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Tra questi, abbiamo avuto modo di incontrare Paul Brohlin, GaN Development Manager di Texas Instruments, al quale abbiamo rivolto alcune domande sull’attività di TI in questo settore.
Quest’anno Texas Instruments non è presente con uno stand a PCIM. Come mai? Significa forse che questo settore è marginale per TI?
Paul Brohlin: Tutt’altro. Questo mercato è molto importante per la nostra azienda, in particolare per quanto riguarda le nuove tecnologie Wide Band GAP che stanno rivoluzionando questo settore con importanti ricadute in ambito industriale, automotive e energetico. Pur non essendo TI direttamente presente con uno stand, ci sono numerosi espositori che utilizzano i nostri prodotti e in più abbiamo offerto il nostro contributo a varie sessioni della Conferenza: io stesso ho tenuto lo speech “Designing High-Density Power Solutions with GaN.”
In effetti sono proprio le tecnologie Sic e GaN gli argomenti al centro dell’interesse di questa edizione di PCIM. Quali sono i vantaggi che queste nuove tecnologie offrono rispetto all’impiego del silicio?
PB: Per quanto riguarda la tecnologia GaN, che è il mio campo d’interesse, essa offre maggiore efficienza e prestazioni superiori in differenti applicazioni, a partire dagli alimentatori. Tempi di salita rapidi, bassa resistenza e bassa capacità di gate e di uscita dei dispositivi GaN riducono le perdite di commutazione e supportano il funzionamento a frequenze più elevate, spesso di un ordine di grandezza superiore rispetto alle soluzioni basate su silicio. Perdite ridotte equivalgono a una distribuzione dell’energia più efficiente, producono meno calore e semplificano le soluzioni di raffreddamento. Inoltre, il funzionamento ad alta frequenza può avere un impatto positivo sul costo della soluzione riducendo il volume, il peso e il materiale necessario, in particolare gli elementi magnetici utilizzati come trasformatori e induttori.
L’applicazione che beneficia maggiormente dei vantaggi della tecnologia GaN è l’alimentatore switching. L’obiettivo di un alimentatore AC / DC è convertire la tensione di rete AC in una tensione continua inferiore che può alimentare o ricaricare dispositivi elettrici a bassa tensione come telefoni cellulari o personal computer.
La tecnologia GaN può migliorare la densità di potenza in tutte le fasi di questo processo, dalla conversione AC/DC, a quella DC/DC fino alla distribuzione POL.
Ma i vantaggi della tecnologia GaN non sono solo limitati agli alimentatori AC/DC. Numerose altre applicazioni, possono beneficiare di una maggiore efficienza e densità di potenza che GaN offre, come ad esempio nei motori per impiego industriale. L’utilizzo di una soluzione GaN consente di aumentare la frequenza dei controlli PWM riducendo le perdite di commutazione nei motori a magneti permanenti e nei motori DC brushless. Un ripido fronte di salita minimizza anche l’ondulazione della coppia, per un posizionamento più preciso nei servoazionamenti e negli stepper.
Per quanto riguarda i LiDAR, le soluzioni GaN risultano indispensabili per la generazione di impulsi brevissimi al fine di migliorare la portata e la risoluzione.
Anche nei sistemi audio ad alta fedeltà funzionanti in Classe D, la tecnologia GaN garantisce forme d’onda in grado di contribuire alla riduzione della distorsione armonica.
A che punto siamo con l’affidabilità di queste tecnologie, di cui si continua a parlare, e non solo qui a PCIM? E quali strumenti TI mette a disposizione dei progettisti che utilizzano questi prodotti?
PB: Dopo anni di lavoro da parte dei leader del settore, la tecnologia GaN offre oggi l’affidabilità e la robustezza che gli ingegneri si aspettano.
Anche Texas Instruments ha implementato da tempo un approccio globale per garantire il funzionamento affidabile e la durata dei dispositivi GaN nelle condizioni operative più difficili.
Texas Instruments è leader nella tecnologia dei semiconduttori con una lunga esperienza nel portare sul mercato semiconduttori affidabili, comprese le tecnologie non-silicio come le memorie ad accesso casuale ferroelettrico (FRAM).
Con oltre 7 milioni di ore di test sull’affidabilità del processo GaN, TI sta rispondendo alla necessità di soluzioni collaudate e pronte all’uso con prodotti GaN affidabili, frutto di una metodologia di qualifica matura, in cui affidabilità e qualità sono certificate da test standardizzati.
Per quanto riguarda gli strumenti che TI mette a disposizione dei progettisti, siamo consapevoli che in questo settore – come del resto in tutte le applicazioni più avanzate – soluzioni pronte all’uso possano abbreviare notevolmente i cicli di progettazione, anche nel caso di progettisti esperti.
Per questo motivo, anche per i prodotti GaN, TI fornisce soluzioni di potenza complete che aiutano i progettisti a ridurre la complessità e accorciare il time to market. Esistono soluzioni per soddisfare differenti livelli di tensione e requisiti nella catena di potenza.
Quali sono i più recenti prodotti introdotti da TI in questo ambito?
PB: I dispositivi LMG1020 e LMG1210 rappresentano le ultime aggiunte alla più vasta gamma di dispositivi GaN per i circuiti di alimentazione, che spazia dai driver a 200 V fino agli stadi di potenza da 80 V e 600 V.
Si tratta di due nuovi driver ad alta velocità con transistor ad effetto di campo (FET) in tecnologia GaN che consentono di creare soluzioni più efficienti e dalle prestazioni più elevate in applicazioni in cui la velocità è fondamentale, come il LiDAR (rilevamento della distanza tramite impulsi laser) e il tracciamento dell’inviluppo a radiofrequenza 5G. LMG1020 ed LMG1210 possono fornire frequenze di commutazione di 50 MHz, migliorando al contempo l’efficienza e consentendo di ridurre di cinque volte le dimensioni rispetto ai MOSFET al silicio.
Il piccolo package WCSP aiuta a ridurre al minimo le correnti parassite e le perdite nel loop del gate, aumentando ulteriormente l’efficienza. I progettisti possono anche ottenere un’elevata immunità al rumore grazie alla più elevata immunità ai transienti in modo comune (CMTI) del settore pari a oltre 300 V/ns.
Risorse sui prodotti SiC e GaN di Texas Instruments:
- GaN and SiC enable increased energy efficiency in power supplies
- GaN drives energy efficiency to the next level
- A comprehensive methodology to qualify the reliability of GaN products
- Optimizing GaN performance with an integrated driver
- Silicon carbide gate drivers – a disruptive technology in power electronics
