Начинать

По данным кембриджского стартапа QPT, чтобы получить максимальную отдачу от силовых GaN-транзисторов, которые работают намного быстрее, чем кремниевые или карбидокремниевые транзисторы, необходимы методы проектирования СВЧ, включая радиочастотное моделирование.

Окончательная сборка, экран ЭМС частично поднят.

Альтернативой является замедление работы до тех пор, пока преимущества GaN не исчезнут, или рискнуть долговечностью, поскольку невидимые сверхбыстрые выбросы и недорегулирования разрушают схемы драйвера или переключающий транзистор, рассказал основатель и генеральный директор компании Роб Гвинн Electronics Weekly.

Он утверждает, что стоит извлечь максимальную пользу из GaN, потому что он может уменьшить размер VFD (частотно-регулируемого привода) для двигателя мощностью 10 л.с., например, с 20-литровой конструкции IGBT до менее литра для GaN 2 МГц. конструкция – достаточно маленькая, чтобы быть интегрированной в двигатель.

Сосредоточив внимание на однофазных и трехфазных источниках питания с жестким переключением, компания QPT была создана для создания модулей для источников питания на основе GaN, которые реализуют всю ВЧ-схему, что позволяет опытным разработчикам источников питания создавать высокопроизводительные источники питания на основе GaN. разрабатывает без опыта работы в области радиочастотных и микроволновых технологий и без покупки приборов, работающих в диапазоне ГГц. Это аналогично тому, как система-на-модуле ЦП используется для упрощения проектирования цифровых продуктов.

На основе множества патентов были разработаны три типа модулей: входной фильтр, модуль транзистор+драйвер (два выхода в полумостовой сборке слева) и выходной фильтр.

Если взять в первую очередь модуль транзистор+драйвер, то это изолированная конструкция, предназначенная для работы в цепях постоянного тока напряжением до 540 В.

При переключении на частоте 2 МГц возникают чрезвычайно высокие синфазные переходные процессы в драйвере затвора верхнего плеча, особенно если в конструкции QPT транзистор переключается за 1–1,5 нс.

«Переключение 540 В за 1,5 нс преодолевает емкость большинства приводных трансформаторов и разрушает драйвер», — сказал Гвинн. «Наш ВЧ-трансформатор, который мы запатентовали, имеет чрезвычайно низкую индуктивность рассеяния, неизмеримо низкую паразитную емкость между обмотками и без проблем выдерживает напряжение 600–700 В/нс».

Коммутационный модуль предназначен для использования либо на стороне верхнего, либо на нижнем плече полумоста – то есть шесть в трехфазном мосте.

Внутри находится силовой переключающий транзистор на 650 В от GaN Systems, а GaN-транзисторы предварительного формирователя 3 ГГц от EPC, при этом многие сигналы передаются по линиям передачи с согласованным импедансом.

Большая часть вспомогательных схем модуля реализована в виде дискретных компонентов в этом модуле первого поколения (проверка концепции, как описывает его Гвинн), размеры которого составляют ~30 x 30 x 25 мм. Gen2 уменьшит это до ~ 20x20x6 мм, когда ASIC, уже находящийся в стадии разработки, зачистит многие отдельные компоненты.

Задержка распространения от входа к выходу составляет целых 3 нс – быстрее, чем логика TTL, при переключении сотен вольт «с дисперсией, измеряемой в пикосекундах», – сказал Гвинн, добавив, что необходимая зона нечувствительности между верхним и нижним входами ШИМ – это всего лишь несколько наносекунд.

Как упоминалось выше, это касается блоков питания с жестким переключением — одно из первоначальных обещаний GaN заключалось в том, что он может соответствовать высокой эффективности 90-х годов сложных кремниевых конструкций с мягким переключением на гораздо более высоких частотах — и, следовательно, в гораздо меньших корпусах, как катушки индуктивности. и конденсаторы сжимаются с увеличением частоты.

Однако при жестком переключении наносекунд возникает потенциально ужасная проблема с электромагнитной совместимостью, поэтому QPT также предлагает специальные модули входных и выходных фильтров.

Взяв в качестве примера полумостовой выходной фильтр, цель Гвинна состоит в том, чтобы он управлял всеми частотами, с которыми опытный разработчик кремниевых блоков питания не может справиться, используя обычные L и C, — от ГГц до примерно 10 МГц.

«Это очень необычный микроволновый фильтр», — сказал он. «Он очень особенный, и его было сложно спроектировать, но себестоимость единицы продукции в производстве невелика». Он занимает ~1 см3 и должен быть установлен на вспомогательной плате (плата только видна).верхнее изображение).