Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

GaN napędza postęp w elektronice mocy

ghost666 22 Paź 2019 10:12 453 6
  • GaN napędza postęp w elektronice mocy
    Dzięki zastosowaniu azotku galu (GaN) w układach scalonych i tranzystorach, możliwe jest zbudowanie zasilaczy o wyższej wydajności niż w przypadku wykorzystywania tranzystorów opartych na krzemie. Moduły te zdolne są do dostarczania wyższego prądu przy użyciu mniejszej liczby komponentów, tym samym znacznie zmniejszając rozmiar ładowarki.

    Paul Wiener jest wiceprezesem ds. Marketingu strategicznego w firmie GaN Systems. Jego spółka jest jedną z firm, które chcą rozwiązać problem z wprowadzaniem układów z GaN, podkreślając wyzwania i przyszłość dla elementów z tego półprzewodnika. GaN Systems oferuje różne rozwiązania w różnych dziedzinach przemysłu, np. W branży motoryzacyjnej.

    GaN może być klarownym i niekwestionowanym rozwiązaniem na dziś i jutro do różnych zastosowań. Ale dokładnie jak ważny jest GaN?

    "Zapotrzebowanie na energię rośnie na każdym rynku, globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie z 25 000 TWh obecnie do 38 000 TWh w 2050 r. Na poziomie sektora: osiem milionów centrów danych na świecie zużywa 2-3% światowego zużycia energii i oczekuje się, że poziom ten wzrośnie do ponad 5%, silniki przemysłowe zużywają 30%, a do roku 2040 pojazdy elektryczne staną się dużymi konsumentami do 5% światowego zużycia energii. GaN zmniejsza straty we wszystkich tych systemach" mówi Paul Wiener.

    GaN odgrywa ważną rolę w napędzaniu innowacji w półprzewodnikach mocy. Azotek galu zaspokaja nowe wymagania nowatorskich urządzeń w zakresie dostarczania większej mocy i zwiększaniu sprawności i wydajności, przy jednoczesnej redukcji rozmiarów układów elektronicznych.

    Jak wskazuje Wiener, w porównaniu z innymi materiałami szerokopasmowymi, takimi jak np. węglik krzemu (SiC) GaN zapewnia lepsze wyniki, pod względem kosztów i dostępności materiałów, a także wydajności i możliwości projektowych dla wymagań niskiego i średniego napięcia.

    "Systemy zbudowane z GaN oferują większą poprawę gęstości mocy niż SiC. Korzyści wynikające z niskiego ładunku bramki, zerowego czasu regeneracji dla napięcia w kierunku zaporowym i płaskiej pojemności wyjściowej, z których wszystkie zapewniają wysoką jakość przełączania kluczy. Ceny elementów wykonanych z GaN można łatwo prognozować z czasem jako konkurencyjne wobec krzemu, zwłaszcza że materiał ten produkowany jest na powierzchni podłóż krzemowych" mówi Wiener. "Teraz widzimy kolejną ewolucję mocy z GaN" dodaje.

    Podczas gdy kilka lat temu GaN był obecny jedynie w uniwersyteckich laboratoriach badawczych, dziś uznane firmy, takie jak Denso, Sonnen i Supermicro, chwalą się aplikacjami wykorzystującymi elementy wykonane z azotku galu do poprawy działania swoich urządzeń. Dodatkowo, jak mówi Wiener, ekosystem GaN jest obecnie coraz silniejszy, a wiedza na temat zastosowania tych elementów coraz popularniejsza.

    Jeśli chodzi o przyszłe wyzwania, wpływające na rozwiązania energetyczne, Wiener wskazuje, że elementy GaN swoimi parametrami zbliżają się szybko od wymagań dużych systemów energetycznych. Obecnie elementy GaN o napięciu pracy 100 V czy 650 V spełniają wszystkie wymagania do stosowania ich w zakresie systemów zasilania.

    Dodatkowo, istnieje ciągła potrzeba zwiększania ich wydajności, zmniejszania rozmiarów i obniżania kosztów. "Wymaga to od nas ciągłego wprowadzania innowacji w zakresie projektowania produktów i technologii pakowania. Ponadto ekosystem stworzy kontrolery i elementy magnetyczne, które wykorzystają stale rosnącą wydajność GaN" dodaje Paul Wiener.

    Jako najbardziej kluczowy element ekosystemu tranzystorów GaN, jak i elementów wysokiej mocy w ogóle podaje się często zarządzanie termiczne., W zastosowaniach energetycznych jest ono bardzo ważne, jak wskazuje Wiener. "Najważniejsza jest zawsze wysoka wydajność w systemach o wyższej mocy. Klienci szukają pomocy w GaN. Na przykład w systemie o mocy 20 kW z krzemowym tranzystorami MOSFET 95% wydajności oznacza, że ​​1000 W marnuje się na ciepło, a nie na energię. Dzięki GaN można osiągnąć 50% redukcję strat, zmniejszając koszty i powierzchnię wymaganą do zarządzania ciepłem" mówi.

    GaN napędza postęp w elektronice mocy
    "Zajmujemy się tym na różne sposoby. Po pierwsze, mamy (w swojej ofercie - przyp.red.) wbudowany pakiet dla naszego układu, który maksymalizuje moc wyjściową poprzez wydajne odprowadzanie ciepła z urządzenia. Opracowaliśmy również systemy IMS (Insulated Metal Substrate, z izolowanym, metalowym substratem - przyp.red.) dla naszych urządzeń w celu lepszego zarządzania termiką w zastosowaniach o większej mocy. I wreszcie, w przypadku naszych najbardziej aktualnych urządzeń, w tym ostatnio wydanego modułu 150 A, ta część jest sprzedawana jako 'produkt matrycowy', dzięki czemu firmy produkujące moduły energetyczne mogą pakować je bezpośrednio w swoje produkty modułowe, aby zmaksymalizować wyniki zarządzania temperaturą" tłumaczy Wiener.

    Źródło: https://www.eeweb.com/profile/maurizio-di-paolo-emilio/news/gan-is-driving-the-power-semiconductors

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9464 postów o ocenie 7217, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Computer Controls
  • #2
    Armadon
    Poziom 12  
    GaN GaN GaN GaN GaN GaN.
    Widzę że wściekłe promowanie tej niedopracowanej technologii trwa w najlepsze.
    Co ciekawsze kwiatki z atykułu:
    "Ceny elementów wykonanych z GaN można łatwo prognozować z czasem jako konkurencyjne wobec krzemu"
    Czyli tłumacząc z polskiego na nasze jak na razie jest drogo ale być może w przyszłości będzie nieco taniej.
    " elementy GaN swoimi parametrami zbliżają się szybko od wymagań dużych systemów energetycznych"
    Znaczy kiedyś będzie być może lepiej. Ale jak na razie nie jest.
    "Wymaga to od nas ciągłego wprowadzania innowacji w zakresie projektowania produktów i technologii pakowania."
    Ja tam się nie znam, ale tak po mojemu "ciągłe wprowadzanie innowacji" to absolutna podstawa istnienia jakiejkolwiek technologii półprzewodnikowej na rynku. NE555 może nie jest tu najlepszym przykładem, ale generalnie trzeba iść do przodu żeby nie przejść do historii.

    Nie wiem jak inni, ale jak ja potrzebuję wybrać sobie tranzystor to najpierw sobie sprawdzam pod kątem minimalnych wymagań dostępność na TME/Farnell/Mouser (bo na cholerę mi element którego nie da się kupić), później sortuję po cenie i na podstawie obudowy oraz parametrów wybieram sobie jakiś tak do 2-krotności ceny najtańszego. Podejrzewam że stosując ten algorytm tranzystorów w technologii GaN nie zobaczę jeszcze przez kilka dobrych lat. Albo nigdy.
  • Computer Controls
  • #3
    krisRaba
    Poziom 28  
    Armadon napisał:
    Podejrzewam że stosując ten algorytm tranzystorów w technologii GaN nie zobaczę jeszcze przez kilka dobrych lat. Albo nigdy.

    Zapewne masz rację. Możliwe też, że nie projektujesz czegoś takiego
    ghost666 napisał:
    w tym ostatnio wydanego modułu 150 A
    ghost666 napisał:
    Na przykład w systemie o mocy 20 kW z krzemowym tranzystorami MOSFET 95% wydajności oznacza, że ​​1000 W marnuje się na ciepło, a nie na energię. Dzięki GaN można osiągnąć 50% redukcję strat

    ;)
    Prawda jest taka, że jak wchodzisz w pewien specyficzny projekt, gdzie masz sprzeczne wymagania, pracujesz nad odpowiednim kompromisem, który zaspokoi je wszystkie w wystarczającym stopniu, to takie algorytmy jak Twój po prostu zmieniasz ;) Zaczniesz od wspomnianego, ale jak nie da rady, to poszukasz lepszego, który już taki tani nie będzie.. a jak i ten zawiedzie, to czasem zaczynasz szukać w egzotycznych rozwiązaniach ;)
    A że z GaN trochę biją pianę.. hmm.. wiele jest takich tematów ;) Potem nie zawsze wygrywa najlepsze rozwiązanie, bo ktoś inny ma lepsze licencjonowanie, zdobył kapitał od inwestorów na rozwój, stanął za nim jakiś liczący się gracz, czy inne takie... ;) Pożyjemy - zobaczymy co z tego będzie ;)
  • #4
    ADI-mistrzu
    Poziom 30  
    W GaN nie chodzi tylko o parametry takie jak rezystancja złącza czy czas przełączania, ale najbardziej atrakcyjny jest fakt blokowania przepływu prądu w obydwu kierunkach. Nie występuje w nich pasożytnicza dioda jak w tranzystorach MOSFET.
  • #5
    krisRaba
    Poziom 28  
    Czyli w końcu nie trzeba przeciwsobnie łączonych MOSFETów i wygibasów z ich bramkami, żeby zastąpić triaka ;)
  • #6
    DVDM14
    Poziom 35  
    ADI-mistrzu napisał:
    W GaN nie chodzi tylko o parametry takie jak rezystancja złącza czy czas przełączania, ale najbardziej atrakcyjny jest fakt blokowania przepływu prądu w obydwu kierunkach. Nie występuje w nich pasożytnicza dioda jak w tranzystorach MOSFET.


    Fakt, nie posiadają one diody, ale większość tranzystorów GaN (a przynajmniej te, z którymi pracuję) przewodzą wstecz zachowując się jak dioda Schottky o dość dużym spadku napięcia, ale o ekstremalnie niskiej pojemności i krótkim trr. Dość przydatne w topologiach mostkowych pracujących w okolicach kilku MHz, gdzie zdolność przewodzenia wstecz jest niezbędna, a "diodowe" zachowanie GaN-a ogranicza straty przełączania i nie narzuca dużego czasu martwego. Zazwyczaj krótszy czas przewodzenia w trzecim kwadrancie i niskie straty komutacji rekompensują duży spadek napięcia.

    krisRaba napisał:

    Prawda jest taka, że jak wchodzisz w pewien specyficzny projekt, gdzie masz sprzeczne wymagania, pracujesz nad odpowiednim kompromisem, który zaspokoi je wszystkie w wystarczającym stopniu, to takie algorytmy jak Twój po prostu zmieniasz ;) Zaczniesz od wspomnianego, ale jak nie da rady, to poszukasz lepszego, który już taki tani nie będzie.. a jak i ten zawiedzie, to czasem zaczynasz szukać w egzotycznych rozwiązaniach ;)


    I to jest sedno sprawy. :) Może i GaN nieprędko (jeśli w ogóle) stanie się "półprzewodnikiem pierwszego wyboru", ale w pewnych specyficznych zastosowaniach już teraz ma znaczną przewagę nad krzemem mimo wyższej ceny. Zwłaszcza gdy napięcia nie są wysokie, lecz prądy są duże a miniaturyzacja i wysoka sprawność są absolutnym priorytetem.
  • #7
    Armadon
    Poziom 12  
    No i właśnie na tych kwestiach powinien się skupić artykuł na - mimo wszystko - technologicznym portalu jakim jest elektroda.
    Tak żeby przeciętny użytkownik po przeczytaniu pomyślał "no to wiem czego można by użyć jeśli natrafię na taki problem".
    Bo nie wiem jak inni, ale ja po przeczytaniu takiego artykułu myślę sobie "ja p...dole, co za marketingowe pi..dolenie dla ludzi którzy w życiu tranzystora na oczy nie widzieli".