reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Technologie | 01 czerwca 2017

Technologie GaN w zaawansowanych systemach zasilania - cz. 2

Zapraszamy na drug膮 cz臋艣膰 artyku艂u, w kt贸rej przedstawimy GaN, w odniesieniu do nowoczesnych system贸w zasilania.
Zalety technologii GaN przedstawili艣my Pa艅stwu w cz臋艣ci pierwszej, traktuj膮cy o tym samym temacie. Jednak偶e pomimo tego, 偶e GaN ma wiele tych zalet i wiele do zaoferowania, technologie oparte o GaN dopiero raczkuj膮, je艣li chodzi o ich wykorzystanie w nowoczesnych uk艂adach zasilania, takich jak SMPS. GaN ma pewne niedogodno艣ci, z kt贸rymi projektanci (dopiero) ucz膮 sobie radzi膰. Sukcesy GaN w LED鈥檃ch czy technologiach komunikacji bezprzewodowej da艂y wra偶enie, 偶e mamy ju偶 gotowe technologie, pozwalaj膮ce na wej艣cie tego materia艂u w uk艂ady zasilania i szeroko poj臋t膮 energoelektronik臋. Jednak偶e faktyczne wymagania, stawiane tranzystorom FET produkowanym z wykorzystaniem GaN s膮 nieco wi臋ksze, a ich wykonywanie nie jest tak sprawne. Wyd艂u偶y艂 si臋 te偶 czas potrzebny na opracowanie nowych uk艂ad贸w zasilania, w tym kontroler贸w tranzystor贸w FET GaN. Wymaga si臋 wi臋kszej uwagi i staranno艣ci, przy rozwi膮zywaniu ka偶dego z problem贸w po kolei, na jakie trafiaj膮 projektanci nowoczesnych uk艂ad贸w SMPS, w por贸wnaniu do tych, opartych o klasyczne prze艂膮czniki krzemowe (Si). Najprostszym przyk艂adem mo偶e by膰 to, 偶e typowe tranzystory Si (MOSFET) normalnie znajduj膮 si臋 w trybie nieprzewodz膮cym. Z kolei prze艂膮czniki GaN normalnie znajduj膮 si臋 w stanie aktywnym (przewodz膮cym), lub zubo偶onym (鈥瀌epleted鈥). Takie r贸偶nice wymagaj膮 niemal ca艂kowitego przeprojektowania ca艂ego systemu zasilania, pozwalaj膮c im na efektywn膮 prac臋. Czasem stosuje si臋 podw贸jne klucze (wzbogacone), kt贸re wprowadz膮 funkcjonalno艣膰 podobn膮 do MOSFET鈥櫭硍, czyli tryb normalnie wy艂膮czony (nieprzewodz膮cy). Innym problemem jest zapewnienie wi臋kszej dok艂adno艣ci w domenie czasowej. Stosowanie GaN to cz臋sto te偶 ch臋膰 stosowania wy偶szych cz臋stotliwo艣ci, a tranzystory GaN ju偶 same w sobie wymagaj膮 tej dok艂adno艣ci na wysokim poziomie. Co wi臋cej, klucze takie s膮 bardzo wra偶liwe na indukcyjno艣ci paso偶ytnicze w uk艂adzie. Pojawiaj膮 si臋 jednak sterowniki tranzystor贸w FET GaN, kt贸re radz膮 sobie z tym problemem ca艂kiem nie藕le. Przyk艂adem mo偶e by膰 tu uk艂ad LM5113 od TI, kt贸ry stworzono z my艣l膮 o sterowaniu prac膮 strony wysokiej i niskiej w trybie wzbogaconym (鈥瀐igh- and low-side enhancement-mode鈥) tranzystor贸w GaN przy 艣rednim poziomie napi臋ciowym. Zawiera on w sobie tak偶e wiele element贸w, koniecznych do efektywnego sterowania takimi tranzystorami, co zdejmuje z projektant贸w sporo pracy, przy dobieraniu komponent贸w peryferyjnych. Rozwi膮zania scalone Wprawdzie tego typ sterowniki s膮 znacznym udogodnieniem przy tworzeniu efektywnych uk艂ad贸w SMPS, to jednak takie rozwi膮zania te偶 maj膮 swoje ograniczenia. Przyk艂adem mog膮 by膰 op贸藕nienia, jakie powstaj膮 w projekcie gotowej aplikacji, wywo艂ane samym uk艂adem 艣cie偶ek. Sprawia to, 偶e spada precyzja czasowa, przy sterowaniu tranzystorami GaN. Przysz艂e scalaki b臋d膮 musia艂y radzi膰 sobie tak偶e i z tymi problemami: r贸偶norodno艣ci膮 przy prowadzeniu 艣cie偶ek i r贸偶norodno艣ci膮 w stosowanych komponentach pasywnych. Wszystkie te elementy s膮 wa偶ne do odpowiedniego zestrojenia sterownika z tranzystorem, dla precyzyjnego i wydajnego sterowania prze艂膮cznikiem. Dwa r贸偶ne urz膮dzenia, mimo 偶e z pozoru identyczne, mog膮 si臋 r贸偶ni膰 w parametrach, a integrowanie tych element贸w w ka偶dym scalaku mo偶e by膰 nieekonomiczne. Z drugiej jednak strony, rozwi膮zania integruj膮ce w sobie sterownik, elementy pasywne, a nawet sam tranzystor, w pojedynczym scalaku, pozwol膮 oszcz臋dzi膰 sporo miejsca na p艂ytce PCB i zapewni膰 mog膮 wysok膮 precyzj臋, odci膮偶aj膮c projektanta aplikacji. Przyk艂ad takiego rozwi膮zania mo偶emy zobaczy膰 na poni偶szym rysunku. Cz臋sto te偶 bowiem razem z redukcj膮 gabaryt贸w idzie ch臋膰 upraszczania tworzonych rozwi膮za艅. Mniejszy poziom skomplikowania to mniejsze okazje do usterek. A kr贸tsze 艣cie偶ki to te偶 mniejsze indukcyjno艣ci paso偶ytnicze i op贸藕nienia, co w du偶ym stopniu wp艂ynie na dok艂adno艣膰 sterowania, a w konsekwencji na wydajno艣膰. Wa偶ne jednak, by budowa膰 takie uk艂ady, kt贸re b臋d膮 w stanie sprosta膰 wysokim cz臋stotliwo艣ciom, z jakimi chcieliby艣my prze艂膮cza膰 tranzystor FET GaN. Kontroler/regulator musi by膰 w stanie operowa膰 z takimi cz臋stotliwo艣ciami i zapewnia膰 odpowiedni膮 odpowied藕 czasow膮. Rozdzielczo艣膰 czasowa musi by膰 na tyle du偶a, by m贸c zadba膰 o odpowiednie ukszta艂towanie impulsu steruj膮cego, kt贸ry pozwoli na zminimalizowanie strat w czasie martwym. Na szcz臋艣cie dzisiejsze cyfrowe kontrolery s膮 w stanie sprosta膰 tym wymaganiom, zapewniaj膮c bogate wsparcie i wysok膮 wydajno艣膰 przy pracy z sygna艂ami wej艣ciowymi. Innowacje zwi膮zane z GaN, odpowiedzi膮 na potrzeby jutra Populacja 艣wiatowa ro艣nie, podobnie jak wymagania ludzi zwi膮zane z elektryczno艣ci膮 i urz膮dzeniami elektrycznymi. Jednocze艣nie, w trosce o 艣rodowisko staramy si臋 ulepsza膰 technologie, oferuj膮c wi臋cej przy ni偶szym zu偶yciu energii. W tym celu potrzebne s膮 nowe, innowacyjne rozwi膮zania i si臋ganie po nowoczesne materia艂y. Jednym z takich materia艂贸w i innowacyjno艣ci mo偶e by膰 w艂a艣nie GaN, stanowi膮cy odpowied藕 na wiele wymaga艅, stawianym nowoczesnym uk艂adom, nie tylko zasilaj膮cym. Dzi臋ki niemu mo偶liwe b臋dzie zminimalizowanie strat w uk艂adach konwersji energii. Firma Texas Instruments, b臋d膮ca patronem niniejszego artyku艂u, nieustannie opracowuje, wraz ze swoimi partnerami i naukowcami na ca艂ym 艣wiecie, nowe rozwi膮zania zwi膮zane z technologiami GaN i sposobami na efektywne sterowanie tranzystorami, opartymi o GaN. W艣r贸d tych rozwi膮za艅 mo偶na znale藕膰 nowoczesne sterowniki, kt贸re maj膮 pom贸c w radzeniu sobie z problemami wysokich cz臋stotliwo艣ci, w nowoczesnych i wydajnych uk艂adach zasilania. Jednocze艣nie zwraca uwag臋 na to, by aplikacje by艂y mo偶liwie najprostsze, z minimaln膮 ilo艣ci膮 komponent贸w pasywnych, co pozwoli nie tylko na zmniejszenie gabaryt贸w tworzonego uk艂adu, ale zredukuje BOM. Dzi臋ki takim rozwi膮zaniom, firma TI pragnie popchn膮膰 GaN ku nowym aplikacjom i miejscom, gdzie do tej pory nie my艣lano o tym, by tego typu rozwi膮zania zastosowa膰. Jednocze艣nie, nieustannie maj膮c na uwadze jak wielki potencja艂 drzemie w GaN i jak wiele, w kwestii wydajno艣ci, ta technologia jest w stanie zaoferowa膰. Artyku艂 uzyskany dzi臋ki uprzejmo艣ci: Texas Instruments
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
March 20 2019 22:26 V12.5.11-2