GaN: Verschieben wir die Grenzen für Leistungsdichte & Effizienz

Entwickeln Sie schnellere, kühlere Systeme mit niedrigerem Energieverbrauch und geringerem Platzbedarf

Was ist Galliumnitrid (GaN)?

Galliumnitrid (GaN ist ein Halbleiter mit großem Bandabstand, welcher eine höhere Leistungsdichte und einen besseren Wirkungsgrad ermöglicht, als traditionalle Silizium-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransitoren (MOSFETs) und Bipolartransitoren mit isliertem Gate (IGBTs). GaN verarbeitet Strom effizienter als reine Silizium-Lösungen, verringert den Leistungsverlust in Stromwandlern um 80 % und minimiert den Bedarf an zusätzlichen Kühlkomponenten. GaN ermöglicht Ihnen die Entwicklung kleinerer und leichterer Systeme, indem mehr Leistung auf kleinerem Raum Platz findet.

Vergleich von GaN und SIC

Vergleich von GaN und SiC

Während es gewisse Überschneidungen bei den Leistungsniveaus gibt, für welche GaN und Siliziumkarbid (SiC) dienen, weist GaN grundlegende Eigenschaften auf, durch welche es sich für Anwendungen deutlich besser eignet, bei welchen eine hohe Leistungsdichte entscheidend ist, wie zum Beispiel Server und Telekommunikation; auf der Platine integrierte Ladegeräte (OBCs) mit <22 kW in Elektrofahrzeugen (EVs); und Stromadapter für Endverbraucher mit <100 W.

In diesen Anwendungen können GaN-Bausteine Schaltfrequenzen von >150 kHz in Leistungsfaktorkorrektur-(PFC)-Topologien und >1 MHz in Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlern erreichen, was eine erhebliche Verringerung der Größe der Magneten im System ermöglicht. Indem sie höhere Schaltgeschwindigkeiten zulassen als SiC, ermöglichen Ihnen GaN-Technologien, eine höhere Leistungsdichte zu geringeren Kosten zu erzielen.

Erfahren Sie mehr darüber, wann Sie GaN gegenüber SiC den Vorzug geben sollten

Vorteile der GaN-Technologie von TI

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Schnellere Schaltgeschwindigkeit als diskrete GaN-FETs

Unsere GaN-FETs mit integrierten Treibern können Schaltgeschwindigkeiten von 150 V/ns erreichen. Diese Schaltgeschwindigkeiten ermöglichen es in Kombination mit einem induktivitätsarmen Gehäuse, Verluste zu senken und ein sauberes Schalten bei minimiertem Überschwingen zu erzielen.

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Kleinere Magneten, höhere Leistungsdichte

Unsere GaN-Bausteine ermöglichen schnellere Schaltgeschwindigkeiten und können Sie dadurch dabei unterstützen, Schaltfrequenzen von über 500 kHz zu erreichen. Dies führt zu bis zu 60 % geringerem Magnetismus, verbesserter Leistung und niedrigeren Systemkosten.

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Auf Zuverlässigkeit ausgelegt

Unsere GaN-Bausteine sind darauf ausgelegt, Hochspannungssysteme dank eines proprietären GaN-on-Si-Prozesses, mehr als 40 Millionen Stunden an Zuverlässigkeitstests und diverser Schutzfunktionen sicher zu halten.

Entdecken Sie die empfohlenen Anwendungen

Telekommunikation und Serverstromversorgung
Erreichen Sie die 80 Plus® Titanium-Standards mit einer Gesamtenergieeffizienz von 96,5 % und einer Leistungsdichte von über 100 W/in^3 mit der GaN-Technologie von TI

Erreichen Sie die 80 Plus® Titanium-Standards mit einer Gesamtenergieeffizienz von 96,5 % und einer Leistungsdichte von über 100 W/in^3 mit der GaN-Technologie von TI

Entwickeln Sie Telekommunikations- und Serversysteme unter Verwendung unserer GaN-Bausteine, welche Speicher, cloudbasierte Anwendungen, zentrale Rechenleistung und mehr unterstützen. Um Ihren Designanforderungen für höhere Energieeffizienz zu entsprechen, sind unsere Designs in der Lage, die 80® Plus-Titanium-Standards zu erfüllen und Wirkungsgrade der Leistungsfaktorkorrektur (PFC) von über 99 % zu ermöglichen.

Vorteile

  • >99 % Wirkungsgrad ermöglicht durch GaN in einer brückenlosen Totem-Pole-PFC-Topologie
  • Schaltfrequenzen >500 kHz in isolierten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlern ermöglichen schwächeren Magnetismus
  • Integrierte Treiber verringern parasitäre Verluste und erleichtern ein einfacheres Design auf Systemebene

Ausgewählte Ressourcen

REFERENZDESIGNS
  • PMP20873 – 99% Efficient 1kW GaN-based CCM Totem-pole Power Factor Correction (PFC) Converter Reference Design
  • TIDA-010062 – 1-kW, 80 Plus titanium, GaN CCM totem pole bridgeless PFC and half-bridge LLC reference design
PRODUKTE
  • LMG3422R030 – 600-V 30-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
  • LMG3422R050 – 600-V 50-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
  • LMG3411R150 – 600-V 150-mΩ GaN with integrated driver and cycle-by-cycle overcurrent protection
Solar- & Energiespeichersysteme
Erreichen Sie eine Leistungsdichte von mehr als 1,2 kW/l in bidirektionalen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlersystemen mit der GaN-Technologie von TI

Erreichen Sie eine Leistungsdichte von mehr als 1,2 kW/l in bidirektionalen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlersystemen mit der GaN-Technologie von TI

Entwickeln Sie mit unseren GaN-Bausteinen durch Solar- und Windenergie betriebene Systeme, welche Sie bei der Entwicklung kleinerer, effizienterer Wechselstrom/Gleichstrom-Wechselrichter und Gleichrichter sowie Gleichstrom/Gleichstrom-Wechselrichter unterstützen. Mit durch GaN aktivierter bidirektionaler Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlung können Sie Energiespeichersysteme in Solarwechselrichter integrieren und dadurch die Energieabhängigkeit vom Stromnetz verringern.

Vorteile

  • 3 Mal höhere Leistungsdichte (>1,2 kW/L) und geringeres Gewicht als bestehende Wechselstrom/Gleichstrom- und Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler. 
  • Die Schnellschalteigenschaften von GaN bei 140 kHz erhöhen die Leistungsdichte gegenüber SiC-FETs um 20 %
  • Vergleichbare Systemkosten durch kostengünstigere Magneten gegenüber 2-stufiger SiC-Topologie

Ausgewählte Ressourcen

REFERENZDESIGNS
  • TIDA-010210 – 11-kW, bidirectional, three-phase ANPC based on GaN reference design
PRODUKTE
  • LMG3422R030 – 600-V 30-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
  • LMG3522R030-Q1 – Automotive 650-V 30-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
  • LMG3422R050 – 600-V 50-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
Batterieprüfung
Ermöglichen höhere Kanaldichte und geringere Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlergröße in Batterieprüfsystemen mit der GaN-Technologie von TI

Ermöglichen höhere Kanaldichte und geringere Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlergröße in Batterieprüfsystemen mit der GaN-Technologie von TI

Verringern Sie die Größe von Wechselstrom/Gleichstrom-Netzteilen mit unseren GaN-FETs mit integrierten Gate-Treibern. Unsere GaN-Bausteine schalten mit einer höheren Frequenz als MOSFETs und SiC-FETs. Dies verbessert die Kanaldichte der Prüfausrüstung drastisch und ermöglicht schnellere Einschwingzeiten der Netzteile.

Vorteile

  • >99 % Wirkungsgrad ermöglicht durch GaN in einer brückenlosen Totem-Pole-PFC-Topologie
  • >Schaltfrequenz von 200 kHz in der Gleichstrom/Gleichstrom-Stufe, was einen schnelleren Übergang von Ladung zu Entladung innerhalb von 1 ms ermöglicht
  • Integrierte Treiber verringern parasitäre Verluste und ermöglichen ein einfacheres Design auf Systemebene

Ausgewählte Ressourcen

ENDGERÄTE / UNTERSYSTEM
REFERENZDESIGNS
  • TIDM-02008 – Bidirectional high density GaN CCM totem pole PFC using C2000™ MCU
  • PMP40690 – 4-kW interleaved CCM totem pole bridgeless PFC reference design using C2000™ MCU and GaN
PRODUKTE
  • LMG3422R050 – 600-V 50-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
  • LMG3410R070 – 600-V 70mΩ GaN with integrated driver and protection
OBC & Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler für die Automobilindustrie
Ermöglichen Sie eine hohe Leistungsdichte in Elektrofahrzeugen mit der GaN-Technologie von TI

Ermöglichen Sie eine hohe Leistungsdichte in Elektrofahrzeugen mit der GaN-Technologie von TI

Die nächste Generation von auf der Platine integrierten Ladegeräten (OBCs) und Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler von hoher to niedriger Spannung in Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV) und Elektrofahrzeugen (EV) verwenden GaN-Leistungsbausteine zum Schalten bei höheren Frequenzen und zum Verringern der Größe der Magneten. Diese höhere Schaltfrequenz und die geringere Baugröße führen zu einer höheren Leistungsdichte im Vergleich zu OBCs auf Silizium- und SiC-Basis. 

Vorteile

  • Leistungsdichte von 3,8 kW/l, wodurch bei gleichem Volumen gegenüber SiC eine höhere Leistung erzielt wird
  • >500 kHz Schaltfrequenz für CLLLC und 120 kHz für PFC 
  • Kombinierter Wirkungsgrad auf Systemebene von 96,5 % 
  • Ein integrierter Gate-Treiber vereinfacht das Design auf Systemebene

Ausgewählte Ressourcen

PRODUKTE
  • LMG3522R030-Q1 – Automotive 650-V 30-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
DESIGNWERKZEUGE UND SIMULATION
  • POWERSTAGE-DESIGNER – Power Stage Designer™ Tool of Most Commonly Used Switch-mode Power Supplies
HLK & Haushaltsgeräte
Erzielen Sie mit GaN-Bausteinen von TI eine höhere Energieeffizienz und einen kleineren Formfaktor bei PFC-Leistungsstufen für Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) sowie Haushaltsgeräten

Erzielen Sie mit GaN-Bausteinen von TI eine höhere Energieeffizienz und einen kleineren Formfaktor bei PFC-Leistungsstufen für Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) sowie Haushaltsgeräten

Leistungsstufen zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC) sind für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensysteme (HLK-Systeme) erforderlich, um neue Energiestandards wie zum Beispiel EN6055, zu erfüllen. Im Vergleich zu Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) weisen GaN-Leistungsstufen einen höheren Wirkungsgrad auf, was die Größe von Magneten und Kühlkörper sowie die Gesamtsystemkosten verringert.

Vorteile

  • Eine hohe Schaltfrequenz von bis zu 60 kHz verringert die Größe der Magneten
  • Geringere Schaltverluste führen zu Leistungsstufen mit einem Wirkungsgrad >99 %
  • Die geringe Größe und die Möglichkeit zur natürlichen Kühlung verringern die Größe und Kosten des Designs

Ausgewählte Ressourcen

REFERENZDESIGNS
  • TIDA-010203 – 4-kW single-phase totem pole PFC reference design with C2000 and GaN
PRODUKTE
  • LMG3422R030 – 600-V 30-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
  • LMG3422R050 – 600-V 50-mΩ GaN FET with integrated driver, protection and temperature reporting
Die Anwendung von GaN ermöglicht es in Kombination mit der Kernkompetenz von Delta (Electronics) in hocheffizienter Leistungselektronik, die Leistungsdichte zu maximieren, ohne die Energieeffizienz negativ zu beeinflussen. Letztendlich öffnet die GaN-Technologie die Tür zu einer neuen Welt von Produkten, deren Verwirklichung bisher nicht möglich gewesen ist.
– Kai Dong | Delta Electronics Manager, F&E

Verbessern der GaN-Zuverlässigkeit

Unser Ziel bei TI besteht darin, Techniker auf der ganzen Welt bei der Validierung der Zuverlässigkeit ihres GaN-Bausteins zu unterstützen. Aus diesem Grund haben wir uns mit dem Hauptausschuss für Halbleiter mit großem Bandabstand zur leistungselektronischen Umwandlung JC-70 des Joint Electron Device Engineering Councils zusammengeschlossen, um dabei zu helfen, Industriestandards für Zuverlässigkeit und Qualifizierung, Datenblattparameter und Testmethoden zu entwickeln, welche die Anwendung der GaN-Technologie fördern.

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Entwickeln mit GaN-Bausteinen

Unser Sortiment an GaN-FETs mit integriertem Treiber und Schutz kann Ihnen dabei helfen, eine hohe Leistungsdichte mit lebenslanger Zuverlässigkeit und niedrigeren Systemkosten als Lösungen anderer Hersteller zu erreichen.

Vervollständigen Sie Ihr TI-GaN-Design

Unabhängig davon, ob Sie die Effizienz steigern, die Zuverlässigkeit verbessern oder elektromagnetische Störungen verringern möchten, unser Sortiment an Begleitbausteinen zielt darauf ab, die Leistung Ihres GaN-Systems zu maximieren.

Technische Ressourcen

Application note
Application note
Third quadrant operation of GaN
Erfahren Sie mehr über den Betrieb von GaN im dritten Quadranten und was Sie darüber wissen müssen, um Totzeitverluste zu minimieren.
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White paper
White paper
Optimizing GaN performance with an integrated driver
Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie die GaN-Leistung optimieren und parasitäre Induktivitäten mit einem integrierten Gate-Treiber minimieren können.
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Ressource
Ressource
Referenzdesigns in Zusammenhang mit GaN
Mit unseren Referenzdesign-Auswahltools können Sie die für Ihre Anwendung und Ihre Parameter am besten geeigneten GaN-Designs finden.