プロローグ

eGaN^® FETベースの電力変換システムは、Siベースの代替品に比べて、高効率化、高電力密度化、全体的なシステム・コストの削減が可能です。これらの優れた性能によって、ゲート・ドライバ、コントローラ、特にeGaN FETの性能を向上させる受動部品など、パワー・エレクトロニクス部品のエコシステムがますます拡大しています。eGaN FETの例を図1に示します。

図1：7 mΩ～120 mΩの範囲、および100 V〜350 Vの範囲のeGaN FETの例

eGaN FETのエコシステムの概要

eGaN FETのエコシステムは、1）ゲート・ドライバ、2）コントローラ、3）受動部品の3つの主要な分野に分類できます。図2に示すような標準的な同期整流方式バック（降圧型）・コンバータでは、これらのさまざまな部品がカギになります。これらの部品への要求は、実装面積が小さい、高速スイッチング、ゲート電圧への要件が厳しい、高周波能力などのeGaN FETの特性によって牽引されています。

図2：eGaN FETベースの標準的な同期整流方式バック・コンバータの回路図。eGaN FETのエコシステムの重要な部品を強調しました

eGaN FET用ゲート・ドライバ

ゲート・ドライバICは、eGaN FETのスイッチング能力を最大化するために重要です。eGaN FETに対応させるために、ゲート・ドライバは、5 V駆動に適したUVLO（低電圧ロックアウト）、低プルアップ抵抗、低プルダウン抵抗、小さい実装面積、および高いdv/dtに耐えるための十分な同相過渡電圧耐性（CMTI：common-mode transient immunity）を備えた絶縁に対応していなければなりません。一部のeGaN対応ドライバが備えるこの他の有益な機能には、電圧レギュレータ内蔵、ブートストラップ管理、非常に狭いパルス幅を発生できる能力などがあります。eGaN FETと組み合わせることに適したローサイド・ゲート・ドライバの例が表1です。同様に、表2はハーフブリッジのゲート・ドライバの例です。

シングル・チップのソリューションが存在しない高電圧設計では、ローサイドのゲート・ドライバを高CMTIの大電圧信号アイソレータと組み合わせて使うことができます。

eGaN FET用コントローラ

eGaN FETは、コンバータの周波数を高められるので、コントローラは、より高い制御帯域幅と高周波コンバータ向けの厳格な安定化と共に、MHzオーダーで動作することが要求されます。多くのコントローラには、ゲート・ドライバ段も組み込まれており、このゲート・ドライバ段は、前述のゲート・ドライバへの要求を満たさなければなりません。表3と表4は、同期整流方式バック（降圧型）・コンバータ向けのeGaN FET対応コントローラを示しています。

デジタル・コントローラは、多相や多レベルのアーキテクチャなど、多くのeGaN FETのアプリケーションにも有用です。この用途に適した例には、マイクロチップ・テクノロジーのPICシリーズや、テキサス・インスツルメンツのDelfinoシリーズとPiccoloシリーズがあります。

eGaN FET向け受動部品

eGaN FETベースのコンバータの動作周波数が高いほど、より高い周波数向けに最適化された受動部品が必要になります。

eGaN FETコンバータの性能の重要な指標は、入力と出力のフィルタを含めた電力密度と効率です。コイル選択の重要なパラメータには、導通損失を最小化するために等価直列抵抗（ESR）が小さいこと、コアの損失が小さいこと、寄生容量が小さいことなどがあります。米ビシェイ・インターテクノロジーのIHLPシリーズは、これらの基準を十分に満たしているので適しています。

バイパス／デカップリングに適したセラミック・コンデンサは、複数のベンダーから入手でき、X7RまたはX7Sの温度係数を選べば、最高の電力密度で素晴らしい結果をもたらします。

結論

eGaN FETがアプリケーションの設計に浸透し続けると、eGaN FETの優れた性能を実現するために必要なサポート部品の周辺エコシステムも拡大します。現在、このエコシステムは、もはやGaNベースの設計の制限要因ではなく、設計者にとって、ゲート・ドライバ、コントローラ、受動部品の選択肢が急速に拡大しています。

Rick Pierson, Senior Manager, Digital Marketing