Günümüzün elektronik dünyasında tıbbi cihazlardan telefon ve dizüstü bilgisayar şarj cihazlarından yardımcı güç kaynaklarına kadar her şey için güç dönüştürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Sürekli küçülen ambalaj boyutu, termal yönetim, değişken giriş voltajı ve akıllı şarj protokolleri, güç kaynaklarının ve dönüştürücülerin tasarımını giderek daha karmaşık hale getirirken aynı zamanda enerji verimliliğine yönelik talepleri de artırıyor.
Geçtiğimiz on yılda, galyum nitrür (GaN) çip üstü entegre devreleri (IC'ler) kullanan yeni anahtar teknolojileri ortaya çıktı. Galyum nitrür devrelerinin özellikleri atomik düzeyde farklılık gösterir, bu nedenle güç dönüştürücü tasarımcıları hem zorluklarla hem de çözümlerle karşı karşıya kalır.
GaN yarı iletkenleri geniş bir bant aralığına sahiptir; 3,4 eV'de bant aralığı silikon yarı iletkenlerin bant aralığının üç katından fazladır. Diğer geniş bant aralığına sahip malzemeler gibi, GaN yarı iletkenleri de daha yüksek voltajlarda ve +400 °C'ye kadar sıcaklıklarda çalışabilme kapasitesine sahiptir, bu da onları daha yüksek güç uygulamalarına uygun hale getirmenin yanı sıra daha yüksek frekanslarda çalışarak radyo frekansı (RF) ve 5G uygulamaları için de uygun hale getirir.
Silikon IC'lerle karşılaştırıldığında GaN entegre devreleri, güç dönüştürücü uygulamalarında seri empedans (RDS (ON)) ve paralel kapasitans (COSS) gibi transistörle ilgili kayıpları daha küçük harici boyutlarla optimize eder. Silikon IC'lerle aynı ayak izine sahip olan GaN IC'ler yalnızca daha yüksek frekansları idare etmekle kalmaz, aynı zamanda daha az ısı üretir. Bu özellik, tasarımcıların hacimli ısı emicilerini küçültmesine veya ortadan kaldırmasına olanak tanır.
Ancak GaN transistörlerinin kontrolü zorlayıcı olabilir. Bu tip transistör yüksek frekanslara dayanabilir; bu, gecikmeyi ortadan kaldırmak ve transistörün anahtarlama hızını etkili bir şekilde azaltarak gereksiz elektromanyetik paraziti (EMI) önlemek için kontrol sürücüsünün fiziksel olarak transistöre yakın konumlandırılması gerektiği anlamına gelir. GaN kullanan güç dönüştürücü tasarımcıları, birincil taraf (giriş) için yüksek voltajlı bir güç anahtarını ve ikincil taraf (çıkış) için bir kontrol IC'si ve geri besleme devresini birleştiren tek bir cihaz kullanarak bu zorlukları ortadan kaldırır.
Anahtar işleminin ayrıntılı özellikleri
Güç Entegrasyonları, PowiGaN ™ InnoSwitch 3 teknolojisini kullanır ve bu tür paketlenmiş cihazların birden fazla serisini geliştirmiştir. Örneğin, InnoSwitch 3-CP serisi dönüştürme anahtarı IC (Şekil 1), sabit bir güç (CP) eğrisi elde etmek amacıyla sabit voltaj (CV)/sabit akım (CC) çıkışları sağlamak için yarı rezonans (QR) geri dönüş denetleyicisi kullanır.
IC'nin birincil ve ikincil tarafları elektriksel olarak yalıtılmıştır, ancak çıkış voltajı ve akım bilgisi, endüktif bağlantı yoluyla ikincil denetleyiciden birincil denetleyiciye iletilir. FluxLink iletişim teknolojisi, hızlı yük geçici tepkisi elde etmek ve 70 kHz'e kadar frekansları değiştirmek için doğru bilgileri hızlı bir şekilde sağlayabilir.