시작

실리콘이나 실리콘 카바이드 트랜지스터보다 훨씬 빠른 GaN 전력 트랜지스터를 최대한 활용하려면 RF 시뮬레이션을 포함한 마이크로파 설계 기술이 필수적이라고 캠브리지 스타트업 QPT는 말합니다.

최종 조립, EMC 스크린이 부분적으로 들어 올려짐

GaN의 장점이 사라질 때까지 작동 속도를 늦추거나 눈에 보이지 않는 초고속 오버슈트 및 언더슈트로 인해 드라이버 회로나 스위칭 트랜지스터가 파괴되므로 내구성을 위험에 빠뜨리는 것이 대안이라고 회사 설립자이자 CEO인 Rob Gwynne은 Electronics Weekly에 말했습니다.

그는 GaN을 최대한 활용하는 것이 가치가 있다고 주장합니다. 예를 들어 20리터 IGBT 설계에서 2MHz GaN의 경우 1리터 미만으로 10hp 모터의 VFD(가변 주파수 드라이브) 크기를 줄일 수 있기 때문입니다. 디자인 – 모터에 통합될 수 있을 만큼 작습니다.

단상 및 3상 하드 스위칭 주 전원에 중점을 두고 QPT는 모든 RF 설계를 구현하는 GaN 기반 전원 공급 장치용 모듈을 만들기 위해 설정되었으며 숙련된 전원 공급 장치 설계자가 고성능 GaN 기반을 만들 수 있습니다. RF 또는 마이크로웨이브 전문 지식이 없어도, GHz 계측기를 구입하지 않고도 설계할 수 있습니다. 이는 디지털 제품의 설계를 용이하게 하기 위해 CPU 시스템 온 모듈을 사용하는 방식과 유사합니다.

여러 특허를 기반으로 구축된 세 가지 유형의 모듈, 즉 입력 필터, 트랜지스터+드라이버 모듈(왼쪽 하프 브리지 어셈블리의 2개 오프) 및 출력 필터가 개발되었습니다.

트랜지스터+드라이버 모듈을 먼저 살펴보면 최대 540V의 DC 링크에서 작동하도록 고안된 절연 설계입니다.

2MHz 스위칭을 사용하면 하이사이드 게이트 드라이버에서 매우 높은 공통 모드 과도 현상이 발생합니다. 특히 QPT 설계에서 트랜지스터가 1~1.5ns로 전환되기 때문입니다.

Gwynne 씨는 “1.5ns의 540V 스위칭은 대부분의 드라이브 변압기의 커패시턴스를 통과하여 드라이버를 파괴할 것”이라고 말했습니다. "우리가 특허를 취득한 RF 변압기는 누설 인덕턴스가 엄청나게 낮고, 권선 사이의 기생 용량이 측정할 수 없을 정도로 낮으며, 600~700V/ns를 문제 없이 견딜 수 있습니다."

스위칭 모듈은 하프 브리지의 하이 측 또는 로우 측에 사용되도록 설계되었습니다. 즉, 3상 브리지에는 6개가 사용됩니다.

내부의 650V 전력 스위칭 트랜지스터는 GaN Systems에서, 3GHz GaN 프리드라이버 트랜지스터는 EPC에서 가져왔으며 많은 신호가 임피던스 일치 전송 라인을 통해 이동합니다.

모듈의 지원 회로 대부분은 이 1세대 모듈(Gwynne이 설명하는 개념 증명)의 개별 구성 요소로 구현되며 크기는 ~30 x 30 x 25mm입니다. Gen2는 이미 파이프라인에 있는 asic이 많은 개별 구성 요소를 정리할 때 이를 최대 20x20x6mm로 축소합니다.

입력에서 출력까지의 전파 지연은 TTL 로직보다 빠른 3ns로, "피코초 단위로 측정된 분산으로" 수백 볼트를 스위칭한다고 Gwynne 씨는 말했습니다. 그는 상위 및 하위 PWM 입력 사이에 필요한 데드 밴드는 단지 몇 나노초.

위에서 언급했듯이 이는 하드 스위칭 PSU용입니다. GaN의 원래 약속 중 하나는 훨씬 더 높은 주파수에서 복잡한 소프트 스위칭 실리콘 설계의 높은 90년대 효율을 일치시킬 수 있다는 것입니다. 따라서 인덕터만큼 훨씬 작은 인클로저에서도 가능합니다. 주파수가 증가하면 커패시터가 줄어듭니다.

그러나 나노초 하드 스위칭으로 인해 잠재적으로 끔찍한 EMC 문제가 발생하므로 QPT는 전문 입력 및 출력 필터 모듈도 제공합니다.

하프 브리지당 출력 필터를 예로 들면, Gwynne의 목표는 숙련된 실리콘 PSU 설계자가 기존 L 및 C를 사용하여 처리할 수 없는 모든 주파수(GHz에서 약 10MHz까지)를 제어하는 ​​것입니다.

"이것은 매우 멋진 마이크로파 전력 필터입니다"라고 그는 말했습니다. "매우 특별하고 디자인하기 어려웠지만, 단위당 제조 비용이 저렴합니다." 약 1cm3의 공간을 차지하며 보조 PCB에 장착해야 합니다(PCB는 눈에 띄게 표시됨).상단 이미지).