Eindmontage, EMC scherm gedeeltelijk opgeheven
Het alternatief is om de werking te vertragen totdat de voordelen van GaN vervagen, of om de duurzaamheid te riskeren, aangezien ongeziene ultrasnelle overschrijding en onderschrijding stuurcircuits of het schakelen vernietigt. Transistor, vertelde oprichter en CEO Rob Gwynne aan Electronics Weekly.
Hij betoogt dat het de moeite waard is om het beste uit GaN te halen, omdat het de omvang van een VFD (variabele frequentieaandrijving) voor bijvoorbeeld een 10 pk motor kan verkleinen van een 20 liter IGBT ontwerp tot minder dan een liter voor een GaN-ontwerp van 2 MHz - klein genoeg om in de motor te worden geïntegreerd.
Concentreren op eenfase en Drie fase hard-switching netvoeding, is QPT opgezet om modules te maken voor op GaN gebaseerde voedingen die het hele RF-ontwerp implementeren, waardoor ervaren ontwerpers van voedingen hoogwaardige GaN-gebaseerde ontwerpen kunnen maken zonder expertise op het gebied van RF of microgolven, en zonder GHz-instrumentatie kopen. Dit is analoog aan de manier waarop CPU-systeem-op-modules worden gebruikt om het ontwerp van digitale producten te vergemakkelijken.
Als we eerst de transistor + drivermodule nemen, is het een geïsoleerd ontwerp dat bedoeld is om te werken op gelijkstroomkoppelingen tot 540V.
Met 2 MHz schakelen komen buitengewoon hoge common-mode transiënten op de high-side gate driver, vooral omdat de transistor schakelt in 1 - 1.5 ns in QPT's ontwerp.
"540V-schakeling in 1.5 ns gaat door de capaciteit van de meeste aandrijftransformatoren en vernietigt de driver", zei Gwynne. "Onze RF-transformator, die we hebben gepatenteerd, heeft een immens lage lekinductantie, een onmeetbaar lage parasitaire capaciteit tussen wikkelingen en kan 600-700V/ns verdragen, geen probleem."
De schakelmodule is ontworpen om te worden gebruikt in de hoge of lage kant van een halve brug, dus zes in een driefasige brug.
Binnenin is de 650V vermogensschakeltransistor van GaN Systems en de 3GHz GaN pre-drivertransistors zijn van EPC, waarbij veel signalen over op impedantie afgestemde transmissielijnen gaan.
Veel van de ondersteunende circuits in de module zijn geïmplementeerd in discrete componenten in deze module van de eerste generatie - de proof-of-concept zoals Gwynne het beschrijft - die ongeveer 30 x 30 x 25 mm meet. Gen2 zal dit verkleinen tot ~20x20x6mm wanneer een asic, die al in de pijplijn zit, veel van de afzonderlijke componenten opruimt.
De voortplantingsvertraging van input naar output is een verschroeiende 3ns - sneller dan TTL-logica, terwijl honderden volts worden geschakeld, "met spreiding gemeten in picoseconden", zei Gwynne, die eraan toevoegde dat de dode band die nodig is tussen de bovenste en onderste PWM-ingangen slechts een enkele nanoseconden.
Zoals hierboven vermeld, is dit voor hard-switching PSU's - een van de oorspronkelijke beloften van GaN is dat het de high-90s-efficiëntie van complexe soft-switching siliciumontwerpen bij veel hogere frequenties kan evenaren - en daarom in veel kleinere behuizingen als de inductoren En Condensatoren krimpen met toenemende frequentie.
Echter, met nanoseconde hard schakelen komt een potentieel verschrikkelijk EMC-probleem met zich mee, daarom biedt QPT ook gespecialiseerde ingangs- en uitgangsfiltermodules aan.
Als we het per-halve-brug-uitgangsfilter als voorbeeld nemen, is Gwynne's doel om alle frequenties te regelen die niet kunnen worden verwerkt door de ervaren silicium PSU-ontwerper met conventionele L's en C's - van GHz tot ongeveer 10 MHz.
"Dit is een heel chique microgolffilter," zei hij. "Het is heel bijzonder en moeilijk te ontwerpen, maar de productiekosten per eenheid zijn laag." Het neemt ~ 1cm in beslag3 en moet op de hulpprintplaat worden gemonteerd (printplaat net zichtbaar bovenste afbeelding).
De PSU-ontwerper maakt vervolgens het externe LC-filter dat de rest van de EMC afhandelt (weergegeven door het rechtse grijze vak in middelste afbeelding), het doorgeven van de 50/60Hz die de motor nodig heeft (of een paar kHz aan de motor van een CNC-machine) – een filter dat fysiek klein zal zijn in vergelijking met die in Gwynne's 25kHz-voorbeeld conventionele VFD, vanwege de 2MHz fundamentele frequentie van de GaN VFD – en lagere kosten, beweert hij.
De modules zijn bedoeld om met bouten aan een koellichaam te worden bevestigd, met hulpcomponenten die op een printplaat aan de andere kant van de modules zijn gemonteerd (zie afbeeldingen). QPT creëert gespecialiseerde interconnect, evenals ontwerpregels voor de printplaat en de rest van de constructie.
Het lokale invoerreservoir condensator, waaruit hoogfrequente stroomimpulsen worden gehaald, behoren tot de aanvullende componenten op het verbindingsbord, waaraan de OEM een externe laagfrequente reservoircondensator zal toevoegen.
"Als ze onze richtlijnen volgen, zullen ze door EMC vliegen zonder geleide of uitgestraalde problemen", beweerde Gwynne.
Zijn GaN-transistors onbetrouwbaar?
Er wordt veel beloofd, maar GaN-transistors komen niet voor in echte autoproducten of andere zeer betrouwbare eindproducten. Zijn ze inherent onbetrouwbaar?
Er is een perceptie dat ze niet zo betrouwbaar zijn, zei Gwynne, maar dit is niet gebaseerd op gegevens.
De technologie is nog niet volwassen, zonder de geschiedenis van silicium, of zelfs siliciumcarbide, vervolgde hij, en er zijn dus niet genoeg gegevens beschikbaar om tot een definitieve conclusie te komen.
Iets dat zou kunnen bijdragen aan de perceptie zijn die ultrasnelle over- en onderschrijdingspieken, buiten de apparaatspecificaties, die gemakkelijk worden gegenereerd, maar niet gemakkelijk worden gezien, en zeker niet nauwkeurig worden gemeten zonder de juiste instrumenten en de juiste sondeertechniek.
QPT werd opgericht in 2019, “na 10 jaar ontwikkelingswerk, zei Gwynne, en heeft zijn hoofdkantoor in Cambridge UK. Het heeft R&D en productie in Portugal, en productie-engineering en een laboratorium in Polen. De productielijn is ingericht om Gen2-producten naar circa 100,000 stuks te brengen, waarna wordt nagedacht over assemblagehuizen.
Bekijk meer : IGBT-modules | LCD-schermen | Elektronische Componenten