การประกอบขั้นสุดท้าย EMC จอภาพ ยกขึ้นบางส่วน
ทางเลือกคือการทำงานให้ช้าลงจนกว่าข้อได้เปรียบของ GaN จะหายไป หรือยอมเสี่ยงกับความทนทานเนื่องจากการโอเวอร์ชูตที่รวดเร็วเป็นพิเศษและอันเดอร์ช็อตที่มองไม่เห็นจะทำลายวงจรไดรเวอร์หรือการสวิตชิ่ง ทรานซิสเตอร์Rob Gwynne ผู้ก่อตั้งบริษัทและ CEO กล่าวกับ Electronics Weekly
เขาให้เหตุผลว่ามันคุ้มค่าที่จะได้รับประโยชน์สูงสุดจาก GaN เพราะมันสามารถลดขนาดของ VFD (ตัวแปลงความถี่) สำหรับมอเตอร์ขนาด 10 แรงม้า เช่น จาก 20 ลิตร IGBT ออกแบบให้ต่ำกว่าลิตรสำหรับการออกแบบ GaN 2MHz - เล็กพอที่จะรวมเข้ากับมอเตอร์
มุ่งเน้นไปที่เฟสเดียวและ สามเฟส แหล่งจ่ายไฟหลักแบบฮาร์ดสวิตชิ่ง QPT ได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อสร้างโมดูลสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟแบบ GaN ที่ใช้การออกแบบ RF ทั้งหมด ทำให้นักออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่มีประสบการณ์สามารถออกแบบแบบ GaN ที่มีประสิทธิภาพสูงโดยไม่ต้องมีความเชี่ยวชาญด้าน RF หรือไมโครเวฟ และไม่ต้องมี ซื้อเครื่องมือวัด GHz สิ่งนี้คล้ายกับวิธีที่ CPU system-on-modules ถูกนำมาใช้เพื่อทำให้การออกแบบผลิตภัณฑ์ดิจิทัลง่ายขึ้น
เริ่มจากโมดูลทรานซิสเตอร์+ไดรเวอร์ก่อน เป็นการออกแบบแยกต่างหากที่มีไว้สำหรับใช้งานกับดีซีลิงก์สูงสุด 540V
ด้วยการสวิตชิ่ง 2MHz ทำให้เกิดทรานเซียนท์โหมดสามัญที่สูงเป็นพิเศษบนไดรเวอร์เกทด้านสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสวิตช์ทรานซิสเตอร์ใน 1 – 1.5ns ในการออกแบบของ QPT
“การสลับ 540V ใน 1.5ns จะผ่านความจุของหม้อแปลงไดรฟ์ส่วนใหญ่และทำลายไดรเวอร์” Gwynne กล่าว “หม้อแปลง RF ของเราที่เราจดสิทธิบัตรนั้นมีค่าความเหนี่ยวนำการรั่วไหลที่ต่ำมาก ความจุของกาฝากระหว่างขดลวดต่ำอย่างเหลือเชื่อ และสามารถทนต่อ 600-700V/ns ได้อย่างไม่มีปัญหา”
โมดูลสวิตชิ่งได้รับการออกแบบให้ใช้งานได้ทั้งด้านสูงหรือด้านต่ำของฮาล์ฟบริดจ์ – ดังนั้น XNUMX โมดูลในบริดจ์สามเฟส
ภายใน ทรานซิสเตอร์สวิตช์กำลังไฟ 650V มาจาก GaN Systems และทรานซิสเตอร์พรีไดรเวอร์ GaN 3GHz มาจาก EPC โดยมีสัญญาณจำนวนมากเดินทางผ่านสายส่งที่จับคู่อิมพีแดนซ์
วงจรสนับสนุนส่วนใหญ่ในโมดูลถูกนำไปใช้ในส่วนประกอบแบบแยกส่วนในโมดูลรุ่นแรกนี้ ซึ่งเป็นการพิสูจน์แนวคิดตามที่ Gwynne อธิบายไว้ ซึ่งวัดได้ประมาณ 30 x 30 x 25 มม. Gen2 จะลดขนาดลงเหลือ ~20x20x6mm เมื่อ asic ซึ่งอยู่ในไปป์ไลน์ซับส่วนประกอบที่แยกจากกันจำนวนมาก
Gwynne กล่าวว่า ความล่าช้าในการแพร่กระจายจากอินพุตไปยังเอาต์พุตนั้นแผดเผาถึง 3 วินาที ซึ่งเร็วกว่าลอจิก TTL ในขณะที่สลับหลายร้อยโวลต์ "โดยวัดค่าการกระจายเป็นพิโกวินาที" Gwynne กล่าว ซึ่งเสริมว่าแถบตายที่จำเป็นระหว่างอินพุต PWM บนและล่างเป็นเพียง ไม่กี่นาโนวินาที
ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น นี่เป็นสำหรับ PSU แบบฮาร์ดสวิตชิ่ง – หนึ่งในคำสัญญาดั้งเดิมของ GaN คือมันสามารถจับคู่กับประสิทธิภาพระดับสูงในยุค 90 ของการออกแบบซิลิกอนแบบซอฟต์สวิตชิ่งที่ซับซ้อนที่ความถี่ที่สูงกว่ามาก – และด้วยเหตุนี้ในเปลือกหุ้มที่เล็กกว่ามากในฐานะตัวเหนี่ยวนำ และ ตัวเก็บประจุ หดตัวด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น
อย่างไรก็ตาม การสลับฮาร์ดระดับนาโนวินาทีทำให้เกิดปัญหา EMC ที่น่ากลัว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม QPT จึงเสนอโมดูลตัวกรองอินพุตและเอาต์พุตสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้วย
ยกตัวอย่างตัวกรองเอาต์พุตต่อครึ่งบริดจ์ จุดมุ่งหมายของ Gwynne คือการควบคุมความถี่ทั้งหมดที่นักออกแบบซิลิคอน PSU ที่มีประสบการณ์ไม่สามารถจัดการได้โดยใช้ Ls และ Cs แบบเดิม – จาก GHz ลงไปที่ประมาณ 10MHz
“นี่คือเครื่องกรองพลังงานไมโครเวฟที่แฟนซีมาก” เขากล่าว “มันพิเศษมากและออกแบบยาก แต่ต้นทุนต่อหน่วยในการผลิตนั้นต่ำ” มันตรงบริเวณ ~ 1 ซม3 และจำเป็นต้องติดตั้งบน PCB เสริม (PCB มองเห็นได้ ภาพด้านบน).
จากนั้นผู้ออกแบบ PSU จะสร้างตัวกรอง LC ภายนอกที่จะจัดการกับส่วนที่เหลือของ EMC (แสดงด้วยกล่องสีเทาขวามือใน ภาพตรงกลาง) ส่งผ่าน 50/60Hz ที่มอเตอร์ต้องการ (หรือไม่กี่ kHz ไปยังมอเตอร์เครื่องจักร CNC) – ตัวกรองที่จะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับตัวกรองใน 25kHz ของ Gwynne เช่น VFD ทั่วไป เนื่องจากความถี่พื้นฐาน 2MHz ของ GaN VFD – และต้นทุนที่ต่ำกว่า เขาอ้างว่า
โมดูลนี้มีจุดประสงค์เพื่อยึดเข้ากับฮีทซิงค์ โดยมีส่วนประกอบเสริมติดตั้งอยู่บน PCB ที่อีกด้านหนึ่งของโมดูล (ดูภาพ) QPT กำลังสร้างการเชื่อมต่อระหว่างผู้เชี่ยวชาญ เช่นเดียวกับกฎการออกแบบสำหรับ PCB และการก่อสร้างส่วนที่เหลือ
อ่างเก็บน้ำอินพุตท้องถิ่น capacitorซึ่งใช้ดึงกระแสอิมพัลส์ความถี่สูงออกมา ถือเป็นส่วนประกอบเสริมบนบอร์ดเชื่อมต่อ ซึ่ง OEM จะเพิ่มตัวเก็บประจุสำรองความถี่ต่ำภายนอก
“หากพวกเขาปฏิบัติตามแนวทางของเรา พวกเขาจะผ่าน EMC ได้อย่างสบายๆ โดยไม่มีการดำเนินการใดๆ และไม่มีปัญหาการแผ่รังสี” Gwynne กล่าว
ทรานซิสเตอร์ GaN ไม่น่าเชื่อถือหรือไม่?
มีสัญญามากมาย แต่ทรานซิสเตอร์ GaN จะไม่ปรากฏในผลิตภัณฑ์ยานยนต์จริงหรือผลิตภัณฑ์ปลายทางที่มีความน่าเชื่อถือสูงอื่นๆ พวกเขาไม่น่าเชื่อถือโดยเนื้อแท้หรือไม่?
มีการรับรู้ว่าพวกเขาไม่น่าเชื่อถือ Gwynne กล่าว แต่สิ่งนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับข้อมูล
พื้นที่ เทคโนโลยี ยังไม่สุกงอม หากไม่มีประวัติของซิลิคอน หรือแม้แต่ซิลิคอนคาร์ไบด์ เขากล่าวต่อ ดังนั้นจึงไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะสรุปได้แน่ชัด
สิ่งที่อาจเอื้อต่อการรับรู้คือเดือยแหลมที่เร็วเกินกำหนดและอันเดอร์ชูต ซึ่งเป็นข้อมูลจำเพาะภายนอกของอุปกรณ์ ที่สร้างได้ง่ายแต่มองเห็นไม่ง่าย และวัดได้ไม่แม่นยำอย่างแน่นอนหากไม่มีเครื่องมือที่เหมาะสมและเทคนิคการวัดที่ถูกต้อง
QPT ก่อตั้งขึ้นในปี 2019 “หลังจากทำงานพัฒนามา 10 ปี Gwynne กล่าว และมีสำนักงานใหญ่ในเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร มี R&D และการผลิตในโปรตุเกส และวิศวกรรมการผลิตและห้องทดลองในโปแลนด์ สายการผลิตได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อใช้ผลิตภัณฑ์ Gen2 ประมาณ 100,000 หน่วย หลังจากนั้นจะมีการพิจารณาโรงประกอบ
ดูเพิ่มเติม : โมดูล IGBT | จอแสดงผล LCD | ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์