Компания VisIC Technologies специализируется на выпуске нитрид-галлиевых транзисторов и постоянно расширяет номенклатуру своих изделий. Недавно к существующим моделям добавился новый силовой ключ V80N65B. Теперь к услугам разработчиков предлагается пять типов транзисторов с рейтингом напряжения 650 В и сопротивлением открытого канала от 15 мОм. Все они способны работать на частотах более 200 кГц с минимальным уровнем потерь. Благодаря оценочному набору EVB-HB уже сейчас без лишних усилий можно ознакомиться со всеми преимуществами нитрид-галлиевых ключей от VisIC Technologies.

Рис. 1.	Оценочный набор EVB-HB на базе нитрид- галлиевых транзисторов V22N65A.

Интерес к нитрид-галлиевым транзисторам со стороны разработчиков электроники постоянно повышается, что особенно заметно в области силовой преобразовательной техники. Это стало возможным благодаря появлению нормально замкнутых ключей с адекватными уровнями сигналов управления. На рынке существует несколько компаний, с различным подходом к созданию GaN-ключей. К их числу относится и VisIC Technologies, транзисторам которой уже была посвящена статья на портале УНИТЕРА.

Нитрид-галлиевые транзисторы VisIC Technologies имеют рейтинг напряжений 650 В и рабочую частоту более 200 кГц (Рис. 2). Для сравнения можно отметить, что для кремниевых ключей частота коммутаций в таких случаях обычно не превышает 150 кГц.

Рис. 2.	Внешний вид нитрид-галлиевых транзисторов компании VisIC Technologies.

Высокая рабочая частота дает сразу три очень важных преимущества (Рис. 3). Во-первых, удается снизить номиналы индуктивностей и дросселей фильтров, что приводит к уменьшению габаритов, а зачастую и к переходу от тороидальных катушек к планарным индуктивностям (и даже ЧИП). Во-вторых, уменьшение минимальной требуемой емкости конденсаторов фильтров позволяет использовать не электролитические, а компактные многослойные керамические конденсаторы. В-третьих, сокращение потерь мощности дает возможность снизить габариты радиаторов и даже перейти от игольчатых массивных конструкций к плоским теплоотводам.

Рис. 3.	Преимущества использования быстродействующих высоковольтных GaN-транзисторов.

Сейчас фирма VisIC Technologies выпускает нормально замкнутые и нормально разомкнутые ключи. Нормально разомкнутое состояние обеспечивает встроенный блок управления. При этом пороговое напряжение включения для транзисторов составляет 5 В. Последнее обстоятельство важно, так как позволяет использовать стандартные драйверы, разработанные для кремниевых MOSFET. В портфолио компании входят пять ключей: V22S65A, V22N65A, V18G65A, VT15R65A, V80N65B (Рис. 4).

Рис. 4.	Структура нитрид-галлиевых транзисторов от VisIC Technologies.

V22N65A – нормально разомкнутый нитрид-галлиевый транзистор с рейтингом напряжений 650 В, постоянным током до 50 А и импульсным током до 180 А. Данный ключ представляет собой SIP (System In Package) – систему в корпусе. Кроме непосредственно транзистора в состав ключа входит блок управления, благодаря которому пороговое напряжение включения составляет 5 В. Несмотря на высокое рабочее напряжение, сопротивление открытого канала для V22S65A составляет 22 мОм. Этот ключ идеально подойдет для использования в импульсных асинхронных преобразователях и в корректорах коэффициента мощности.

V80N65B – нормально разомкнутый нитрид-галлиевый транзистор с рейтингом напряжений 650 В и сопротивлением канала 80 мОм. Величина постоянного тока для этого ключа составляет 12 А, а импульсного до 45 А. V80N65B отличается малым значением заряда затвора 5 нКл и минимальной энергией переключения 8 мкДж, что делает этот транзистор интересным для наиболее быстродействующих приложений.

V22S65A – нормально разомкнутый нитрид-галлиевый транзистор с рейтингом напряжений 650 В. В отличие от V22S65A, данный ключ имеет в своем составе обратный SiC-диод Шоттки. Благодаря этой особенности V22N65A может использоваться в быстродействующих мостовых и полумостовых схемах.

V18G65A – традиционный нормально замкнутый нитрид-галлиевый ключ с рейтингом напряжений 650 В и сопротивлением открытого канала 18 мОм.

VT15R65A – наиболее совершенный ключ от VisIC Technologies. Представляет собой нормально разомкнутый нитрид-галлиевый транзистор с рейтингом напряжений 650 В и сопротивлением канала всего 15 мОм. VT15R65В имеет в своем составе обратный SiC-диод Шоттки.

Ключи VisIC Technologies уже продемонстрировали свои преимущества в реальных приложениях. Например, было проведено сравнение работы силовых транзисторов IPA50R250 и VT15R65В в составе существующего корректора коэффициента мощности. Характеристики системы были следующими: частота переключений 250 кГц, выходная мощность 150 Вт, входное напряжение 85 В (AC), контроллер управления NCP1612 (ON). При таких параметрах в ходе испытаний с транзисторов был снят радиатор. Кремниевый IPA50R250 перегрелся до 120 °С и вышел из строя через 2 минуты. Температура VT15R65 поднялась до 52 °С, и он продолжал свою работу без каких-либо проблем!

Чтобы на личном опыте убедиться в преимуществах новых ключей, и при этом потратить минимум времени, следует воспользоваться оценочным набором EVB-HB (Рис. 5). Набор состоит из двух плат. Для соединения силовой платы и платы управления используются штыревые разъемы.

Рис. 5.	Внешний вид отладочного набора EVB-HB.

На силовой плате (красного цвета) размещена полумостовая схема с двумя транзисторами V22x65A, высоковольтные драйверы и изоляторы (Рис. 6). На плате управления (синего цвета) находятся два изолированных DC/DC преобразователя для питания драйверов, микросхемы для задания параметров ШИМ сигнала и контроля сигналов обратной связи (Рис. 6).

Рис. 6.	Блок-схема отладочного набора EVB-HB.

Плата управления выполняет целый ряд функций:

• Прием и буферизация входных сигналов ШИМ для верхнего и нижнего плеча и дальнейшая их передача на силовую плату.
• Формирование напряжения питания драйверов силовой платы 15 В (12 В) с помощью двух гальванически развязанных преобразователей RS3-1215S/H3 (RECOM).
• Формирование 5 В для питания изоляторов, расположенных на силовой плате. Для этого используются линейные стабилизаторы MC78L05A;
• Прием сигналов аварии от силовой платы.
• Установка величины мертвого времени и режимов работы преобразователей.

Рис. 7.	Внешний вид и функционал платы управления.

Пара высоковольтных транзисторов находится на нижней стороне силовой платы. Они закрыты стандартными пластинчатыми радиаторами (Рис. 8).

Рис. 8.	Размещение силовых транзисторов.

На нижней стороне силовой платы размещены гальванические изоляторы Si8621AB-B-IS для развязки управляющих ШИМ-сигналов. Как уже говорилось выше, особенностью GaN-ключей VisIC Technologies является возможность использования стандартных драйверов MOSFET-транзисторов. В данном случае для управления применяются драйвера ISL89163FBEBZ (Intersil). Также на силовой плате располагаются высоковольтные конденсаторы, тестовые точки и силовые разъемы (Рис. 9).

Рис. 9.	Внешний вид и функционал силовой платы.

С помощью отладочного набора EVB-HB можно реализовывать различные преобразователи, в том числе синхронный прямоходовый регулятор (Рис. 10). Для этого потребуется силовая индуктивность и высоковольтные конденсаторы фильтра, а также нагрузка требуемой мощности (до 6 кВт). По запросу силовой дроссель может поставляться в комплекте с набором.

Рис. 10.	Схема включения отладочного набора EVB-HB при создании понижающего регулятора.

GaN-транзисторы от компании VisIC Technologies благодаря минимальным потерям, высокой рабочей частоте и широкому рабочему диапазону напряжений являются неплохой альтернативой MOSFET и IGBT для большинства импульсных устройств (понижающие регуляторы, корректоры коэффициента мощности и т. д.). Отладочный набор EVB-HB поможет убедиться в этом без лишних потерь времени и необходимости изучения всех особенностей работы с GaN-ключами.

Характеристики силовых транзисторов V22S65A и V22N65A:

• напряжение сток-исток: 650 В;
• сопротивление открытого канала: 22 мОм;
• импульсный ток: 180 А;
• постоянный ток: 50 А;
• пороговое напряжение: 5 В;
• диапазон напряжений затвор-исток: 0…20 В;
• заряд затвора: 15 нКл;
• рабочий диапазон температур: –55...150 °C;
• корпус: 12-выводной 15×18×2.25 мм.

Характеристики отладочного набора EVB-HB:

• состав: плата управления, силовая плата;
• высоковольтные ключи: два 650 В транзистора V22x65A;
• параметры входной силовой шины: до 500 В/30 А;
• рабочая частота: до 1 МГц;
• встроенные источники и преобразователи: 15 В (по запросу 12 В), 5 В;
• суммарная выходная мощность до 6 кВт (400 В/ 30 А).

О производителе

VisIC Technologies – компания, специализирующаяся на разработке и производстве мощных нитрид-галлиевых транзисторов. В портфолио фирмы входят стандартные нормально замкнутые и нормально разомкнутые высоковольтные быстродействующие ключи.

 

Посмотреть подробнее характеристики отладочного набора EVB-HB от VisIC