Il concorso mira a incoraggiare l'innovazione nelle applicazioni dell'elettronica di potenza utilizzando il GaN di imec la tecnologia per l'integrazione monolitica di circuiti elettronici di potenza.
Il progetto premiato dal titolo “High voltaggio semiponte con driver integrati e circuiti di controllo – tutto al nitruro di gallio” è stato presentato da un team di ricercatori della cattedra di circuiti analogici integrati e sistemi RF di RWTH – Università di Aquisgrana.
Le proposte presentate da ESAT-MICAS della KU Leuven e della Leibniz University di Hannover sono arrivate rispettivamente al secondo e al terzo posto. I progetti vincitori saranno prototipati nel prossimo 650V GaN- di imecIC Esecuzione Multi-Project Wafer (MPW), a partire da fine ottobre
L'industria dell'elettronica di potenza è alla ricerca di nuovi approcci per creare componenti più potenti, più piccoli e più veloci che aumentino la densità di potenza dei dispositivi.
Per fare ciò, le aziende potrebbero ricorrere all'utilizzo della tecnologia GaN, realizzando dispositivi di alimentazione che mostrano una maggiore resistenza ai guasti, velocità di commutazione più elevate e una minore resistenza all'accensione.
In altre parole: la tecnologia GaN consente di superare notevolmente le prestazioni dei chip di potenza a base di silicio in termini di prestazioni ed efficienza del sistema, specifiche dello spazio fisico e costi di confezionamento. E funziona a temperature più elevate.
Ciò ha suscitato l'interesse di un'ampia gamma di settori industriali, dalle aziende automobilistiche e di elettronica di consumo ai fornitori di soluzioni per data center.
Gli odierni chip di alimentazione basati su GaN hanno già spinto le frequenze operative e l'efficienza degli alimentatori a commutazione (SMPS) a livelli record.
Tuttavia, sono ancora disponibili principalmente come componenti discreti, mentre la chiave per sbloccare il pieno potenziale della tecnologia risiede nella riduzione delle induttanze parassite.
Imec ha risposto a questa sfida attraverso lo sviluppo della sua tecnologia GaN-on-SOI, che permette di integrare monoliticamente circuiti logici e analogici con componenti di potenza sullo stesso die. Pertanto, le induttanze parassite possono essere drasticamente ridotte, ottenendo una velocità di commutazione molto migliorata.
Per rendere i dispositivi e i circuiti GaN-on-SOI più convenienti e facilmente disponibili per i propri clienti, imec offre una soluzione Multi-Project Wafer (MPW) attraverso Europractice.
Nel modello MPW, i costi di mascheratura, elaborazione e progettazione sono condivisi tra più progetti di clienti, in genere fornendo corse di prototipazione di 40 stampi campione.
È la stessa soluzione MPW che ha supportato il concorso GaN-IC recentemente lanciato da imec ed EUROPRACTICE, rivolto a team universitari che non avevano mai prototipato prima nella tecnologia GaN-IC di imec.
Il team della RWTH Aachen University ha proposto a circuito basato su uno stadio di uscita a semiponte ad alta tensione, dotato di driver integrati e un traslatore di livello.
Le potenziali applicazioni includono convertitori buck non isolati che supportano l'elettronica automobilistica in sistemi a bassa tensione per veicoli convenzionali o ibridi o circuiti ad alta tensione per veicoli completamente elettrici.
Sebbene le soluzioni multichip che combinano circuiti integrati a semiponte GaN con driver integrati e spostamento di livello siano disponibili da un numero limitato di fornitori, i convertitori GaN completamente integrati non lo sono.
Il design proposto dal team di Aquisgrana presenta un livello di integrazione molto elevato per tutti i GaN-IC, integrando circuiti di alimentazione e di controllo, che eliminano la necessità di controller o driver esterni.
Il design proposto dal team KU Leuven prevede un'alimentazione AC/DC diretta interamente in GaN convertitore IC, che si rivolge a prodotti di grandi volumi come caricabatterie e adattatori per dispositivi mobili, nonché regolatori di convertitori di potenza integrati per l'elettronica automobilistica e di consumo.
Infine, il progetto dell'Università di Hannover sfrutta le frequenze di commutazione più elevate della tecnologia GaN per migliorare l'efficienza nei convertitori offline per elettrodomestici e illuminazione nella gamma di potenza di 200 W, che rappresenta il 60% del consumo energetico residenziale dell'UE, aiutando per ridurre il consumo di energia.