Power Electronics Conference (APEC)のために米国ヒューストンに向かう準備は順調に進んでいます。このチームは、GaNの優れた性能が、コンピューティング、通信、イーモビリティなどの多くの業界にわたって、電力供給をどのように変革しているかを示すさまざまなデモを直接展示して、帰ってくることを楽しみにしています。

モビリティは、すべての経済において推進要因ですエレクトロモビリティ（またはイーモビリティ）は、地球にダメージを与える非効率的なモーターや化石燃料燃焼エンジンのように環境ストレスに影響することなく、商業用ギアを磨き続けるためのクリーンでインパクトのある方法です。高効率で小型なモーター駆動の設計に対する需要は、ますます高まっています。このトレンドをサポートする競争力のある環境に優しい代替案を迅速に開始するために、イーモビリティ用途向けのEPCのGaNベースのモーター駆動用リファレンス・デザイン

48 V/12 Vの自動車用評価パワー・モジュール（EPC9137、EPC9163、EPC9165など）は、2相同期バック（降圧型）／ブースト（昇圧型）の回路構成を採用しています。エッジ・コネクタとコントローラ・カードも、1枚のコントローラと、並列接続した2枚のモジュールを動作させられるように設計されており、効果的に4相を実現し、定格電流と定格電力を2倍にできます。EPC9137モジュールの使用例が図1です。

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。