Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Serversystemen als Reaktion auf die zunehmende Anzahl von IoT-Geräten sind in den letzten Jahren Verbesserungen bei der Energieumwandlungseffizienz und eine Verkleinerung der Baugröße zu wichtigen gesellschaftlichen Themen geworden, die neue Fortschritte im Bereich der Leistungselektronik erfordern.
Neben der Massenproduktion branchenführender SiC-Bauelemente und einer breiten Palette multifunktionaler Siliziumbauelemente hat ROHM GaN-Bauelemente entwickelt, die einen überlegenen Hochfrequenzbetrieb im Mittelspannungsbereich ermöglichen. Die Entwicklung einer Technologie zur Erhöhung der Gate-Source-Spannung erlaubt es ROHM, ein breiteres Spektrum an Stromversorgungslösungen für vielfältige Anwendungen anzubieten.
Da GaN-Bauelemente im Vergleich zu Silizium-Bauelementen verbesserte Schaltcharakteristika und einen geringeren Leitwiderstand aufweisen, wird erwartet, dass sie zu einem reduzierten Stromverbrauch und einer weiteren Miniaturisierung von Schaltnetzteilen in Basisstationen und Rechenzentren beitragen. Allerdings stellen einige Nachteile – darunter eine niedrige nominale Gate-Source-Spannung und Überschwingspannungen, die die maximale Kapazität während des Schaltvorgangs überschreiten – erhebliche Herausforderungen für die Zuverlässigkeit der Bauelemente dar.
Als Antwort auf diese Herausforderungen ist es ROHM gelungen, die nominale Gate-Source-Spannung mithilfe eines eigens entwickelten Designs von den üblichen 6 V auf 8 V zu erhöhen. Dies ermöglicht eine verbesserte Designmarge und höhere Zuverlässigkeit in Stromversorgungsschaltungen mit GaN-Bauelementen, die einen hohen Wirkungsgrad erfordern. Neben der Maximierung der Bauelementleistung bei geringer parasitärer Induktivität entwickeln wir außerdem ein kundenspezifisches Gehäuse, das die Montage vereinfacht und eine hervorragende Wärmeableitung bietet. Dadurch lassen sich bestehende Siliziumbauelemente problemlos austauschen, und die Handhabung während des Montageprozesses wird ebenfalls vereinfacht.
ROHM wird künftig die Entwicklung von GaN-Bauelementen auf Basis dieser Technologie beschleunigen; die Auslieferung von Mustern ist für September 2021 geplant.
(Abb. 2+ 3)
Anwendungsbeispiele
- Abwärtswandlerschaltungen mit 48 V Eingang für Rechenzentren und Basisstationen
- Aufwärtswandlerschaltungen für den Leistungsverstärkerblock von Basisstationen
- Audioverstärker der Klasse D
- LiDAR-Treiberschaltungen und drahtlose Ladeschaltungen für tragbare Geräte
(Abb. 4)
