يمكن للدوائر المتكاملة من نيتريد الغاليوم تحسين كفاءة الطاقة

في عالم اليوم الإلكتروني، محولات الطاقة مطلوبة لكل شيء من الأجهزة الطبية،إدارة الحرارةوقد جعل بروتوكولات الشحن الذكية تصميم مصادر الطاقة والمحولات معقدة بشكل متزايد، في حين يضع أيضا متطلبات أعلى على كفاءة الطاقة.

في العقد الماضي ، ظهرت تقنيات جديدة للتبديل باستخدام دوائر متكاملة (ICs) على رقاقة نتريد الغاليوم (GaN). تختلف خصائص دوائر نتريد الغاليوم على المستوى الذري ،لذا فإن مصممي محولات الطاقة يواجهون كل من التحديات والحلول.

يحتوي أشباه الموصلات GaN على فجوة واسعة؛ عند 3.4 eV ، فإن فجوة نطاقه أكثر من ثلاثة أضعاف فجوة أشباه الموصلات السيليكونية.أشباه الموصلات GaN قادرة على العمل في الجهد العالي ودرجات الحرارة تصل إلى + 400 ° C، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات طاقة أعلى ، وكذلك العمل في ترددات أعلى ، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات ترددات الراديو (RF) و 5G.

بالمقارنة مع أجهزة السيليكونتعمل الدوائر المتكاملة GaN على تحسين الخسائر المرتبطة بالترانزستور مثل عائق السلسلة (RDS (ON)) والقدرة المتوازية (COSS) بأبعاد خارجية أصغر في تطبيقات محول الطاقةفي نفس البصمة مثل ICs السيليكون، GaN ICs لا يمكن أن تتعامل فقط مع ترددات أعلى ولكن أيضا توليد حرارة أقل. هذه الميزة تسمح للمصممين لتقلص أو القضاء على مخزونات الحرارة الضخمة.

ومع ذلك، فإن التحكم في ترانزستورات GaN قد يكون تحدياً. يمكن لهذا النوع من الترانزستورات تحمل الترددات العالية،مما يعني أن محرك التحكم يجب أن يقع فعليًا بالقرب من الترانزستور للقضاء على التأخير والحد بشكل فعال من سرعة التبديل في الترانزستورلتجنب التداخلات الكهرومغناطيسية غير الضرورية (EMI). Designers of power converters using GaN eliminate these challenges by using a single device that combines a high-voltage power switch for the primary side (input) and a control IC and feedback circuit for the secondary side (output).

الخصائص التفصيلية لعملية التبديل
تستخدم Power Integrations تقنية PowiGaN TM InnoSwitch 3 وقد طورت سلسلة متعددة من هذه الأجهزة المعبأة. the InnoSwitch 3-CP series conversion switch IC (Figure 1) uses a quasi resonant (QR) flyback controller to provide constant voltage (CV)/constant current (CC) outputs to achieve a constant power (CP) curve.

الجانبين الأساسي والثانوي للـ IC معزولين كهربائياً،ولكن يتم نقل معلومات الجهد الخارجي والتيار من وحدة التحكم الثانوية إلى وحدة التحكم الرئيسية من خلال الاقتران الحثييمكن لتكنولوجيا الاتصالات FluxLink توفير معلومات دقيقة بسرعة لتحقيق استجابة سريعة للحمل العابر وتبديل ترددات تصل إلى 70 كيلو هرتز.