I primi FET GaN di potenza per applicazioni automotive con driver, protezione e gestione attiva dell’alimentazione

 

Offrono la massima efficienza e consentono di incrementare la densità di potenza nei caricabatterie di bordo delle vetture e negli alimentatori industriali.

Texas Instruments ha ampliato la sua gamma di prodotti per la gestione dell’alimentazione ad alta tensione con una innovativa serie  di transistor ad effetto di campo al nitruro di gallio (GaN) da 650 V e 600 V per applicazioni automotive e industriali. Con un gate driver integrato a 2,2 MHz a commutazione rapida, i nuovi dispositivi FET a tecnologia GaN permettono ai progettisti di fornire il doppio della densità di potenza, raggiungere un’efficienza del 99% e ridurre le dimensioni degli induttori di potenza del 59% rispetto alle soluzioni esistenti. TI ha sviluppato questi nuovi FET utilizzando processi e materiali GaN proprietri su un substrato GaN di silicio (Si), tecnologia che consente di ottenere un significativo vantaggio in termini di costi e nella catena di fornitura rispetto all’impiego di substrati quali il carburo di silicio (SiC). Ulteriori informazioni sono disponibili ai seguenti link: LMG3425R030 e LMG3525R030.

Il processo di elettrificazione dei veicoli sta trasformando l’industria automobilistica e le richieste dei consumatori che ora richiedono sistemi di ricarica più rapidi e maggiore autonomia. I progettisti si trovano, dunque, di fronte alla sfida di progettare sistemi automotive sempre più compatti e leggeri, senza compromettere le prestazioni del veicolo. L’utilizzo dei nuovi FET GaN per automotive di TI può contribuire a ridurre le dimensioni dei caricabatterie di bordo dei veicoli elettrici (EV) e dei convertitori DC/DC fino al 50% rispetto alle soluzioni Si o SiC esistenti, consentendo ai progettisti di ottenere una maggiore autonomia della batteria, una maggiore affidabilità del sistema e una riduzione dei costi di sviluppo. Nelle applicazioni industriali, i nuovi dispositivi consentono di ottenere un’elevata efficienza e densità di potenza, in particolare nei convertitori di potenza AC/DC in cui è importante ridurre le perdite e limitare lo spazio su scheda, come nell’hyperscale e nelle piattaforme di elaborazione aziendali, nonché nei raddrizzatori utilizzati negli impianti  5G. 

“Le applicazioni industriali e automotive richiedono sempre maggiore potenza in meno spazio, e i progettisti devono fornire sistemi di gestione dell’alimentazione collaudati che funzionino in modo affidabile per tutta la durata delle apparecchiature”, ha affermato Steve Lambouses, vice president for High Voltage Power presso TI “Grazie ad oltre 40 milioni di ore di funzionamento affidabile dei dispositivi e oltre 5 GWh di potenza convertita durante i test, la tecnologia GaN di TI offre l’affidabilità a vita che gli ingegneri cercano per qualsiasi tipo di mercato”. 

Doppia densità di potenza con meno dispositivi

Nelle applicazioni ad alta tensione e alta densità, il contenimento dello spazio su scheda riveste un ruolo importante nella progettazione. A mano a mano che si riducono le dimensioni dei sistemi elettronici, anche i componenti al loro interno devono rimpicciolirsi e stare più vicini. I nuovi FET GaN di TI integrano un driver a commutazione rapida, oltre a protezione interna e rilevamento della temperatura, consentendo ai progettisti di ottenere elevate prestazioni, con riduzione dello spazio su scheda nei sistemi di gestione dell’alimentazione. Questa integrazione, oltre all’elevata densità di potenza della tecnologia GaN di TI, consente agli ingegneri di eliminare più di 10 componenti tipicamente previsti nelle soluzioni discrete. Inoltre, ciascuno dei nuovi FET da 30 mOhm può gestire fino a 4 kW di potenza nei sistemi di conversione con configurazione half-bridge.

Massima efficienza nel settore per la correzione del fattore di potenza (PFC)

Il GaN offre vantaggi in termini di commutazione rapida e consente di realizzare sistemi di alimentazione più piccoli, leggeri ed efficienti. Storicamente, l’aumento della velocità di commutazione determina maggiori perdite di potenza. Per ridurre le perdite di potenza, i nuovi FET GaN dispongono della modalità a diodo ideale di TI. Ad esempio, nei PFC (Power Factor Correction), la modalità a diodo ideale riduce fino al 66% le perdite nel terzo quadrante rispetto ai MOSFET GaN o SiC discreti. La modalità a diodo ideale elimina anche la necessità di un controllo adattivo dei tempi morti, riducendo la complessità del firmware e il tempo di sviluppo. La nota applicativa «Ottimizzazione delle prestazioni del GaN con la modalità a diodo ideale» consente di approfondire l’argomento. 

Ottimizzazione delle prestazioni termiche

Grazie ad un’impedenza termica inferiore del 23% rispetto al packaging concorrente più simile, il packaging dei FET GaN di TI consente ai progettisti di utilizzare dissipatori di calore più piccoli, semplificando e migliorando anche questo aspetto. I nuovi dispositivi offrono la massima flessibilità di progettazione termica, indipendentemente dall’applicazione, con la possibilità di scegliere tra un package raffreddato sul lato inferiore o superiore. Inoltre, il reporting digitale della temperatura, integrato nei FET, consente una gestione attiva della potenza e permette agli ingegneri di ottimizzare le prestazioni termiche del sistema in base alle variazioni dei carichi e delle condizioni operative. 

Package, disponibilità e prezzi

Le versioni di pre-produzione dei quattro nuovi FET GaN da 600 V di livello industriale sono disponibili, solo su TI.com, in un package QFN (Quad Flat No-lead) da 12 mm x 12 mm con i prezzi elencati nella tabella sottostante. TI prevede che i dispositivi industriali saranno disponibili per la produzione su larga scala nel primo trimestre del 2021. I moduli di valutazione già disponibilia partire da USD 199.

Prodotto Prezzo unitario (quantità da 1.000 pezzi) Modulo di valutazione Prezzo
LMG3422R050 USD 8,34 LMG3422EVM-041 USD 199
LMG3425R050 USD 8,92 LMG3425EVM-041 USD 199
LMG3422R030 USD 13,72 LMG3422EVM-043 USD 199
LMG3425R030 USD 14,68 LMG3425EVM-043 USD 199

 Le versioni di pre-produzione dei nuovi FET GaN automotive LMG3522R030-Q1 e LMG3525R030-Q1 a 650 V e i moduli di valutazione saranno disponibili per l’acquisto nel primo trimestre del 2021. Campioni per l’engineering sono disponibili su richiesta su www.ti.com/autogan.

 

 

 

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