GaN (窒化ガリウム) はワイド バンドギャップ半導体であり、従来のシリコン ソリューションよりも、高速なスイッチング、高い効率、高い電力密度を実現します。これにより、改善された放熱特性と少ない電力損失で設計の小型化と軽量化を可能にします。TI の GaN 技術は、民生機器、データ センター、グリッドと通信インフラ、車載パワー エレクトロニクスなどの幅広いアプリケーションに対応し、高い性能と信頼性を維持します。
TI の GaN 技術の特長
スイッチング速度の高速化、効率の向上
ドライバを内蔵した TI の各種 GaN デバイスは、最大 150V/ns の高速スルーレートを実現します。スイッチング速度の高速化に加え、低インダクタンスのパッケージおよびスイッチング損失の低減が組み合わさることで、クリーンなスイッチングに対応し、リンギングを最小現に抑え、全体的な効率を向上させます。
システムの小型化、電力密度の向上
スイッチング損失の低減により、TI の GaN デバイスは 500kHz を上回る周波数で動作でき、磁気部品を最大 60% 小型化できます。これにより、システムの小型化、電力密度の向上、システム全体のコスト低減ができます。
信頼性を重視して製作済み
TI の各種 GaN デバイスは、独自の GaN on Si プロセスを通じ、高電圧システムにおける信頼性を確保できる設計を採用しており、8,000 万時間以上の信頼性試験により裏付けられ、堅牢な保護機能も搭載しています。
GaN 技術の大規模量産
TI は、自社が所有する複数のファブで GaN 製品の全ラインアップを製造しており、産業分野全体に対して信頼性の高い供給とスケーラブルな生産を実現しています。当社は GaN 技術革新の実績を基盤とし、300mm ウエハ上で製造された GaN 技術の顧客サンプルを順調に提供しています。
TI の GaN 製品ラインアップ
GaN で高電力密度化と高効率化を実現
電力需要の増加に伴い、次世代アーキテクチャにおいて GaN の採用は加速し続けています。TI のフル統合型 GaN 電力段は、GaN HEMT、ドライバ、保護、制御機能を 1 つのチップに集積したソリューションであり、データ センター、サーバー電源、ソーラー インバータ、産業用システム、車載などのアプリケーション向けに設計されています。
- 最大 1MHz の高スイッチング周波数を実現し、磁気部品の小型化と高電力密度化を可能にします。
- スイッチング損失を低減することで効率を向上させ、バイアス回路を簡素化します。
- ドライバと保護機能を内蔵することで、設計を簡素化し、ループの寄生成分を低減します。
Achieving GaN Products With Lifetime Reliability
ヒューマノイド ロボットにおける GaN FET の実用化
すべての GaN スイッチ搭載、3.6kW、54V、単相 AC/DC 整流器のリファレンス デザイン
GaN 電力段 に関する主な製品
性能を向上させ、電源設計を簡素化
GaN 技術を統合した TI の AC/DC 製品は、アダプタ、家電製品、サーバー電源、充電器などの次世代アプリケーション向けに設計されています。UCG28826 のような高性能 GaN HEMT を統合することで、これらのソリューションは、業界をリードする電力密度、高効率、低待機電力を実現します。
- 自己バイアスと補助巻線なしのセンシングにより、設計を簡素化し効率を向上できます。
- 高電圧起動、X コンデンサ放電、保護機能を統合して、BoM コストを削減します。
- 疑似共振スイッチング、バースト モード動作、スルーレート制御により、EMC 準拠をサポートします。
auxless GaN フライバック コンバータを使って AC/DC アダプタの設計課題を解決する方法 (Rev. A 翻訳版)
自己バイアス型の GaN フライバックを備えた 65W USB-C® 充電器のデモ
自己バイアス型 GaN フライバック コンバータ内蔵、USB パワー デリバリ充電器のリファレンス デザイン
GaN FET 内蔵の降圧および昇圧コンバータ
電源システムの小型化、軽量化、高効率化を実現するように設計されたこれらのソリューションは、サイズ、効率、性能の間にある従来のトレードオフを低減します。先進的な GaN 技術を活用することで、シリコンベースの設計では実現できない高い性能を達成できます。
- より小型のソリューション サイズで、より高い電力を供給します。
- 要求の厳しい大電力アプリケーションにおいて高効率を実現します。
- GaN FET、コントローラ、ドライバ、ブートストラップ回路を 1 つのパッケージに統合することで、設計を簡素化します。
48V、12V、GaN 対応、2kW、4 相、降圧コンバータ、1/4 ブリック パワー モジュールのリファレンス デザイン
3V ～ 42V、同期整流 GaN 昇圧コンバータのリファレンス デザイン
高効率、高電力密度、スムーズな制御を実現
業界をリードする GaN インテリジェント パワー モジュール (IPM) を含む TI の統合型 GaN モーター ドライバは、99% を上回るインバータ効率を実現し、放熱特性を向上させ、電力損失を最小限に抑えます。家電製品、ロボット、電動自転車、ドローン、電動工具などのアプリケーションにおいて、TI の GaN ドライバは優れた高調波制御を提供し、より静かで滑らかな動作、精密なモーター制御を実現します。これにより、システム コストおよび消費電力が削減され、効率要件を満たす小型設計が可能になります。
- 統合型 GaN ハーフブリッジ電力段により、PCB を 50% 以上小型化できます。
- 高いスイッチング周波数 (100kHz) で電力損失を最大 50% 低減します。
- デッド タイムを最小化し (150ns 未満)、スイッチングを最適化することで、電流歪みを低減し、音響特性を向上させます。
産業用通信機能搭載、48V、1kW ロボットのジョイントモーター制御のリファレンスデザイン
開始に役立つリソース
TI の GaN で高電圧電源を革新
TI の GaN は、開発中高電圧システムの革新に貢献します。TI の GaN 技術を活用し、高電圧電力変換設計の市場投入期間を短縮すると同時に、システム コストと環境への影響を低減する方法をご確認ください。
GaNがパワー マネージメントの変化を推進する3つの理由
注目のアプリケーション
将来のコンピューティング需要に向けて、通信およびサーバー電源を変革
TI の GaN デバイスを採用することで、ストレージ、クラウド、高性能コンピューティング向けの通信およびサーバー電源システムを設計できます。これらのデバイスは、最大 80 PLUS® Titanium 規格に対応する厳しい効率要件の達成に貢献し、99% を上回る力率補正 (PFC) 効率を実現します。また、絶縁型 DC/DC コンバータで 500kHz を上回るスイッチング周波数を実現し、磁気部品を小型化すると同時に、統合型設計により寄生損失を最小化します。
比類のない効率と密度でエネルギー ストレージを革新
GaN デバイスを用いて、より小型で高効率な AC/DC 電力変換を実現する太陽光発電およびエネルギー ストレージ システムを設計できます。GaN により双方向の電力フローが可能となり、エネルギー ストレージをソーラー インバータにシームレスに統合できます。これにより電力網への依存を低減できます。これらのソリューションは、高周波 GaN スイッチング (140kHz) により、従来のコンバータと比較して最大 3 倍の電力密度 (1.2kW/L 超) を実現し、SiC FET と比べても 20% 高い電力密度を達成しています。GaN 技術を採用すると、磁気部品の小型化およびトポロジの簡素化により、2 レベル SiC 設計と比較してシステム コストを削減できます。
比類のない性能で、日常のあらゆるデバイスに電力を供給
TI の統合型低消費電力 GaN デバイスを使用することで、携帯電話やノート PC のアダプタ、TV の電源ユニット、USB 電源コンセントなど、コンシューマが日常的に使用するアプリケーションにおいて、優れた電力密度と効率が得られます。これらのソリューションは、システム効率が 95% を上回るため、コンシューマ向け AC/DC ソリューションのサイズを最大 50% 削減できます。また、統合型電流検出機能により、効率をさらに向上させ、プリント基板のフットプリントを最小限に抑えます。
TI の GaN 技術を採用すると、電気自動車 (EV) で高い電力密度を実現可能
ハイブリッド車 (HEV) や電気自動車 (EV) の次世代単相 AC オンボード チャージャ (OBC)、高電圧から低電圧への変換を行う DC/DC コンバータで GaN パワー デバイスを採用すると、スイッチング周波数を高くし、磁気部品のサイズを小型化することができます。これにより、シリコンおよび SiC ベースの代替品と比較して、優れた電力密度を実現します。これらのソリューションは、同等の体積において SiC を上回る電力を提供し、CLLLC で 500kHz、PFC で 120kHz を上回るスイッチング周波数を実現します。また、システム全体で 96.5% の効率を達成し、システムレベルの設計を大幅に簡素化する統合型ゲート ドライバを備えています。
TI の各種 GaN デバイスを採用すると、HVAC (エアコン) や家電製品で、モーター ドライブ電力段の電力効率の向上とフォーム ファクタの小型化を実現可能
家電製品や HVAC システムが世界各地の厳格なエネルギー規格を満たすには、効率的なモーター ドライブが不可欠です。TI の GaN 電力段およびインテリジェント パワー モジュール (IPM) の製品ラインアップは、IGBT や MOSFET より高い効率を実現し、システムの小型化とコスト削減を効果的に図ります。これらのソリューションは、スイッチング損失の低減によって 99% を超える効率のモーター ドライブ電力段を実現し、小型サイズ、高集積、自然冷却機能によりシステムの寸法とコストをさらに削減します。また、最大 60kHz の高いスイッチング周波数と短いデッド タイムにより、音響特性も改善します。