การประกวดนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อส่งเสริมนวัตกรรมในการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังโดยใช้ GaN ของ imec เทคโนโลยี สำหรับการบูรณาการเสาหินของวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลัง
โครงการที่ได้รับรางวัล “สูง แรงดันไฟฟ้า ฮาล์ฟบริดจ์พร้อมไดรเวอร์รวมและวงจรควบคุม – Gallium Nitride ทั้งหมด” ถูกส่งโดยทีมนักวิจัยจาก Chair of Integrated Analog Circuits และ RF Systems ของ RWTH – Aachen University
ข้อเสนอที่ส่งโดย ESAT-MICAS จาก KU Leuven และ Leibniz University Hannover มาเป็นอันดับสองและสามตามลำดับ การออกแบบที่ชนะจะได้รับการสร้างต้นแบบใน 650V GaN- ที่กำลังจะมีขึ้นของ imecIC Multi-Project Wafer (MPW) เริ่มดำเนินการตั้งแต่ปลายเดือนตุลาคม
อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลังกำลังมองหาแนวทางใหม่ในการสร้างพลังงานที่สูงขึ้น ส่วนประกอบที่เล็กลงและเร็วขึ้น ซึ่งเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของอุปกรณ์
ในการทำเช่นนั้น บริษัทต่างๆ อาจหันไปใช้เทคโนโลยี GaN เพื่อสร้างอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แสดงความแข็งแกร่งของการแยกย่อยที่สูงขึ้น ความเร็วในการเปลี่ยนที่เร็วขึ้น และความต้านทานบนที่ต่ำกว่า
กล่าวอีกนัยหนึ่ง: เทคโนโลยี GaN ช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงกว่าชิปพลังงานที่ใช้ซิลิกอนอย่างมากในแง่ของประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของระบบ ข้อกำหนดด้านพื้นที่ทางกายภาพ และต้นทุนบรรจุภัณฑ์ และทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้น
สิ่งนี้ทำให้เกิดความสนใจจากภาคอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ตั้งแต่บริษัทยานยนต์และอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ไปจนถึงผู้ให้บริการโซลูชั่นศูนย์ข้อมูล
ชิปพลังงานที่ใช้ GaN ในปัจจุบันได้ผลักดันความถี่ในการทำงานและประสิทธิภาพของอุปกรณ์จ่ายไฟโหมดสวิตช์ (SMPS) ให้บันทึกระดับแล้ว
กระนั้น พวกมันยังคงมีจำหน่ายเป็นส่วนประกอบแบบแยกส่วน ในขณะที่กุญแจสำคัญในการปลดล็อคศักยภาพของเทคโนโลยีนั้นอยู่ที่การลดการเหนี่ยวนำของกาฝาก
Imec ตอบสนองต่อความท้าทายนี้ผ่านการพัฒนาเทคโนโลยี GaN-on-SOI ซึ่งช่วยให้สามารถรวมวงจรลอจิกและแอนะล็อกเข้ากับส่วนประกอบกำลังบนไดย์เดียวกันได้ ดังนั้นการเหนี่ยวนำปรสิตจะลดลงอย่างมาก ส่งผลให้ความเร็วในการเปลี่ยนดีขึ้นมาก
เพื่อให้อุปกรณ์และวงจร GaN-on-SOI มีราคาไม่แพงและเข้าถึงได้ง่ายสำหรับลูกค้า imec ขอเสนอโซลูชัน Multi-Project Wafer (MPW) ผ่าน Europractice
ในแบบจำลอง MPW ต้นทุนการปกปิด การประมวลผล และวิศวกรรมจะใช้ร่วมกันในการออกแบบของลูกค้าหลายราย ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะส่งรันการสร้างต้นแบบของ 40 ตัวอย่างตาย
เป็นโซลูชัน MPW แบบเดียวกับที่สนับสนุนการแข่งขัน GaN-IC ที่เพิ่งเปิดตัวโดย imec และ EUROPRACTICE โดยมุ่งเป้าไปที่ทีมมหาวิทยาลัยที่ไม่เคยสร้างต้นแบบในเทคโนโลยี GaN-IC ของ imec มาก่อน
ทีมงานจาก RWTH Aachen University เสนอ a วงจรไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับสเตจเอาต์พุตฮาล์ฟบริดจ์แรงดันสูง ที่มีไดรเวอร์ในตัวและตัวเลื่อนระดับ
การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ ตัวแปลงบั๊กที่ไม่แยกซึ่งสนับสนุนระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ในระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำสำหรับรถยนต์ทั่วไปหรือไฮบริด หรือวงจรไฟฟ้าแรงสูงสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ
แม้ว่าโซลูชันมัลติชิปที่รวม GaN half-bridge ICs เข้ากับไดรเวอร์แบบรวมและการเลื่อนระดับจะมีให้จากซัพพลายเออร์จำนวนจำกัด แต่ตัวแปลง GaN แบบครบวงจรนั้นไม่มี
การออกแบบที่เสนอโดยทีม Aachen มีการบูรณาการในระดับสูงมากสำหรับ GaN-ICs ทั้งหมด การรวมวงจรไฟฟ้าและการควบคุม ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ตัวควบคุมภายนอกหรือไดรเวอร์
การออกแบบที่เสนอโดยทีม KU Leuven นั้นใช้ไฟ AC/DC แบบ GaN โดยตรงทั้งหมด Converter IC ที่กำหนดเป้าหมายผลิตภัณฑ์ปริมาณมาก เช่น เครื่องชาร์จและอะแดปเตอร์ของอุปกรณ์พกพา ตลอดจนตัวควบคุมตัวแปลงพลังงานในตัวสำหรับยานยนต์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
สุดท้าย การออกแบบจากมหาวิทยาลัยฮันโนเวอร์ใช้ประโยชน์จากความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้นของเทคโนโลยี GaN เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในตัวแปลงแบบออฟไลน์สำหรับเครื่องใช้ในบ้านและไฟส่องสว่างในช่วงกำลังไฟ 200W ซึ่งคิดเป็น 60% ของการใช้พลังงานที่อยู่อาศัยในสหภาพยุโรป เพื่อลดการใช้พลังงาน