Zastosowanie urządzeń zasilających GaN w najlepszych przemiennikach do silników średniej mocy
Niniejszy artykuł analizuje, w jaki sposób tranzystory FET najnowszej generacji oparte na azotku galu (GaN) umożliwiają uzyskanie wysokosprawnych przemienników do silników. Przedstawiono płytki ewaluacyjne, które pomogą projektantom zapoznać się z charakterystyką urządzeń GaN i przyspieszą projektowanie.
Przejście na wyższą moc
Na drugim końcu zakresu obsługiwanych mocy znajduje się tranzystor GaN EPC2302 o wartościach znamionowych 100V/101A i zaledwie 1,8mΩ rezystancji RDS(ON). Doskonale sprawdza się w wysokoczęstotliwościowych zastosowaniach konwersji prądu stałego od 40 do 60V oraz w napędach z silnikami bezszczotkowymi prądu stałego (BLDC) 48V. W przeciwieństwie do obudów z pasywowaną strukturą z paskami lutowniczymi, stosowanych w urządzeniach EPC2065, omawiany tranzystor GaN FET jest umieszczony w obudowie QFN o niskiej indukcyjności i wymiarach 3 × 5mm z odsłoniętą górną częścią w celu optymalnego odprowadzania ciepła.
Opór cieplny dla górnej części obudowy jest niski i wynosi zaledwie 0,2°C/W, co przekłada się na doskonałe zachowanie termiczne i ułatwia chłodzenie. Odsłonięta górna część poprawia odprowadzanie ciepła, podczas gdy zwilżane boki gwarantują, że cała powierzchnia boczna jest zwilżana lutowiem podczas procesu lutowania rozpływowego. Chroni to miedź i umożliwia łatwą inspekcję optyczną lutowania na tym zewnętrznym obszarze bocznym.
Powierzchnia zajmowana przez urządzenie EPC2302 jest mniejsza niż połowa rozmiaru najlepszego w swojej klasie krzemowego tranzystora MOSFET o podobnej rezystancji RDS(on) i napięciu znamionowym, podczas gdy jego ładunki QG i QGD są znacznie mniejsze, a ładunek QRR wynosi zero. Skutkuje to niższymi stratami przełączania i mniejszymi stratami sterownika bramki. Urządzenie EPC2302 charakteryzuje się krótkim czasem martwym poniżej 10ns w celu zapewnienia wyższej sprawności, a zerowa wartość ładunku QRR zwiększa niezawodność i minimalizuje zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).
Aby umożliwić sprawdzenie działania urządzenia EPC2302, dostępna jest płytka ewaluacyjna zarządzania mocą kontrolera/napędu silnika EPC9186KIT, która obsługuje silniki o mocy do 5kW i może dostarczyć do 150ARMS i 212APEAK maksymalnego prądu wyjściowego (ilustracja 4).
Ilustracja 4: górna (po lewej) i dolna (po prawej) strona płytki ewaluacyjnej EPC9186KIT 5kW dla urządzenia EPC2302. (Źródło ilustracji: EPC)
W celu uzyskania wyższych prądów znamionowych, zestaw EPC9186KIT wykorzystuje cztery równoległe tranzystory GaN FET na każdą pozycję przełącznika, demonstrując łatwość wykorzystania tego podejścia do osiągnięcia wyższych poziomów prądu. Płytka obsługuje modulację szerokości impulsów (PWM) do 100kHz w zastosowaniach napędów silnikowych i zawiera wszystkie krytyczne funkcje do obsługi kompletnego przemiennika napędu silnikowego, w tym sterowniki bramek, regulowane zasilacze pomocnicze, pomiar napięcia i temperatury, dokładny pomiar prądu i funkcje zabezpieczeń.
Podsumowanie
Przemienniki do silników są krytycznym łącznikiem pomiędzy podstawowym źródłem zasilania a silnikiem. Projektowanie mniejszych, wysokosprawnych przemienników o wyższych parametrach działania staje się coraz ważniejsze. Chociaż projektanci mają wybór w dziedzinie technologii procesowej dla krytycznych urządzeń przełączających moc, używanych w przemiennikach średniej klasy, preferowaną opcją są urządzenia oparte na azotku galu (GaN), dostępne w firmie EPC.
Źródło: Zastosowanie urządzeń zasilających GaN w najlepszych przemiennikach do silników średniej mocy
Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl
Autor: Rolf Horn
Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.
Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.
Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 26 września 2024. Zapisz się już dziś!
