よくあるご質問FAQ

回路の中のeGaN® デバイス

EPCのeGaN FETとICは、優れた特性と手頃な価格によって、今後数年にわたってシリコンの対応品を置き換えるでしょう。EPCは、これらの高性能パワー・デバイスを使うためのアプリケーション・ノートやホワイト・ペーパーを公表しており、それらは、設計サポートのページに掲載してあります。EPCは複数の書籍を執筆しており、Amazon.com、またはEPCのウエブサイトで購入できます

以下の書籍があります:

GaN Transistors for Efficient Power Conversion
Wireless Power Handbook

eGaN FETの利用方法と用途を説明するビデオ・プレゼンテーションのシリーズも用意してあります。

一般に、eGaN FETは、全ゲート電荷Qgが比較的小さく、帰還容量CRSSが小さいので、より高い性能での動作が可能であることを念頭に置いて、他のMOSFETと同様に扱う必要があります。一般的なガイドラインには以下があります:

アプリケーション・ノート「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 」に、さらに詳しい情報があります。加えて、インダクタンスを最小化するランド・パッドのレイアウトは、EPCのすべてのデータシート(http://epc-co.com/epc/jp/製品/eGaNFETとIC.asp)に記載されています。この本『GaN Transistors for Efficient Power Conversion』の第3章では、この方法について詳しく説明しています。スイッチング時間と電圧オーバーシュートを最小化するためのレイアウト手法は、ホワイト・ペーパー「Impact of Parasitics on Performance」および「Optimizing PCB Layout」に記載されています。ビデオ「HTG06設計の基礎:レイアウト」を参考にすることもできます。

eGaNデバイスは、そのしきい電圧に対して、温度係数が非常に小さくなっています。これによって、室温でのしきい電圧が低くても、安全マージンが大きくなります。EPCのeGaNデバイスのミラー容量とゲート-ドレイン間容量CGDも非常に小さいため、スイッチング速度はかなり高速です。すなわち、数nsecでオフすることができます。dv/dtによるターンオンを避けるためには、ゲート-ソース間の回路のインピーダンスを非常に小さくすること、およびゲート回路に対して低インピーダンスでプルダウンすることが重要です。これらの要件の多くに対応するeGaNデバイス用に特別に設計されたゲート・ドライバがあります。GaN対応のドライバとコントローラのリストは、http://epc-co.com/epc/jp/製品/eGaNドライバとコントローラ.aspにあります。eGaN FETの駆動に関する参考として、「eGaN FET Drivers and Layout Considerations」をご覧ください。

eGaNデバイスは、しきい電圧の温度係数が非常に小さいことにも注目すべきです。これによって、室温でのしきい電圧が低いにもかかわらず安全マージンが大きくなります。ゲート-ドレイン間容量CGDとゲート-ソース間容量CGSの比は、dV/dt条件下でデバイスのオフ状態を維持するために非常に有効です。これは、容量性の分圧器なので、低抵抗でゲートをオフすることと、実効インピーダンスを低く保つためにオフするループのインダクタンスを最小化するようにレイアウトすることに注意しなければなりません。この大きさは、dV/dtと電圧に依存します。eGaN FET専用に設計されたゲート・ドライバのリストは、http://epc-co.com/epc/jp/製品/eGaNドライバ.aspxにあります。

eGaNデバイスは、正の温度係数を持つデバイスなので、並列動作の良い候補です。しかし、これらのデバイスは、標準的なシリコンFETよりも、最大10倍高速にスイッチングすることができるので、レイアウトやこの構成の駆動法には特に注意しなければなりません。EPCは、最適な並列構成を確認するためのアプリケーション・ノートを用意しています。「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を参照してください。

ほとんどの高電力密度コンバータの出力電力を制限する要因は、接合部の温度なので、より効果的な熱設計が必要になります。eGaNのチップスケール・パッケージは、チップの裏面、表面、側面から効果的に放熱する6面冷却も可能です。eGaNベースのコンバータの出力電流能力を強化するために実装した高性能の熱ソリューションは、「How2AppNote 012:ヒートシンク付き高電力密度eGaNベース・コンバータの出力電力を一段と高める方法」で説明しています。

EPCのeGaN FETとICは、無線充電やワイヤレス・パワーのアプリケーションにぴったりです! ワイヤレス・パワーは、私たちの日常生活に組み込まれる準備ができています。給電器は、家具、壁、床に設置することができ、私たちの電気製品や電子機器に効率的かつ経済的に電力を供給したり、充電したりすることができます。市場では2~3種類の一般的なワイヤレス・パワーのアーキテクチャがあります。eGaN FETとICは、数MHz程度での効率的な動作が可能なので、広い表面積での給電を可能にする、受電機器を置く場所の空間的自由度が大きい、複数の機器に同時に給電する、といった、他に類を見ない機会を提供します。eGaNパワー・デバイスをワイヤレス・パワーに適用する方法については、多くの資料を用意しています。詳細は、http://epc-co.com/epc/jp/アプリケーション/ワイヤレス・パワー.aspxをご覧ください。

EPCのeGaN FETとICは、RFパワー・アンプの用途、特に包絡線追跡の用途に最適です。今日、デプリーション・モードGaN FETは、数100 MHzでスイッチングすることができるので、パワー・アンプ(PA)には一般的に、このGaN FETを使います。PAの標準的な効率は、ピーク値対平均値比(PAR:Peak to Average Ratio)が非常に小さく、20~30%です。無線通信用LTEのような新たに実用化された技術では、消費電力への関心が高まり、パワー・アンプに供給する電圧が変調信号に対して変調される包絡線追跡(ET:Envelope Tracking)のような新しい技術がPAの効率を改善するために登場してきています。eGaN FETとICは、PAに供給する電圧を数10 MHzでスイッチングできるので、効率を改善するために、これらのアプリケーションにおいて高効率な包絡線追跡アーキテクチャの採用ができるようになります。包絡線追跡用eGaN FETとICの詳細は、包絡線追跡のページhttp://epc-co.com/epc/jp/アプリケーション/包絡線追跡.asp をご覧ください。

D級オーディオ・システムでは、オーディオ特性は、FETの特性に影響されます。GaN FETは、よりハイファイなD級オーディオ・アンプを実現できます。

eGaN FETの低オン抵抗と低容量は、高効率化を可能にし、過渡相互変調歪み(T-IMD:Transient Intermodulation Distortion)を小さくするために、開ループ・インピーダンスを小さくします。高速スイッチング能力と逆回復電荷ゼロによって、全高調波歪み(THD)が低減され、出力の線形性が良くなり、クロスオーバー歪みも小さくなります。

D級オーディオ・アンプ用eGaN FETについての詳細とレファレンス・デザインのリストは、xをご覧ください。

eGaN FETは、2つの重要なパラメータ、すなわち、ゲート-ドレイン間電荷QGDと逆回復電荷QRRの低減によって、ハード・スイッチング用途でシリコンMOSFETを超える明確な利点があります。この2つの容量は、共振型のソフト・スイッチング・コンバータには、ほとんど影響しません。シリコンMOSFETと比べたとき、出力電荷QOSSとゲート電荷QGが低減されるので、eGaN FETは、共振型ソフト・スイッチングのアプリケーションにおいて、大きく改善できることも実証されています。

詳細に関しては、ホワイト・ペーパー「eGaN FETs in High Frequency Resonant Converters(高周波共振コンバータにおけるeGaN FET)」を参照してください。

これらの設計でeGaN FETとICを使うと、スイッチング損失が低減され、この結果、効率が向上し、そして/または、スイッチング周波数が高くなります。インバータのサイズとコストは、熱管理と、大部分のエネルギーの蓄積とフィルタリングに使われる受動素子が支配的です。eGaN FETとICを使って効率を高めたり、そして/または、スイッチング周波数を高めたりすると、パワー・インバータの全体的なサイズを小型化できコストを低減できます。詳細はhttp://epc-co.com/epc/jp/アプリケーション/パワー・インバータ.aspxをご覧ください。

照明(バックライトだけではなく)へのLEDの採用が近年激増し、多くのアプリケーションや回路構成が出てきています。評価基板のEPC9001CEPC9078は、非常に大きなコントラスト比のLEDバックライトのソリューションを開発するために使うことができますが、バック/ハーフブリッジ・タイプの回路構成向けに設計されています。熟練した技術者なら誰でも、入力PWM以外に、必要なものと相補的になるものがない同期ブーストとして、この後方(バックワード)で動作させることができます。これは、出力バス電圧が、最大定格電圧以上に簡単に昇圧するので注意が必要です。

EPCの増え続けている開発基板とデモ・ボードに関する詳しい情報、または、これらの基板を購入する際は、 http://epc-co.com/epc/jp/製品/デモ・ボード.aspxをご覧ください。

ここでの主な質問は、使用される回路構成の選択肢ということになるでしょう。評価基板のEPC9001CEPC9078は、非常に大きなコントラスト比のLEDバックライトのソリューションを開発するために使うことができますが、バック/ハーフブリッジ・タイプの回路構成向けに設計されています。熟練した技術者なら誰でも、入力PWM以外に、必要なものと相補的になるものがない同期ブーストとして、この後方(バックワード)で動作させることができます。これは、出力バス電圧が、最大定格電圧以上に簡単に昇圧するので注意が必要です。

EPCの増え続けている開発基板とデモ・ボードに関する詳しい情報、または、これらの基板を購入する際は、 http://epc-co.com/epc/jp/製品/デモ・ボード.aspxをご覧ください。

EPCは、業界のリーダーと協力して、軍事用および宇宙用の高信頼性GaN製品のテストを行ってきました。これらの製品は、Total Ionizing Dose(TID)およびSingle Event Effects(SEE)環境下で優れた耐放射線特性を示しています。詳細については、http://epc-co.com/epc/jp/アプリケーション/宇宙用途.aspxをご覧ください。

長期間の信頼性を高めるために、最大ゲート電圧を6 V未満に維持することが重要です。当社は、設計者のこの負担を軽減するために、駆動用レベル・シフト回路、および、駆動電圧を管理するだけでなくデッドタイムも管理するディスクリートのゲート・ドライバを開発しました。推奨するディスクリート・ソリューションの詳細は、「How2 Get The Most Out Of GaN Power Transistors」を参照してください。

2011年6月に、米テキサス・インスツルメンツ社は、業界初のeGaN FETドライバを製品化しました。続いて同社は、GaN FETに対応するドライバとコントローラを追加し、市場で入手できます。既知のパートナのICのリストはhttp://epc-co.com/epc/jp/製品/eGaNドライバ.aspにまとめてあります。

設計者のこの負担を軽減するために、2011年6月に、テキサス・インスツルメンツ社は、業界初のeGaN FETドライバを製品化しました。このLM5113は、パワー・コンバータのさまざまな構成に向けた100 Vのハーフブリッジ・ドライバです。続いて同社は、eGaN FET対応のドライバとコントローラを追加し、市場で入手できます。既知のパートナのICのリストは、http://epc-co.com/epc/jp/製品/eGaNドライバ.aspx にまとめてあります。

さらに、当社は、駆動用レベル・シフト回路、および、駆動電圧を管理するだけでなくデッドタイムも管理するディスクリートのゲート・ドライバを開発しました。推奨するディスクリート・ソリューションの詳細は、「How2 Get the Most Out of GaN Power Transistors」を参照してください。eGaNデバイスは、そのしきい電圧に対して、温度係数が非常に小さいことにも注意してください。これによって、室温でのしきい電圧が低くても、安全マージンを大きくできます。

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