Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Szybkie ładowarki z elementami GaN

ghost666 30 Nov 2020 21:07 1746 0
  • Szybkie ładowarki z elementami GaN
    Integracja urządzeń wyprodukowanych z azotku galu (GaN) pozwala na zmniejszenie urządzeń zasilających przy jednoczesnym zwiększeniu ich mocy. Firma OPPO zaprezentowała plan pełnego przyjęcia układów scalonych wykonanych z GaN do systemów zasilania firmy Navitas Semiconductor - GaNFast. Ma to umożliwić produkcję ultracienkich, szybkich ładowarek do urządzeń mobilnych tej spółki o mocy do 50 W.

    Nowe ładowarki mają wymiary 82 mm × 39 mm × 10,5 mm i ważą zaledwie 60 gramów. Miniładowarka zapewnia 50 W za pośrednictwem pionierskiego protokołu szybkiego ładowania SuperVOOC lub poprzez USB-C Programmable Power Supply (PPS). Jest to elastyczne urządzenie, które może ładować smartfony, tablety i mniejsze laptopy.

    "Używanie urządzeń opartych na azotku galu do zarządzania rozwiązaniami zasilającymi o ultrawysokich częstotliwościach pracy było marzeniem wszystkich od wielu lat, a technologia ta zapoczątkuje rewolucję w dziedzinie zasilania" powiedział Jialiang (Jeff) Zhang, główny specjalista naukowy ds. technologii ładowania w firmie OPPO. "W tym roku wprowadzamy nową generację technologii GaN, nadal integrując więcej funkcji” - powiedział Gene Sheridan, dyrektor generalny Navitas Semiconductor. "To nie jest tylko tranzystor mocy; integrujemy w jednym chipie tor analogowy, logikę sterującą i system zasilania. Ponieważ zwiększamy poziom integracji, w rzeczywistości pozwala nam to na jeszcze szybsze kluczowanie prądu i uzyskiwanie lepszych parametrów i niższych kosztów oraz, oczywiście, upraszczanie i zmniejszanie rozmiaru samego projektu. GaN naprawdę zmienił branżę ładowarek mobilnych dzięki wysokiemu poziomowi integracji. Mamy ponad 40 różnych produktów, które zostały oracowane przy użyciu naszej nowej technologii. OPPO zaprezentowało teraz najbardziej zdumiewający produkt - szybką ładowarkę o mocy 50 W o objętości zaledwie 36 cm³, czyli o około 70% do 80% mniej niż ich poprzednia generacja - niezwykłe osiągnięcie techniczne".

    GaN kontra Si

    Problemem jest krzem (Si). Jest ograniczony do około 100 kHz, a jeśli próbuje się zwiększyć częstotliwość przełączania w elementach mocy, to znacznie rośnie poziom emisji ciepła, złożoność układu, a w konsekwencji również koszty. Dodatkowo, problemem są stosowane typowo elementy indukcyjne, które nie radzą sobie przy zwiększaniu częstotliwości.

    Wiele systemów stosuje topologie tzw. twardego przełączania, które wprowadzają duże straty przy przełączaniu, a po zwiększeniu częstotliwości sprawność spada z powodu zwiększonej indukcyjności pasożytniczej. Ponadto stare topologie i starsze układy scalone sterowania nie mogą działać wystarczająco szybko. Zatem pierwszym krokiem jest rozwiązanie problemu z kluczami - za pomocą technologii GaN.

    Historycznie, pierwszym zaimplementowanym rodzajem urządzeniem GaN były elementy typu "d", czyli z kanałem zubożonym. Były to elementy normalnie załączone. Do pełnego działania potrzebowały one dodatkowy klucz krzemowy, włączony w szereg z elementem GaN. Wczesne, normalnie wyłączone urządzenia GaN działające w trybie "e", czyli z kanałem wzbogaconym, miały odsłoniętą i podatną na uszkodzenia bramkę, więc kontrola napięcia oznaczała skomplikowane i drogie obwody sterujące, mające pozwolić uniknąć błędnego zachowania elementów.

    Rozwiązanie GaNFast firmy Navitas składa się z klucza GaN - tranzystora polowego (FET) - z monolitycznie zintegrowanymi analogowymi obwodami sterowania i cyfrowymi układami logicznymi zintegrowanymi na tym samym chipie, co urządzenie mocy GaN. Układ Navitas przełącza się z częstotliwością do 40 MHz (takie wartości uzyskano w testach laboratoryjnych, urządzenia komercyjne klasyfikowane są do 2 MHz). Praca z tak dużą częstotliwością zapewnia znaczne zmniejszenie rozmiaru i kosztów przetwornicy mocy w przypadku systemów szybkiego ładowania.

    Szybkie ładowarki z elementami GaN


    Zastosowanie GaN i zintegrowanych rozwiązań kontrolnych skutkuje niezwykle niskim opóźnieniem propagacji. "Ponieważ integrujemy sterownik w układzie scalonym, mamy zerową indukcyjność w pętli sterującej bramką" powiedział Sheridan. "Możemy bardzo dobrze sterować tym urządzeniem i utrzymywać je wyłączone w warunkach maksymalnej szybkości narastania napięcia [dV/dt] do 200 V/ns".

    Kiedy projektanci próbują zmniejszyć rozmiar ładowarek, problemem może być gęstość termiczna - czyli po prostu ciepło. "Nowa seria NV612x zapewnia obniżenie temperatury o od 10°C do 15°C z zaawansowaną podkładką chłodzącą, która poprawia interfejs termiczny płytki drukowanej i zapewnia bezpośrednie połączenie elektryczne z uziemieniem systemu" mówi Sheridan. To rozwiązanie pomaga projektantom przekraczać wszelkie dotychczasowe specyfikacje termiczne. Ukłądy te mogą służyć nie tylko do zasilania smartfonów, ale także laptopów, telewizorów itp.

    Jakiś czas temu Lenovo i Navitas Semiconductor zaprezentowały najszybszą i najpotężniejszą ładowarkę do telefonów gamingowych z rodziny Legionu. Szybkie ładowarki wykorzystujące układy GaNFast weszły do ​​masowej produkcji i są dostarczane „w pudełku” z każdym telefonem Legion. "Technologia GaN nowej generacji umożliwia 90-watowej ładowarce z podwójnym wyjściem USB-C dostarczanie o 40% więcej mocy i ładowanie o 25% szybciej niż poprzedni najlepszy w swojej klasie sprzęt" podsumowuje Sheridan. "Szybkość działania ładowarki Legion jest dopasowana do mocy obliczeniowej takiego telefonu".

    GaN dla nowych zasilaczy

    GaN działa do 20 razy szybciej niż "stary, powolny krzem" i pozwala na uzyskanie 3 razy większej mocy w porównywalnych układach, dzięki czemu produkt ładuje się do 3 razy szybciej, ale jest do tego o połowę mniejszy. Układy scalone mocy GaNFast firmy Navitas integrują w sobie wiele elementów i wykorzystują tę integrację do szybszego działania. "Tradycyjnie, dla większości tranzystorów GaN, sposób ich sterowania i ochrony nadal stanowi problem" wskazuje Sheridan. "Są zadziwiająco szybkimi i wydajnymi tranzystorami, ale jeśli je spowolnisz lub zwiększysz koszt i złożoność ze względu na potrzebę wyrafinowanego sterowania i ochrony czułej bramki, to naprawdę zabije to ich wartość. Niezawodność GaN jest udowodniona i myślę, że EPC, Transphorm i Navitas radzą sobie dobrze w tej części. Firmy te pokazują światu, jak te rzeczy są rozwiązywane. Zwłaszcza w przypadku zasilania GaN widzę, że zintegrowane funkcje sterowania i ochrony wpływają na sprawność, wyższą częstotliwość, wyższą wydajność i niższe koszty. ”

    Niskie częstotliwości przełączania dzisiejszej elektroniki oznaczają nieporęczne, ciężkie i drogie elementy indukcyjne, duże kondensatory i elementy magazynujące energię. Jeśli można zwiększyć częstotliwości przełączania sygnałów, urządzenia mocy mogą stać się mniejsze, lżejsze i tańsze. Jednakże dzisiejsza elektronika oparta na kremie nie pozwala na taki postęp - utknęła w kilkudziesięciu kilohercach. W przypadku 50-watowego Mini SuperVOOC GaNFast wykorzystano topologię przetwornicy flyback, która może tolerować szeroki zakres napięć wejściowych, zachowując stałą moc wyjściową, co potrzebne jest do ładowania baterii telefonu. Pozwala to projektantom na usunięcie z układu elektrolitycznego kondensatora filtrującego, który może zająć do 40% całkowitej objętości projektowanego urządzenia. Co więcej, tradycyjne transformatory z uzwojeniami projektowanymi na 50 kHz można z łatwością zastąpić transformatorami planarnymi, projektowanymi do częstotliwości 800 kHz.

    Kolejne rynki, na które warto zwrócić uwagę, to systemy ładowania bezprzewodowego i serwerownie. Centra danych nadal są zalewane danymi, a zużycie energii jest do tego proporcjonalne. Dlatego kluczowe znaczenie ma tutaj właściwe zarządzanie energią. "Stare układy krzemowe nadal znajdują się w serwerach, powodując problemy z temperaturą i zużyciem energii" mówi powiedział Sheridan. "Dlatego uważamy, że jest to kolejny duży rynek dla GaN. Znajdzie się on także w pojazdach elektrycznych, gdzie zapotrzebowanie na moc jest również wysokie. Jesteśmy bardzo podekscytowani tymi możliwościami. Stale współpracujemy w zakresie e-mobilności i centrów danych, aby poprawić efektywność energetyczną o około 30%, co oznacza, że ​​30% więcej energii jest dostarczane do procesorów lub baterii, a nie marnowane w postaci ciepła".

    Rozwiązania GaN umożliwiają opracowywanie sprawniejszych i bardziej kompaktowych projektów zasilaczy. Zapewniają najszybsze tranzystory mocy, które są niezbędne do ultra wydajnego przetwarzania energii.

    Źródło: https://www.eeweb.com/fast-chargers-with-gan-technology/

    Cool! Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    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 wrote 10179 posts with rating 8440, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • HelukabelHelukabel