Dwukierunkowy GaN w systemach zasilania

Tranzystory mocy MOSFET i IGBT są dzisiaj powszechnie używane jako przełączniki w obwodach zasilania. Z każdą kolejną generacją technologii poprawiają się ich parametry, takie jak rezystancja w stanie włączenia lub dopuszczane napięcie pracy, dzięki czemu elementy te zapewniają dużą sprawność. Niemniej w wersji krzemowej, SiC lub GaN, tranzystory mocy są przełącznikami jednokierunkowymi, co jest źródłem wielu ograniczeń układowych.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Oczywiście inżynierowie przyzwyczaili się do tego, że tranzystor MOSFET może przewodzić tylko w jednym kierunku, gdyż pasożytnicza dioda podłożowa połączona antyrównolegle z drenem i źródłem "psuje" komutację w drugą stronę, nie pozwalając zablokować przepływu. Umiemy sobie z tym problemem poradzić, co nie znaczy, że stał się on nieistotny.

Dwukierunkowy przełącznik mocy lub inaczej mówiąc, tranzystor MOSFET, pozwalający na sterowanie przepływem prądu w obu kierunkach, czyli włączanie i wyłączanie za pomocą sygnału sterującego, jest dzisiaj coraz bardziej pożądany przez rynek. To dlatego, że coraz częściej konwertery energii i zasilacze współpracują z akumulatorami będącymi magazynami energii i nie tylko zapewniają ich ładowanie, ale też są w stanie energię z ogniw oddać z powrotem do sieci. Takie działanie nazywamy konwersją dwukierunkową i jest ona cechą znamienną wielu aplikacji kojarzonych z elektromobilnością. Docelowo każdy większy magazyn energii ma mieć ładowarkę, która będzie w stanie płynnie zamienić się w falownik i przekazać energię do sieci.

Na początku dwukierunkową konwersję realizowano za pomocą przekaźników elektromagnetycznych, które przełączały w odpowiednich momentach wejścia i wyjścia. Potem i do dzisiaj używa się 2 tranzystorów połączonych źródłami, dzięki czemu diody pasożytnicze są skierowane do siebie przeciwnie, nigdy nie przewodzą, a więc przestają przeszkadzać w komutacji. To rozwiązanie działa, ale kosztem komplikacji układowej i dużo gorszych parametrów, bo na drodze przepływu prądu mamy dwa tranzystory połączone szeregowo. W efekcie wiele typów aplikacji nie jest budowanych z uwagi na koszty lub funkcjonalność.

W tym kontekście zapowiedź firmy Navitas Semiconductor, że już niedługo wprowadzi na rynek dwukierunkowe tranzystory mocy GaN, może być dużą zmianą warunków na lepsze.

Zastąpienie dwóch tranzystorów i sterownika do nich w przełączniku dwukierunkowym przez rozwiązanie zintegrowane ma dać 3-krotną oszczędność miejsca. Uzyskanie tych samych parametrów to natomiast zysk jeden versus cztery tranzystory (dwie gałęzie połączone równolegle z dwoma elementami szeregowo). Oczywiście nie chodzi o scalenie w jednej obudowie dwóch tranzystorów połączonych szeregowo, bo nie dałoby to zysku na RDS(ON). Nikt nie podaje szczegółów z uwagi na planowaną ochronę patentową, ale z ogólnych komentarzy wynika, że jakoś ta dioda pasożytnicza zostanie zablokowana.

Navitas zapewnia, że dwukierunkowy GaN pojawi się w sprzedaży w 2025 roku. Jednak w wyścigu o dwukierunkowość nie jest sam – wielu gigantów nad tym też pracuje (Infi neon, TI), są nawet startupy takie jak Transphorm, które działają w ramach projektów rozwojowych DARPA/ARPA-E funduszy programu CIRCUITS.

Dwukierunkowy GaN otworzy drzwi na rynek dla mikroinwerterów, w które zamienią się ładowarki akumulatorów lub cyklokonwerterów współpracujących z prądnico-silnikami. Będzie to ogromny krok naprzód w tym, jak postrzegamy i wykorzystujemy systemy zasilania.

Robert Magdziak

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Centra danych potrzebują energii - rynek zasilaczy dla centrów w mocnym trendzie wzrostowym
ROHM i TSMC współpracują przy tworzeniu układów GaN dla motoryzacji
Renesas przejmie producenta urządzeń GaN - firmę Transphorm
TI czterokrotnie zwiększy produkcję półprzewodników mocy GaN
Infineon, finalizując przejęcie GaN Systems, staje się potęgą technologii GaN
L&T Semiconductor Technologies wyda ponad 10 mld dolarów na fabryki półprzewodników
Tranzystory polowe GaN w konwerterach energii elektrycznej o dużej sprawności
GaN na krzemie nowym otwarciem w aplikacjach RF
Zobacz więcej w kategorii: Opinie
Pomiary
Lokalizacja bez GPS-a coraz bardziej potrzebna
Pomiary
Instrument-as-a-Software - instrumenty pomiarowe definiowane programowo
Pomiary
Czujniki kwantowe – przyszłość metrologii
Produkcja elektroniki
Certyfikacja: ufność czy ograniczone zaufanie?
Zasilanie
Zasilanie pionowe lekarstwem na problemy z integralnością
Zasilanie
Zasilanie 0,3 V w układach cyfrowych
Zobacz więcej z tagiem: Aktualności
Informacje z firm
Firma PCB Technology z tytułem EkoMecenasa Sztuki 2025!
Gospodarka
Farnell nominuje dr Sarę Ghaemi na stanowisko Regional Sales Director dla regionów Beneluksu i DACH
Informacje z firm
Firma WIN SOURCE na targach ITM Industry Europe 2026 - wsparcie rozwoju łańcucha dostaw europejskiego przemysłu wytwórczego

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów