Montagem final, EMC Peneira parcialmente levantado
A alternativa é desacelerar a operação até que as vantagens do GaN desapareçam ou arriscar a durabilidade, já que ultrapassagens e ultrapassagens ultra-rápidas invisíveis destroem os circuitos do driver ou a comutação Transistor, disse o fundador e CEO da empresa, Rob Gwynne, à Electronics Weekly.
Ele argumenta que vale a pena tirar o melhor proveito do GaN, pois pode reduzir o tamanho de um VFD (inversor de frequência) para um motor de 10 cv, por exemplo, de um de 20 litros IGBT design para menos de um litro para um design GaN de 2MHz - pequeno o suficiente para ser integrado ao motor.
Concentrando-se em monofásico e Trifásico alimentação de rede de comutação rígida, o QPT foi configurado para fazer módulos para fontes de alimentação baseadas em GaN que implementam todo o projeto de RF, permitindo que designers experientes de fontes de alimentação criem projetos baseados em GaN de alto desempenho sem experiência em RF ou micro-ondas e sem comprando instrumentação de GHz. Isso é análogo ao modo como os sistemas em módulos da CPU são usados para facilitar o design de produtos digitais.
Tomando primeiro o módulo transistor+driver, é um projeto isolado destinado a operar em links CC de até 540V.
Com a comutação de 2MHz, surgem transientes de modo comum extraordinariamente altos no driver de porta do lado alto, particularmente porque o transistor comuta em 1 – 1.5 ns no design do QPT.
“A comutação de 540 V em 1.5 ns passará pela capacitância da maioria dos transformadores de acionamento e destruirá o acionador”, disse Gwynne. “Nosso transformador de RF, que patenteamos, tem indutância de vazamento imensamente baixa, capacitância parasita imensuravelmente baixa entre enrolamentos e pode tolerar 600-700V/ns, sem problemas.”
O módulo de comutação foi projetado para ser usado tanto no lado alto quanto no lado baixo de uma meia ponte – portanto, seis em uma ponte trifásica.
No interior, o transistor de comutação de energia de 650 V é da GaN Systems e os transistores pré-driver de 3 GHz GaN são da EPC, com muitos sinais viajando por linhas de transmissão de impedância combinada.
Grande parte do circuito de suporte no módulo é implementado em componentes discretos neste módulo de primeira geração – a prova de conceito como Gwynne o descreve – que mede ~ 30 x 30 x 25 mm. O Gen2 encolherá para ~ 20x20x6mm quando um asic, já em andamento, enxuga muitos dos componentes separados.
O atraso de propagação da entrada para a saída é de 3ns escaldantes - mais rápido que a lógica TTL, enquanto comuta centenas de volts, "com dispersão medida em picossegundos", disse Gwynne, que acrescentou que a banda morta necessária entre as entradas PWM superior e inferior é apenas um alguns nanossegundos.
Como mencionado acima, isso é para PSUs de comutação rígida - uma das promessas originais do GaN é que ele pode corresponder à alta eficiência dos anos 90 de designs complexos de silício de comutação suave em frequências muito mais altas - e, portanto, em gabinetes muito menores como os indutores e capacitores encolher com frequência crescente.
No entanto, com a comutação difícil de nanossegundos surge um problema de EMC potencialmente horrendo, e é por isso que a QPT também está oferecendo módulos de filtro de entrada e saída especializados.
Tomando o filtro de saída por meia ponte como exemplo, o objetivo de Gwynne é que ele controle todas as frequências que não podem ser tratadas pelo experiente designer de PSU de silício usando Ls e Cs convencionais - de GHz até cerca de 10MHz.
“Este é um filtro de energia de micro-ondas muito sofisticado”, disse ele. “É muito especial e difícil de projetar, mas seu custo por unidade na fabricação é baixo.” Ocupa ~1cm3 e precisa ser montado no PCB auxiliar (PCB apenas visível imagem superior).
O projetista da PSU criará o filtro LC externo que lidará com o restante do EMC (representado pela caixa cinza à direita em imagem do meio), passando os 50/60Hz necessários para o motor (ou poucos kHz para um motor de máquina CNC) – um filtro que será fisicamente pequeno em comparação com o do VFD convencional de exemplo de 25kHz de Gwynne, devido à frequência fundamental de 2MHz do GaN VFD – e menor custo, afirma.
Os módulos devem ser aparafusados a um dissipador de calor, com componentes auxiliares montados em uma PCB do outro lado dos módulos (veja as imagens). A QPT está criando interconexão especializada, bem como regras de projeto para o PCB e o resto da construção.
O reservatório de entrada local capacitor, dos quais são extraídos impulsos de corrente de alta frequência, estão entre os componentes auxiliares na placa de interconexão, aos quais o OEM adicionará um capacitor de reservatório externo de baixa frequência.
“Se eles seguirem nossas diretrizes, passarão pelo EMC sem problemas conduzidos e sem irradiação”, afirmou Gwynne.
Os transistores GaN não são confiáveis?
Muito é prometido, mas os transistores GaN não estão aparecendo em produtos automotivos reais nem em outros produtos finais de alta confiabilidade. Eles são inerentemente não confiáveis?
Há uma percepção de que eles não são tão confiáveis, disse Gwynne, mas isso não é baseado em dados.
A tecnologia não está maduro, sem a história do silício, ou mesmo do carboneto de silício, continuou ele, portanto não há dados suficientes disponíveis para chegar a uma conclusão firme.
Algo que pode estar contribuindo para a percepção são aqueles picos de overshoot e undershoot ultrarrápidos, fora da especificação do dispositivo, que são facilmente gerados, mas não facilmente vistos e certamente não medidos com precisão sem os instrumentos certos e a técnica de sondagem correta.
A QPT foi fundada em 2019, “após 10 anos de trabalho de desenvolvimento, disse Gwynne, e está sediada em Cambridge, Reino Unido. Tem I&D e produção em Portugal, e engenharia de produção e um laboratório na Polónia. A linha de produção foi configurada para levar os produtos Gen2 para cerca de 100,000 unidades, após o que as casas de montagem estão sendo consideradas.
Veja mais : Módulos IGBT | Ecrãs LCD | Componentes Eletrônicos