وبلاگ شرکت در مورد بازیافت مراحل قدرت TI GaN: GaN Half-Bridge، GaN FET

بازیافت مراحل برق TI GaN: GaN Half-Bridge، GaN FET

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.یک شرکت بازیافت قطعات الکترونیکی مشهور جهانی است. با ارائه خدمات بازیافت حرفه ای، ما به مشتریان کمک می کنیم تا ارزش قطعات الکترونیکی غیرفعال خود را درک کنند. به لطف وضعیت مالی قوی و سیستم خدمات جامع ما، اعتماد و همکاری طولانی مدت مشتریان و بازرگانان تولیدی متعددی را به دست آورده ایم.

فرآیند بازیافت:

1. طبقه بندی موجودی و ارائه فهرست موجودی

مشتریان ابتدا باید موجودی بیکار خود را طبقه بندی کنند و مدل، نام تجاری، تاریخ تولید، مقدار، نوع بسته بندی و شرایط را مشخص کنند. فهرست موجودی دقیق ممکن است از طریق ایمیل یا فکس به تیم ارزیابی ما ارسال شود.

2. ارزش گذاری و نقل قول حرفه ای

پس از دریافت لیست موجودی، شرکت ما یک ارزیابی اولیه را انجام می دهد و ظرف 24 ساعت یک قیمت ارائه می دهد.

3. امضای قرارداد و ترتیبات لجستیکی

پس از توافق بر سر قیمت، قرارداد بازیافت رسمی برای روشن شدن جزئیات معامله امضا خواهد شد.

4. بازرسی کالا و پرداخت سریع

پس از ورود به انبار ما، کالا تحت بازرسی نهایی کیفیت قرار می گیرد. پس از گذراندن بازرسی، ما پرداخت را ظرف سه روز کاری تضمین می کنیم تا از بازگشت سریع وجوه اطمینان حاصل کنیم. روش های پرداخت انعطاف پذیر شامل حواله سیمی، پول نقد یا سایر ترتیبات متناسب با نیاز مشتری است.

I. مشخصات فنی اصلی ترانزیستورهای اثر میدانی TI GaN

ترانزیستورهای اثر میدانی TI GaN (GaN HEMTs) دستگاه‌های قدرت جانبی نیترید گالیوم با حالت بهبود هستند. متمایز از ساختار عمودی ماسفت های سیلیکونی سنتی، آنها از خواص باند گپ گسترده نیمه هادی های نسل سوم استفاده می کنند تا عملکرد دستگاه قدرت را در سطح فیزیکی اساسی متحول کنند. آن‌ها به‌عنوان بلوک‌های اصلی برای مراحل قدرت نیم پل GaN TI عمل می‌کنند.

1. مزایای اصلی فیزیکی و الکتریکی

اولاً، ضرر بازیابی معکوس صفر است. از آنجایی که دستگاه‌های GaN فاقد ساختار اتصال PN هستند، بار بازیابی معکوس (Qrr) ذاتی ماسفت‌های سیلیکونی را نشان نمی‌دهند. این به طور کامل تلفات بازیابی معکوس را در سناریوهای سوئیچینگ سخت فرکانس بالا حذف می کند و به فرکانس های سوئیچینگ اجازه می دهد به راحتی از محدوده مگاهرتز تجاوز کنند. در مقایسه با دستگاه‌های سیلیکونی، راندمان بین 3 تا 8 درصد بهبود می‌یابد و حتی در شرایط کاری با فرکانس بالا دستاوردهای مهم‌تری دارد. ثانیا، آنها دارای پارامترهای انگلی بسیار کم هستند. ظرفیت گیت و ظرفیت خروجی دستگاه بسیار کوچک است و در نتیجه تلفات سوئیچینگ بسیار کمتر از ماسفت های سیلیکونی با مشخصات مشابه است. این از روشن و خاموش شدن با سرعت بالا پشتیبانی می کند در حالی که به طور قابل توجهی ولتاژ سوئیچینگ و تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می دهد. علاوه بر این، آنها ویژگی‌های عالی در حالت را ارائه می‌دهند، با مقاومت پایین‌تر برای همان اندازه بسته، که به طور قابل‌توجهی تلفات در حالت را کاهش می‌دهد و کارایی را در هر دو بار سبک و بار کامل تضمین می‌کند. در نهایت، درجه بندی ولتاژ بالا و سرعت سوئیچینگ بالا: GaN FET های TI درجه بندی ولتاژ اصلی از 80 ولت تا 650 ولت را پوشش می دهند که آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردها از جمله درایوهای موتور ولتاژ پایین و تبدیل توان ولتاژ متوسط ​​به ولتاژ بالا مناسب می کند. سرعت سوئیچینگ آنها 5 تا 10 برابر سریعتر از دستگاه های سیلیکونی است.

2. ساختار دستگاه و اصل عملیات

ترانزیستورهای اثر میدانی GaN با حالت افزایشی TI از یک منطق کنترل معمولی خاموش و روشن استفاده می‌کنند که هدایت گاز الکترون دو بعدی (2DEG) را از طریق ولتاژ گیت تنظیم می‌کند تا به کنترل سوئیچینگ مدار قدرت دست یابد. در مقایسه با ماسفت‌های سیلیکونی گسسته، FET‌های GaN TI دارای فرآیندهای ویفر و طرح‌بندی‌های بسته‌بندی بهینه‌شده هستند که به طور قابل‌توجهی اندوکتانس و ظرفیت انگلی داخلی را کاهش می‌دهند و در نتیجه نوسانات سوئیچینگ فرکانس بالا را در منبع سرکوب می‌کنند. علاوه بر این، این دستگاه ها از رسانایی دو طرفه پشتیبانی می کنند و آنها را قادر می سازد تا دیودهای سنتی را برای جریان معکوس جایگزین کنند، در نتیجه توپولوژی مدارهای قدرت را ساده کرده و تعداد اجزای خارجی را کاهش می دهند.

II. معماری و مکانیزم عملیاتی مرحله برق نیم پل GaN TI

توپولوژی نیم پل یکی از پرکاربردترین معماری های بنیادی در زمینه تبدیل توان است. مدارهای نیمه پل گسسته سنتی از مسائلی مانند مشکل در تطبیق دستگاه، پارامترهای انگلی بالا در سیم کشی، خطر بالای تداخل و اشکال زدایی پیچیده رنج می برند. مرحله قدرت نیم پل GaN یکپارچه TI به شدت دو ترانزیستور اثر میدان GaN، یک درایور گیت اختصاصی، مدارهای کنترل زمان مرده، مدارهای حفاظتی اضافه جریان/دما/اضافه ولتاژ و یک مدار بوت استرپ را در یک بسته واحد یکپارچه می کند. این یک راه حل استاندارد شده، بسیار قابل اعتماد و تولید انبوه است که چالش های متعدد مرتبط با طرح های نیمه پل گسسته را به طور کامل حل می کند.

1. ترکیب معماری

مرحله برق نیم پل GaN TI دارای چهار ماژول هسته است که دارای ساختار بسیار ساده و عملکرد جامع است. اولاً، جفت‌های GaN FET سمت بالا و پایین: دو ترانزیستور اثر میدانی GaN با حالت بهبود بسیار منطبق بر پارامتر، به صورت سری به هم متصل می‌شوند تا مدار برق اصلی نیم پل را تشکیل دهند، از ثبات سوئیچینگ بین ترانزیستورهای بالا و پایین و جلوگیری از تلفات بار نامتعادل جلوگیری می‌کنند. ثانیاً، یک درایور گیت با فرکانس بالا اختصاصی، بهینه‌سازی شده برای ویژگی‌های ظرفیت گیت کم و سوئیچینگ با سرعت بالا دستگاه‌های GaN، ولتاژ و جریان درایو گیت دقیقی را ارائه می‌کند و مشکلات رایج دستگاه‌های GaN مانند تحریک کاذب و نوسان را حذف می‌کند. ثالثاً، یک ماژول کنترل زمان مرده هوشمند با منطق توالی زمان مرده تطبیقی ​​داخلی به طور خودکار تداخل بین FET های سمت بالا و پایین را بدون نیاز به پیکربندی خارجی پیچیده، متعادل کردن ایمنی و راندمان تبدیل کاهش می دهد. چهارم، مجموعه ای جامع از مدارهای حفاظتی که حفاظت در برابر جریان اضافه، خاموش شدن حرارتی، حفاظت از اضافه ولتاژ و ولتاژ پایین دروازه و حفاظت از اتصال کوتاه را یکپارچه می کند که به طور قابل توجهی پایداری عملیاتی مرحله برق را افزایش می دهد. برخی از مدل‌های سطح بالا نیز از دیود بوت استرپ و خازن راه‌انداز استفاده می‌کنند که سیم‌کشی محیطی را ساده‌تر می‌کند.

2. اصل عملیات و منطق زمان بندی

مرحله برق نیم پل GaN در حالت سوئیچینگ مکمل عمل می کند. یک سیگنال کنترل PWM از طریق یک کنترلر خارجی وارد می شود و پس از پردازش توسط درایور داخلی، FET های GaN سمت بالا و پایین را به طور متناوب هدایت می کند. در حین کار، ماژول کنترل زمان مرده داخلی در لحظه سوئیچ کردن بین FET های سمت بالا و پایین، یک دقیقه خاموشی را وارد می کند، بنابراین به طور کامل از اتصال کوتاه منبع تغذیه ناشی از هدایت همزمان هر دو FET جلوگیری می کند. دستگاه سمت بالا از معماری درایو زمین شناور استفاده می‌کند و از یک مدار بوت استرپ داخلی یکپارچه برای تامین منبع تغذیه شناور استفاده می‌کند، در نتیجه نیازهای تبدیل ولتاژ در برنامه‌های نیمه پل ولتاژ بالا را برآورده می‌کند. دستگاه سمت پایین از یک پیکربندی زمینی استفاده می کند که منطق کنترل ساده و زمان پاسخ سریع را ارائه می دهد. در خروجی، سوئیچینگ متناوب FET های سمت بالا و پایین، ولتاژ باس DC را به یک ولتاژ موج مربعی متناوب فرکانس بالا تبدیل می کند. در ارتباط با شبکه تشدید سلف و خازن پایین دست، این توابع تبدیل توان مانند باک، تقویت و تبدیل تشدید را امکان پذیر می کند.

III. مزایای فنی اصلی مراحل برق نیم پل GaN TI

در مقایسه با راه‌حل‌های نیمه پل سیلیکونی گسسته و نیم پل گس GaN، مراحل قدرت نیم پل GaN یکپارچه TI مزایای جامعی را در چهار بعد کلیدی - عملکرد، طراحی، هزینه و قابلیت اطمینان - ارائه می‌کند که آنها را به طور ایده‌آل برای نیازهای در حال تکامل تجهیزات برق با فرکانس بالا و چگالی بالا مناسب می‌سازد.

1. کارایی استثنایی و عملکرد فوق العاده با فرکانس بالا

با بهره‌گیری از ویژگی‌های بازیابی معکوس صفر و تلفات سوئیچینگ فوق‌العاده کم GaN FET‌ها، مرحله برق نیمه پل GaN TI از عملیات سوئیچینگ فرکانس بالا در 1 مگاهرتز تا 10 مگاهرتز پشتیبانی می‌کند. در شرایط کاری با فرکانس بالا، حجم و وزن اجزای غیرفعال مانند سلف خروجی و خازن می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد و چگالی توان تجهیزات را تا بیش از 40 درصد افزایش دهد. در عین حال، با بهینه‌سازی تلفات هدایت و سوئیچینگ، راندمان در کل محدوده بار به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌یابد، و به راحتی الزامات استانداردهای منبع تغذیه با راندمان بالا و سطح تیتانیوم 80 پلاس را برآورده می‌کند، در حالی که به طور موثری مصرف برق عملیاتی و نیازهای مدیریت حرارتی تجهیزات را کاهش می‌دهد.

2. یکپارچگی بالا، طراحی ساده و تولید انبوه

طرح‌های نیمه پل گسسته سنتی نیاز به تطبیق جداگانه ماسفت‌ها، درایورها، اجزای بوت استرپ و مدارهای حفاظتی دارند. انتخاب مولفه، تطبیق پارامترها و مسیریابی PCB بسیار چالش برانگیز هستند و در فرکانس های بالا، پارامترهای انگلی به راحتی می توانند منجر به نوسان و افزایش شدید تلفات شوند. نیم پل GaN TI تمام قدرت هسته و اجزای کنترل را در یک واحد ادغام می کند و نیاز به مدارهای پیچیده محیطی را از بین می برد. این تنها با چند خازن فیلتر کار می کند که به طور قابل توجهی مانع طراحی سخت افزار را کاهش می دهد. بسته یکپارچه استاندارد شده ثبات در پارامترهای دستگاه را تضمین می کند، از تغییرات دسته به دسته معمولی اجزای گسسته اجتناب می کند، بازده تولید انبوه را بهبود می بخشد و چرخه تحقیق و توسعه را کوتاه می کند.

3. اثرات انگلی کم و تداخل کم برای افزایش ثبات

بسته یکپارچه از یک طرح مسیریابی توان اختصاصی استفاده می کند که طول ردیابی مدارهای قدرت و درایو را به شدت کاهش می دهد و اندوکتانس انگلی و خازن را در حلقه ها به حداقل می رساند. این امر نوسانات سوئیچینگ فرکانس بالا، نوسانات ولتاژ و تداخل الکترومغناطیسی در منبع را سرکوب می کند. در مقایسه با راه حل های گسسته، عملکرد عالی EMC را می توان بدون نیاز به مدارهای پیچیده RC snubber یا مدارهای فیلتر مهره فریت به دست آورد، طراحی EMC سیستم را ساده می کند و در عین حال استرس ولتاژ را بر روی دستگاه ها کاهش می دهد و قابلیت اطمینان عملیاتی طولانی مدت را افزایش می دهد.

4. حفاظت هوشمند، مناسب برای شرایط عملیاتی سخت

طیف کامل مراحل برق نیمه پل TI GaN دارای مکانیسم های حفاظتی هوشمند جامعی است که وضعیت عملکرد دستگاه را در زمان واقعی نظارت می کند. حفاظت در برابر جریان اضافه به سرعت به خطاهای اتصال کوتاه پاسخ می دهد و ترانزیستورهای قدرت را در عرض نانوثانیه خاموش می کند تا از تخریب دستگاه جلوگیری شود. هنگامی که دمای اتصال تراشه از آستانه فراتر رفت، سیستم را به طور خودکار خاموش می کند و پس از بازگشت دما به حالت عادی، به طور خودکار تنظیم مجدد می شود. حفاظت از ولتاژ گیت خطرات ناشی از راه اندازی کاذب ولتاژ پایین و خرابی بیش از حد ولتاژ را از بین می برد. این سیستم حفاظتی جامع، مرحله قدرت را قادر می‌سازد تا تحت شرایط سخت مانند دمای بالای صنعتی، فرکانس‌های بالا و نوسانات بار، به‌طور پایدار عمل کند.

IV. دستگاه‌های معمولی در مجموعه اصلی GaN Half-Bridge Power Stage TI

TI مجموعه کاملی از محصولات نیم پل GaN را ایجاد کرده است که متناسب با درجه بندی های مختلف توان و نیازهای مقاومت ولتاژ است و طیف کاملی از کاربردها از جمله درایوهای موتور ولتاژ پایین، منابع تغذیه ولتاژ متوسط ​​و بالا و اینورترهای انرژی جدید را پوشش می دهد. پارامترهای کلیدی و موقعیت‌یابی دستگاه‌های اصلی اصلی به شرح زیر است:

- LMG5200: یک استیج قدرت نیم پل GaN یکپارچه با درجه ولتاژ 80 ولت و جریان نامی 10 آمپر، مناسب برای کاربردهای ولتاژ پایین و جریان بالا. این موتور عمدتاً در درایوهای موتور BLDC تا 36 ولت، اینورترهای فرکانس بالا ولتاژ پایین و منابع تغذیه شارژ سریع قابل حمل استفاده می شود، دارای یک بسته جمع و جور و یکپارچگی بسیار بالا است که آن را به راه حل ترجیحی برای کنترل صنعتی ولتاژ پایین تبدیل می کند.

- LMG2100R026: یک استیج برق نیم پل GaN با جریان بالا با درجه ولتاژ پیوسته 93 ولت، رتبه ولتاژ پالس 100 ولت و جریان جریان 53 آمپر. دارای مقاومت بسیار کم و عملکرد تلفات عالی در شرایط جریان بالا است که آن را برای منابع تغذیه با ولتاژ پایین با توان بالا، درایوهای موتور صنعتی و مراحل برق ولتاژ پایین در مبدل های ذخیره انرژی مناسب می کند.

- LMG3410R070/LMG3422: مراحل قدرت 650 ولت ولتاژ بالا GaN نیم پل، به طور خاص برای تبدیل توان با فرکانس بالا با ولتاژ متوسط ​​و بالا طراحی شده است. آنها از حالت‌های عملیات سوئیچینگ نرم و سوئیچینگ در سطح مگاهرتز پشتیبانی می‌کنند و به طور گسترده در برنامه‌های با راندمان بالا با ولتاژ متوسط ​​و بالا مانند PFC قطب توتم، مبدل‌های تشدید LLC، منابع تغذیه سرور و میکرو اینورترهای PV استفاده می‌شوند که استانداردهای بهره‌وری انرژی در سطح تیتانیوم را برآورده می‌کنند.

V. سناریوهای کاربردی معمولی

با بهره گیری از مزایای اصلی فرکانس بالا، راندمان بالا، یکپارچگی بالا و قابلیت اطمینان بالا، مراحل برق نیمه پل GaN TI به راه حل های مرحله قدرت اصلی برای نسل بعدی تجهیزات الکترونیکی با قدرت بالا تبدیل شده است. سناریوهای برنامه اصلی چهار حوزه اصلی را در بر می گیرند. اولا، منابع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا، از جمله منابع تغذیه سرور، منابع تغذیه صنعتی و منابع تغذیه شارژ سریع انرژی جدید. طراحی با فرکانس بالا اندازه تجهیزات را کاهش می دهد، کارایی بار کامل را بهبود می بخشد و الزامات گواهینامه بهره وری انرژی بالا را برآورده می کند. دوم، تجهیزات جدید تبدیل انرژی، مورد استفاده در میکرو اینورترهای فتوولتائیک، مبدل های ذخیره انرژی و منابع تغذیه داخلی. معماری نیم پل GaN با ولتاژ بالا تبدیل انرژی بسیار کارآمد را ممکن می کند و مصرف انرژی تجهیزات را کاهش می دهد. سوم، سیستم‌های محرک موتور، مناسب برای کاربردهای درایو با فرکانس بالا در موتورهای بدون جاروبک BLDC و موتورهای سروو، که در آن نیم‌پل‌های GaN با ولتاژ پایین و جریان بالا، کنترل دقیق سرعت و عملکرد کم تلفات را ممکن می‌سازد. چهارم، مبدل‌های تشدید فرکانس بالا: در توپولوژی‌های رزونانسی مانند LLC و DCX، ویژگی‌های سوئیچینگ با سرعت بالا دستگاه‌های GaN، عملکرد سوئیچینگ نرم را امکان‌پذیر می‌کند، تلفات سوئیچینگ را کاملاً حذف می‌کند و چگالی توان را به حداکثر می‌رساند.